摘要
G.DMT和无分离器的G.Lite标准的非对称数字用户环路(ADSL)和甚高速数字用户环路(VDSL)都采用离散多音频(DMT)作为调制编码技术。由于具有频带利用率高和抗多径能力强等优点，近年来受到广泛的重视，应用于很多领域。通信传输信道是连接发送端和接收端的物理媒体，必然会引起ISI干扰和其它噪声，在DMT收发器中采用加循环前缀和时域均衡相结合方式消除信道符号间干扰。传统均衡器结构是单有限冲激响应滤波器FIR、FFT多载波解调器和单抽头滤波器组的频域均衡器三部分的级连，目的是通过在接收端缩短信道冲激响应长度进而减少ISI。传统TEQ设计方法，如最小均方误差（MMSE）、最大缩短信噪比（MSSNR）和最大几何信噪比（MGSNR）都是最大化目标函数，但并不是直接最优化比特率。 本文首先简要介绍应用于ADSL的离散多音频调制技术的理论基础，并对其关键问题进行了系统的研究。在分析传统TEQ设计算法和结构的基础上，重点提出最大信道容量的DMT系统均衡器设计算法，进一步提出新的子信道SNR模型。将均衡多载波信道分成等效信号、噪声和ISI通路，并重新定义子信道的信噪比。利用此定义推出关于TEQ抽头的信道容量非线性函数，进而提出基于此非线性函数的最优最大比特率（MBR）TEQ算法，和次最优Min-ISI算法。
系统全面分析和阐述了三种TEQ均衡器设计结构：(1)Single-Path，(2)Dual-Path，(3)Per-Tone。利用M
ATLAB计算机仿真对不同算法的性能作了估计与评测。其仿真系统不仅比较了各种时域均衡方法，详细分析各自的优缺点，并为今后时域均衡设计算法、均衡器结构的选择和优化参数设计提供了有价值的参考。
通过在8载波服务区ADSL信道上的仿真结果证明：
(1)最大信道容量MBR和Min-ISI方法相比传统均衡器设计算法MMSE，MSSNR和MGSNR得到更高的比特率。
(2)次最优Min-ISI算法的可用比特率可以达到最优MBR算法的99%。
(3)Per-Tone均衡器结构实现N w抽头FEQ频域独立优化每个子信道，可以使用最小二乘法LS和MMSE设计方法。仿真结果表明相比Single-FIR TEQ设计，Per-Tone 对提高信道容量有所改善。
(4)Dual-Path均衡器结构在比特率和结构实现两方面得到很好的权衡。
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关键词：数字用户环路，离散多音频，时域均衡，MATLAB系统仿真
ABSTRACT
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G.DMT and G.lite Asymmetric Digital Subscriber Line(ADSL)modems and some Very-high-speed Digital Subscriber Line(VDSL)modems rely on discrete multitone modulation(DMT).Due to a variety of advantages,such as high bandwidth efficiency and excellent anti-multipath performance,DMT has received considerable attentions and widely used in many fields.The transmission channel is the physical medium that connects the transmitter and receiver and induces inter-symbol(ISI) interference and other noise sources.One efficient way to counteract channel distortion in the transmission band is to combine a cyclic prefix with a time domain equalizer in DMT transceivers.The traditional DMT equalizer is a cascade of a time domain equalizer(TEQ)as a single finite impulse response filter(FIR),a fast Fourier transform (FFT)multicarrier demodulator,and a frequency domain equalizer as a one-tap filter bank.The aim is shortening the transmission channel impulse response to mitigate ISI. Previous TEQ design methods such as minimum mean-squared error(MMSE), maximum shortening signal-to-noise ratio(MSSNR),and maximum geometric signal-to-noise ratio(MGSNR)optimize objective functions not directly optimize system bit rate.
In this dissertation,I make a systemic research on basic issue and principle and the key technologies of DMT transmission system used in ADSL modem first.On the basis of traditional TEQ design structure and algorithm,the important is to present the equalizer design that maximizes channel capa
city of a DMT system,meanwhile develop a subchannel Signal-to-Noise Ratio(SNR)model.I partition an equalized multicarrier channel into its equivalent signal,noise,and ISI paths to develop a new subchannel signal-to-noise(SNR)definition.Using the new subchannel SNR definition,I derive a nonlinear function of TEQ taps that measures channel capacity.Based on the nonlinear function,I propose the optimal maximum-bit-rate(MBR)TEQ and near-optimal minimum-ISI(Min-ISI)method.
To sum up,I have a systemic and comprehensive analysis and explanation on three TEQ equalizer structures design structure:(1)Single-Path,(2)Dual-Path,and(3) Per-Tone.Simulating the performance of TEQ algorithms by MATLAB computer simulation.The results compare all the time domain equalization algorithms with simulation and analyze their advantage and disadvantage.The research work and its
conclusion afford a valuable reference and directive meaning for the choice of equalization algorithm and equalizer structure and optimal parameter design in the future.
Based on simulations using eight different carrier-serving area ADSL channels show:
(1)The proposed MCC and Min-ISI methods yield higher bit rates than the MMSE, MSSNR,and MGSNR;
(2)The Min-ISI method achieves99%of the available bit rate of the optimal MBR method;
(3)The Per-Tone equalization structure with a N w-taps FEQ optimizes the SNR for each subchannel separately.The results of simulations show that Per-Tone achieves higher bit rate than single-FIR TEQ.
(4)Dual-path time-domain equalizer achieved better tradeoff of complexity vs.bit rate.
