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結合樂理與神經網路的自動伴奏生成系統

對有志於編曲創作的業餘音樂人而言，缺乏樂理知識與樂器演奏經驗往往是創作之路上的一大門檻。本論文旨在開發一個適用於業餘音樂創作者的自動伴奏生成系統，其架構主要分為和弦辨識與音符生成兩大部分。首先分析單一業餘音樂人創作的原聲音樂，觀察其主旋律與和弦的相關性，並據以建立一個基於長短期記憶網路的和弦辨識器。有別於前人研究聚焦於隱藏式馬可夫模型，我們提出一種結合和弦行進規則與長短期記憶網路的兩階段處理方式，以期和弦辨識器能進一步辨識出樂曲中的和弦規律。至於音符生成機制，我們分別比較三和弦內音的伴奏法以及具有泛用性的萬用法。在伴奏系統效能的評估部分，我們同時採用正確率與覆蓋率作為客觀評價指標。實驗結果顯示，結合樂理與長短期記憶網路的兩階段處理方式，能有效提升自動伴奏生成系統的整體效能。相較於隱藏式馬可夫模型以及依行進規則設計的和弦辨識器，兩階段處理法分別提升了19.2%與24.4%的正確率，其覆蓋率也分別提升了14%與14.9%。在主觀聆聽測試上，絕大多數測試者也肯定兩階段處理法自動生成伴奏音樂的和諧性。

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應用於知情的接收器之系統極化碼編碼調變

針對知情的接收器（informed receiver, IR）之編碼問題已被研究，此問題為傳送器將一堆消息多播至接收器，而每個接收器已經有一部分消息作為輔助訊息。此外，傳送器對於哪些接收器擁有哪些輔助訊息是未知的。在二進制輸入的加成性白高斯雜訊通道（AWGN）信道的前提下，黃和謝[1]提出了應用於IR之極化碼，此方法可以讓任意輔助訊息的組態和內容獲得大約每位元6dB的穩定且公平輔助訊息增益。本論文中探討了IR之極化碼至高階調變的延伸，並提出了兩類極化碼編碼調變。在第一類編碼中，採用系統極化碼作為底層的二進制線性碼，以便可以直接識別和利用輔助訊息和調變符元之間的關聯。在第二類編碼中，在調變之前進一步引入了置換操作，如此一來可以將消息位元置換到所期望的位置，進而在解調期間更有效利用輔助訊息。亦提供了良好的置換操作的設計指南。另外，模擬結果顯示在公平性和錯誤率表現方面，所提出的編碼可以增加並平衡輔助訊息增益，並且明顯優於直接應用IR之極化碼。最後但同樣重要的是，由於我們的編碼是基於極化碼所建構出來的，因此延續了許多極化碼不錯的特性，包括較低的編碼和解碼複雜度、明確的構造以及在中長長度方案中的出色表現。

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同質與異質資料流下基於正交與非正交多重存取技術最小化延遲與訊息年齡之排程策略

此碩士論文主要研究最小化無線傳輸中分散式傳感器之訊息年齡（Age of Information, AoI）。根據不同的傳感器優先程度分配，論文中討論兩種不同傳輸模式：同質性傳輸模式與異質性傳輸模式。基於此類傳輸模式與網路特性，文中將引用多種新型態的評估標準，例如延遲更新之成本（Cost of Update Delay, CoUD）與資訊成功更新之價值（Value of Information Update, VoIU），用以評估系統效能；此外，傳統之評估標準，例如訊息年齡（AoI）與公平程度指數（Fairness Index）亦會作為效能參考之重要指標。 除此之外，論文中引入非正交多重存取技術（Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA）並採用連續干擾消除技術之解碼器（Successive Interference Cancellation Decoder, SIC Decoder）以增加頻譜效益；相較於傳統正交多重存取技術（OMA），此技術允許更多訊息同時經由相同無線通道傳輸。在異質性傳輸模式中，論文中分別針對高優先與低優先之傳感器，分別採用暫時性提高傳輸功率之方法，與最佳的能量降低因數（$alpha_2$)，保證不同優先程度之傳感器皆能獲得最大效益－同時滿足高優先度之傳感器之延遲限制與最小化低優先度傳感器之平均訊息年齡。模擬與數值結果中，可以看到本文提出之基於非正交多重存取技術之傳輸策略，相較傳統的正交多重存取技術之策略，能增加更新成功機率，亦能降低平均訊息年齡。

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噪聲限制網路下以模擬退火演算法優化拉格朗日乘數最佳化機率性快取策略

