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【摘要】文章首先介紹了OFDM基本原理,然后對實際的ADSL系統進行基本理論分析。

關鍵詞:正交頻分復用(OFDM);離散多音調制(DMT);不對稱用戶數據環路(ADSL)

1.引言

數字信號處理的發展使多載波調制的大規模應用成為可能。目前,MCM技術[1]已經被廣泛應用于諸如xDSL、DVB和DAB等系統。同時,三代以后(3Gbeyond)的移動通信系統則以MCM(OFDM)技術最受矚目。DMT被認為是頻域中最佳多載波調制的實現方法,它是目前ADSL系統中廣泛采用的調制技術。

2.OFDM原理

2.1基本模型

一個OFDM符號包括多個經過調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制(PSK)或者正交幅度調制(QAM)[2]。

如果N表示子信道的個數,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據符號,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系統基本模型框圖如圖1所示

圖1OFDM系統基本模型框圖

在實際應用中,根據數據符號的調制方式,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符號周期內都包含整數倍個周期,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個子載波進行解調,然后在時間長度T內進行積分,即

2.2保護間隔和循環前綴

應用OFDM的最主要原因是它可以有效的對抗多經[3]時延擴展。通過把輸入的數據串并變換到N個并行的子信道中,使得每個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一般要大于無線信道的最大時延擴展,這樣一個符號的多徑分量就不會對下一個符號產生干擾。在這段保護時間間隔內,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OFDM符號的時延信號。由于在FFT運算時間長度內,第一子載波與帶有時延的第二子載波之間的周期個數之差不再是整數,所以當接收機試圖對第一子載波進行解調時,第二子載波會對此造成干擾。同樣,當接收機對第二子載波進行解調時,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符號需要在其保護間隔內填入循環前綴信號,這

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

這樣,時延小于保護間隔的時延信號就不會在解調過程中產生ICI。

3.實際ADSL系統

采用頻分復用的ADSL系統在局端和用戶端的結構如圖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,我們可采用濾波器來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,因此可使系統的實現復雜度大大降低。為了便于實際系統中各種濾波器的實現,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]。對高速下行系統和中速上行系統均采用DMT調制[5]技術來實現。

圖2局

圖3用戶端

圖4信道頻譜劃分

基于DMT調制技術的收發信機系統如圖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調制的收發信機系統

4.結語

ADSL是多載波調制技術的一項典型應用,本文考慮了采用頻分復用方式實現的ADSL系統,該方式具有實現復雜度低的優點。多載波調制技術在帶限信道中的優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系統中的應用及實現通信論壇2001.12

[3]朱正平,劉益成.ADSL核心技術DMT的實現江漢石油學院學報2002.9

[4]毛婕.ADSL中的DMT技術淺析電力系統通信2001.6

[5]唐剛.ADSL中離散多音調制_DMT_技術分析通信技術