1、第二章展頻技術介紹(補充),天線是最重要的元件，當天線有電流產生時會在天線周圍形成電場，電流改變會使電場改變，因而產生磁場，而電磁波就產生了！無線廣播天線遠比無線網卡或行動電話天線要長很多？Ans：AM803kHz，3*108 / 803000 =375m Mobile 3*108 / 2.4*109,IEEE 802系列的網路協定,4.1展頻技術介紹(補充),展頻通訊技術之特色為寬頻及低功率，WLAN所用的展頻通訊用了各種調變方式。展頻通訊並比它的前者窄頻通訊具備更多的優點。展頻訊號很像雜訊，很難偵測，若無特殊設備很難破解及反調變(Demodulate)。一般常見的干擾亦屬於窄頻，故干擾對展
2、頻影響較小而對窄頻之影響較大，故展頻早期只能用在軍中。,4-1 何謂調變 (1),調變是將訊號轉換為一種適合於通道的波形，解調變則是利用調變後的訊號特性，把訊號從一團混亂中解析出來。至於轉換的方式將依據振幅、相位與頻率等特性。因此，如何轉換訊號，並且應用這些特性完成訊號的傳輸，就是調變有趣的地方。,4-1 何謂調變 (2),調變可區分為基頻調變與帶通調變兩種帶通調變頻率較低的來源訊號稱為基頻（Baseband）訊號，與基頻訊號互相結合的高頻率傳輸電波，稱為載波（Carrier）訊號，例如：在IEEE 802.11技術中所採用的載波訊號的頻率為2.4GHz。帶通調變的目的是將基頻訊號提升到一個較
3、高的頻率載波頻率，以此載波頻率震盪的正旋函數形成電磁波傳播於通道中。換句話說，訊號頻率的位準由零轉換到一個較高的位準。通訊系統傳輸來源訊號（source message）時，為增加訊號的傳輸效能以及減少傳輸後的衰減，通常必須將低頻率的來源訊號與更高的頻率互相結合，結合後成為高頻的無線電波訊號。這個高頻無線電波內的相位與頻率變化，隱含了來源訊號的內容，此種程序稱為帶通調變。 基頻調變不需要轉換位準，直接轉換波形即可傳送至通道。,4-1 何謂調變 (3),基頻調變比帶通調變要簡單而且直接多了，為何還要使用帶通調變呢？因為許多的應用都要在同一個通道中傳輸，如果每一種應用都把自己的訊號直接往通道傳送，
4、所接收到的訊號便會混成一團，訊號種類越繁多，能夠正確接收訊號的機率就越低。所以，我們把各種應用分別提升到規定好的載波頻率上，也就是所謂的頻率分工，達成通道共享的目的。以帶通調變為例，當接收端收到載波訊號後，再依照反向過程來將來源基頻訊號由載波中分離，此種程序稱為解調變（De-modulation）。,數位調變 (1),如果訊號是連續的，例如說將聲音轉換成的訊號，所採用的調變方式將會是前面兩個大主題所談到的調變方式（類比與脈波調變）。如果訊號是數位的，也就是0與1的訊號，調變方式將會不同於以往。數位調變是以載波內振幅、頻率、相位等非連續的變化來表示基頻內0與1的數位訊號。以下介紹三種數位訊號的調
5、變方式，包括：振幅移鍵（Amplitude Shift Keying；ASK）頻率移鍵（Frequency Shift Keying；FSK）相位移鍵（Phase Shift Keying；PSK）。三種數位調變技術所採用的輸入訊號都是數位的訊號，也就是提出三種0與1的對應方式。,數位調變 (2),振幅移鍵（Amplitude Shift Keying；ASK）開關閘將0對應到0，1對應到ACos（2fct），其中A是一個預設的振幅，Cos（2fct）是餘弦函數，fc是載波頻率。因此，發射端只需要一個震盪器，與一個開關閘。振幅移鍵的訊號沒有完全的利用振幅的特性，使得0與1對應訊號的差異不夠大，
6、因此效能表現並不優秀，應用的機會也較少。簡單的說，當基頻上的訊號以載波的振幅變化來表示時，稱為振幅移鍵（ASK）方式。,數位調變 (3),頻率移鍵（Frequency Shift Keying；FSK）二位元頻率移鍵將0對應到Acos（2fct），1對應到Acos（2（fcf）t），f是一段頻率的間隔，不同的接收方式與信號的頻寬都會影響可靠傳輸的最小頻率間隔。如果與振幅移鍵（ASK）相互比較，假設傳輸的平均能量相等，兩者有相同的效能，但若以波峰能量相等衡量，二位元頻率移鍵有較好的效能。其缺點是頻寬的使用不具效率，效能也沒有突出的表現。簡單的說，當基頻上的訊號以載波的頻率變化來表示時，稱為頻率移
