직교 주파수 분할 다중화

직교 주파수 분할 다중화의 핵심은 서로 직교하는 다수의 부반송파를 사용하여 데이터를 전송하는 데 있다. 직교성은 두 신호의 내적이 0이 되는 수학적 특성을 의미하며, 통신에서는 서로 다른 부반송파 간의 간섭이 없음을 보장한다. 구체적으로, 각 부반송파는 정수 배의 기본 주파수를 가지며, 하나의 부반송파의 주파수 스펙트럼 최대점에서 다른 모든 부반송파의 스펙트럼 값은 0이 된다[1]. 이로 인해 주파수 영역에서 신호들이 겹치더라도 수신측에서 완벽하게 분리해낼 수 있다.

이러한 직교성을 구현하기 위해 각 부반송파는 디지털 변조 방식(예: QPSK, QAM)으로 독립적으로 변조된다. 그러나 모든 부반송파를 개별적으로 생성하고 변조하는 것은 매우 복잡하다. 이를 해결하기 위해 역고속 푸리에 변환 연산이 사용된다. IFFT는 병렬로 입력된 여러 개의 변조된 심볼(각각이 하나의 부반송파에 해당하는 복소수 값)을 하나의 시간 영역 신호로 변환하는 효율적인 방법을 제공한다. 즉, 수학적 직교성은 IFFT/FFT 블록을 통해 물리적으로 간단하게 구현된다.

부반송파 간격은 직교성을 유지하는 데 가장 중요한 파라미터이다. 이 간격은 심볼 지속 시간의 역수와 같게 설정된다. 예를 들어, 심볼 지속 시간이 T초라면 부반송파 간격은 1/T Hz가 되어야 한다. 이 조건이 만족될 때, 수신기는 고속 푸리에 변환을 수행하여 각 부반송파에 실린 데이터 심볼을 정확하게 복원할 수 있다. 결과적으로, 직교 주파수 분할 다중화는 주파수 대역을 여러 개의 협대역 부채널로 나누어 전송하지만, 기존의 주파수 분할 다중화와 달리 부채널 간 보호 대역이 필요 없어 스펙트럼 효율성을 크게 높인다.

전송하고자 하는 고속의 디지털 데이터 스트림은 먼저 여러 개의 저속 부반송파 스트림으로 나뉜다. 각 부반송파는 독립적인 데이터 심볼을 운반하며, 이 과정을 주파수 대역 분할이라고 한다.

분할된 각 저속 스트림은 개별적인 부반송파에 실려 변조된다. 이때 각 부반송파의 중심 주파수는 서로 직교 관계를 유지하도록 설정되어, 스펙트럼이 부분적으로 중첩되더라도 간섭 없이 분리해 낼 수 있다. 이로 인해 기존의 주파수 분할 다중화 방식보다 훨씬 높은 스펙트럼 효율성을 달성할 수 있다.

주파수 대역 분할의 주요 이점은 넓은 대역을 여러 개의 협대역 부채널로 나눔으로써 주파수 선택적 페이딩의 영향을 완화한다는 점이다. 넓은 대역에서 발생하는 페이딩은 전체 부채널에 균일하게 영향을 미치지 않으며, 일부 부채널만 심하게 손상된다. 따라서 오류 정정 코딩과 함께 사용하면 손상된 부채널의 데이터를 복구할 수 있어 전반적인 시스템의 견고성이 향상된다.

주파수 대역 분할의 정도는 시스템 설계에 따라 달라질 수 있다. 일반적으로 사용되는 부반송파의 수는 응용 분야에 따라 수십 개에서 수천 개에 이른다. 예를 들어, Wi-Fi 표준인 IEEE 802.11a/g는 52개의 부반송파를 사용하는 반면, 4G LTE는 최대 1200개, 5G NR는 3300개까지 사용할 수 있다[2]. 부반송파 간격은 시스템의 심볼 지속 시간과 역수 관계에 있으며, 이 간격이 좁을수록 더 많은 부반송파를 동일한 대역폭에 배치할 수 있다.