快取是一項實用的技術，透過在網路使用量離峰時段，將受歡迎的檔案預先存取在一些快取幫助者中，用以降低尖峰時段的網路壅塞情形。在這篇研究裡，我們重新回顧了於躁聲限制網路架構下機率性檔案快取的問題，用戶會根據一個給定的機率分布模型，連續地送出多個檔案需求。我們提出一個基於拉格朗日乘數的演算法，在最大化各類用戶中最小的檔案傳送成功機率的目標下，保證所求得的解至少為區域最佳解。而基於這一個非凸優化的問題，由拉格朗日乘數演算法所得到的解可能會陷入很小的區域最大值，我們便更進一步結合模擬退火演算法的概念，使得我們原先基於拉格朗日乘數的演算法能夠跳離微小的區域最大值，成為更有力度的求解演算法。 由大量的實驗結果驗證得出，我們提出的演算法求得的解在效能上勝過目前其他現有的算法，並且解的收斂情形更不易受到初始值的影響。再者，為了增加系統整體的傳送流通量，我們提出最大化用戶的加權平均檔案傳輸成功機率作為另一個效能指標，取代原先最大化各類用戶中最小的檔案傳送成功機率。在新的效能指標下，透過調整原先的演算法使其能套用在新問題中，亦得出一些與前述相似的結論。

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基於4G核心網路的VoLTE研究與實現

目前使用的第四代行動通訊網路(The fourth generation mobile networks, 4G)，雖然在語音通話設計上使用PS(Packet Switch)的技術，也就是VoLTE(Voice Over LTE)，但大多數使用者還是會退回3G(The third generation mobile networks)透過CSFB (Circuit Switch Fallback)使用CS(Circuit Switch)的技術來進行通話，但當3G頻譜收回時，就必須使用VoLTE通話，本論文透過實作VoLTE系統來了解實際運作時的情況。本論文藉由修改已有部分功能的4G核心網路系統以及自行設計的IP多媒體子系統(IP Multimedia Subsystem, IMS)來實現VoLTE的功能，其中主要用到的通訊協議有S1AP(S1 Application Protocol)、NAS(Non Access Stratum)和SIP(Session Initiation Protocol)等，使用市面上能支持VoLTE的手機作為實驗的UE端，透過本論文設計的VoLTE系統讓手機能夠藉由4G基地台向架設好的IMS註冊並且使用通話功能，希望能藉由此論文實作的經驗作為未來設計第五代行動通訊網路(The fifth generation mobile networks, 5G)的語音通話VoNR(Voice over New Radio)系統基礎。

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4G核心網路之移動性管理研究與實作

4G核心網路又稱作EPC(Evolved Packet Core)，其架構中包含了MME (Mobility Management Entity)、S-GW (Serving Gateway)、P-GW (PDN-Gateway)、PCRF (Policy and Charging Rules Function)等許多實體(Entity)，而用戶的手機，又稱為UE (User Equipment)，其實就是仰賴核心網路中實體間的信令傳遞來達到上網的目的，這些信令內文格式已描述在第三代合作夥伴計劃(3rd Generation Partnership Project, 3GPP)所制定之各個協議當中，本篇論文便是研究各方文件並從無到有重製這些信令，讓從市面購入之手機與空白之SIM (Subscriber Identity Module) Card能夠和基地台連線，以電腦作為整個核心網路之管理者，管理手機所使用的行動網路，最後達到4G行動上網之目的，並且能夠在多個小型基地台之間進行移動以達到Mobility的基本實作，未來則期望以此實務經驗作為銜接上5G系統的橋樑，為踏入5G時代做準備。

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基於自然語言處理與類神經網路之智慧急診檢傷分級系統

為了解決急診室壅塞及人力分配不均之問題，本論文研發適合急診室使用之智慧檢傷分級系統。此系統藉由輸入急診病人之非結構化資料（主訴）及結構化資料（醫療、生理資訊）判斷病人應被判定之檢傷等級。本研究使用之資料為敏盛醫院急診病歷資料，我們將非結構化資料經過自然語言處理，與結構化資料同時送入神經網路進行判斷。本論文實驗結果顯示，交通大學語音實驗室之繁體中文剖析器與Word2vec詞嵌入在急診主訴文句上有最佳的效果，再經過BiLSTM神經網路能達到0.68的分類準確率。我們也使用同樣的模型架構預測病患經醫師會診後指派的檢驗項目，該模型的F1-score達到0.60。透過以上兩個類神經網路模型，急診室能有效減少護理師人力，並減少醫師尋找檢驗項目及開檢驗單的時間，加速急診的流程。

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第五代巨量天線徑分多重接取蜂巢式系統手機初始化步驟之研究

對於第五代蜂巢式通訊系統，基於正交分頻多工技術的時分雙工巨量天線徑分多重接取系統已被提出。於此論文中，我們將研究並探討徑分多重接取系統下初始細胞搜尋與控制訊號之傳送方式，以下分為不同階段以利討論。 第一階段使用下行訊號估計接收之訊號雜訊比並補償符元同步與小數頻偏。第二階段中，我們利用以天線躍遷傳送之主控制頻來檢測整數頻偏。於第三階段，我們提出於輔控制頻上之設計以幫助用戶端有效辨別基地台辨識碼並利用前引訊號完成時框架構同步。而控制訊號則利用了輔控制頻搭配索引調變以達到傳輸速率的提升。 最後，透過電腦模擬進行在多細胞環境之下的效能分析，檢視其效能表現，並比較不同演算法與傳輸方式之間的差異。