7、鍵（Frequency Shift Keying）方式。,數位調變 (4),相位移鍵（Phase Shift Keying；PSK）二位元相位移鍵將0對應到ASin（2fct），1對應到ASin（2fct），其中Sin（2fct）是正弦函數，是一個預設的相位，當為90與270時，會有最低的錯誤率，也稱做雙相位移鍵。假設訊號在通道中會引入可加性白色高斯雜訊，最佳接收機的設計為經過一個關聯器、對積分於一個符元時間之內的值取樣，再判斷訊號的正負，便得出解調的信號。此技術大多運用在無線通訊系統。簡單的說，當基頻上的訊號以載波的相位變化來表示時，稱為相位移鍵（PSK）方式。,數位調變 (5),數位調變相
8、較於類比調變有更多的優點，條列如下：優異的抗干擾能力數位調變內各個訊號不是0就是1，例如以0伏特來表示位元0，以5伏特來表示位元1，當位元強度受到外界的雜訊影響而改變強度成為3.8伏特時，系統在傳輸過程中能將位元強度回復到原來正常的5伏特。提供資料多工處理當不同型態的資料經過數位調變後，都轉換成0與1的數位訊號，如此，資料就能多工混合後由相同的頻道傳送，另外一方接收到這些資料後，再解多工還原成原來個別型態的資料。提供傳輸安全機制數位調變系統內的數位訊號還能運用數位訊號處理的技術，例如發射端以特定的密碼將資料進行編碼，接收端必須具備相同的密碼，才能還原成原來的資料，避免訊號傳輸時遭其他人竊取。除
9、編碼外，數位調變還能進行頻道編碼（channel coding），頻道編碼是在傳輸資料內，額外加入一些控制位元，當接收端收到訊號後，依照這些控制位元的數值將傳輸過程中若干發生錯誤的位元加以更正過來。,802.11 完全剖析無線網路技術,Chapter4展頻技術,4.1.1窄頻通訊,圖4.1所顯示為展頻與窄頻訊號之不同。注意窄頻的一個特色是高功率，使用的頻道愈窄則功率需求愈高。因為頻道很窄，必須靠高功率來確定接收無誤，如FM電台發送功率可達兩千瓦。而功率愈高，則與隔鄰頻道間的Guard Band則必須越大，造成頻率無法有效使用。為讓窄頻訊號被接收，它必須比雜訊 (Noise Level)之功率高
10、很多。,窄頻傳輸的另一缺點是它很容易被蓋台(Jam)或被干擾。Jam為惡意的蓋台，如圖。因為頻帶很窄，它很容易被其他頻率相同之高功率窄頻訊號所掩蓋，就好像講話時有重型車經過。,4.1.2展頻技術,展頻技術讓我們用比窄頻寬許多的頻道作通訊。例如在1MHz窄頻我們需要10W傳送，但若用20MHz展頻則只需要10mW傳送。而且較寬的頻道不容易被Jam或被破壞。窄頻Jamming只能對展頻的一小部分傳送造成影響，而大部份的資訊都能正確傳輸。RF線路都能針對毀損的一小部分換一個頻道作重送。雖然展頻的頻道很寬，但功率很低，這是展頻的第二個特色。此兩個特色讓一般的接收器認為這只是雜訊。故在早期展頻訊號的安全
11、性比較高。,4.1.3展頻技術之使用,此天生的安全性讓軍方在1950到1960年代冷戰時期採用展頻通訊。因為類似雜訊，展頻可用於戰區而不被敵方傳統接收設備察覺，安全性得以確保。當然，這是假設對方不懂這技術。如對方懂這技術，他若無法破解出資訊至少也能偵測到展頻訊號之存在。,在WLAN之外，WPAN (Wireless Personal Area Net-work)、WMAN(Wireless Metropolitan Area Network)、以及WWAN(Wireless Wide Area Network)也都能使用展頻技術。WPAN使用藍芽技術利用非常低的功率在很短的距離作無線通訊。WM
12、AN及WWAN使用高方向性天線配合相當低的功率作長距離通訊。,下圖表示802.11 WLAN、802.16 WMAN與802.20 WWAN技術之比較。,IEEE 802系列的網路協定,無線區域網路(Wireless Local Area Networks，WLAN) 圖4.6表示一台連到乙太網路的AP與其他WLAN設備之連線。AP將無線與有線兩個網路連接而成一個網路，網路內任何成員都能互通。例如有線這一側若有印表機，無線的電腦都能使用它。,圖4.7表示當距離變長，802.11b的速率會下降。若無阻礙情況，AP最遠可支援達100公尺。,無線個人網路(Wireless Personal Area
