爱华网OFDM的思想早在．20世纪50年代就已经提出，但由于当时使用模拟滤波
器实现起来的系统复杂度较高，所以一直没有发展起来。70年代，
s·B·Weinstein提出用离散傅里叶变换(DFT，)实现多载波调制，为OFDM的
实用化奠定了理论基础。80年代，L J．Cimini首先分析了OFDM在移动通信中
应用存在的问题和解决方法。此后，OFDM在移动通信中的应用如火如荼地开
展起来。
OFDM技术可以看成是由传统的频分复用技术(FDM)发展而来的。在
FDM系统中，不同用户占用不同频率信道，在接收端用带通滤波器分离各个用
户的信号，各信道问必须有一定的保护间隔。通常所讲的多载波通信(Mc)，
就是用FDM技术来传输从同一数据源到同一数据接收机的数据，相当于用多个
数据通道来提高数据传输速率，它将一个频率选择性信道划分成了多个频率平坦
衰落信道。下面分别介绍单载波调制、传统多载波调制和OFDM调制，以及它
们之间的关系。
图2·l表示单载波调制示意图，图中B为系统带宽，数据仅在一个载波上
传送。一方面，当系统带宽较大时，信号极易遭受频率选择性衰落。另一方面，
系统带宽增加，信号时域符号长度变短，符号间干扰(ISI)区域变长，从而需
要较长的时域均衡器，增加系统复杂度。此外，为了在接收端用带通滤波器分离
出信号，信号频带两端需要留有一定的保护间隔，降低了系统频谱使用效率。
图2·2表示多载波调制示意图，数据在多个载波上同时传送。与FDM技术
相似，系统总带宽被划分成了N个子信道，每个子信道带宽为B／N。由于子信
道带宽相对于系统总带宽缩小了N倍，时域符号长度增加为原来的N倍，在同
样的信道环境下，符号间干扰区域相对缩小，所需时域均衡器长度缩短为原来的
N倍。由此，多载波调制系统将频率选择性信道划分为一系列频率平坦衰落子
信道。然而，多载波调制系统的各子信道间仍需要保护频带，因此系统频谱效率
仍然不高。图2．3给出了多载波调制系统的收发机结构框图。在发端，系统总的
传信率R bit／s通过串并变换分成N路，每路的传输速率为R／N bit／s。每子信
道的带宽是原来的1／N。各路较低速率的数据经带通滤波器并进行各子信道调
制后叠加在一起，最后通过射频单元发送出去。在接收端，信号经下变频后，用
一组带通滤波器分离出各子信道上的信号后，并进行相应的各子信道解调操作，
将解调出的各路较低速率的数据通过并串转换恢复为系统传送的高速数据流。
OFDM最核心的思想是采用并行传输技术降低子路上传输的信号速率，使
得OFDM符号长度比系统采样间隔长很多，从而极大地降低了时间弥散信道
引入的符号问干扰(IsI)对信号的影响。OH)M系统将宽带信道转化为许多
并行的正交子信道，从而将频率选择性信道转化为一系列频率平坦衰落信道，
在频域内仅需简单的一阶均衡器。OFDM系统的子载波间隔已达最小，所选
择的子载波间隔使得不同子载波上的波形在时域上相互正交且在频域上相互重
叠。不同子载波间不需要保护间隔，最大化了系统频谱效率。图2．4比较了传
统频分复用多载波系统和OFDM系统的频谱。传统频分复用多载波系统各子
载波问需要较大的保护频带，比较浪费频谱资源；而OH)M系统各子载波频
谱相互重叠，提高了频谱效率。同时，OFI)M系统引入循环前缀(CP)来消
除时间弥散信道的影响，只要CP的长度大于信道最大时延，就可完全消除符
号间干扰(ISI)和子载波间干扰(ICI)。OFDM系统可以采用IFFT／FFT进
行相应的调制和解调操作，使得OFDM系统的实现变得非常简单，且具有较
低的成本。OFDM系统最主要的缺点是对频偏比较敏感和具有较大的峰值平
均功率比(PAPR)。
OFDM系统收发机的典型框图如图2．5所示。需传送的比特信息数据首先
进行信道编码、串／并变换、基带信号调制。在加入虚子载波后，用IFFT变
换进行OFDM调制、并／串变换并插入保护间隔。产生的时域信号经成形滤波
器、数模(D／A)转换，并由射频单元发送出去。信号经无线信道传播后，在
接收端首先进行下变频、模数(A／D)转化和低通滤波操作。在完成时间和频
率同步操作后，用FFT变换分解出频域信号。信道估计器和信道均衡器分别
对信道衰落进行估计和补偿，均衡后的信号接着进行相应的信号解调和信道解
码操作，恢复出发送的比特信息。按目的的不同，虚子载波可以分为两类：一
类是为了便于实际硬件的实现需要留出一些不传送数据的子载波，比如直流子
载波和便于滤波操作留出的部分高频子载波，这部分子载波占用的是带内频
带；另外一类虚子载波是进行过采样操作而产生的，这部分子载波占用的是带
外频带，因此也不能用于传送数据。
图2·6中的左图举例说明了OFDM符号中某些子载波(1、2、7路子载
波)的实部载波信号，图2．6中的右图表示了OFDM信号的频谱。图2．7
表不了 OFDM信号的时频特征，系统子载波数为1024。由于OFDM信号是
由大量独立同分布的子载波信号叠加而成，由中心极限定理可知，OFDM信
号幅度近似为高斯分布。因此，OFDM信号具有较大的峰值平均功率比
(PAPR)。另外，按式(2—2)构造的OFDM信号具有较大的带外能量，如
图2·6所示。由于放大器的非线性特性，较大的PAPR值也将导致带外能量
在接收端，OFDM各子载波上的信号可以通过一组匹配滤波器进行分离。
然而，比较实用的方法是对OFDM{~I路和Q路分量以时间丁为采样间隔进。
式(2—4)是信号xk的反离散傅里叶变换(IDFT)。采样后的数据可以用离散傅
里叶变换(DFT)来实现解调。这是OFDM系统的一个关键特征，首先由
weinstein和Ebert提出。在OFDM系统中，DFT(通常由快速傅里叶变换
(FFT)来实现)实际上实现了离散匹配滤波器接收机。
参考资料
下一代宽代无线通信OFDM与MIMO技术
贡献者（共1名）：
chp004
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