직교 주파수 분할 다중화 시스템의 핵심은 효율적인 변조와 복조 과정이다. 이 과정은 이산 푸리에 변환 계열의 알고리즘, 특히 역고속 푸리에 변환과 고속 푸리에 변환을 통해 구현된다. 송신단에서는 IFFT가, 수신단에서는 FFT가 각각 사용되어 복잡한 다중 부반송파 신호 처리를 간단한 디지털 신호 처리로 변환한다.

구체적으로, 송신 과정에서는 전송하려는 고속의 직렬 데이터 스트림이 여러 개의 저속의 병렬 스트림으로 변환된 후, 각각이 개별 부반송파에 할당된다. 이렇게 생성된 병렬 데이터 심볼들은 IFFT 블록에 입력된다. IFFT는 주파수 영역에 분산되어 있는 이 데이터들을 시간 영역의 하나의 복합 신호로 변환한다. 이 변환의 결과는 각 부반송파가 서로 직교성을 유지하면서 중첩된 하나의 시간 도메인 신호가 된다. IFFT의 사용은 각 부반송파를 개별적인 발진기로 생성하고 합성하는 복잡한 아날로그 방식을 완전히 대체하여 하드웨어 구현을 극도로 단순화시켰다.

수신단에서는 정반대의 과정이 일어난다. 수신된 시간 영역의 복합 신호는 FFT 블록에 입력되어 다시 주파수 영역으로 변환된다. FFT 연산은 각 직교 부반송파 성분을 분리해내어, 원래의 병렬 데이터 스트림을 복원한다. IFFT/FFT 쌍의 사용은 시스템 설계를 간소화할 뿐만 아니라, 매우 효율적인 계산을 가능하게 한다. FFT 알고리즘의 계산 복잡도는 O(N log N) 수준으로, 부반송파 수가 증가해도 처리 부담이 선형적으로 증가하지 않아 대규모 부반송파 구성을 실용적으로 만든다.

IFFT/FFT의 크기(N)는 시스템이 사용하는 총 부반송파의 수를 결정하며, 이는 사용 가능한 대역폭과 부반송파 간격을 직접적으로 정의한다. 이 변환 과정은 OFDM이 넓은 대역을 수많은 협대역 부채널로 나누어 처리하는 방식을 디지털 영역에서 실현하는 수학적 기반을 제공한다.

직교 주파수 분할 다중화 시스템에서 가드 인터벌은 각 OFDM 심볼 사이에 삽입되는 보호 구간이다. 이 구간은 주로 다중 경로 전파로 인한 심볼 간 간섭을 완화하는 역할을 한다. 신호가 여러 경로를 통해 수신기에 도달하면, 지연된 경로의 신호가 다음 심볼 구간으로 침범하여 간섭을 일으킬 수 있다. 가드 인터벌은 이 지연 시간보다 긴 빈 구간을 제공하여, 지연된 신호가 다음 심볼의 유효 구간에 영향을 미치지 않도록 차단한다.

순환 접두사는 가드 인터벌을 구현하는 가장 일반적인 방법이다. 이는 각 OFDM 심볼의 마지막 일부 샘플을 복사하여 심볼의 맨 앞에 추가하는 방식이다. 따라서 가드 인터벌은 실제 데이터의 끝부분의 복사본으로 채워지게 된다. 이 방식은 두 가지 중요한 이점을 제공한다. 첫째, 심볼의 순환 구조를 유지하여 고속 푸리에 변환 기반의 주파수 영역 등화를 간단하게 만든다. 둘째, 다중 경로 지연이 순환 접두사의 길이보다 짧은 경우, 수신기는 간섭 없이 심볼의 원형 컨볼루션 특성을 유지한 채로 신호를 처리할 수 있다.

순환 접두사의 길이는 통신 환경에 따라 결정된다. 일반적으로 예상되는 최대 다중 경로 지연 확산보다 길게 설정하여 모든 지연 성분을 수용한다. 주요 시스템별 예시는 다음과 같다.

