下世代無線技術聯盟

加速行動寬頻服務及產業發展人才培育計畫之
下世代尖端無線技術聯盟中心計畫

計畫緣起

我國無線通訊產業發展在過十數年間迅速成長後出現了成長趨緩,特別在2008開始更因全球性金融海嘯造成無線通訊成長衰退,此現象已在2009年隨著國際間的各種措施的實施經濟逐改善,加上美國推出量化寬鬆政策,促使美國市場景氣快速復甦,台灣相關廠商因此安然度過此危機,且在此同時把握住全球版圖重新洗牌的機會持續投入產業整合與技術研發能量,使其產值在困境中依然不斷提升。隨著中國低價智慧型手機的崛起與Android系統的相關手機創新應用軟體的不斷推陳出新,刺激了新興市場的需求,在此同時高速行動網路系統的擴大佈建與不斷的創新研發,使得全球經濟在2010年全面啟動復甦持續至2015年,展望行動通訊相關產業在未來的成長依然持續蓬勃發展,值得注意的是慧型手機在2010年出貨量業已超越個人電腦,行動通訊將是我國無線通訊產業成長的最大動力之一。從過去行動通訊的發展軌跡中我們可以發現無線通訊網路的建置與手機軟硬體開發和市場的需求成長呈現了一個正向同步成長的良性循環,在過去的幾年因觸控介面的人性化操作與相關應用軟體蓬勃發展大幅地提高人們行動上網功意願與需求,也開啟了行動網路的真正商機,隨著使用者的人數與時間的增加,目前3G的行動網路的傳輸容量漸漸不符大眾所需,網路塞車成為行動上網普及的最大瓶頸,我國政府因此在2014年開放4G 行動通訊系統的布建與營運,多家營運商正全力搶奪4G通訊的龐大商機。

然隨著科技的不斷進步,新一代的行動通訊系統正蓄勢待發,台灣廠商在原先的無線相關產業中的優勢下,正從事相關的產業整合與技術研發並布局下一世代的行動通訊產業也就是第五代行動(5G)通訊。在此同時相關國際大廠已經加速5G行動通訊標準的相關技術開發,並積極針對相關技術進行專利卡位與市場佈局,在可預見的未來,5G的通訊技術將深入到通訊的各個層面,徹底改變人類的生活,不僅帶給人們高速行動通訊的便利性,且將引發更多不同的應用服務,帶動產業的新一波的發展。目前各方估計5G網路將可提供500至1000倍的行動頻寬,人類正朝向100%行動網路市場滲透率目標邁進,但這並不會成為行動網路通訊發展的最終限制,未來的無線網路連接對象將不再只是人類而將包含所有的終端,即物聯網概念(Internet of Things)。這個概念是將終端延伸至機器,設備,與物件,所謂的機器間通訊也將隨之愈形重要。要達到上述的願景有賴於行動寬頻的尖端技術,要發展此技術則有賴於尖端的人才,這也是本聯盟編撰課程教材的目的。

計畫介紹

「下世代尖端無線技術聯盟中心」以「教學推動中心」與「夥伴學校」做為執行本計畫的工作架構,教學推動中心由本計畫主持人負責,協同主持人協助計畫主持人推動計畫之執行,另設專任助理以協助行政事務,其詳細架構如圖一所示。

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圖一:下世代尖端無線技術教學聯盟架構圖

組織說明如下:

  • 聯盟計畫辦公室:掌管聯盟計畫行政事務,由聯盟計畫主持人、協同主持人及專、兼任助理共同組成,負責聯盟計畫網路交流平台及教學資源網站之建置維護與推廣、聯盟計畫各子項工作之協調及計畫執行進度與經費之管控及核銷。
  • 諮詢委員會:由聯盟計畫主持人召集,邀請行動寬頻產業界、政府部門、學術界、及研究界專家組成,負責指導聯盟計畫推動方向,督導聯盟計畫業務推動事宜及評估計畫執行成效。諮詢委員會相關行政事務,由聯盟計畫辦公室負責辦理。
  • 課程發展小組:由聯盟計畫主持人召集,各教材發展教師及其教學助理組成,負責重點領域課程教材發展與推廣相關事務。
  • 推廣小組:由聯盟計畫主持人召集,各相關領域教師組成,推動各類推廣交流、師資培育等相關配套活動或計畫。

配合此次行動寬頻尖端技術跨校教學聯盟計畫,我們規劃「MIMO通訊系統」與「高等數位無線傳輸技術」兩門課程,這兩門課的特色是兼具理論與實作的課程,不但可以訓練學程式撰寫的能力更能加強實驗/實作的能力,同時也可幫助學生有效的理解前瞻的通訊技術。

