OFDMA是OFDM技術的演進，將OFDM和FDMA技術結合。在利用OFDM對信道進行子載波化后，在部分子載波上加載傳輸數據的傳輸技術。OFDMA又分為子信道（Subchannel）OFDMA和跳頻OFDMA。

　　OFDMA基本原理

　　多徑效應是目前無線系統面臨的挑戰之一。多徑來自發射器和接收器間的反射，反射在不同時刻到達接收器。分離各反射的時間間隔被稱為延遲擴展。當延遲擴展與發送的符號時間（Symbol Time）大致相等時，這種干擾有可能引發問題。典型的延遲擴展時長幾微秒，與CDMA符號時間接近。OFDMA的符號時間大致在100微秒，因而多徑現象的影響不太嚴重。為緩解多徑效應，在每一符號后插入一個約10微秒、稱為循環前綴的警戒邊帶。

　　為得到更高數據速率，OFDM系統必須比CDMA系統更有效地利用頻寬。每單位赫茲的位數稱為頻譜效率。采用高階調制是實現更高效率的方法之一。階數是指每一子載波發送的位數。例如，在正交振幅調制（QAM）中，每載頻發送2位。在16 QAM和64 QAM中，每個子載波分別發送4和6位。在4G系統，因預期會采用64 QAM，所以其頻譜效率很高。OFDMA針對多用戶通信進行了優化，尤其是蜂窩電話和其它移動設備。

　　它是針對蜂窩電話長期演進（LTE）的最合適調制方案。在這種演變的過程中， OFDMA的名稱變為高速正交頻分復用分組接入（HSOPA）。OFDMA的變量由WiMAX論壇選為調制方案，后來又根據IEEE針對IEEE 802.16-2004（固話）和802.12e（移動）WiMAX的標準進行了標準化。

　　與CDMA（碼分多址接入）寬帶CDMA及通用移動通信系統（UMTS）這類3G調制方案相比，它的好處在于具有更高的頻譜效率和更好的抗衰落性能。對于低數據率用戶，它只需要更低的發射功耗，具有恒定而不是隨時間變化的更短延遲，以及避免沖突的更簡潔方法。

　　OFDMA會把副載波的子集分配給各個用戶。以關于信道狀態的反饋為基礎，系統能執行自適應用戶到副載波的分配。只要這些副載波分配被迅速地執行，與OFDM相比，快速衰退、窄帶同頻干擾性能都得到了改進。反過來，這又改進了系統的頻譜效率。

　　OFDMA將整個頻帶分割成許多子載波，將頻率選擇性衰落信道轉化為若干平坦衰落子信道，從而能夠有效地抵抗無線移動環境中的頻率選擇性衰落。由于子載波重疊占用頻譜，OFDM能夠提供較高的頻譜利用率和較高的信息傳輸速率。通過給不同的用戶分配不同的子載波，OFDMA提供了天然的多址方式，并且由于占用不同的子載波，用戶間滿足相互正交，沒有小區內干擾（如圖1所示）。同時，OFDMA可支持兩種子載波分配模式：分布式和集中式。在子載波分布式分配的模式中，可以利用不同子載波的頻率選擇性衰落的獨立性而獲得分集增益。

　　此外，因為OFDMA已成為下行鏈路的主流方案，上行鏈路如也采用OFDMA，LTE的上下行鏈路將具有最大的一致性，可以簡化終端的設計。

　　一個分配了M個子載波的用戶的傳輸信號可表示為：D =［d 0，d 1……d M-1］T，其中，T代表矩陣轉置，di是調制信號。

　　經過快速傅立葉反變換（IFFT）調制后，信號向量S =F N* T N，M D，其中TN，M代表子載波分配的映射矩陣，其元素是表達子載波的分布式或者集中式分配。F*N是N點IFFT矩陣，*代表共軛轉置，并且FN=［f 1T，f 2T……f NT］T

　　經過衰落信道和快速傅立葉變換（FFT）信號處理后，頻域的接收信號可以作如下表達：R=HTN，M D+n，其中H=diag（Hk），Hk是第k個子載波上的頻域響應；n是高斯噪聲向量；R=［r（0），r ⑴ ……r （N-1）］T，r （k）是第k個子載波上的接收信號。

　　由于OFDM的時域信號是若干平行隨機信號之和，因而容易導致高PAPR?；径说墓β氏拗葡鄬^弱，并且可以采用較為昂貴的功率放大器，所以在下行鏈路中，高PAPR不會帶來太大的問題。然而，在上行鏈路中，由于用戶終端的功率放大器要求低成本，并且電池的容量有限，因而高PAPR會將降低UE的功率利用率，減小上行的有效覆蓋。為避免OFDM的上述缺點，必須降低PAPR。

