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摘 要：首先簡(jiǎn)單解釋多載波調(diào)制ＭＣＭ多路副載波調(diào)制ＭＳＭ的由來(lái)和在高速率通信系統(tǒng)的可能利用。其后著重地提出多路副載波調(diào)制適合于光無(wú)線通信的應(yīng)用。最后說(shuō)明大氣光通信對(duì)多路副載波調(diào)制的影響。
關(guān)鍵詞 多載波調(diào)制多路副載波調(diào)制 高速通信系統(tǒng) 光無(wú)線通信 大氣光通信
�。�、多載波調(diào)制ＭＣＭＭＳＭ的由來(lái)
近年來(lái)，高速率通信系統(tǒng)發(fā)展很快，可以看到很多不同的通信系統(tǒng)采用“多載波調(diào)制ＭＣＭ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）”或“多路副載波調(diào)制ＭＳＭ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｓｕｂｃａｒｒｉｅｒ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）”的技術(shù)方案。不論電通信或光通信，也不論有線通信或無(wú)線通信，都有實(shí)際使用ＭＣＭＭＳＭ的情況。具體地說(shuō)，無(wú)線電射頻通信、光纖通信以至光無(wú)線通信等通信系統(tǒng)，凡是傳輸較高數(shù)字速率的系統(tǒng)就有可能利用ＭＣＭＭＳＭ。
所謂多載波調(diào)制是指?jìng)魉途�路上每次傳送信號(hào)時(shí)利用多個(gè)不同的但依次排列的載波，每路載波各自受到數(shù)字信號(hào)的調(diào)制。這些載荷數(shù)字信息信號(hào)的多路載波一同沿線路向接收端傳送。如傳送線路有不良的頻率選擇性和多途徑通路等情況，用了多載波調(diào)制可以有效地減小“符號(hào)間干擾ＩＳＩ（Ｉｎｔｅｒ－ｓｙｍｂｏｌ Ｉｎｔｅｒｆｅｒ ｅｎｃｅ）”。因此，ＭＣＭ對(duì)于實(shí)現(xiàn)高速數(shù)字通信非常有利。
有類(lèi)似的情況：例如在射頻無(wú)線電通信，曾經(jīng)使用“正交頻分多路ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）”，證明確有成效，因而很多情況曾經(jīng)或正在實(shí)際使用ＯＦＤＭ，包括無(wú)線移動(dòng)通信蜂窩網(wǎng)基臺(tái)以及數(shù)字電視、不對(duì)稱數(shù)字用戶線（ＡＤＳＬ）和有些局域網(wǎng)（ＬＡＮ），都曾經(jīng)使用ＯＦＤＭ，收到一定效果。另一些多路用途，包括城市的“有線電視ＣＡＴＶＣａｂｌｅ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ”，它在光纖線路上利用“副載波多路ＳＣＭ（Ｓｕｂ ｃａｒｒｉｅｒ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）”，同時(shí)傳送多路模擬電視信號(hào)。在有些“局域網(wǎng)”，利用ＳＣＭ傳送多路數(shù)字光信號(hào)，容許直接檢測(cè)，可以降低成本。
２、多載波調(diào)制在光無(wú)線通信的應(yīng)用
在光無(wú)線通信，多路副載波調(diào)制ＭＳＭ受到優(yōu)先考慮，因?yàn)槔昧耍停樱�，可以�?shí)現(xiàn)高速數(shù)字通信而不需要均衡。過(guò)去大多使用單路載波調(diào)制，包括開(kāi)關(guān)鍵控ＯＯＫ和Ｍ進(jìn)制脈沖位置調(diào)制。現(xiàn)在ＭＳＭ是讓多路副載波載荷的電信號(hào)對(duì)一個(gè)光載波進(jìn)行調(diào)制。這可以用信號(hào)強(qiáng)度調(diào)制ＩＭ，或用調(diào)頻ＦＭ、調(diào)相ＰＭ。最簡(jiǎn)單的ＭＳＭ系統(tǒng)是利用直接檢測(cè)的強(qiáng)度調(diào)制（ＩＭＤＤ），設(shè)備簡(jiǎn)單。這樣利用多路寬帶副載波，可以減少多途徑信號(hào)的碼間干擾，也可以防止其它的噪音干擾。但是，在這樣ＩＭＤＤ的ＭＳＭ系統(tǒng)，光的平均功率效率較差，這是它的主要缺點(diǎn)。這是因?yàn)槎嗦犯陛d波的電信號(hào)是受調(diào)制的正弦波的總和，既有正值又有負(fù)值，而光強(qiáng)度瞬時(shí)功率必須不是負(fù)的。因此對(duì)于多路副載波的電信號(hào)必須加直流偏置，才能對(duì)光載波強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)制。在利用ＭＳＭ的光無(wú)線系統(tǒng)，需要使用分組碼藉以減小直流偏置并改善系統(tǒng)的功率效率。對(duì)此，可考慮使用“副載波信號(hào)點(diǎn)序列ＳＳＰＳＳｕｂｃａｒｒｉｅｒ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｏｉｎｔ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ”，每一符號(hào)由多路副載波傳送，就是說(shuō)，每一符號(hào)在幾個(gè)副載波上有信號(hào)點(diǎn)。這就可能減小直流偏置，從而提高系統(tǒng)的功率效率。
