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數位音訊放大的處理與影像脈衝型雜訊的濾除

隨著多媒體的普及, 每天都有大量的影像和音訊產生並且在個各地方傳遞，人們對影像和音訊品質的要求也越來越高。在音訊方面，由於原始音訊通常是很小的訊號，而必須被放大，然而傳統的類比式放大器時常會有放大失真現象，直到70年代，新型的放大技術，Ｄ類放大器才被發展出來，相較於類比放大器，他能在低失真情況下進行音訊放大，同時能運作在低功率，逐漸成為音訊放大器的主流；然而，在他放大程序中，仍有一些運算有改進空間。 另一方面，在影像處理方面，由於網際網路的普遍，人們往往運用網路來傳輸影像。而在其傳輸過程中，常會有一些雜訊產生，過去人們使用中值濾波器來消除這些雜訊。但中值濾波器往往會模糊原始影像，同時無法有效消除雜訊。因此需要一個有效率的方法去去除這些雜訊同時能保存原始影像。有不少技術被提了出來改善中值濾波器。 在這篇論文中，將會分成兩個部份，在第一個部份，我們將針對Ｄ類放大器完整程序來進行研究。在Ｄ類放大器程序中，首先是必須產生PWM訊號，因此PCM訊號與PWM訊號之間的轉換是必要的。傳統上我們會使用線性內插演算法來估測，但線性內插演算法會產生一些失真，為了改善這個問題，有些演算法被提出來，我們將會對這些演算法提出些簡短介紹，這些演算法提供我們論文一些概念，我們將發展出一個新的PCM-PWM轉換演算法。它基本原理是利用PWM的增頻現象。利用拋物線來簡單完成增頻，以大幅改善放大器的失真。實驗證明，利用我們演算法在Ｄ類放大器，可有效改善失真率，同時保留線性內插演算法的低功率消耗。 另外，我們將針對影像還原技術做研究，在本篇論文第二部分，我們首先將在次分析脈衝雜訊特性與中值濾波器原理，並學習一些影像還原影算法，最後，我們將提出一個新的雜訊濾除技術並進一步推廣到能處理彩色影像。我們針對影像偵測提出兩個新演算法，他們分別叫做小間偵測演算法和最小邊界中值偵測演算法；其中小間偵測演算法可以偵測出高峰值脈衝型雜訊，即使在高雜訊狀態，而最小邊界中值偵測演算法可以偵測出任何種類的脈衝型雜訊。他們我用的原理都是建構在脈衝型雜訊的特徵。另外，我們提出一個新的技術，動態中值還原演算法，去消除之前被偵測器偵測到的雜訊。他能有效地消除雜訊，即使在雜訊很高的情況下。

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正交分頻多工系統與前置迴旋碼單載波系統於非理想傳輸環境之效能分析

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具區碼記憶之渦輪多輸入天線系統

在多重收發天線系統中，利用多輸入多輸出 (Multi-input/Multi-output, MIMO) 的通道可以獲得更高的資料速率及多樣性增益。有很多系統架構被設計來運用在多重收發天線系統之中，從最早的多層次時空編碼設計到最近的渦輪多層次編碼設計 (Turbo-BLAST) 以及低密度同位校正碼 (LDPC) 之多重天線結構等等。而在白色高斯雜訊 (AWGN) 的通道系統中，我們已知可藉由結合區碼記憶 (Interblock Memory) 的設計來增進迴旋碼 (Convolutional Codes) 或渦輪碼 (Turbo Codes) 的效能表現。因此，在本論文中，我們研究如何將區碼記憶和不同的多重天線架構結合來達到增進系統效能的目標。 首先，我們利用一個編碼率為三分之二的迴旋編碼器和一個二階層的區碼記憶體跟渦輪多層次編碼設計作結合，並將之應用在區塊衰減通道 (Block fading channel) 和快速衰減通道 (Fast-fading channel) 之中。我們提供模擬結果並可從中看到此一架構的改進處。接著，我們提出另一套結合區碼記憶和低密度同位校正碼的多重天線系統架構，並將之應用於快速衰減通道上，而我們將在模擬結果之中看出這種架構的優點所在。

