ADSL 中多載波通信的應(yīng)用論文

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【摘要】文章首先介紹了OFDM基本原理，然后對實(shí)際的ADSL系統(tǒng)進(jìn)行基本理論分析。

關(guān)鍵詞：正交頻分復(fù)用（OFDM）；離散多音調(diào)制（DMT）；不對稱用戶數(shù)據(jù)環(huán)路（ADSL）

1．引言

數(shù)字信號處理的發(fā)展使多載波調(diào)制的大規(guī)模應(yīng)用成為可能。目前，MCM技術(shù)[1]已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于諸如xDSL、DVB和DAB等系統(tǒng)。同時，三代以后（3Gbeyond）的移動通信系統(tǒng)則以MCM（OFDM）技術(shù)最受矚目。DMT被認(rèn)為是頻域中最佳多載波調(diào)制的實(shí)現(xiàn)方法，它是目前ADSL系統(tǒng)中廣泛采用的調(diào)制技術(shù)。

2．OFDM原理

2.1基本模型

一個OFDM符號包括多個經(jīng)過調(diào)制的子載波的合成信號，其中每個子載波都可以受到相移鍵控調(diào)制（PSK）或者正交幅度調(diào)制（QAM）[2]。

如果N表示子信道的個數(shù)，T表示OFDM符號的寬度，dii0,1N1是分配給每個子信道的數(shù)據(jù)符號，fc是第0個子載波的載波頻率，開始的OFDM符號可以表示為

其中實(shí)部和虛部分別對應(yīng)OFDM符號的同步和正交分量。

OFDM系統(tǒng)基本模型框圖如圖1所示

圖1OFDM系統(tǒng)基本模型框圖

在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)數(shù)據(jù)符號的調(diào)制方式，每個子載波的幅值和相位都可能是不同的。

每個子載波在一個OFDM符號周期內(nèi)都包含整數(shù)倍個周期，而且各個相鄰子載波之間相差一個周期。這一特性可以用來解釋子載波之間的正交性，即：

例如對式1中的第j個子載波進(jìn)行解調(diào)，然后在時間長度T內(nèi)進(jìn)行積分，即

2.2保護(hù)間隔和循環(huán)前綴

應(yīng)用OFDM的最主要原因是它可以有效的對抗多經(jīng)[3]時延擴(kuò)展。通過把輸入的數(shù)據(jù)串并變換到N個并行的子信道中，使得每個用于調(diào)制子載波的數(shù)據(jù)符號周期可以擴(kuò)大為原始數(shù)據(jù)符號的N倍，因此時延擴(kuò)展與符號周期的比值也同樣降低N倍。為了最大限度地消除符號間干擾，還可以在每個OFDM符號間插入保護(hù)間隔，而且該保護(hù)間隔長度一般要大于無線信道的最大時延擴(kuò)展，這樣一個符號的多徑分量就不會對下一個符號產(chǎn)生干擾。在這段保護(hù)時間間隔內(nèi)，可以不插入任何信號，即是一段空閑的傳輸時段。然而在這種情況中，由于多徑傳播的影響，會產(chǎn)生信道間干擾（ICI）。由于每個OFDM符號中都包括所有的非零子載波信號，而且也同時會出現(xiàn)OFDM符號的時延信號。由于在FFT運(yùn)算時間長度內(nèi)，第一子載波與帶有時延的第二子載波之間的周期個數(shù)之差不再是整數(shù)，所以當(dāng)接收機(jī)試圖對第一子載波進(jìn)行解調(diào)時，第二子載波會對此造成干擾。同樣，當(dāng)接收機(jī)對第二子載波進(jìn)行解調(diào)時，也會存在來自第一子載波的干擾。

為了消除由于多徑造成的ICI，OFDM符號需要在其保護(hù)間隔內(nèi)填入循環(huán)前綴信號，這

樣就可以保證在FFT周期內(nèi)，OFDM符號的延時副本內(nèi)所包含的波形的周期個數(shù)也是整數(shù)。

這樣，時延小于保護(hù)間隔的時延信號就不會在解調(diào)過程中產(chǎn)生ICI。．實(shí)際ADSL系統(tǒng)

采用頻分復(fù)用的ADSL系統(tǒng)在局端和用戶端的結(jié)構(gòu)如圖2圖3所示，系統(tǒng)采用如圖4所示的頻譜劃分方案。由于高速下行信道和中速上行信道的頻譜完全分開，我們可采用濾波器來分離不同頻帶內(nèi)的信息，不需要采用計(jì)算復(fù)雜度很高的回波抵消技術(shù)，因此可使系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度大大降低。為了便于實(shí)際系統(tǒng)中各種濾波器的實(shí)現(xiàn)，我們在頻譜分割方案中保留了兩條過渡帶，即4-25.875kHz和103.5-198.375kHz[4]。對高速下行系統(tǒng)和中速上行系統(tǒng)均采用DMT調(diào)制[5]技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。

圖2局

圖3用戶端

圖4信道頻譜劃分

基于DMT調(diào)制技術(shù)的收發(fā)信機(jī)系統(tǒng)如圖5所示。取下行系統(tǒng)的抽樣速率為2208kHz，

上行系統(tǒng)的抽樣速率為276kHz，令每個子信道的帶寬為4.3125kHz，下行系統(tǒng)的子信道范圍為46-256，上行系統(tǒng)的子信道范圍為6-24。在圖中，CP表示循環(huán)前綴，D/A和A/D分別表示數(shù)/模和模/數(shù)變換。

圖5基于DMT調(diào)制的收發(fā)信機(jī)系統(tǒng)

4．結(jié)語

ADSL是多載波調(diào)制技術(shù)的一項(xiàng)典型應(yīng)用，本文考慮了采用頻分復(fù)用方式實(shí)現(xiàn)的ADSL系統(tǒng)，該方式具有實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度低的優(yōu)點(diǎn)。多載波調(diào)制技術(shù)在帶限信道中的優(yōu)越性能已得到理論上的證明，用快速傅立葉變換作為其實(shí)現(xiàn)手段又大大減少了其計(jì)算量，將其應(yīng)用到ADSL系統(tǒng)中可獲得不少益處，現(xiàn)有硬件集成度與速度均可滿足要求。

參考文獻(xiàn)

[1]佟學(xué)儉,羅濤.《OFDM移動通信技術(shù)原理與應(yīng)用》人民郵電出版社2003.6

[2]吳濱.DMT技術(shù)在ADSL系統(tǒng)中的應(yīng)用及實(shí)現(xiàn)通信論壇2001.12

[3]朱正平,劉益成.ADSL核心技術(shù)DMT的實(shí)現(xiàn)江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)2002.9

[4]毛婕.ADSL中的DMT技術(shù)淺析電力系統(tǒng)通信2001.6

[5]唐剛.ADSL中離散多音調(diào)制_DMT_技術(shù)分析通信技術(shù)