無線通信系統改采多重輸入多重輸出（MIMO）天線架構已成大勢所趨，但也為開發商帶來艱巨的設計挑戰；其中，天線擺放位置與同頻干擾對整體信道容量影響甚巨，工程師須透過縝密的仿真與修正，方能達到最好的多串流訊號傳輸效果。

? ? ? ? 本文比較六種不同幾何結構的走道在60GHz之頻段時的多輸入多輸出(Multi-input Multi-output, MIMO)系統性能(圖1)。這六種不同幾何結構的走道分別為矩形直線走道(Rectangular Straight Corridor)、拱形直線走道(Arched Straight Corridor)、矩形彎曲走道(Rectangular Curved Corridor)、拱形彎曲走道(Arched Curved Corridor)、L形走道(L-Shape Corridor)、T形走道(T-Shape Corridor)。

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圖1　多輸入多輸出窄頻系統示意圖

六種不同結構走道的MIMO系統性能分析
上述六種不同結構的走道橫截面之尺寸為寬為2公尺、高為3公尺；長直走道及L形走道的總長度為10公尺；彎曲走道的內半徑為6公尺、外半徑為8公尺，弧長約為11公尺。發射天線和接收天線皆采用由四根偶極天線所構成之線性數組，發射天線置于每個走道入口中央，其天線高度為1.5公尺；接收天線則平均置于走道中，相鄰的接收天線距離為0.25公尺，共考慮兩百七十個接收點，其接收天線高度均1公尺。

研究所使用的射線彈跳追蹤法(SBR/Image Method)，其系統仿真頻率范圍從59.5G-60.5GHz，頻率間隔為5MHz，射線柱的最大反射次數設定為十次，最大透射次數設定為兩次。

從計算出的均方根延遲擴散的結果看出，T形走道的多路徑效應最為嚴重。拱形截面走道的方均根延遲擴散，普遍低于矩形截面走道的均方根延遲擴散，這現象可以解釋為在拱形截面之走道的結構中，其電波反射的機制，以及天線之場形的緣故，使得在拱形截面之走道中，接收到的多路徑成分較小且比較集中。矩形截面之直線形走道和彎曲走道間，以及拱形截面之直線形走道和彎曲走道間，其平均的均方根延遲擴散幾乎相同，這是因為彎曲走道之彎曲的幾何結構使電波幾乎同時到達，并因此有小的均方根延遲擴散。

從計算出的平均超額延遲擴散的結果看出，除了矩形截面L形與T形走道外，其他四種走道的平均超額延遲擴散的平均值相差不大，這是因為平均超額延遲擴散與傳送和接收天線之間的距離成正比的關系，所以距離傳送天線越遠的接收點，其平均超額延遲擴散值也就越大，越近的話值就越小。L形與T形走道的平均超額延遲擴散較大的原因，是因為在L形與T形走道的環境里，接收點為非直視(Non-Line-Of Sight, NLOS)的情況較其他走道多的緣故。由于多路徑效應較嚴重，使得平均超額延遲擴散較其他走道來得大。

六種走道其信道容量比較，如果訊噪比(SNR)定義為發射端之訊號平均功率對噪聲功率的比值，則矩形和拱形截面直形走道之信道容量最大，正因接收端所收到訊號的功率相較于其他走道高些，且路徑損耗與多路徑效應較低，故信道容量會提升。由于此處SNR定義為發射端之訊號平均功率對噪聲功率的比值，必須考慮路徑損耗與多路徑效應這兩項因素。在矩形和拱形截面直形走道的環境里，接收點皆為直視(Line Of Sight, LOS)的情況，相較其他走道來LOS接收點多，因此能有最大接收能量，以導致較高的信道容量。

如果SNR定義為接收機前端之訊號平均功率對噪聲功率的比值，則T形走道之信道容量最大，其次為L形走道。由于此處SNR定義為接收機前端之訊號平均功率對噪聲功率的比值，僅考慮多路徑效應因素，且T形走道的多路徑效應較嚴重，使得它的信道容量較其他走道來得大，且矩形截面走道之信道容量普遍大于拱形截面的走道。這信道容量的結果對六種不同走道的均方根延遲擴散值是一致的。

最佳天線位置分析
利用GA(Genetic Algorithms)、PSO(Particle Swarm Optimization)、APSO(Asynchronous Particle Swarm Optimization)與DDE(Dynamic Differential Evolution)四種優化算法，可尋找出滿足系統要求的最佳發射天線位置，進而求解出傳輸信道的信道容量，并萃取影響MIMO-WLAN(Wireless Local Area Network)通道的重要參數。

研究所使用的射線彈跳追蹤法，其系統仿真頻率為60GHz。將算法和射線彈跳追蹤法結合仿真復雜環境，選用適當發射天線的位置預測無線電波傳輸時的特性，可以提升信道容量。發射天線高度固定為1公尺，接收天線高度都固定為0.8公尺。