多载波通信在 ADSL 中的应用

【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）

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，三代以后（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

一个 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。

每个子载波在一个 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 一个周期。这一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一般要大于 无线信道的最大时延扩展，这样一个符号的多径分量就不会对下一个符号产生干扰。在这段 保护时间间隔内，可以不插入任何信号，即是一段空闲的传输时段。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零 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 一子载波与带有时延的第二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 一子载波进行解调时，第二子载波会对此造成干扰。同样，当接收机对第二子载波进行解调 时，也会存在来自第一子载波的干扰。

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一项典型应用，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

[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