13、 Networks，WPAN)Bluetooth軍人的理想是讓單兵配備類似直昇機駕駛的遙控式機槍，亦即它只要以夜視鏡對準目標按下按鈕，機槍就能打中目標。而夜視鏡與機槍之間是以Bluetooth連線。當然，為了自身安全，機槍與單兵間應保持一段距離，此情況屬於Telepresense，亦即將WPAN架構在WWAN或Internet之上。,FCC對展頻技術限制很寬，允許各種方式達成。某些採用跳頻展頻，亦即傳送與接收端同時在頻帶內各個頻道做跳頻並同時交換資料。例如藍芽每秒跳1,600次，而HomeRF每秒約50次。這兩種技術均與802.11的跳頻大不相同，802.11每秒約只跳5至10次。,無線長途網
14、路(Wireless Wide Area Networks，WWAN) 傳統WWAN技術一般是指也是需要執照的2G、2.5G以及3G等行動通訊技術，但資訊傳輸的速度不夠快是其致命傷，以WLAN為基礎的4G技術將會對這些業者造成致命影響，換句話說就是2G與3G業者時日無多。 圖10及圖11都是表示4G的趨勢。,圖4.12更清楚點出4G的可怕，連衛星與無線電話都被納入。,圖4.13顯示4G的功能需求，請特別注意Ad-Hoc與Mesh兩項。,4.1.4FCC的規定,雖然展頻技術有很多種，2001年五月之前FCC只有規定兩種。之後則加入OFDM技術。展頻相關之法律在國會通過之第47條Telegraph
15、s、Telephones、以及Radiotelegraphs。此FCC法律提供無線設備之架設規定。2001年五月之前ISM可用的兩種展頻技術為：DSSS及FHSS。在2001年五月之後則增加了OFDM展頻技術。,(補充自Ch.3),所謂CODEC，是CODER(傳送時)與DECODER(接收時)之簡稱。它的功能是將類比訊號與數位訊號之間的轉換。如果原始資料是類比資料，則需使用CODEC將之轉為數位資料。例如語音的數位化，人聲的範圍為20Hz到4KHz，故以8KHz 8 bit來作Sampling可完整記錄語音，故數位交換機均採用64Mbps作傳送。MODEM為Modulator (傳送時)與D
16、omodulator(接收時)之簡稱。CODEC輸出的信號將被輸入至Modem作調變。VoIP與VoWLAN如何將語音作數位化壓縮，即是屬於CODEC技術。,(補充自Ch.3),(補充自Ch.3),調變動作就是將數位信號的資訊Modulate到載波之上。而最基本的調變方式為AM(Amplitude Modulation)、FM(Frequency Modulation)、與PM(Phase Modulation)、與QAM(Quadratune Amplitude Modulation)。AM以正弦波的大小做調變，FM以頻率做調變，PM以相位做調變，而QAM以大小及相位做調變。,4.2跳頻展頻
17、(Frequency Hopping Spread Spectrum，FHSS),展頻技術中的FHSS使用跳頻方式而將資料分散在83.5MHz中送出。跳頻表示RF信號能迅速改變頻道的能力。WLAN的FHSS使用2.4GHz ISM的83.5MHz，符合FCC之規定及IEEE 802.11標準。,4.2.1跳頻展頻如何工作,FHSS系統的載波依據某一Pseudorandom(假亂數)順序改變頻率。此Pseudorandom順序為載波所重複依據之跳躍頻道表。傳送者使用這個順序來決定傳送頻率，載波會在某一頻道呆一段時間(稱為Dwell Time)，再用一小段時間變換頻道(Hop Time)。當用完所
18、有頻道，會重新開始。,4.2.2窄頻干擾之影響,跳頻的方式是利用傳送與接收者同時作重複跳躍而互相傳送資料，如所有之跳頻技術，跳頻系統比較能能忍受窄頻干擾，但並非免疫。如對前述之2.413GHz作干擾，則只有2.413GHz的資料被毀，其餘信號則依然完整，而遺失的資料可用另一頻道而被重送。,4.2.3跳頻展頻系統,IEEE的工作是制定符合FCC法律規定的通訊標準。IEEE 802.11 FHSS、藍芽及OpenAir等標準均屬FHSS系統，FHSS系統至少需規定：(1) 何種頻帶、(2) 跳耀順序、(3) Dwell Time、(4) 傳輸速度。,頻道,FHSS跳頻的單位為Channel。FHS
