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多載波通信在ADSL中的應(yīng)用
【摘要】文章首先介紹了 OFDM 基本原理，然后對(duì)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(duì)稱用戶數(shù)據(jù)環(huán)路（ADSL）
中圖分類號(hào)：TN
1．引言
數(shù)字信號(hào)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(shí)，3代以后（3G beyond）的移動(dòng)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
1個(gè) OFDM 符號(hào)包括多個(gè)經(jīng)過調(diào)制的子載波的合成信號(hào)，其中每個(gè)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(gè)數(shù)，T 表示 OFDM 符號(hào)的寬度， di i 0,1 N 1 是分配給每個(gè)子信道的數(shù)據(jù)符號(hào)， fc 是第 0 個(gè)子載波的載波頻率， 開始的 OFDM 符號(hào)可以表示為
其中實(shí)部和虛部分別對(duì)應(yīng) OFDM 符號(hào)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(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)數(shù)據(jù)符號(hào)的調(diào)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(hào)周期內(nèi)都包含整數(shù)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特性可以用來解釋子載波之間的正交性，即：
例如對(duì)式 1 中的第 j 個(gè)子載波進(jìn)行解調(diào)，然后在時(shí)間長(zhǎng)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(duì)抗多經(jīng)[3]時(shí)延擴(kuò)展。通過把輸入的數(shù)據(jù)串 并變換到 N 個(gè)并行的子信道中，使得每個(gè)用于調(diào)制子載波的數(shù)據(jù)符號(hào)周期可以擴(kuò)大為原始 數(shù)據(jù)符號(hào)的 N 倍，因此時(shí)延擴(kuò)展與符號(hào)周期的比值也同樣降低 N 倍。為了最大限度地消除 符號(hào)間干擾，還可以在每個(gè) OFDM 符號(hào)間插入保護(hù)間隔，而且該保護(hù)間隔長(zhǎng)度1般要大于 無線信道的最大時(shí)延擴(kuò)展，這樣1個(gè)符號(hào)的多徑分量就不會(huì)對(duì)下1個(gè)符號(hào)產(chǎn)生干擾。在這段 保護(hù)時(shí)間間隔內(nèi)，可以不插入任何信號(hào)，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(hào)中都包括所有的非0 子載波信號(hào)，而且也同時(shí)會(huì)出現(xiàn) OFDM 符號(hào)的時(shí)延信號(hào)。由于在 FFT 運(yùn)算時(shí)間長(zhǎng)度內(nèi)，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(shù)之差不再是整數(shù)，所以當(dāng)接收機(jī)試圖對(duì)第 1子載波進(jìn)行解調(diào)時(shí)，第2子載波會(huì)對(duì)此造成干擾。同樣，當(dāng)接收機(jī)對(duì)第2子載波進(jìn)行解調(diào) 時(shí)，也會(huì)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(hào)需要在其保護(hù)間隔內(nèi)填入循環(huán)前綴信號(hào)，這
樣就可以保證在 FFT 周期內(nèi)，OFDM 符號(hào)的延時(shí)副本內(nèi)所包含的波形的周期個(gè)數(shù)也是整數(shù)。
這樣，時(shí)延小于保護(hù)間隔的時(shí)延信號(hào)就不會(huì)在解調(diào)過程中產(chǎn)生 ICI。
3．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?cè)陬l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(duì)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(gè)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1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(dòng)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)
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