Keywords：Digital Subscriber Line,Discrete Multitone,Time Domain Equalization, MATLAB System Simulation
1绪论
一般来说，完整的通信网主要由传输网、交换网和接入网三大部分组成。就我国通信网的发展现状而言，经过十几年的高速发展，我国的传输网包括一、二级干线和大中城市之间的中继线已经初步实现了数字化和光纤化；交换网也基本实现了数字化和程控化，整个骨干网的传输和交换容量有了很大的提高；相比之下，用户接入网(从本地交换机到用户端设备之间的部分)发展则要缓慢得多，但它却是整个通信网建设的“瓶颈”，也是高速接入国际互联网的“瓶颈”。目前可选择的接入网技术主要有基于铜双绞线传输的接入技术ISDN和xDSL系列，基于同轴电缆传输的Cable Modem接入技术。在1.1节中将对各种宽带接入网技术进行概述和比较。
钙粉生产线设备相比于在信道上采用一组固定调制基函数的单载波调制方法，1.2节介绍的多载波调制更适合于信道冲激响应特性变化大，具有中等或严重ISI干扰的信道。此节中将针对应用于不同环境的OFDM和DMT两种多载波调制技术进行简单概述。
1.1宽带接入网技术
1.1.1话带调制解调器
话带Modem技术是应用最早，也是最为广泛和简单的一种利用电话线和公用电话网接入Internet的技术，主要利用4kHz带宽的模拟音频信道传输数字信息。其发展很快，从80年代的V.32（14.4kbps）到90年代的V.34Modem（对称33.6 kbps），再到1998年9月公布V.90Modem（不对称56kbps）的国际标准，而目前新的改进协议V.92可以实现对称56kbps的传输速率。虽然话带Modem采用了很多先进技术，但由于受到电话带宽的限制，速率提高也相应受到制约。
实际的传输速率主要取决于以下几个因素[1]：
（1）电话线路的质量。因为调制后的信号是经由电话线进行传送，如果电话线路不佳，Modem将会降低速率以保证准确率。为此，在连接Modem时，应注意要尽量减少连线长度，多余的连线要剪去，切勿绕成一圈堆放。
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（2）是否有足够的带宽。如果同一时间上网的人数很多，就会造成线路的拥挤和阻塞，Modem的传输速率自然也会随之下降。
（3）对方的Modem速率。Modem所支持的调制协议是向下兼容的，实际的连接速率取决于速率较低的一方。
1.1.2电缆调制解调器
电缆调制解调器即Cable Modem[1]-[4]，主要用于有线电视网进行数据传输。与
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普通Modem相比，传输机理是相同的，都是将数据进行调制后在电缆的一个频率范围内传输，接收时进行解调；不同之处在于普通Modem的传输介质在用户与交换机之间是独立的，即用户独享通信介质。而Cable Modem是通过有线电视CATV 的某个传输频带进行调制解调的，属于共享介质系统，其他空闲频段仍然可用于有线电视信号的传输。因为它是通过有线电视网络进行高速数据传输，从网上下载信息的速度比现有的电话Modem快1000倍，它的速度范围为500k~10Mbit/s，甚至更高。在目前的有线电视网络中，普遍采用光纤电缆混合（HFC）传输方案，即利用光纤作为骨干网，而采用同轴电缆作为末端的接入。这样连接的现代电缆调制解调器可以提供超过40Mbps的下行速率。该系统一旦建好，不仅能提供高速互联网接入，还可以利用IP电话（V oIP）技术提供电话业务。
利用有线电视网络实现宽带通信的Cable Modem，是利用电话线传输的DSL 的主要竞争对手。与之相比，有线电视（CATV）系统的特点是：
（1）广播式传输；
（2）带宽很大，从50MHz到1000MHz；
（3）多频道，在50MHz到1000MHz之间，每6MHz带宽为一个频道，因此可以有100~200个频道。通常利用某一个电视频道进行高速数据传输。
由于它是在HFC系统中传输，而同轴电缆的电气特征（如电磁辐射、电磁屏蔽等）一般要优于双绞线，可负载高带宽，因此其传输环境要优于以双绞线为基础的DSL系统。因此，在Cable Modem中，就不用采用DMT这样复杂的线路编码技术，而只要采用比较常规的QPSK和QAM编码调制即可。但是缺点是有线电视网络的接入段是由多个用户共享的，由于带宽资源的共享，使得并不是每个用户都会得到这么高的带宽，而是根据区域中的用户数以及同时上线的人数而定。因此相对DSL系统每个用户的专线传输，传输速率和私密性都难以保证。
单宁酶1.1.3综合业务数字网调制解调器
综合业务数字网，简称ISDN[1][4]。它是一种网络，由电话综合数字网演变而成，提供端到端的数字
连接，以支持一系列广泛的业务，它为用户入网提供一组有限的标准：多用途用户－网络接口。同时ISDN应用非常广泛，可以应用到家庭上网、家庭办公、电子购物、会议电视、远程医疗、远程教学、证券交易、局域网等等。而且除了能提供语音业务还能提供非语音业务：传真、智能用户电报、可视图文、遥测、监视和警告、、资金转移、可视电话和电视会议、电视数据等。
总的来说，ISDN接入技术分为窄带ISDN和宽带ISDN，是接入网接入技术发展的主要趋势之一，传统的ISDN技术只是以64kbit/s为基础的窄带综合业务数字网技术。随着业务需求的提高，传统窄带ISDN已经无法满足用户新的要求，随
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