对于那些需要进行宽带数据接入但又不发送相应大量数据的住宅和商业用户而言,非对称数字用户线路(adsl)业务较为适用,它的下行数据率大大高于用户的上行数据率,这种非对称模式是根据因特网业务上行数据量小、下行数据量大的特点而提出的。例如,用户发出一个网页(少量的上行数据)和接收带有图像和声音的html信息(大量的下行数据)就是典型的非对称接入。
adsl系统使用现有的电话线在用户和中心局(co)之间进行双向数据通信。isdn线路或标准拨号调制解调器也使用电话线进行通信,但是,这些业务不允许在同一电话线上同时进行标准模拟电话业务。adsl一个重要的优势就在于它允许普通老式电话系统(pots)信号与adsl数据信号共存。
本文对adsl系统结构的介绍将从物理层开始,内容涉及adsl的多载波调制技术、一般性损伤和电话线特性。
频谱分配
adsl物理层能与标准ptos频谱和平共存。共存的原因在于adsl频谱只使用高于ptos频带的频率,pots的频谱范围从dc到4khz左右。在pots频谱和adsl频谱之间设置保护频带有助于避免产生干扰。adsl频谱起点高于pots频带,最高频率可达1.1mhz左右。adsl频谱的低段部分用于上行传输(从用户到co),频谱的高段部分用于下行传输。实际中划分上、下行频带有两种不同的方式(图1)。
在频分复用(fdm)系统中,上行和下行频谱采用各自的频段。频带可随实现方法的不同而不同,但是一般而言,上行频带为25至200khz,下行频带为200khz至1.1mhz。adsl标准也允许采用其他的频分方式,此系统不会产生自串扰,但与回波对消系统相比,其缺点是下行带宽降低了。
回波对消系统允许其下行频段与上行频段重叠,上行频段依然为25至200khz,但下行频段可扩展至上行频段部分。这种系统的主要优点在于大大扩展了可用的下行带宽,但是,它必须具备回波抵消电路才能进行全双工传输。此外,自交调的存在也会导致额外干扰的产生。
dmt调制技术
adsl的物理层采用一种称为离散多音(dmt)的多载波调制技术。dmt系统采用一种非常类似于正交频分复用(ofdm)技术的方法在多个子信道(subcarrier)上传输数据,许多无线系统采用这种ofdm技术。dmt调制器并行采集n个数据信号并同时在n个子信道上传输这些符号(symbol)。每个子信道上的数据率是原有数据率的1/n。
数据率的降低会导致dmt符号周期延长为n倍。符号周期变长使符号存在时间长于信道时间间隔,从而更易消除符号间干扰。
利用反向快速傅里叶变换(ifft)在发射端生成正交子信道即可形成dmt符号。发射端的数据符号可认为是频域信号,它代表了ifft基本函数(不同频率下的正交正弦曲线)的复合权重(complex weights)。然后ifft将数据符号转换成时域下的正弦和信号。
ifft输出信号样本块即为dmt符号。这种时域信号通过信道传输,接收端采用fft将时域信号变换成频域信号。图2阐释了这种典型的adsl发射端/接收端的工作方式。
2n点ifft用于生成dmt符号,其中n个负频率ifft点是n个正频率点的共轭复数。这种对称频谱产生一个真正的时域信号。由于子信道在dc零频以外(未用)的附近,所以此dmt符号以dc为中心,这样会在dmt频谱中生成一个通路以留出pots频谱位置,因此,dmt是一种真正的基带系统。
dmt支持循环前缀插入。循环前缀是一种带有长度lp的样本块,这种长度lp是dmt符号中最后lp样本的拷贝。首先传送这个前缀,然后再传送dmt符号中的2n个样本。之所以选用长度lp是因为它会比信道响应长度更长。循环前缀含有冗余信息,但是,dmt接收端能够利用这种前缀来降低信道干扰。循环前缀的作用将在损伤一节中有更详细的描述。
动态位分配技术使dmt能有效利用可用的信道容量。这种技术使系统能够根据子信道的信噪比(snr)动态地改变每个子信道每个字符的比特数。由于二进制相移键控(bpsk)和四相移键控码都是具有鲁棒性的调制形式,所以它们可在低信噪比的子信道上传送。若子信道信噪