19、S傳統上使用IEEE所定義的26種標準跳躍方式(Hop Pattern)。某些FHSS系統允許自訂的跳躍方式，其他則允許各系統同步以避免同一地點使用(Co-Locate)時發生碰撞。若使用非同步系統，最多可讓26個系統運作，對中度擁擠的系統而言，一般最多使用26個系統。若各系統均使用頻繁，則最多只能有15個系統。若超過15個系統，則碰撞情況的增加會使得WLAN的Throughput降低。,定居時間(Dwell Time),當討論FHSS系統，則它必須在某一頻道停留一段時間作傳輸，再跳到另一頻道繼續作傳輸。此段時間稱為Dwell Time，一旦Dwell Time結束，系統必須跳到另一頻道再做傳
20、輸。 一般的Dwell Time單位為ms，除了每秒跳1,000次以上的跳頻系統，如每秒跳1,600次之藍芽的Dwell Time為445s。,跳躍時間(Hop Time),跳頻動作中，Dwell Time只是一部份的時間。當系統在做跳頻，它必須使用兩種方法改變傳輸所用的頻道。一種是使用不同頻道的另外一個傳送線路。一種是調整目前線路以使其變成新的頻率。用這兩種方法，頻率變化必須完畢才能再進行傳送，在此改變頻道的時間無法傳送資料，此時間稱為Hop Time。此Hop Time通常屬於s(10-6秒)，而Dwell Time則常為100到200ms(10-3秒)，故Hop Time通常並不重要。,
21、Dwell Time的限制,FCC規定FHSS系統每30秒，在多次掃描完75個頻道下的平均每個頻道之最大Dwell Time為400ms。例如一傳送者每個頻道使用100ms作為Dwell Time，則需7.5秒再多一點，可以掃描完75個頻道(每個頻道100mS)而回到最初頻道。會多一點時間的原因是額外的Hop Time。重複4次會使得每個頻道使用了400mS，而總時間剛好超過30秒一點點(7.5秒*4)。此點符合FCC的規定。,4.2.4WBFH,於1999年FCC通過了WBFH(Wide Band Frequency Hopping)的NPRM(Notice of Proposed Rule
22、 Making)。而於2000年8月31日，FCC正式採用WBFH而改變了FHSS之相關規定。此規定放寬了FHSS系統的彈性且更為實用。這造成8/31/2000之前及8/31/2000之後的兩種規定，且FCC讓廠商選擇使用何者。廠商若推出FHSS系統可選擇其中任何一種規定。若選擇8/31/2000之後規定，則設備必須符合這整個這部分的規定。廠商不能只符合部分的8/31/2000之前及8/31/2000之後之另一部分的規定。,4.2.5讓藍芽FHSS與WLAN DSSS並存,在2001年5月10日，FCC開放2.4GHz之OFDM產品的同時，另外對DSSS與FHSS的規定也更為放寬。關於DSSS
23、，FCC取消了Processing Gain的限制。經過三年的醞量，FCC於May/9/2002通過修改展頻相關法律(亦即Part 15部份)而讓藍芽避開Wi-Fi所使用的頻道。此新規定並開放OFDM技術於ISM頻帶使用。,4.3直序展頻(Direct Sequence Spread Spectrum，DSSS),DSSS為目前展頻系統最常用的技術，如各型900MHz或2.4GHz ISM無線話機。主要是因為容易使用及較高的速度。大部份的WLAN，如最流行的802.11b只使用DSSS技術。DSSS讓傳送及接收者都使用22MHz的頻寬，此頻寬讓設備得以支援比FHSS較高的11Mbps速度。,4
24、.3.1直序展頻如何工作,DSSS技術為了克服Multipath現象所造成的Delay Spread，將資料信號以較高速度的Bit順序作傳送，稱為Chipping Code或Processing Gain。很高的Processing Gain增加信號抵抗干擾的能力。FCC規定之Processing Gain至少需為10，而大部分的產品都採用小於20之值。IEEE 802.11的DSSS則將Processing Gain定為11。 DSSS用一個Code Sequence來將送出的一個Bit看起來像雜訊。Chip的數目表示Spreading或Processing Gain的量，而每個Bit所用的
25、Chip數目表示實際傳輸的速度。,4.3.2直序展頻系統,一般的DSSS WLAN系統均使用2.4GHz ISM頻帶，這使得2.4GHz相當擁擠。是2.4GHz ISM頻帶最主要的缺點。IEEE 802.11定義了DSSS的1與2Mbps兩種速度，而802.11b(又稱HR-DSSS，HR表示High Rate)則支援達5.5及11Mbps兩種速度。IEEE 802.11b之5.5或11Mbps設備能與802.11之1或2Mbps設備互通。因為802.11b支援Backward相容。故802.11設備之使用者不必一次更新其設備就能擁有802.11b系統，而能分批以漸進的方式逐步更換掉802.1
