OFDM技术基本原理

参考《3GPP长期演进（LTE）技术原理与系统设计》：

    频分复用/频分多址（FDM/FDMA）技术其实是一种传统的技术，将较宽的频带分成若干较窄的子带（子载波）进行并行发送是最朴素的实现宽带传输的方法。但是为了各个子载波之间的干扰，不得不在相邻的子载波之间保留较大的间隔（如图1(a)所示），这大大降低了频谱效率。因此，频谱效率更高的TDM/TDMA（时分复用/时分多址）和CDM/CDMA（码分复用/码分多址）技术成为了无线通信的核心传输技术。但近几年，由于数字信号处理技术FFT（快速傅里叶变换）的发展，使FDM技术有了革命性的变化。FFT允许将FDM的各个子载波重叠排列，同时保持了子载波之间的正交性（以避免子载波之间干扰）。如图1(b)所示，部分重叠的子载波排列可以大大提高频谱效率，因为相同的带宽的带宽内可以容纳更多的子载波。

图1 OFDM可大大提高FDM的频谱效率

    OFDM发射机和接收机结构见图2。经过信道编码后的数据比特，通过串并变换和调制星座映射后，可视作频域信号。然后将这些调制符号映射到M个子载波上，并通过反快速傅里叶变换（IFFT）将这M个并行子载波上的频域信号转换到时域，IFFT输出的OFDM符号为有N个采样点的时域信号（N为IFFT长度，N≥M），也即M个子载波上时域信号的合并波形。在将此时域信号调制到载波上之前，还要再每个OFDM符号之前插入一个循环前缀（Cyclic Prefix，CP），以在多径衰落的环境下保持子载波的正交性。插入CP就是将OFDM符号结尾处的若干采样点复制到此OFDM符号之前，CP长度长于主要多径分量的时延扩展。最后经过并串转换将多个子载波的时域信号进行叠加，形成OFDM发送信号。

图2 OFDM发射机结构

    OFDM接收机的结构大致为发射机的逆过程，其核心部分是FFT处理。由于主要的多径分量都落在CP长度内，因此是发射信号经过一定位移的循环复本，所以FFT可以将这些多径分量合并（这句怎么理解？？），同时保证子载波之间的正交性。经过FFT处理，时域的OFDM符号被还原到频域，即每个子载波的发送信号。