推廣教材模組

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附件1 課程模組基本資料

模組名稱 發展聯盟
1 多天線系統通道特性與效能分析課程模組 行動通訊電路設計聯盟
2 行動通訊陣列天線課程模組 行動通訊電路設計聯盟

[行動通訊電路設計聯盟]

課程模組1. 多天線系統通道特性與效能分析課程模組
教材模組名稱 多天線系統通道特性與效能分析課程模組
教材模組

教學目標

 

  • 課程模組整體教學目標:
    本課程的教學目標是為了讓學生更能夠理解在多天線系統中的通道特性與通道的效能分析,利用USRP NI2901軟體定義無線電(SDR)與LabVIEW Communications System Design Suite2.0的開發平台,讓學生可以更容易了解到MIMO-OFDM的收發理論及實務操作,並介紹各種無線傳輸通道特性。先由OFDM最基本的概念讓學生對目前最廣泛使用的調變技術做一個深度的了解;其次是介紹MIMO OFDM所使用的相關技術,例如空間分集、空間多工等等,讓學生可以了解通道的傳送方式非常多元,搭配實驗二與實驗三的實做課程,可以從程式中驗證上課的理論,更可以加深學生對於這門課的印象。
  • 子模組一:OFDM 技術介紹
    教學目標:介紹OFDM的原理及應用、OFDM的特性與優點及OFDM經過非時變通道的系統模型。
  • 子模組二:MIMO OFDM 技術介紹
    教學目標:介紹MIMO OFDM的分集技術、組合方法、MIMO系統的架構和MIMO OFDM結合之訊號。
  • 子模組三: OFDM之同步與通道估測技術
    教學目標:介紹OFDM的時間同步與頻率同步以及通道估測的技術,導引訊號、一維線性內插法、FTPC通道估測。
  • 子模組四:無線通道特性與模型
    教學目標:介紹在無線通道的環境下常用的通道模型,模擬各類通道的衰落與路徑損失。
  • 實驗一:以USRP實現通道中調變與解調變教學目標:先教學生熟悉NI2901的設備與LabVIEW Communications System Design Suite 2.0的軟體開發環境,接下來介紹QAM的TX與RX如何實做在NI2901上面。
  • 實驗二:以USRP實現通道中2×2 Alamouti code信號之收發
    教學目標:介紹空間分集的概念,利用程式中的Block說明訊號傳送時的方式,以及各個block的功用。
  • 實驗三:以USRP實現通道中2×2 Spatial Mutiplexing OFDM信號之收發
    教學目標:介紹空間多工的概念,用v-blast的方式傳送資料,讓資料的傳輸效率更高。
教材模組

課程大綱

 

  • 子模組一:OFDM 技術介紹
    課程大綱:
    1.OFDM原理2.OFDM特性與優點3.OFDM經過非時變通道的系統模型4.OFDM之應用
  • 子模組二:MIMO OFDM 技術介紹
    課程大綱:
    1.分集技術2.組合(combining)方法3.智慧型天線4.陣列信號處理5.MIMO系統6.MIMO-OFDM結合之訊號
  • 子模組三:OFDM之同步與通道估測技術
    1.時間同步2.頻率同步3.解決頻率偏移4.通道估測與補償5.導引訊號通道估測6.一維線性內插7.FPTC通道估測
  • 子模組四:無線通道特性與模型
    課程大綱:
    1.無線傳播通道基本概念2.電波傳播特性及其對系統之影響3.各類通道與其模擬4.Rayleigh衰減通道模擬5.業界無線通道(TGN/UMa/UMi)通道介紹
  • 實驗一:以USRP實現通道中調變與解調變
    1.藉由實際講述LabVIEW程式碼以理解通訊系統的調變與解調變
    2.練習程式之修改
  • 實驗二:以USRP實現通道中2×2 Alamouti code信號之收發
    1.藉由實際講述LabVIEW程式碼以理解Alamouti code的流程及通訊理論
    2.透過調校程式參數以分析不同情況下的Alamouti code效能
    3.練習程式之修改
  • 實驗三:以USRP實現通道中2×2 Spatial Multiplexing OFDM信號之收發
    1.藉由實際講述LabVIEW程式碼以理解2×2 Spatial Multiplexing的工作方式
    2.透過調校程式參數以分析不同情況下的Spatial Multiplexing效能
    3.練習程式之修改
 

可分享教材模組內容說明

 

授課教材投影片225頁,實驗手冊共120頁,題庫共2頁

單元一: OFDM 技術介紹     (13頁)

單元二: MIMO OFDM 技術介紹 (30頁)

單元三: OFDM之同步與通道估測技術      (33頁)

單元四: 無線通道特性與模型     (73頁)

實驗一: 以USRP實現無線通道模型   (21頁)

