在無線傳輸中，MIMO 技術，已被證實在不增加頻寬及傳輸功率的情形下，
能得到絕佳的頻寬使用效率，尤其是在一些充滿多路徑干擾的環境下，這項發現 顛覆了傳統一直認為類似像這類的傳輸介質只會造成破壞的觀念，許多的學者甚 至發現隨著天線數目的增加，其通道的傳輸能力也將隨著天線的個數等比的成 長。有鑑於此，BELL Lab 從 1996 年開始著手嘗試一些可用數位硬體來實現的 系統，他們稱為BLAST（Bell Laboratories Layered Space-time）。
原理
1 2
( )k = ⎣⎡w k( ) w k( ) wN( )k ⎤⎦T
w L
我們假設此系統在一個半動態（quasi-stationary）的環境，也就是當系統利 用每個封包中的訓練序列（Training Sequence）估測出通道參數 H 後，通道參數 在此封包之內將不會有明顯的改變，為了更具體的規範系統的效能，我們定義以 收端之間的通道容量(channel capacity)可以表示如下[8][9]：
2
若我們令且令G=
(
H HH)
−1H , H g 為 G 的行向量，則( 2-13 )隱含著 i 系統效能將不理想。有鑑於此，V-BLAST 採取部分消除部分移除（Subtracting）的策略，這是一非線性的系統，也就是將先檢測出的訊號 ˆx 先行移除，數學式可i
2.8 802.11n 規格簡介
隨著WLAN 市場的蓬勃發展，吸引了全球相關廠商紛紛投入其中，IEEE 制 定規格小組去年6 月 18 日徵求提案結束時，IEEE 802.11 Task Group N（TGn）
共收到了62 件提案。不過，在眾多的提案中，以 WWiSE 和 TGn Sync 兩大陣營 的提案最受重視，而本篇論文所介紹的802.11n 標準，是由 TGn Sync 所提出，
以多輸入多輸出之正交分頻多工(Multi-Input Multi-Output Orthogonal Frequency Division Multiplexing，簡稱 MIMO OFDM) 技術為基礎。
在802.11n 標準中，依使用天線數的不同，傳輸頻寬上，提供了 20MHz 及 40MHz 可供選擇，傳送端分別使用 52 及 108 個次載波來傳送資料，在通道編碼 中提供編碼率(Code Rate)為 1/2、2/3、3/4 及 5/6 的迴旋碼( Convolutional Code) 編碼。編碼後的資料，經過資料交錯(Data Interleaving)之後，能確保相鄰的編成 碼，在交錯後會映射到不相鄰的次載波上，以離散傅立葉轉換/反離散傅立葉轉 換(DFT/IDFT)實現次載波時域及頻域間的轉換。資料在轉換到時域之後，加上每 個OFDM 符元的前置循環訊號(Cyclic Prefix)後送出。調變方式上提供了 BPSK、
QPSK、16-QAM 及 64-QAM 甚至 256-QAM 不同的調變方式。操作於 2.4GHz, 5GHz, 及 4.9GHz 的頻段，相關的時間參數，可參見表 2–3、表 2–4。
接收天線利用每段封包前的前置循環信號，判斷是收到訊號及作好訊號的同 步之後，去掉時域訊號的CP 再作離散傅立葉轉換，再去將不同天線，不同次載 波的資料，分別解出。
和SISO-OFDM 系統不同的是，MIMO-OFDM 系統，接收端的天線收到的 訊號，除了受到雜訊(noise)及通道(channel)的干擾之外，還有天線之間資料彼此
的干擾，如何能利用訓練序列做好通道估計、訓號同步…是 MIMO-OFDM 系統 中的重要工作。
Feature Mandatory Optional
Number of Spatial Streams 1 and 2 3 and 4
Number of Transmit Antennas 2 Greater than 2
Channelization bandwidth 20MHz 40MHz
Number of Occupied Subcarriers 56 in 20MHz 114 in 40MHz
Number of Data Subcarriers 52 108
Number of Pilot Subcarriers 4 6
Modulation Order BPSK, QPSK, 16-QAM,
64-QAM 256-QAM
Code Rate 1/2, 2/3, 3/4, 5/6
Guard Interval 800ns 400ns
Convolutional Coding R=1/2, K=7, (g1=1338, g2=1718)
LDPC TX and RX Optional
TX Beamforming TX and RX Optional
表 2–3 802.11n 時域的相關參數
802.11a/g (20 MHz) 20 MHz Channel (Mandatory) 40 MHz Channel (Optional)
FFT size 64 64 128