순환 접두사의 사용은 시스템에 오버헤드를 발생시킨다. 가드 인터벌 동안 전송되는 것은 중복 정보이므로, 전송 효율이 약간 감소한다. 따라서 시스템 설계자는 다중 경로 간섭 제거의 필요성과 스펙트럼 효율성 감소 사이의 균형을 고려하여 최적의 순환 접두사 길이를 선택한다.

직교 주파수 분할 다중화 시스템에서 사용되는 변조 방식은 각 부반송파에 개별적으로 적용된다. 기본적으로 직교 진폭 변조가 가장 널리 사용되며, 이는 위상과 진폭을 모두 변화시켜 하나의 심볼 당 여러 비트를 전송할 수 있게 한다. 구체적인 변조 방식의 선택은 채널 상태에 따라 동적으로 조정되며, 이는 적응 변조 및 코딩 기법의 핵심이다.

사용 가능한 변조 방식의 종류와 그 특성은 다음과 같다.

채널 상태가 양호할 때는 64-QAM이나 256-QAM과 같은 고차 변조를 사용해 데이터 전송률을 극대화한다. 반면, 채널 상태가 나쁘거나 간섭이 심한 경우에는 BPSK나 QPSK로 전환하여 신호의 강건성을 우선시한다. 이러한 선택은 기지국 또는 액세스 포인트가 단말기의 피드백을 기반으로 실시간으로 결정한다.

직교 주파수 분할 다중화의 핵심 장점 중 하나는 주파수 선택적 페이딩에 대한 강한 저항성을 보인다는 점이다. 주파수 선택적 페이딩은 무선 채널에서 특정 주파수 성분만 크게 감쇠되는 현상으로, 광대역 신호를 사용하는 기존의 단일 반송파 시스템에서는 신호 전체의 품질이 저하될 수 있다.

OFDM은 이러한 문제를 고속의 직렬 데이터 스트림을 다수의 저속의 병렬 부반송파로 변환하여 처리함으로써 극복한다. 각 부반송파의 대역폭은 전체 채널 대역폭에 비해 매우 좁기 때문에, 개별 부반송파가 경험하는 채널은 평탄한 페이딩[4]에 가깝게 된다. 따라서 특정 주파수 대역에서 깊은 페이딩이 발생하더라도, 그 영향은 해당 주파수에 할당된 소수의 부반송파에만 국한되고, 나머지 대다수의 부반송파는 정상적으로 수신될 수 있다.

이러한 특성은 등화기의 복잡도를 크게 줄이는 효과도 가져온다. 단일 반송파 시스템에서는 주파수 선택적 채널을 보상하기 위해 복잡한 시공간 등화기가 필요하지만, OFDM 시스템에서는 각 부반송파에 대해 단순한 1-탭 등화기(단일 복소수 승수)만으로 채널 보상을 수행할 수 있다. 이는 시스템 구현을 간소화하고 계산 부하를 감소시킨다.

결과적으로 OFDM은 다중 경로 전파로 인한 심볼 간 간섭을 효과적으로 억제하면서, 변동이 심한 무선 환경에서도 안정적인 고속 데이터 전송을 가능하게 하는 기반 기술이 되었다.

직교 주파수 분할 다중화의 높은 스펙트럼 효율성은 인접한 부반송파의 스펙트럼이 서로 중첩되도록 배치되면서도 직교성으로 인해 간섭이 발생하지 않는 구조에서 비롯된다. 기존의 주파수 분할 다중화 방식은 인접 채널 간의 간섭을 방지하기 위해 보호 대역을 두어 스펙트럼이 서로 겹치지 않게 설계했다. 그러나 OFDM은 각 부반송파의 주파수 응답이 싱크 함수 형태를 가지며, 그 최대점에서 다른 모든 부반송파의 응답은 0이 되는 직교 특성을 이용한다. 이로 인해 스펙트럼이 상당 부분 중첩되더라도 수신기에서 각 부반송파를 명확하게 분리해 낼 수 있다.

이러한 중첩 배치는 주어진 대역폭 내에 더 많은 부반송파, 즉 더 많은 데이터 심볼을 집어넣을 수 있게 만들어 전체적인 데이터 전송률을 높인다. 스펙트럼 효율성의 정량적 지표는 단위 대역폭(예: 1Hz) 당 전송할 수 있는 비트 수(bps/Hz)로 표현된다. OFDM은 고차수의 변조 방식(예: 64-QAM, 256-QAM)과 결합되어 매우 높은 스펙트럼 효율성을 실현한다.