實驗二: 以USRP實現2×2 Alamouti code信號之收發    (37頁)

實驗三: 以USRP實現2×2 Spatial Multiplexing OFDM信號之收發        (18頁)

所需實作平台配備與經費需求預估(以模組教學實作所需基本軟、硬體平台作估算) 實作平台配備說明(每組供2位同學使用,共5組)

  • 傳送端:一台NI USRP 2901軟體無線電
  • 接收端:一台NI USRP 2901軟體無線電
  • 一組實驗需要兩台軟體無線電,另自備執行LaVIEW Communications Design Suite電腦兩部

設備經費需求:一組NT$98,000(總共NT$490,000)

聯盟/示範教學實驗室可提供之訓練與技術支援(含可提供之實驗示範影片) 示範教學實驗室及聯盟網址:

示範教學實驗室:http://mobilerf.ntust.edu.tw/demonstration-teaching-laboratory

行動通訊電路設計聯盟:http://mobilerf.ntust.edu.tw/

教師工作坊 20 人/場,共1場

實驗示範教學影片預計3件,預計完成日期2018/2/28

 

聯絡窗口 負責教師:林信標 教授

專責助理:莊柏煜 同學

聯絡方式:02-27712171#2271,Email:g830806@gmail.com


課程模組2. 行動通訊陣列天線課程模組
教材模組名稱 行動通訊陣列天線
教材模組

教學目標

 

  • 課程模組整體教學目標:
    本課程模組的目標在於讓學生了解陣列天線在行動通訊的應用及設計觀念,因此課程的介紹以應用為起始點,介紹行動通訊的基本觀念,尤其是利用陣列天線來形成細胞規劃的機制;其次將課程引導至次世代的行動應用,包括利用多路徑通道特性來形成MIMO的機制、及MIMO的基本原理與應用;待應用的觀念建置後,將學生的訓練導引至陣列天線的基本原理及設計觀念,最後讓學生設計簡易的陣列天線,以數值模擬的方式來呈現陣列天線的各個面向,其中數值模擬介紹及量測系統的介紹。如此,本模組屬於陣列天線的入門課程,讓學生由應用、規劃、設計、乃至於模擬驗證等均有一個初步的認識,讓學生對於第五代行動通訊天線技術有一個背景式的知識與了解,有助於訓練系統性人才。
  • 子模組ㄧ:行動通訊概論與細胞規劃
    教學目標:介紹4G的網路遠景, 4G相關功目標, 4G之核心技術,第一代到第四代的基本技術參數,細胞規劃: 蜂巢式網路的概念、無線電波干擾、頻率重複使用,增進系統容量、改善通訊品質、多重存取。
  • 子模組二:MIMO的基本原理及應用(含Massive MIMO)
    教學目標: MIMO 技術簡介, MIMO基本原理, MIMO在LTE的應用,Massive MIMO。建立學生MIMO運作機制的觀念,此MIMO技術將會在5G大幅的應用。
  • 子模組三:通訊傳播通道概論、估計與量測
    教學目標: MIMO通訊傳播特性,MIMO天線系統效能,由多重路徑的訊號差異,讓學生了解通道特性對於行動通訊訊號品質與效能的重要,進而引出MIMO的應用。
  • 子模組四:陣列天線的數值模擬技術
    教學目標:介紹電磁數值模擬方法與模擬軟體的應用,讓學生跨入設計陣列天線的第一步,利用數值軟體的使用,一步一步引導學生完成一個陣列天線的設計。
  • 子模組五:天線量測技術與量測方法
    教學目標: 介紹典型的天線量測系統,包括遠場與近場的量測方式,本課程亦介紹各種天線相關參數及其量測方式,讓學生了結天線的特性驗證、及與通訊系統整合時的介面關係。
教材模組

課程大綱

 

  • 子模組ㄧ:行動通訊概論與細胞規劃課程大綱:(1)無線通訊的世代(2)從2G到3G之路
    • 第一代 (1G , First Generation): 1G –AMPS 及早期行動通訊系統
    • 第二代 (2G , Second generation): 2G–GSM, 2G–IS-95 (窄頻CDMA)
    • 第2.5代 (2.5 G): 2.5G–GPRS 與 WAP 通訊協定
    • 第三代 (3G , Third Generation): 2G/2.5G網路如何升級到3G網路、3G –WCDMA、3G–cdma2000

    (3)從 1G 到 3G 看行動通訊系統之演進

    (4)4G概述: 4G的網路遠景, 4G相關功能目標, 4G之核心技術

    (5)第一代到第四代的基本技術參數

    (6)細胞規劃: 蜂巢式網路的概念、無線電波干擾、頻率重複使用

    、增進系統容量、改善通訊品質、多重存取

 

