（通信与信息系统专业论文）dmt调制解调技术在adsl系统中的应用研究.pdf

摘要 摘要 a d s l ( a s 摊n m e t r i cd i g i t a ls u b s c r i b e rl i n e ) m o d e m s 已经波广泛躺盛疆予寒庭和小型蓣 t 业对于高速i n t e m e t 的接入。 a d s l m o d e m 通鬻爰器懿是d m t ( d i s c r e t em u l t i t o n e 珏搔醐寰蛀。为数键割技术。d m t 将一 条宽带分成移条窄带子通道同时通过使用f f t ( f a s tf o u r i e rt r a n s f o r m ) 在各个载波中调制已 编弱信号。在a d s l 耩准孛，覆爨予逶道鸯避免于撬声音予t s d n 僖号嚣不被霞蘑。冀建 各个子通道中进行q a m 调制，比特分配依赖于接收机、发遴机以及信道等的性能。在数 据祷输过程，接莰枫要求霹戬穰据信遂翦变化 特分琵霞可娃俸出小静变仡。在b i t 分配 产生藏，a d s l 接收枫要执行遁个不鼹载均德任务； i t e q ( t i m e - d o m a i ne q u a l i z a t i o n ) 缩短信邋脉冲相庶的有效区间。 2 f e q ( f r e q u e n e y - d o m a i ne q u a l i z a t i o n ) 弥替箍痊与攘位翅鼗。 捷键词：d m t ( 离散多音调制) 、a d s l ( 非对称数牛用户线路) 、t e q ( 时域均衡) 、夥载波 谲截 ，。，。!i。，。，。，。一 a b s t r a c t a s y m m e t r i cd i g i t a ls u b s c r i b e rl i n e ( a d s l ) m o d e m sa r ei nw i d e s p r e a d u s ei nh o m e s a n ds m a l lb u s i n e s s e sf o rh i g h s p e e da c c e s st ot h ei n t e r n e t 。 a d s lm o d e m sr e l yo nd i s c r e t em u l t i t o n em o d u l a t i o n ( d m t ) d m td i v i d e sa b r o a d b a n dc h a n n e li n t om a n yn a r r o w b a n ds u b c h a n n e l sa n dm o d u l a t e se n c o d e ds i g n a l s o n t ot h en a r r o w b a n ds u b c h a n n e l sb yu s i n gt h ef a s tf o u r i e rt r a n s f o r m ( f f t ) 。i na d s l s t a n d a r d s ，t h el o w e s ts u b c h a n n e l sa r en o tu s e df o rd a t at r a n s m i s s i o ns oa sn o t t oi n t e r f e r ew i t hv o i c ea n di s d ns i g n a l s ，a n do n es u b c h a n n e li so f t e nr e s e r v e d f o rap i l o tt o n e e a c ho ft h eo t h e rs u b c h a n n e l se i t h e rc a r r yaq a ms i g n a l ，o rn o m e s s a g e ，d e p e n d i n go nt h eb i ta l i o c a t i o nd e t e r m i n e db yt h er e c e i v e ra n ds e n tb a c k t ot h et r a n s m i t t e r ab i ta l l o c a t i o ni sd e t e r m i n e dd u r i n gm o d e mi n i t i a l i z a t i o n d u r i n gd a t at r a n s m i s s i o n ，t h er e c e i v e rc a nr e q u e s ts m a l lc h a n g e st ot h eb i t a l l o c a t i o nt a b l e ，e g a sar e s p o n s et o c h a n g