CN101060512A - 一种ofdm传输符号同步的方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种OFDM传输符号同步的方法，所述方法包括如下步骤：a、正交频分多路复用OFDM传输模块接收同步信号；b、所述的OFDM传输模块根据所述的同步信号发送OFDM符号。本发明克服现有技术的不足，采用由同步信号发生器产生同步信号后传输给OFDM传输设备，OFDM传输设备根据该同步信号将其各个线路发送的OFDM符号调整为同步后向发送出去的技术方案，解决了OFDM符号同步的问题，使DSM的性能发挥到最佳的效果。

Description

一种OFDM传输符号同步的方法及其系统

技术领域

本发明涉及数字用户线(Digital Subscriber Line，DSL)技术领域，具体来说，涉及到OFDM(orthogonal frequency divided Multiple正交频分多路复用)技术。

背景技术

数字用户线(Digital Subscriber Line，DSL)技术是一种通过电话双绞线，即无屏蔽双绞线(Unshielded Twist Pair，UTP)进行数据传输的高速传输技术，包括非对称数字用户线(Asymmetrical Digital Subscriber Line，ADSL)、甚高速数字用户线(Very-high-bit-rate Digital Subscriber Line，VDSL)、基于综合业务数字网(Integrated Services Digital Network，ISDN)的数字用户线。(ISDN Digital Subscriber Line，IDSL)和单线对高速数字用户线(Single-pair High-bit-rate Digital Subscriber Line，SHDSL)等。

在各种数字用户线技术(xDSL)中，除了IDSL和SHDSL等基带传输的DSL外，采用通带传输的DSL利用频分复用技术使得DSL与传统电话业务(Plain Old Telephone Service，POTS)共存于同一对双绞线上，其中DSL占据高频段，POTS占用4KHz以下基带部分，POTS信号与DSL信号通过分离/整合器(Splitter)进行分离或合并。

通带传输的xDSL采用离散多音频调制(Discrete Multi-Tone Modulation，DMT)技术进行调制和解调。提供多路DSL接入的系统叫做DSL接入复用器(DSL Access Multiplexer，DSLAM)，其系统连接关系示意图如图1所示。DSLAM120包括局端收发单元121和分离/整合器122，在上行方向，局端收发单元121接收来自计算机110的DSL信号并对所收到的信号进行放大处理，将处理后的DSL信号发送至分离/整合器122；分离/整合器122将来自局端收发单元121的DSL信号和电话终端130的POTS信号进行整合处理；整合后的信号通过多路的UTP 140的传输，由对端的DSLAM 150中的分离/整合器151接收；分离/整合器151将所接收的信号进行分离，将其中的POTS信号发送至公用电话交换网(Public Switched Telephone Network，PSTN)160，将其中的DSL信号发送至DSLAM150的收发单元152，收发单元152再将所收到的信号进行放大处理后发送至网络管理系统(NetworkManagement System，NMS)170。在信号的下行方向，则信号按照与上述相反的顺序进行传输。

随着xDSL技术使用的频带的提高，串扰(crosstalk)尤其是高频段的串扰问题表现得日益突出。如图2所示，由于xDSL上下行信道采用频分复用，近端串扰(NEXT)对系统的性能不产生太大的危害；但远端串扰(FEXT)会严重影响线路的传输性能。当一捆电缆内有多路用户都要求开通xDSL业务时，会因为远端串扰(FEXT)使一些线路速率低、性能不稳定、甚至不能开通等，最终导致DSLAM的出线率比较低。

现有技术为满足更高的速率或是更远的服务半径的需求，采用Bonding(捆绑)技术。Bonding主要特征是同时使用多对用户线作为物理传输媒介。在低频段(远端串扰比较小的频段)这种技术的综合性能基本是各条用户线路性能的线性叠加。但在高频段(远端串扰比较大)这种技术的综合性能就远比各条线路性能的线性叠加小，主要原因是远端串扰产生的影响。在技术上Bonding只是简单的把这些串扰当作噪声来看待，不能充分利用串扰所传输的信息。

为解决上述的Bonding技术方案中的远端串扰的问题，近期出现了DSM(动态频谱管理Dynamic Spectral Management)技术，这种技术方案解决远端串扰问题主要在于信号层面MIMO(Multi-Input and Multi-Output，多入多出)、Vectored DSL(矢量DSL)等。

