99 年度教育部網路通訊科技人才培育先導型計畫 無線通信教學推動聯盟中心 成果報告

1. 99年度教育部網路通訊科技人才培育先導型計畫無線通信教學推動聯盟中心成果報告99年度教育部網路通訊科技人才培育先導型計畫無線通信教學推動聯盟中心成果報告 計劃主持人：蘇育德教授 協同主持人：張文鐘教授 中心學校：交通大學 無線通信教學推動聯盟中心

2. 無線通信教學推動聯盟中心成果發表議程 時間：14:50-15:50 地點：工程四館E301教室 主持人：蘇育德教授 時間 主講人 議題 ▂ ▂ ▂ ▂ ▂ ▂ ▂ ▂ ▂ ▂ ▂ ▂ ▂ ▂ ▂ ▂ ▂ ▂ ▂ ▂ ▂ ▂ ▂ ▂ ▂ ▂ 14:50-15:00 蘇賜麟教授 通訊系統模組成果報告 15:00-15:10 張盛富教授 射頻與天線模組成果報告 15:10-15:20 廖冠雄教授 無線網路模組成果報告 15:20-15:30 謝欽旭教授 無線網路排程技術模組成果報告 15:30-15:40 謝文川教授 無線近身網路應用模組成果報告 15:40-15:45 蘇育德教授 成果簡報 15:45-15:50 審查委員 審查委員講評 無線通信教學推動聯盟中心

3. 計劃簡介-計畫構想與目標 計劃構想 本年度發展之教材有通訊系統、射頻與天線、無線網路、無線網路排程技術以及無線近身網路五個模組系列 。 各模組系列由數位學有專精（含技職體系及一般大學）的教授與業界專家負責，並由ㄧ位資深教授統籌負責模組規劃。 課程內容涵蓋基本及進階課程，且理論和實驗課程兼具。 計劃目的 教材內容務求廣泛周延，期使種子老師得以從中擷取所需之部份使用。編撰教授並得以將各種子教師實際教學經驗所得之增修材料、補充意見融入新版教材。 針對業界需求與歷屆畢業學生意見，設計適合科技大學使用的無線通訊領域課程，降低學生進入無線通訊領域的門檻。 補助、充實相關系必要之教學設備，以提升學生學習深度與興趣。 培育量多質精之無線通訊人才，以符合產業需要 計劃構想與目的 無線通信教學推動聯盟中心

4. 99年度教育部資通訊科技人才培育先導型計畫無線通信教學推動聯盟中心通訊系統模組成果報告 99年度教育部資通訊科技人才培育先導型計畫無線通信教學推動聯盟中心通訊系統模組成果報告 報告人：成功大學 蘇賜麟教授 無線通信教學推動聯盟中心

5. 計畫構想 (通訊系統模組) • 業界及歷屆畢業生之意見調查結果顯示： (1)強化基礎課程； (2)加強輔助軟體(程式撰寫能力)及實作能力； (3)增加目前產業技術及產業現況環境(產品標準)之適當介紹課程； (4)增加量測儀器之使用與訓練。 • 通訊系統分項於96~98年度資通訊人才培育先導型計畫即回應此項調查結果之前兩項意見，完成適用於大學、科技大學與技術學院學生之「訊號與系統」、「通訊原理(系統)」、「數位通訊」、「數位訊號處理」等基礎(中心)課程之教材編撰，同時完成「通訊系統模擬」、「數位通訊模擬實習」和「通訊DSP模擬及實習」等實習課程教材以訓練學生Matlab/Simulink軟體與DSP軟體撰寫能力。 • 回應調查結果之後兩項意見，通訊系統分項擬以常用之通訊產品實體層標準為標的，以模組化方式規劃「通訊系統專論」系列課程，希望結合最近三期之計畫之成果訓練學生，使能擁有良好的基礎知識，同時瞭解最新技術的原理和產品標準，以及相關量測儀器之使用，使學生畢業後能迅速投入產業而為廠商所樂用。 無線通信教學推動聯盟中心 無線通信教學推動聯盟中心 5