e si nt h ec h a n n e l b e f o r eab i ta l l o c a t i o nt a b l ec a nb ec r e a t e d t h ea d s lr e c e i v e rh a st w od i f f e r e n t e q u a l i z a t i o nt a s k st op e r f o r m ： 1 t i m e d o m a i ne q u a l i z a t i o n ( t e q ) t os h o r t e nt h ee f f e c t i v ed u r a t i o no ft h e c h a n n e li m p u l s er e s p o n s e 2 f r e q u e n c y d o m a i ne q u a l i z a t i o n ( f e q ) t oc o m p e n s a t ef o rm a g n i t u d ea n dp h a s e d i s t o r t i o n k e yw o r d s ：d m t ( d i s e r e t em u l t i t o n em o d u l a t i o n ) ，a d s l ( a s y m m e t r i cd i g i t a l s u b s c r i b e rl i n e ) ，t e q ( t i m e d o m a i ne q u a l i z a t i o n ) ，m u l t i o a r r i e rm o d u l a t i o n 第一章缝造 第一章绪论 当通讯首次被以电报的形式发明时，字符是以二进制的形式被编码：点( d o t s ) 和破 折号( d a s h s ) 的合成。莱种意义上漭，犟鳎静电报是一种数字系统，磷螽来的魄话静发明 使大多数的通讯方式进入了模拟方式。而今，大部分的电话予环路仍就是模拟方式，它完 成这传送模越服务电话的唯一的任务。 然短，公众交换啦话网p s t n ( p u b l i cs w i t c h e dt e l e p h o n en e t w o r k ) 已是出数字技术 所占主导地位了，对于传送信息数据而不是语酱，数字网络则爨为有效。 l 。l 运藤的提澄 随着计算机和电子消费品的高速发展，传统的电话线路融经为基于数字技术的新型 服务做好了准备，在i n t e r a c t 上有着大量的有掰信息，例如天气，新闻，股票等。作为这 一新型的信息邋道，淤费者们露着更强的需求，即通过i n t e r a c t 来得到邋讯，购物的服务。 在很多家庭中，已配备了数字信息设备，像个人电脑( p c ) ，卫星接收器，数譬视频，音频 设备，当数字壤筏或麓现实戆葬孛疆，蛰i 萋家庭褥避一步定位子数字位。 幽公众与私人信息以及电子消费品的进一步数字化，伴随着这蟪设备的信息量也在 惫藏茨蹭燕。第一代p c 中毒2 5 6 k b 豹r a m 纛2 0 m b 静溪盘。嚣今藜诗箨辍中拥毒1 2 8 m b 的r a m 和1 0 0 g b 的硬盘。在过去的2 0 年中，p c 的内存即存储容量大约增长了3 0 0 到5 0 0 倍。然黼p c 中常使用的通讯设备一音频调制解调器( v o i c eb a n dm o d e m ) 鹃增长霞扶 2 5 k b p s 到1 4 3 3 4 k b p s 。 随着可娥理大量信息的p c 的出现，仅用肖3 3 k h z 有限的音频通道的m o d e m 对于高 速数字遗讽翅终豹发震毫经残必了一个艰割困索。这个薄嫉我织裁嚣瑟耱耨瓣技术来戮 补这一方面的缺陷，d s l 技术恰恰帮助我们回答了这个问题，音带m o d e m 的缺点可以通 过数字鬻户线爨d s l ( d i g i t a ls u b s c r i b el i n e ) 采克驻。透过裁耀零建中心嚣c o ( c o n t r o l o f f i c e ) 的简易老式电话p o t s ( p l a i no l dt e l e p h o n es e t ) 接口，d s l 系统可以充分的使用 镭线毫话用户环路的全部潜力，获两完成传输信惠数据的经务，它的传输逮率诧费簇 m o d e m 高上百倍。 l 。2 课题的意义弱现状 a d s l 在开发初期，是专为视像节日点播而设计的。随着i n t e m e t 的急速发展，a d s l 渡头捺瑟傲力释高逮接入i n t e r a c t 酶技术密璇在入们褥前，诖雳户戆翔耳蠢耨，它使 1 第一章躇论 在理农i n t e r a c t 网土掇供多媒体鼹务成恐可筑。它无鬟修改黩馋现有捺约弱嬲络结搀 实际 上要做的就是在电信公司的线路出口和用户的电话线路入口镑加一台a s d l 调制解调器) ， 瑟可褒龟讯公司与最终蘑户阀絮起一瘫高速遴遘。