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系統識別號 U0002-1709201512474500
DOI 10.6846/TKU.2015.00499
論文名稱(中文) 無線通訊之波束改良分析及模擬研究
論文名稱(英文) Beamforming techniques for indoor wireless communication
第三語言論文名稱
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中文) 電機工程學系碩士班
系所名稱(英文) Department of Electrical and Computer Engineering
外國學位學校名稱
外國學位學院名稱
外國學位研究所名稱
學年度 103
學期 2
出版年 104
研究生(中文) 周育楷
研究生(英文) Yu-Kai Chou
學號 602440108
學位類別 碩士
語言別 繁體中文
第二語言別
口試日期 2015-07-21
論文頁數 82頁
口試委員 指導教授 - 丘建青(chiu@ee.tku.edu.tw)
委員 - 方文賢(whf@et.ntust.edu.tw)
委員 - 李慶烈(chingliehli@gmail.com)
關鍵字(中) 環形陣列天線
波束形成
基因演算法
自我適應之動態差異演算法
關鍵字(英) UWB Circle Array Antenna, Beamforming, Genetic Algorithm, Self-Adative Dynamic Differential Evolution
第三語言關鍵字
學科別分類
中文摘要
本論文先將8根發射天線以及8根接收天線做環型陣列的擺設,再利用射線彈跳追蹤法計算出任意給定室內無線環境之脈衝響應,在發射端與接受端均使用波束合成的技術,使能量聚焦,減少通道之間的多路徑效應干擾。再藉由基因演算法(Genetic Algorithms, GA)和自我適應之動態差異演算法(Self-Adative Dynamic Differential Evolution,SADDE)來調整天線的激發振福及每一根陣列元素上的饋入線長度,並且降低傳輸的位元錯誤率。
在同一個室內模擬環境下,我們分成直接波與非直接波的兩種方式,分別用基因演算法與自我適應之動態差異兩種演算法執行出模擬場型圖,根據模擬結果顯示,自我適應之動態差異演算法在收斂速度及位元錯誤率方面,性能都比基因演算法來的更好。
英文摘要
In this thesis, beamforming techniques are employed to reduce the multi-path effect of the channel and bit error rate. We use eight transmitter antennas and eight receiver antennas as the circle antenna array. Shooting and bouncing ray/image(SBR/Image) technique combining with antenna pattern are used to calculate the impluse response in indoor wireless environment. 
We adjust the excitation amplitude and  feedlength of each array element by using the Genetic Algorithms(GA) and Self-Adative Dynamic Differential Evolution(SADDE) method .
Both Line-of-sight (LOS) and non-Line-of-sight(NLOS) cases are presented in the  indoor environment. We synthesize the patten of the antenna array by using Genetic Algorithms(GA) and Self-Adative Dynamic Differntial Evolution(SADDE).  Numerical results show that SADDE algorithm outperforms GA algorithm in terms of bit error rate and convergence speed.
