交通大學電信工程系所學位論文
國立交通大學,正常發行
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在未來會有愈來愈多的裝置需要共享頻譜資源，傳統上利用分割技術來分配頻譜資源的方式，漸漸的無法滿足所有的需求。在此情況之下，頻譜複用率為一的情況將無法避免；因此如何利用合作式通訊的優點來達到頻譜複用率為一的目標是近年來很重要的議題。在前瞻長期發展(LTE-A)方案中，為了提升整體服務品質而設計了許多機制，諸如：傳輸功率控制、切換波束式天線、協調式多點傳輸機制以及小細胞傳輸等等。本論文逐一的作介紹並且定環境背景模擬其成效。此外，我們將其中一些演算法作結合並模擬驗證其系統效益之提升。我們的研究結果可以作為未來如何在頻譜複用率為一的情況下進一步改善SINR方法之參考。
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本研究提出以語者韻律模式為基礎的語者韻律轉換方法，其系統架構包含語者韻律模式訓練及聲音韻律轉換兩階段。語者韻律模式訓練階段可再分成語者獨立韻律模型訓練及語者相依韻律模型調適兩個部分，它首先以PLM演算法訓練一個語者獨立韻律模型並對訓練語料產生韻律及停頓標記；接著以最大事後機率調適法則將語者獨立韻律模型調適成語者相關韻律模型，並以遞迴方式反覆疊代更新兩類模型直到收斂；聲音韻律轉換階段則包含來源語者韻律分析及目標語者韻律合成，它使用來源語者之語者相關韻律模型來分析輸入語音之韻律信息，以產生韻律標記，然後以目標語者之語者相關韻律模型來合成輸出語音之韻律參數，包括音節基頻軌跡、音節長度、音節能量、及音節間停頓長度。本研究實驗使用自行錄製的部分平行語料庫，包含9男6女的朗讀語音，實驗結果顯示我們所提出的方法轉換效果略優於傳統的高斯正規化法，並且在部分Source語者及Target語者韻律狀態的影響數值相差劇烈之處，可以產生補償的效果。
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在現代化的時代裡,無線網路的品質變得越來越重要。近年來IEEE 802.15.3c為短距離無線傳輸的熱門標準。在這個標準底下資料速率可以達到5Gbps。而如果想進一步提昇其效能其中一個方法就是使用多輸入多輸出天線(MIMO)來達到目的。但在MIMO系統下，如果天線數太龐大，解調將會變得非常困難。為了解決這問題許多學者提出各種有效的解調演算方法。但具有接近最佳效能、低計算複雜度、且適合時做的演算法仍然未出現。為此本論文提出一新的MIMO偵測演算法，此法及具有上述的特性。這個演算法主要是建立在列舉式(list-based),K-best檢測器(K-best detector),以及連續干擾消除(successive- interference-cancellation SIC)檢測器的一個智慧組合，而模擬結果也證實本演算法可以達到預期的結果。
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IEEE 802.16e標準，採用OFDMA PHY一般被稱為行動WiMAX (Mobile WiMAX)， 在過去的幾年中已經引起了無線通信業界的關注。它是一個基於IP網路的高速遠距離無線寬帶接取技術的優化。在行動WiMAX系統的下行鏈路，數據都被映射到矩形區域。在矩形的限制下，最大化吞吐量是一個NP完全問題。過去有一些啟發式數據映射算法被提出，他們試圖實現系統的高吞吐量。其中有大多數的演算法只處理一種類型的數據。在最近的研究中，一個可映射兩級別的數據請求（即緊急和非緊急數據）的數據映射演算法被提出。然而，它在決定數據映射的順序時卻只有考慮數據請求所需的槽數量。 在這篇論文中，我們提出的增強版本，同時考慮每個行動用戶所需的槽數量和所使用的調變編碼機制。模擬結果顯示，與以前的設計相比，增強的演算法能為緊急數據提供更高的吞吐量。
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為了提供可靠且有效的服務，雲端資料中心(Cloud Datacenter)需要大量的平行運算和虛擬化的技術。在此篇論文中，我們提出一套改善虛擬機器配置(Virtual Machine Placement)的機制，稱作「提升節能及服務品質之虛擬機器配置」(Energy efficiency and QoS guarantee Virtual Machine Placement)，為了解決在節能時，虛擬機器間在網路中流量分配不均的問題。 本文中，我們提出的「提升節能及服務品質之虛擬機器配置」由三個主要的技術組成：(1)降低繞徑距離(Hop Reduction)，(2)硬體資源分配(Energy Saving)及(3)流量分配平衡(Load Balancing)。「降低繞徑距離」將虛擬機器根據流量做分群，「硬體資源分配」是觀察虛擬機器的硬體需求，尋找一台最適合的主機，「流量分配平衡」會定期更新虛擬機器配置。本文實驗數據可以顯示出無論在節能或是服務品質方面都有優越的表現。