6. 96~98年度通訊系統流程圖 無線通信教學推動聯盟中心 無線通信教學推動聯盟中心 6 6

7. 計畫目的 (通訊系統模組) • 本通訊系統模組系列擬以目前常用之通訊產品實體層標準為標的，以模組化方式規劃「通訊系統專論」系列課程。 • 每一標準規劃成一「通訊系統專論」課程，而每一課程包含部份共同的課程模組。 • 規劃的新增課程包括「Zigbee通訊系統專論」、「藍芽通訊系統專論」、「無線區域網路通訊系統專論」、「通訊系統概論」及簡化版「數位通訊」等5課程。 • 規劃的課程模組包括數位調變技術、展頻技術、收發機架構概述、Zigbee系統實體層設計、傳輸通道介紹、通道編碼介紹、存取技術、藍芽系統實體層設計、進階數位調變技術、正交分頻多工技術、進階通道編碼技術、WLAN系統實體層設計等12模組。 無線通信教學推動聯盟中心 無線通信教學推動聯盟中心 7 7

8. 通訊系統模組流程圖 無線通信教學推動聯盟中心

9. 模組規劃與教材編撰教師 成功大學： 蘇賜麟 虎尾科大： 吳昭明 南台科大： 余兆棠、林福林 無線通信教學推動聯盟中心 無線通信教學推動聯盟中心 9

10. 99年度編撰成果 無線通信教學推動聯盟中心 無線通信教學推動聯盟中心 10

11. 課程大綱-數位調變技術模組 無線通信教學推動聯盟中心 無線通信教學推動聯盟中心 11

12. 課程大綱-展頻技術模組 無線通信教學推動聯盟中心 無線通信教學推動聯盟中心 12

13. 課程大綱-收發機架構概述模組 無線通信教學推動聯盟中心 無線通信教學推動聯盟中心 13

14. 課程大綱- Zigbee系統實體層設計模組 無線通信教學推動聯盟中心 無線通信教學推動聯盟中心 14

15. 計畫成果(1) 98、99學年度課程開設： 無線通信教學推動聯盟中心 15

16. 99年度教育部資通訊科技人才培育先導型計畫無線通信教學推動聯盟中心射頻與天線模組成果報告 99年度教育部資通訊科技人才培育先導型計畫無線通信教學推動聯盟中心射頻與天線模組成果報告 報告人：中正大學 張盛富教授 無線通信教學推動聯盟中心

17. 計劃簡介-計畫構想與目標 計劃構想 強化射頻元件與收發模組之設計、整合、測量能力。 加強動手操作的能力。 前期(96-98)課程系列: 天線設計與電波傳播技術 (正課與實驗) 射頻元件與封裝 (正課與實驗) 射頻被動電路設計(正課與實驗) 射頻主動電路設計(正課與實驗) 射頻收發系統(正課與實驗) 本期(99-101)模組系列: 採行樂高操作精神，將一學期課程分展為多個主題模組，每一主題模組約9-15授課時數，授課教師可依該系學生背景、授課規定、培育目標重新組合或取捨。 計劃構想-射頻系統分項 無線通信教學推動聯盟中心 17

18. 計劃簡介-計畫構想與目標 計劃目的 編撰具有彈性、適性的模組課程系列，讓各校各系可依其學生背景、修業規定、 經費設備、培育目標、系所認證的需求，重新組合，達到學校和職場的無縫接軌。 結合授課老師與業界專家合力規劃並編撰一完整且適用於技職至一般大學體系的授課教材(著重於深入淺出且具可選擇性) ，期望可為國內產業界培育專業人員的基礎知識及學習興趣。 計劃目的-射頻系統分項 無線通信教學推動聯盟中心 18

19. 射頻分項之課程設計--射頻樂高 LegoRF • 欲達成可適性課程模組，在課程設計上，將基本射頻電路設計為一個獨立的電路方塊，如同樂高方塊。 • 每個方塊具有其獨特功能，例如天線方塊、射頻濾波方塊、射頻低雜訊放大器方塊、射頻功率放大器方塊、射頻振盪器方塊等。 • 讓學生依據所要設計系統，自行組織方塊次序和組製方塊電路，形成一特用射頻收發機，觀察不同收發機架構之整體收發效能。 • 此射頻模組課程共計16樂高方塊，稱為射頻樂高 LegoRF 。 無線通信教學推動聯盟中心