　　降低OFDM的PAPR的技術有很多，比如選擇性映射、削波和濾波等等。文獻［6］中證明了通過削波和濾波，可以將PAPR降低到6 dB以下時，同時對OFDM的性能影響很小，而且帶來的復雜度增加也是可以接受的。因此，本文將主要研究不同多址方案的鏈路級性能的比較。在OFDM中，采用快速傅立葉變換（FFT）將可用帶寬分成數學上正交的許多小帶寬。而頻帶的重構是由快速傅立葉反變換（IFFT）完成的。FFT和IFFT都是定義得很完善的算法，當大小為2的整數倍時，可被非常高效地實現。OFDM系統的典型FFT大小是512、1024和2048，而較小的 128和256也是可能的?？芍С?、10和20 MHz帶寬。該技術的一個優異特性是易于改用其它帶寬。即便整個可用帶寬改變了，較小的帶寬單元也可維持不變。例如：10MHz可分成1，024個小頻帶；而5MHz可分成512個小頻帶。這些典型大小為10 kHz的小頻帶被稱為子載波。

　　OFDMA技術分類

　　1.子信道OFDMA

　　子信道OFDMA將整個OFDM系統的帶寬分成若干子信道，每個子信道包括若干子載波，分配給一個用戶（也可以一個用戶占用多個子信道）。

　　2.跳頻OFDMA

　　子信道OFDMA對子信道（用戶）的子載波分配相對固定，即某個用戶在相當長的時長內使用指定的子載波組（這個時長由頻域調度的周期而定）。

　　這種OFDMA系統足以實現小區內的多址，但實現小區間多址卻有一定的問題。因為如果各小區根據本小區的信道變化情況進行調度，各小區使用的子載波資源難免沖突，隨之導致小區間干擾。如果要避免這樣的干擾，則需要在相鄰小區間進行協調（聯合調度），但這種協調可能需要網絡層的信令交換的支持，對網絡結構的影響較大。一種很好的選擇就是采用跳頻OFDMA。

　　OFDM優點

　　通過把高速率數據流進行串并轉換，使得每個子載波上的數據符號持續長度相對增加，從而有效地減少由于無線信道時間彌散所帶來地ISI，進而減少了接收機內均衡器地復雜度，有時甚至可以不采用均衡器，而僅僅通過插入循環前綴地方法消除ISI的不利影響。

　　OFDM技術可效的抑制無線多徑信道的頻率選擇性衰落。因為OFDM的子載波間隔比較小，一般的都會小于多徑信道的相關帶寬，這樣在一個子載波內，衰落是平坦的。進一步，通過合理的子載波分配方案，可以將衰落特性不同的子載波分配給同一個用戶，這樣可以獲取頻率分集增益，從而有效的克服了頻率選擇性衰落。

　　傳統的頻分多路傳輸方法是將頻帶分為若干個不相交的子頻帶來并行傳輸數據流，各個子信道之間要保留足夠的保護頻帶。而OFDM系統由于各個子載波之間存在正交性，允許子信道的頻譜相互重疊，因此于常規的頻分復用系統相比，OFDM系統可以最大限度的利用頻譜資源。

　　LTE 網規網優基礎知識問答匯總 - Made by UNREGISTERED version of Easy CHM各個子信道的正交調制和解調可以分別通過采用IDFT（Inverse Discrete Fourier Transform）和DFT實現，在子載波數很大的系統中，可以通過采用IFFT（Inverse Fast Fourier Transform）和FFT實現，隨著大規模集成電路技術和DSP技術的發展，IFFT和FFT都是非常容易實現的。

　　無線數據業務一般存在非對稱性，即下行鏈路中的數據傳輸量大于上行鏈路中的數據傳輸量，這就要求物理層支持非對稱的高速率數據傳輸，OFDM系統可以通過使用不同數量的子信道來實現上行和下行鏈路中不同的傳輸速率。

　　OFDM缺點

　　易受頻率偏差的影響。由于子信道的頻譜相互覆蓋，這就對他們之間的正交性提出了嚴格的要求，無線信道的時變性在傳輸過程中造成了無線信號頻譜偏移，或發射機與接收機本地振蕩器之間存在頻率偏差，都會使OFDM系統子載波之間的正交性遭到破壞，導致子信道間干擾（ICI，Inter-Channel Interference），這種對頻率偏差的敏感性是OFDM系統的主要缺點之一。

　　存在較高的峰值平均功率比。多載波系統的輸出是多個子信道信號的疊加，因此如果多個信號的相位一致時，所得到的疊加信號的瞬時功率就會遠遠高于信號的平均功率，導致較大的峰值平均功率比（PAPR，Peak-to-Average power Ratio），這就對發射機內放大器的線性度提出了很高的要求，因此可能帶來信號畸變，使信號的頻譜發生變化，從而導致各個子信道間的正交性遭到破壞，產生干擾，使系統的性能惡化。