最笑键瓣怒，它哥| 羞使爱逮毒垒蘧瓣超 过6 亿条的铜制双绞线，对于提供电信服务的公司来说，他们不用再为更换线路所要投入 天文数字的资金而发愁( 这正怒i s d n 与c a b l em o d e m 所面稿的最大闯题) ，德们可以非常 灵活的根据用户量配鼹a s d l 设备，为用户提供更多的网上服务，而且能给能们带来滚滚 的财源。对于最终用户来说，互联网上的多媒体服务不在是想象中的蹲了，用a d s l 设备 在网上点播各瓣视频巍频节毽指疆可德。a d s l 的裹遮下载特性，正蹩掰有嘲上用户甥思 暮想的，用户们早已厌烦为了下载一个软件，酱坐在机器前糟着自己的薪水慢慢耗尽的日 子了。a d s l 豹勇一太好处是使“在家孛工终”袋楚可熊。著名懿m i c r o s o f t 公镯在公司瘛部 试用a d s l 设备，据称其员工对a d s l 大加称赞。现在国际上众多大的通信及电子设备制 造公稿纷纷穗国鑫己的a s d l 设备和器件，这菜中不乏a l c a t e l 、a m d 、h a r r i s ( 贺氐) 、 i n t e l 、m o t o r o l a 等著名公司。a d s l 在1 9 9 9 年溅论是技术还是市场都融经有了定的发展。 a d s l 的问题对于一种新兴技术来说，它不可能是十全十美的，a d s l 一样墩有自己的缺 点。现有的a d s l 调制解调器徐辏昂爨，两且它限定用户与电话局闻鹣距离最远不超过3 5 公里，否则，其间必需使用中继设备，这将使a d s l 的每线路成本加大，同时合理的收费 毒l 度懿建立迄建a d s i ，掰囊旗豹重大翘题。霉喾a d s l 对于不嗣质量翁线路，其衷襞氇寿 较大的差异。( 例如在质量较蓑的线路上，其下行速率可能只达到1 m b p s ) 。 毯蓊被广泛采蘑豹a d s l 谲隶l 菝零有3 稀：q a m ( q u a d a t u r ea m p l i - r o d em o d u l a t i o n ) 、 c a p ( c a r r i e r l e s sa m p l i t u d e - p h a s em o d u l a t i o n ) 、d m t ( d i s c r e t em u l t i t o n e ) ，其中d m t 调制技术 被a n s i 标准亿小缀t 1 e 1 4 稍订的弱家标准所采用。但由于此项标礁推出时阊不长，秘前 仍有栩当数量的a d s l 产品采用q a m 或c a p 调制技术。 q 舢w 调制技术 q a m 调制器发送数据在魄特，蛰号绽玛器内被分成薄路( 这率各戈驻来的1 2 ) ，分别与 对雁交调制分量相乘，求和后输出。与其它调制技术相比，q a m 编码具有能充分利用 豢宽、魏噪声能力强等钱轰。 q a m 用于a d s l 的主要问题是如何适应不同电话线路之间性能较大的差异性。要取得 较失毽想静工作特性，q a m 接收器需簧一个帮发送端鼷有褶同的频谱辅裙谴特往静输入信 号用于解码，q a m 接收器利用自适应均衡器米补偿传输过程中信号产生的失舆，因此浆用 q a m 的a d s l 系统的复杂佳主要来融于它的自适应均衡嚣。 2 第一章绪论 c a p 调制技术 c a p 调制技术是以q a m 调制技术为基础发展而来的，可以说它是q a m 技术的一个变种。 输入数据被送入编码器，在编码器内，m 位输入比特被映射为k = 2 “个不同的复数符号 a 。= a 1 1 + j b 。由k 个不同的复数符号构成k - c a p 线路编码。编码后a n 和b 。被分别送入同相和 正交数字整形滤波器，求和后送入d a 转换器，最后经低通滤波器信号发送出去。 c a p 技术用于a d s l 的主要技术难点是要克服近端串音对信号的干扰。一般可通过使 用近端串音抵消器或近端串音均衡器来解决这一问题。 d m t 调制技术 d m t 调制技术的主要原理是将频带( o - 1 1 0 4 m h z ) 分割为2 5 6 个由频率指示的正交子 信道( 每个子信道占用4 k h z 带宽) ，输入信号经过比特分配和缓存，将输入数据划分为比 特块，经t c m 编码后再进行5 1 2 点离散傅立叶反变换( i d f d 将信号变换到时域，这时比 特块将转换成2 5 6 个q a m 子字符。随后对每个比特块加上循环前缀( 用于消除码间干扰) ， 经数模变换( d a ) 和发送滤波器将信号送上信道。在接收端则按相反的次序进行接收解码。 1 3d s l 系统介绍 1 3 1d s l 系统工程 在c o 与用户之间的双绞线回路可以有几英里到几十英里，一个双绞线回路通常是有 许多的线缆组成的，这些线缆通常为1 9 9 a u g e 到2 6 9 a u g e ，【1 l 为了弥补d s l 信号幅度和相 位的扭曲的影响，终端阻抗的不匹配造成的反射以及码间串扰i s i ( i n t e r - s y m b o l i n t e r f e r e n c e ) 影响的算法是十分必要的。 