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多载波通信在 ADSL 中的应用

2013-08-27 01:45

【摘要】文章首先介绍了 OFDM 基本原理，然后对实际的 ADSL 系统进行基本理论分析。
关键词：正交频分复用（OFDM）；离散多音调制（DMT）；不对称用户数据环路（ADSL）
中图分类号：TN
1．引言
数字信号处理的发展使多载波调制的大规模应用成为可能。目前，MCM技术[1]已经被 广泛应用于诸如xDSL、DVB和DAB等系统。同时，3代以后（3G beyond）的移动通信系统 则以MCM（OFDM）技术最受瞩目。DMT被认为是频域中最佳多载波调制的实现方法，它 是目前ADSL系统中广泛采用的调制技术。
2．OFDM原理
2.1 基本模型
1个 OFDM 符号包括多个经过调制的子载波的合成信号，其中每个子载波都可以受到 相移键控调制（PSK）或者正交幅度调制（QAM）[2]。
如果 N 表示子信道的个数，T 表示 OFDM 符号的宽度， di i  0,1 N  1 是分配给每个子信道的数据符号， fc 是第 0 个子载波的载波频率，  开始的 OFDM 符号可以表示为
 

其中实部和虚部分别对应 OFDM 符号的同步和正交分量。
OFDM 系统基本模型框图如图 1 所示 
 
图 1 OFDM 系统基本模型框图
在实际应用中，根据数据符号的调制方式，每个子载波的幅值和相位都可能是不同的。
每个子载波在1个 OFDM 符号周期内都包含整数倍个周期，而且各个相邻子载波之间相差 1个周期。这1特性可以用来解释子载波之间的正交性，即： 
 例如对式 1 中的第 j 个子载波进行解调，然后在时间长度T 内进行积分，即
 
2.2 保护间隔和循环前缀
应用 OFDM 的最主要原因是它可以有效的对抗多经[3]时延扩展。通过把输入的数据串 并变换到 N 个并行的子信道中，使得每个用于调制子载波的数据符号周期可以扩大为原始 数据符号的 N 倍，因此时延扩展与符号周期的比值也同样降低 N 倍。为了最大限度地消除 符号间干扰，还可以在每个 OFDM 符号间插入保护间隔，而且该保护间隔长度1般要大于 无线信道的最大时延扩展，这样1个符号的多径分量就不会对下1个符号产生干扰。在这段 保护时间间隔内，可以不插入任何信号，即是1段空闲的传输时段。然而在这种情况中，由 于多径传播的影响，会产生信道间干扰（ICI）。由于每个 OFDM 符号中都包括所有的非0 子载波信号，而且也同时会出现 OFDM 符号的时延信号。由于在 FFT 运算时间长度内，第 1子载波与带有时延的第2子载波之间的周期个数之差不再是整数，所以当接收机试图对第 1子载波进行解调时，第2子载波会对此造成干扰。同样，当接收机对第2子载波进行解调 时，也会存在来自第1子载波的干扰。

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为了消除由于多径造成的 ICI，OFDM 符号需要在其保护间隔内填入循环前缀信号，这
样就可以保证在 FFT 周期内，OFDM 符号的延时副本内所包含的波形的周期个数也是整数。
这样，时延小于保护间隔的时延信号就不会在解调过程中产生 ICI。
3．实际ADSL系统
采用频分复用的 ADSL 系统在局端和用户端的结构如图 2 图 3 所示，系统采用如图 4 所示的频谱划分方案。由于高速下行信道和中速上行信道的频谱完全分开，我们可采用滤波器来分离不同频带内的信息，不需要采用计算复杂度很高的回波抵消技术，因此可使系统的实现复杂度大大降低。为了便于实际系统中各种滤波器的实现，我们在频谱分割方案中保留了两条过渡带，即 4-25.875kHz 和 103.5-198.375kHz[4]。对高速下行系统和中速上行系统均 采用 DMT 调制[5]技术来实现。 
 
图 2 局

 
图 3 用户端

 
图 4 信道频谱划分

基于 DMT 调制技术的收发信机系统如图 5 所示。取下行系统的抽样速率为 2208kHz，
上行系统的抽样速率为 276kHz，令每个子信道的带宽为 4.3125kHz，下行系统的子信道范 围为 46-256，上行系统的子信道范围为 6-24。在图中，CP 表示循环前缀，D/A 和 A/D 分别 表示数/模和模/数变换。 
 
图 5 基于 DMT 调制的收发信机系统

4．结语
ADSL 是多载波调制技术的1项典型应用，本文考虑了采用频分复用方式实现的 ADSL系统，该方式具有实现复杂度低的优点。多载波调制技术在带限信道中的优越性能已得到理论上的证明，用快速傅立叶变换作为其实现手段又大大减少了其计算量，将其应用到 ADSL 系统中可获得不少益处，现有硬件集成度与速度均可满足要求。 
参考文献

[1] 佟学俭,罗涛.《OFDM 移动通信技术原理与应用》人民邮电出版社 2003.6

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[2] 吴滨.DMT 技术在 ADSL 系统中的应用及实现 通信论坛 2001.12
[3] 朱正平,刘益成.ADSL 核心技术 DMT 的实现 江汉石油学院学报 2002.9
[4] 毛婕. ADSL 中的 DMT 技术浅析 电力系统通信 2001.6
[5] 唐刚.ADSL 中离散多音调制_DMT_技术分析 通信技术