多载波通信流量刷新器分析论文

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【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(3Gbeyond)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1OFDM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