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OFDM技术的基本原理

在传统的多载波通信系统中，整个系统频带被划分为若干个互相分离的子信道（载波）。载

波之间有一定的保护间隔，接收端通过滤波器把各个子信道分离之后接收所需信息。这样虽

然可以避免不同信道互相干扰，但却以牺牲频率利用率为代价。而且当子信道数量很大的时

候，大量分离各子信道信号的滤波器的设置就成了几乎不可能的事情。

上个世纪中期，人们提出了频带混叠的多载波通信方案，选择相互之间正交的载波频率作子

载波，也就是我们所说的OFDM。这种“正交”表示的是载波频率间精确的数学关系。按

照这种设想，OFDM既能充分利用信道带宽，也可以避免使用高速均衡和抗突发噪声差错。

OFDM是一种特殊的多载波通信方案，单个用户的信息流被串/并变换为多个低速率码流，

每个码流都用一个子载波发送。OFDM不用带通滤波器来分隔子载波，而是通过快速傅立

叶变换（FFT）来选用那些即便混叠也能够保持正交的波形。

OFDM是一种无线环境下的高速传输技术。无线信道的频率响应曲线大多是非平坦的，而

OFDM技术的主要思想就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使

用一个子载波进行调制，并且各子载波并行传输。这样，尽管总的信道是非平坦的，具有频

率选择性，但是每个子信道是相对平坦的，在每个子信道上进行的是窄带传输，信号带宽小

于信道的相应带宽，因此就可以大大消除信号波形间的干扰。由于在OFDM系统中各个子

信道的载波相互正交，它们的频谱是相互重叠的，这样不但减小了子载波间的相互干扰，同

时又提高了频谱利用率。

OFDM技术属于多载波调制（Multi－CarrierModulation，MCM）技术。有些文献上将OFDM

和MCM混用，实际上不够严密。MCM与OFDM常用于无线信道，它们的区别在于：OFDM

技术特指将信道划分成正交的子信道，频道利用率高；而MCM，可以是更多种信道划分方

法。

OFDM技术的推出其实是为了提高载波的频谱利用率，或者是为了改进对多载波的调制，

它的特点是各子载波相互正交，使扩频调制后的频谱可以相互重叠，从而减小了子载波间的

相互干扰。在对每个载波完成调制以后，为了增加数据的吞吐量、提高数据传输的速度，它

又采用了一种叫作HomePlug的处理技术，来对所有将要被发送数据信号位的载波进行合并

处理，把众多的单个信号合并成一个独立的传输信号进行发送。另外OFDM之所以备受关

注，其中一条重要的原因是它可以利用离散傅立叶反变换/离散傅立叶变换（IDFT/DFT）代

替多载波调制和解调。

OFDM增强了抗频率选择性衰落和抗窄带干扰的能力。在单载波系统中，单个衰落或者干

扰可能导致整个链路不可用，但在多载波的OFDM系统中，只会有一小部分载波受影响。

此外，纠错码的使用还可以帮助其恢复一些载波上的信息。通过合理地挑选子载波位置，可

以使OFDM的频谱波形保持平坦，同时保证了各载波之间的正交。

OFDM尽管还是一种频分复用（FDM），但已完全不同于过去的FDM。OFDM的接收机实

际上是通过FFT实现的一组解调器。它将不同载波搬移至零频，然后在一个码元周期内积

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分，其他载波信号由于与所积分的信号正交，因此不会对信息的提取产生影响。OFDM的

数据传输速率也与子载波的数量有关。

OFDM每个载波所使用的调制方法可以不同。各个载波能够根据信道状况的不同选择不同

的调制方式，比如BPSK、QPSK、8PSK、16QAM、64QAM等等，以频谱利用率和误码率

之间的最佳平衡为原则。我们通过选择满足一定误码率的最佳调制方式就可以获得最大频谱

效率。无线多径信道的频率选择性衰落会使接收信号功率大幅下降，经常会达到30dB之多，

信噪比也随之大幅下降。为了提高频谱利用率，应该使用与信噪比相匹配的调制方式。可靠

性是通信系统正常运行的基本考核指标，所以很多通信系统都倾向于选择BPSK或QPS