Một vấn đề quan trọng trong hệ thống OFDM đó là việc ứng dụng biến đổi Fourier (FT-Fourier Transform) vào điều chế và giải điều chế tín hiệu. Kỹ thuật này phân chia tín hiệu ra thành từng khối N số phức. Sử dụng biến đổi Fourier nhanh ngược IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) cho mỗi khối và truyền nối tiếp. Tại phía thu, bản tin gửi đi được phục hồi lại nhờ biến đổi Fourier nhanh FFT (Fast Fourier Transform) các khối tín hiệu lấy mẫu thu được. FFT là một dạng biến đổi Fourier rời rạc (DFT) nhưng cho hiệu quả tính toán cao hơn nên được dùng trong các hệ thống thực tế. Kỹ thuật điều chế OFDM kết hợp với các phương pháp mã hóa (coding) và ghép xen (interleaving) thích hợp cho phép truyền dữ liệu tốc độ cao qua kênh vô tuyến với độ tin cậy cao.
Một lược đồ khối tổng quát của một hệ thống thu phát OFDM điểm-điểm đơn giản được chỉ ra như Hình 2.4 dưới đây. Nguyên lý cơ bản của OFDM là chia luồng dữ liệu tốc độ cao từ một nguồn dữ liệu thành N luồng dữ liệu tốc độ thấp hơn. Các luồng này sau đó được điều chế một cách độc lập sử dụng MPSK (M-ary Phase Shift Keying) hoặc MQAM (M-ary Quadrature Amplitude Modulation). Các luồng này được truyền đồng thời qua N sóng mang con trực giao sử dụng bộ chuyển đổi nối tiếp – song song (S/P). Các dữ liệu qua các sóng mang con này được tổng hợp lại thành một ký hiệu OFDM. Theo định nghĩa toán học, nếu , k = 0, 1, 2, …, N – 1, là các ký tự đầu vào phức của sóng mang con thứ k tại thời điểm thứ m, N là số sóng mang con, và T là khoảng thời gian ký hiệu, thì một ký hiệu OFDM bắt đầu tại trong ký hiệu băng tần cơ sở dạng phức có thể được viết thành:
∑
(2.1)
trong đó, √
Tín hiệu OFDM băng tần cơ sở phức được định nghĩa trong công thức (2.1) tương đương với biến đổi Fourier ngược của N ký hiệu đầu vào M-PSK (hoặc M- QAM). Tương ứng rời rạc trong miền thời gian là biến đổi Fourier rời rạc ngược (IDFT). Bởi vậy, IDFT và biến đổi Fourier rời rạc (DFT) được sử dụng cho điều chế và giải điều chế các chòm sao dữ liệu trên các sóng mang con trực giao.
Bộ điều chế MPSK (hoặc MQAM) S/P Xử lý trên miền tần số IFFT Xử lý trên miền thời gian P/S CP Bộ điều chế MPSK (hoặc MQAM) P/S Xử lý trên miền tần số Bộ cân bằng FFT Xử lý trên miền thời gian Loại CP S/P x(n) Xm(n) Xm.0 Xm,1 Xm,N-1 Ym,0 Ym,1 Ym,N-1 s(n) (a) Máy phát (b) Máy thu r(n) x(n) Xm(n) (OC1) (OC2) (OC1) (OC2) ^ ^
Hình 2.4. Sơ đồ khối tổng quát của một bộ thu phát OFDM
Các thuật toán xử lý tín hiệu này thay thế các bộ điều chế và giải điều chế trong pha và pha vuông góc (I/Q). Các mẫu rời rạc của ký hiệu OFDM được cho bởi:
∑
( ) (2.2)
