無線通訊暨訊號處理研究室

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Wireless Communications & Signal Processing Lab 資 電 館 706 室

祁忠勇老師 (Prof. Chong-Yung Chi) Ph.D. E.E., University of Southern California, Los Angeles, USA

cychi@ee.nthu.edu.tw Tel: 03-5731156 台達館966室 http://www.ee.nthu.edu.tw/cychi/

助理 Assistant: 丁嘉嫺 (Jia-Shan Ting) Tel: 34118

實驗室家長 Supervisor:

祁忠勇老師 (Prof. Chong-Yung Chi)

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Cellular Wireless Communication System

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(Noise)

(Multipath channel)

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Multicell Wireless Cooperative System

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通訊工程研究所之研究領域

寬頻通訊/網際網路

無線通訊/網路

光纖通訊系統/網路

通訊網路理論

數位通訊

通訊訊號處理

錯誤更正碼

VLSI通訊

通訊系統/網路晶片設計

高速網路

網路管理

多媒體網路

通訊網路 (Communication Networks)

通訊系統 (Communication systems)

無線感測網路

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通訊系統 (Communication Systems)

寬頻通訊 (Broadband Communications) 無線通訊 (Wireless Communications) 數位通訊 (Digital Communications) 錯誤更正碼 (Error-Correcting Codes) 通訊訊號處理 (SP for Communications) VLSI通訊 (VLSI for Communications) 通訊網路理論 (Communication Network Theory) 光纖通訊系統 (Optical Communications) 通訊系統晶片設計 (SOC for Communications)

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通訊網路 (Communication Networks)

寬頻網際網路 (Broadband Internet)

無線網路 (Wireless Networks) 高速網路 (High-Speed Networks) 光纖網路 (Fiber-Optical Networks) 通訊網路理論 (Communication Network Theory) 網路管理 (Network Management) 網路系統晶片設計 (SOC for Networks)

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無線通訊 (Wireless Communications) Multi-input multi-output (MIMO) coherent/noncoherent detection Noncoherent detection/channel estimation for OFDM based systems Space-time (frequency)-coding/decoding Distributed space-time coding and cooperative communicatons Distributed signal processing for communications and sensor networks Beamforming and direction-of-arrival (DOA) estimation Physical layer secret communications (discriminatory beamforming, channel estimation) Convex analysis and optimization for signal processing in wireless communications and sensor networks

研究興趣 Research Interests

跨領域研究: 從無線通訊系統到生物醫學與超光譜影像處理 Lots of high-quality, innovative, cutting-edge research accomplishments Lots of joint research explorations with international experts and visiting graduate students

1. Wireless Communications 現今無線通訊系統追求的是高頻譜效率和可靠的資料傳輸率。多輸入多輸出系統 (MIMO systems) 已被公認為是達到上述目標的

最佳解決方案，原因在於多輸入多輸出(MIMO)系統具有在豐富散射環境下增加系統通道容量以及藉由空間分集 (spatial diversity)來改善通訊品質的優點。利用多個相互合作的使用者或基地台以達到類似MIMO系統優點的合作式(分散式)通訊系統也是未來後4G系統的重要研究方向。此外，隨著adhoc 網路的普及，資料傳輸的安全性變得愈來愈難以單由應用層的資料加密技術來確保，因此由物理層著手的資料安全技術已為目前無線通訊系統的 一項重要課題。本實驗室發展的研究主題如下：

A. 應用於MIMO/MIMO-OFDM/多用戶干擾通道 (interference channel)之傳送與多用戶偵測技術： -- 研究高精確度的通道估計與訊號檢測技術，以作為通訊接收端設計的準則，並且應用於實際系統中 -- OSTBC / Blind ML channel estimation and data detection / Sphere decoding / Semi-definite relaxation

