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寬頻無線通訊關鍵技術發展專輯前言

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用於減輕Femtocell系統通訊死角之新機制

在微細胞基地台和通用移動系統並存的通訊環境中，兩個系統之間的訊號干擾會對各自的使用者造成通訊死角的問題。減少通訊死角的範圍以降低通訊死角對使用者的影響，是通訊系統發展的重要考量之一。本文根據使用者設備以註冊或遞交程序取得基地台存取權的程序與訊號特性，提出一減輕微細胞基地台之死角效應的機制。在使用者設備進入通訊死角之前，經由所提出的微細胞基地台自動功率控制程序，使通訊死角範圍縮小，進而減輕對使用者設備可能造成的通訊死角之影響。

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以Femtocell為基礎之用戶交換機技術

Femtocell的興起主要用於彌補現今基地台覆蓋率不足的問題，以及增加行動網路容量與傳輸速率。以Femtocell為技術基礎的用戶交換機有二主要優點：一是在同一交換機下的用戶互相撥打電話，可在近端建立雙方的通話而無須送到後端去，因此可減少核心網路的負擔。二是同一交換機下的用戶互通電話，因通話建立只有在近端，例如企業內部的分機系統，故無需收費，可節省使用者的支出。本文將詳細介紹Femtocell技術的用戶交換機之內部架構及其如何運作。

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WiMAX網路上之群播系統

因應目前WiMAX核心網路尚不提供群播封包傳送的問題，本論文提出一個新的機制，在WiMAX-WiFi異質整合網路中，將群播(multicast)封包利用單點傳輸(unicast)穿隧(tunnel)方式，通過目前不支援MBS(multicast broadcast service)的WiMAX網路，並在WiMAX用戶端解隧(detunnel)之後由WiFi存取點(WiFi Access Point)將封包群播至支援WiFi的移動使用者群。優點是：一方面讓多個WiFi移動使用者接收同一份的群播串流封包，藉以節省頻寬，另一方面，提供快速換手(Handover)不斷線機制，利用預先建立(pre-construction)的穿隧連線和代理人行動IP (Proxy Mobile IP；PMIP)的機制，讓移動使用者能在享受網路寬頻服務之際，也同時擁有可移動的便利性。雛形系統實作的成果呈現在不修改現有WiMAX網路裝置的條件下，達成支援端點到端點(end-to-end)群播和行動換手的能力給WiFi的使用者端群。系統實驗效能分析證明，所提機制在群播和換手上的效能都極為優異，目前繼續朝向結合可行的服務模式努力。

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設計與實作RUA通訊協定

Femtocell被視為延伸行動通訊網路覆蓋範圍、提昇系統容量的方法。3GPP制定整合家用無線基地台(Home Node B)與戶外無線基地台(Node B)的Femtocell網路架構。本文敘述Femtocell網路架構和相關的Iuh介面通訊協定（如：RANAP，SCTP等）。在Femtocell網路架構中，RANAP User Adpatation(RUA)提供一個負擔較小的機制來傳輸家用無線基地台與家用無線基地台閘道(HNB-Gateway)之間的控制功能與RANAP訊息。我們並說明RUA如何與其他通訊協定互動。本研究介紹在Femtocell/HNB專案中採用訊息佇列設計與實作的RUA通訊協定。我們設計的RUA經由訊息佇列與一致性的基本流程模型(unified primitive flow model)可以在不同的系統與平台上運作。

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預先認證平台上防止封包遺失之強化機制

媒體無關之預先認證平台(Media-independent Pre-Authentication；MPA)主要是應用在行動節點(mobile node；MN)準備換手(handover)時，先進行網路第三層的認證(authentication)，並完成與通訊對方(corresponding node；CN)的聯結更新(binding update)，之後再依網路訊號狀況執行第二層換手。但是，如果第三層binding update還未完成，卻因訊號急遽衰減必須進行第二層換手，就會造成傳輸封包的遺失。在本論文中，我們提出一個強化MPA換手執行(handover execution)機制的運作平台eMPA (enhanced MPA)，可避免封包傳送遺失，並且減少封包遞送所產生的延遲。