从调制方式上，MIMO技术还是使用OFDM(orthogonal frequencydivided Multiple正交频分多路复用)。如图3所示，OFDM的主要思想是把整个传输频段分成许多频率比较窄的子频带，每个子频带用来承载一定的比特数。由于每个子频带的频率宽度比较窄，那么可以近似认为信道在这个频带内的传输函数是一个常量，接近于无失真传输便于接收端处理。另一方面，由于每个子载波完全正交，各个子载波之间不会发生影响。

DSM技术的优化和MIMO技术的串扰抵消均是基于上述的正交性这个特点，在通常的情况下，每个xDSL modem的接收端将其它modem对它的干扰当作噪声，则第n个用户第k个tone上可达到的数据速率(b_k ⁿ)可用香农信道容量公式计算：

$b_k^n={\log }_2(1+\frac{{\left|h_k^{n,n}\right|}^2{s}_k^n}{\underset{m\≠n}{\mathrm{\Σ}}{\left|h_k^{n,m}\right|}^2{s}_k^m+{\mathrm{\σ}}_k^n})$

其中h_k ^n，n表示第n条线路在第k个子载波上的传输函数；h_k ^n，m表示第m条线路在第k个子载波上对第n条线路的串扰函数；σ_k ⁿ表示第n条线路在第k个子载波上的噪声功率；S_k ⁿ表示第n条线路在第k个子载波上的发送功率。

由上面的公式可以看出整个DSM的速率计算公式都是基于各个子载波的，这主要是由于子载波的正交性。如果各个子载波的正交性被破坏的话。所有DSM的算法均会发生改变，上述所列举的算法均不能用在这种情况下。

当各条线路的符号(帧)不同步的话，就会破坏上述的子载波的正交性，如图4所示：

当第1条线路受到第2条线路的干扰，第2条线路与第1条线路符号不同步。当第1条线路进行OFDM解调的时候，就会处理第2条线路中符号1和符号2的部分信号，相当于在第2条线路上分别加了一个窗2和窗3。显然，窗2和窗3都比正常的OFDM信号窗短(如窗1所示)，这样窗1和窗2、窗3产生的频谱宽度不同(如图)，这样就破坏了频率的正交性，也就是说不同频率间的信号也会互相干扰。

发明内容

本发明的目的在于提供一种OFDM传输系统符号同步的方法及其系统，以解决OFDM符号不同步导致OFDM子载波正交破坏的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种OFDM传输符号同步的方法，所述方法包括如下步骤：

a、正交频分多路复用OFDM传输模块接收同步信号；

b、所述的OFDM传输模块根据所述的同步信号发送OFDM符号。

其中步骤a之前还包括：

a0、同步信号发生器产生所述的同步信号后传输给所述的OFDM传输模块。

其中步骤a0具体包括：

所述的同步信号发生器产生周期为OFDM符号长度2倍的方波信号后传输到局端DSL接入复用器DSLAM。

其中步骤a0还包括：

所述的OFDM传输模块中的同步信号接收端口收到所述的同步信号后采用锁相环电路处理所述的同步信号。

其中步骤a0还包括：

如果存在远端DSLAM，所述的同步信号发生器中采用时序调节电路将局端DSLAM和所述的远端DSLAM调整为同步接收所述的同步信号。

其中步骤a具体包括：

a1、局端DSLAM接收同步信号发生器传输的方波信号；

其中步骤b具体包括：

b1、所述的局端DSLAM收到所述的方波信号后控制各个线路的OFDM符号的起始时刻与所述的方波信号的过零点对应，使得所述的各个线路的OFDM符号同步后向用户端DSLAM发送。

本发明还公开了一种OFDM传输符号同步的系统，所述的系统包括：

同步信号发生器，用来产生同步信号后传输给OFDM传输模块；

OFDM传输模块，用来接收所述的同步信号并根据所述的同步信号发送OFDM符号。

其中所述的OFDM传输模块为局端DSLAM。

其中所述的同步信号发生器集成在所述的DSLAM上。

其中所述的OFDM传输模块还包括远端DSLAM。

其中所述的同步信号发生器独立于所述的局端DSLAM，连接至所述的局端DSLAM的同步信号接口。

其中所述的同步信号发生器与多个所述的局端DSLAM分别连接。

其中所述的同步信号发生器输出一路所述的同步信号至某一局端DSLAM，所述的DSLAM与其他局端DSLAM级连后传递所述的同步信号。

本发明克服现有技术的不足，采用由同步信号发生器产生同步信号后传输给OFDM传输模块，OFDM传输模块根据该同步信号将其各个线路发送的OFDM符号调整为同步后向发送出去的技术方案，解决了OFDM符号同步的问题，使DSM的性能发挥到最佳的效果。

