近年来无线通信蓬勃的发展，除了语音的传输外，高速的数据传输也随着网络的发展更显得重要性。无线通信具有许多优点，如行动性、易于安装及部署弹性等，但由于无线传输信道环境的限制，无线通信质量的提升成为重要的课题。由于正交分频多任务（orthogonal frequency division multiplexing；OFDM）技术其特殊的调变方式在对抗信道中多路径衰减（multi-path fading）的环境时非常有效，同时其所使用的频域均衡器（frequency domain equalizer）在硬件的需求上非常少，因此，越来越多的无线通信系统在新的标准诞生时都采用正交分频多任务做为其调变方式。

正交分频多任务调变技术在宽带（broadband）传输的应用上有许多的优点，包括有：可根据传输信道的特性来动态的调整其传输率（data rate）；对脉冲噪声（impulse noise）有抑制能力；可弹性调整频带使用率（spectral efficiency），即可对干扰讯号产生无效的频带（spectral null）来加以抑制；面对无线通信信道多路径衰减时，可以有效的抑制讯号符元间干扰（inter symbol interference；ISI）等。但它的缺点就是对于载波频率及相位偏移非常敏感，因此在设计系统架构时必须额外注意。正交分频多任务调变技术目前正广泛应用在数字用户回路（digital subscriber loop；DSL）、数字声音广播系统及数字影像广播系统（DAB、DVB）、无线局域网络（wireless LAN、IEEE802.11a/g）的标准及最后一哩无线传输系统（wireless MAN、IEEE802.16a/b）的标准等。

本文的内容首先会对正交分频多任务的技术做简介，再来会探讨其接收机同步的问题及信道的效应，接着会介绍传收机系统架构的设计方法，包括基频部份电路、模拟前端电路及射频电路架构选择。

正交分频多任务（OFDM）技术概说

正交分频多任务是一种多载波调变（multi-carrier modulation；MCM）的技术，多载波调变的讯号是由数个窄频（narrow band）等带宽间隔的次载波（sub-carriers）调变讯号所组成，以达到最高的频带使用率。其技术是将一个单一的位串流（bit stream）细分成数个位串流Xn,k，如(图一)所示，以此降低了每个串流的比特率（bit rate）。每个位串流再对映到相互正交的次载波上(k(t)，然后以非常低的比特率传送出去以此避免符元间干扰。由于次载波间的正交特性，在接收端解调讯号时可避免于多重的次载波间发生信息互扰（crosstalk）。

《》

正交分频多任务调变系统是利用循环前缀（cyclic prefix；CP）来免去接收机须对信道分散（channel dispersion）现象做延迟等化（delay equalization），同时也辅助接收机的同步（synchronization）机制。循环前缀是将正交分频多任务符元（OFDM symbol）波形的末段部份复制并串接到符元的前端，其长度是约略大于信道的延迟延展（delay spread）。有了循环前缀的安排则可抑制符元间干扰，此外由于符元前后是重复的两段波形，则可以被接收机利用做为同步调整的应用。

正交分频多任务的系统是利用逆向快速傅利叶（IFFT）来产生数字的讯号，一个逆向快速傅利叶的点数若为N则在频域（frequency domain）上有N个次载波的符元且次载波相互间的频域间隔为1/(N(t)，其中取样周期为(t，经过逆向快速傅利叶运算后会产生一个N(t的时域（time domain）波形。一个完整的正交分频多任务讯号符元含有N+L个取样数据，如(图二)所示，其中包含N个逆向快速傅利叶所产生的数据及L个循环前缀。接着经过数字限频滤波器（pulse shaping filter）后再由数字转模拟单元（digital to analog converter；DAC）合成为连续的模拟讯号并透过射频的电路经由天线发送出去。在接收端方面则是发送端的逆向讯号处理，数字讯号经快速傅利叶（FFT）解调后即可取得原先所传送的位串流。一个正交分频多任务完整的系统架构图表示在(图三)。

《图二 正交分频多任务系统》

《图三 正交分频多任务传收机系统架构图》

接收机同步的问题与信道效应

在一般通讯系统中有两个同步的问题必须去处理：一是取样同步（timing synchronization）、一是载波同步（carrier synchronization）。取样同步的问题发生在发送机（transmitter；TX）与接收机（receiver；RX）之间的取样频率（frequency）与相位（phase）有误差，换句话说就是发送机的数字转模拟单元与接收机的模拟转数字单元（analog to digital converter；ADC）之间的取样频率与相位有误差，如(图四)所示。若接收机的取样回复（timing recovery）机制未能达到理想的取样时基（jitter）要求，则会造成讯号的讯杂比（signal to noise ratio；SNR）下降，进而提高了位错误率（bit error rate；BER）。

《图四 取样同步的问题》

在同调（coherent）的通讯系统中，基频（baseband）的讯号则会经过发送机的中频（intermediate frequency；IF）单元或射频（radio frequency；RF）单元做升频（up convert）的动作，也就是经由载波（carrier）做频率调变（modulation）后再传送到信道之中；而在接收机方面则将接收到的通带（passband）讯号由接收机的中频单元或射频单元做降频（down convert）的动作，也就是经由载波做频率解调（demodulation）后以取回基频讯号再交由后端的基频讯号处理单元做进一步的讯号处理。

在发送机与接收机两端之间的升频与降频处理都必须各别仰赖一个局部振荡器（local oscillator；LO），因两端起动（power on）时间不定会造成振荡器的相位误差之外，由于温度、噪声或制程变异的影响会使得这两端的局部振荡器有频率的误差，而这都会造成接收机收到的讯号在讯号星座（signal constellation）上旋转，如(图五)所示，使得讯号的讯杂比下降同时也提高了位错误率。而在正交分频多任务的通讯系统中，接收机收到的时域讯号会经由快速傅利叶处理后转变为频域上的讯号，此时取样同步与载波同步的问题将会对每个次载波造成不同的影响使得同步的问题更为复杂化。

《图五 载波相位误差及频率误差时所接收到的讯号星座图现象 （(：传送，(：接收）》

此外正交分频多任务的通讯系统还必须额外做一个同步的回复机制：符元同步（symbol synchronization）。在发送机端将连续的位串行分配给N个次载波后，以一整个数据区块（block）一次同时做N点逆向快速傅利叶运算以产生N点的时域取样数据，再加上L点的循环前缀形成一个完整的正交分频多任务讯号符元，接着再经过平行转序列（parallel to series；P/S）的处理，如图二所示，如此不断的重复动作以形成无数个连续的基频讯号如下：

@内文在式子中的Xn,k是第n个正交分频多任务符元上第k个次载波的符元，且以复数的形式表示；Tu是快速傅利叶的区段时间，Tg则是循环前缀的区段时间Ts=Tu+Tg；fk=k/Tu，取样周期T=Tu/N。

而在接收机前端则必须透过符元同步的机制以找出连续讯号波形中快速傅利叶区块（FFT window）的起始点，再经过序列转平行（series to parallel；S/P）的处理，接着将循环前缀去除并透过N点快速傅利叶以一个区块接一个区块的运算来解调出原本所发送的位串流。由此可知，一个正交分频多任务的通讯系统若应用在无线传输时则必须同时解决三个同步的问题；若是应用在基频传输系统如数字用户回路，则可免去载波同步的机制。当同步的问题都被理想的达成时，则接收机收到的基频讯号如下：

《公式三》