第二章
基於正交分頻多工 (OFDM)之多重進接 方式
OFDM 技術降低了 ISI 對接收訊號的影響，具有高速的傳輸能 力，但必須配合分頻多重進接(Frequency Division Multiple Access, FDMA)、分時多重進接(Time Division Multiple Access, TDMA)、分碼 多重進接(Code Division Multiple Access, CDMA)等多重進接方式，以 應用於多用戶的蜂巢式行動系統中。本章首先簡介OFDM 調變技術，
接著分別對結合三種不同進接方式的 OFDM 系統：OFDM/FDMA、
OFDM/TDMA、OFDM/CDMA 做一說明。
2.1 正交分頻多工系統
傳統單一載波系統將所有的資料載在一個載波上送出，OFDM 系 統則使用
N
個頻率正交的次載波以平行(parallel)的多工(multiplexing) 方式傳送較低速的資料，在相同的傳輸速率下，多載波系統由於整個 OFDM 符元(symbol)長度為原本的N
倍，因此 OFDM 系統能忍受較 大的通道延遲，適用於頻率選擇性衰減通道。
k = 0 1 2 3 4
圖2.1 彼此正交之次載波功率頻譜密度
相 較 於 單 一 載 波 系 統 與 分 頻 多 工 (Frequency Division Multiplexing, FDM)，其相鄰的載波間不能互相重疊，OFDM 調變的 次載波功率頻譜密度(Power Density Spectrum, PSD)如上圖 2.1 所示，
每個次載波分佈於其他次載波頻率的成分為零，此即正交(orthogonal) 之性質。其中
N
是所有次載波的個數，T
是整個 OFDM 符元時間，彼此正交之次載波間距為
1 T
。由於OFDM
系統允許次載波間的重 疊，因此擁有較佳的頻譜效率(Spectral efficiency)
。S/P Signal
Mapper IDFT P/S Guard
Interval
以震盪器產生
N
個彼此正交的次載波在實作上並不可行，而利用 反離散傅立葉轉換(Inverse Discrete Fourier Transform
，IDFT)
得以降低 硬體的複雜度實現OFDM
系統。圖2.2
是基於DFT
之OFDM
系統架 構圖。傳送端首先將高速的序列數位訊號經由序列轉並列(Serial to parallel)
轉換成N
筆訊號，經過訊號對映(Signal mapping)(
如QPSK
對 映)
，再把訊號放在不同的次載波上，接著藉由IDFT
轉換成為時域訊 號並經過並列轉序列(Parallel to serial)
轉換，最後加上一段護衛間隔(Guard interval)
。每一個次載波上的接收訊號可視為經過一平緩衰減通道
(Flat fading channel)
，因此接收端只需要一個簡單的等化器(equalizer)
，再執行與傳送端相反的動作即可將信號還原。Symbol M+1 Guard Symbol M Symbol M-1 Interval
Guard Interval
Symbol M+1 Guard Symbol M Symbol M-1 Interval
Guard Interval
1st Path
2nd Path
ISI Free Region
圖2.3 雙重路徑通道下之非 ISI 區
OFDM
系統中，將原符元後端部分複製至符元之前，即所謂護衛 間隔，一般選擇護衛間隔長度為原符元長度的四分之一。護衛間隔的 放 置 使 得 接 收 端 取 樣 結 果 等 於 通 道 脈 衝 響 應(Channel impulse response)
和符元的環旋積(Circular convolution)
，DFT
轉換後相當於通 道頻率響應(Channel frequency response)
與符元的乘積。假設護衛間隔 長度大於通道延遲，只要在非符際干擾區(ISI free region)
內取樣(
上圖2.3)
，由於在時域上之循環位移(Cyclic shift)
等效於頻域上之線性的相 位位移(Phase shift)
，此相位位移在通道匹配中補償(compensate)
後，仍可將訊號還原。但護衛間隔長度如果小於通道延遲，則
ISI
對訊號
OFDM
系統面臨的挑戰為其輸出訊號的峰值對平均功率比例(Peak to Average Power Ratio
，PAPR)
太高，造成射頻(Radio frequency, RF)
傳送機與功率放大器(Power amplifier)
的設計複雜度提高，功率效 率降低。在高移動性(mobility)
的應用環境下，次載波間難以維持正交 的關係，將導致交互載波干擾(Inter Carrier Interference
，ICI)
的產生。此外，些許的頻率偏移將破壞次載波間的正交性，所以