FLO空中介面通讯协定参考模型

FLO空中介面通讯协定参考模型，其清楚说明FLO空中介面规范包含的通讯协定与服务，相当于OSI参考模型的第一层（实体层）与第二层（资料链结层），而资料链结层可再细分为两个子层（sub-layers）：媒体接取层（Media Access Control；MAC）与串流层（Streaming）。

《图一 FLO网络图标》

FLO空中介面协定并无规范上层协定的细节，保留设计弹性以支援各式各样的应用与服务。在图中，这些上层协定仅提供资料内容格式。

FLO空中介面的基本概念简介

OFDM调变

FLO采用正交分频多工（Orthogonal Frequency Division Multiplexing；OFDM）技术，此技术同时也用于数位语音广播（DAB）、地面数位影像广播（DVB-T），以及地面整合式服务数位广播（ISDB -T）等系统。如(图二)所示，可以达到高频谱使用效率，同时亦可有效满足在大范围细胞SFN（Single Frequency Network）环境下的移动性需求。在图二中可以看到，最小的传输间隔就是一个OFDM符元区间（symbol period）。

《图二 OFDM符元》

OFDM技术透过加入适当长度的循环字首（cyclic prefix），可处理多个发送机在接收端所产生的长通道延迟问题，也就是在符元的前头加入一段保护区间（这是此符元最后一段资料的复制）来确保讯号正交性，同时避免不同频率之间的干扰。只要此保护区间的长度大于最大通道延迟时间，所有前一个符元的反射讯号都可以被移除，如此就保留讯号正交性。

在发展OFDM系统时，有许多设计上的取舍因素（tradeoff）必须考虑，而这些决定将会影响此系统的发展走向，包括移动性的高低、传输速率的多寡、支援服务的类别、用户数上限，以及此系统的应用环境。最基本的取舍点是基本次载波，或称音（tone）特性，这其中牵涉次载波数目的挑选，以及循环字首的长度。

设计OFDM系统的一项关键因子是转换空间的大小，即每个符元上分离调变次载波的个数。 FLO实体层采用4K模式（也就是进行4096个次载波的转换），与8K模式相比，可提供绝佳的移动性效能，同时保留足够长的保护间隔，这点对于大细胞SFN 应用环境极为重要。在移动速度高于200km/hr的环境下，系统依然可以保持稳定的传输效能；此时的讯号正交性仅会缓慢的衰减，因而对整体效能仅会有些许的影响。这项优点是因为FLO的引导通道架构设计（作为通道预估之用），让接收机能够处理延迟展延（delay spread）高于循环字首长度的情形。

OFDM是一调变技术，将用户资料调变于音讯号上，或称为次载波。对每个OFDM符元区间，携带资讯的符元都会承载于每个音讯号上。藉由调整音讯号的相位、震幅或是两者，这些资讯就可以调变于该讯号上。在最基本的形式上，一个音讯号可以有震幅强度或是无强度，借以代表一或零讯息位元。 QPSK或QAM都是常用的技术，而FLO空中介面支援QPSK、16QAM，以及分层调变（layered modulation）技术。分层调变技术采用非均一16QAM（两层QPSK讯号），每层采用两个位元。

实体层特性

快速通道撷取（channel acquisition）可透过最佳化引导通道与交错器（interleaver）架构设计来达成。 FLO空中介面应用交错器机制可同时确保时间分集（time diversity），引导通道架构与交错器设计能最佳化传输通道的使用，而不会让用户感受到恼人的长撷取时间。

FLO传输讯号构成一超级讯框（super frame），而每个超级讯框由四个讯框的资料所组成，包括TDM引导讯号、讯息符元档头（OIS），以及承载广域或区域封包资料的讯框。 TDM引导讯号的目的是快速撷取OIS，而OIS则是描述在超级讯框中每个服务资料所在位置。 (图三)说明FLO超级讯框的架构。

