OFDM 是什麼?

OFDM(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing,正交頻分複用)是一種數碼調制技術:把一條高速數據流分拆到大量互相正交、可重疊排列的低速子載波上並行傳輸。它憑藉極高的頻譜效率與出色的抗多徑干擾能力,成為 Wi-Fi、4G/5G、數碼電視廣播與 DSL 寬頻的共同基礎。本頁講解 OFDM 的運作原理、正交性概念、優缺點,以及與 OFDMA 的分別。

OFDM 的核心思想:化整為零、並行傳輸

傳統單載波傳輸把全部數據放在一條載波上高速發送,速度越快、每個符號的時間越短,訊號經牆身傢俬反射造成的多徑時延便越容易令前後符號互相重疊,形成符號間干擾(ISI)。OFDM 反其道而行:把高速數據流分拆成數十至數千條低速子數據流,各自放在一個子載波上並行傳送。每條子載波速度低、符號時間長,反射時延相對變得微不足道,抗干擾能力大幅提升。

「正交」是 OFDM 的精髓:子載波的頻率間隔經過精確設計,使每個子載波頻譜的峰值剛好落在相鄰子載波頻譜的零點上。子載波因此可以互相重疊排列而互不干擾,毋須像傳統頻分複用(FDM)般在頻道之間預留空白保護頻帶——頻譜利用率因而大幅提高。收發兩端利用快速傅里葉變換(FFT/IFFT)高效完成子載波的合成與分離,這亦是 OFDM 能在消費級晶片上普及的關鍵。

OFDM 傳輸的運作流程

  1. 串並轉換——把高速數據流分拆成多條並行的低速數據流,每條對應一個子載波。
  2. 子載波調制——每條子數據流以 QAM 等方式調制到各自的子載波上;訊號質素好的環境可用更高階的調制(如 256-QAM)提升速率。
  3. IFFT 合成——以反快速傅里葉變換把全部子載波合成為一個時域訊號發送。
  4. 加入循環前綴——在每個符號前複製符號尾段作緩衝(Cyclic Prefix / Guard Interval),吸收多徑反射的時延,防止符號間干擾。
  5. 接收端 FFT 分離——接收端去除循環前綴後,以快速傅里葉變換把訊號還原成各個子載波,逐一解調並重組為原始數據流。

OFDM 的優點與弱點

類別項目說明
優點頻譜效率高子載波正交重疊排列,毋須保護頻帶,同樣頻寬承載更多數據
抗多徑干擾強符號時間長加上循環前綴,室內反射環境仍能穩定解調,特別適合 Wi-Fi
抗窄帶干擾及頻率選擇性衰落干擾或衰落只影響少數子載波,配合編碼糾錯即可恢復數據
弱點峰均功率比(PAPR)高大量子載波疊加產生高訊號峰值,對功率放大器線性度要求高、增加功耗
對頻率偏移敏感收發兩端須精確同步,頻率偏移或相位噪聲會破壞子載波正交性
循環前綴開銷每個符號的前綴不承載新數據,構成固定傳輸開銷

OFDM 的應用範圍

① Wi-Fi 無線網絡

802.11a/g 開始採用 OFDM,802.11n/ac 沿用並擴闊頻道,Wi-Fi 6(802.11ax)更把子載波間隔縮至四分一,並引入 OFDMA 多用戶調度。