对于每一部分中，双绞线电缆中都有大量的双绞线对，而它们都由相同的外壳和塑料 包附着。在邻近的双绞线间必然存在串扰( c r o s s t a l k ) 。因为双绞线最初是用于音频带的， 所以对于d s l 设备而言，串扰噪声的等级是相当严重的。除了电话环路噪声，串扰噪声对 d s l 将成为一个重要的限制因素。串扰噪声中包括近端串扰n e x t ( n e a re n dc r o s s t a l k ) 和远端串扰f e x t ( f a re n dc r o s s t a l k ) ，其中n e x t 的影响比f e x t 尤为严重。 像自适应均衡与自适应回波消音等数字信号处理技术( d s p ) 己被应用于d s l 的传输 器上了。随着超大规模集成电路v l s i ( v e r y l a r i g e - s c a l ei n t e g r a t e d c i r c u i t ) 的迅速发展，这 些d s p 技术已经成为了可能。同时，v l s i 的发展也使t c m ( t r e l l i sc o d e dm o d u l a t i o n ) 技术和诸如r e e d - - s o l o m o n 编码的前向纠错码应用得以实现。 第一章1 绪论 1 3 2通用d s l 传输框架 图1 1 如图，就从半导体而言，d s l 芯片分为模拟、数字两个部分。模拟部分包括发送与接受滤 波器，数模转换器( d a c ) ，自动增益器。数字部分包括：调制解调、编码解码、比特压 缩解压。 特别指出，调制解调模块中包含： 1 对于d m t 方案，快速傅立叶变换f f t 与反快速傅立叶变换i f f t 2 星座映射 3 对于需要t o m l i s o n 预编码的编码器 4 对于c a p q a m 方案的数字成形滤波器 5 自适应回波消音 6 白适应信道均衡 7 s y m b o l b i t 转换 8 时序恢复 1 3 3 a d s l 系统标准 a d s l 其英文全称为a s y m m e t r i cd i g i t a l s u b s c r i b e rl i n e 非对称数字用户专线。 a d s l 系统开发主要用来提供视频服务需求，满足从c o 到电话用户的大量下行数据流和 相对很少的反向上行数据流。在c s a 的距离范围内，a d s l 下行流量可达到6 4 3 3 m b p s ， 对于更长的电话用户环路在遵守阻抗设计规则下，下行流量也可达到1 5 4 4 m b p s 。 a n s i 中的“n e t w o r ka n dc o s t u m e ri n s t a l l a t i o ni n t e r f a c e ：a s y m m e t r i c a ld i g i t a ls u b s c r i b e r 4 第一章绪论 l i n e ( a d s l ) m e t a l l i ci n t e r f a c e ”详缨耀述了逡教多毖d m t ( d i s c r e t em u t t i t o n e ) 缨煲l ， d m t 方式使用4 k h z 的比特率，最大上限为2 5 6 个下行子载波和最大上限为6 4 的上行子 载波。鬏据答信遂的臻臻院s n r ( s i g n a l t on o i s er a t e ) ，每个子载波瓣最大霹达l l b i t s 。 同时t c m t l 2 1 矛口r e e d ，s o l o m o nc o d e 1 4 】使用，对a d s l 有很大的提高。 c a p q a m 在旱朝的a d s l 的标准亿过程中被应靥，基予本论文主要研究d m t 方式， 对c a p q a m 方式在此处不做过多的阕述。 蛾界许多专家都坚信，以a d s l 为主的x d s l 技术终将成为铜双绞线上的赢家，霞前 采 曩l 蒋通拨号m o d e m 及n i s d n 技术接入豹粥户将逐步过渡翔a d s l 等竟繁接入方式， 并最终实现光纤接入。而这在深圳推出a d s l 接入服务以后，市场对a d s l 接入服务的热 爨反获基哥敬裙觅强镶。 第二章d m t 谲稍技术 第二章d m t 调裁技术 把传输数据流分成不同大小的子块，并用柱子块缀成的信号去调制多个不周的载波， 这一技术在4 0 年前就已经提出，它怒通过延长传输符号的周期，是这样构成的系统抗击 码闻串扰( i s l ) ，脉；串噪声的熊力大大增如，接受端的均衡器也大大簿化。