一、背景說明

第五代行動通訊系統為了增加系統容量，根據Shannon-Hartley理論，可從三個面向著手，其一就是利用波束成形(Beam forming)技術改善訊號對雜訊比，其二就是使用載波聚合或使用毫米波頻譜來提高使用頻寬；再者，利用大規模多輸入多輸出(Massive MIMO)技術，亦可以提升通道容量。其中，波束成形技術或大規模多輸入多輸出技術均與大型陣列天線射頻模組息息相關。當無線訊號在空氣中傳輸時，會產生傳播路徑損耗，因此，需要高增益天線也就是相位陣列(Phased-Array)天線來克服此問題。

要實現波束成形功能須利用相位陣列天線，調整相位陣列天線中移相器的參數，則能夠調整天線波束的方向。根據移相器所處的位置可分為五種架構：(1)射頻路徑波束成形架構、(2)LO路徑波束成形架構、(3)中頻路徑波束成形架構、(4)數位波束成形架構與(5)混合波束成形架構。而其中混合波束成形架構為近期發展之重點，移相器可位在數位及射頻路徑，結合數位與射頻波束成形架構，最佳化波束成形之效果，且能夠彈性的支援多波束/多使用者，通常在巨量多輸入多輸出系統最為常見。而相位陣列天線可分為主動式(Active)跟被動式(Passive)相位陣列天線兩種，兩者架構主要差別在於主動式陣列天線會在每個移相器後再以主動元件放大訊號。以發射路徑而言，在主動式相位陣列天線中，訊號經過功率分配器至每個天線單元，接著經過移相器後，最後經過功率放大器放大，再經由天線輻射出去，而被動式相位陣列天線，訊號先經由一個功率放大器放大後，再經由功率分配器每個路徑，各路的訊號經過移相器後，直接由天線輻射出去。必須要注意的是，一旦被動式相位陣列天線發射端之功率放大器損壞，整個系統即失效，而主動式陣列天線系統則較無此問題。隨著5G系統開發腳步的推進，主動式相位陣列天線將是以後的主流，但不同種類移相器的架構則視系統應用及設計者判斷而定，各家公司在5G系統的推展，除在高頻段發展外，在低於6GHz的部分也持續演進。

本計畫旨在發展下世代行動寬頻通訊之大型陣列天線射頻模組課程內容，主要關鍵技術在於：(1) 多天線技術；(2) 波束成型技術；(3) 主動式與被動式陣列天線技術。上述關鍵技術對臺灣未來第五代行動通訊產業發展至關要緊，須及早因應規劃，而重點在於學校能否培育出產業界所需之中高階技術人才，故本發展課程授課對象選定大四／研究所／博士班等學生，其先修專業知識至少須對電子／電路／電磁／通訊信號等專業內容有基本認識，而本課程則在簡短複習基礎知識之後，著重多天線/波束成型/主被動天線陣列技術等專業內容，相關雛型展示系統建置與實驗課程搭配亦以此為目標，選定以未來第五代行動通訊呼聲極高之28 GHz頻帶為範例以利推廣擴展。

課程規劃設計方面，將大型陣列天線射頻模組技術分為(1) 多天線技術；(2) 波束成型技術；與(3) 主動式與被動式陣列天線技術與(4) 應用於基站系統之Remote Radio Head介紹等四大部分，並以單元方式組成此三大課程內容，方便授課教師選用搭配以適應既有課程。多天線技術部分課堂時數規劃為12小時；波束成型技術部分課堂時數規劃為18小時，搭配多線線技術之實驗模擬課時數規劃6小時；主動式與被動式陣列天線技術部分課堂時數規劃為6小時，實驗課時數規劃9小時，最後，應用於基站系統之Remote Radio Head之部分安排6小時之課堂時數。期望透過上述課程安排，讓學生具備理論基礎外，更可經由動手實作訓練獲得實務經驗，使修課學生有足夠能力與自信從事行動寬頻通訊大型陣列天線射頻模組相關工作。

二、主要達成之目標

「大型陣列天線射頻模組技術」課程分為四大部份，第一個部分為了解多天線系統之相關知識，第二個部分是學習不同種類之波束成型系統架構，第三部分則為了解主動式與被動式陣列天線架構以及優缺點，而第四部份則是了解應用於基站系統之Remote Radio Head，授課教師可針對學生背景、程度、應用需求不同選用合適的課程單元。本課程發展內容旨在培訓相關專業人員，具體目標如下：

(1)學習第五代行動通訊系統中，大型陣列天線射頻模組技術所扮演之關鍵角色，並理解其關鍵技術。

(2)學習不同類型波束成型架構，並了解其特性與優缺點。

(3)學習主動式與被動式陣列天線之架構與了解其特性與優缺點。

(4)瞭解基站天線技術演進歷程，並了解現今常用之Remote Radio Head架構。

三、課程大綱

四、團隊成員

主持教師：黃建彰

參與教師：王紳、彭康竣