背景與目的

近年來，我國資訊電子工業飛躍的成長，已成為眾所矚目的明星產業。其中 通訊科技的發展，尤其具有發展潛力與競爭力。在現今的社會中，多媒體以及電 腦通訊扮演著一個重要的角色。垂直正交多工（OFDM）調變具有高速資訊傳輸 的能力，目前已經使用在高速數位用戶迴路（HDSL），無線區域網路（WLAN IEEE 802.11a 5GHz and HIPERLAN/2）及數位廣播如數位音訊廣播（DAB）及數位視

NCTU.cm.wireless communication Lab

訊廣播之地面廣播（DVB-T）等系統中。其中，數位音訊廣播與數位視訊廣播之 地面廣播，是一種新的廣播傳輸技術，同時也是一項有別於傳統所熟知的AM、

FM 與類比電視的廣播技術，它可以透過衛星或地面發射站，以發射數位訊號來 達到廣播之目的，以其具有CD 音質與 MPEG-2 影像畫質之傳輸技術，建構了第 三代廣播新紀元，同時又能以數據訊號傳輸各項資訊，無疑是未來台灣廣播之新 利器。

數位音訊廣播起源於德國，1980 年德國開始發展研究數位音訊廣播，並在 1985 年於慕尼黑近郊進行數位音訊廣播之研究與實驗，到了 1987 年以德國、英 國、法國、荷蘭、丹麥……等國所組成的 EUREKA 聯盟，共同制定了 DAB 的 規格，稱為Eureka-147。因此，歐洲各國在 DAB 的發展上可說居於承先啟後的 地位，例如在1992 年試播的瑞典、1994 年試播的法國、挪威、芬蘭等，但真正 將DAB 帶入數據廣播紀元，則屬於 1995 年 9 月 27 日同時提供正式 DAB 服務 的英國BBC 電台與瑞典 SR 電台。同時根據 EuroDab Forum 的估計，到 1997 年 歐洲已有超過一億人口收聽 DAB。而 1990 年 4 月在美國亞特蘭大舉行的 NAB

（NATIONAL ASSOCITATION OF BROADCASTERS）年會中，EBU （European Broadcasting Union）正式發表 Eureka-147 的數位音訊廣播系統，也引爆了廣播 傳輸技術的大戰，令美國廣播業界產生相當大的震撼，隨即在同年8 月規劃出新 的數位廣播規格---InBand。時至今日，數位廣播在美國也逐漸成為廣播新主流。

相較於傳統AM、FM 廣播的缺點，如：1、聲音品質低落；2、射頻易受干 擾；3、快速移動時不利接收；4、發射功率影響廣播品質；5、子載波無法配合 廣播電台提供資訊服務等等。DAB 所具備的優點有：1、調變的方式可以將訊號 經由電台發射之後的 Multipath 損失及干擾降至最低，所以可以適用於所有接收 狀況；2、數位信號的傳送遠比類比信號傳送的功率較小，且訊號能傳送得比類 比訊號還要更遠，但卻能維持 CD 品質的聲音；3、頻寬可以視每個服務電台的 需要而定；4、電台可同時將多種服務透過一個發射機送達用戶端，除了滿足用 戶的需求外，也使得在部署發射機上更具有競爭性及經濟性；5、單一頻率網路 化(Single Frequency Networking)的實現更易於達成，但類比式 FM 系統相鄰的電 台必須使用不同的頻帶，以防止Co-channel 的干擾；6、提供更多附加價值的服 務及改變產業環境。因此，DAB 與傳統 AM、FM 廣播比較起來，除了其所傳送 聲音能達到CD 的音質、單頻網路、抗多重路徑干擾……等等之外，更重要是它 能夠有效率的傳送各種多媒體及數據資料，使之能夠做多功能的服務。

數位地面廣播除了DAB 技術之外，尚有另一種相似的技術，稱為「數位視 訊廣播(Digital Video Broadcasting；DVB )」。基本上，DAB 及 DVB 的傳輸技術 是類似的，不過，DVB 主要是設計較高的頻寬給高品質的 Video 使用。數位視 訊廣播最主要的優點就是使用 MPEG-2 的壓縮方法，以提供高畫質的影像與更 好的聲音品質。在一類比頻道上可容納四到八個數位電視台，收訊可透過衛星、

