FLO空中介面通訊協定參考模型

FLO空中介面通訊協定參考模型，其清楚說明FLO空中介面規範包含的通訊協定與服務，相當於OSI參考模型的第一層（實體層）與第二層（資料鏈結層），而資料鏈結層可再細分為兩個子層（sub-layers）：媒體接取層（Media Access Control；MAC）與串流層（Streaming）。

《圖一 FLO網路圖示》

FLO空中介面協定並無規範上層協定的細節，保留設計彈性以支援各式各樣的應用與服務。在圖中，這些上層協定僅提供資料內容格式。

FLO空中介面的基本概念簡介

OFDM調變

FLO採用正交分頻多工（Orthogonal Frequency Division Multiplexing；OFDM）技術，此技術同時也用於數位語音廣播（DAB）、地面數位影像廣播（DVB-T），以及地面整合式服務數位廣播（ISDB-T）等系統。如(圖二)所示，可以達到高頻譜使用效率，同時亦可有效滿足在大範圍細胞SFN（Single Frequency Network）環境下的移動性需求。在圖二中可以看到，最小的傳輸間隔就是一個OFDM符元區間（symbol period）。

《圖二 OFDM符元》

OFDM技術透過加入適當長度的循環字首（cyclic prefix），可處理多個發送機在接收端所產生的長通道延遲問題，也就是在符元的前頭加入一段保護區間（這是此符元最後一段資料的複製）來確保訊號正交性，同時避免不同頻率之間的干擾。只要此保護區間的長度大於最大通道延遲時間，所有前一個符元的反射訊號都可以被移除，如此就保留訊號正交性。

在發展OFDM系統時，有許多設計上的取捨因素（tradeoff）必須考慮，而這些決定將會影響此系統的發展走向，包括移動性的高低、傳輸速率的多寡、支援服務的類別、用戶數上限，以及此系統的應用環境。最基本的取捨點是基本次載波，或稱音（tone）特性，這其中牽涉次載波數目的挑選，以及循環字首的長度。

設計OFDM系統的一項關鍵因子是轉換空間的大小，即每個符元上分離調變次載波的個數。FLO實體層採用4K模式（也就是進行4096個次載波的轉換），與8K模式相比，可提供絕佳的移動性效能，同時保留足夠長的保護間隔，這點對於大細胞SFN 應用環境極為重要。在移動速度高於200km/hr的環境下，系統依然可以保持穩定的傳輸效能；此時的訊號正交性僅會緩慢的衰減，因而對整體效能僅會有些許的影響。這項優點是因為FLO的引導通道架構設計（作為通道預估之用），讓接收機能夠處理延遲展延（delay spread）高於循環字首長度的情形。

OFDM是一調變技術，將用戶資料調變於音訊號上，或稱為次載波。對每個OFDM符元區間，攜帶資訊的符元都會承載於每個音訊號上。藉由調整音訊號的相位、震幅或是兩者，這些資訊就可以調變於該訊號上。在最基本的形式上，一個音訊號可以有震幅強度或是無強度，藉以代表一或零訊息位元。QPSK或QAM都是常用的技術，而FLO空中介面支援QPSK、16QAM，以及分層調變（layered modulation）技術。分層調變技術採用非均一16QAM（兩層QPSK訊號），每層採用兩個位元。

實體層特性

快速通道擷取（channel acquisition）可透過最佳化引導通道與交錯器（interleaver）架構設計來達成。FLO空中介面應用交錯器機制可同時確保時間分集（time diversity），引導通道架構與交錯器設計能最佳化傳輸通道的使用，而不會讓用戶感受到惱人的長擷取時間。

FLO傳輸訊號構成一超級訊框（super frame），而每個超級訊框由四個訊框的資料所組成，包括TDM引導訊號、訊息符元檔頭（OIS），以及承載廣域或區域封包資料的訊框。TDM引導訊號的目的是快速擷取OIS，而OIS則是描述在超級訊框中每個服務資料所在位置。(圖三)說明FLO超級訊框的架構。