다음 표는 OFDM과 전통적인 단일 반송파 방식 및 FDM 방식의 스펙트럼 활용 특성을 비교한다.

또한, OFDM은 주파수 선택적 페이딩에 강하기 때문에 변조 방식을 채널 상태에 따라 적응적으로 변경하는 적응 변조 및 코딩 기술과 쉽게 결합된다. 양호한 채널 조건의 부반송파에는 고차수 변조를, 열악한 채널 조건의 부반송파에는 저차수 변조나 강력한 채널 코딩을 적용하여 전체적인 링크의 스펙트럼 효율성을 최적화할 수 있다.

직교 주파수 분할 다중화는 부반송파 간의 직교성 덕분에 간섭과 잡음에 강한 특성을 보인다. 넓은 대역의 신호를 다수의 좁은 대역 부반송파로 분할하여 전송하기 때문에, 특정 주파수 대역에 집중된 협대역 간섭이 발생하더라도 전체 데이터 전송에 미치는 영향이 제한적이다. 간섭은 오직 해당 간섭 주파수와 겹치는 소수의 부반송파만을 손상시키며, 나머지 다수의 부반송파는 정상적으로 동작한다. 이는 단일 반송파 시스템에서 넓은 대역 신호 전체가 간섭에 취약한 점과 대비되는 장점이다.

잡음에 대한 강인성은 주로 효율적인 오류 정정 부호와의 결합에서 비롯된다. OFDM 시스템은 일반적으로 순방향 오류 수정 부호화를 적용하여 전송 오류를 복원한다. 좁은 대역의 각 부반송파는 상대적으로 낮은 심볼 전송률로 동작하므로, 심볼 지속 시간이 길어져 다중 경로 지연 확산에 의한 심볼 간 간섭 영향이 감소한다. 이는 가드 인터벌과 함께 작용하여 시간 영역의 간섭을 효과적으로 제거한다.

주요 간섭 저항 메커니즘을 다음 표로 정리할 수 있다.

또한, 시스템은 손상된 부반송파의 데이터를 재전송하거나, 부반송파 간 보간 기술을 통해 주변 부반송파의 정보로부터 복구하는 방식으로 견고성을 높일 수 있다. 이러한 특성들은 OFDM을 불안정한 무선 채널 환경에서도 안정적인 고속 데이터 전송을 가능하게 하는 핵심 요소이다.

무선 LAN 표준, 특히 IEEE 802.11 계열의 현대적 규격에서 직교 주파수 분할 다중화는 핵심적인 물리 계층 기술로 채택되었다. 초기 802.11a/g 규격부터 2.4 GHz 또는 5 GHz 대역에서 OFDM을 사용하여 데이터를 전송했으며, 이는 고속 데이터 전송을 가능하게 하는 기반이 되었다.

더 높은 데이터 속도와 신뢰성을 요구하는 802.11n (Wi-Fi 4) 및 이후 규격에서는 OFDM을 기반으로 한 고급 기술들이 도입되었다. 예를 들어, MIMO 기술과 OFDM을 결합하여 공간 다중화를 구현함으로써 데이터 처리량을 크게 증가시켰다. 802.11ac (Wi-Fi 5)는 주로 5 GHz 대역에서 더 넓은 채널 대역폭(최대 160 MHz)과 더 높은 차수의 변조(256-QAM)를 OFDM과 함께 사용하여 기가비트급 속도를 실현했다.

최신 규격인 IEEE 802.11ax (Wi-Fi 6 및 Wi-Fi 6E)는 OFDM의 기본 프레임 구조를 유지하면서 다중 사용자 환경에서의 효율성을 극대화하기 위해 직교 주파수 분할 다중 접속을 도입했다. OFDMA는 단일 채널 내의 부반송파들을 여러 사용자에게 동시에 할당할 수 있게 하여, 혼잡한 네트워크 환경에서의 지연 시간을 줄이고 처리량을 개선한다.