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薄型寬頻微小化貼片式天線於第五代行動通訊手機應用

在毫米波頻段下的手機天線，使用相位式天線陣列，一方面可提升增益彌補毫米波頻段的傳播損耗，二方面可提供切換波束的功能。近年智慧型手機朝薄型化發展，而加入了許多功能模組，如多攝像頭、Face ID和第五代行動通訊系統等，導致手機的可運用空間被壓縮，因此如何微型化及薄型化天線陣列成為的關鍵議題，所幸有軟板的問世，由於該板材特性較硬板輕薄且可彎曲，並能與周邊物體契合，因此有較高的空間利用度，目前各大手機業者已使用軟板做為天線載板，並整合於零件滿佈的手機之中。然而，軟板為了維持彎曲的特性，通常設計得較薄且有金屬層數的限制，此限制使得貼片式天線難以寬頻，再者若考量毫米波天線陣列的需求，天線尺寸需要微小化，因此如何在有限的板厚及金屬層數下，設計寬頻、薄型及微小化的貼片式天線便是設計的重點。 貼片式天線具有薄型的優點，且易整合於平板結構，但貼片式天線薄型的特色使天線的品質因子(Q Factor)較大，導致貼片式天線的頻寬較窄，因此有許多文獻針對薄型貼片式天線的寬頻方法做研究與探討，常使用的方法有：1.多模態貼片式天線 2.寄生式貼片天線 3.週期性結構天線。多模態貼片式天線為了激發出高階模態，天線尺寸必須大於一個空氣波長，導致天線有旁波瓣的產生，且由於尺寸過大，不利於形成天線陣列，不適合做為毫米波頻段的應用。寄生式貼片天線利用電容性耦合激發寄生貼片，產生新的共振頻率點，但需要在頻寬與天線尺寸之間做取捨，若希望獲得足夠的頻寬會使天線尺寸過大，不利於形成天線陣列。週期性結構天線透過其週期性結構產生色散效應，使傳播常數隨頻率改變而改變，藉此拉近各個模態的頻率點，以提升頻寬，然而此方法所形成的天線尺寸依然超過天線陣列的要求。 本論文參考寄生式貼片天線做為做為初步構想，由於需要在天線尺寸與頻寬之間做取捨，本論文將寄生貼片式天線調整至較小尺寸時，再加入蜿蜒式隙縫至寄生貼片中，透過增加電容性的耦合量，以產生新的共振頻率點，藉此增加天線的頻寬，並縮減整體天線面積，使天線能符合毫米波天線陣列的尺寸規格。 本天線希望能用軟板實現，但受限於國內軟板廠商製作時程的配合，本研究仍採用具軟板規格之硬板實現本論文之創新天線。本天線使用硬板EM-890K做為天線基板，其介電係數、板材厚度和金屬層數皆與液晶聚合物(Liquid Crystal Polymer, LCP)軟板之特性參數與結構相同：介電係數3 vs. 3、板材厚度0.4 mm vs. 0.4 mm及金屬層數3 vs. 3。製 作出天線大小僅6×5.76×0.40 mm3(0.56×0.54×0.04λ3)，為單層介質板結構，量測的頻率範圍為26.2-29.3 GHz，由於製程的變異，導致頻率的偏移，所以將變異部分代回模擬，再與量測結果比對，其符合量測結果，因此原設計滿足5G NR的n257之頻帶。輻射場形為broadside方向，頻帶內的增益界在3.7-6.5 dBi之間，具有良好的輻射特性。本天線特色 在於具有更小的尺寸使其容易製作成天線陣列，並能於軟板上實現，適合做為毫米波手機天線應用。本天線的設計細節和實驗結果在論文中皆有詳細討論。

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基於感知半持續資源排程的資源排除及選擇窗口的演算法以降低碰撞機率

第三代合作夥伴計畫定義了基於感知半持續資源排程演算法，作為車聯網側鏈通信中分散式資源選擇的標準，在資源選擇前進行偵測可以大大降低封包碰撞的可能性，然而，我們發現如果使用者裝置使用不同的資源預留間隔，封包碰撞機率則會變相當大。在我們論文提出一種機制來防止碰撞，所提出的方法僅需簡單的計算，且不需在側鏈控制信息中附加訊息。對於我們的模擬場景，在理想的通道條件下，碰撞機率可以降低77%以上。當考慮通道條件下，封包接收率最高可以提升6.4%。此外，我們提出了另一種降低碰撞機率的機制，基本概念是讓使用者裝置縮小其選擇窗口，以避免選擇窗口重疊。當與我們先前提出的資源排除機制結合時，在理想的通道條件下，碰撞機率可以降低79.10%以上。當考慮通道條件下，封包接收率最高可以提升21.11%。