20. 射頻分項課程模組流程圖 無線通信教學推動聯盟中心

21. 模組名稱:1.1基礎天線與電波傳播 • 時數： 15小時 • 適用年級：大三/大四/研究所 • 先修課程：電磁波 • 課程大綱（含時數配置） • 天線輻射原理、參數、類型 (3 hr) • 基礎天線類型:dipole, patch, slot (6 hr) • 天線場型的量測 (3 hr) • 電磁場強分佈的量測 (3 hr) • 課程模組的組合方式 • 基礎天線與電波傳播 射頻元件與傳輸線 +射頻匹配 無線通信教學推動聯盟中心

22. 模組名稱:1.2進階天線 • 時數： 15小時 • 適用年級：大三/大四/研究所 • 先修課程：電磁波 • 課程大綱（含時數配置） • LTE/WiMAX/WiFi/BlueTooth/ZigBee微小化天線 (9 hr) • 圓極化天線 (3 hr) • 寬頻天線 (3 hr) • 課程模組的組合方式 • 進階天線 射頻元件與傳輸線 +射頻匹配+基礎天線與電波傳播 無線通信教學推動聯盟中心

23. 模組名稱:1.3陣列天線 • 時數： 12小時 • 適用年級：大三/大四/研究所 • 先修課程：電磁波 • 課程大綱（含時數配置） • LTE/WiMAX/WiFi陣列天線 (6 hr) • MIMO天線 (6 hr) • 課程模組的組合方式 • 陣列天線 射頻元件與傳輸線 +射頻匹配+射頻耦合器+基礎天線與電波傳播+進階天線 無線通信教學推動聯盟中心

24. 模組名稱:2.1射頻元件與傳輸線 • 時數： 15小時 • 適用年級：大三/大四/研究所 • 先修課程：電磁波 • 課程大綱（含時數配置） • 集總元件R、L 、 C射頻效應(3 hr) • 射頻接頭、同軸傳輸線、微帶線 (6 hr) • 射頻量測儀器 (3 hr) • LabView儀控射頻量測(3 hr) • 課程模組的組合方式 • 此為最基礎模組，其他模組皆以此為基礎模組 無線通信教學推動聯盟中心

25. 模組名稱:2.2射頻匹配(引用) • 時數： 15小時 • 適用年級：大三/大四/研究所 • 先修課程：電磁波 • 課程大綱（含時數配置） • Smith圖與射頻阻抗( 3 hr) • 射頻集總元件匹配(L, T, p型匹配)(6 hr) • 射頻傳輸線匹配 (3 hr) • 射頻混合匹配 (3 hr) • 課程模組的組合方式 • 射頻匹配 射頻元件與傳輸線 無線通信教學推動聯盟中心

26. 模組名稱:2.3射頻耦合器 • 時數： 15小時 • 適用年級：大三/大四/研究所 • 先修課程：電磁波 • 課程大綱（含時數配置） • 枝幹耦合器( 3 hr) • 環形耦合器(3 hr) • 平行耦合器 (3 hr) • 功率分配結合器 (3 hr) • RF Choke, DC Block, Bias T(3 hr) • 課程模組的組合方式 • 射頻耦合器 射頻元件與傳輸線+射頻匹配 無線通信教學推動聯盟中心

27. 模組名稱:2.4射頻濾波器 • 時數： 15小時 • 適用年級：大三/大四/研究所 • 先修課程：電磁波 • 課程大綱（含時數配置） • 基本原理(3 hr) • 具多重零點之單頻帶通濾波器 (3 hr) • 多頻帶通濾波器設計(9 hr) • 課程模組的組合方式 • 射頻濾波器 射頻元件與傳輸線+射頻匹配+射頻耦合器 無線通信教學推動聯盟中心

28. 模組名稱:3.1射頻低雜訊放大器 • 時數： 15小時 • 適用年級：大三/大四/研究所 • 先修課程：電磁波 • 課程大綱（含時數配置） • 射頻電晶體特性與模型( 3 hr) • 射頻訊號流理論(3 hr) • 射頻穩定度 (3 hr) • 射頻增益匹配 (3 hr) • 射頻雜訊匹配(3 hr) • 課程模組的組合方式 • 射頻低雜訊放大器 射頻元件與傳輸線+射頻匹配 無線通信教學推動聯盟中心

29. 模組名稱:3.2射頻功率放大器 • 時數： 12小時 • 適用年級：大三/大四/研究所 • 先修課程：電磁波 • 課程大綱（含時數配置） • 射頻A類功率放大器-Crips設計法、 Load Pull設計法、動態負載曲線( 3hr) • 射頻B、C類功率放大器(3 hr) • 射頻D、E、F類功率放大器( 3 hr) • 射頻Feed-forward 、 Pre-distrotion 、 Envelope Elimination and Recovery功率放大器( 3 hr) • 課程模組的組合方式 • 射頻功率放大器 射頻元件與傳輸線+射頻匹配+射頻耦合器+射頻低雜訊放大器 無線通信教學推動聯盟中心

