Multipath

電磁波在傳送過程中對周圍環境生反射 ( reflection )、繞射 ( diffraction ) 和散射 ( scatter ) 等現象,而造成多路徑傳播 ( multipath propagation )

繞射:當電磁波的直接路徑(Direct line of sight)遇到無法穿透的障礙物時,會造成僅有部分的電磁波繞射到達接收端,因此接收到的電磁波的強度比直接傳送沒有障礙物的情況要小

散射:當電磁波遇到比較小的無法穿透障礙物時,會產生散射現象,效應與繞射類似,障礙物的大小比電磁波的波長要小,單位空間內障礙物數目很高

反射:當電磁波遇到大的障礙,如牆壁等等遠比電磁波的波長巨大,電磁波會被反射

 

手機與WLAN設備都會遇到Multipath的干擾,當兩個不同路徑的訊號重疊,兩者的相位又完全相反,這個訊號將完全被抵消,因此會形成Dead Spot現象,也就是在訊號涵蓋範圍內將有一些區域收不到訊號

 

而這個現象是物理學家Rayleigh最早發現,因此也稱此信號衰弱為Rayleigh Fading.

 

由不同路徑合成的訊號,其振幅每個最低點則相距2分之1個波長

不同頻率會產生不同的Rayleigh Fading Dip衰減分布曲線

手機900MHz的波長為33cm,2分之1波長就是16.5cm,1800MHz2分之1波長為8.3cm,因此使用手機時,有時會遇到移動一小步就斷訊的情形

 

 

Multipath Mitigation

正交頻分多工(Orthogonal Frequency Division Multiplex, OFDM)是結合調變(modulation)與多重存取(multiple access)的技術。基本原理是將一高速資料流(data stream),分割成數個低速資料流,並將這數個低速資料流同時調變在數個彼此相互正交的載波上傳送(如下圖)。因此OFDM可以利用更長的符號週期,使信號更不容易受到multipath的影響。

 

OFDM 為正交頻率多路傳輸分割複用技術。無線通信傳輸信號被分割成了多個副載波進行傳輸,而每個副載波攜帶了很小一部分的資料,如此OFDM 技術就能利用更長的符號週期,使通信傳輸信號更不容易受到Multipath效應的干擾。OFDM 技術除了透過分割載波的方法來增強通信的抗干擾外,它還通過提高載波頻譜利用率的方法來提高通信的穩定性。這種技術通過對多載波的調製改進,讓各子載波相互正交,於是擴頻調製後的頻譜可以相互重疊,從而減小了子載波間的相互干擾。OFDM 技術比較突出的地方就是即使在窄帶帶寬下也能夠發出大量的資料。另外 OFDM 技術能同時分開至少 1000 個數位信號。OFDM 技術能夠持續不斷地監控傳輸介質上通信特性的突然變化。由於通信路徑傳送資料的能力會隨時間發生變化,所以 OFDM 能動態地與之相適應,並且接通和切斷相應的載波以保證持續地進行成功的通信。

 

OFDM信號是由複雜的反離散傅立葉轉換(IDFT)所產生。IDFT的前提是所有的副載波都是彼此正交。IDFT的資料長度為子載波的數量。

正交實現於:

 

下圖為OFDM Modulator Demodulator

 

OFDM的特點