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同時傳輸數位與射頻訊號在光纖連結下之研究

光纖可用來承載多媒體信號如影音和資料並結合次載波多工技術傳遞數位信號。因此，光纖射頻在有線及無線寬頻擷取技術上扮演一關鍵的角色。在本論文中，將探討利用光纖同時傳遞1.25Gb/s的數位訊號及2.4GHz的射頻訊號，分別就光域及電域比較兩種解調機制。另外，也比較了訊號的結合方式。當數位與射頻訊號同時輸入至單一MZM時，在接收光功率為-17.67dBm的情況下，使用光域解調方式的位元錯誤率為6.5x10-8，相位差為3.1°。使用電域解調方式的位元錯誤率為3.1x10-7，相位差為5.1°。由結果得知，在數位訊號及射頻訊號的解調表現上，光域解調方式的位元錯誤率較電域解調方式的位元錯誤率提升了近一個數量級，而相位差提升了2°，說明了光域的解調方式訊號失真較不嚴重，因此在位元錯誤率與相位差較小。而利用兩個並聯的MZM，分別將數位訊號與射頻訊號個別輸入至兩個MZM，亦即數位訊號與射頻訊號在光域做結合時，在接收光功率為-17.67dBm的情況下，在光域解調的位元錯誤率為8x10-9，相位差為2.2°。而在電域解調的位元錯誤率為5x10-8，相位差為4.5°。由結果得知，在數位訊號及射頻訊號的解調表現上，當訊號在光域作混合其位元錯誤率較在電域做混合時，位元錯誤率提升了近一個數量級，而相位差方面，在光域解調與電域解調分別提升了0.9°及0.6°。由此得知，數位訊號與射頻訊號在光域作結合其解調表現較電域做結合來的佳。

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超高速(>40GHz)低驅動電壓(<2V)雙空乏區消逝波波導行波式致電吸收調制器

在現今高速的光通信系統中，高速的(>10Gbits/sec) 光電調制器為通信系統中非常關鍵性的一部分。而為了達到高速，元件的電容必須縮小，根據 的公式，為了縮小電容，主動區的面積必須縮小(2μm×75μm)，但一再縮小主動區，會遇到以下問題：光偶合損耗(coupling loss)變大、不易於準確劈裂以及難於量測。現在普遍的解決的方法有以再磊晶( re-growth )的方式去製作被動的光波導來增加元件的總長度等，但再磊晶等方法是一種較為複雜的製程。所以我們設計了一種在主動區前加上一個經由設計後的消逝波波導管，它可以將光從波導管中導波至主動區，讓我們直接縮短主動區長度而不會縮短元件總長度，因此不會遇到因縮小主動區時所遇到的問題。而量子井以及雙空乏區的設計，也同時改善了元件對極化的敏感度以及高速與驅動電壓間的扺觸。 實驗結果驗證，我們元件的設計結構確實降低了驅動電壓 (V20dB=1.65V)，在穿透係數(S21)的量測中f3dB~60GHz，而電-光響應頻寬大於45 GHz 的表現，經計算後的FOM大於27.19，與近年來光調制器的FOM相比，我們元件的FOM得到極大的改善。

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空時碼系統之研究

目前通信系統之設計大部分都集中在低傳輸速率系統之開發，然而，下一代通信系統於網際網路及多媒體上之運用，對於高傳輸率及高機動性的要求以非常快之速度成長，為解決包含時間及頻率選擇性衰減通道(selective fading channel)、功率及頻寬限制所引起效能限制，空時碼(space-time coding)是目前最有效克服衰減之技術及提供高可靠之傳輸。 本論文以三個章節分別探討有關多天線系統之議題，包含非同調(noncoherent)空時碼用於準穩態衰減通道（quasistatic fading channel）之架構、籬柵編碼非同調空時調變（TC-NSTM）及串接空時碼用於不同衰減通道之架構。本論文第三章主要說明在傳送天線及接收天線都不需正確知道通道狀態資訊（CSI）之非同調系統，我們主要提出一種單式空時調變（USTM）以降低二維星座圖訊號點數及保證所尋找出的編碼均為全分集（full diversity），並運用多階層解碼方法以降低解碼複雜度。 第四章提出三種運用於籬柵編碼非同調空時調變之方法，第一種方法為用於區塊衰減通道(block fading channel)環境下之新籬柵編碼單式空時調變(TC-USTM)，此方法使用更多的未編碼單式空時調變信號來挑戰傳統利用二倍未編碼單式空時調變信號之籬柵編碼單式空時調變。第二種方法是利用以訓練碼為基礎(training-based)之籬柵編碼非同調空時調變，運用訓練碼估測通道狀態資訊，並將同一分支訊號利用交錯器（interleaver）將信號打散於不同衰減區塊上，以增加系統分集數。第三種方式是用於準穩態衰減通道之非同調序列偵測演算法，而這些演算法是利用一個滑動視窗(slide window)之維特比演算法(Viterbi algorithm)來完成，這個滑動視窗涵蓋幾個籬柵分支信號。 第五章為提出串接空時區塊碼(STBC)與使用一個延遲處理器（delay processor）之籬柵編碼調變(TCM)架構，且運用於多輸入/多輸出(MIMO)系統及多輸入/多輸出正交分頻多工(OFDM)系統。此架構不僅可獲得較大最小平方歐氏距離(squared Euclidean distance)且可獲得較大最小漢明距離(Hamming distance)，因此，可得到較佳系統性能。本章除提出一種改善式方法，此方法是於空時區塊碼與籬柵編碼調變中間插入一個特殊區塊交錯器(interleaver)，並且提出兩種解碼方法，包含部分硬式決定回授之滑動視窗式之遞迴解碼(SW-IDPHF)及軟式決定回授之滑動視窗式之遞迴解碼(SW-IDSF)。不管是利用那種解碼方式，我們所提出的解碼方法其解碼收斂速度較快且終極性能均比利用傳統解碼方式之位元交錯編碼調變(BICM)為佳。