직교 주파수 분할 다중화는 4세대 이동 통신인 LTE와 5세대 이동 통신인 5G NR의 하향링크 전송 방식의 핵심 기술로 채택되었다. 이 기술은 높은 데이터 전송률과 주파수 효율성을 요구하는 현대 이동 통신에 적합한 특성을 제공한다. LTE에서는 하향링크 데이터 전송의 기본 다중 접속 방식으로 OFDMA를 사용하여, 기지국이 다수의 사용자에게 주파수와 시간 자원을 동시에 효율적으로 할당할 수 있게 한다.

5G NR에서는 LTE의 OFDM 기반 프레임 구조를 계승하면서도 더욱 유연한 파라미터 설정을 도입했다. 이를 통해 다양한 서비스(예: eMBB, URLLC, mMTC)에 맞춰 서브캐리어 간격과 심볼 길이를 동적으로 변경할 수 있다. 특히, 밀리미터파 대역에서의 넓은 대역폭 활용을 가능하게 하여 기가비트급의 초고속 데이터 전송을 실현하는 기반이 되었다.

LTE와 5G에서 OFDM이 채택된 주요 이유는 다음과 같다.

이러한 특성으로 인해 OFDM은 고속 이동 환경에서도 안정적인 광대역 통신을 지원하며, MIMO 기술과 결합되어 데이터율과 링크 안정성을 극대화하는 데 기여한다.

직교 주파수 분할 다중화는 디지털 가입자 회선 기술의 핵심 변조 방식으로 광범위하게 채택되었다. 특히 비대칭 디지털 가입자 회선과 초고속 디지털 가입자 회선 표준에서 사용된다. 전화선과 같은 기존 연선은 높은 주파수 대역에서 심한 주파수 선택적 페이딩과 감쇠를 보이는데, 직교 주파수 분할 다중화는 넓은 대역을 수백 개의 좁은 직교 부반송파로 나누어 각각을 독립적으로 변조함으로써 이러한 채널 왜곡을 효과적으로 극복한다.

ADSL과 VDSL 시스템에서 직교 주파수 분할 다중화는 사용 가능한 스펙트럼을 다수의 부반송파(톤)로 분할한다. 각 톤은 직교성을 유지하며, 채널 상태에 따라 개별적으로 최적의 변조 방식을 할당한다. 이는 비트 로딩 알고리즘으로 구현되며, 신호 대 잡음비가 높은 주파수 톤에는 더 높은 차수의 변조를, 상태가 나쁜 톤에는 적은 비트를 할당하거나 아예 사용하지 않는다. 이를 통해 주어진 채널 조건에서 최대의 데이터 전송률을 달성한다.

표준별로 구체적인 파라미터는 다음과 같이 차이를 보인다.

직교 주파수 분할 다중화 기반 DSL의 주요 장점은 교차 간섭과 임펄스 잡음에 대한 강인함이다. 가드 인터벌과 순환 접두사의 도입이 다중 경로 지연 확산을 흡수하며, 좁은 대역폭의 부반송파는 협대역 간섭의 영향을 국소화시켜 전체 채널 성능을 유지하게 한다. 이 기술은 기존 구리선 인프라를 고속 데이터 통신에 재활용하는 데 결정적인 역할을 했다.

OFDMA는 직교 주파수 분할 다중화의 다중 접속 변형 기술이다. 기존 OFDM이 단일 사용자에게 모든 부반송파를 할당하는 방식이라면, OFDMA는 다수의 사용자에게 시간과 주파수 자원을 동시에 유연하게 분배하여 다중 접속을 가능하게 한다. 이는 기본적인 OFDM 프레임 구조를 기반으로 하여, 사용자별로 서로 다른 부반송파 그룹(서브캐리어 블록 또는 리소스 블록)을 할당하는 방식으로 작동한다.