② 4G / 5G 流動網絡

LTE 下行採用 OFDMA、上行採用其低 PAPR 變體 SC-FDMA;5G NR 上下行均以 CP-OFDM 為基礎,並支援多種子載波間隔以適應不同場景。

③ 數碼廣播

數碼電視 DVB-T/T2 與數碼音訊廣播 DAB 均採用 OFDM,利用其抗多徑特性實現單頻網絡(SFN)覆蓋。

④ 有線寬頻

DSL 以離散多音調制(DMT,OFDM 的有線形式)在電話線上傳輸寬頻;電力線通訊(PLC)亦採用 OFDM 對抗線路噪聲。

OFDM 與 OFDMA:一字之差的分別

兩者經常被混淆:OFDM 是調制技術,OFDMA 是建基於 OFDM 的多址接入技術。OFDM 下每個傳輸時刻整個頻道的全部子載波只服務一個用戶,多用戶只能輪流傳送;OFDMA 把子載波分組成多個資源單位(RU),同一時刻分配給不同用戶並行收發。Wi-Fi 5 及之前使用 OFDM,Wi-Fi 6 引入 OFDMA,高密度環境的效率因而大幅提升——詳細調度機制見 OFDMA 是什麼

比較項目OFDMOFDMA
性質調制技術(單用戶)多址接入技術(多用戶)
同一時刻服務用戶1 個,獨佔全部子載波多個,各佔一組資源單位
Wi-Fi 世代802.11a/g/n/ac802.11ax(Wi-Fi 6)起
擅長場景單一裝置大流量傳輸多裝置小數據包、高密度環境

權威資料依據

本文核對資料:IEEE 802.11IEEE 802.11n

不確定如何應用於實際環境?我們的工程師可按現場情況提供建議,免費解答及報價。

WhatsApp 即時查詢

常見問題

OFDM 的「正交」是什麼意思?
正交指子載波之間的數學關係:每個子載波的頻譜峰值,剛好落在相鄰子載波頻譜的零點上。子載波因此可以互相重疊排列而不產生干擾,接收端仍能把每個子載波的數據完整分離。這使 OFDM 的頻譜利用率遠高於須在頻道之間留空白保護頻帶的傳統頻分複用(FDM)。
為什麼 OFDM 能抵抗多徑干擾?
無線訊號經牆身、傢俬反射會產生多條不同時延的路徑,令高速單載波訊號的符號互相重疊(符號間干擾)。OFDM 把高速數據流分拆到大量低速子載波上,每個子載波的符號時間大幅拉長,反射時延相對變得微不足道;再配合循環前綴(Cyclic Prefix)作緩衝,反射訊號落在前綴時段內即不影響解調。這是 OFDM 特別適合室內 Wi-Fi 環境的關鍵原因。
哪些技術使用 OFDM?
OFDM 是現代寬帶通訊的共同基礎:Wi-Fi(802.11a/g/n/ac/ax)、4G LTE 與 5G NR 的下行鏈路、數碼電視廣播(DVB-T/T2)、數碼音訊廣播(DAB)、DSL 寬頻(以 DMT 形式)以及電力線通訊均採用 OFDM 或其變體。
OFDM 與 OFDMA 有什麼分別?
OFDM 是調制技術:把一個用戶的數據分拆到全部子載波傳輸,每個傳輸時刻整個頻道只服務一個用戶。OFDMA 是建基於 OFDM 的多址接入技術:把子載波分組成多個資源單位,同一時刻分配給不同用戶並行收發。Wi-Fi 5 及之前使用 OFDM,Wi-Fi 6 引入 OFDMA。
OFDM 有什麼缺點?
OFDM 的主要弱點:一是峰均功率比(PAPR)高——大量子載波疊加會產生較高的訊號峰值,對功率放大器的線性度要求高,影響裝置功耗;二是對頻率偏移及相位噪聲敏感,收發兩端須精確同步,否則破壞子載波正交性;三是循環前綴佔用部分傳輸時間,構成固定開銷。

需要規劃企業 Wi-Fi 網絡?

我們的工程師可按場地環境、裝置密度與應用需求規劃 Wi-Fi 6 / Wi-Fi 7 AP 佈點、頻道與漫遊配置,由勘察、佈線到調試一站式完成,歡迎查詢及免費報價。

WhatsApp 免費報價

延伸閱讀

若閣下正計劃相關工程或需要選購設備,歡迎瀏覽網絡工程服務了解方案詳情,或透過網上快速報價與我們的工程師聯絡。

產品規格以原廠最新文件為準;有需要請聯絡我們工程師。