- 如何克服天线设计/同频干扰问题 MIMO系统实现多串流应用

本文针对两种不同接收天线位置来做探讨，这两种情况分别为接收点为桌面计算机的情况，以每0.5公尺均匀分布在桌面上，平均散布一百二十个接收点；另一种情况为接收点为手机，以每0.9公尺均匀分布在室内环境中，平均散布一百二十个接收点。发射和接收天线皆采用由三根偶极天线所构成之线性数组。

研究所使用的射线弹跳追踪法，其系统仿真频率范围从59.5G-60.5GHz，频率间隔为5MHz，射线柱的最大反射次数设定为五次，最大透射次数设定为两次。藉由射线弹跳追踪法结合算法去做数值的计算，即呈现出MIMO-WLAN信道的信道能量，研究使用GA、PSO、APSO与DDE四种算法求最佳发射天线位置。目标函数(Objective Function)定为信道容量，并将其值交给算法做目标函数分析。故将射线弹跳追踪法结合算法，找寻及最佳发射天线位置，可使信道容量提升。

目标函数定义为发射讯号功率与噪声之比计算从0-105dB，每5dB计算一次信道容量数值，故共有二十二笔信道容量数值，并将此数值相加后当做是目标函数比较的标准。设定算法之中止条件为演化世代数达到三百代时，演化中止。 第一个情况接收点以每0.5公尺均匀分布在桌面上，平均散布一百二十个接收点，分析其信道容量。使用GA、PSO、APSO与DDE四种算法可得到一个最佳发射天线位置。

第二个情况，接收点以每0.9公尺均匀分布在室内环境中，平均散布一百二十个接收点，分析其信道容量。使用GA、PSO、APSO与DDE四种算法可得到一个最佳发射天线位置。仿真数值结果显示，DDE在收敛速度皆比GA、PSO和APSO快速。APSO虽然在最佳表现上最优，但其收敛速度略逊DDE。GA则在处理此函数时收敛速度较另外三种优化方法缓慢。

同频干扰技术探究
研究探讨同频干扰(Co-Channel Interference, CCI)对MIMO-WLAN系统其信道容量的影响。在MIMO-WLAN系统中，计算出有无同频干扰情况下其信道容量，其中，干扰源包括单一干扰和多根干扰。使用均匀线性数组(Uniform Linear Array, ULA)天线(图2)和极化分集数组(Polarization Diversity Array, PDA)天线(图3)排列下，对于此系统通道容量的影响。在MIMO-WLAN中传送端、接收端和多个同频干扰皆采用此两种天线数组探讨，比较其传输质量和抗干扰程度。

图2　均匀线性数组示意图

图3　极化分集数组示意图

该模拟包含两个大小相同的房间，环境四周围的边墙为水泥墙材质，介于两个房间中间水泥隔板长为4公尺、宽为0.2公尺、高度为2.5公尺。左边房间放置一个发射天线Tx位于(2/1.5/1.2m)和右边房间干扰发射讯号天线位于(3.2/1.5/1.2m)。发射天线和干扰发射讯号天线高度都是固定高度为1.2公尺。接收天线则平均置于左边房间四张木桌上中，相邻的接收天线距离为0.1公尺，均匀分布两百三十六个接收点，其每个接收天线高度均1.2公尺。发射和接收天线皆采用由三根偶极天线所构成之数组。

该研究以两种不同的天线数组探讨，分别是均匀线性数组天线和极化分集数组天线。使用的射线弹跳追踪法，其系统仿真频率范围从59.5G-60.5GHz，频率间隔为5MHz，射线柱的最大反射次数设定为五次，最大透射次数设定为两次。

在单一同频干扰下，发射和接收天线皆采用由三根偶极天线所构成之数组。采用均匀线性数组天线和极化分集数组天线，并在有无加入单一同频干扰之计算均匀散布两百三十六个接收点的平均信道容量对SNR的比较图，此处SNR定义为发射端之信号平均功率对噪声功率的比值。在没有同频干扰下，使用均匀线性数组的信道容量会高于极化分集数组的信道容量；在单一同频干扰下，使用极化分集数组的信道容量会高于均匀线性数组的信道容量。

原因是当MIMO系统中使用均匀线性数组时，会分解成几个独立的空间信道以提高信道容量，而此时这些独立空间通道也会导入部分的干扰功率。然而与均匀线性数组相比，MIMO系统中采用极化分集数组可以增强信道容量，这意味着接收天线的极化和干扰天线极化不一样时，干扰功率会降低。

换句话说，当MIMO系统中使用极化分集数组时，会分解成几个独立的空间信道以提高信道容量，但并非所有的独立空间通道都会遭受干扰。在多根同频干扰下，发射和接收天线皆采用由三根偶极天线所构成之数组。采用ULA天线和PDA天线，并加入干扰源为ULA和PDA之计算均匀散布两百三十六个接收点的平均信道容量对SNR的比较图。

在3×3-ULA系统下，干扰源为均匀线性数组的信道容量会低于干扰源为极化分集数组的信道容量。在3×3-PDA系统下，干扰源为极化分集数组的信道容量会低于干扰源为均匀线性数组的信道容量。

其原因是当MIMO-WLAN系统和干扰的天线数组相同的时候，收到同频干扰功率会变大，反之所需的系统和干扰的天线数组不同时，可以得到相反的结果。有干扰的情况下，3×3-PDA系统的抗干扰程度较优于3×3-ULA系统，当MIMO-WLAN系统的天线跟干扰的天线数组不同时抗干扰的免疫力会增加。