海底或陸地電纜。此外，現行使用的傳統類比電視只有525 條掃描線，影像解析

度較低、畫面易閃動、訊號受多重路徑干擾易產生「鬼影」；而數位電視以「0」

與「1」的數位方式傳送，可避免外界的干擾，「鬼影」與畫面模糊便不存在。數 位電視將525 條掃描線提高到 1080 條，亦提供了清晰、鮮艷、穩定且生動的高 品質電視畫面。除此之外，由於數位訊號可壓縮的特性，使得數位電視訊號可同 時傳送媲美電影院音效品質的 6 聲道杜比數位環繞音效，取代傳統的 2 聲道立 體音效。

目前數位視訊廣播的規格，已有三套技術標準出現，如美國的 ATSC

（Advanced Television Systems Committee）、歐洲的 DVB-T（Digital Video Broadcasting-Terrestrial）及日本的 ISDB-T（Terrestrial Integrated Services Digital Broadcasting）。其中，DVB 協會於 1991 年成立，目的在制訂一套世界數位電視 廣播標準，現有三十多個國家的兩百多個組織參加，於 1994 年完成數位衛星 DVB-S (Satellite) 及 數 位 有 線 DVB-C (Cable) 標 準 ， 並 於 1997 年 完 成 DVB-T(Terrestrial)標準。

DAB 與 DVB-T 的共通之處在於他們的調變技術均採用 OFDM 的調變方 式。OFDM 是多載波通訊系統的一個範例，可以以多個較低速率的次載波來取 代一個高速率的資料串流。它不但是一種調變技術，同時也是一種多工的方式。

採用 OFDM 的主要理由之一是它能夠抵抗頻率選擇性衰減通道（frequency selective fading channel）與窄頻干擾（narrowband interference）。對於單一載波的 系統而言，通道衰減或是干擾均可能造成整個通訊鏈結的中斷。但是對於多載波 的系統而言，則可能只有一小部份的次載波受到影響而已。而對於受到影響的次 載波則可以採用錯誤更正碼（error correcting code）配合交錯器（interleaver）的 技術加以更正，以提高性能。OFDM 系統的主要優點有以下幾點：1. 對於多路 徑（multipath）的傳輸環境而言，OFDM 相對於單載波加等化器的系統，具有較 低的運算複雜度；2. OFDM 系統對於窄頻干擾（narrowband interference）具有良 好的抵抗力；3. OFDM 系統可以建立一個單一頻率的網路（single frequency network, SFN），這點對於廣播的應用非常具有吸引力。然而 OFDM 系統的缺點 則主要有以下兩點：1. OFDM 系統對於頻率漂移（frequency offset）與相位雜訊

（phase noise）的敏感度較高；2. OFDM 系統有較高的峰值-平均值功率比

（peak-to-average power ratio），容易造成射頻放大器功率效益的下降。

OFDM 系 統 的 接 收 機 主 要 包 括 有 三 個 部 分 ： 1. 訊 號 同 步 （ signal synchronization ）； 2. 通 道 估 計 與 訊 號 偵 測 （ channel estimation and signal detection）；3. 通道編碼與交錯器（channel coding and interleaving）。其中同步的 部分主要有兩個工作：1. 它必須找出符碼的邊界以及正確的時序以減輕符際干 擾（intersymbol interference）的效應；2. 它必須正確的估計載波的頻率漂移與相 位雜訊，任何的頻率漂移與相位雜訊均會造成子載波正交性的破壞，並且導致次 載波間的干擾（intercarrier interference）。OFDM 訊號的偵測主要有同調檢測

（coherent detection）與差分檢測（differential detection）兩種方法。對於同調檢

NCTU.cm.wireless communication Lab

測而言，需要進行通道估計，而通道估計的方法主要可以分為二維通道估計、一 維通道估計、訓練符碼與決策導向（decision-directed）通道估計等方法。差分檢 測則不需要進行通道估計。此外，為提升系統性能，OFDM 的系統亦有通道編 碼與交錯器的設計。通道編碼可以提供良好的錯誤防護，以降低位元錯誤率，提 升系統性能，對於隨機性錯誤效果尤其顯著。而搭配交錯器的設計，可以將連續 性錯誤打散成隨機性錯誤，有效的提升通道編碼的錯誤防護性能。

2 DAB 系統原理與系統架構