各个子载波的正交性，采用FFT实现这种调制，在实际应用中，傅立叶变换设备的复杂度、发射机和接收机振荡器的稳定性以及射频功率放大器的线性要求等因素约束了OFDM技术的实现。终于在20世纪80年代，大规模集成电路的出现促进了FFT技术的实现，OFDM逐步进入数字移动通信的领域。90年代，OFDM开始被欧洲和澳大利亚广泛用于广播信道的宽带数据通信，数字音频广播(DAB)、高清晰度数字电视(HDTV)和无线局域网(WLAN)。随着DSP芯片技术的发展，格栅编码技术、软判决技术、信道自适应技术等成熟技术的应用，OFMD技术的实现和完善指日可待。
由于OFDM可以有效地消除信号多径传播所造成符号干扰(ISI)，OFDM技术良好的性能使得它在很多领域得到了广泛的应用。随着因特网的发展，人们对数据业务的需求也不断增大，人们希望移动通信系统能提供更广泛的业务种类，包括话音、视频、多媒体和宽带数据业务等。为了实现真正意义上的宽带无线系统，国际电信联盟已开始着手制定下一代移动通信系统，即4G。随着4G标准的制定，OFDM将作为主流技术写入4G标准中。
由于技术的可实现性，在二十世纪90年代，OFDM广泛用于各种数字传输和通信中，如移动无线FM信道、高比特率数字用户线系统(HDSL)、不对称数字用户线系统(ADSL)、甚高比特率数字用户线系统(VHDSL)、数字音频广播(DAB)系统、数字视频广播(DVH)和HDTV地面传播系统。IEEE802.11a通过了一个5GHz的无线局域网标准，其中OFDM调制技术被采用为物理层标准，使得传输速率可以达54Mbps。这样，可提供25Mbps的无线ATM接口和1OMbps的以太网无线帧结构接口，并支持语音、数据、图像业务。这样的速率完全能满足室内、室外的各种应用场合[2]。
2001年，IEEE802.16通过了无线城域网标准，该标准根据使用频段的不同，具体可分为视距(LOS)和非视距(NLOS)两种。其中，使用2-11GHz许可和免许可频段，由于在该频段波长较长，适合非视距传播，此时系统会存在较强的多径效应，而在免许可频段还存在干扰问题，所以系统采用了抵抗多径效应、频率选择性衰落或窄带干扰上有明显优势的OFDM调制，多址方式为OFDMA。
2004年11月，根据众多移动通信运营商、制造商和研究机构的要求，3GPP通过被称为Long Term Evolution (LTE)即“3G长期演进”的立项工作项目以制订3G演进型系统技术规范作为目标。OFDM由于技术的成熟性，被选用为下行标准很快就达成了共识。而上行技术的选择上，由于OFDM的高峰均比(PAPR)使得一些设备商认为会增加终端的功放成本和功率消耗，限制终端的使用时间，一些则认为可以通过滤波、削峰等方法限制峰均比。不过，经过讨论后，最后上行还是采用了SC-FDMA方式。
B3G/4G是ITU提出的目标，B3G/4G的目标是在高速移动环境下支持高达1OOMb/s的下行数据传输速率，在室内和静止环境下支持高达1Gb/s的下行数据传输
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速率，而OFDM技术也将扮演重要的角色。
与下一代移动通信系统有关的OFDM系统的关键技术有以下几方面。 (1)时域和频域同步
OFDM系统对定时和频率偏移敏感，特别是实际应用中与FDMA、TDMA和CDMA等多址方式结合使用时，时域和频率同步显得尤为重要。与其他数字通信系统一样，同步分为捕获和跟踪两个阶段。在下行链路中，基站向各个移动终端广播发送同步信号，所以下行链路同步相对简单，较易实现。在上行链路中，来自不同移动终端的信号必须同步到达基站才能保证子载波间的正交性。基站根据个移动终端发来的子载波所携带信息进行时域和频域同步信息的提取，再由基站发回移动终端，以便让移动终端进行同步。具体实现时，同步将分为时域同步和频域同步，也可以时域和频域同时进行同步。
(2)信道估计
在OFDM系统中，信道估计器的设计主要有两个问题：一是导频信息的选择，由于信道常常是衰落信道，需要不断对信道进行跟踪，因此导频信息也必须不断的发送；二是复杂度较低和导频跟踪能力良好的信道估计器的设计。在实际设计中，导频信息的选择和最佳估计器的设计通常又是互相关联的，因为估计器的性能与导频信息的传输方式有关。