高速數(shù)字通信系統(tǒng)原來(lái)使用“通斷鍵控ＯＯＫ（ｏｎ－ｏｆｆ Ｋｅｙｉｎｇ）”和“Ｍ進(jìn)脈位調(diào)制ＭＰＰＭ（Ｍ－ａｒｙ Ｐｕｌｓｅ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）”等制式，都是屬于單載波調(diào)制系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)傳送寬頻帶信號(hào)如符號(hào)率超過(guò)１０Ｍｂａｕｄ，則在傳送過(guò)程中如遇到多徑分散的情況必將發(fā)生“符號(hào)間干擾ＩＳＩ（Ｉｎｔｅｒ－ｓｙｍｂｏｌ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）”。而在改用多路副載波調(diào)制系統(tǒng)以后，在同樣高速率傳送，每一路副載波的符號(hào)率將低于原來(lái)的單載波系統(tǒng)載波的符號(hào)率，因此受到畸變很小，可以不需要均衡。另外，多路副載波系統(tǒng)需用的器件，可以是微波所用的器件，比光器件容易制作，并且微波振蕩器的穩(wěn)定性和微波濾波器的頻率選擇性都優(yōu)于相應(yīng)的光器件特性。而且，射頻振蕩器的相位噪聲低，它用來(lái)制作相干檢測(cè)要比光相干檢測(cè)容易實(shí)現(xiàn)。
多路副載波調(diào)制的傳輸系統(tǒng)使用的發(fā)信機(jī)和收信機(jī)，可以采取四進(jìn)制移相鍵控的制式ＱＰＳＫ（Ｑｕａｔｅｒ ｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）。發(fā)信機(jī)用Ｎ路副載波ωｎｎ＝１，２，…Ｎ。在每一符號(hào)的持續(xù)時(shí)間Ｔ以內(nèi)，發(fā)信機(jī)發(fā)送Ｋ個(gè)信息比特。編碼器把Ｋ個(gè)信息比特變換為一個(gè)具有符號(hào)幅度ａｍ的矢量。因?yàn)椋停樱托盘?hào)ｓ（ｔ）可能有正的或負(fù)的，所以發(fā)信機(jī)增加一個(gè)基帶偏置信號(hào)ｂｔ使ＭＳＭ復(fù)數(shù)沒(méi)有負(fù)的，即ｘｔ＝Ａｓｔ＋ｂｔ，其中Ａ是正的因數(shù)。這樣，平均光功率將是ρ＝ＡＥｓｔ＋ＡＥｂｔ。一般地，這個(gè)基帶偏置信號(hào)ｂｔ是一個(gè)常數(shù)與一個(gè)基帶脈幅調(diào)制（ＰＡＭ）信號(hào)之和，如采用矩形的發(fā)送脈沖，則載波頻率ωｎ＝ｎ２πＴ，ｎ＝１，２，…Ｍ，Ｅｘｔ＝０，不管怎樣的信號(hào)集ａｍ。因此平均光功率只是取決于偏置信號(hào)：ρ＝ＡＥｂｔ。
所以，只要適當(dāng)選擇偏置信號(hào)，就可以減小平均光功率。偏置可以是固定偏置，也可以是隨時(shí)間變化的偏置。固定偏置的值可以與ＭＳＭ信號(hào)的最小值相同。隨時(shí)間變化的偏置可以用符號(hào)間最小容許的偏置，它可以使平均功率較小。
３、大氣光通信對(duì)多載波調(diào)制的影響
在大氣中傳送的光無(wú)線通信可以考慮采用多路副載波調(diào)制ＭＳＭ。大氣光通信的優(yōu)點(diǎn)是它在設(shè)計(jì)完善以后不受無(wú)線電干擾、城市噪音和電子脈沖沖擊等不良影響。在實(shí)際應(yīng)用，大氣光通信可以用作“無(wú)線接入線ＷＬＬ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｌｏｃａｌ Ｌｏｏｐ）”，使用戶連接城市通信網(wǎng)。當(dāng)然，在大氣中傳送的光波一般不是可見(jiàn)光而是紅外波。它們?cè)趥鬏斶^(guò)程中必將遇到大氣的分子吸收以及散射和湍流等影響。在晴朗天氣，大氣中有些分子引起各種吸收帶，相應(yīng)地引起接收光束的起伏變化。微熱起伏引起折射率變化而發(fā)生的湍流也將引起接收光束的起伏。已經(jīng)確認(rèn)，大氣光通信系統(tǒng)使用ＭＳＭ，將使大氣通路得到良好性能。
在試驗(yàn)大氣光通信系統(tǒng)時(shí)，曾經(jīng)使用二進(jìn)制移相鍵控ＢＰＳＫ和二進(jìn)制脈位調(diào)制ＢＰＰＭ，互相作比較。在晴朗天氣、各種閃爍情況下，對(duì)兩種制式的誤碼率與信噪比關(guān)系作比較，結(jié)果顯示ＢＰＳＫ比ＢＰＰＭ優(yōu)約３ｄＢ。這兩種系統(tǒng)都不需對(duì)接收機(jī)門(mén)限作估計(jì)，而在使用通斷鍵控ＯＯＫ時(shí)，都有必要對(duì)接收機(jī)門(mén)限作動(dòng)態(tài)估計(jì)。
總的結(jié)論認(rèn)為：大氣無(wú)線光通信系統(tǒng)確實(shí)有必要使用多路副載波調(diào)制系統(tǒng)ＭＳＭ，藉以得到較好的通信性能。
----《通信世界報(bào)》
