「新世代(5G/ IoT)無線通訊技術研討會」活動報導

前言

「教育部國際行動寬頻標準監測計畫」於2016年1月21日、22日,舉辦為期兩天的「新世代(5G/ IoT)無線通訊技術研討會」,會議場地在國立交通大學交映樓國際會議廳。本說明會邀請了馬里蘭大學劉國瑞教授、中正大學沈文和教授和張盛富教授、台灣大學魏宏宇教授、交通大學方凱田教授和吳文榕教授,以及外國講師伊利諾大學香檳分校Dr. Emrah Akyol。第二天會議的Panel Discussion亦邀請東華大學陳震宇教授、台北大學魏存議教授和謝欣霖教授,以及受邀講師魏宏宇教授等4位長期參與3GPP會議的專家學者進行相關的議題探討。

第一天活動

「新世代(5G/ IoT)無線通訊技術研討會」

第一天首場邀請馬里蘭大學的劉國瑞教授,演講主題為Time Reversal在未來5G的通訊系統中的重要性。隨著大量的頻譜需求以及硬體ADC的發展,未來的5G系統極有可能會運作在毫米波的頻段,意味著在接收 端會受到更多由於多路徑所造成的ISI (Inter Symbol Interference) 的影響,過去以來抑制ISI所造成的影響一直是設計通訊系統中重要的課題,然而有別於以往多路徑傳輸以及ISI會降低系統表現的觀點,劉國瑞教授提到空間 中的多路徑其實可以看成是額外的Do F(Degree of Freedom),藉由適當的訊號處理多路徑傳輸事實上可以為我們帶來許多的好處。最後,劉國瑞教授以幾個影片示範Time Reversal這項技術的好處,在影片中可以看到,非常微小的環境變化可以被偵測出來,偵測出的目標物位置誤差可以在幾公分以內,對於未來5G/IoT 的應用這是非常好的特性。

接著由沈文和教授介紹5G欲達到的目標,以及目前國內進行研究的主題。5G的目標效能為data rate要能達到現在的10倍以上、通訊的延遲能夠有效降低、大量device之間能夠互相通訊…等。演講中沈教授亦展示了模擬類比的DFT beamforming。

物聯網(IoT)為近幾年各界討論熱烈的議題,應用也相當的廣泛,第三場則由交通大學的方凱田教授為我們介紹,主要為IoT相關設備和機制的設計。IoT一大重點在於不需透過人,是由機器和機器直接連結的技術,可應用於運輸物流、健康醫療、智慧環境等等的領域。和IoT相關且較普級的技術有LoRa、Sigfox、Zigbee和LTE-M,其中較重要的為LoRa和LTE-M。和傳統WAN的高耗能不同,LoRa擁有較長距離傳輸且低耗能的特性,提供一個簡單且有效率的平台讓裝置使用。另外,不同於LoRa和Zigbee,LTE-M直接延用LTE現有的一些機制,因應IoT需求降低系統複雜度,但亦能相容於LTE的寬頻系統,為目前最主要的技術。為延長裝置的使用壽命,Power saving為一大討論要點,在未來,各個平台間的相容性也是我們要關注的內容。

最後,張盛富教授的講題為mmWave Antenna Arrays and Circuit Technologies for 5G,討論的主要內容為在5G millimeter wave情況下,在射頻端要做beamforming會遇到的各種限制和困難,在一些情況下如何解決問題,並展示其部分研究成果。張教授指出在millimeter wave情況下影響最大的就是path loss,要補償這些path loss最簡單的方法就是大幅增加輸出的功率,可是這是一個不切實際的做法,成本會太高,所以需要用到天線陣列做beamforming來補償,利用增加空間來代替提升功率,用天線做beamforming主要分為3種: (1)RF path (2)digital (3)hybrid。在其展示之模擬結果中,已經能完成在millimeter wave情況下4、8、16根天線的beamforming,未來目標是64還有100跟以上的天線,在16根以下還可以不用考慮RF數量的問題,但是在64還有100以上這就會變成一個很嚴重的問題,還要讓beam能夠旋轉,這些都是之後的挑戰。