《圖三 FLO超級訊框架構》

在配置頻寬中，一個超級訊框包含OFDM符元數是200symbols/Mhz（6MHz涵蓋120個符元），每個符元包括7個交錯的次載波，而每個交錯的次載波在頻率軸上平均分配，所以可以在整個可用頻譜中完全達到頻率分集（frequency diversity）的好處。這些交錯的次載波用以承載邏輯通道的資料，其傳輸時間與數目依通道需求而有不同，這點對於資料傳輸提供時間分集的優點。

較低傳輸量通道配置少量的次載波，藉以提昇時間分集的好處；至於較高傳輸量通道則配置較多次載波，藉以降低無線電傳輸時間，減少功率消耗。不論是低速或高速傳輸通道，其訊號擷取時間都是一樣的，所以FLO可同時具備頻率與時間分集的優點，但又不會拉長擷取時間。

搭配可變速率編解碼器（編碼器與解碼器都設計在一起），FLO邏輯通道的及時資料（及時串流服務）採用可變速率方式傳送，達到統計多工的好處。

針對不同的應用服務，每個邏輯通道有不同的編碼速率與調變方式，藉以支援各類型的傳輸穩定性與服務品質要求。FLO多工機制讓行動裝置的接收器只需解調自身有興趣的邏輯通道之內容即可，降低功率消耗。當然，行動裝置也可同時解調多條邏輯通道，讓影像與其相關語音資料的傳送可以透過不同邏輯通道來完成。

錯誤更正與編碼技術

FLO採用渦輪內碼（turbo inner code）結合RS（Reed Solomon）外碼（outer code）的序列串接碼。

每個渦輪碼封包皆含有循環多餘檢驗（Cyclic Redundancy Check；CRC）；RS碼在適合的訊號條件下，不需要為已經正確接收的資料進行檢查，達成額外的省電效益。

FLO技術可支援分層調變技術。任一應用程式的資料串流可被分割成兩層：所有使用者皆可解碼的基本層（base layer），以及擁有較高訊號雜訊比（SNR）的使用者才可解碼的增進層（enhancement layer）。鑒於FLO僅提供多點廣播的特性，多數行動裝置皆可收到這兩層的訊號，但是，基本層訊號擁有較大的涵蓋範圍，等同於系統服務可及範圍。

外碼與內碼的結合都可分別應用於基本層或增進層資料的編碼，所以每一層都可各自調整相對臨界值，以及所佔頻寬比例。

頻寬要求

FLO空中介面的設計可支援5、6、7、8Mhz的頻寬。任何高頻寬需求的服務都可利用單一無線電頻帶來進行傳輸。在某些地區，配置給分時多工（TDD）應用的5Mhz頻帶也可用來提供行動多媒體服務。

FLO空中介面提供廣泛的傳輸速率選擇，從0.47bit/hz到1.87bit/hz 。在6Mhz通道中，FLO實體層可達到11.2Mbps傳輸率。不同資料傳輸率是服務涵蓋範圍與系統整體傳輸量之間的權衡取捨。

傳輸機制

FLO依據資料型態選擇對應的有效方式傳送封包。當傳輸非即時性資料（文字或圖像）時，可應用IP協定的好處，因此就採用IP封包形式傳送；至於，傳輸即時性串流媒體則直接透過同步層（sync layer）來進行傳送，降低封包遺失對串流媒體的影響。FLO的一個設計目標就是消除疊床架屋的通訊協定轉換，藉以最大化傳輸效率，如此可增加系統可用容量，並且降低功率消耗，因為較低傳輸量就意味著節省功率。FLO傳輸協定堆疊如(圖四)所示。

《圖四 FLO傳輸協定堆疊》

可用頻譜

FLO可建置於多個頻帶，使用不同的頻寬與傳輸功率，相對應的傳輸效能則與選擇之調變方式、渦輪碼與RS碼的編碼量有關。多點廣播的適合頻帶（包括使用FLO技術）與單點廣播傳送無線IP封包和語音封包所使用的頻帶相同，這範圍在450Mhz到3Ghz之間。此範圍內頻帶的傳輸特性已是廣為人知。對於影像接收，一重大的不同點在於，此裝置不是放在腦袋附近，而是放在手上，而其接收效能在PCS頻帶（1900Mhz）可增加1至2 dB，在行動通訊頻帶（800Mhz）可達3至4 dB。（作者為Qualcomm市場推廣總監）