OFDM（正交频分复用）是一种多载波调制技术，其核心原理是通过将高速数据流分解为多个低速子数据流，每个子数据流独立调制在相互正交的子载波上并行传输，从而有效对抗频率选择性衰落和符号间干扰，OFDM技术的实现基于傅里叶变换的数学原理，通过在频域上划分大量重叠的子载波，这些子载波的中心频率间隔满足正交条件，即子载波在频谱上重叠但在接收端可以通过相关解调实现无干扰分离，这种正交性使得频谱利用率大幅提升，同时通过引入循环前缀（CP）进一步消除多径效应引起的符号间干扰（ISI）和载波间干扰（ICI）。
OFDM系统的工作流程主要包括数据映射、串并转换、逆快速傅里叶变换（IFFT）、添加循环前缀、数模转换、射频发射、接收端同步、去除循环前缀、快速傅里叶变换（FFT）、数据解调等步骤，在发送端，原始高速串行数据经过信道编码和调制（如QPSK、16QAM等）后，被分解为N路低速并行数据流，每路数据流分配到一个子载波上，通过IFFT运算，将频域信号转换为时域信号，随后在时域信号前添加循环前缀（即信号尾部的部分复制到头部），以应对多径信道时延扩展，接收端首先进行同步和去除循环前缀操作，再通过FFT将时域信号转换回频域，恢复出各子载波上的数据流，最后通过解调和译码还原原始数据。
OFDM技术的核心优势在于其高效的频谱利用能力和强大的抗多径衰落性能,由于子载波之间的正交性，允许子载波频谱重叠，相比传统频分复用（FDM）需要保护间隔的方式，频谱利用率显著提高，通过将宽带频率选择性信道转化为多个窄带平坦衰落信道，每个子载波经历的衰落相对独立，可通过简单的信道均衡（如单抽头均衡器）进行补偿，降低了系统复杂度，OFDM支持灵活的子载波分配，可根据信道条件动态调整子载波的调制方式（如自适应调制），优化系统整体吞吐量。
OFDM技术也存在一些固有缺点,如对频率偏移和相位噪声敏感，这可能导致子载波间干扰（ICI）；较高的峰值平均功率比（PAPR）要求功率放大器具有较大的线性动态范围，增加了硬件成本和功耗；以及循环前缀带来的额外开销（通常为信号长度的1/8到1/4），降低了频谱效率，尽管如此，OFDM凭借其优异的性能，已成为4G/LTE、5G、Wi-Fi（802.11a/g/n/ac/ax）、数字广播（如DVB-T）等现代无线通信系统的核心技术。
为更直观理解OFDM的子载波正交性,以下表格对比了传统FDM与OFDM在频谱利用和子载波间隔上的差异：
| 特性 | 传统FDM | OFDM |
|---|---|---|
| 子载波间隔 | 需足够大以避免频谱重叠 | 满足正交条件，允许重叠 |
| 保护间隔 | 需额外频带隔离 | 无需额外频带隔离 |
| 频谱利用率 | 较低 | 高（提升约20%-50%） |
| 抗多径干扰能力 | 较弱 | 强（依赖循环前缀） |
相关问答FAQs：
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问：OFDM中的循环前缀（CP）有什么作用？
答：循环前缀是将OFDM符号尾部的一部分复制到符号头部形成的保护间隔，其主要作用包括：①消除多径信道引起的符号间干扰（ISI），只要多径时延小于循环前缀的长度；②维持子载波间的正交性，避免因多径效应导致的载波间干扰（ICI）；③简化接收端的信道均衡，使频域均衡只需单抽头滤波器即可实现。 -
问：OFDM系统的高PAPR问题如何解决？
答：针对OFDM的高峰值平均功率比（PAPR）问题，常用的解决方法包括：①限幅技术：直接对信号峰值进行非线性削波，但会引入失真；②部分传输序列（PTS）和选择性映射（SLM）：通过加权组合降低信号峰值；③压扩变换：在发射端对信号进行非线性放大，接收端反向补偿；④采用编码技术：如选择具有低PAPR特性的编码方案，通过优化功率放大器设计（如采用Doherty功放）也可缓解PAPR带来的硬件压力。
