第二章 文獻回顧與系統模型
2.1 正交分頻多工系統傳輸原理
(M-Phase Shift Keying)或是 M-QAM (Multi-Level Quadrature Amplitude Modulation)的傳
送資料Xk， 1
2 1 將訊號作反離散快速傅立葉轉換再經過數位/類比轉換器(Digital to Analog Converter)，而 接收端的調變方式為類比/數位轉換器(Analog to Digital Converter)再經過離散快速傅立 葉轉換。並由圖 2-3 說明[7]。
N s n[ ]
2 1
2.1.2 保護區間與循環字首
本節所要介紹的是關於為何正交分頻多工系統要應用保護區間以及循環字首，再說 明之前，需要知道的是關於正交分頻多工系統中的符元間干擾與子載波之間的干擾 (Intercarrier Interference)。符元間干擾的原因是，在多重路徑通道下，符元與符元之間可 能會出現延遲的時間，在延遲情況下所收到的正交分頻多工符元會對未延遲情況下所收 到的下一個符元產生干擾，這樣的情況稱為符元間干擾。為了要解決符元之間的干擾，
在連續的正交分頻多工系統符元之間，插入一段不含任何資料的保護區間，只要延遲的 區間小於保護區間，則符元間干擾就不會產生，如圖 2-4 所示[9]。
圖 2-4 符元間干擾與保護區間說明
如此，可以成功的消除了符元間的干擾。但是插入空白的保護區間，會產生一個問題。
若是在不同的子載波之間有延遲的情況，則插入一段空白的保護區間，在同一個傅立葉 轉換區間內會喪失子載波之間的正交性，造成在解調的時候會有子載波之間的干擾，如 圖 2-5 所示。
圖 2-5 子載波間干擾說明
為了要解決子載波之間的干擾，將一個正交分頻多工系統的符元的尾端，複製到其 前端的保護區間，可以保證所有的有延遲的子載波，在傅立葉轉換區間上都有整數倍的 週期，可以成功的消除子載波之間的干擾。並以圖 2-6，圖 2-7 說明。
Ng N
圖 2-6 循環字首說明
圖 2-7 以循環字首加入保護區間以消除符元間干擾與子載波間干擾說明
2.1.3 正交分頻多工系統的優缺點
這一節會對正交分頻多工系統的優缺點作簡單的總結。首先，正交分頻多工系統的 優點如下，
(1) 抵抗延遲擴散的影響，保護區間的設計避免了延遲擴散所造成的符元間干擾。
(2) 有效對抗頻率選擇性衰減通道(Frequency-Selective Fading Channel)，因為正交分 頻多工系統將原本的通道分割成許多子通道，於是當子通道數目夠多的時候，會 呈現平坦的特性，也就是只有通道增益(Gain)的影響。不至於有嚴重的失真。
(3) 多載波傳輸下，假設固定了子載波的個數，若讓頻率間隔是1T的整數倍，T 為
子載波個數，則子載波之間會保持正交性，若頻率間隔為1T，則所有子載波在 保持正交性的情況下所占去的頻寬和最小，在多載波傳輸下有較高的頻譜效率。
而正交分頻多工系統的缺點有[1]，
(1) 同步(Synchronization)的問題，正交分頻多工系統需要精確的同步，分為符元同步 與頻率同步。符元同步中，可能出現的問題有時序的錯誤，若取樣的的時間點不 準確會造成符元之間的干擾。第二個出現的問題為載波相位雜訊所造成的子載波 正交性喪失，而有子載波之間的干擾。頻率同步會發生的問題為，取樣頻率同步 問題與載波頻率同步問題。取樣頻率同步問題中，當取樣頻率有漂移現象時，會 造成符元間的干擾，使得符元錯誤率(Symbol Error Rate)上升。載波頻率同步的問 題則因為傳送端與接收端的振盪器所震盪的頻率不同造成頻率誤差以及因為都 卜勒偏移(Doppler Shift)造成頻率偏移。
(2) 有比較高的峰值平均功率比(Peak-to-Average Power Ratio)，當子載波都在同相位 的時候，峰值平均功率比會增大。造成硬體上實現的複雜度與成本會變大。