1. 校園熱點6G中高頻MIMO通訊系統：

       112年研究團隊在中山大學建立了全球領先的6G中高頻高階MIMO系統，在校園戶外人群聚集的實際情境實現了16×8 MIMO系統在中高頻7.1 GHz頻帶的運作，達到45 bps/Hz的終端頻譜效率。同時在校園電資大樓室內開放空間，更實現16×12 MIMO在7.1 GHz頻帶達到超過60 bps/Hz的終端頻譜效率。以上二個頻譜效率皆為團隊領先全球在 6G中高頻終端MIMO的亮點成果，同時遠超過現行5G中頻3.5 GHz頻帶4×4 MIMO在室內情境下的終端頻譜效率（至多約15 bps/Hz）。

       在113年研究中，團隊進一步建立在行動終端使用極大化接收天線輔助MIMO [Extreme Receive Antennas （ERA）-aided MIMO]技術的等效系統模型，該技術係團隊首度提出，在終端內建倍數於空間訊號流數之高密度MIMO天線模組，在固定空間MIMO訊號流數及基站端發射功率下，可以達成超越理想豐富多重路徑之MIMO系統的傳輸速率，特別適用於中高頻MIMO系統應用，可以用於解釋及預測6G中高頻終端MIMO表現（如分項2.1a說明）；同時進一步加上考慮使用者手握情境，運用分項2.1a技術，可以實現終端高頻譜效率，得到現行5G系統對應情境手握終端頻譜效率的4倍（如分項2.1b說明）；以及更多具體實際情境MIMO系統傳輸測試，如校園戶外至圖書館室內 8×4 MIMO測試（如分項2.1c說明），均得到預期成果。

       值得注意的是，對應於上年度（112年度）研究使用8或12空間流MIMO系統，在113年研究中，團隊採用4空間流來大幅降低中高頻MIMO系統複雜度以及降低基站端發射能量，再運用所提出的ERA輔助MIMO技術，在最低MIMO系統複雜度及最低增加能量下，依然可以得到倍數頻譜效率的提升，增進於6G MIMO系統實際應用的可行性。

( 1 ) 6G中高頻終端極大化接收天線輔助MIMO （ERA-aided MIMO）等效系統模型建立：

       以8×4 MIMO對應4×4 MIMO於校園戶外中庭廣場（圖1a）之實驗數據建立ERA輔助MIMO系統模型，可以得到8×4 MIMO之通道容量等效於4×4 MIMO之Tx端使用2倍發射功率再加上等效環境多重路徑能量提升條件下得到之量測通道容量（圖1b），可以解釋8×4 MIMO得到倍數頻譜效率提升的原因，而其中關鍵技術之一為開發同時具有較高增益和較寬輻射束徑的高密度MIMO天線模組，使得終端或物聯網裝置內建倍數MIMO天線具有可實現性。

         
                                            （a）                                                                                      （b）

圖1 極大化接收天線輔助MIMO等效系統模型建立:（a）校園戶外中庭廣場（長150米、寬 50米）測試情境；（b） 8×4 MIMO量測通道容量可以等效於4×4 MIMO之Tx端使用2倍發射功率（2PT）再加上等效環境多重路徑能量提升條件下得到之量測通道容量。

   
圖2 （16, 12, 8）×4 MIMO於中山大學校園戶外中庭廣場手握情境達成中高頻終端頻譜效率約25~31 bps/Hz，相對於4×4 MIMO戶外手握情境僅至多約6 bps/Hz，傳輸速率達到4倍以上，凸顯ERA輔助MIMO技術可以達成穩定的高速傳輸。

（2） 校園戶外手握情境6G中高頻（16, 12, 8, 4） x 4 MIMO系統測試：

       運用上述ERA輔助MIMO技術，使用8、12或16終端背蓋天線接收4 MIMO訊號流，於中山大學校園戶外中庭廣場手握情境可以達成中高頻終端頻譜效率約25~31 bps/Hz，相對於5G 4×4 MIMO戶外手握情境僅至多約6 bps/Hz，傳輸速率達到4倍以上，相關數據如圖2所示，凸顯ERA輔助MIMO技術可以達成實際使用者應用情境下穩定的高速傳輸。

（3） 校園戶外至圖書館室內8×4 MIMO傳輸測試，實測顯示於中高頻7.1 GHz頻帶電波傳輸特性在6G終端MIMO於戶外至室內傳輸情境具有高度實用性:

       測試結果顯示8×4 MIMO於戶外至室內情境可支持1024 QAM訊號調變，頻譜效率達到32 bps/Hz，亦即於未來6G預期400 MHz載波頻寬下，終端使用者可以得到12 Gbps的高速數據傳輸，同時建築物之金屬窗框及玻璃窗對7.1 GHz頻帶訊號傳輸影響小，更可以視為散射體，得到MIMO環境更豐富多重路徑能量，提升系統通道容量。對應實驗的影片如以下連結：https://drive.google.com/file/d/1Vg_ZEn-Ks23PbAITRA_xNw1RVH37hhdy/view?usp=drive_link 