30. 模組名稱:3.3射頻振盪器 • 時數： 12小時 • 適用年級：大三/大四/研究所 • 先修課程：電磁波 • 課程大綱（含時數配置） • 射頻集總振盪分析法:負電阻分析、迴授分析( 3 hr) • 射頻傳輸振盪分析法(3 hr) • 射頻根軌跡與阻抗軌跡分析法(3 hr) • 注入鎖定與負載拉挽 (3 hr) • 課程模組的組合方式 • 射頻振盪器 射頻元件與傳輸線+射頻匹配+射頻耦合器+射頻低雜訊放大器 無線通信教學推動聯盟中心

31. 模組名稱:3.4射頻混頻器 • 時數： 12小時 • 適用年級：大三/大四/研究所 • 先修課程：電磁波 • 課程大綱（含時數配置） • 單端混頻器( 3 hr) • 差動混頻器(3 hr) • 次諧波混頻器(3 hr) • 複數混混器(1.5 hr) • 鏡像拒斥混混器(1.5 hr) • 課程模組的組合方式 • 射頻混頻器 射頻元件與傳輸線+射頻匹配+射頻耦合器+射頻低雜訊放大器+射頻振盪器 無線通信教學推動聯盟中心

32. 模組名稱:4.1射頻鎖相回路 • 時數： 12小時 • 適用年級：大三/大四/研究所 • 先修課程：電磁波 • 課程大綱（含時數配置） • 迴授分析( 3 hr) • 穩定度分析(3 hr) • 雜訊分析(3 hr) • 和差(Sigma-delta)鎖相回路(3 hr) • 課程模組的組合方式 • 射頻鎖相回路 射頻元件與傳輸線+射頻匹配+射頻耦合器+射頻低雜訊放大器+射頻振盪器 無線通信教學推動聯盟中心

33. 模組名稱:4.2基礎射頻收發系統 • 時數： 15小時 • 適用年級：大三/大四/研究所 • 先修課程：電磁波 • 課程大綱（含時數配置） • 固定中頻超外差接收架構( 1 hr) -正交超外差接收架構(1 hr) • 直接降頻接收架構(1 hr) -低中頻接收架構(1 hr) • 固定中頻超外差發射架構( 1 hr) -直接升頻發射架構(1 hr) • 增益鏈路(3 hr) -雜訊鏈路(3 hr) - 功率鏈路( 3 hr) • 課程模組的組合方式 • 基礎射頻收發系統 基礎天線與電波傳播+進階天線+射頻元件與傳輸線+射頻匹配+ 射頻耦合器+射頻濾波器+射頻低雜訊放大器+射頻功率放大器+ 射頻振盪器+射頻混頻器+射頻鎖相回路 無線通信教學推動聯盟中心

34. 模組名稱:5.1多頻射頻收發系統 • 時數： 21小時 • 適用年級：大三/大四/研究所 • 先修課程：電磁波 • 課程大綱（含時數配置） • 多頻帶收發機( 6 hr) • 頻率編排(3 hr) • 增益、雜訊、和功率鏈路設計(12 hr) • 課程模組的組合方式 • 多頻帶射頻收發機 基礎天線與電波傳播+進階天線+射頻匹配+射頻濾波器+ 射頻低雜訊放大器+射頻功率放大器+射頻振盪器+ 射頻鎖相回路+基礎射頻收發機 無線通信教學推動聯盟中心

35. 模組名稱:5.2多天線射頻收發系統 • 時數： 21小時 • 適用年級：大三/大四/研究所 • 先修課程：電磁波 • 課程大綱（含時數配置） • 射頻波束成形電路(3 hr) • 波束成形陣列(beamforming array)收發機( 6 hr) • 陣列天線收發機( 6 hr) • MIMO收發機(6 hr) • 課程模組的組合方式 • 多天線射頻收發機 基礎天線與電波傳播+進階天線+陣列天線+射頻匹配+射頻濾波器+射頻低雜訊放大器+射頻功率放大器+射頻振盪器+射頻鎖相回路+基礎射頻收發機 無線通信教學推動聯盟中心

