正交頻分復用(OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技術在20世紀60年代中期被首次提出，主要用于軍用的無線高頻通信系統。但由于當時遇到了很多難以解決的問題，未形成大規(guī)模的應用。20世紀80年代以來，大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展解決了FFT的實現問題，隨著DSP芯片技術的發(fā)展，格柵編碼(Trellis Code)技術、軟判決(Soft Decision)技術、信道自適應技術等的應用，OFDM技術開始更趨于實用化，得到進一步推廣。OFDM技術憑借其固有的對時延擴展較強的抵抗力和較高的頻譜效率兩大優(yōu)勢迅速成為研究的焦點并被多個國際規(guī)范采用作為物理層(PHY)標準。
　　傳統的FDM將帶寬分成幾個子信道進行信息傳輸，中間用保護頻帶來降低干擾。頻分復用技術的特點是所有子信道傳輸的信號以并行的方式工作，每一路信號傳輸時可不考慮傳輸時延。傳統的FDM的優(yōu)點是簡單、直接。但是頻譜的利用率低，子信道之間要留有保護頻帶，而且在頻分路數N較大時多個濾波器的實現使系統復雜化。
　　OFDM是一種無線環(huán)境下的多載波傳輸技術，也可以被看作是一種多載波數字調制技術或多載波數字復用技術。OFDM系統由于使用無干擾正交載波技術，單個載波間無需保護頻帶，比傳統的FDM系統要求的帶寬要小得多，因而，帶寬利用率較高。
　　1、OFDM技術的基本原理
　　OFDM技術在頻域內將給定信道分成許多正交子信道后，在每個子信道上使用一個子載波進行調制，并且各子載波并行傳輸。這樣，盡管總的信道是非平坦的，具有頻率選擇性，但是每個子信道是相對平坦的，在每個子信道上進行的是窄帶傳輸，信號帶寬小于信道的相應帶寬，因此就可以大大消除信號波形間的干擾，能有效對抗頻率選擇性衰落。為消除多徑衰落的影響，在OFDM符號間加入循環(huán)前綴作為保護間隔，能有效地避免ISI(符號間干擾)。
　　數據先經過調制(一般為BPSK、QPSK或QAM)，然后經過傅立葉反變換(IFFT)。由頻域信號轉變?yōu)闀r域信號，傅立葉反變換的好處就在于使得各子信道上的信號相互正交，然后經過數/模轉換，成為OFDM基帶信號。在接收器端，則正好相反，信號要經過快速傅立葉變換(FFT)，由時域信號轉換為等同的頻譜，再經過解調，還原成數據。
　　2、OFDM系統的構成及主要功能模塊
　　OFDM系統的結構如圖2所示。其構成可根據OFDM數據處理流程分為發(fā)送部分的編碼器、交織器、調制映射、串并轉換器、子載波調制器、循環(huán)前綴、數模轉換及接收部分的去除循環(huán)前綴、時間與頻率同步器、子載波解調器、并串轉換器、解調映射、解交織、VB譯碼器等功能模塊。
　　OFDM系統結構中各部分功能簡述如下。
　　(1)編碼器：信道編碼采用卷積糾錯碼、或Reed-Solomon碼、維特比碼、TURBO碼等；
　　(2)交織器：交織器用于降低在數據信道中的突發(fā)錯誤，分散丟失的比特，達到降低誤碼率的目的；
　　(3)調制映射：將符號映射到相應的星座點上。這一過程產生IQ值，隨之送到緩沖器存儲，準備送到IFFT上進行變換；
　　(4)串并轉換器：用于將串行數據轉換為并行數據；
　　(5)子載波調制器：IFFT快速、高效應用離散傅立葉變換功能生成用于OFDM傳輸的正交載波。OFDM的核心為IFFT，IFFT調制每一個子信道到高精度的正交載波上，信道化后的數據注入到一個并串緩沖器，串行數據通過加循環(huán)前綴和DAC變換為發(fā)送做準備；
　　(6)循環(huán)前綴：循環(huán)前綴為單個的OFDM符號個體創(chuàng)建一個保護帶，可以在信噪比邊緣損耗中極大的減少ISI；
　　(7)時間與頻率同步器：接收系統中確定OFDM塊有用數據信息的開始時刻，使接收機和發(fā)射機的采樣時鐘頻率保持一致，克服頻率偏差；
　　(8)VB譯碼器：屬于概率解碼。用來把接收到的卷積糾錯編碼序列與所有可能的發(fā)送序列進行比較，選擇一種距離最小的序列作為發(fā)送序列。
　　3、OFDM技術的主要特點
　　OFDM技術之所以越來越受關注，是因為OFDM有很多獨特的優(yōu)點。
　　(1)頻譜利用率很高。OFDM的頻譜效率比串行系統幾乎高一倍，這在頻譜資源有限的無線環(huán)境中尤為重要。OFDM信號的相鄰子載波相互重疊，從理論上講其頻譜利用率可以接近Nyquist極限；
　　(2)抗衰落能力強。OFDM把用戶信息通過多個子載波傳輸，在每個子載波上的信號時間就相應地比同速率的單載波系統上的信號時間長很多倍，使OFDM對脈沖噪聲和信道快衰落的抵抗力更強。同時，通過子載波的聯合編碼，達到了子信道間的頻率分集的作用，也增強了對脈沖噪聲和信道快衰落的抵抗力。因此，如果衰落不是特別嚴重，就沒有必要再添加時域均衡器；
