一、背景說明

第三代合作夥伴計畫(Third Generation Partnership Program, 3GPP) R10標準於2011年頒布，即稱為長期演進技術升級版(LTE-Advanced)，也就是現今第四代無線通訊技術主流，而為了能夠提高峰值數據傳輸速率和增加頻譜資源使用效率，因此LTE-Advanced 系統提出載波聚合(Carrier Aggregation, CA)技術來達成上述需求。載波聚合旨在聚合多個LTE-Advanced分量載波(Component Carrier, CC)，來得到更大的傳輸頻寬，使資料傳輸速率能夠直接有效地得到提升。

LTE-Advanced定義三種不同的分量載波聚合方式，分別為同頻帶連續(Intra-band continuous)、同頻帶非連續(Intra-band non-continuous)以及跨頻帶非連續(Inter-band non-continuous)三種模式。Intra-band代表兩個或多個分量載波位在同一頻段上傳輸，而跨頻帶(Inter-band)代表在兩個或多個分量載波在不同的頻段上傳輸。在同頻帶連續及非連續模式下，最主要用以改善系統容量，也就是可以使基地台的承載量變大進而容納更多的使用者，而跨頻帶聚合模式則是最廣泛被應用的情景，因為大部分營運商所持有的頻譜資源都在不同的頻段，因此跨頻帶聚合模式便可以讓營運商將其不同的頻段聚合使用，由於能夠將高頻段(> 1 GHz)與低頻段(< 1 GHz)的載波相互合併，根據其無線傳播的特性，便可以提升基地台的覆蓋範圍(Coverage)，但由於使用頻段不同，其所產生之諧波干擾效應，也將使射頻元件的設計變得相對複雜。

近年來，全世界第五代行動通訊系統(5G)的開發腳步逐漸加速，為了獲取更大的傳輸頻寬，其將操作頻率移往毫米波頻段，例如工研院資通所使用38 GHz頻段成功展示具有250 MHz傳輸頻寬之5G系統雛型，但若只利用一套直接升降頻之收發機直接處理250 MHz頻寬的訊號，其接收機之類比數位轉換器(ADC)與發射機之數位類比轉換器(DAC)將相當的耗能且效率不彰，故採用外差式收發機架構，在中頻端使用4套收發模組來實現4個 62.5 MHz的分量載波並聚合成250 MHz的傳輸頻寬，如此則可有效降低類比數位轉換器與數位類比轉換器的負擔。因此由上述可知，載波聚合技術不論是在現行的第四代行動通訊或是未來的第五代行動通訊，均扮演重要角色。

本計畫旨在發展下世代行動寬頻通訊具有載波聚合功能之射頻收發機課程內容，主要關鍵技術在於：(1) 適於MIMO/載波聚合之小基站射頻傳接機架構；(2) 適於MIMO/載波聚合之小基站發射機線性化技術；(3) 適於MIMO/載波聚合之頻率合成器技術。上述關鍵技術對臺灣未來行動寬頻產業發展至關要緊，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MIMO/載波聚合之射頻傳接技術專業內容，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LTE系統為範例，本計畫鎖定LTE操作頻段以利推廣擴展。

課程規劃設計方面，將MIMO/載波聚合射頻關鍵技術分為(1)載波聚合之射頻收發機；(2)載波聚合功率放大器線性化；(3)載波聚合頻率合成器等三大部分，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。載波聚合之射頻收發機部分課堂時數規劃為18小時，配合6小時之射頻載波聚合開關模組實驗實驗；載波聚合頻率合成器部分課堂時數規劃為12小時，實驗課時數規劃15小時；載波聚合功率放大器線性化部分課堂時數規劃為18小時，實驗課時數規劃6小時。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射頻傳接機相關工作。

二、主要達成之目標

「寬頻射頻傳收機關鍵技術」課程分為三大部份，第一個部分為具有載波聚合功能之射頻收發機架構，第二個部分是載波聚合功率放大器線性化技術，而第三部分則為載波聚合頻率合成器，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)學習下世代行動通訊射頻系統如何利用載波聚合增加使用頻寬與頻譜效益，並理解其關鍵技術。

(2)學習載波聚合架構下之多路射頻傳接機之頻率合成技術。

(3)瞭解載波聚合架構下射頻發射機之高線性度要求，並學習如何與數位信號處理模組搭配達到線性度特性補償並提高電源使用效率技術。

三、課程大綱

四、團隊成員

主持教師：李建育

參與教師：王紳、彭康竣