주요 구성 요소와 작동 방식은 다음과 같다. 시스템은 사용 가능한 전체 대역폭을 다수의 직교하는 부반송파로 나눈다. 기지국 또는 액세스 포인트는 채널 상태 정보를 기반으로 각 사용자에게 최적의 부반송파 집합을 동적으로 할당한다. 이 할당은 시간 영역과 주파수 영역 모두에서 이루어지며, 이를 통해 주파수 다이버시티 이득을 얻고 주파수 선택적 페이딩의 영향을 완화할 수 있다. 사용자 데이터는 할당받은 특정 부반송파들에만 실려 전송된다.

다음 표는 OFDMA의 주요 특징과 이점을 요약한다.

이 기술은 특히 상향 링크와 하향 링크 모두에서 높은 효율성을 요구하는 4G LTE 및 5G NR 이동 통신 시스템의 핵심 다중 접속 기술로 채택되었다. 또한 대규모의 IoT 기기 연결을 지원해야 하는 M2M 통신이나 Wi-Fi 6 (802.11ax)에서도 용량과 효율성을 높이기 위해 OFDMA를 적용하고 있다.

SC-FDMA는 직교 주파수 분할 다중화의 높은 PAPR 문제를 완화하기 위해 개발된 변조 방식이다. 특히 업링크 통신, 즉 단말기에서 기지국으로의 데이터 전송에 적합하도록 설계되었다. 높은 PAPR은 전력 증폭기의 효율을 떨어뜨리고 배터리 수명을 단축시키므로, 전력 제약이 큰 이동 단말기에 OFDM을 직접 적용하는 것은 비효율적이다. SC-FDMA는 이러한 문제를 해결하면서도 OFDM이 제공하는 다중 경로 페이딩에 대한 강인함과 높은 스펙트럼 효율성의 장점을 대부분 유지한다.

SC-FDMA의 핵심 동작 원리는 시간 영역의 데이터 심볼을 먼저 주파수 영역으로 변환한 후, 특정 규칙에 따라 사용 가능한 부반송파에 매핑하고, 다시 역고속 푸리에 변환을 통해 시간 영역 신호로 변환하는 것이다. 이 과정에서 데이터는 여전히 단일 반송파 방식과 유사한 형태로 전송되어 신호의 피크값이 평균값에 비해 크게 증가하는 현상이 억제된다. 결과적으로 SC-FDMA 신호의 PAPR은 기존 OFDM 신호보다 현저히 낮아, 이동 단말기의 전력 증폭기가 더 높은 효율로 동작할 수 있게 한다.

SC-FDMA는 주파수 영역에서의 신호 매핑 방식에 따라 두 가지 주요 형태로 구분된다.

이 기술의 가장 대표적인 응용 사례는 LTE 및 5G NR 이동 통신 표준의 업링크 전송 방식이다. LTE 표준에서는 SC-FDMA를 업링크의 기본 다중 접속 방식으로 채택하여 단말기의 전력 효율성을 극대화했다. 5G NR에서는 초고대역파와 같은 특정 주파수 대역이나 장치 대 장치 통신과 같은 특정 시나리오에서도 유사한 원리의 DFT-s-OFDM 방식을 활용하고 있다.

직교 주파수 분할 다중화 시스템의 주요 단점 중 하나는 높은 PAPR을 가진다는 점이다. PAPR은 피크 대 평균 전력비를 의미하며, 다수의 부반송파 신호가 위상이 일치하는 순간 매우 높은 순간 전력 피크가 발생할 수 있다. 이는 OFDM 신호가 다수의 독립적인 부반송파의 합으로 구성되기 때문에 나타나는 통계적 현상이다.

높은 PAPR은 시스템의 비선형 왜곡을 유발한다. 특히 전력 증폭기는 선형 동작 영역에서 효율이 낮고, 효율을 높이기 위해 포화 영역 근처에서 동작시키면 높은 피크 전력이 클리핑이나 상호 변조 왜곡을 일으킨다. 이로 인해 신호 품질이 저하되고, 대역 외 방사가 증가하여 인접 채널 간섭이 발생할 수 있다. 따라서 높은 PAPR을 완화하기 위한 다양한 기술이 연구되고 적용된다.

주요 PAPR 감소 기술은 다음과 같다.

