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多載波通信在A(yíng)DSL中的應用
【摘要】文章首先介紹了 OFDM 基本原理，然后對實(shí)際的 ADSL 系統進(jìn)行基本理論分析。
關(guān)鍵詞：正交頻分復用（OFDM）；離散多音調制（DMT）；不對稱(chēng)用戶(hù)數據環(huán)路（ADSL）
中圖分類(lèi)號：TN
1．引言
數字信號處理的發(fā)展使多載波調制的大規模應用成為可能。目前，MCM技術(shù)[1]已經(jīng)被 廣泛應用于諸如xDSL、DVB和DAB等系統。同時(shí)，3代以后（3G beyond）的移動(dòng)通信系統 則以MCM（OFDM）技術(shù)最受矚目。DMT被認為是頻域中最佳多載波調制的實(shí)現方法，它 是目前ADSL系統中廣泛采用的調制技術(shù)。
2．OFDM原理
2.1 基本模型
1個(gè) OFDM 符號包括多個(gè)經(jīng)過(guò)調制的子載波的合成信號，其中每個(gè)子載波都可以受到 相移鍵控調制（PSK）或者正交幅度調制（QAM）[2]。
如果 N 表示子信道的個(gè)數，T 表示 OFDM 符號的寬度， di i 0,1 N 1 是分配給每個(gè)子信道的數據符號， fc 是第 0 個(gè)子載波的載波頻率， 開(kāi)始的 OFDM 符號可以表示為
其中實(shí)部和虛部分別對應 OFDM 符號的同步和正交分量。
OFDM 系統基本模型框圖如圖 1 所示
圖 1 OFDM 系統基本模型框圖
在實(shí)際應用中，根據數據符號的調制方式，每個(gè)子載波的幅值和相位都可能是不同的。
每個(gè)子載波在1個(gè) OFDM 符號周期內都包含整數倍個(gè)周期，而且各個(gè)相鄰子載波之間相差 1個(gè)周期。這1特性可以用來(lái)解釋子載波之間的正交性，即：
例如對式 1 中的第 j 個(gè)子載波進(jìn)行解調，然后在時(shí)間長(cháng)度T 內進(jìn)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(shí)延擴展。通過(guò)把輸入的數據串 并變換到 N 個(gè)并行的子信道中，使得每個(gè)用于調制子載波的數據符號周期可以擴大為原始 數據符號的 N 倍，因此時(shí)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(gè) OFDM 符號間插入保護間隔，而且該保護間隔長(cháng)度1般要大于 無(wú)線(xiàn)信道的最大時(shí)延擴展，這樣1個(gè)符號的多徑分量就不會(huì )對下1個(gè)符號產(chǎn)生干擾。在這段 保護時(shí)間間隔內，可以不插入任何信號，即是1段空閑的傳輸時(shí)段。然而在這種情況中，由 于多徑傳播的影響，會(huì )產(chǎn)生信道間干擾（ICI）。由于每個(gè) OFDM 符號中都包括所有的非0 子載波信號，而且也同時(shí)會(huì )出現 OFDM 符號的時(shí)延信號。由于在 FFT 運算時(shí)間長(cháng)度內，第 1子載波與帶有時(shí)延的第2子載波之間的周期個(gè)數之差不再是整數，所以當接收機試圖對第 1子載波進(jìn)行解調時(shí)，第2子載波會(huì )對此造成干擾。同樣，當接收機對第2子載波進(jìn)行解調 時(shí)，也會(huì )存在來(lái)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填入循環(huán)前綴信號，這
樣就可以保證在 FFT 周期內，OFDM 符號的延時(shí)副本內所包含的波形的周期個(gè)數也是整數。
這樣，時(shí)延小于保護間隔的時(shí)延信號就不會(huì )在解調過(guò)程中產(chǎn)生 ICI。
3．實(shí)際ADSL系統
采用頻分復用的 ADSL 系統在局端和用戶(hù)端的結構如圖 2 圖 3 所示，系統采用如圖 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(kāi)，我們可采用濾波器來(lái)分離不同頻帶內的信息，不需要采用計算復雜度很高的回波抵消技術(shù)，因此可使系統的實(shí)現復雜度大大降低。為了便于實(shí)際系統中各種濾波器的實(shí)現，我們在頻譜分割方案中保留了兩條過(guò)渡帶，即 4-25.875kHz 和 103.5-198.375kHz[4]。對高速下行系統和中速上行系統均 采用 DMT 調制[5]技術(shù)來(lái)實(shí)現。
圖 2 局
圖 3 用戶(hù)端
圖 4 信道頻譜劃分
基于 DMT 調制技術(shù)的收發(fā)信機系統如圖 5 所示。取下行系統的抽樣速率為 2208kHz，
上行系統的抽樣速率為 276kHz，令每個(gè)子信道的帶寬為 4.3125kHz，下行系統的子信道范 圍為 46-256，上行系統的子信道范圍為 6-24。在圖中，CP 表示循環(huán)前綴，D/A 和 A/D 分別 表示數/模和模/數變換。
圖 5 基于 DMT 調制的收發(fā)信機系統
4．結語(yǔ)
ADSL 是多載波調制技術(shù)的1項典型應用，本文考慮了采用頻分復用方式實(shí)現的 ADSL系統，該方式具有實(shí)現復雜度低的優(yōu)點(diǎn)。多載波調制技術(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)現手段又大大減少了其計算量，將其應用到 ADSL 系統中可獲得不少益處，現有硬件集成度與速度均可滿(mǎn)足要求。
參考文獻
[1] 佟學(xué)儉,羅濤.《OFDM 移動(dòng)通信技術(shù)原理與應用》人民郵電出版社 2003.6
[2] 吳濱.DMT 技術(shù)在 ADSL 系統中的應用及實(shí)現 通信論壇 2001.12
[3] 朱正平,劉益成.ADSL 核心技術(shù) DMT 的實(shí)現 江漢石油學(xué)院學(xué)報 2002.9
[4] 毛婕. ADSL 中的 DMT 技術(shù)淺析 電力系統通信 2001.6
[5] 唐剛.ADSL 中離散多音調制_DMT_技術(shù)分析 通信技術(shù)
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