正交頻分複用（OFDM）的基本原理是[1]把高速的資料流通過串并轉換，配置設定到傳輸速率相對較低的若幹個子信道中進行傳輸。每個子信道中的資料符号周期相對增加，時延擴充與符号周期的數值比相應降低，可以減輕由無線信道的多徑時延擴充所産生的時間彌散性對系統造成的影響。還可以在OFDM符号之間插入循環字首作為保護間隔，令保護間隔大于無線信道的最大時延擴充，最大限度地消除了由于多徑而帶來的符号間幹擾（ISI）。
随着數字信号處理技術的發展，對于子載波數目較大的系統用快速傅立葉變換（FFT Fast Fourier Transfore）實作OFDM的調制和解調，進而大大簡化了系統實作的複雜度。發射端使用反向傅立葉變換（IFFF Inverse FFT）将發射資料調制到多個正交子載波上，經過信道傳輸，在接收端使用傅立葉變換（FFT）從正交載波矢量中還原出原始資料。
一個完整的OFDM系統實作框圖如圖2.1所示。
圖2.1 OFDM系統模型圖
近年來，OFDM系統已經越來越得到人們的廣泛關注，其原因在于OFDM系統存在如下的主要優點：
（1）高速資料流通過串并轉換，使得每個子載波上的資料符号持續長度相對增加，進而可以有效地減少無線信道的時間彌散所帶來的ISI，這樣就減小了接收機内均衡的複雜度，有時甚至可以不采用均衡器，僅通過采用插入循環字首的方法消除ISI的不利影響。
（2）傳統的頻分多路傳輸方法中，将頻帶分為若幹個不相交的子頻帶來傳輸并行的資料流，在接收端用一組濾波器來分離各個子信道，這種方法的優點是簡單直接，缺點是頻譜的使用率低，子信道之間要留有足夠的保護頻帶，而且多個濾波器的實作也有不少困難。而OFDM系統由于各個子載波之間存在正交性，允許子信道的頻譜互相重疊，是以與正常的頻分複用系統相比，OFDM系統可以最大限度的利用頻譜資源，如圖2.6所示。
(a) 傳統的頻分複用技術（FDM）
(b)多載波調制技術
圖2.6 傳統的頻分複用技術與多載波調制技術頻譜
（3）各個子信道間的正交調制和解調可以采用IDFT和DFT方法實作。對于N很大的系統，我們可以通過采用快速傅裡葉變換（FFT）來實作。随着大規模內建電路技術與DSP技術的發展，IFFT和FFT都是非常容易實作的。
（4）無線資料業務一般都存在非對稱性，即下行鍊路中傳輸資料量要遠遠大于上行鍊路中的資料傳輸，如Internet業務中的網頁浏覽，FTP下載下傳等。另一方面，終端功率一般小于1W，在大蜂窩環境下傳輸速率低于10kbit/s-100kbit/s，而基站發送功率可以較大，有可能提供1Mbit/s以上的傳輸速率。是以無論從使用者資料業務的使用需求，還是從移動通信系統自身的要求考慮，都希望實體層支援非對稱高速資料傳輸，而OFDM系統可以很容易地通過使用不同數量的子信道來實作上行和下行鍊路中不同的傳輸速率。
（5）由于無線信道存在頻率選擇性，不可能所有的子載波都同時處于比較深的衰落情況中，是以可以通過動态比特配置設定以及動态子信道配置設定的方法，充分利用信噪比較高的子信道，進而提高系統的性能。而且對于多使用者系統來說，對一個使用者不适用的子信道對其他使用者來說，可能是性能比較好的子信道，是以除非一個子信道對所有使用者來說都不适用，該子信道才會被關閉，但發生這種情況的機率非常小。
OFDM系統可以容易與其他多種接入方法相結合使用，構成OFDMA系統，其中包括多載波碼分多址MC-CDMA，跳頻OFDM以及OFDM-TDMA等等，使得多個使用者可以同時利用OFDM技術進行資訊的傳遞。因為窄帶幹擾隻能影響一小部分的子載波，是以OFDM系統可以在某種程度上抵抗這種窄帶幹擾。
但是OFDM系統内由于存在有多個正交子載波，而且其輸出信号是多個子信道信号的疊加，是以與單載波系統相比，存在如下主要缺點：
（1）易受頻率偏差的影響
由于子信道的頻譜互相覆寫，這就對它們之間的正交性提出了嚴格的要求。然而由于無線信道存在時變性，在傳輸過程中會出現信号的頻率偏差，例如多普勒頻移，或者由于發射機載波頻率與接收機本地振蕩器之間存在的頻率偏差，都會使得OFDM系統子載波之間的正交性遭到破壞，進而導緻子信道間的信号互相幹擾（ICI），這種對頻率偏差敏感是OFDM系統的主要缺點之一。
（2）存在較高的峰值平均功率比
與單載波系統相比，由于多載波調制系統的輸出是多個子信道信号的疊加，是以如果多個信号的相位一緻時，所得到的疊加信号的瞬時功率就會遠遠大于信号的平均功率，導緻出現較大的峰值平均功率比（PAR）。這樣就對發射機内放大器的線性度提出了很高的要求，如果放大器的動态範圍不能滿足信号的變化，則會為信号帶來畸變，使疊加信号的頻譜發生變化，進而導緻各個子信道之間的正交性遭到破壞，産生互相幹擾，使系統性能惡化[5]。