26、1設備。,頻道,不像FHSS系統使用跳躍順序定義頻道，DSSS的頻道定義較為傳統。每個Channel為連續之22MHz寬的頻道，其中的載波頻道為1MHz，類似FHSS，故DSSS系統同時送出22個信號相同的載波。例如頻道1為2.401GHz到2.423GHz，頻道2由2.406GHz到2.429GHz。如下圖。,圖4.16為各國所用的頻道表。FCC規定美國能用的頻道有11個，可看出頻道1與頻道2有顯著的重疊。其中的頻道編號數字代表中央頻率，必須再加減11MHz以得到22MHz的頻道總寬度。所以隔鄰頻道之重疊很多，如頻道1與2。,使用互相重疊的DSSS系統於同一空間會造成干擾。DSSS系統中，同
27、一地點使用多個AP時，不應使用重疊的頻道不像多個FHSS系統比較可以用在同一地點，不同DSSS系統完全無法並存。因為頻道寬度為22MHz，而中央頻率差距僅為5MHz，故頻道1與6沒有重疊，或頻道2與7沒有重疊。所以同一地點最多只能放3個分別使用頻道1、6、與11的AP。因為這3個頻道理論上互不重疊，如圖4.17所示。,4.3.3窄頻干擾造成的影響,類似FHSS系統，DSSS也能克服窄頻干擾。DSSS比FHSS較易受窄頻影響，因為DSSS之頻寬只有22MHz，不像FHSS佔據整個79MHz頻帶。FHSS使用的跳頻，以及比DSSS還寬的22MHz頻帶，或比OFDM還寬的20MHz頻帶之兩個特點使它
28、克服窄頻干擾的能力比DSSS或OFDM還要強。,4.3.4FCC對直序展頻的規定,亦如FHSS系統，FCC規定DSSS系統最多使用1W的功率在點對多點(PtMP)場合，此功率限制與頻道無關(FCC對PtP的功率限制比較複雜)。所有2.4GHz與5GHz WLAN展頻系統(FHSS、DSSS與OFDM)都不能大於1W。但對於8/31/2000之後的FHSS為128mW。而且對於5GHz UNII OFDM的低與中頻帶的功率都比1W小。,4.4OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技術,WLAN無線通訊由1997至2001多年無法超越11M
29、bps速度，現在則由OFDM技術一舉推展到802.11a及802.11g定義的54Mbps速度，802.16a WMAN新標準(無線都會網路)也是使用OFDM，某些公司也正在開發以OFDM為基礎的4G行動通訊系統。雖然運用在WLAN是很新的觀念，但OFDM早在1960年代就出現了，目前它可說是無所不在，例如DAB(Digital Audio Broadcasting，數位廣播)及DVB(Digital Video Broadcasting，數位電視)等。,4.4.1OFDM的歷史,1950年代就已有人開始從事OFDM的研究，而於1960年代發表。當時就發現傳輸用的許多小載波(Sub-Carri
30、er)若以較低頻率的Symbol傳送資料，而且若各個小載波的頻率距離就是Symbol之頻率的話，則這些小載波會成正交狀況，亦即不會互相干擾。,實體層的架構,4.4.2OFDM的優點,OFDM的第一個優點是它能有效對抗多路徑問題，不像802.11b只能用Antenna Diversity(AD，亦即使用多支天線)在RF解決多路徑問題，OFDM則在基頻解決。第二個優點是它的抗窄頻干擾性能，因為窄頻干擾只能對部分的小載波產生影響。Coding技術的FEC(Forward Error Correction)可以直接恢復錯誤的訊號，或重送時由於Interleaving或Scrambling的關係，原先送
31、不到的資料會以其它小載波傳送。目前的OFDM研究如何克服Dopller(都普勒)偏移：d f 以室內人員移動情況而言 都普勒偏移 6 Hz802.20 OFDM WMAN技術，支援 250 km/hr 高鐵旅客上網,雜訊與展頻訊號,4.4.3OFDM的缺點,第一是OFDM較怕VCO(震盪器)造成的頻率偏移(Frequency Offset)與相位雜訊(Phase Noise)。第二是OFDM的PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)較高，亦即某些被傳送的Symbol大小擺動度較高，而造成RF的 PA (Power Amplifier，放大器) 相當耗電。,4.4.4O