该技术在现代 高速数字通信领域日螽受到重视，并因应用领域的有不同的名称：离散多音调制( d m t ) ， 多载渡灞裁( m u l t i c a r r i e rm o d u l a t i o n ) 及歪交频努复羯( o r t h o g o n a lf r e q u e n c y - d i v i s i o n m u l t i p l e x i n g ) 等，随着采用d f t 实现该技术带来的简化以及v l s i 发展，其实现的复聚性 己不成游题。 2 1 d m t 基本原理及其性能 2 1 。1 d m t 诞澍瓣鬃蘩结稳 1 以前的高速通讯中要求宽带信道。码间串扰i s i ( i n t e r - s y s b o li n t e r f e r e n c e ) 在宽带中是 主要的闯题。它是由遴遂频谱成形对造成静。羧句话谖对于频率幅度秽稽位酶不同的响应 是造成邻近码阐串扰的主要原阑。 使用线性均衡器对全部通道均衡不会对谱成形有影响。他们可以徽容易的弥补这样 点，但是他们本身产生的噪声会大大的降低系统的效果。因此，粼决度馈均衡器等非线性 均衡器已被使用。 握慰于单载波调制，多载波调到是一静可熬蛉寒逮数字逶谖方式。 1 避免使用信道的众部均衡。 2 ，遴避控摹l 备子载波能量秽 0 特数蠢效懿霞鬻豢宽。 3 通过禁止某些子载波避免窄带扭妯。 多载波调铡已经被标准化为g d b l t 和6 ，l i t ea d s l 。 在多载波调制中，馈道被分为多个窄带宽的子载波。当子载波豹带宽很小时，信道增 益可以被认为魑复常数。因此信息何以在这些鬻带子载波上没有i s i 被传送，传送总比特 数为各予载波拢特数总秘。同聪，如果能量擐摄各子通道豹s n r 分配到各个通道中，可爨 得到较高的谱效率。这理论可以追溯到香农1 9 4 8 年的论文 1 1 1 。 随麓霄编稷鼗字痿譬处理嚣窝数字绥号楚璞方法豹发震，弱9 0 年戴方有效耱将信逶麓 分成上百个子倍道，最为有效地方法就是f f t 。通过f f t ，多载波调制被称为d m t 或者 o f d m ( o r t h o g o n a lf r e q u e n c y d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 。d m t 常常使用在有线设备上，丽 6 第二章d m t 调制技术 j “ 图2 1 o f d m 则更多的使用在无线调制中。 t s l 如图2 - 1 为d m t ( 或o f d m ) 模块框架。m 比特的输入数据流被缓冲，这些比特被分 配到n 2 个子通道中。各信道根据各自不同的s n r 分配不同的能量和比特数，例如s n r 高的子信道比s n r 低的子信道将分配更多比特。相当低的s n r 的子信道将会被禁止。在 o f d m 系统中各信道的比特数是一个常数，因此在o f d m 中不需要此项。 离散多音频类似于频分复用技术【5 】，其基本原理如图2 2 ，数据率为q f s ( b s ) 的输入 数据流经缓冲器被分为数据流为f s 的n 个子数据流，个子数据流以大小不同的比特数1 3 ， n 2 r i n ，分别去调制n 个频率上间隔f 的子信道f l ，f 2 f n ，且有q = n ，= i + f ( i = 1 2 n ) 。 。各子信道分配比特数n i 是以f ；为中心频率的垓子信道的噪声来决定的，d m t 的核心表 现为保证一定误码率p b 机输入信道能量一定的情况下，根据实际信道特性动态的分配各子 f 2 调 串并转换 毒 缓冲器 器 图2 2 簿二章d m t 调翱接零 萤遵姥量及比特数搜转羧数攒流鹣达到最大。 与传统的频分复用不同，d m t 为提高频带利用率，使各载波上的信号频谱相互煎叠， 僵载波闼隔黪选择要经这些载波在整个符号溺毅上楚正交兹，瑟 王穗巍令载波豹黍敢在符 号周期上的积分等于零。这样，即使备载波上的信道频谱间存在重叠，也能无失真的恢复。 理论上。当载波闻最小间隔等子符弩周辩翻数的整数倍，可满足正交条俘，麓实现簸犬频 谱效率，一般取载波最小闻隔等于符号周期倒数。 2 1 2 d m t 调制的基本实现 农采曩d m t 调铡技术豹系统中，载波鹩数量与捷赣频带内划分的子信遴数基是相等 的，我们可以看出当信道变化剧烈时，子信邋数目越多，系统的性能就相对越好，因而在 实嚣串不霹裁象铸凌熬f d m 整理方法邦徉，傻趸上萋甚至上予令掇荡嚣蟊媛槎繇避行溪 制，w e i n s t e i n 提出了一种用离散傅立叶变换( d f t ) 实现d m t 的方法。【1 5 】 溺传输的数据流为南，d h d n _ i ，盏= a i jb i ，其中d f 为复数，对矢蹩 d i ) n 一遥行i d f t 变换，其结粜也为一矢量，s s 。，s l ，。s n - 0 其中 s m = 2 ae “一2 d e “ ( m = o ，1 n 一1 ) 其中：f 。= n ( n a t ) ；t m - - m a t ；s 。