　　(3)適合高速數據傳輸。OFDM自適應調制機制使不同的子載波可以按照信道情況和噪聲背景的不同使用不同的調制方式。當信道條件好的時候，采用效率高的調制方式。當信道條件差的時候，采用抗干擾能力強的調制方式。再有，OFDM加載算法的采用，使系統可以把更多的數據集中放在條件好的信道上以高速率進行傳送。因此，OFDM技術非常適合高速數據傳輸；
　　(4)抗碼間干擾能力強。碼間干擾是數字通信系統中除噪聲干擾之外最主要的干擾，它與加性的噪聲干擾不同，是一種乘性的干擾。造成碼間干擾的原因有很多，實際上，只要傳輸信道的頻帶是有限的，就會造成一定的碼間干擾。OFDM由于采用了循環(huán)前綴，對抗碼間干擾的能力很強。
　　OFDM也有其缺點。例如對頻偏和相位噪聲比較敏感；功率峰值與均值比(PAPR)大，導致射頻放大器的功率效率較低；負載算法和自適應調制技術會增加系統復雜度等。
　　4、OFDM技術在寬帶無線局域網和城域網中的應用
　　目前，OFDM技術良好的性能使其在很多領域得到了廣泛的應用。如HDSL、ADSL、VDSL、DAB和DVB，無線局域網IEEE 802.11和HiperLAN2，以及無線城域網IEEE 802.16等系統�，F僅以在無線城域網IEEE 802.16和無線局域網IEEE 802.11中的應用為例分述如下。
　　4.1　802.16g中的OFDM技術
　　IEEE 802.16a標準是針對無線城域網接入方式而提出的一種新的空中接口標準。2003年1月29日，IEEE 802.16工作組通過了802.16a標準規(guī)范書，解決了2-11GHz之間頻率范圍的寬帶無線問題。802.16a標準規(guī)范中明確定義了OFDM技術作為無線數據傳輸方式。IEEE 802.16a標準規(guī)定在特許頻段，可以使用單載波調制或正交頻分復用，對于非特許頻段，必須使用正交頻分復用調制方式。
　　4.2　802.11g中的OFDM技術
　　和所有IEEE 802標準一樣，無線局域網協議802.11標準也是以OSI模型最低的兩層：物理層和數據鏈路層為中心。所有局域網應用、操作系統或協議(包括最常見的TCP/IP)在符合802.11標準的WLAN上運行都將像在以太網中運行一樣。對于用戶來說，轉換到無線局域網的成本很低。
　　802.11a/b/g幾種協議中，802.11b/g都工作在2.4GHz頻率下，802.11g可以向下兼容802.11b，區(qū)別在于802.11g采用了更先進的正交頻分復用技術，具備了和802.11a一樣54Mbit/s的物理鏈接速率。802.11a的成本較高，在國內沒有普及，但是由于802.11a能夠容納更多的信道，在無線網絡很發(fā)達的國家，802.11a正顯示出它的優(yōu)勢。
　　802.11g使用了802.11a的信號調制技術——OFDM技術，不同于802.11b使用的直接排序擴展頻譜(DSSS。Direct Sequence Spread Spectrum)。在802.11a標準中，OFDM在20MHz頻段能夠提供高達54Mbit/s速率的原始數據傳輸。
　　5、OFDM——未來移動通信系統的核心技術
　　5.1　引入OFDM技術是提高下行分組接入速率的發(fā)展趨勢
　　高速下行分組接入(HSDPA)是3GPP在R5協議中為了滿足上/下行數據業(yè)務不對稱的需求而提出的一種新技術，它很好地解決了系統覆蓋與容量之間的矛盾，大大提升了系統容量，滿足了用戶的高速業(yè)務需求。
　　3GPP確定了HSDPA演進的3個階段，其中第3階段仍在進行研究。R5以上的版本主要將致力于吞吐量的進一步提高，峰值數據速率可達50Mbit/s以上。第1階段是基本HSDPA，在3GPP R5中進行了說明，引進一些新的基礎特性以獲得10.8Mbit/s峰值數據速率。第2階段是增強HSDPA，在3GPP R6中進行了說明，將引入天線陣列處理技術如多輸入多輸出技術(MIMO)以及快速小區(qū)選擇技術(FCS)以提高峰值數據速率至30Mbit/s。第3階段將引進新型空中接口，增加平均比特率，OFDM技術和64QAM調制的引入將使峰值速率達到50Mbit/s以上。
　　5.2　OFDM是第四代移動通信的關鍵技術之一
　　在高頻段進行高速移動通信，將面臨嚴重的頻率選擇性衰落。為了提高信號性能，我們需要研究和發(fā)展智能調制和解調技術，來有效抑制這種衰落。從技術上來看，第三代移動通信主要采用的CDMA技術，而第四代移動通信技術將采用OFDM為技術核心。
　　移動通信信道的突出特點之一就是信道存在多徑時延擴展，它限制了數據速率的提高，因為如果數據速率高于信道的相干帶寬，信號將產生嚴重失真，信號傳輸質量大幅度下降。而OFDM技術由于具備頻譜利用率高，有較強的抗多徑干擾、抗頻率選擇性衰落和頻率擴散能力等特點，是對高速數據傳輸的一種潛在的解決方案。因此要選擇OFDM作為第四代移動通信的核心技術。當然，也不排除隨著OFDM技術進步的加快，它在后3G時期就得到大范圍使用。
　　6、結束語
　　OFDM技術由于其抗干擾能力強、頻譜利用率高、成本低等原因越來越得到人們的關注，隨著人們對于通信數據化、寬帶化、個人化和移動化的需求，OFDM技術在綜合無線接入領域將得到越來越廣泛的應用。
更多資料來自http://www.anykey.cn/