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在同調環境下的可適性寬頻波束成型技術

可適性寬頻天線陣列利用在天線陣列中的每一個感測元件及延遲元件後擺入一個可以調整的權重係數（weight），藉著調整這些係數，使得天線陣列的輸出對想要信號的入射方向有最好的增益，同時抑制干擾信號入射方向的增益或產生零增益(null)，令想要信號對干擾信號加雜訊功率比（Signal to Interference plus Noise Ratio, SINR）為最大。 在論文中我們將利用二階的auto-regressive model來產生我們所需的寬頻訊號，並研究波束成形技術在此寬頻訊號遭遇信號同調（coherence）的問題。同調信號干擾會造成信號抵消現象，使得波束成型器失敗，而在傳統上有Shan與Kailath的空間平均法(Spatial Smoothing technique)及其衍生的權重式空間平均法（Weighted Spatial Smoothing）與漸進式空間平均法(Progressive Spatial Smoothing)來解決這個問題。 本文首先使用Frost提出的LCMV架構並配合上述傳統的演算法，接著主要提出TBTAM (Toeplitz-Block-Toeplitz Approximation Method)與I-TBTAM(Iteration-TBTAM)配合AIC、MDL作為最佳解決信號同調干擾問題的方法。最後引入寬頻廣義旁辦消除器架構作為比較。

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集總-分散式耦合線帶通濾波器

此論文提出「集總-分散式耦合線帶通濾波器」，以達成縮小化、高止帶衰減率、寄生通帶抑制的目標。 論文中的「集總-分散式耦合線帶通濾波器」，乃藉由在傳統耦合線段的末端接上集總式電容或電感性負載，以縮短耦合線段的長度。此外，由於引入了電容性或電感性交互耦合(cross-coupling)的機制，在通帶的兩側可置入傳輸零點(transmission zero)。而傳輸零點的位置，可簡單地藉由改變產生交互耦合的電容或電感的大小去調整。我們也建立了「傳統耦合線段」與「分散-集總式耦合線段」間的簡易等效模型，並將之應用於「縮小化耦合線帶通濾波器」的設計與研究當中。 另外針對濾波器的倍頻響應，本論文也提出了改善的方法，並且不需額外增加其他元件而增加設計上的困難度。

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強健式寬頻陣列多重波束成型技術

在陣列信號處理中，有關於Narrowband的信號的理論已經非常完整，對於各種非理想狀況會產生的效應也都能經由適當的Robust演算法將非理想效應修正到一個可以接受的程度。本論文嘗試用以往在Narrowband的陣列信號處理的技術來用在Broadband的陣列信號處理中，使用的信號是寬頻，使用的天線陣列也是用tap-delay-line的方式來產生想要的頻率響應。 在本文中探討兩種非理想效應:角度誤判、同調信號干擾。並且嘗試去利用以往在Narrowband的Robust演算法延展到Broadband的架構上，並且模擬他的performance。 對於角度誤判，我延續了之前學長的研究用限制目標函數梯度法配合雜訊子空間投影法(Cheng)方法來修正。在這裡會有尋找信號子空間的問題，以往利用Eigen-value Decomposition(EVD)來尋找信號子空間的方法將會因為寬頻的信號以及tap-delay-line的架構而產生問題，而我們自己找一套方法來取代之前的作法。 對於同調信號干擾的問題，我延續了在Narrowband裡的二級天線陣列的研究，將它變成Broadband的架構，並且拿它與Spatial Smoothing做個比較。

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微縮型分散集總式微帶線帶通濾波器

本論文提出新型微帶線帶通濾波器，並對其理論和實驗做了詳細的研究。 此新型架構，是將傳統四分之一波長電容電感型帶通濾波器加入另一條路徑，據此可以在通帶附近的高、低頻截止帶置入一對傳輸零點，進而改善高、低頻截止帶的特性。在論文中也針對截止帶中的傳輸零點做了詳細的推導與驗證。 為了在濾波器中創造第二條路徑，在電路佈局中讓兩個指插型電容靠近，使之成為間隙耦合電容，此舉不僅成功產生第二條路徑，且在不增加額外電路下達到縮小電路面積。另外本論文也提供了幾種改善電路響應與縮小面積架構的方法，最後並提出了高階新型微帶線帶通濾波器，來增加整個通帶的選擇度與截止帶的衰減。

