Studies of Fiber-Optic CDMA Systems Using Two Dimensional Spreading Codes

隨著通訊技術的日新月異，帶動了通訊產業之蓬勃發展，因此能夠提供更多的用戶數、更高的資料傳輸速率，及更多元化的多媒體服務將是未來通訊系統發展的趨勢。然而伴隨著這些多樣化的多媒體通訊服務，所需要的將是龐大頻寬的需求，因此具有高頻寬、低損失與傳輸時不受電磁干擾等優點的光纖通訊系統，逐漸受到重視而成為主要滿足頻寬需求的解決方案。而光纖分碼多工技術近年來也由於波長跳躍-時間展頻（或稱為波長-時間）編碼技術的快速進步，帶動光纖通訊相關領域之產學業界的研究風潮。然而因應多媒體通訊服務需求的增加，光纖分碼多工技術充分的利用展頻碼的各項特性，適當的調整展頻碼的各項系統參數，以提供更多的可同時使用用戶數目。而在本計畫中，申請者將研究如何在光纖分碼多工系統中，能同時兼顧系統效能的表現下更有效率的提供更多同時使用用戶數目。在本計劃第一年，申請者將提出一個使用新設計二維展頻碼的光纖分碼多工系統架構，用來改善傳統使用一維展頻碼的系統中可同時使用的用戶數目與系統效能受限於展頻碼碼長的缺點，同時也能改善目前普遍使用二維展頻碼之光纖分碼多工系統，進而更有效率的提供更多同時使用用戶數目。並將使用Matlab 軟體工具來進行系統模擬，並提供各種不同系統參數之效能分析模式與理論值的分析推導，以提供一個最適合的傳輸模式，並且將比較此新架構與傳統設計之架構以指出各項設計上之議題。在本計劃第二年，申請者將提出改良先前設計之單極-單極二維光纖分碼多工系統，這種波長-時間光纖分碼多工系統可以被視為是一種快速跳頻的方法即波長會在一個時槽內，隨著所選到的碼改變，這種波長-時間碼所扮演的角色是用來增加線路用戶和同時使用之用戶數目憑藉著同時使用兩個碼的維度，而不是使用一個碼的維度。並將提出雙極-單極二維光纖編碼的演算法和系統效能理論的分析推導，和以Matlab製作模擬系統，評估各種影響系統效能的因素，發展適合的架構。在本計畫第三年，申請者將提出雙極-雙極二維光纖分碼多工系統，以改善可同時使用之用戶數目及系統效能，新的二維光纖碼將在時間展頻和波長跳躍都使用雙極碼，它所增加的碼數將比雙極-單極二維光纖分碼多工系統的碼數多。並將提出雙極-雙極二維光纖編碼的演算法以及系統效能的理論的分析推導，和之前提出的兩種光纖分碼多工系統做比較和分析，以提出一個將來選擇二維光纖分碼多工系統之參考。預期本計劃之完成，將對未來之多媒體光纖通訊系統的建立扮演重要的角色

Study of Variable-Weight Codes for Wavlength-Time Optical CDMA Systems with Different QoS Requirements

