超寬頻無線通訊系統在智慧型天線通道上之性能研究(I)

Abstract

在這計劃中，我們研究超寬帶 (Ultra-wideband, UWB) 系統之基礎研究。 研究分成三大方向: (一) 發展超寬帶 (Ultra-wideband, UWB)系統在Highly Dense Multi-path Fading Channel 的分析架構 目前UWB 系統的性能分析大都是建立在簡化的通道如AWGN，若是考慮在較 真實的UWB 通道，例如IEEE 802.15.3a 之Modified Saleh-Valenzuela (S-V) Channel Model 或 Δ-K Channel Model，則是用模擬的方式。我們已經發展 出一套簡化但精確的UWB 訊號分析方式，此訊號分析公式能結合Δ-K model 通道模型中Highly Dense Multi-path Fading 和 Clustering 的特性，我們 將繼續利用此公式發展UWB 系統在Δ-K Channel Model 之誤碼率（error rate） 性能分析架構，多用戶之間的干擾及跳時 (time-hopping)效應。 （1） 速率適應性超寬頻通訊系統 (Rate adaptive UWB system)之設計: (二) 分析發射分送/接收分集天線 (Transmit/Receive Diversity)在UWB 通信 系統之設計及性能評估 發射分送 (Transmit Diversity) 是一項重要的天線技術，在不增加 接收端硬體複雜度的情形下，可以增加整體的傳送品質，因此傳送分集天 線技術對於要求高效能低價位的用戶端設備而言是一項利器。 理論上，UWB 系統因為有很好的Path Resolution，因此有很高的Delay Diversity Order，使用Antenna Diversity 在UWB 系統上可能不是很有 效率。但是，從提高訊號接收能量及簡化Rake Receiver 複雜度的觀點 ， 使用Antenna Diversity 在UWB 系統上仍然有其價值。在文獻上，天線 技術在UWB 通信系統之應用大多集中接收分集（Receive Diversity）， 至於發射分送(Transmit Diversity) 在UWB 通信系統之應用並不多見。 我們發現使用在脈衝位置調製 (PPM) 的分送發射技術是一個很有 趣的研究課題，因為脈衝位置調製系統是把資訊調變在脈衝位置上，所以 大部份的分送發射技術，包括空時區碼 (space-time block code, STBC)和空時格碼 (space-time trellis code, STTC)，都不能使用在脈衝位置 調製跳時超寬帶系統中。然而，利用脈衝聯合檢測，我們發現在跳時超寬 帶系統中使用開環時間切換分送發射 (time-switched transmit diversity, TSTD) 技術可以達到最好的訊號品質。可是因為脈衝聯合檢 測的限制，我們只能利用此一技術於跳時超寬帶系統把資料調變在兩個脈 衝以上的時候。在我們的模擬中，我們考慮了脈衝位置調製和脈衝振幅調 制、發射及接收天線的個數、多路徑接收其路徑數 (RAKE finger number)、跟脈衝位置調製有關的延遲時間。在我們的分析中，我們則是 觀察未經硬式決策 (hard decision) 已處理資料信噪比和誤碼率的關 係。總結，在脈衝位置調製和脈衝振幅調製的跳時超寬帶系統中，我們發 現使用開環時間切換分送發射技術皆可達到最佳的性能。 (三) 可調脈衝重複頻率和發射分送之速率適應性超寬頻通訊系統 在本研究中將討論如何在UWB 系統下整合 (Time Switched Transmit Diversity, TSTD) 和(Pulse Repetition Frequency, PRF) 這兩項技術，在適 當的UWB 通道模型下，藉由動態調整Pulse Repetition Frequency ( PRF) 〔26〕 及Transmit Diversity 天線個數的技術，我們初步的結果已經顯示 一個適應性的速率調整機構若能結合PRF 及TSTD 則能進一步提高UWB 系統的 throughput，我們將繼續研究如何改善在UWB 系統中設計快速的訊號品質量測技 術，以落實速率適應性超寬頻通訊系統之設計。 如何把這三種技術（UWB 、 Transmit Diversity、和 Link Adaptation） 整合並應用在多路徑通道上是一件不容易的事情。目前在已知的文獻中，尚沒有 使用這三種技術在多路徑通道UWB 系統上的分析及設計，這也是我們這個研究努 力的目標。