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無線通訊應用之共面波導饋入開槽天線之設計

本論文提出一系列具有不同阻抗及輻射特性之共面波導饋入開槽天線，其中包含三種開槽天線以及兩種開槽陣列天線，可分別應用於不同的無線通訊系統中。 在開槽天線方面，以共面波導饋入之開槽偶極天線為基礎，論文中介紹了三種新型的開槽天線以滿足不同的系統需求，包含雙頻、寬頻與微小化之設計。首先，在第二章中提出雙頻之放射狀開槽天線，藉由提高中間開槽對的長度，可形成兩個共振頻率，改變開槽間的夾角可調整共振頻率比，其範圍介於1.3與2.1之間，並經實驗佐證，最後將量測得到之資料整理成設計曲線。接著，在第三章中結合共面波導饋入之寬頻領結形開槽天線與延遲開槽線段，並將領結形開槽之左半或右半邊翻轉，得到三個改良型設計，其中最大的工作頻寬可提昇至約為領結形開槽天線的兩倍。最後，在第四章中提出一微小化之電容性折疊式開槽天線，並探討有限大小的接地面對該天線之輸入阻抗的影響，以利縮小天線面積。 在開槽陣列天線方面，第五章中提出終端開路之城垛形開槽陣列天線，將城垛形開槽線之終端以開路取代原本短路的設計，可提高天線的輻射效率及增益，改善遠場輻射場型，同時縮小天線面積，此外，該天線結構簡單，極易設計成一維或二維之陣列天線。第六章中則提出一寬頻之號角形開槽陣列天線，利用號角形開槽本身的寬頻特性，適當地設計輻射單元間的饋入傳輸線網路，即可大幅提昇其工作頻寬及天線增益。

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以蓋伯轉換用於去除色雜訊之運用

肝硬化是在台灣是非常常見的一種疾病，傳統上是由醫師利用超音波診斷來加以發現，不過因為人體結構上的不同，以及醫師主觀上的判斷，導致誤診的比例大為上升。因此本研究以科學的方式加以分析，利用蓋柏轉換將從超音波儀器所取得的超音波訊號來計算出肝臟中平均散射顆粒間距的大小，來判斷組織是否為均勻(homogeneous)。不過因為組織的複雜性過大，常會有者過多的雜訊或衰減存在，所以我們使用雜訊估測的方式，並找出一組門檻值來將低雜訊成份去除。如此一來便可以得到較佳訊號成分，進而可以成為輔助醫生診斷肝硬化的一個依據，並且減輕人為觀察上的誤差。

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Gigabit等級分碼多工式乙太被動式光纖網路平台於場式可程式化閘陣列上之實作

隨著網際網路的快速發展，用戶對頻寬的需求量也大幅增加。研究顯示，自1990年開始網路上資料的傳輸量正以超過百分之百的速度在快速增加(在1995及1996年增加量甚至超過1000%)。骨幹網路在頻寬使用率上，由於光通訊原件科技的大幅進步以及DWDM應用逐漸成熟的影響下，一直都是處於非飽和的狀態上，但是現今頻寬供給的量似乎並沒有跟著頻寬需求一起大幅成長，最主要的瓶頸還是出在最後一哩(last mile)的接取網路上。為了要解決頻寬不足的瓶頸，在最後一哩必須引進光纖設備，考量到乙太網路在區域網路的廣泛佔有率以及容易擴充與管理的特性，被動式乙太光纖網路結合了低成本的乙太網路設備與低成本的光纖網路架構，應該是下一代存取網路的最佳方案之一。 在本篇論文中，我們設計並實作了一個全新同步演算法的被動式乙太光纖網路。在我們提出的系統裡上行端採用同步光分碼多工存取方式而非常見之分時多工存取來避免碰撞。我們採用完美相差碼來作為同步分碼多工之展頻碼。我們實作上架設了包含一個光線路終端(Optical Line Terminal)與兩個光網路單元(Optical Network Unit)的被動式乙太光纖網路雛形系統。同時我們也驗證了所提出的同步方式並且可以達到125微微秒以內的誤差。我們利用場式可程式化閘陣列(FPGA)來實作光線路終端與光網路單元之電路。在本文中，我們詳細描述所有系統模組的設計流程與操作原理並包含整體系統的完整模擬。最後成功的完成20公里上傳十億兩千五百萬位元下傳壹百億位元乙太被動式光網路。