Khoảng bảo vệ cho mỗi ký hiệu OFDM được chọn lớn hơn trải trễ kênh mong muốn để các thành phần đa đường từ một ký hiệu không thể gây nhiễu tới ký hiệu tiếp theo. Khoảng bảo vệ không cần chứa bất kỳ tín hiệu đặc biệt nào, nhưng sự mở rộng theo chu kỳ của tín hiệu OFDM trong khoảng bảo vệ đảm bảo rằng các bản sao trễ của ký hiệu luôn luôn có một số nguyên chu kỳ với khoảng FFT. Điều này được duy trì cho tới khi trễ nhỏ hơn khoảng bảo vệ (ví dụ như tiền tố vòng (CP)-là một sự lặp lại của một đoạn cuối của khối số liệu và được gán tới đầu của đoạn tải số liệu) và ảnh hưởng của kênh phân tán theo thời gian bằng với một vòng cyclic. Dựa vào các đặc tính của vòng cyclic, nhiễu liên ký tự (ISI) có thể được loại bỏ bằng phương pháp cân
truyền dẫn OFDM. Tiếp sau bộ chuyển đổi song song-nối tiếp (P/S), tín hiệu OFDM băng gốc s(n) được lấy mẫu lên cao và đưa qua bộ chuyển đổi số-tương tự (D/A) để chuyển tín hiệu số thành tín hiệu tương tự. Tín hiệu OFDM băng gốc sau đó được lọc thông thấp, nâng tần tới tần số trung tâm mong muốn bằng cách sử dụng một bộ trộn và một bộ tạo dao động nội (LO), và được khuếch đại bởi bộ khuếch đại công suất (PA).
Như đã chỉ ra trên Hình 2.4, máy thu hoạt động ngược lại so với máy phát, trộn tín hiệu RF thành tín hiệu băng gốc cho xử lý. Sau đó, tín hiệu được lọc thông thấp, được chuyển đổi thành tín hiệu số sử dụng bộ chuyển đổi tương tự-số (A/D), và lấy mẫu giảm xuống. Luồng tín hiệu nối tiếp lấy mẫu theo thời gian này được chuyển đổi thành các luồng song song với một bộ chuyển đổi S/P và tiền tố vòng được loại bỏ từ tín hiệu tổng hợp nhận được, rm,n. Sau đó, DFT được sử dụng để chuyển đổi dữ liệu miền thời gian sang miền tần số:
̂ ∑
( ) (2.3)
Các luồng song song này sau đó được giải điều chế thành dữ liệu số và được kết hợp với nhau sử dụng bộ chuyển đổi P/S thành luồng bít nối tiếp, cuối cùng được phân phát tới bộ góp dữ liệu.
Tại máy thu, phát hiệu khung là một nhiệm vụ quan trọng. Hơn nữa, sự đồng bộ và định thời tần số được yêu cầu trước khi ký hiệu OFDM có thể được giải điều chế đúng. Sự ước tính và cân bằng kênh một cách phù hợp cũng sẽ được yêu cầu tùy theo các đòi hỏi về BER của hệ thống truyền thông. Một đoạn đã biết được gửi trước mỗi khung OFDM để cho phép máy thu đồng bộ và ước tính kênh.
Dựa vào tổng của các sóng mang tại máy phát, tín hiệu OFDM tổng hợp trong miền thời gian có thể thể hiện các sự biến đổi lớn, mà được đặc trưng bởi một PAPR lớn. Khi xảy ra PAPR cao, bộ chuyển đổi D/A và PA của máy phát phải có dải động lớn để tránh sự cắt xén biên độ, dẫn đến tăng tiêu thụ công suất và giá thành thiết bị của máy phát. Có thể giảm PAPR của tín hiệu OFDM bằng cách sửa đổi các đặc trưng tín hiệu trong miền thời gian hoặc miền tần số, thông tin được phát tới máy thu thông qua kênh điều khiển (OC1) (nếu cần thiết). Thông tin này sẽ cho phép máy thu đảo ngược các thay đổi tại phía máy phát để giải điều chế chính xác các thông tin đã phát. Tương tự, nếu tín hiệu OFDM được thay đổi trong miền thời gian, thì thông tin được truyền tới máy thu thông qua kênh điều khiển (OC2) (nếu cần thiết) như chỉ ra trên Hình 2.4.