The communication technologies have made great progress in the past decade. It isexpected to provide multiple-rate transmission and support the growing popularity ofmultimedia services with more flexible support efficiently. Therefore, how to design aflexible communication system with variety of data rates and quality-of-services (QoS)requirements for these multimedia services become an important topic. Since optical fibercan offer the vast bandwidth to satisfy the need of multimedia applications, opticalcommunications have been widely applied in multimedia communication systems.Optical code-division multiple-access (O-CDMA) is one of the most popular systemsbecause of the rapid growth of the wavelength-hopping time-spreading (or so-calledwavelength-time) coding technology. In this proposal, we are focusing on how toeffectively provide the number of simultaneous users and required QoS in O-CDMAsystems. Moreover, we will provide the new O-CDMA systems to support multimediaservices with different QoS requirements.In the first year, we shall present the new double-weight O-CDMA system toprovide differential QoS. It is because code weight plays a dominant role in determiningthe performance of an O-CDMA system as heavy-weight codes always outperformlight-weight codes under the assumption of identical power in every optical pulses (i.e.,same chip power). We assume the use of optical codes with the same power in bitduration. In other words, heavy-weight codes do not always perform better thanlight-weight codes since heavy-weight have less power per chip than light-weight codes.We develop a new and more accurate analytical method to evaluate the performance ofthese double-weight codes. The proposed system will be implemented by using Matlab.We shall compare the performance of the new scheme with other approaches and identifythe design issues.In the second year, we shall present the other double-weight O-CDMA system byrelaxing the maximum cross-correlation value in order to improve both the total numbers of subscribers and simultaneous users. The proposed scheme can provide more codecardinality than the original double-weight O-CDMA system with the maximum cross -correlation value of at most one. We shall propose the new double-weight codes witharbitrary cross-correlation values and their system performance analysis. Moreover, weshall analyze the system performance with previous proposed techniques and provide thestrategies on selecting these techniques and identify the design issues.In the third year, we shall present the multiple-weight O-CDMA system to supportmultimedia service with different QoS requirements. The new multiple-weight codeshave three or more kinds of code weights. We shall propose the new wavelength-timecoding design and its system performance analysis. Finally, we shall also compare theperformance of the new scheme with other approaches and identity the design issues.The work from this proposal, as we expect, should prove useful in the success of thedesign and deployment of O-CDMA communication systems with multimedia services.由於人們對於多媒體資訊傳輸的品質要求與日俱增，因此在這高速率傳輸且多樣化的時代，如何提供快速且高品質的多媒體通訊服務為重要的課題。而具有高頻寬、可同時提供大通訊量、傳輸時不易受電磁波干擾與支援遠距離傳輸等優點的光纖通訊就成為提供整合數據、語音與影像等多媒體應用服務中熱門的通訊方式。同時波長跳躍-時間展頻(或稱為波長-時間)編碼技術的快速進步，也帶動了光纖通訊相關領域之產學業界的研究風潮。在本計劃中，申請者將研究如何在光纖分碼多工系統中，有效率的提供可同時使用之用戶數目及所需之傳輸品質。此外我們也將提出一個新的光纖分碼多工系統，以達到在多媒體服務中支援不同服務品質的需求。在本計劃第一年，申請者將提出一個新設計的雙碼重光纖分碼多工系統，針對兩種不同碼重的系統，運用在相同位元能量的假設之下，以改善較輕碼重之系統效能，並且打破以往使用碼重越大系統效能越好的觀念。但此假設造成不同碼重之片能量不同，解調端的門檻會隨片能量而變動，使得不同碼重使用者間所構成的干擾程度會有差異性。另外在展頻碼之最大互相關函數值方面，使用最大互相關函數值為一的二維展頻碼，其目的是為了有效降低用戶之間互相干擾的影響。再藉由透過適當的選取碼的重量、波長及長度等系統參數，可以使所設計的新系統能夠有效率的提供系統之同時使用之用戶數及所需之傳送品質。本計畫提供一套完整的系統效能之理論分析與推導。同時也將使用Matlab 製作模擬系統，藉以評估各種影響系統效能的因素，發展出適合的系統架構。在本計劃第二年，申請者將提出廣義雙碼重光纖分碼多工系統，用以改善第一年所提出之雙碼重光纖分碼多工系統的同時使用之用戶數目及系統效能。此系統設計之參數將因此增加一項碼之互相關值，因為碼之互相關值與其重量相關，所以設計出一有效的方式來改變展頻碼之重量，使系統效能的選擇有更多之彈性將是本年度計畫的重點。我們將提出一具任意相關值之雙碼重碼之設計，選擇適當之碼重與系統參數以達到系統的同時使用者之數目增加並且效能提高之目的。同時將提出系統效能的理論分析推導，並且與前一年度之雙碼重光纖分碼多工系統作比較，以提供計畫之第三年設計新的二維光纖分碼多工系統時的參考。在本計劃的第三年，為了能因應具有不同服務品質之多媒體服務，申請者將提出多碼重光纖分碼多工系統來提供這項問題之解決方法。此設計的主要概念是放寬第一年只有兩種碼重之系統假設，並提出可具三種或更多種碼重的系統架構，在維持傳輸相同位元能量的假設下，達到支援不同服務品質的目的。為了提出更多展頻碼之重量選擇系統，我們將設計更精確的方法來達到這些目標。同時我們也將提供一套完整的系統效能之理論分析與推導，透過軟體程式的模擬對系統架構作先前的評估與輔助理論之研究，以驗證系統運作的可行性。預期本計劃之完成，將對未來之多媒體光纖通訊系統的建立扮演重要的角色