-- Transmission design/receiver design for multiuser interference channels

B. 應用於下傳鏈/multicell systems/relay network之多使用者波速成形技術 (multiuser downlink/relay beamforming) -- 考量傳送端(例如基地台，或relay nodes)一般無法完美獲得使用者的通道訊息，而存在著通道訊息誤差，因此設計對通道訊息誤差有穩健 (robust)效果的波速成形技術是邁向實際應用的重要課題

-- worst-case robust transmit beamforming design/ probabilistically-constrained robust transmit beamforming design -- robust distributed relay beamforming -- robust multicell coordinated beamforming

C. 應用於安全通訊之物理層前贍訊號處理技術 -- 考慮網路中可能存在的竊聽者，設計先進之通道訓練與傳輸機制，以確保或加強無線通訊環境中使用者的資料安全性 -- QoS based secure transmit beamforming/ discriminatory channel estimation / System secrecy rate maximization

Transmitter

Artificial noise

Eavesdropper 2

Eavesdropper 1 Intended Receiver

Information Beamforming

Secure Beamforming

Multiuser Interference Channel

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統計訊號處理 (Statistical Signal Processing) Convex analysis for blind separation of non-negative sources with applications to biomedical and hyperspectral image analysis Independent component analysis and blind signal separation Multi-sensor and optimization techniques for statistical signal processing Computational and optimization techniques for statistical signal processing Applications: digital communications, biomedical signal processing, microphone array processing, speech processing, image processing

研究興趣 Research Interests

跨領域研究: 從無線通訊系統到生物醫學與超光譜影像處理 Statistical Signal Processing is essential in wireless communications It has also been substantially used in source separation related fields, e.g., biomedical and hyperspectral image analysis.

2. Biomedical & Hyperspectral Image Analysis

盲蔽訊號源分離(blind source separation, BSS)是在未知訊號源混合方式下，從量測訊號中抽取訊號源的重要技術。在科學和工程領域，如生物醫學影像分析、超光譜影像分析、語音訊號處理和數位通訊，正驅使著新的BSS方法的快速發展。本實驗室主要將針對生物醫學影像與超光譜影像進行分析，發展研發前瞻、可靠性的BSS演算法，解決生物醫學影像及超光譜影像的混合像素問題，可望大幅增進生物醫學影像分子特徵量測的準確性，以及遙感物質辨識的效能。

Tongue Salivary gland

Lymph nodes

LungHeart

LiverSmall intestine

Blood vessels

B. 超光譜影像: 超光譜遙測影像已普遍應用於太空與地球之目標物鑑別，如行星探索，地形分類，農業監測，環境監測，以及軍用偵察。雖然現今超光譜遙測影像可以提供較多光譜解析度以鑑別多頻譜影像無法辨認出之物質，但在實際應用中，由於遙測感測器之空間解析度仍有限(目標物尺寸小於地面解析度)，使得每一感測器量測到的像素是由不同物質之特徵頻譜混合而成。因此，我們將發展盲蔽訊號源分離技術，將觀測到的像素分離成不同物質之特徵頻譜與其含量比例 ，為提升此技術目標物鑑別之效率。

A. 生物醫學影像：動態螢光成像是利用高度奇異性和生物相容性的螢光造影劑，以小動物模型為基準進行藥物開發和疾病研究。在注入惰性染劑後，此成像技術隨著染劑在不同時間反應特性生成圖像，其中利用染料的動態分佈之差異來準確辦識主要器官(或目標物)。然而，由於光散射和吸收之不良影響，使得動態螢光成像之空間解析度和深度定量分析依然有限。因此，我們將應用盲蔽訊號源分離技術於此動態螢光成像，藉此提高其空間解析度與成像深度。

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生醫/遙感影像分析 (Image Analysis: Biomedicine and Remote Sensing) Non-negative blind source separation with applications in biomedical imaging and early cancer detection Advanced signal processing algorithms for improving spatial resolution of biomedical and hyperspectral images Heterogeneity compensation to biomedical images for early-stage cancer detection and longitudinal antiangiogenic therapy study Unmixing hyperspectral images for identification of unknown materials Dynamic analysis of biochemical reaction through lifetime microscopy