32、FDM技術,OFDM使用許多緊密的小載波(稱為Sub-Carrier)用來同時傳輸大量資料。由圖4.18可了解傳統FDM的各個頻道需要Guard Band隔開，故總共10個頻道的總寬度很寬。 優點有二1. OFDM則由於使用多個正交的頻道故頻道區隔可以很小，而節省了頻率的使用。正交(Orthogonal)的意思是指這些小載波雖然看似重疊性很高，但數學上它是正交的，故彼此不會干擾。 2. 同時可降低 Multipath 的 Delay Spread所佔據小載波的比率 (cf：P.146),FDM與OFDM的頻道分配特徵,頻率領域中的正交性,承載資料,圖4.19表示一個BPSK系統，Multipa
33、th造成收到第二個RF波，若第二個波的延遲時間在Guard Interval以內，則在FFT Integration時間中，這三個小載波均能順利完成FFT。因為前一個Symbol的延遲不會影響到下一個Symbol，故若Guard Interval時間夠長則不會有ISI狀況。注意此圖中的第二個路徑由於到的時間稍晚，表示路徑較長，故信號強度較弱，但也有可能同時有第三路徑到達且剛好In-Phase，造成能量反而增加。 FFT(接收)：接收端可以使用 FFT 將收到的訊號還原成原來的子載波 IFFT(傳送)：OFDM使用 IFFT 把子載波合成單一的訊號波,傅立葉轉換 (FT)：是一種數學運算，將訊號
34、波分割成對應的組成 (CF : P.110 Fig.3.38)傅立葉分析：將訊號由 Time Domain 轉換成組成訊號的頻率領域 (Frequence Domain) 成員反傅立葉轉換(IFT) ：將本來屬於Frequence Domain的52組不同頻率之小載波的Di訊號轉換為Time Domain的不同Sample.,圖4.20表示當Guard時間內若沒有做Cyclic Extension則由於在FFT時間內的2號小載波由於信號不完全，而造成1號小載波的資料無法經由FFT運算得出正確資料，故產生ICI現象。符號間干擾 (ISI)：在中 OFDM中，比較不明顯載波間干擾 (ICI)：使用
35、傅立葉轉換將收到的波行轉換成子載波併入單一頻道彼此間可能產生 ICI,若以RF Symbl而言，如圖4.21所示，在一個3.2S的積分時間之中共有64個Sample，故Sampling Rate為20mHz。可看出OFDM RF Symbol的PAPR是相當大的，故需要許多方法以降低PAPR，才能達到省電的目的。,如圖4.22所示與其實圖4.21類似，表示各種功率出現的機率。亦顯示OFDM之PAPR相當高。PAPR愈大則 PA(Power Amplifier)的設計愈複雜，且耗電量愈大。802.11a一般只是限制PA的輸出功率，故若PAP太大情況發生時，對方會收不到信號，傳送端只需再重送則可。
36、因OFDM的PAP一般均相當高故802.11a相當耗電。,4.4.5OFDM各參數如何選定,OFDM各參數的選定往往是各情況妥協下的選擇。通常都是由三個條件開始，分別是頻帶寬度、傳輸速度、以及可忍受的延遲時間。延遲時間直接決定Guard時間，通常以RMS(Root-Mean-Square)延遲時間的二至四倍做為Guard時間。因為高倍率調變(如64-QAM)較怕ISI及ICI。故若為高倍率調變則選擇四倍，若為QPSK則兩倍就好。,4.4.6OFDM收發器架構,OFDM收發器又稱OFDM數據機。圖4.25為一個OFDM Modem的架構，上層為傳送架構，下層為接收架構。中間的IFFT(Inver
37、se FFT)及FFT為OFDM精華所在，其它都是附屬可替換物件。IFFT用於傳送，FFT用於接收。IFFT與FFT的特色是晶片內部的架購幾乎相同，故節省不少硬體成本，因為傳送與接收不會同時進行。,4.4.7Coding,如802.11使用的Coding技術是Barker Code，802.11b使用的Coding技術是CCK。Coding技術增加資料的抗干擾性，若接收端漏掉一些Bit，還是有可能補回來。802.11a用的是Convolutional Encoder。,4.4.8Interleaving,Interleaving的功能與Scrambler類似，傳送與接收的線路相同。想像一個棋盤