第三語言摘要
論文目次
第一章	概論P.1
1.1 研究背景P.1
1.2 研究使用方法P.8
1.3 各章內容簡述P.8
1.4 研究貢獻P.9
第二章	智慧型天線系統P.10
    2.1 基本定義與工作原理P.10
    2.2 智慧型天線優點P.12
第三章	超寬頻天線陣列系統P.16
	3.1 系統概述P.16
	3.2環形陣列P.18
	3.3 超寬頻環型天線陣列P.21
第四章	傳輸通道系統描述P.27
	4.1無線電波傳播通道分析.P.27
	4.2 通道模型計算分析P.28
		4.2.1射線彈跳追蹤法流程分析P.28
		4.2.2利用何米特法與快速反傅立葉轉換計算出時域響應P.32
	4.3訊號系統架構
        4.3.1發射訊號波型P.35
        4.3.2位元錯誤率之計算P.36
第五章	基因演算法與自我適應之動態差異演化法P.40
	5.1基因演算法P.40
	5.2基因演算法之三大運算P.44
		5.2.1 複製(reproduction)P.44
		5.2.2 交配(crossover)P.45
		5.2.3 突變(mutation)P.45
	5.3  基因演算法之主要特性P.47
	5.4 基因演算法於合成輻射場型之應用P.48
	5.5自我適應之動態差異型演化法P.49
第六章	數值模擬結果P.57
	6.1 模擬環境與參數設定P.57
	6.2 模擬結果分析及比較P.60
		6.2.1	基因演算法(LOS)P.62
		6.2.2	自我適應之動態差異演算法(LOS)P.66
		6.2.3	基因演算法(NLOS)P.70
		6.2.4	自我適應之動態差異演算法(NLOS)P.74
第七章	結論P.78
參考文獻    P.79
圖目錄
圖2.1 智慧型天線同時服務兩個同頻道之用戶端示意圖	P.10
圖2.2 空間分隔多工系統方塊圖	P.11
圖3.1 智慧型超寬頻天線陣列系統架構圖	P.16
圖3.2 含N個天線元件組成的環型陣列示意圖	P.19
圖3.3 超寬頻環型天線陣列示意圖	P.23
圖4.1 SBR/Image 程式流程圖	P.30
圖4.2 何米特程序的信號處理步驟與快速反傅立葉轉換過程	P.33
圖4.3 信號經過何米特程序與快速反傅立葉轉換處理後之結果P.34
圖4.4 二位元脈衝振幅調變位元錯誤率系統架構圖	P.35
圖4.5 傳送高斯二次微分脈波的波型示意圖	P.36
圖4.6 FCC對室內及室外超寬頻系統的頻段及輻射能量限制圖	P.37
圖5.1  基因演算法之流程圖	P.43
圖5.2  基因演算法之突變過程圖	P.46
圖5.3 自我適應之動態差異型演化法流程圖	P.51
圖5.4 自我適應之動態差異型進化法中突變方法一的示意圖	P.53
圖5.5 自我適應之動態差異型進化法中突變方法二的示意圖	P.54
圖5.6 自我適應之動態差異型進化法中的交配向量於一個二維目標函數 等位線圖描述的示意圖	P.55
圖6.1  模擬環境平面圖	P.57
圖6.2  Tx的X-Y平面輻射場型圖	P.62
圖6.3  Tx的 輻射場型圖	P.62
圖6.4  Rx的X-Y平面輻射場型圖	P.63
圖6.5  Rx的 輻射場型圖	P.63
圖6.6  位元錯誤率	P.64
圖6.7  適應值函數	P.64
圖6.8  Tx的X-Y平面輻射場型圖	P.66
圖6.9  Tx的 輻射場型圖	P.66
圖6.10  Rx的X-Y平面輻射場型圖	P.67
圖6.11  Rx的 輻射場型圖	P.67
圖6.12  位元錯誤率	P.68
圖6.13  適應值函數值	P.68
圖6.14  Tx的X-Y平面輻射場型圖	P.70
圖6.15  Tx的 輻射場型圖	P.70
圖6.16  Rx的X-Y平面輻射場型圖	P.71
圖6.17  Rx的 輻射場型圖	P.71
圖6.18  位元錯誤率	P.72
圖6.19  適應值函數值	P.72
圖6.20  Tx的X-Y平面輻射場型圖	P.74
圖6.21  Tx的 輻射場型圖	P.74
圖6.22  Rx的X-Y平面輻射場型圖	P.75
圖6.23  Rx的 輻射場型圖	P.75
圖6.24  位元錯誤率	P.76
圖6.25  適應值函數值	P.76
表目錄
表1.1無線通訊標準之傳輸速率比較	P.4
表5.1 基因演算法相關之名詞解釋與中英文對照表	P.40
表6.1  GA-LOS 激發電壓與饋入線長度	P.65
表6.2  SADDE-LOS 激發電壓與饋入線長度	P.69
表6.3  GA-NLOS 激發電壓與饋入線長度	P.73
表6.4  SADDE-NLOS 激發電壓與饋入線長度	P.77
參考文獻
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