Number of data subcarriers 48 52 108
Number of pilot subcarriers 4 4 6
Subcarrier separation 312.5 kHz 312.5 kHz 312.5 kHz
Approx. Bandwidth 16.25 MHz 17.5 MHz 36.6 MHz
表 2–4 與 802.11n 相關比較
2.9 802.11n 之前置循環信號(Preamle)
在802.11n 標準中，PPDU preamble 包含了數個部份：L-STF (Legacy Short Training Field, 舊的短訓練符元), L-LTF (Legacy Long Training Field, 舊的長訓 練符元), L-SIG (Legacy Signal Field, 舊的訊號符元), HT-SIG (High Throughput Signal Field, 高速訊號符元), HT-STF(High Throughput Short Training Field, 高速 短訓練符元), HT-LTF(High Throughput Long Training Field, 高速長訓練符元) (如 圖 2–13) 其中，訊號符元提供了在傳輸時，實體層的資訊。(特別將在 802.11a/g 與802.11n 中所使用的符元，以”舊的”及”高速”做為區別。)
圖 2–13 PPDU 格式
一般說來，前置循環訊號具有以下七點功能：
1. 偵測封包(packet)是否到來
2. 自動增益控制 (Auto Gain Control) 3. 頻率偏移粗估
4. 碼框同步粗估 5. 碼框同步細估 6. 頻率偏移細估 7. 通道估計
高速前置循環信號的部份，是放在舊的前置循環訊號(即先前 802.11a/g 之前 置循環訊號)之後(圖 2–14)，這是為了使新的產品能與先前 802.11a/g 的規格相 容。
L-STF L-LTF L-SIG HT-SIG HT-STF HT-LTF HT-LTF HT-DATA
8us 8us 4us 8us 2.4us 7.2us 4us
HT 20MHz PPDU
L-STF L-LTF L-SIG L-DATA
8us 8us 4us
Legacy 20MHz PPDU
This part of the HT premable is identical to the Legacy preamble
This part of the HT premable is specific to HT reception
an auto-detect of the HT PPDU is required at this boundary
L-STF L-LTF L-SIG HT-SIG HT-STF HT-LTF HT-LTF HT-DATA
8us 8us 4us 8us 2.4us 7.2us 4us
HT 20MHz PPDU
L-STF L-LTF L-SIG L-DATA
8us 8us 4us
Legacy 20MHz PPDU
This part of the HT premable is identical to the Legacy preamble
This part of the HT premable is specific to HT reception
an auto-detect of the HT PPDU is required at this boundary
圖 2–14 HT preamble 格式 HT-SIG 時，改變訊號的極性 (polarity)
在高速前置循環信號的前半部，是舊的前置循環信號 (也就是 802.11a/g 的
L-STF 8 us
RATE 4 bits Reserve
1 bit
Legacy PLCP Header
TxAnt.1 TxAnt.2 L-LTF
8 us
Coded OFDM BPSK, r = 1/2 LENGTH
12 bits Parity 1 bit Tail Variable Number of OFDM Symbols
DATA.X2 Variable Number of OFDM Symbols
Tail 6 bits
HT-SIG 8 us
DATA.XN Variable Number of OFDM Symbols HT-STF Using RATE.X indicated in SIGNAL.X 20MHz or
40MHz
LENGTH 12 bits MCS
6 bits Advanced coding
2 bitsInit
CRC 4 bits Reserve
1 bit
Legacy PLCP Header
TxAnt.1 TxAnt.2 L-LTF
8 us
Coded OFDM BPSK, r = 1/2 LENGTH
12 bits Parity 1 bit Tail Variable Number of OFDM Symbols
