OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) là nằm trong một lớp các kỹ thuật điều chế đa sóng mang trong thông tin vô tuyến. Còn trong các hệ thống thông tin hữu tuyến chẳng hạn như trong hệ thống ASDL, các kỹ thuật này thường được nhắc đến dưới cái tên DMT (Descrete MultiTone).
OFDM là một kĩ thuật phức tạp với nhiều khâu khác nhau. Lý thuyết OFDM mặc dù ra đời rất sớm, từ những năm 60 nhưng do trở ngại của tiến bộ khoa học thời bấy giờ mà lí thuyết này khó được áp dụng. Cho tới những năm gần đây, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành xử lí tín hiệu số (Digital Signal Processing) và vi điện tử mà các hạn chế trước đây của OFDM đã được khắc phục và đưa vào ứng dụng. Hiện nay, OFDM là một giải pháp ưu việt nhất cho việc phát triển các hệ thống băng rộng từ truyền hình số đến mạng WLAN, WMAN,…
OFDM thực chất là cũng là một phương pháp điều chế tần số đúng như tên của nó, nhưng khác với FDM, kĩ thuật OFDM cho phép sử dụng băng thông sẵn có một cách cực kì hiệu quả, hơn hẳn so với FDM.
Trong FDM, thông tin được truyền trên những dải tần số khác nhau, mỗi một thuê bao sẽ chiếm giữ một dải tần nhỏ tương ứng với lượng thông tin cần truyền. Tuy nhiên, trong thực tế, dải tần nhỏ này phải được mở rộng hơn ra để khắc phục hiện
tượng nhiễu giữa các dải. Chính vì thế mà hiệu suất sử dụng tần phổ là rất thấp, điều này càng trở nên tệ hại với những dải tần hẹp.
Hình 3.5 dưới đây so sánh giữa FDM và OFDM.
Hình 3-9: So sánh giữa FDM và OFDM
Việc sử dụng TDM trong các hệ thống số là một giải pháp nhằm tăng khả năng truyền dẫn. Tuy nhiên, trong truyền thông không dây TDM có hai vấn đề cơ bản. Thứ nhất, vì nó hệ thống số nên một lượng lớn thông tin sẽ phải dùng cho điều khiển, gây lãng phí. Thứ hai, nó dễ gặp vấn đề đối với hiện tượng đa đường.
OFDM khắc phục được tất cả các hạn chế của TDM và FDM. OFDM cũng chia dải tần ra làm nhiều dải hẹp hơn. Các dải này có thể chồng lên nhau, tuy nhiên sóng mang của từng kênh phải đảm bảo yêu cầu trực giao. Nếu khoảng cách sóng mang được chọn sao cho những sóng mang trực giao sao trong chu kỳ ký hiệu thì những tín hiệu có thể được khôi phục mà không giao thoa hay chồng phổ.
Ý tưởng chính trong kỹ thuật OFDM là việc chia luồng dữ liệu trước khi phát đi thành N luồng dữ liệu song song có tốc độ thấp hơn và phát mỗi luồng dữ liệu đó trên một sóng mang con khác nhau. Các sóng mang này là trực giao với nhau, điều này được thực hiện bằng cách chọn độ dãn cách tần số giữa chúng một cách hợp lý.
Hình 3-10: Nguyên lý tạo một kí hiệu OFDM
Hình 3.6 cho thấy nguyên lý tạo một ký hiệu OFDM, các bit (hoặc luồng bit, tùy vào loại điều chế) thông tin b1,b2,.,.bn được điều chế bởi các sóng mang Ψ1, Ψ2,... Ψn
trực giao với nhau. Sau đó các sóng mang thông tin này được cộng trong bộ tổng Σ thành tín hiệu s(t) để truyền đi.
Tính trực giao giữa các sóng mang là yếu tố quan trọng nhất trong kĩ thuật OFDM
Xét về mặt vật lí, hai sóng mang trực giao với nhau thì khi giải điều chế tín hiệu này, bộ giải điều chế sẽ không nhận thấy các tín hiệu kia. Kết quả sẽ các tín hiệu sẽ không gây nhiễu lên nhau.
Xét về mặt toán học, hai sóng Ψp(t), Ψq(t) gọi là trực giao với nhau khi nó thỏa mãn công thức:
Trong đó Ψq*(t) là liên hiệp phức của Ψq(t).
Có nhiều bộ hàm trực giao nhưng nổi tiếng nhất là hàm lũy thừa tạo cơ sở cho phép biến đổi Fourier Ψk(t)=ejωkt với ωk=ω0+2πk/T, với T là chu kì tín hiệu của một symbol. Đây là cơ sở cho việc sử dụng biến đổi FFT trong hệ thống OFDM.
Còn xét về mặt phổ, điểm phố có năng lượng cao nhất của sóng mang này sẽ rơi vào điểm không của sóng mang kia. Như hình 3.7 dưới đây
Hình 3-11: Phổ năng lượng trong OFDM
Để tránh hiện tượng nhiễu ISI giữa các kí hiệu lân cận nhau trong điều chế OFDM, người ta giải quyết bằng cách thêm một thời khoảng bảo vệ Tg, đoạn này chính là bản sao của ký hiệu tích cực trong Tg giây trước như ở hình 3.8. Trong hình 3.8, Ts là độ dài theo thời gian của một symbol, N là số sóng mang, BW là toàn bộ băng thông.
Hình 3-12: Dải bảo vệ trong một kí hiệu
Ðoạn thêm vào này thường được gọi là CP (cyclic prefix) bởi vì nó làm cho ký hiệu OFDM như là tuần hoàn đối với máy thu. Tín hiệu thu sau đó sẽ được xấp xỉ bằng phép chập tuần hoàn giữa tín hiệu phát và đáp ứng xung của kênh.