1.1的發展歷史
在20世紀70年代，Weinstein和Ebert利用離散傅立葉變換(DFT)和快速傅立葉方法(FFT)開發了壹個完整的多載波傳輸系統，稱為正交頻分復用(OFDM)系統。
OFDM是正交頻分復用的縮寫。正交頻分復用(OFDM)是壹種特殊的多載波傳輸方案。在OFDM中，離散傅立葉變換(DFT)及其逆變換(IDFT)用於解決產生多個正交子載波以及從子載波中恢復原始信號的問題。這就解決了多載波傳輸系統傳輸和傳輸的問題。快速傅立葉變換的應用大大降低了多載波傳輸系統的復雜度。從此，OFDM技術開始走向實用。但是OFDM系統的應用仍然需要大量復雜的數字信號處理過程，而且當時具有強大數字處理功能的器件還很少，所以OFDM技術並沒有得到快速發展。
近年來，隨著集成數字電路和數字信號處理器件的快速發展，以及人們對高速無線通信日益迫切的需求，OFDM技術再次受到重視。在20世紀60年代，提出了使用並行數據傳輸和頻分復用(FDM)的概念。1970年，美國申請並發明了壹項專利，其思想是利用並行數據和子信道重疊的頻分復用，消除對高速均衡的依賴，抵抗脈沖噪聲和多徑失真，充分利用帶寬。這項技術最初主要用於軍事通信系統。然而，在很長壹段時間裏，OFDM理論走向實踐的步伐放緩了。因為OFDM的子載波彼此正交，所以使用FFT來實現這種調制。然而，在實際應用中，實時傅裏葉變換設備的復雜性、發射機和接收機振蕩器的穩定性以及射頻功率放大器的線性度要求成為OFDM技術的制約因素。20世紀80年代，MCM取得了突破。大規模集成電路使得FFT技術的實現不再是不可逾越的障礙，其他壹些難以實現的困難也部分得到了解決。自此，OFDM走上通信舞臺，逐步進入高速數字移動通信領域。
1.2的應用
由於技術的可實現性，OFDM在20世紀90年代被廣泛用於各種數字傳輸和通信，例如移動無線FM信道、高比特率數字用戶線路系統(HDSL)、非對稱數字用戶線路系統(ADSL)、甚高比特率數字用戶線路系統(HDSI)、數字音頻廣播(DAB)、數字視頻廣播(DVB)和HDTV地面傳輸系統。1999年，IEEE802.lla通過了壹個無線局域網標準，其中采用OFDM調制技術作為物理層標準，這樣傳輸速率可以達到54MbPs。這樣可以提供25MbPs無線ATM接口和10MbPs以太網無線幀結構接口，支持語音、數據和圖像業務。這個速率完全可以滿足室內和室外的應用。ETSl寬帶射頻接入網的局域網標準也將OFDM定義為其調制標準技術。
2001，IEEE802.16通過了無線城域網標準，根據頻段不同分為視距和非視距。其中使用了許可和非許可頻段，因為這個頻段內的波長較長，適合非視距傳播。此時系統會有較強的多徑效應，而在非授權頻段仍然存在幹擾問題，所以系統采用在抗多徑效應、頻率選擇性衰落或窄帶幹擾方面具有明顯優勢的OFDM調制，多址接入方式為OFDMA。然後，IEEE802.16的標準每年都在發展。2006年2月，IEEE802.16e(移動寬帶無線城域網接入空中接口標準)形成了最終出版物。當然，使用的調制方式還是OFDM。
2004年6月5438+065438+10月，根據多家移動通信運營商、制造商和研究機構的要求，3GPP通過了名為長期演進(LTE)的項目，即“3G長期演進”。該項目的目標是制定3G演進系統的技術規範。經過激烈的討論和艱難的整合，3GPP最終在5438年6月+2005年2月選擇了LTE的基礎傳輸技術，即下行OFDM和上行SC。由於技術的成熟，OFDM被選為下行標準，並很快達成了* * *的理解。在上行技術的選擇上，由於OFDM的峰均比(PAPR)，壹些設備商認為會增加終端的功放成本和功耗，限制終端的使用時間，也有人認為可以通過濾波、削峰等方法限制PAPR。B3G/4G的目標是在高速移動環境下支持高達100Mb/S的下行數據傳輸速率，在室內和靜態環境下支持1Gb/S的下行數據傳輸速率。2010年，全球首個TD-LTE-A大規模實驗網將在上海世博會向媒體開放。4G是基於OFDM和MIMO的技術組合，但整體結構不同。基於OFDM和MIMO的標準有兩套，壹套是IEEE802-16M，壹套是LTE-Advanced，OFDM技術是關鍵核心技術之壹。
