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滿足高速無線通訊需求　MIMO時代來臨 

圖1　羅德史瓦茲(R&S)應用支援經理陳飛宇表示，隨著新一代通訊標準競相出爐，能提升數據傳輸率及吞吐量的MIMO架構將大行其道。

羅德史瓦茲(R&S)應用支援經理陳飛宇(圖1)表示，過去無線通訊技術主要係以單一輸入單一輸出(SISO)設計為天線串流架構，不過，隨著終端使用者對於高速資料串流的需求益發熱切，採用SISO設計的無線通訊技術，最終仍會面臨頻寬不足、發射功率不佳等困境。  

此外，毅獅科技副總經理邱鵬彰(圖2)進一步指出，頻譜已成了無線通訊技術中極為珍貴的資源，因此如何透過開放頻譜之外的方式來增加訊號覆蓋率(Capacity)及提升訊號傳輸表現，就成了無線通訊技術發展中極為重要的課題；而使用多重天線(Multi-antenna)設計來拓寬訊號傳輸路徑，進而紓解無線通訊頻寬不足及發射功率不佳的窘境，並提升訊號傳輸效能，就成為近年來通訊產業極為關注的解決方案。  

邱鵬彰認為，隨著802.11ac及長程演進計畫(LTE)標準的問世，採用MIMO技術的多重天線設計已成為無線通訊產業新寵兒；而未來除了用以傳輸極小資料量的LTE及第五代行動通訊(5G)的系統會用到SISO技術之外，幾乎可預期SISO設計將隨著未來3G時代的落幕而成為明日黃花。  

圖2　毅獅科技副總經理邱鵬彰指出，MIMO架構能優化天線收發效能，已成為無線通訊業者關注的新焦點。

陳飛宇指出，MIMO設計主要包含傳送分集(Transmit Diversity)、空間多工(Spatial Multiplexing)、單一使用者多重輸入多重輸出(SU-MIMO)、多重使用者多重輸入多重輸出(MU-MIMO)、主動式天線系統(Adaptive Antenna System, AAS)、波束成形(Beamforming)等多重天線技術；也因此，天線效能、網路覆蓋、通道路徑、傳送分集應用、訊號衰減效應、通道脈衝響應(Impulse Response)等測試需求亦將因應而生。  

總而言之，MIMO設計已成無線通訊業者極為關注的新焦點，傳統的系統設計方法亦將有所轉變；其中，在MIMO通道編碼設計領域，低密度同位元檢測(Low Density Parity Check Code, LDPC)及重複累加(Repeat Accumulate, RA)編碼更將大行其道。  

簡化MIMO系統設計　LDPC/RA編碼成顯學 

為了簡化MIMO系統的設計複雜度，學界早已開始使用LDPC及RA編碼來取代行之多年的渦輪編碼(Turbo Code)；而在業界，802.11n標準已率先採用LDPC編碼形式，至於蜂巢式通訊的5G技術，亦可望走向LDPC/RA編碼時代。  

圖3　台灣科技大學電子工程系助理教授林士駿認為，802.11n標準已率先採用LDPC編碼形式，未來5G技術亦可望走向LDPC/RA編碼時代。

台灣科技大學電子工程系助理教授林士駿(圖3)表示，由於MIMO系統中多重路徑(Multi-path)和伴隨而來的多路徑衰落(Multipath Fading)的影響，行動通訊系統須要以各種訊號處理方式來提高無線通訊環境中的傳輸效能；其中，通道模擬、分集技術、通道校正編碼技術都是改善MIMO通訊環境傳輸效能的重要方法。  

林士駿進一步指出，為了保證各種數據在通道中能可靠有效地傳輸，通道校正編碼在現代行動通訊系統中是極為重要的設計環節。隨著無線數位通訊的技術發展，業界必須找到更好的校正編碼方案，以滿足下一代行動通訊系統的需要。  

林士駿分析，目前3G/4G LTE係使用Turbo編碼形式；這種技術過去為行動通訊系統中的顯學，不過隨著通訊技術演變至正交分頻多工(OFDM)技術，加上效果更為出色的新型態編碼形式，如LDPC及RA編碼的出現，Turbo編碼已經顯得不合時宜；不過，第三代合作夥伴計畫(3GPP)為了通訊系統的向下相容性以及多模並存考量，因此在4G時代仍選擇沿用過去的Turbo編碼。  

相反地，電機電子工程師學會(IEEE)已在802.11n標準中採用新的LDPC編碼。林士駿指出，LDPC編碼有相當高的傳輸速率，總體而言可讓系統有更好的性能表現；更重要的是，過去使用Turbo編碼設計MIMO系統時，軟體演算極為複雜，必須重複糾錯校正，設計過程曠日廢時，相對而言LDPC編碼則能很快速地優化MIMO系統設計，並降低通道容量損失(Capacity Loss)。

林士駿預期，目前3GPP即將底定的Release-12版本可能仍舊沿用Turbo編碼形式，不過隨著研究機構、學術界都已開始使用LDPC編碼及RA編碼研擬新一代無線通訊方案，下一代的蜂巢式通訊標準使用LDPC或是RA編碼技術亦是指日可待。  

資料來源:新電子