이러한 기술들은 시스템의 복잡도, 스펙트럼 효율성, 신호 품질 간의 트레이드오프 관계를 고려하여 선택된다. 특히 전력 소모에 민감한 상향링크(예: 이동 단말)에서는 PAPR 문제가 더욱 중요하게 여겨져, SC-FDMA와 같은 대안 기술이 채택되기도 한다.

직교 주파수 분할 다중화 시스템은 다수의 직교하는 부반송파를 사용하여 데이터를 전송한다. 이 직교성은 각 부반송파의 주파수 간격이 정확히 심볼율의 역수일 때 성립한다. 만약 송신기와 수신기 사이에 주파수 오프셋이 존재하면, 이 정밀한 주파수 관계가 깨지게 된다. 주파수 오프셋은 일반적으로 국부 발진기의 불일치나 도플러 효과에 의해 발생한다.

주파수 오프셋이 발생하면 두 가지 주요 문제가 나타난다. 첫째, 부반송파 간의 직교성이 상실되어 부반송파 간 간섭이 발생한다. 이는 하나의 부반송파 신호가 인접한 다른 부반송파에 간섭을 일으켜 시스템 성능을 심각하게 저하시킨다. 둘째, 각 부반송파에 적용되는 위상 회전이 시간에 따라 누적된다. 이는 성상도가 회전하거나 흐려져 수신기에서 데이터를 정확히 복조하기 어렵게 만든다.

이러한 민감도를 완화하기 위해 다양한 동기화 기법이 사용된다. 대표적으로 프리앰블 신호를 이용한 주파수 오프셋 추정 및 보상 기법이 있다. 프리앰블은 미리 약속된 훈련 심볼로 구성되어, 수신기가 이를 분석하여 오프셋 크기를 추정하고 이를 보정한다. 또한, 순환 접두사는 시간 동기 오류에 대한 완충 역할을 하지만, 주파수 오프셋 자체를 제거하지는 않는다. 현대의 이동 통신 시스템에서는 지속적인 추적 루프를 통해 미세한 주파수 오차도 실시간으로 보정한다.

주파수 오프셋에 대한 민감도는 시스템 설계 시 중요한 고려 사항이다. 이를 관리하지 않으면 비트 오류율이 급격히 증가하여 통신 링크의 품질과 안정성을 크게 해칠 수 있다.

직교 주파수 분할 다중화 시스템은 부반송파 간의 정확한 직교성을 유지하기 위해 엄격한 시간 및 주파수 동기화를 요구한다. 동기화가 정확하게 이루어지지 않으면 부반송파 간 간섭이 발생하여 시스템 성능이 심각하게 저하된다. 필요한 동기화는 크게 심볼 타이밍 동기화와 반송파 주파수 동기화로 구분된다.

심볼 타이밍 동기화는 직교 주파수 분할 다중화 심볼의 시작 지점을 정확히 찾는 과정이다. 수신기는 가드 인터벌과 순환 접두사의 특성을 이용하여 심볼 경계를 탐지한다. 타이밍 오차가 발생하면 고속 푸리에 변환 윈도우의 위치가 어긋나서 심볼 간 간섭과 부반송파 간 간섭이 동시에 발생할 수 있다.

반송파 주파수 동기화는 수신기의 로컬 오실레이터 주파수를 송신기의 그것과 일치시키는 과정이다. 주파수 오프셋이 존재하면 부반송파 간의 직교성이 깨져 심각한 성능 열화를 초래한다. 주파수 오프셋은 일반적으로 정수 배 주파수 오프셋과 분수 배 주파수 오프셋으로 나뉘며, 각각 다른 기법으로 보상한다. 실제 시스템에서는 프리앰블이나 파일럿 심볼과 같은 참조 신호를 삽입하여 동기화를 달성한다.

이러한 높은 동기화 요구사항은 직교 주파수 분할 다중화 시스템 설계의 복잡성을 증가시키는 주요 요인 중 하나이다. 특히 고속 이동 환경에서는 도플러 확산으로 인한 주파수 오프셋이 더 커져 동기화 알고리즘의 정밀도와 속도가 더욱 중요해진다.