正交频分复用（OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing）是一种特殊的多载波传送方案，单个用户的信息流被串/并变换为多个低速率码流（100 Hz~50 kHz），每个码流都用一条载波发送。OFDM弃用传统的用带通滤波器来分隔子载波频谱的方式，改用跳频方式选用那些即便频谱混叠也能够保持正交的波形，因此我们说，OFDM既可以当作调制技术，也可以当作复用技术。OFDM增强了抗频率选择性衰落和抗窄带干扰的能力。在单载波系统中，单个衰落或者干扰可能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。纠错码的应用可以帮助其恢复一些易错载波上的信息。像这样用并行数据传送和频分复用的思路早在20世纪60年代的中期就被提出来了。图1所示为频分复用（FDM）信号频谱与OFDM信号频谱的比较。
图1：频分复用（FDM）信号频谱与OFDM信号频谱的比较
在传统的并行通信系统中，整个系统频带被划分为N个互不混叠的子信道，每个子信道被一个独立的信源符号调制，即N个子信道被频分复用。这种做法，虽然可以避免不同信道互相干扰但却以牺牲频带利用率为代价，这在频带资源如此紧张的今天尤其不能忍受。上个世纪中期，人们又提出了频带混叠的子信道方案，信息速率为a，并且每个信道之间距离也为a Hz，这样可以避免使用高速均衡和抗突发噪声差错，同时可以充分利用信道带宽，节省了50%。为了减少各个子信道间的干扰，我们希望各个载波间正交。这种“正交”表示的是载波的频率间精确的数学关系。
各个子信道中的正交调制和解调可以采用逆快速傅立叶变换（IFFT）和快速傅立叶变换（FFT）方法来实现，随着大规模集成电路技术与数字信号处理（DSP）技术的发展，IFFT和FFT都非常容易实现。FFT的引入，大大降低了OFDM实现的复杂性，提升了系统的性能。图2所示为OFDM发送接收机结构。
图2：OFDM发送接收机结构框图
传统的频分复用的载波频率之间有一定的保护间隔，通过滤波器接收所需信息。在这样的接收机下，保护频带分隔不同载波频率，这样就使频谱的利用率低。OFDM不存在这个缺点，它允许各载波间频率互相混叠，采用了基于载波频率正交的FFT（快速傅里耶变换）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。尽管还是频分复用，但已与过去的FDMA有了很大的不同：不再是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 接收机实际上是一组解调器，它将不同载波搬移至零频，然后在一个码元周期内积分，其载波由于与所积分的信号正交，因此不会对这个积分结果产生影响。OFDM的高数据速率与子载波的数量有关，增加子载波数目就能提高数据的传送速率。OFDM每个频带的调制可以不同，这增加了系统的灵活性，大多数通信系统都能提供两种以上的业务来支持多个用户，OFDM适用于多用户的高灵活度、高利用率的通信系统。但OFDM存在下面一些缺点，如下表1所示。
表1：OFDM的不足
OFDM研究的热点，主要集中在信道分配技术和多天线技术。信道分配是指为用户分配信道，它有多种方式，最主要的两种是分组信道分配、自适应信道分配。
1）分组信道：最简单的方法是将信道分组分配给每个用户，这样可以使由于失真、各信道能量的不均衡和频偏所造成的用户间的干扰最小。但载波分组会使信号容易衰落。载波跳频可以解决这个问题。分组随机跳频空闲时间较短，约11个字符时间。利用时间交织和前向纠错可以恢复丢失的数据，但是会降低系统容量增加信号时延。
2）自适应跳频：这是一种新的基于信道性能的跳频技术。信道用来传递对它来说具有最佳信噪比的信号。因为每个用户的位置不同，所以信号的衰落模式也不相同，因此每个用户收到的最强信号都不同于其他用户，从而相互之间不会发生冲突。初步研究表明，在频率选择性信道采用自适应跳频可以大幅提高信号接收功率，能够达到5~20dB，令人惊异。事实上，自适应跳频消除了频率选择性衰落。
多径信道中，速率为1 Gbit/s的信号的频响特性每15cm就会发生很大的变化，因此信号的频率刷新速率要比15cm的移动速率快很多，一般情况下终端每移动5cm刷新一次就足够了。比如终端以每小时60km的速度移动，刷新速率就是大约330次/秒。跳频的开销比特数量与用户速率、用户数量以及系统是全双工还是半双工有关。全双工系统的接收机和发射机的工作频率的间隔至少应大于40MHz，信道数量是用户数的两倍，发射的参考码字的数量比用户数多1个，也就是说除了每个用户需要发送一个参考码字外，基站的前向信道也必需发送一个。采用并行通信可以减少参考码字，20个用户可以共用一个参考码字。对于一个l0Mbit/s带宽全双工系统，有100个速率为50Kbit/s的用户，调制方式是QPSK，其开销比特将占整个数据的30%~50%。而时分半双工系统可以减少开销比特，只有10%~15％。
当信道变化太快，跳频速度跟不上时，用随机跳频代替自适应跳频。由于这种转换非常快，所以衰落时间很短暂，采用时间交错和前向纠错能够补偿这种衰落。时间交错要求尽可能短，否则会增加时延。
OFDM的另外一个极有前途的方向--多天线技术。OFDM由于码率低和加入了时间保护间隔而具有极强的抗多径干扰能力。由于多径时延小于保护间隔，所以系统不受码间干扰的困扰，这就允许单频网络（SFN）可以用于宽带 OFDM系统，依靠多天线来实现，即采用由大量低功率发射机组成的发射机阵列消除阴影效应，来实现完全覆盖。
多天线系统非常适用于无线局域网。一般的局域网由于阴影效应，信号无法完全覆盖，需要使用中继器。对于传统系统来说，中继器可能会带来多径干扰，但OFDM不存在这个问题，它的中继器可以加在任何需要的地方，不仅可以完全覆盖网络，并早可以消除多径干扰。
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