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一種在行動通訊網路中降低路由選擇負載的方法

本論文提出一種方法用於減輕DSDV(Destination-Sequenced Distance-Vector)路由協定的網路負載。本方法保留DSDV路由協定所具備的最短路徑與無繞路迴圈等諸多優點，並且解決傳統DSDV網路當拓樸發生改變時所引發的路由訊息氾濫的問題。本論文觀察到在DSDV網路中的各節點通往一特定目的節點的全部路徑恰可構成一棵路由樹，進而提出一機制來動態維護各節點在路由樹中所扮演的角色（中間節點或末端節點）。當目的節點對外廣播更新的路由訊息時，各節點即依據本身的角色與訊息內容來判斷該訊息對於相鄰節點的必要性，從而阻止冗餘訊息繼續轉送。本方法適用於節點密度集中且移動快速的行動通訊網路，可達成頻寬資源的有效使用、降低計算成本與節省各節點存放路由資訊的記憶體空間。

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通訊系統中，基於資料交換的環境下接收資料及傳輸預編碼信號的方法

多個使用者的多傳送與多接收天線技術，為近年來通訊用以提升通道總容量的主流研究領域之一。為了提昇傳輸速率、增加頻譜使用效率，基地台將使用多天線技術將已接收到的資料傳送給所要交換的用戶們，而要使用多天線傳送資料給多用戶需要有較好的前置編碼器才能有效的將資料傳送給不同用戶。 本文章的設計背景基於各使用者之間的資料相互溝通（例如：資料交換）的通訊環境下，提出有別於網路編碼(network coding)的技術來達到用戶間資料交換的目的。主要的方法為使用多用戶多天線技術來達到多用戶間資料交換的目的。有別於傳統多用戶多天線技術的設計，在多用戶間資料交換的通訊環境下，使用者的接收訊號會包含一部分的已知資訊，而目前尚未有針對此特性來設計多用戶多天線之前置編碼器的方式。本文章的重點在於利用個別用戶已知的部分資料（例如位元階級或調變階級的資料）的前提下，利用此已知資訊（例如在位元階級或調變階級的特性）來共同設計傳送端的多用戶多天線之前置編碼器或接收端之解碼器。

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使用多天線技術達到多解析多媒體廣播服務

本篇論文主要提出一個結合多天線技術與階層式調變結合的調變傳輸模式，此新的調變模式適合用在多媒體廣播服務，因為它可以提供多解析度傳輸。一個多媒體的資料通常會經由資料的編碼將原本的多媒體訊息壓縮成不同解析度的資料，例如（MPEG壓縮技術）。此壓縮技術會把多媒體資料壓縮成基本資料，用以提供標準畫質的資料；以及增強資料，用以提供高畫質的資料。在本論文中，我們會提出一個新的結合多天線技術與階層式調變結合的調變傳輸模式，藉由此新方法提供一個多媒體廣播服務(MBMS)的訊號給所有用戶端，用戶端可以根據自己目前所處的環境訊號的強弱來決定自己是否只能看標準畫質的服務還是可以播放高畫質的服務。例如用戶端如果處在接收訊號比較強的環境，此用戶可以使用空間多工(spatial multiplexing；SM)的接收技術同時接收基本資料與增強資料，可以用來看高畫質的服務，反之如果用戶端處在接收訊號比較弱的環境，此用戶可以使用傳送多樣性(transmit diversity；TxD)的接收技術只接收基本資料，可以用來收看標準畫質的服務。另外，所提出的新調變方式也可以適應不同用戶有不同數量的天線，只有一根天線的用戶只能接收標準畫質的服務，而多天線的用戶可以根據所處環境的訊號強弱決定是否可以收看高畫質的服務。

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第四代行動通訊渦輪碼編解碼器之二次置換多項式交織器架構設計

QPP(Quadratic Permutation Polynomail)交織器(Interleaver)由於具有記憶體平行存取非競爭(Contention-free)的特性，已被選定為第四代行動通訊規範(3GPP LTE)中渦輪碼的交織器。QPP交織器除了能避免渦輪解碼器內部記憶體平行存取時碰撞的問題之外，在硬體的複雜度及解碼速度上皆有不錯的表現。然而傳統上QPP交織器於渦輪碼編解碼器的硬體實現上仍存在兩類問題，即查表法(Memory based)交織器其面積過大與即時計算法(On-line calculation)之驅動時脈頻率過高等現象。據此，本文將提出以多個遞迴單位(Recursive Units)所組成的平行交織器硬體架構設計，同時解決傳統上交織器面積過大及交織器驅動時脈頻率過高的問題。本文中首先介紹渦輪碼編解碼器的架構，接著介紹QPP交織器的原理，於推演出低複雜度的硬體電路設計後，再將之置於LTE渦輪碼編解碼器架構中，同時再分析並提出該渦輪碼編解碼器硬體實現上可行的做法。