通信學(xué)論文-多載波通信在 ADSL 中的應(yīng)用.doc

通信學(xué)論文-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(chēng)用戶數(shù)據(jù)環(huán)路（ADSL）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)，三代以后（3Gbeyond）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)。2OFDM原理2.1基本模型一個(gè)OFDM符號(hào)包括多個(gè)經(jīng)過(guò)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，dii0,1N1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(kāi)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1OFDM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)子載波在一個(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一個(gè)周期。這一特性可以用來(lái)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(guò)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)度一般要大于無(wú)線信道的最大時(shí)延擴(kuò)展，這樣一個(gè)符號(hào)的多徑分量就不會(huì)對(duì)下一個(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)，即是一段空閑的傳輸時(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)中都包括所有的非零子載波信號(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)，第一子載波與帶有時(shí)延的第二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)第一子載波進(jìn)行解調(diào)時(shí)，第二子載波會(huì)對(duì)此造成干擾。同樣，當(dāng)接收機(jī)對(duì)第二子載波進(jìn)行解調(diào)時(shí)，也會(huì)存在來(lái)自第一子載波的干擾。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(guò)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(kāi)，我們可采用濾波器來(lái)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(guò)渡帶，即4-25.875kHz和103.5-198.375kHz4。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(lái)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(yǔ)ADSL是多載波調(diào)制技術(shù)的一項(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2003.62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2001.123