36. 模組名稱:5.3進階射頻收發系統 • 時數： 21小時 • 適用年級：大三/大四/研究所 • 先修課程：電磁波 • 課程大綱（含時數配置） • Polar 發射機(9 hr) • 寬頻通道使用偵測(6 hr) • 感知無線電收發機 (6 hr) • 課程模組的組合方式 • 進階射頻收發機 基礎天線與電波傳播+進階天線+射頻匹配+射頻濾波器+射頻低雜訊放大器+射頻功率放大器+射頻振盪器+射頻鎖相回路+基礎射頻收發機 無線通信教學推動聯盟中心

37. 99課程內容-模組名稱:5.1多頻射頻收發系統 無線通信教學推動聯盟中心

38. 99課程內容-模組名稱:5.1多頻射頻收發系統 無線通信教學推動聯盟中心 38

39. 99課程內容-模組名稱:5.1多頻射頻收發系統(續) 無線通信教學推動聯盟中心

40. 99課程內容-模組名稱:2.4射頻濾波器 無線通信教學推動聯盟中心 40

41. 99課程內容-模組名稱:2.4射頻濾波器 無線通信教學推動聯盟中心

42. 99射頻收發實習模組 LegoRF Lab Kit • 本實習將設計一模組化的射頻收發機，每一子電路為一電路樂高方塊。 • 依照收發機之架構和鏈路預算，增減其模板個數和改變連接方式。 • 亦可將自行設計之樂高方塊取代公板樂高方塊作自己想要觀察之實驗。 無線通信教學推動聯盟中心

43. 99年度編撰成果 教材編撰 無線通信教學推動聯盟中心 43

44. 99年度教育部資通訊科技人才培育先導型計畫無線通信教學推動聯盟中心無線網路模組成果報告 99年度教育部資通訊科技人才培育先導型計畫無線通信教學推動聯盟中心無線網路模組成果報告 報告人：義守大學 廖冠雄教授 無線通信教學推動聯盟中心

45. 計劃簡介-計畫構想與目標 計劃構想 為維持在無線網路產業上的持續進步以及研發能量，在大專以及技職院校中的相關人才培育扮演了最關鍵的角色。 在過去數期的資通訊人才培育先導型計畫中，針對了無線網路的技術原理，由基礎到應用設計了一系列相關課程的教材。 已推廣至多所大專院校進行教授，在人才持續培育上獲得相當良好的成效，同時編撰團隊也獲得授課教師們相當多的建議與回饋，而得以持續改良教材內容。 本期計畫將以過去數期的教材為基礎，引進最新相關標準原理，配合實驗與實作方面之技術，以提供的完整的無線網路相關必備技術之教學使用為目標。 本期教材是以模組的方式呈現(共包含19個重編與新編課程模組)，將各項技術單元獨立成為可單獨教學的模組，提供教師在設計授課內容上可以針對需求自行組合運用，冀期發揮更好的教學效果。 計劃構想-無線網路模組 無線通信教學推動聯盟中心 無線通信教學推動聯盟中心 45 45

46. 計劃目的-無線網路模組 • 計劃目的 • 提供更具彈性的無線網路相關課程規劃，以涵蓋所有跨領域課程之需求。 • 配合前期無線網路技術原理教材，加入當下最熱門無線網路實務技術相關模組，讓學生更能深入了解無線網路技術之基本知識與實務觀念。 • 培養學生思考各種無線網路相關議題與解決方案之能力。 • 讓本國主修通訊與網路之學生能獲得完整的無線網路之技術與實務基礎，培養出未來研究與開發新技術的能力，最終培育出符合產業需求的專業人員。 無線通信教學推動聯盟中心 無線通信教學推動聯盟中心 46 46

47. 無線網路模組規劃 教材編撰教師 無線通信教學推動聯盟中心 無線通信教學推動聯盟中心 47 47

48. 無線網路模組規劃 (一) 課程模組列表(一) 無線通信教學推動聯盟中心 無線通信教學推動聯盟中心 48 48

49. 無線網路模組規劃 (二) 課程模組列表(二) 無線通信教學推動聯盟中心 無線通信教學推動聯盟中心 49

50. 無線網路模組規劃 (三) 課程模組列表(三) 無線通信教學推動聯盟中心 無線通信教學推動聯盟中心 50