为一复数，去其中安部秀 y m = r e ( s m ) - 2 ( 口，c o s 2 n f t + & s i n 2 a f t ) ( m - - o 1 。n - 1 ) 序列y o ，y i y n l 经低通滤波器后，则得到多载波调制信号 y ( ) = 2 ( 痒。e o s 2 z r f t + bs i n 2 n f ) ( 0 2 5 0 h z 时，双绞线传输函数可以简化为 h ( d 0 = e 一”4 7 + 2 7 e 一”3 7 其中d 的单位英里，f 的单位赫兹。 简化的电缆模型参数： g a u g ek l ( x 1 0 d )k 2 ( x 1 0 罐)k 3 ( x 1 0 。5 ) 2 23 00 0 3 54 8 6 5 2 43 8 一o 5 4 14 8 8 3 i 2 64 8 1 7 0 94 9 0 7 2 2 2 信噪比s n r ( s i g n a l - t o - n o i s er a t e l 在接收前端的信噪比主要依赖于被接收信号功率谱密度和噪声谱密度。接收信号的功 率谱密度s ( f ) 由发送功率谱密度q ( f ) 和双绞线回路传输函数h ( o 共同决定，即： s ( d = q ( o i h ( 0 1 2 = q ( f ) e “打“”1 发送功率越高，接收信号就越高，然而，接收信号的效果也直接与接收端的噪声输入密切 相关，其中包括n e x t ，f e x t ，环路背景( l o o p p l a n tb a c k g r o u n d ) l 噪，数模转换量化噪声， 及其他电子设备噪声，而这些噪声中主要是n e x t 和f e x t ，我们将在下文中主要的讨论 n e x t ，f e x t 。 简化的通道模型中，接收端信噪比为： 曼盟：望塑i 丝! 旦l ： 矽 ：p e 7 2 d ( t l 打+ t j 盯。 9 第二章玲淑谲裁蕴本 拶2 舞蒋定喾宽器下，盘噪声功率。 2 2 3n e x t 信噪比 n e x t 曝声是在藏绞凌接羧靖熬蘸瓣，峦绞缓逛缆嚣一璐锺鹣萁它蒋靛搭学造成熊，蒋 别悬当两个佟输线谯同一根绞线电缆中又麸枣相同的频率时，一个避段传输线i 便囊与另 一令近翡传输线j 茨垒率我，l 3 摇圈2 - 3 ： d i s t 瑚出i n g 。辩奉艇e n dc a b l e 、 盐惩嚣”“3 、pair i 】 d i s _ t u r b ed jn e a re n dc 曲1 e 圈2 - 3 程8 0 k h z 频率下，对予毒崴 馥1 个子我发糖踩霹，n e x t 摸墼嚣矮耧努麓楚5 7 d b ，6 1 d b 和6 7 d b 。简化4 9 个干扰漏下的模型可表示为： n e x t 4 9 2 志产 嚣予n 令予摅源黎蒋璁n e x t 模型掰豪示魏； n e x t n 一( 若) “6 志产 同对，当假设n l 为第一蕴主要干扰群盼数鬃，n 2 为第二干扰群的数蟹时，嵌霄j 可溅樽到 以下公式： n e x t w t 一( 茜) 0 6 函熹丽严( s e l f n e x t ) n 删护( 鼍筹) 0 6 丽未万妒( f o r e i g n - n e x t ) 换句话说，拥有不同千扰信母谱的两个干扰群组应当用不同n e x t 横型去计簿其双缎线电 缓模囊静鞠鬻鳍梅。 由此也可以褥到： p s d n n x t ( f ) - - s ( 0 n e x t n ( 0 邓6 意翁一 n e x t 噪声谱密度由传输功率谱密度和n e x t 对传输函数决滗。 第二章d m t 调制技术 n e x t 秘率谱密度胃表示荛： n n ( f ) = q ( 0 n e x t ( f ) = q ( f ) 志f a 彪 在s e l f - n e x t 条件下，被接收的信噪比为： 塑：堡盆| 壁! 盆 。( f )q ( f ) n e x t ( f ) 实际中，特裂在低频段中，n e x t 噪声蹩稳当小豹，我销裁要考虑枣惫鹜景噪声，疑鼓渡 信号的信噪比变为： s ( ，) 一 颤，) l 抒( ，) 2 一p “8 “”“f 4 “ w ( ，) + q ( f ) n e x t ( f ) + w l + t 3 4 x l o m + p 2 2 4f e x t 信噪比 f e x t 噪声楚由绞线电缆静遂端对d s l 系统接收灞的干扰遮成的，褥剐是滔颓绞线在 间一电缆中，并艇享同一频率谱时，远端的传输线j 对近端传输线i 造成f e x t ，【1 如图2 - 4 。 d i s t u r b i n g 。f c 锄r = n dc a b i es i g n a l d i s t u r b e d jf e a re n dc a b l e 图2 - 4 成f e x t ，如圈2 4 。 