OFDM与CDMA之探讨与比较

三、CDMA原理 <br />直接序列展频系统架构如图八与图九，将输入资料串以高chip rate之虚拟乱码(PN Code)以modular-2加法器扩展成宽频讯号后，再调制成射频讯号发射出去。接收端则先将宽频射频讯号降至基频讯号后，再以相同虚拟乱码还原成原来资料。 虚拟乱码用于扩展资料频谱与区分同一频带内之每个使用者，分为短码与长码两种型态。 短码得长度为10 ~ 128 chips，优点是发射/接收端同步容易，但保密性不够。 长码则可高达百万chips，保密性极高但同步机制极为复杂。 检视展频系统良窳之重要参数为处理增益(processing gain)，其定义为扩展后之射频频宽与原输入资料之频宽比。 
Gp = BWrf / BWinfo 
Gp = 处理增益 
BWrf = 射频频宽 
BWinfo= 输入资料频宽 

一般展频通信系统之处理增益约为20dB 至60dB间，展频通信系统最大优点为能有效避开使用者间之相互干扰(interference)问题，而解决程度端赖于处理增益大小，愈大愈能有效避开。 


[图八] CDMA 发射端架构图 


[图九] CDMA 接收端架构图 


四、OFDM 
正交多频分工(OFDM)是一种多载波传输技术，将高速率的输入资料分割成多个较低速率的资料，并分别载在彼此正交的载波上传送。 OFDM类似FDMA，每个使用者均在不同频率载波上收送资料，但因OFDM的每一载波彼此正交，可有效避免相邻载波间之相互干扰(Interference)，故具备较佳之频谱使用效率。 又因多载波同时传送，解决了TDMA 系统因时槽切换所造成的overhead现象。 OFDM的每一载波频宽极窄，传输速率也低，故能有效避免多路径延迟扩散(multipath delay spread)的问题。 

OFDM 发射端与接收端架构如图十。 为确保每一载波的正交状态，载波的频谱、大小与相位均依据输入资料与调变方式仔细精算后，经过反快速傅利叶转换(IFFT)基频时域讯号。 接收端再经由离散快速傅利叶转换(FFT)回复频谱在解调成原输入资料。 对多路径延迟扩散(delay spread)效应较具免疫力，是OFDM的主要特点。 主要藉由加入循环字首(cyclic prefix)有效解决传输时的讯号之间的互相干扰(ISI)与通道之间的互相扰(ICI)。 

OFDM虽具备多种优点，但从射频电路设计角度而言，因OFDM是multitone的调变系统, 所以OFDM的每个载波的功率会以高斯分布的方式呈现忽大忽小现象,而这种现象会造成amplifier所需要操作的线性区间过大, 容易使signal被切掉,而造成讯号的失真，此高峰值对均值功率比(Peak-to-Average Power Ratio)。 为OFDM系统设计上一大挑战。 


[图十] OFDM 发射端架构图 


五、结语 

高的资料传输率(High data transmission rate)与高的频宽使用效率(High bandwidth efficiency)为OFDM主要优点，更由于OFDM 技术具有在杂波干扰下传送信号的能力，因此常常会被利用在容易外界干扰或者抵抗外界干扰能力较差的传输介质中。 CDMA虽具备抗窄频干扰能力的优点，但对抗多路径干扰的能力则不及OFDM。 因为具备了显著的优势，OFDM在未来行动通信和其他宽频无线技术的发展中势必获得广泛的应用。 有理由相信，随着人们对无线通信需求的进一步增加，OFDM必将获得更大的发展。 

(作者现任职于麟瑞科技)