我們將採用Xilinx最新發展出的Zynq的FPGA平台,配合ADI公司先進的AD9361的射頻模組,共同組合而成一個軟體無線電平台。Zynq的FPGA內建Cotex處理器,除了做基頻的訊號處理外,也可作媒體擷取層的嵌入式系統處理。AD9361的接收頻率涵蓋70MHz到6GHz,幾乎可以接收目前所有的無線訊號,且可以支援2×2的MIMO系統,Zynq的FPGA配合AD9361所構成的軟體無線電平台,可以說現今市面上價格最低廉,功能最齊全的平台。而另一個最大的好處是此平台的控制與規劃已經整合至Matlab的軟體中,很容易使用,我們所規畫的課程可以訓練學生Matlab/Simulink軟體撰寫能力,同時也訓練學生實驗/實作的能力,此系統如圖二所示。

通訊電路分為射頻和基頻,以往大部分的通訊實驗都只有在基頻上操作,鮮少可以做實際無線訊號的收發,使用我們發展的平台可以有效的改善此問題。本聯盟所開發的課程將統一使用上述的平台,讓每一學生親自設計演算法並實驗,同時有訓練學生儀器的操作,從實際的訊號送收中了解先進通訊系統的運作,以達到學校和職場的無縫接軌的目的。本平台可以使用Matlab語言,C語言,和硬體描述語言(如Verilog)來實現基頻訊號的送收,也可以作嵌入式系統的處裡,為一多功能之平台,有利於未來其他課程之規畫與整合。在課程設計上,可以使用Simulink的處理流程,將各訊號處理模組方塊化,每個方塊具有不同功能,例如傳送機方塊、接收機方塊、射頻模組方塊等,接收機方塊又可細分為同步分塊,通道估計方塊,解碼方塊等。讓學生依據所要設計的無線通訊系統,自行組織方塊次序和組製方塊規格形成一特用收發機,觀察不同收發機架構之整體收發效能,圖三為一範例。

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圖二: Zynq的FPGA軟體無線電(a)Zedboard,(b) AD9361模組,(c)天線,(d)USB介面平台

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圖三: 使用Simulink 設計之一無線通訊系統

 本計畫參與人員
計畫主持人 吳文榕 職稱 教授
協同主持人 吳卓諭 職稱 副教授
協同主持人 曾凡碩 職稱 助理教授
諮詢委員 趙啟超 職稱 教授
諮詢委員 吳乾彌 職稱 教授
諮詢委員 孫際恬 職稱 經理
諮詢委員 吳政勳 職稱 資深技術經理
課程發展 伍紹勳 職稱 副教授
課程發展 黃婉甄 職稱 助理教授
課程發展 吳國光 職稱 副教授
業界專家 陳宥華 職稱 主任工程師
業界專家 謝宏道 職稱 經理
畫實施內容
計畫名稱 下世代尖端無線技術聯盟中心計畫
績效指標、成果規範或產品規格項目 課程改進規劃師資與人才培育產學合作國際交流與合作建立夥伴學校及設立重點教學實驗室

成果推廣

預  期  執  行  後  狀  況 第一階段(104年4月1日~104年8月31日) 1.      課程教材編撰2門2.      下世代尖端無線技術教學資源網站建立3.      完成短期課程授課 2 門次並培訓 50人次4.      進行種子教師培訓 15名

5.      舉辦產學交流座談會1場

第二階段(104年9月1日~105年3月31日) 1.      課程教材修訂2門2.      下世代尖端無線技術教學資源網站維護3.      開授正規教學課程2門6課次4.      進行種子教師培訓15名5.      國外學者來台授課1場
成果
具體績效指標 第一階段
課程規劃與教材發展 開課試教次數:0 課次開課校數: 0 校總修課人次:0  人次 實作手冊:2實驗教材:2試教短期課程: 2次50 人次
產學交流 行動寬頻尖端技術教學座談會:  1場 20人次
師資培育 教師研習工作坊:1 場次;參與教師 15人次
具體績效指標 第二階段
課程規劃與教材發展 完成教材數(門):2開課試教次數:6 課次開課校數: 3校總修課人次: 100 人次 實作手冊:2實驗教材:2
國際交流 國外講員:  1場 50人次
成果推廣 聯盟計畫成果發表:  1場 50 人次
師資培育 教師研習工作坊: 1 場次;參與教師15 人次
 聯絡窗口
計畫聯絡人 陳楹琤
連絡電話 03-5712121分機54538
電子郵件 yingcheng@nctu.edu.tw
傳真號碼 03-5710116
通訊地址 新竹市大學路1001號

本計畫官方網站: http://ngwt.nctu.edu.tw

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