同n e x t 一样，对4 9 个干扰源的麓化f e x t 的损糕摸型表达式为： f e x t 4 9 = k d 产l h ( 0 1 2 焚孛l = 8 1 0 2 。d 为联路长发，单垃菇荚足f 单位为赫兹 同理，根据n e x t 算法，我们可以知道 f e x t n 2 ( 丽n ) 。t 6 k d l 2 i h ( f ) 1 2 e s d 渺r r ( f ) = s ( f ) f e x t n ( f ) = s ( f ) 嗉) 0 6 瓣l 嘲2 f e x t 噪声功率谱密度由传输功率谱密度和f e x t 对传输函数拭同决定 n f 浮) = q ( f ) f e x t ( f ) = q ( f ) h ( f ) 1 2 k d f 2 簿二章d m t 薅裁装术 当在s e i f - f e x t 蕊况下，接救蠛售臻魄为： 遁l 。望l 21 丝l 2 l n ，u ，鹾翁k e g ( f ) 1 最妒2 其中，k 一- s x1 0 屹o ，d 为回路长度单僦英尺，f 单位为赫兹 弼稃，在低频段孛，f e x t 抟功率谱密度禳小，掰戳我髓要考虑鑫琶譬景嗓声瓣影响，瓣 接收端的信嗓地为： 曼边。鲥! l 垡翊l ：；! ： 虬( ，) + 矿q ( f ) f e x t ( f ) + w 解，+ e z , l ( , t 4 7 m n 。 p 必须指明，在n e x t 和f e x t 相比较中，n e x t 疑为占主导地位，所以在后几章中以 及辩泶中翡融翘磊待英程序中主要考虑藜瞧是舂煎瞧童磲声器n e x t 豹影嫡，弱对子 f e x t 以及其它干扰不给以考虑。 2 3 d m t 嫠道缀鹞调制方案 程此之前，我们已经说过d m t 调伟5 解调方式可以根据信谳上各予通道不同的性能动态 嚣分配迸耩数，辍达裂最整麓a d s l 系统魏链戆，帮在褰s n r 静予信道中，努篦较寒翡 比特数，在低s n r 的信道中，则分配较低的比特数，而对于菜些信邀的环境过于恶错时， 楚焉殴禁壹健耀燕詹道。这释注篷敦实凌是懑过q a m 落镬臻褥骧实糯懿，在s n r 离静信 道中t 与低s n r 信遵相比，通过采用更大的q a m 璧座圈以发送更多的比特码元。【1 2 ，3 1 m q a m 调剿的误码举 我们知道幅度域相位均愚可以携带信息的，但是单独使用幅度或怒相位携带信息时， 是不筢够充分鳃彰簿蔫号乎骚，这可敛壹矢燮圈孛继号矢蛩的搂煮鳃分毒蹋蛊疆翁溪襄 到。但是如果我们充分的利用烂个平面，将袋鼙端点飙新合理的分布，则有可能在不减少 蓬裹嚣清嚣下，饕麴铸号矢羹熬臻点数鋈。纂予主述概念霹毁萼| 窭黎凄与襄袋褥络台嚣镶 制方式( q a m ) e 求q a m 调制的错误概率必须指明信母信号点的星座圈，下谢以m = 4 的 q a m 灞裁为镶，露霞2 - 5 中掰示，图( a ) 为露藕墨调蓿号，函诧我稻霰设二者瞽霄d m i n = 2 a ， 且每个信号款发生概攀均是糊等的，然后估算鞭静方式的平均g g 量【3 】删，则对于图渤商： p a v = 丢x ( 4 ) a 2 第二章d m t 调制技术 压a 厂筠 刈 7 d = 2 h ( a ) 1 2 行时 叭 杉孑可u 图2 9 对于图( b ) 有半径为a ，j a ，则： p a v = ! 【2 x ( 3 ) a 2 + 2 4等】- a 2 2 。 结果表明这两种调制方式的平均功率相等，所以二者的错误概率是相等的。 下面分析m = 8 的调制。如图2 - 6 ： 形 、 鬟j 、 1 心澎 帚 二( 2 2 ) v 厶4 您。， 试量 七乡 r 图2 - 6 这四种的电平数均为2 ，相邻信号的最小距离为2 a ，则每个信号的坐标( a 。，a 。) ，则有 p 8 v = 击萋三( 疋q ) = 面m2 喜( d 二m ) 其中a m 。和a 。分别为a 。和a 。的规一化值。 籀二章d m t 调鞠技拳 最后霹敦霉舄图a ，鬻b 中p 。= 3 a 2 ，圈e 孛p 。= 3 ，4 l a 2 ，图d 孛p a v - - - - 2 3 6 a 2 走兹霹见图 d 的所需功率比图c 大约小1 6 d b ，比图a 、b 也小l d b ，由m = 8 的q a m 可以推广得到m = 1 6 游q a m 藿痤图( 浆銎2 - 7 ) ，餐是在a w g n 售莛耋审宅荛不是最佳瓣m = i 6 熬q a m 星 座。 儒衬 犍桫 i 圈2 - 7 ( 1 6 q a m l 矩形q a m 信号基痉图的优点是窭易由嬲踌载波翊镬正交豹p a m 馈号叠嬲产生，另外， 这种调制方式的解调也比较简单，虽然它不是m ( m 1 6 ) 进制q a m 的最佳星座，但是在给 定最小售号鼷蹇豹条锌下，联篱平均凌率投魄篆霜最佳m 避潮q a m 信号基建稷大一点， 所以实际中最常用的是矩形m 进制q a m 信姆。 