附图说明

图1为xDSL系统模型图；

图2为xDSL中串扰示意图；

图3为OFDM子载波示意图；

图4为OFDM符号不同步导致子载波正交破坏示意图；

图5为本发明实施例所述的同步信号时序关系示意图；

图6为本发明实施例所述的同步信号发生器电路图；

图7为本发明实施例所述的同步信号发送端接口电路图；

图8为本发明实施例所述的同步信号接收端接口电路图；

图9为本发明实施例所述的同步信号使用方式一示意图；

图10为本发明实施例所述的同步信号使用方式一对应的时钟板卡示意图；

图11为本发明实施例所述的同步信号使用方式二示意图；

图12为本发明实施例所述的同步信号使用方式二对应的时钟板卡示意图；

图13为本发明实施例所述的存在远端DSLAM时同步信号传递示意图。

具体实施方式

本发明的基本原理是由同步信号发生器产生同步信号后传输给OFDM传输模块，OFDM传输模块根据该同步信号将其各个线路发送的OFDM符号调整为同步后向发送出去，以避免由于OFDM符号不同步导致对OFDM子载波正交性的破坏。

以下结合附图和具体实施例进行详细说明。

如图5所示，本发明实施例中首先提供一个周期为OFDM符号长2倍的方波信号，产生方式可以是由放置于局端机房的一个单独的设备产生也可以是由局端DSLAM产生。其产生电路如图6所示：

同步信号产生电路共包括两大模块601时钟源和608数字逻辑电路，601产生时钟信号给602计数器计数，在603寄存器中存放了OFDM符号的长度。当计数器的计数与寄存器中数据相等的时候，604比较器产生一个脉冲，这个脉冲分成两路，一路用来给605T触发器产生同步信号，另一路用来给计数器清零。其中计数器还包含一个清零接口用来连接上电复位信号，使608逻辑电路在上电的时候能被复位。

其中601时钟源要求其精度比较高，比如恒温晶振等。

其中，603寄存器中的值根据601时钟频率和OFDM符号的周期决定，如当601时钟源的时钟频率为35.328MHz，OFDM符号的时间长度为250ms时，603寄存器中的值应该为：35.328×10⁶×250×10^-3＝8832000。

如果将所述的同步信号产生电路放置于局端机房的一个单独的设备，那么应该提供一个模拟电路接口用来传输同步信号至DSLAM。其中，发送端的接口电路图如图7所示：

由609产生的同步信号分别经701同相放大器，702反相放大器后送到703双端驱动器的输入端，经703驱动的信号分别经过匹配电阻706后送到耦合器704并最终耦合到双绞线705上。在704的输出端应该适当的连接上一些保护器件，具体视双绞线所处的环境确定。

接收端的接口电路如图8所示，信号经双绞线传输后经耦合器804送到双端放大器801，在接收端应该连接上匹配电阻806以防止信号发生反射现象导致信号质量变差，经双端放大器输出的信号经802双端输入的迟滞比较器后输出同步信号。同样在线路的输入侧应该适当的连接一些保护器件，具体视双绞线所处的环境确定。

在实际的使用中，对于产生的同步信号可以有如下的两种基本使用方法：

第一种如图9所示，同步信号发生器产生多路驱动信号，直接通过双绞线驱动多个DSLAM，其中同步信号发生器由图7所示的功能电路和电源等其他伺服电路组成，在DSLAM中应包含图8所示的功能电路(接收电路)和相应的伺服电路。接收电路可以是如图10所示的DSLAM的单独一块板卡(为说明方便，以下称时钟板卡)，时钟板卡上有一个同步时钟物理接口，用来连接传输同步信号的双绞线，也可以是集成在DSLAM主板上的一个功能电路。

对于同步信号的第二种使用方法如图11所示，同步信号发生器只输出一路信号，而DSLAM本身具有级连功能。其中同步信号发生器由图7所示的功能电路和电源等其他伺服电路组成，在DSLAM中不仅包含图8所示的接收电路，也同时包含图7所示的发送电路及其电源等其他伺服电路。