(3)信道编码和交织
为了提高数字通信系统的性能，信道编码和交织是普遍采用的方法。对于衰落信道衰落中的随机错误，可以采用信道编码；对于衰落信道中的突发错误，可以采用交织技术。实际应用中，通常同时采用信道编码和交织，进一步改善整个系统的性能。在OFDM系统中，如果信道衰落不是太严重，均衡是无法再利用信道的分集特性来改善系统性能的，因为OFDM系统自身已经具有利用信道分集特性的能力。但是，OFDM系统的结构却为在子载波间进行编码提供了机会，形成COFDM方式。编码可以采用各种码，例如分组码、卷积码等，其中卷积码的效果要比分组码好。
(4)降低峰值平均功率比
由于OFDM信号在时域上表现为N个正交子载波信号的叠加，当这N个信号恰好均以峰值相加时，OFDM信号也将产生最大峰值，该峰值功率是平均功率的N倍。尽管峰值功率出现的概率较低，但为了不失真地传输这些高PAPR的OFDM信号，发送端对高功率放大器（HPA）的线性度要求很高，从而导致发送效率极低，接收端对前端放大器以及A/D变换器的线性度要求也很高。因此，高PAPR使得OFDM系统的性能大大下降甚至直接影响实际应用。为了解决这一问题，人们提出了基于信号畸变技术、信号扰码技术和基于信号空间扩展等降低OFDM系统PAPR的方法。
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(5)均衡
在一般的衰落环境下，OFDM系统中均衡不是有效改善系统性能的方法。因为均衡的实质是补偿多径信道引起的码间干扰，而OFDM技术本身已经利用了多径信道的分集特性，因此，在一般情况下，OFDM系统就不必再做均衡了。在高度散射的信道中，信道记忆长度很长，循环前缀的长度只要很长，就够使ISI不出现。但是，CP长度过长必然导致能量大量损失，尤其对子载波个数不是很大的系统。这时，可以考虑加均衡器以使CP的长度适当减小，即通过增加系统的复杂性换取系统频带利用率的提高
(6)自适应技术
采用OFDM技术的好处是可以根据信道的频率选择性衰落情况动态地调整每个子载波上的信息比特率和发送功率，从而优化系统性能，称为自适应比特和功率分配，在许多文献中也称为自适应调制技术。在多用户情况下，如何为每个用户最优的分配系统资源，从而使系统的发送功率最低或者是系统的传输速率最高，是一个非常复杂的问题。在OFDM系统中使用自适应技术，还应考虑频率分组、时间间隔、信道总延迟和信道估计误差等因素，其中信道估计误差对性能的影响较大。
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1.3 课题研究的主要内容
(1)当一个OFDM符号在无线信道中传输，通过采用数据加扰来抵抗频率选择性衰落的缺点，以达到分散比特错误，使其在时间上近似均匀分布。
(2)系统利用傅里叶变换过采样分析解决伪信号的出现，使系统更优化。 (3)参数的选择需要在多项要求冲突中进行折中考虑，在选择参数时进行了大量的实验验证，最后选出误码率最低的参数。
(4)为了最大限度的消除符号间干扰，通过实验分析了保护间隔和循环前缀的异同，以及得到结论，循环前缀比保护间隔使系统更优化。
(5)通过分析，选择了QPSK调制方式，因为其是等能量调制，不会由于星座点的能量不等而带来峰值均值功率比较大的问题。
(6)通过实验，可以大概了解到OFDM系统的性能。
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第2章 OFDM系统基本原理
2.1 原理
正交频分复用（OFDM）技术与频分复用（FDM，Frequency Division Multiplexing）技术的原理十分相似。与FDM相同的是，OFDM把高速的数据流通过串/并变换，分配到速率相对较低的若干个频率子信道中进行传输，不同的是，OFDM技术更好地利用了控制方法，使频谱利用率有所提高。
2.1.1 OFDM基本原理