編碼調變技術於多速率跳頻分碼多工系統之設計及研究

在邁向資訊化社會的今日，人們對於語音、數據傳輸及影音等多媒體通訊服務的需求與日俱增，為了滿足人們對這些整合性通訊服務的高度需求，發展新的通訊系統架構取代傳統僅能支援單一媒體傳輸的系統架構則是必然的趨勢。由於跳頻分碼多工技術具有抵抗多路徑之衰減與降低多用戶間干擾的特性，近年來已被廣泛地應用於行動通訊與無線通訊系統。在本計畫中，申請者除了將研究如何在跳頻分碼多工系統中，同時對系統用戶數目的增加與通訊傳輸品質的維護作整體的考量與規劃，也將進一步的探討調變碼與跳頻碼兩者之間的關係，並提出同時結合兩者的整合設計。此外，為了滿足現今多媒體通訊服務的高度需求，計畫中也將提出一個新的跳頻分碼多工系統，具有同時支援不同傳輸速率與服務品質的多媒體服務之傳輸特性。在本計劃第一年，申請者將提出一個新設計的跳頻分碼多工系統。基於編碼-調變技術的概念，使用有較多碼數的調變-時間碼，來達到提升系統資料的傳輸速率之目的，並設計可以使用在此新跳頻分碼多工系統的跳頻碼，其各個跳頻碼之間必須存在著相關性函數值低的良好性值，以便降低用戶間互相干擾的情形。本計畫並將對此新跳頻分碼多工系統提供一套完整的系統效能之理論分析與推導，同時也將使用Matlab程式軟體製作系統模擬的動作，藉以評估各種影響系統效能的因素，發展出合適的系統架構。在本計畫第二年，申請者將深入的探討調變碼與跳頻碼之間的關係，並將調變碼與跳頻碼整合在一起設計，提出新的跳頻分碼多工系統之設計方法，以改善可同時使用之用戶數目，並降低系統設計之複雜度。此新的整合設計將更有彈性的符合不同環境之需求，根據當時環境所需之條件調整新的跳頻分碼多工系統裡的參數來調整系統，使得系統有更好的適合度。在本計畫第三年，申請者將提出一個多速率跳頻分碼多工系統，其主要的設計概念是針對系統中資料型態不同的服務，分別採用不同長度的跳頻碼來進行傳輸，以達到同時支援具有不同傳輸速率與服務品質的多媒體服務的目的。在系統效能的分析方面，除了透過軟體程式的輔助進行電腦模擬外，也將運用數學分析的方法提供系統效能的理論值推導，並且透過電腦模擬與理論分析結果的比較，驗證新系統架構之可行性。為了更公平的比較本計畫所提出各種使用不同傳輸矩陣大小或具有不同傳輸速率的跳頻分碼多工系統，將定義一個稱為正規化頻譜效率(Normalized spectrum efficiency; NSE)的評量參數，在同時考慮系統之傳輸速率、頻寬擴展與效能表現等系統參數的影響進行系統比較。預期本計劃之完成，將對未來之多媒體跳頻通訊系統的建立扮演重要的角色