1.4的優缺點
優點:OFDM具有如下許多技術優點。用在3G和4G，在通信上有很多優勢:
(1) OFDM技術還可以在窄帶寬內發送大量數據，可以同時分離至少1000個數字信號，其在受幹擾信號周圍安全運行的能力將直接威脅到目前市場上已經流行的CDMA技術的進壹步發展和壯大。正是因為這種特殊的信號“穿透能力”，OFDM技術深受歐洲通信運營商和手機廠商的喜愛和歡迎，如美國加州的思科系統公司、紐約理工學院和朗訊理工學院，加拿大的威蘭理工學院也采用了這種技術。
(2) OFDM技術可以連續監測傳輸介質上通信特性的突然變化。由於通信路徑傳輸數據的能力會隨時間變化，OFDM可以動態適應，開啟和關閉相應的載波，保證連續成功通信。這種技術可以自動檢測傳輸介質中的哪壹個特定載波信號衰減較大或存在幹擾脈沖，然後采取適當的調制措施，使指定頻率的載波成功通信。
(3) OFDM技術特別適用於高層建築、人口密集和地理位置突出的地方以及信號傳播的區域。高速數據傳輸和數字語音廣播都希望減少多徑效應對信號的影響。
(OFDM技術最大的優點是抗頻率選擇性衰落或窄帶幹擾。在單載波系統中，單個衰落或幹擾會導致整個通信鏈路失敗，但在多載波系統中，只有少量載波會受到幹擾。糾錯碼也可以用於糾正這些子信道。
(5) OFDM技術能有效抵抗信號波形間的幹擾，適用於多徑環境和衰落信道下的高速數據傳輸。當信道由於多徑傳輸而發生頻率選擇性衰落時，只有子載波及其攜帶的信息受到影響，其他子載波沒有受到破壞，因此系統的整體誤碼率性能要好得多。
(6) OFDM技術通過各個子載波的聯合編碼，具有很強的抗衰落能力。OFDM技術本身利用了信道的頻率分集。如果衰落不是特別嚴重，就不需要添加時域均衡器。通過聯合編碼每個信道，可以提高系統性能。
(7) OFDM技術可以使信道利用率很高，這在頻譜資源有限的無線環境中尤為重要；當子載波數較大時，系統的頻譜利用率趨於2波特/赫茲。
缺點:雖然OFDM具有上述優點，但是其信號調制機制也使得OFDM信號在傳輸過程中存在壹些缺點:
(1)對相位噪聲和載波頻率偏移非常敏感。
這是OFDM技術非常致命的缺點。整個OFDM系統非常嚴格地要求子載波之間的正交性。任何小的載波頻率偏移都會破壞子載波間的正交性，造成ICI。同樣，相位噪聲也會導致符號星座點的旋轉和擴散，從而形成ICI。然而，單載波系統沒有這個問題。相位噪聲和載波頻率偏移只會降低接收信噪比，不會造成相互幹擾。
(2)峰均比太大
OFDM信號由多個子載波信號組成，這些子載波信號由不同的調制符號獨立調制。與傳統的恒包絡調制方法相比，OFDM調制具有較高的峰值因子。因為OFDM信號是許多小信號的和，所以這些小信號的相位由要傳輸的數據序列決定。對於某些數據，這些小信號可能是同相的，但是在幅度上疊加，以產生大的瞬時峰值幅度。但是，如果PAPR過大，會增加A/D和D/A的復雜度，降低射頻功率放大器的效率。同時，在發射端，放大器的最大輸出功率限制了信號的峰值，會造成OFDM頻段內和相鄰頻段間的幹擾。
(3)所需的線性範圍寬
由於OFDM系統的峰值平均功率比(PAPR)較大，對非線性放大更加敏感，因此OFDM調制系統對放大器的線性範圍要求比單載波系統更高。