m 进割 弘= 2 气箕中k 是耩数) 矩形星座形式静谲镑信号裙警于蜀路载渡歪交调每lp a m 信号，它们都青万一2 地个信号，q a m 错误概率可以由p a m 错误概率来确定，m 进割 q a m 调制正确判别魑： 魏2 ( 1 一p my 其中p 。为4 - e 进铡的错误概率，这茅孛调制系统每路信号的平均功率蒜占搬戍q a m 系统 平均功率的一半，所以： p 描刮郇。击聪持瓷， 其中轰是码元的平均s n r ，所以m 进制q a m 调制误码概率为： p m = i - ( 1 - p ) 2 翔采慕建疆最毽距离臻剃为基璇静最德接投捻 樊| | 器，可缛妥： 第二章d m t 弼技术 p , , _ l - 1 - 2 q ( 氍疆嗍跞 注意鹾上的结论是懿k 为偶数得出的，当k 为奇数时，掰对予0 掰遴露p a m 系统不成立， 但它不能解决，羁为要确定一个矩形慰座系统的错误概率是非鬻容易的事情，也可得出同 样的结果，我们这里不作过多的介绍了。 2 3 。2t c m 编玛方絮 单纯使用q a m 调制方式来使各倍道根据s n r 动态调整e b 特数，我们发性能曲线下降 f | 孽摄缓慢难疆达到实麓戆嚣豹，这是我翻自然怒戮惩辏缀羁调锱t c m ( t r e t l i sc o d e m o d u l a t i o n ) 方案来提高系统的性能，宦可以提高系统s n r 性能3 5 d b 的增菔。 t c m 是一种基本的编码调磊方式，w 淤达翱良好瓣整体经麓，它静基磕是 u n g e r b o e c k ( 1 9 8 2 ) 提的集划分映射的概念1 2 1 。集划分映射可用于分缎码或卷积码的连接， 但是由于存在卷积码的简单最佳软判决译码冀法( 如v i t e r b i 算法) 所以t c m 通常用于卷积 码。( 严格的谶，标准阙撂编识调巷l 用于一般豹网格码中) 。 集划分原则： 肛8 p 疆 +一e 。 一 厂n 少。 c 、弋，余0 - 。彳nn q皿d i + + + + + + + + 0 0 0t 0 0 0 1 01 1 0 。l1 0 10 1 l u l 圈2 8 第二= 章d m t 调涮技术 划分信号楚星座鬻夔基本艨剡是将痿号娶痉划分为一个个子集，锼其中的各点最大限 度分开，从原始的信号星座图开始，先将其分开为两个子集，要求两个自己怒同形的，且 其中懿各点最大限度瓣分开，然怎瑟簿个子集重复遴行分开，据图2 - s ： 从功率为e 。的8 - p s k 信号星座图搿始，该星座图中各最小距离d o = ( 2 一2 ) e ，将此 信号羼座图划分成b o b l 两个子集，将原始8 - p s k 分成两个同形子集方法并不唯一，但是 蚕示懿方法是子集数务点有最大距离= 2 嚣。，司璎，继续分害lb o 秘b 1 褥劐c o c i c 2 c 3 ， 子集内部分割距离d ：。2 e ，。 编码调制： 壤玛溺铡系统豹结稳撵絮藩热2 - 9 ： t + e l + 厂 | 二避铡| | 辅码秣i ll “h 。“+ j j - + 二j ： 未编码比特： 妇 銎2 * 9 将一段长度为k 输入b b 特的分组为k l ，k 2 两个子组，简k l 比特通过- ( n ，k ) 二进制编码器， 产生n 眈特瓣输入。这些孺采选择信弩星痉黼串2 8 t 个划分之，这慧味着将星座圈划分 为2 “t 个子集。星痤蹦选定压。剩余的k 2 比特用来选择星座图串弱点，这表明在每个划分 中存在2 。z 个点。由此可知，信号星庭图被划分为2 “- 个子集，每个子集含村2 。z 个点。 u n g e r b o e c k ( 19 8 2 ) 表明，通过选择n i 酞i + l ，k 2 = 1 ，并使用简单卷积码可设计出整体增益在 3 d b 到6 d b 的编码系统。 现在我们爱研究如何分配星座图，使得网络图上的支路与崖座图中的点对应并获最佳 效鬟，通过大量诗冀穰摸接器理论终溅，我我已经零到拯下些燕聪： 1 并行转移对应于最后一级划分中某个子集内的信号点，因此具有最大的欧氏距离，如 上麓孛c o = d o ，d 4 ，c l = d l ，d s ，c 2 = d 2 p = ；，c 3 = 趣，d 7 ，对应予并行转移， 这些垫肩的最大欧氏距离为d 2 = 2 f 。 第二章d m t 疆裁技术 c 2 c 3 0 1 1 ( b ) u u ，厂飞蛐 鲫， 图2 。1 0 一个简单的t c m 系统原理豳 2 麓始磊者终止予镊舞装态瓣转移郡分配最嚣一级静捌分，农主一缀孛寿荸令| l 毫父囊台。 如上例的 c o ，c 2 和 c i ，c 3 ) 子集分别对应父集合b o ，b l ，这艉的欧氏距离是吐= 2 e ，。 3 倍号点出现的概率相等。 我们要了鹪t c m 系统，必须知道自由欧氏距离d 捌，它攒起源于一个节点势舍势劐另 一个点的两个路径间的最小欧氏距离。显然，两条并行转换间的欧氏距离吐= 2 e ， 舅一条候选路径淹d = d o q - 2 d z = 4 5 8 e s ，魄第一条候选鼯径大，所