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多載波通信在ADSL中的應用
【摘要】文章首先介紹了 OFDM 基本原理，然后對實際的 ADSL 系統(tǒng)進行基本理論分析。
關鍵詞：正交頻分復用（OFDM）；離散多音調(diào)制（DMT）；不對稱用戶數(shù)據(jù)環(huán)路（ADSL）
中圖分類號：TN
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)模應用成為可能。目前，MCM技術[1]已經(jīng)被 廣泛應用于諸如xDSL、DVB和DAB等系統(tǒng)。同時，3代以后（3G beyond）的移動通信系統(tǒng) 則以MCM（OFDM）技術最受矚目。DMT被認為是頻域中最佳多載波調(diào)制的實現(xiàn)方法，它 是目前ADSL系統(tǒng)中廣泛采用的調(diào)制技術。
2．OFDM原理
2.1 基本模型
1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
其中實部和虛部分別對應 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 1 OFDM 系統(tǒng)基本模型框圖
在實際應用中，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1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 1個周期。這1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 個子載波進行解調(diào)，然后在時間長度T 內(nèi)進行積分，即
2.2 保護間隔和循環(huán)前綴
應用 OFDM 的最主要原因是它可以有效的對抗多經(jīng)[3]時延擴展。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)符號周期可以擴大為原始 數(shù)據(jù)符號的 N 倍，因此時延擴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 符號間插入保護間隔，而且該保護間隔長度1般要大于 無線信道的最大時延擴展，這樣1個符號的多徑分量就不會對下1個符號產(chǎn)生干擾。在這段 保護時間間隔內(nèi)，可以不插入任何信號，即是1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0 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 運算時間長度內(nèi)，第 1子載波與帶有時延的第2子載波之間的周期個數(shù)之差不再是整數(shù)，所以當接收機試圖對第 1子載波進行解調(diào)時，第2子載波會對此造成干擾。同樣，當接收機對第2子載波進行解調(diào) 時，也會存在來自第1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，時延小于保護間隔的時延信號就不會在解調(diào)過程中產(chǎn)生 ICI。
3．實際ADSL系統(tǒng)
采用頻分復用的 ADSL 系統(tǒng)在局端和用戶端的結(jié)構如圖 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，不需要采用計算復雜度很高的回波抵消技術，因此可使系統(tǒng)的實現(xiàn)復雜度大大降低。為了便于實際系統(tǒng)中各種濾波器的實現(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]技術來實現(xiàn)。
圖 2 局
圖 3 用戶端
圖 4 信道頻譜劃分
基于 DMT 調(diào)制技術的收發(fā)信機系統(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)信機系統(tǒng)
4．結(jié)語
ADSL 是多載波調(diào)制技術的1項典型應用，本文考慮了采用頻分復用方式實現(xiàn)的 ADSL系統(tǒng)，該方式具有實現(xiàn)復雜度低的優(yōu)點。多載波調(diào)制技術在帶限信道中的優(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現(xiàn)手段又大大減少了其計算量，將其應用到 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
[1] 佟學儉,羅濤.《OFDM 移動通信技術原理與應用》人民郵電出版社 2003.6
[2] 吳濱.DMT 技術在 ADSL 系統(tǒng)中的應用及實現(xiàn) 通信論壇 2001.12
[3] 朱正平,劉益成.ADSL 核心技術 DMT 的實現(xiàn) 江漢石油學院學報 2002.9
[4] 毛婕. ADSL 中的 DMT 技術淺析 電力系統(tǒng)通信 2001.6
[5] 唐剛.ADSL 中離散多音調(diào)制_DMT_技術分析 通信技術
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