       由團隊研究成果顯示，使用ERA輔助MIMO技術於中高頻頻段，藉由終端配置倍數或多倍數接收天線，有助於在不同情境包含訊號較弱、手握、戶外至室內、人潮聚集熱點等情境達成終端穩定的高速傳輸，預期能滿足未來6G行動裝置的需求。

（4） 校園商用5G MIMO 智慧電磁環境實測，顯示RIS技術的可行性及商用前景: 

圖3 商用5G與下世代多 RIS MIMO驗證
（左上） 商用5G實測場景圖；（右上） 下世代7GHz頻段實測場景圖。商用環境中多 RIS 技術達成 45% 吞吐量提升，下世代頻段多 RIS 技術達成 30% 吞吐量提升。

       商用5G多重智慧表面 （RIS）技術突破—本年度，我們在3.5 GHz頻段成功完成多RIS輔助商用5G通訊測試，特別使用商用手機接收來自商用基地台的訊號 （圖3，左上）。實測結果證實，多RIS技術不僅具備有效的盲區覆蓋能力，還能顯著提升通道秩數（Rank），進一步將系統吞吐量提高44%。根據目前的了解，此成果應為全球首例在商用基地台及商用手機環境下實現MIMO通道秩數增強的成功案例，展現RIS技術在5G應用上的可行性及商用前景。

       下世代7 GHz頻段性能驗證—此外，我們於下世代7 GHz頻段完成通訊測試，使用團隊自研的基地台及16×12 MIMO系統，並在環境中部署多組RIS以提升訊號品質 （圖3，右上）。實驗結果顯示，原本僅支援64QAM調變的訊號，經由多RIS系統處理後，成功提升至256QAM調變，使整體系統吞吐量增加 30%。多RIS系統透過陣列中的放大器強化訊號能量，並利用相移器集中訊號，顯著改善非直視環境的通訊表現。

      從商用5G到下世代頻段的驗證中，多RIS技術展現了卓越的性能提升能力，確立其在商用應用上的可行性，並為未來6G奠定了強力的基礎。

2. 6G毫米波/太赫茲/中高頻MIMO雷達感測系統測試：

       本項研究重要成果為6G毫米波/太赫茲及中高頻等頻段發展MIMO雷達感測系統，測試其靈敏度、定位精準度、解析度及非視線（NLOS）偵測能力，並展示在人體定位與生理感測的應用。

（1） 圖4 展示的太赫茲頻段FMCW雷達系統操作在97.9-103.9 GHz，將其放置在沿著軌道移動的平臺上，利用合成孔徑雷達（SAR）方法來突破感測解析度的表現，再結合自我注入鎖定（SIL）技術突破感測靈敏度的表現。在規格測試上，在3.3公尺的距離內分辨間距11公分且相對運動速度0.1 mm/s的兩鄰近目標，達成的解析度、靈敏度與平均定位誤差分別為1.91度、0.1 mm/s及0.91%。在多人感測應用時成功對每人精準定位與進行生理感測，平均定位誤差小於1%且清楚分辨每人之呼吸與心跳頻率。
 
圖4 太赫茲頻段97.9-103.9 GHz FMCW雷達搭配SAR與SIL技術提升感測解析度與靈敏度

（2） 圖5 展示的毫米波頻段FMCW雷達系統操作在60-61.5 GHz，提出一創新的超解析度方法，乃利用虛擬天線結合波束合成技術，對空間中單一或多目標物進行二維與三維空間定位感測，透過後端（軟體端）訊號處理技術提升空間解析度，可大幅減少前端硬體實際收發天線數量的需求與天線陣列大小的限制。在三維空間定位應用中，無論雷達是在頂視或測視安裝情況下，使用最少的MIMO天線數量1T3R時可等效成7×7的天線陣列，減少90%的天線尺寸，並改善解析度達三倍，可清晰分辨出空間中多目標物的位置。
 
圖5 毫米波頻段60-61.5 GHz FMCW雷達結合虛擬天線與波束合成技術實現高效空間定位

（3） 圖6 展示的中高頻段SIL雷達系統操作在7.1 GHz，藉由控制由2×2細胞組成的液晶可重置智慧面（LC RIS）來改變反射角度，以偵測位於雷達非視線（NLOS）區受測者的生理訊號。比較LC RIS關閉與打開時雷達的偵測結果，可以明顯看到LC RIS關閉時偵測結果沒有明顯的生理訊號反應，而打開時則出現清楚的生理訊號波形，並經傅立葉轉換獲得受測者的呼吸與心跳頻率分別為7 及69 bpm。
 
圖6 中高頻段7.1 GHz SIL 雷達系統搭配 LC RIS 提升 NLOS 偵測性能（與南丹麥大學共同合作）。