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正交分頻多工(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)系統的傳送訊號有很高的PAPR(peak-to-average power ratio, PAPR)值，因此其功率放大器(power amplifier, PA)需有較大的線性放大區域使系統能正常操作，造成PA為射頻(radiofrequency, RF)電路中最消耗功率的元件。非線性元件之線性放大(Linear amplification with nonlinear component, LINC)技術為解決此問題的方法之一，LINC系統可使用效率較好的非線性放大器進行線性放大。然而，在LINC系統中有一關鍵的元件即功率合成器(power combiner)，其設計及實現有很高的難度，為了克服此問題有研究者提出無合成器之LINC系統。本篇論文利用現場可程式規劃閘陣列(Field Programmable Gate Array, FPGA)實現無合成器之LINC-OFDM系統。我們先為無合成器之LINC-OFDM系統傳送機與接收機設計低複雜度的架構。接著我們以硬體描述語言VHDL實現傳收機之運作模式，並以暫存器轉移層級(register transfer level, RTL)模擬驗證設計的正確性。產生的電路再進一步放置和繞線(place and route)，並下載至FPGA平台。最後將LINC-OFDM訊號透過射頻(Radio Frequency, RF)傳出與收回，確認我們的設計可以正常運作。
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在傳統蜂巢式網路的系統中，細胞邊緣的使用者容易受到鄰近細胞訊號的干擾，因此，波束成型(Beamforming)技術被提出來增加細胞邊緣使用者的接收訊雜比。傳統的波束成型技術利用基地台掃描的方式來確認哪個方向的波束對個別使用者有較好的效果，但通常需要花費比較長的延遲時間及比較高的回傳資訊量。這些缺點在基地台端為大規模天線系統(massive antennas system)時，由於資訊量大增而顯得更加嚴重。本篇論文提出了一個以用戶端定位為基礎的波束成型提案來解決以上的問題。本提案主要的概念在於當基地台知道使用者的位置時，就可以利用此資訊對該方向進行波束成型傳輸。具體的實現方法如下: 我們首先將基地台服務的區域分成數個區塊，然後由使用者定位出自己座標之後回傳該區塊的索引值給基地台，再由基地台對使用者做波束成型。LTE/A系統規格裡有定義以位置參考訊號來定位的觀測時間差定位(OTDOA)法，我們因此提出一個兩階段的OTDOA定位來滿足定位所需的準確度。模擬結果顯示我們提出的方法比起沒有使用改良式波束成型技術的傳統傳輸，吞吐量增加了兩倍左右。 除此之外我們還使用接收訊號能量定位法(RSS)來進一步增加OTDOA定位準確度。
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在[1]所舉的例子中，其考慮兩個傳輸端、兩個接收端的單天線X通道，在傳輸端與接收端具備特定時間延遲的情形下，透過干擾對齊方法的設計，此網路系統可達到4/3的自由度。在此篇論文中，我們考慮兩個傳輸端、兩個接收端的單天線類衰減X通道，首先將[1]所舉的例子推廣至廣義時間延遲的情形，我們提供了一個簡易的演算法來設計干擾對齊的結構，以使之達成目標的自由度。繼之，在M個傳輸端與N個接收端的時間衰減X通道系統下，我們提供了一個更為高階的演算法使此系統與考量無時間延遲的X通道情形能達成同樣的自由度。然而，我們也描述了在某些時間延遲的組合案例下，干擾方法的設計將無法達到上述的結果，因此，我們也提供了相關的分析詳述時間延遲的條件使得各個演算法得以順利運作。
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本論文利用基於隱藏式馬可夫模型實作台語語音合成系統，並合併國語字典與台語字典建立出一國語對台語翻譯字典，我們利用此國對台翻譯字典將中文文章翻譯為台語文章，再將翻譯後的文章，輸入至台語語音合成系統，實作出一中文文章輸入台語語音合成輸出系統。 最後考慮到台語與中文語法結構上的相似性，我們訓練一中文韻律階層式模型，並透過此模型之訓練結果，來對台語語料庫分析聲調影響台語的音節長度、音節能量及台語停頓分佈情形等特性。
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本論文針對二位元均勻分布擬亂訊源，利用低密度奇偶查核碼具體實現合作式通訊的壓縮-傳送機制。合作式通訊系統旨在建構一虛擬的多天線系統，有效運用其空間多樣性以對抗通道雜訊。相較於傳統的放大-傳送及解碼-傳送機制，壓縮-傳送機制是利用中繼端將訊源端傳送的訊號經解碼所得的軟性訊息，進行量化或估計後傳送至目的端。基於低密度奇偶查核碼的良好錯誤更正能力，本篇論文以低密度奇偶查核碼實現壓縮-傳送機制，針對中繼端硬性位元及軟性位元的兩種模式進行模擬分析。實驗結果顯示基於軟性中繼處理的合作式壓縮-傳送機制可有效對抗通道雜訊的干擾。