研究興趣 Research Interests

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Experiment of dual-energy chest x-ray

Observed images composed of soft-tissue image and bone image

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Separated images

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人員 博士後研究員2名、博士生3名、碩士生5名 、1 名專任行政助理

研究成果 國際最頂級的期刊及會議論文200篇（請參閱實驗室網頁）

榮譽事蹟 2004、2005、2008、2010年榮獲 校長獎學金 2005、2006、2009年榮獲電資院優秀學生獎學金 2005年度榮獲 ICICS-2005 學生論文獎 2006年榮獲財團法人傑出人才基金會 優秀學生出國開會補助 2006年榮獲教育部 菁英留學獎學金 2007年榮獲國科會 千里馬專案留學補助 2009年榮獲國科會 中技社科技研究獎學金 2009、2010年榮獲清華傑出獎學金 2009年榮獲潘文淵先生獎學金 2010年榮獲CID&ORSTW博士論文優勝 2010年榮獲IPPR博士論文佳作 2011年榮獲WHISPERS最佳論文獎 2012年榮獲MIIS Best Poster Award 2013年榮獲GRSS The Best Ph.D Thesis

設備 Desktop PC、伺服器主機、LCD螢幕、雷射印表機、Notebook、不斷電系統、準系統

實驗室概況

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研究計畫 Funded Research Projects

清華大學長清計畫 (主持人:祁忠勇教授 ) 計畫名稱：於腦腫瘤的診斷和預後期間，用於研究大腦行為模式之可靠的靜息態 功能磁共振成像分析(2014/4/1-2014/12/31)

國科會研究計畫 (主持人:祁忠勇教授) National Science Council Foundation 計畫名稱：Robust and Reliable Blind Source Separation for Biomedical, Hyperspectral, and Gene ExpressionData Analysis用於生物醫學、超光譜及基因表現資料 分析之強健可靠盲蔽訊號源分離技術 (2013/08/01-2015/07/31) 計畫名稱： Robust Multicell Coordinated Transmission for Interference Management and CommunicationSecurity under Imperfect Channel State Information用 於干擾管理及通訊安全之強健多細胞協調式傳輸: 通道狀態資訊不準 確之情境(2013/08/01-2016/07/31) 計畫名稱：電機電子工程師協會信號處理學會的影響力提升：感測器陣列與多通道 委員會(SAM-TC)委員(2014/01/01-2015/12/31)

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碩士班甄試準備

If you are interested in any of the above researches and related mathematics, and wish successful research exploration, you are welcome to join us. 請儘早(大三下學期即可)與本人聯繫，並備妥以下資料的電子檔(WORD/ PDF) (第1、2、3項為必繳之資料，第4項為選繳之資料): 1. 個人簡歷 2. 大學歷年成績單 (包括名次) 3. 自傳及研究計畫 (包括家庭背景、研究興趣、未來研究方向、求學過程，儘可能三頁 以內，請註明聯絡方式) 4. 英文能力證書 (托福成績或全民英檢) 經過與本人的溝通(包括E-mail及面談)後，若獲得本人同意，將優先推薦您經由甄試進 入本所碩士班就讀，而且您將比同儕擁有下列優勢： 1. 無須再為進研究所考試而補習，將可專注於大四的專業課程，為日後研究紮下根基。 2. 若能於大四上學期(共七學期)提前完成學士學位者，將可於春季班註冊成為通訊所研 究生，以及早獲得本人的指導及一些研究資源 (如研究室空間、設備、津貼及其他軟 硬體的使用權等)，甚至可比同儕早一年完成碩士學位。表現優異者，一年後可直升 博士班。

或參考以下網址： 祁老師網頁 http://www.ee.nthu.edu.tw/cychi/

有興趣或有意願的同學，請與我們聯繫： 祁忠勇 教授 03-5731156 台達館966室 cychi@ee.nthu.edu.tw 丁嘉嫺 助理 03-5715131分機 34118 台達館513室 jst.vivien@gmail.com