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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：AM803kHz，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，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AΧCos（2πΧfcΧt），其中A是一個
預設的振幅，Cos（2πΧfcΧt）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，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AΧcos（2πΧfcΧt），1對應到AΧcos
（2π（fc＋Δf）t），Δf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AΧSin（2πΧfcΧt＋θ），1對應到AΧSin
（2πΧfcΧt－θ），其中Sin（2πΧfcΧt）是正弦函數，θ是一個預設
的相位，當θ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 Network)、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。WMAN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 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。
4.1.4
FCC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 「 Telegraphs 、 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Domodulator(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(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。FHSS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
445μs。
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 μs(10-6 秒 ) ， 而 Dwell Time 則 常 為 100 到
200ms(10-3秒)，故Hop Time通常並不重要。
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。
4.2.4
WBFH
於 1999 年 FCC 通 過 了 WBFH(Wide Band Frequency
Hopping) 的 NPRM(Notice of Proposed Rule 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，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。
4.3.1
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
802.11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
兩個特點使它克服窄頻干擾的能力比DSSS或OFDM還要
強。
4.3.4
FCC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。
4.4 OFDM(Orthogonal Frequency
Division Multiplexing)技術
WLAN無線通訊由1997至2001多年無法超越11Mbps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。
4.4.1
OFDM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 (SubCarrier)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
4.4.2
OFDM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 Hz
802.20 OFDM WMAN技術，支援 250 km/hr  高鐵旅客上網
雜訊與展頻訊號
4.4.3
OFDM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。
4.4.4
OFDM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，Multipath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)：使用傅立葉轉換將收到的波行
轉換成子載波 併入ㄧ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3.2μS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。因OFDM的PAP一般均相當高故802.11a
相當耗電。
4.4.5
OFDM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。
4.4.6
OFDM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(Inverse 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。
4.4.7
Coding
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。
4.4.8
Interleaving
Interleaving的功能與Scrambler類似，傳送與接收的
線路相同。想像一個棋盤，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。
4.4.9
QAM 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 change)
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 National
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。其中新加坡屬於UNII-1，而台灣則只開放UNII2。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 Layer 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，若存就技術面當然就是
OFDM。
4.5 CDMA(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，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。
4.5.2
CDMA的特色
WARC92(World Administrative Radio Conference’92)
大會定義1885~2025MHz與2110~2200MHz之間共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
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。
4.6.4
設備相容性與取得性
Wi-Fi Alliance 只 對 802.11b 、 802.11a 與 802.11g
(802.11bag)設備做相容性測試。Wi-Fi Alliance所創
造之Logo為Wi-Fi，通過測試的設備稱為「Wi-Fi相容」
設備，而允許廠商將Wi-Fi Logo放在產品包裝盒上。
但以使用普及度而言，802.11b遠優於802.11a。目前
802.11g標準已通過，有可能在一年內802.11g會超過
802.11b而成為首要選擇。
4.6.5
傳輸速度與實際頻寬
當無線封包被傳送出去，各封包之間會有間隔。FHSS
系統的IFS(Interframe Space)較DSSS系統為長，造成
之負擔更大，故Throughput會更低。此外由於FHSS在
變換頻道之時，無法傳送資料，這造成更多負擔，雖
然這只佔一小部分。某些無線系統的第1層使用私有的
Protocol以增加Throughput，可讓Throughput達到傳
輸速度的80%，但是相容性則被犧牲。
802.11g讓DSSS與OFDM得以並存，但由於DSSS與OFDM是
不同的。故一台802.11g的AP在與各個Client通訊時，
只要有DSSS Client存在，總Throughput會顯著被影響。
故最好是大家都是用OFDM作傳輸。
4.6.6
安全性
一般認為FHSS較安全，這是錯誤的。第一個錯誤是因
為FHSS系統比較少，第二是每個FHSS廠商均使用由
IEEE或WLIF所定義之標準跳躍順序。此兩個因素使得
破解FHSS也相當容易。
另一個發現跳躍順序的方法是每個Beacon都會廣播它。
而且AP本身的MAC位址也存在於Beacon之中(6個Byte的
MAC位址中，前3個Byte表示廠牌)。某些廠牌允許管理
者自行定義跳躍順序，這方法並不能改進安全性，因
為使用頻譜分析儀，甚至筆記電腦都能在幾秒內發現
跳躍順序。
4.6.7
標準支援
如前述，DSSS因為低價、高速、Wi-Fi互通性測試及其
他許多因素而非常普及。而且最早的WECA組織只針對
802.11b作測試故造成802.11b打敗HomeRF而使WLAN以
驚人速度成長。目前Wi-Fi已開始對802.11a作測試。
Wi-Fi Alliance對802.11b及802.11a的互通性測試分
別確保2.4GHz ISM與5GHz UNII系統各自的互通性。較
新的FHSS標準如HomeRF 2.0已失敗。802.15 WPAN由於
功率太低而企業不願採用
4.7
結論
WLAN 所 使 用 的 展 頻 技 術 之 演 進 非 常 的 快 ， 1997 的
802.11 用到 2.4GHz 1 與2Mbps的FHSS 與 DSSS ，1999的
802.11b 用 到 2.4GHz 11Mbps 的 DSSS 及 5GHz 54Mbps 的
OFDM 。 2003 年 6 月 通 過 了 802.11g 的 2.4GHz 54Mbps
OFDM。即將成立的802.11n Task Group可能在2006年
將速度再提升到100至300Mbps水準。屆時802.15 WPAN
及802.16 WMAN可能變的不具意義，而只要有802.11n
則可。