多波長-時間光纖分碼多工系統之研究

由於個人電腦與網際網路的普及化，持續帶動了各項多媒體通訊產業的蓬勃發展。不僅為人們帶來生活上的便利，也加速了資訊化社會的來臨。然而這些多樣化的多媒體應用服務，往往需要大量的網路頻寬，才能提供高品質的多媒體通訊服務。因此為了滿足人們對多媒體服務的高度需求，提供一個通訊系統能夠解決高頻寬傳輸的問題也就成為非常重要的課題。光纖通訊技術由於具有高頻寬、傳輸時不受電磁波干擾與遠距離傳輸等優點，近年來已被廣泛的應用在多媒體通訊的傳輸上。同時光纖分碼多工技術也由於波長跳躍-時間展頻（或稱為波長-時間）編碼技術的快速進步，帶動光纖通訊相關領域之產學業界的研究風潮。在本計畫中，申請者除了將研究如何在光纖分碼多工系統中，能同時兼顧系統效能表現以及有效率的提供更多可同時使用之用戶數目，也將提出一個新的光纖分碼多工系統，具有同時支援不同資料速率與不同服務品質的多媒體應用服務的傳輸特性，以滿足現今多媒體整合服務的需求。在本計劃第一年，申請者將提出一個新設計的雙極-單極二維光纖分碼多工系統，這種波長跳躍-時間展頻光纖分碼多工系統可以被視為一種快速跳頻的方法，也就是在單一時槽內同時傳輸多個波長，並且每個時槽內所傳輸的多個波長，會根據所選到的波長跳躍碼而改變。這種波長跳躍-時間展頻碼主要可以透過彈性的增加展頻碼碼長或可使用的波長個數等兩個時域與頻域的系統參數，有效率地提供系統可同時使用的用戶數。本計畫並將提出運用於雙極-單極二維光纖碼的排列演算法與提供一套完整的系統效能之理論分析與推導。同時也將使用Matlab 製作模擬表 C011 共 頁 第 頁系統，藉以評估各種影響系統效能的因素，發展出適合的系統架構。在本計畫第二年，申請者將提出雙極-雙極二維光纖分碼多工系統，以改善可同時使用之用戶數目及系統效能，新的二維光纖碼將在時間展頻和波長跳躍都使用雙極碼，所提供的碼數將比前一年度提出的雙極-單極二維光纖分碼多工系統所支援的碼數還多。同時將提出運用於雙極-雙極二維光纖分碼多工系統的編碼演算法以及系統效能的理論分析推導，並且與之前提出的雙極-單極光纖分碼多工系統作比較，以提供將來設計新的二維光纖分碼多工系統時的參考。在本計畫第三年，為了同時支援具有不同資料速率與不同服務品質的多媒體服務，申請者將提出一個多碼長多波長光纖正交碼之分碼多工系統來解決這項問題。其設計的主要概念是藉由採用不同長度的展頻碼來傳輸不同資料型態的通訊服務，以達到多速率傳輸的目的。為了獲得較佳的系統效能表現與提供系統更多使用者數目，我們將設計一套波長排列演算法來達成這些目標。同時我們也將提供一套完整的系統效能之理論分析與推導，並藉由與電腦模擬的分析結果進行比較，評估各種影響系統效能的因素，以發展出適合的系統架構。預期本計劃之完成，將對未來之多媒體光纖通訊系統的建立扮演重要的角色

Frequency-Hopping Wireless Communication Systems with Multimedia Services

如何在有限的頻譜資源上，使無線通訊系統的大多數用戶達到水準以上的傳輸品質，為目前系統設計上的一大挑戰。編碼多工技術近年來在無線系統上日益受到重視。基本上編碼多工技術可分為直接系列展頻及跳頻兩種方式。在跳頻編碼多工技術上，跳頻碼是用來控制載波頻率。藉著在頻譜上展頻，頻率之多樣化可以減輕多路徑及其它用戶的干擾。但是在未來的通訊系統中，各類具不同資料量及品質要求的媒體如影像、傳真、聲音及資料將會需要同時傳送。新的系統設計需要能妥善的達到不同媒體傳輸之要求，同時使系統之效能發揮最大。並且除了提供給各類媒體公平的