38、，先以垂直方式一行一行放滿，再以水平方式一列一列讀出。圖4.29的上半即是此觀念，下半是線路示意圖。因為Deep Fade會對連續的小載波干擾，而Coding技術很怕連續的Bit Error，故需用Interleaving將連續的資料打散到不同的小載波。,4.4.9QAM Mapping,若為54Mbps則用64-QAM星座圖則一次取(前面傳來的)6個Bit，下圖表示每6個Bit所對映的IQ位置。,補充：DSSS使用的調變方法,802.11 DSSS使用DPSK(differential phase shift keying)的調變技術PSK是指資料隱含在傳送訊號的相位變化(phase cha
39、nge)中波形的絕對相位在PSK中並不重要，PSK比較能容忍干擾，因為多數的干擾影響的是振幅，不是相位,DBPSK的調變技術,使用DBPSK來表示字母M,DQPSK的調變技術,使用DQPSK來表示字母M,PMD子層：FH PHY使用的調變技術是GFSK，及利用載波的頻率變化來表示資料用頻率的好處是受雜訊影響較小用 2-level GFSK：使用兩種不同的頻率來表示 0 和 1 (即一個符號承載一個位元的資料)用 4-level GFSK：使用4種不同的特定頻率來表示 00，01，10 和 11 (即一個符號承載二個位元的資料),圖4.33為美國FCC所開放的UNII(Unlicensed Na
40、tional Information Infrastructure)5GHz三段頻帶。其中低段頻帶只能用於室內故功率最低，中斷頻帶功率稍高故可用於室內或室外以與鄰居互通，高段頻帶則只能用在室外。IEEE由於受FCC管制，它將802.11a設備的功率再限制到FCC的80%。如5.18 GHz 802.11a設備最大EIRP功率為160mW。,圖4.34為5GHz之各國頻道表，類似圖4.16所示之2.4GHz頻道表。美洲部分包括UNII-1與UNII-2頻帶，由於FCC規定一台設備若同時支援UNII-1與UNII-2，則必許符合UNII-1規矩。所以Max Power為40mW道德標準。其中新加坡
41、屬於UNII-1，而台灣則只開放UNII-2。由於ITU在努力勸說各國開放一致的UNII頻道，作者預測不出三年，整個5.0到6.0GHz應都會屬於UNII頻帶！,在了解OFDM封包在頻譜中的角色之後，我們可以進入封包之中觀看其架構，如圖4.35。802.11a主要是定義OFDM所需的PHY架構，分為上半的PLCP(Physical Layer Convergence Protocol)與下半的PMD(Physical Medium Dependent)。簡單說PLCP為封包的內容以及與PMD或MAC的溝通。圖中的Preamble即為12個長短訓練用Symbol。PSDU (Physical L
42、ayer Service Data Unit)為傳送時MAC層傳下來的資料，需要OFDM PLCP以及PMD打包準備傳送。,4.4.12未來的3G與4G系統,除802.11a外，歐洲的HiperLAN2(High-Performance Radio LAN 2)以及日本的MMAC(Mobile Multimedia Access Communications)都是採用OFDM技術。 目前的3G系統均屬於CDMA(Code-Division Multiple Access)技術，但有一家行動通訊業者正慎重考慮用OFDM建制它的3G，它是Nextel。4G是否採用OFDM則眾說紛紜，主要是政治問題
43、，若存就技術面當然就是OFDM。,4.5CDMA(Code Division Multiple Access),CDMA-2000主要推手是美國的Qualcomm公司，W-CDMA為歐洲之GSM的3G代表作。CDMA-2000的標準Brand Name為cdma2000，故本文之後將使用cdma2000。圖4.36是各種2G技術如何升級到cdma2000與W-CDMA的方式，以及手機所需要相對提昇的DSP(Digital Signal Processor)運算能力。,由圖4.37可知全球手機成長之速度，約在今年已超過電話線之裝機數。而手機上網數目約在2006年會超過有線(含ADSL) 上網數目