OFDM是一种特殊的多载波传输方案，它是一种调制技术，也是一种复用技术。多载波传输把数据流分解成若干子比特流，这样每个子数据流将具有低得多的比特速率，用这样的低比特率形成低速率多状态符号再去调制相应的子载波，就构成多个低速率符号并行发送的传输系统。正交频分复用是对多载波调制的一种改进。其特点为各子载波相互正交，频谱可以相互重叠，这样不但减小了子载波间的相互干扰，还大大提高了频谱利用率。
OFDM技术的主要思想是将指配的信道分成许多正交子信道，在每个子信道上进行调制和传输，信号带宽小于信道的相关带宽。OFDM将一个数据信息流串并变换为多个低速率码流(100Hz-50kHz)，每个码流用一条载波发送。OFDM采用跳频方式选用即便频谱混叠也能保持正交的波形，所以OFDM既有调制技术，也有复用技术。OFDM增强了抗频率选择性衰落的能力。在单载波系统中，单个衰落或干扰会导致整条链路不可用，但在多载波系统中，只会有一小部分载波受影响。
OFDM是允许各载波间的频率互相混叠，采用基于载波频率正交的FFT调制，由于各个载波的中心频点处没有其他载波的频谱分量，所以能够实现各个载波的正交。不用通过很多带通滤波器来实现，而是直接在基带处理，这也是OFDM有别于其他系统的优点之一。OFDM的接收机也是一组解调器，它将不同载波搬移至零频，在一个码元周期内积分，其他载波由于与所积分的信号正交，所以积分为零。OFDM的高数据速率与子载波的数量有关，增加子载波数目能提高数据的传送速率。
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2.1.2 串并转换
典型的数据传输是利用串行数据流，符号被连续传输，每一个数据符号的频域
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可占据整个可利用的带宽。但如果利用并行数据传输系统中，许多符号被同时传输，就可以减少那些在串行系统中出现的问题。
在OFDM系统中，每个传输符号速率的大小大约在几十bps到几十Kbps之间，所以必须进行串并变换，将其转换为可以传输的OFDM符号。由于调制模式可以自适应调节，所以每个子载波的调制模式是可变化的，因而每个子载波可传输的比特数也是可以变化的，所以串并转换需要分配给每个子载波数据段的长度是不一样的。在接收端执行相反的过程，从各个子载波处来的数据被转换回原始的串行数据。
当一个OFDM符号在多径无线信道中传输时，频率选择性衰落会导致某几组子载波受到相当大的衰减，从而引起比特错误。这些在信道频率响应上的零点会造成在邻近的子载波上发射的信息受到破环，导致在每个符号中出现一连串的比特错误。与一大串错误连续出现的情况相比较，大多数前向纠错编码（FEC）在错误分布均匀的情况下会工作的更有效。所以，为了提高系统的性能，大多数系统采用数据加扰作为并串转换工作的一部分。这可以通过把每个连续的数据比特随机的分配到各个子载波上来实现。在接收端，进行一个对应的逆过程解出信号。这样，不仅可以还原出数据比特原来的顺序，同时还可以分散由于信道衰落引起的连续的比特错误使其在时间上近似均匀分布。这种做法可以提高前向纠错编码的BER性能，并且系统的总体性能也会得到改进。
2.1.3 子载波调制
一个OFDM符号间之内包含多个经过相移键控（PSK）或者正交幅度调制（QAM）的子载波。其中，N表示子载波的个数，T表示OFDM符号的持续时间（周期)，di（i=0,1,2,…,N-1）是分配给每个子载波的数据符号，fi是第i个子载波的载波频率，矩形函数rec?t??1,|t|?T/2，则从t?ty时刻开始的OFDM符号可以表示为：
?N?1?s(t)?Re??direct?ts?Texp?j2?fi?t?ts???,ts?t?ts?T (2-1)
2?i?0???s(t)?0,t?ts?t?T?ts
一旦将要传输的比特分配到各个子载波上，某一种调制模式则将它们映射为子载波的幅度和相位，通常采用等效基带信号来描述OFDM的输出信号，
N?1i?0s(t)??direct?ts?T?i???exp?j2??t?t??,t?t?t?T (2-2) 2T??ssss(t)?0,t?ts?t?T?ts
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