正交频分复用(OFDM)
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背景：第四代移动通信(4G) 中系统的速度可以达到10M～20Mbps , 最高可以达到100Mbps。 可以提供数据、图像、视频等多媒体业务。而带宽在移动通信中是非常稀缺的资源, 作为4G中的关键技术的OFDM (正交频复分用) , 把信道分成许多正交子信道, 各子信道间保持正交, 频谱相互重叠, 这样减少了子信道间干扰, 提高了频谱利用率。
基本原理：OFDM系统是一种特殊的多载波传输技术，其特点是各子载波相互正交，扩频调制后的频谱可相互重叠，不但减少了子载波间的相互干扰，还大大提高了频谱利用率，OFDM的主要技术特点如下：
（1）可有效对抗信号波形间的干扰，适用于多径环境和衰落信道中的高速数据传输；
（2）通过各子载波的联合编码，具有很强的抗衰落能力；
（3）各子信道的正交调制和解调可通过离散傅利叶反变换IDFT和离散傅利叶变换DFT实现；
（4）OFDM较易与其它多种接入方式结合，构成MC-CDMA和OFDM-TDMA等。
OFDM的基本原理是：高速信息数据流通过串并变换，分配到速率相对较低的若干子信道中传输，每个子信道中的符号周期相对增加，这样可减少因无线信道多径时延扩展所产生的时间弥散性对系统造成的码间干扰。另外，由于引入保护间隔，在保护间隔大于最大多径时延扩展的情况下，可以最大限度地消除多径带来的符号间干扰。如果用循环前缀作为保护间隔，还可避免多径带来的信道间干扰。OFDM的基带传输系统如图所示。
在过去的频分复用(FDM)系统中，整个带宽分成N个子频带，子频带之间不重叠，为了避免子频带间相互干扰，频带间通常加保护带宽，但这会使频谱利用率下降。为了克服这个缺点，OFDM采用N个重叠的子频带，子频带间正交，因而在接收端无需分离频谱就可将信号接收下来。OFDM系统的一个主要优点是正交的子载波可以利用快速傅利叶变换（FFT/IFFT）实现调制和解调。对于N点的IFFT运算，需要实施N2 次复数乘法，而采用常见的基于2的IFFT算法，其复数乘法仅为（N/2）log2N，可显著降低运算复杂度。
在OFDM系统的发射端加入保护间隔，主要是为了消除多径所造成的ISI（子载波之间的正交性遭到破坏而产生不同子载波之间的干扰）。其方法是在OFDM符号保护间隔内填入循环前缀，以保证在FFT周期内OFDM符号的时延副本内包含的波形周期个数也是整数。这样，时延小于保护间隔的信号就不会在解调过程中产生ISI。
1,峰值平均功率（PAPR）
由于OFDM信号在时域上为N个正交子载波信号的叠加，当这N个信号恰好都以峰值出现并将相加时，OFDM信号也产生最大峰值，该峰值功率是平均功率的N倍。这样，为了不失真地传输这些高峰均值比的OFDM信号，对发送端和接收端的功率放大器和A/D变换器的线性度要求较高，且发送效率较低。解决方法一般有下述三种途径：
（1）信号失真技术采用峰值修剪技术和峰值窗口去除技术，使峰值振幅值简单地非线性去除；
（2）采用编码方法将峰值功率控制和信道编码结合起来，选用合适的编码和解码方法，以避免出现较大的峰值信号；
（3）扰码技术采用扰码技术，对所产生OFDM信号的相位重新设置，使互相关性为0，这样可以减少OFDM的PAPR。这里所采用的典型方法为PTS和SLM。
2,同步
与其它数字通信系统一样，OFDM系统需要可靠的同步技术，包括定时同步、频率同步和相位同步，其中频率同步对系统的影响最大。移动无线信道存在时变性，在传输过程中会出现无线信号的频率偏移，这会使OFDM系统子载波间的正交性遭到破坏，使子信道间的信号相互干扰，因此频率同步是OFDM 系统的一个重要问题。为了不破坏子载波间的正交性，在接收端进行FFT变换前，必须对频率偏差进行估计和补偿。
可采用循环前缀方法对频率进行估计，即通过在时域内把OFDM 符号的后面部分插入到该符号的开始部分，形成循环前缀。利用这一特性，可将信号延迟后与原信号进行相关运算，这样循环前缀的相关输出就可以用来估计频率偏差。
3,信道编码和交织
为了对抗无线衰落信道中的随机错误和突发错误，通常采用信道编码和交织技术。OFDM系统本身具有利用信道分集特性的能力，一般的信道特性信息已被OFDM 调整方式本身所利用，可以在子载波间进行编码，形成编码的OFDM COFDM即把OFDM 技术与信道编码、频率时间交织结合起来，提高系统的性能，其编码可以采用各种码（如分组码和卷积码）。
现状及其发展方向：目前,OFDM 技术良好的性能使其在很多领域得到了广泛的应用,如:HDSL 、ADSL 、VDSL 、DAB 和DVB ,无线局域网IEEE802. 11a 和HIPERLAN2 ,以及无线城域网IEEE802. 16 等系统中。而在4G中,一方面带宽作为移动通信中非常希缺的资源,另一方面未来的移动通信对服务质量、服务的多样性及传输速率要求越来越高,使得OFDM 将得到更广泛的应用。