第二天活動

第二天會議由吳文榕教授首先開場,主題為全雙工的無線通訊,內容主要介紹全雙工在無線系統相關架構和所遭遇的問題及解決方法。無線資料傳輸蓬勃發展,頻譜資源需求大量增加,價格也相當驚人,所以提升頻譜使用效率為發展的一大要點。目前大部分的無線系統為半雙工,發展全雙工可以有效提升頻譜使用效率,但遭遇一大問題為它有嚴重的自我干擾,吳教授介紹了Rice和Standford兩所大學所提出的方法,藉由數位和類比兩方面,需要消除高達110dB的干擾。另外,MAC的設計和規劃也很重要,目前可行的商業應用有back-haul、small cell和wifi等等,根據測試和模擬結果證實全雙工在這些環境下是可行的,但在cellular系統上仍有很多議題需要討論,IC的實作上也需要更多的測試。「新世代(5G/ IoT)無線通訊技術研討會」活動報導

第二場則邀請伊利諾大學香檳分校Dr. Emrah Akyol,其演講主題為Energy Efficient Sensing in Smart City。主要分析Sensing Network與Transmission Network,在物聯網(IOT)的情境之下,會有許多的應用必須根據Sensor所收到的資訊來做real time的reaction。Akyol舉其中一個例子:即時的導航,與傳統的導航不同的地方在於最佳的行駛路線會與該個時刻周遭其他的車輛位置有關,以便規劃出車輛比較少的路徑,以這個例子來說傳統分析傳輸接收的通訊模型不太適用,與傳統的System Model的差別在於必須額外去考慮Sensing到的資訊的正確性,而與sensor與傳送接收端的位置有很大的關係。

下午則由魏宏宇教授開場,其主題為Radio Access Network Design for 5G IoT: A Fog Computing Approach。魏教授首先說明Fog這個新名詞出現的緣由,Fog意指lower latency,指出F-RAN的好處是可以減少延遲、增加throughput和減輕backhaul的負擔。接著討論F-RAN在wireless 5G的應用,魏教授以Augmented Reality (AR) 的技術說明並提供一些關於AR的例子。對於如何設計low latency 5G的RAN,魏教授提供了三個原則,分別是Embrace Fog Paradigm for Low-Latency、Differentiate Low-Latency Flow Early以及Be Cognitive, Be Flexible。最後,魏教授介紹F-RAN相關的實際應用,舉數個關於F-RAN的例子,如ETSI Mobile Edge Computing、Active Device Location Tracking、RAN-aware Content Optimization和Connected Vehicles等。

本研討會最後一場為Panel Discussion,由蘇於德教授主持,邀請東華大學陳震宇教授、台北大學魏存議教授和謝欣霖教授,以及受邀講師魏宏宇教授進行相關的議題探討。謝欣霖教授探討的題目是5G Air Interface,他認為Air Interface最後會走向waveform會是non-orthogonal;陳震宇教授分享的題目是Cellular IoT,內容提到低功率廣域網路對於IoT的重要性;魏存毅教授介紹D2D在5G的發展;魏宏宇教授發表自己對於5G未來一些可能的發展的看法。在場與會人員亦紛紛提出所關心的議題與各位教授熱烈討論。

結語

為期兩天的「新世代(5G/ IoT)無線通訊技術研討會」順利圓滿結束。本研討會特別邀請兩位國外講師馬里蘭大學劉國瑞教授、伊利諾大學香檳分校Dr. Emrah Akyo,以及國內5位專家學者,對於關注的各種主題進行深入的說明與討論,獲得在場與會者的良好反應。參與本研討會的學員熱烈參與討論各項相關議題,並於會場與講者討論交流。會中的學員來自學術界的教授、研究員與學生,以及產業界的工研院、中研院、聯發科技、迅宏科技等多家業界的經理與工程師一同參與此說明會。此次研討會參與的學員與學者專家共計有137位。本活動邀請多位無線通訊技術相關的專家學者講解討論最新議題及進度,向學界與業界提供即時的資訊與趨勢,藉此讓國內專家學者與國際通訊潮流接軌,並期待產出更多良好的學術研究或產品技術成果。

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