44、，所以3G甚至是Beyond 3G都有加速推行的必要。 日本NTT Docomo最早推出UMTS(亦即W-CDMA)服務，而韓國SKT最早推出cdma2000服務，所以我國的亞太行動寬頻採用韓國SKT的cdma2000系統，另四家我國3G業者(中華電、聯邦電信、台灣大和遠傳)則均使用UMTS系統。,4.5.1正交原理,CDMA(Code Division Multiple Access)之意義，為每個使用者若搭配不同的Code，則這些信號彼此不會互相干擾。圖4.38為CDMA所用之Walsh Code是如何而來的。如此演譯下去則可得到很長的Walsh Code。一般CDMA系統所使用的Code
45、都非常長。,圖4.40至圖44是一連串的分析，效果類似圖4.39，只是所用的Key較長。圖4.40表示A的資料被Coding後成為As。圖4.41表示B的資料被Coding後成為Bs，故分別被傳送之後形成As+Bs，圖4.42表示欲得回A所傳送的資料，只需具備A所用的Coding Key。圖4.43表示欲得回B所傳送的資料，只需具備B所用的Coding Key。圖4.44表示若所用的Key不對，則完全無法讀取資料。,4.5.2CDMA的特色,WARC92(World Administrative Radio Conference92)大會定義18852025MHz與21102200MHz之間共
46、230MHz頻帶將被作為全球IMT-2000的使用，。最後ITU將這些計劃歸為五類。分別是：(1)CDMA-DS (2)CDMA-MC(3)CDMA-TDD(Time Division Duplex) 或稱TD-SCDMA (Time Division Synchronous CDMA)(4) TDMA-SC(TDMA-Single Carrier)，(5) FDMA/TDMA。,如下圖，FDMA系統如第一代行動通訊系統，每位使用者所使用的頻寬最窄。TDMA如GSM，每位使用者所使用的頻寬較寬。而CDMA屬於展頻通訊，故所使用的頻寬最寬。,圖4.50為ITU、各個SDO、3GPP、3GPP2等
47、組織之互動，於1998年，日本的ARIB與Telecommunication Technology Committee(TTC)、美國的T1與韓國的Telecommunication Technology Association(TTA)及中國的China Wireless Telecommunication Standard(CWTS)等六個SDO組合成3GPP。3GPP最早的目的是以GSM為網路核心，使用W-CDMA FDD及TDD而發展UTRA(Universal Terrestrial Radio Access)，之後又加入了GPRS與EDGE的發展。,4.6各Wi-Fi展頻系統之比較
48、,WLAN所用到的FHSS、DSSS與OFDM三種展頻系統均有其優點與缺點。此節討論下述各種考慮點：(1) 窄頻干擾、(2) 同地點使用、(3) 價格、(4) 設備相容及可取得性、(5) 速度及Throughput、(6) 安全性、(7) 標準支援。,4.6.1窄頻干擾,FHSS的優點為克服窄頻干擾的性能較強。如場地的干擾較多，則FHSS較適合。且若FHSS能調整其Dwell Time長短，則調整到較短之值更能對抗干擾。,4.6.2價格,在架設WLAN時，DSSS一般較FHSS吸引人，尤其當價格很重要時。因為Wi-Fi Alliance造成DSSS的廣為流行而使得其價格非常便宜。FHSS系統如
49、802.11價格一般則需要US$100。而目前(2003年初)802.11a一般為802.11b價格之兩倍，802.11g則應會居於中間。不過未來會以Software Radio技術為基礎的網卡價格最便宜，它能同時支援2.4GHz、5GHz、Bluetooth、WLAN甚至1.9GHz CDMA。,4.6.3同地點使用,圖4.52所示的FHSS有兩種，一為同步系統，目前技術可使用12台於同一地點。另一為非同步系統，亦即一般802.11 FHSS系統，可使用15台於同一地點。而在作同地點運用時，除非只有FHSS系統存在。否則不要將FHSS混合在DSSS或OFDM系統之中。而DSSS與OFDM之間則無此顧慮。,