DATA.X2 Variable Number of OFDM Symbols
Tail 6 bits
HT-SIG 8 us
DATA.XN Variable Number of OFDM Symbols HT-STF Using RATE.X indicated in SIGNAL.X 20MHz or
40MHz
LENGTH 12 bits MCS
6 bits Advanced coding
2 bitsInit
CRC
在HT-SIG 之後的是高速短訓練符元(HT-STF)，它為 MIMO-OFDM 系統提 供了更準確的自動增益控制，以補(舊的短訓練符元)L-STF 的不足。在 MIMO 系 統中，採取了頻率交錯(tone interleaved)的方法，在 20 MHz 速度下傳輸時，使用 了24 個 tone(相同速度下，舊的短訓練符元使用 12 個 tone )，這樣的作法能使不
法，能在不同的傳送天線之間，傳送在頻域上互不干擾的訊號，而使A 能分別 收到由不同的天線傳送過的資料，進一步將各傳送端與接收端的通道估出來。
h11
h12
h21
h22
圖 2–16 Nt =2,Nr = 2
以20MHz，兩個傳送天線為例子來說明(圖 2–17)
GI Set0 Set0
GI Set1 Set1
GI Set1
GI Set0
圖 2–17 N = 2 時之 HT-LTF t
在20MbHz 時，規格書中所定義的前置循環信號為
-28:28
HTL =[-1, -1, -1, 1, 1, 1, 1, -1, 1, -1, -1, -1, -1, 1, -1, 1, 1, -1, -1, 1, 1, 1, 1, -1, 1, 1, -1, 1, 0, -1, -1, -1, 1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, 1, -1, -1, -1, 1, -1, 1, -1, 1, -1, 1, -1, -1, 1, 1, -1, -1, -1]
而Set0 的偶數項會和 HTL 的偶數項相同，其他為 0 ;而 Set1 的奇數項會和 HTL 的偶數項相同，其他為0，如此一來，我們可以發現，兩個天線同時在傳送時，
頻域裡的資料已經被交錯開了，如此一來，Rx1 所收到前兩個頻域符元的偶數
能將h 估出，這將於下章討論。同理可將其他的奇數項通道估出來。圖 2-17 連11
GI Set0 Set0
GI Set0 Set0 GI Set1
GI Set0 Set0 GI Set1 GI Set2
GI Set0 Set0 GI Set1 GI Set2 GI Set3
7.2us 4us 4us 4us
Nt=1
Nt=2
Nt=3
Nt=4
GI Set0 Set0
GI Set0 Set0 GI Set1
GI Set0 Set0 GI Set1 GI Set2
GI Set0 Set0 GI Set1 GI Set2 GI Set3
7.2us 4us 4us 4us
GI Set0 Set0
GI Set0 Set0 GI Set1
GI Set0 Set0 GI Set1 GI Set2
GI Set0 Set0 GI Set1 GI Set2 GI Set3
7.2us 4us 4us 4us
圖 2–18 HT-LTF 在不同天線數的排法
表 2–5 Tone partitioning into sets for 20MHz (56 tones)
簡單的說，在MIMO-OFDM 系統中，我們可因傳輸環境的不同，調整前置 循環信號的型式，來完成高速傳輸的目的。也因為傳輸速率有20MHz、40MHz
的不同，相對的傳輸封包的格式也會不同，例如次載波的個數，取樣頻率…等，
可以參考表 2–6
Parameter Value for 20 MHz Channel N : Subcarrier range SR
(index range)
28
(-28 … +28)
58
(-58 … +58)
∆ : Subcarrier frequency spacing F 0.3125 MHz (= 20 MHz / 64)
2.4µsec 2.4µsec
1
T : Nyquist sampling interval S 50nsec 25nsec
表 2–6 802.11n 時域相關參數
第 3 章 OFDM 系統中 ISI 的消除
正交分頻多工技術是由多載波調變演變而來的數位通訊技術。它是一個適合 在頻率選擇性衰落(Frequency Selective Fading)通道的傳輸技術，可以減少通道延 遲對訊號的破壞，且利用了多載波的調變觀念，使得在低複雜度系統下作高速傳 輸變得可行。然而，在較長多重路徑(multi-path)通道的影響下，會使得符元間干 擾 (Inter Symbol Interference) 增加，對訊號造成破壞，這將會嚴重地降低資料傳 輸的正確率。