《图三 FLO超级讯框架构》

在配置频宽中，一个超级讯框包含OFDM符元数是200symbols/Mhz（6MHz涵盖120个符元），每个符元包括7个交错的次载波，而每个交错的次载波在频率轴上平均分配，所以可以在整个可用频谱中完全达到频率分集（frequency diversity）的好处。这些交错的次载波用以承载逻辑通道的资料，其传输时间与数目依通道需求而有不同，这点对于资料传输提供时间分集的优点。

较低传输量通道配置少量的次载波，借以提升时间分集的好处；至于较高传输量通道则配置较多次载波，借以降低无线电传输时间，减少功率消耗。不论是低速或高速传输通道，其讯号撷取时间都是一样的，所以FLO可同时具备频率与时间分集的优点，但又不会拉长撷取时间。

搭配可变速率编解码器（编码器与解码器都设计在一起），FLO逻辑通道的及时资料（及时串流服务）采用可变速率方式传送，达到统计多工的好处。

针对不同的应用服务，每个逻辑通道有不同的编码速率与调变方式，借以支援各类型的传输稳定性与服务品质要求。 FLO多工机制让行动装置的接收器只需解调自身有兴趣的逻辑通道之内容即可，降低功率消耗。当然，行动装置也可同时解调多条逻辑通道，让影像与其相关语音资料的传送可以透过不同逻辑通道来完成。

错误更正与编码技术

FLO采用涡轮内码（turbo inner code）结合RS（Reed Solomon）外码（outer code）的序列串接码。

每个涡轮码封包皆含有循环多余检验（Cyclic Redundancy Check；CRC）；RS码在适合的讯号条件下，不需要为已经正确接收的资料进行检查，达成额外的省电效益。

FLO技术可支援分层调变技术。任一应用程式的资料串流可被分割成两层：所有使用者皆可解码的基本层（base layer），以及拥有较高讯号杂讯比（SNR）的使用者才可解码的增进层（ enhancement layer）。鉴于FLO仅提供多点广播的特性，多数行动装置皆可收到这两层的讯号，但是，基本层讯号拥有较大的涵盖范围，等同于系统服务可及范围。

外码与内码的结合都可分别应用于基本层或增进层资料的编码，所以每一层都可各自调整相对临界值，以及所占频宽比例。

频宽要求

FLO空中介面的设计可支援5、6、7、8Mhz的频宽。任何高频宽需求的服务都可利用单一无线电频带来进行传输。在某些地区，配置给分时多工（TDD）应用的5Mhz频带也可用来提供行动多媒体服务。

FLO空中介面提供广泛的传输速率选择，从0.47bit/hz到1.87bit/hz 。在6Mhz通道中，FLO实体层可达到11.2Mbps传输率。不同资料传输率是服务涵盖范围与系统整体传输量之间的权衡取舍。

传输机制

FLO依据资料型态选择对应的有效方式传送封包。当传输非即时性资料（文字或图像）时，可应用IP协定的好处，因此就采用IP封包形式传送；至于，传输即时性串流媒体则直接透过同步层（sync layer）来进行传送，降低封包遗失对串流媒体的影响。 FLO的一个设计目标就是消除叠床架屋的通讯协定转换，借以最大化传输效率，如此可增加系统可用容量，并且降低功率消耗，因为较低传输量就意味着节省功率。 FLO传输协定堆叠如(图四)所示。

《图四 FLO传输协议堆栈》

可用频谱

FLO可建置于多个频带，使用不同的频宽与传输功率，相对应的传输效能则与选择之调变方式、涡轮码与RS码的编码量有关。多点广播的适合频带（包括使用FLO技术）与单点广播传送无线IP封包和语音封包所使用的频带相同，这范围在450Mhz到3Ghz之间。此范围内频带的传输特性已是广为人知。对于影像接收，一重大的不同点在于，此装置不是放在脑袋附近，而是放在手上，而其接收效能在PCS频带（1900Mhz）可增加1至2 dB，在行动通讯频带（800Mhz）可达3至4 dB。 （作者为Qualcomm市场推广总监）