2.5 OFDM系統關鍵技術
（1）同步技術
OFDM系統中的同步包括載波同步、樣值同步和符号同步三部分。載波同步是為了實作接收信号的相幹解調，而符号同步是為了區分每個OFDM符号塊的邊界。OFDM系統對同步精度的要求更高，同步偏差會在OFDM系統中引起ISI和ICI。
（2）信道估計
加入循環字首後的OFDM系統可等效為N個獨立的并行子信道。如果不考慮信道噪聲，N個子信道上的接收信号等于各自子信道上的發送信号與信道的頻譜特性的頻率乘積。如果通過估計方法預先獲知信道的頻譜特性，将各子信道上的接收信号與信道的頻譜特性相除，即可實作接收信号的正确解調。信道估計的方法很多，在無線通信中，一般采用插入導頻的方法進行信道估計。如何設計導頻圖案和性能好、複雜度低的信道估計算法是OFDM系統中的一項重要研究内容。
（3）信道編碼
信道編碼可顯著的提高數字通信的抗幹擾能力。在OFDM系統中，可使用任意傳統的信道編碼，如分組碼、卷積碼、網格編碼調制（TCM）以及Turbo碼等，現在的發展方向是在OFDM系統中結合多天線技術使用空時編碼，即所謂的MIMO-OFDM技術，這項技術可顯著的提高OFDM的性能，将成為下一代無線通信系統的熱點技術。
（4）降低峰均功率比
由于OFDM信号時域上表現為N個正交子載波信号的疊加，當這N個信号恰好均以峰值點相加時，OFDM信号也将産生最大峰值，該峰值功率是平均功率的N倍。盡管峰值功率出現的機率較低，但為了不失真地傳輸這些高峰均功率比（Peak to Average Power Ratio，PAPR）的OFDM信号，發送端對高功率放大器（HPA）的線性度要求很高且發送效率極低，接收端對前端放大器以及A/D變換器的線性度要求也很高。是以，高的PAPR使得OFDM系統的性能大大下降甚至直接影響實際應用。為了解決這一問題，人們提出了基于信号畸變技術、信号編碼技術、符号擾碼技術和基于信号空間擴充等降低OFDM系統的PAPR方法。
（5）信道時變性的影響
信道時變性引起接收信号的多普勒擴充，使OFDM信号的正交性遭到破壞，引起子載波之間的幹擾，造成系統性能下降。克服多普勒擴充的傳統方法是采用信道編碼加交織技術來抵抗信道性能的下降。最近的發展是利用多普勒分集技術将多普勒擴充變害為利，進而提高系統的性能。
（6）自适應技術
采用OFDM技術的好處是可以根據信道的頻率選擇性衰落情況動态的調整每個子載波上的資訊比特數和發送功率，進而優化系統性能，稱為自适應比特和功率配置設定（也稱為自适應調制技術），在多使用者情況下，如何為每個使用者最優的配置設定系統資源，進而使系統的發送功率最低或者使系統的傳輸速率最高，是一個非常複雜的問題。在OFDM系統中使用自适應技術，還應該考慮頻率分組、時間間隔、信道總延遲和信道估計誤差等因素，其中信道估計誤差對性能的影響較大。
（7）其他相關技術
除了以上與OFDM本身相關的技術之外，在具體系統中使用OFDM技術時，還應該考慮具體系統的實際情況。如在蜂窩移動通信系統中，需考慮的問題包括：上下行鍊路的實作方式、多址接入方法，以及與高層協定的聯合優化等。
仿真的結果如下圖4.2所示，
圖4.2 OFDM系統誤碼率性能分析
圖4.2中的實線、星号和圓圈分表示采用子空間分解方法、最大似然方法和相關比對方法表示仿真結果。由圖可見用（12）、（13）式計算的結果與仿真的結果吻合的非常好。同時也看到，在本文的情況下，子空間分解方法比其它的方法好的多，這是由于信道估計的優化問題是非凸的，是以不可避免地容易陷入局部極小造成的。
本文在采用不等長分組的OFDM系統，該系統不加循環字首就可現實信道的盲估計。子空間分解方法和相關比對方法及最大似然方法進行仿真，仿真的結果表明：本文介紹的方法可以實作信道的盲估計，而且還表明，子空間分解方法比其餘的兩種都好。而且本方法不用加入循環字首，就能在發射序列中引入周期平穩性，因而在不會降低傳輸效率的基礎上還能進行信道估計。
下面是對輸入信号在等長分組和不等長分組情況下，結合用子空間分解方法，并利用MonteCarlo方法仿真進行比較。
圖4.3 等長分組和不等分組仿真圖
從上圖4.3中我們可以看到，改進算法進一步提高了估計的精度，同時其計算法複雜度也降低了。在相同信噪比的情況下，改進的算法能獲得更好的性能。這是因為改進算法是在發射序列中引入周期平穩性，因而不受信道零點位置的限制，而且本方法不用加循環字首，是以也不會降低傳輸效率。而等長分組中加入了循環字首(CP)，雖然可以消除子信道幹擾（ICI），但是若子信道的頻率響應為零，該子信道上的調制信号無法恢複。