在DSLAM中，上述的电路可以放在一块单独的板卡上，也可以集成在主板上。放在单独的板卡上如图12所示：其中时钟板卡包含两个物理接口，其中一个为输入接口，另外一个为输出接口，输出接口用来连接另一个DSLAM的输入接口。

上述接收到的同步信号可以通过背板走线分发到不同的板卡上，在板卡上在继续分发到不同的芯片上，通过背板分发分为两种方式：总线方式和分发方式。

当DSLAM中的接收电路接收到的信号质量比较差的时候，尤其是使用上述的总线方式时，由于存在许多阻抗间断点，信号质量可能比较差，可以通过锁相环电路来解决这个问题，使用锁相环不但可以恢复出质量比较高的同步信号，而且可以产生同步的工作时钟，这样DSLAM的DSL线路都可以使用这个时钟，可以进一步提高线路的正交性。

当DSLAM接收到同步信号后，通过检测同步信号的过零点来获取同步信息，让OFDM符号的起始时刻与同步信号的过零点相对应即可实现OFDM符号同步。

如果存在远端DSLAM的话，如图13所示：

由于传输延时的关系，局端DSLAM与远端DSLAM虽然使用相同的同步信号，但是远端DSLAM收到的同步信号由于要多传输长度1的长度，会比局端DSLAM接收到的同步信号迟。但在另一方面，局端DSLAM发送的OFDM符号经过长度2的延迟有可能在到达远端DSLAM的位置时刚好与远端DSLAM发出的OFDM符号同步。实际上这取决于长度1和长度2的长度，同时取决于这两个长度的传输介质，还取决于DSLAM随同步信号的处理延时。因此在同步信号发生器中应该加入一个额外的时序调节电路，对发送给远端DSLAM的同步信号进行调节，以保证局端DSLAM发送的OFDM符号在到达远端DSLAM的位置时刚好与远端DSLAM发出的OFDM符号同步。

本发明技术方案不仅仅使用在DSLAM上，其他的OFDM传输设备如wimax基站，在同轴、电力线上传输OFDM的一些设备同样可以采用本发明的方案。

Claims (13)

1、一种OFDM传输符号同步的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

a、正交频分多路复用OFDM传输模块接收同步信号；

b、所述的OFDM传输模块根据所述的同步信号发送OFDM符号。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中步骤a之前还包括：

a0、同步信号发生器产生所述的同步信号后传输给所述的OFDM传输模块。

3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，其中步骤a0具体包括：

所述的同步信号发生器产生周期为OFDM符号长度2倍的方波信号后传输到局端DSL接入复用器DSLAM。

4、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，其中步骤a0还包括：所述的OFDM传输模块中的同步信号接收端口收到所述的同步信号后采用锁相环电路处理所述的同步信号。

5、根据权利要求2所述方法，其特征在于，其中步骤a0还包括：

如果存在远端DSLAM，所述的同步信号发生器中采用时序调节电路将局端DSLAM和所述的远端DSLAM调整为同步接收所述的同步信号。

6、根据权利要求1所述方法，其特征在于，其中步骤a具体包括：

a1、局端DSLAM接收同步信号发生器传输的方波信号；

其中步骤b具体包括：

b1、所述的局端DSLAM收到所述的方波信号后控制各个线路的OFDM符号的起始时刻与所述的方波信号的过零点对应，使得所述的各个线路的OFDM符号同步后向用户端DSLAM发送。

7、一种OFDM传输符号同步的系统，其特征在于，所述的系统包括：

同步信号发生器，用来产生同步信号后传输给OFDM传输模块；

OFDM传输模块，用来接收所述的同步信号并根据所述的同步信号发送OFDM符号。

8、根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述的OFDM传输模块为局端DSLAM。

9、根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述的同步信号发生器集成在所述的DSLAM上。

10、根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述的OFDM传输模块还包括远端DSLAM。

11、根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述的同步信号发生器独立于所述的局端DSLAM，连接至所述的局端DSLAM的同步信号接口。

12、根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述的同步信号发生器与多个所述的局端DSLAM分别连接。

13、根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述的同步信号发生器输出一路所述的同步信号至某一局端DSLAM，所述的DSLAM与其他局端DSLAM级连后传递所述的同步信号。

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