  • 子模組二: MIMO的基本原理及應用(含Massive MIMO)課程大綱:(1)  MIMO 技術簡介:
    • 傳輸模型
    • MIMO是甚麼?
    • LTE中的MIMO 模型
    • MIMO的系統容量
    • 為何選擇MIMO技術

    (2)  MIMO基本原理:

    • MIMO 系統模型圖
    • MIMO原理
    • 空間複用
    • 發射分集
    • 空間發射分集
    • 空頻發射分集
    • 循環延遲發射分集
    • 接收分集
    • MIMO 關鍵技術: 層映射、預編碼

    (3)  MIMO在LTE的應用

    • LTE中的MIMO模式
    • MIMO模式的應用
    • 發射分集的應用場景
    • 空間複用的應用場景
    • 波束成型的應用場景

    (4) Massive MIMO:

    • Massive MIMO的定義
    • Multi user vs Single user
    • Massive MIMO的潛力
    • TDD OR FDD
    • Massive MIMO的限制
    • Massive MIMO的研發問題
    • Massive MIMO的Channel
    • Massive MIMO的coding

 

  • 子模組三: 通訊傳播通道概論、估計與量測課程大綱:(1) MIMO通訊傳播特性
    • 多輸入多輸出系統簡介
    • 無線通道之特性及其參數
    • 波束形成、空間分集和空間多工傳輸技術

    (2) MIMO天線系統效能

    • 天線之基礎介紹與設計
    • 提升隔離度之去耦合架構設計
    • 天線間耦合對於通道容量影響
    • 通道量測系統及量測結果分析

 

  • 子模組四: 陣列天線的數值模擬技術課程大綱:(1)數值電磁模擬技術基本介紹
    • 陣列天線電磁特性基本介紹
    • 使用MATLAB執行陣列天線場型模擬

    (2)電磁模擬軟體HFSS介紹

    • 使用HFSS執行陣列天線電磁模擬
    • 使用HFSS分析陣列天線電磁特性

    (3)電磁模擬軟體CST介紹

    • 使用CST執行陣列天線電磁模擬
    • 使用CST分析陣列天線電磁特性

    實驗一: 2.4GHz與5.8GHz之1×4陣列天線模擬設計

  • 子模組五:天線量測系統及量測方法介紹課程大綱:(1)電磁輻射基本理論、天線驗證方法、天線驗證實驗系統。(2)天線參數量測方法計紹,包括增益量測與在各種實驗系統的量測方法。(3)天線遠、近場量測系統介紹,近場系統包括平面、圓柱面及球面近場量測系統;遠場量測包括戶外量測系統、縮距式天線量測系統等。
可分享教材模組內容說明 授課教材投影片 484 頁,實驗手冊共 2組

單元1:行動通訊概論與細胞規劃   (159頁)

單元2:MIMO基本原理及應用(含Massive MIMO)  (125頁)

單元3:通訊傳播通道概論、估計與量測 (50頁)

單元4:天線數值模擬設計 (50頁)

單元5:天線量測系統及量測方法介紹   (50頁)

實驗1:2.4GHz與5.8GHz之1×4陣列天線模擬設計

實驗2:2.4GHz與5.8GHz之1×8陣列天線模擬設計   (共50頁)

所需實作平台配備與經費需求預估

(以模組教學實作所需基本軟、硬體平台估算)

實作平台配備說明(每組供 3位同學使用):

以電磁數值模擬軟體在電腦上模擬天線的設計,實驗方式係由三位同學為一組進行陣列天線的設計與參數的驗證。因此實作平台包括Ansys Dessigner/HFSS和Keysight ADS模擬軟體。

設備經費需求:一組NT$        (每套NT$       ): 整體軟體以Ansys軟體租用,每年約10萬元。另十台電腦可以使用學校電腦教室或購置(每台約三萬元,含螢幕)

聯盟/示範教學實驗室可提供之訓練與技術支援

(含實驗示範影片)

  • 示範教學實驗室及聯盟網址:
    • 示範教學實驗室: http://mobilerf.ntust.edu.tw/demonstration-teaching-laboratory
    • 行動通訊電路設計聯盟: http://mobilerf.ntust.edu.tw/
  • 助教工作坊 20 人/場,共1場
  • 教師工作坊 20 人/場,共1場
  • 實驗示範教學影片2件,預計完成日期2018/2/28。
  • 可分享資源與示範教學實驗室運作制度可提供之訓練:1.    遠端登入學習實驗環境的設定與操作。2.    種子教師與助教可到示範教學實驗室接受訓練。可提供之技術支援:1.    課程規劃主持人可到種子學校進行示範教學。

    2.    可派遣技術人員到種子學校進行安裝設定的指導。

聯絡窗口 負責教師:周錫增 教授

專責助理:林思華 助理

聯絡方式:02-33661987,Email:shlin0819@ntu.edu.tw

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