[科普中国]-离散多载波

概念

离散多载波（discrete multitone;DMT）是指不对称数字用户线(ADSL)调制技术方案。数字信号分配给同一通道的多个子载波，其中每个子载波上的比特数都由其所在频率位置的信道特性决定。

DMT（Discrete MultiTone，离散多音频）是一种多载波调制技术。其核心思想是将整个传输频带分成若干子信道，每个子信道对应不同频率的载波，在不同载波上分别进行QAM调制，不同信道上传输的信息容量（即每个载波调制的数据信号）根据当前子信道的传输性能决定。

DMT调制技术的实现过程是：首先将频带0~1.104MHz分割为256个由频率指示的正交子信道（每个子信道占用4KHz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；经格栅编码调制（TCM）后，再进行512点离散傅里叶反变换将信号变换到时域，这时的比特块将转换成256个QAM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入信道。砸接收端则按相反的次序进行接收解码。

DMT发送器的原理图如图2.17所示，铜缆线路的0~1.104MHz频带，其中，0~4KHz为话音频段，用于普通电话业务的传输；ADSL的DMT调制将其他的频带分成255个子载波，子载波之间频率间隔为4.3125KHz，容限为。在每个子载波上分别进行QAM调制形成一个子信道，其中低频部分子载波用于上行数据的传输，其余子载波用于下行信号传输，上下行载波的分离点由具体设备设定（如果设备采用回波抵消法，则上下行信号可共用部分子载波）。

DMT调制系统可以根据各子信道的瞬时衰减特性、群时延特性和噪声特性等情况使用这255个子信道。在每个子信道分配1~15bit的数据，并关闭不能传输数据的信道，从而使通信容量达到可用的最高传输能力。

与QAM技术不同的是，DMT使用多个坐标编码器，理论上，每个坐标编码器均对应一个子信道。而坐标图所使用的点数则视输入的数据位数而定（每个坐标图的点数不一定相同），最少为0，最多可达215个点，也就是说，最多可一次将15个位长的数据编码和译码。输入的位数据先经过加扰之后，再分配给发送端的各坐标编码器，经过编码后取得各个星座的x及y值，再合并送往接收端解调，还原成位数据再输出。

在位处理能力方面，DMT调制速度为每秒0~16bit/Hz，亦即每一4KHz（即4.3125KHz）的子信道最高可达64kbit/s，所以，下行速度最高可为（但实际中因传输距离的限制以及线路质量和噪声的影响，可能难以达到）。低频时铜线上的衰减较少，信噪比（SNR）较好，可以达到10bits/Hz以上；但在高频以及线路质量不良时，可能只有4bits/Hz甚至更低。ANSI TI.413以每秒8bits/Hz为基础，各子信道所携带的位数为32kbit/s。

工作原理上述的4.3125kHz即为每一子信道的载波，各子信道之间是完全独立的，在频率上也是分离的。每个子信道内的信号功率只集中在非常窄的带宽内，并且只和其相邻的子信道有重叠，各个子信道只占整个传输带宽的一小部分。

传输线路上的高频衰减远大于低频衰减，相差约可达10dB。此外，无线电广播等电磁波也会对信号造成窄频噪声。所以，当多频调制信号在长距离铜线上传输时，其所接收的信号大致如图2.18所示。DMT调制方式的各个子信道根据干扰和衰减情况可以自动调整传输比特率，以达到最佳的传输线利用率。例如，让信噪比（SNR）较高的子信道传送更多的位，而关闭被窄频噪声所遮盖的子信道。

DMT调制技术提供了子信道传输速率自适应和动态调整的理论，但还要通过具体的方法实现。ADSL设备主要是通过初始化过程中的收发器训练、子信道分析和运行中的功率调制来实现的，其具体过程如下：在ADSL系统加电后，为了优化通信链路的传输容量和可靠性，ADSL收发器先要在各个子信道发送一些训练信息，进行收发器的训练；收发器根据接收到的信号对传输通道进行分析（包括信道的衰减、信噪比和数据比特数），确定适合该信道的传输和处理参数，包括平均环路衰减估值、选定速率的性能容限、每个子载波支持的比特数量、发送功率电平及净负荷的传输速率等；在工作过程中，DMT系统具有在不中断业务情况下，对业务性能监控的功能，对异常的事件、故障和误码可进行监测，对相应衰减大和信噪比低于容限要求的子信道，可增加信号功率，对信噪比较高的，可减小信号功率，功率调整幅度范围为3dB。同时，系统还具有比特交换的功能，将传输质量差的子信道的部分转移到信噪比较好的子信道传输。

在ADSL的标准化进程中，DMT调制方式比CAP方式获得了更广泛的支持。与CAP方式相比，DMT具有以下优点。

（1）带宽利用率更高

DMT技术可以自适应地调整各个子信道的比特率，可以达到比单频调制高得多的信道速率。

（2）可实现动态带宽分配

DMT技术将总的传输带宽分成大量的子信道，这就有可能根据特定业务的带宽需求，灵活地选取子信道的数目，从而达到按需分配带宽的目的。

（3）抗窄带噪声能力强

在DMT方式下，如果线路中出现窄带噪声干扰，可以直接关闭被窄带噪声覆盖的几个子信道，系统传送性能不会受到太大影响。

（4）抗脉冲噪声能力强

根据傅里叶分析理论，频域中越窄的信号其时域延续时间越长。DMT方式下各子信道的频带都非常窄，各子信道信号在时域中都是延续时间较长的符号，因而，可以抵御短时脉冲的干扰。

从性能看，DMT是比较理想的方式，信噪比高、传输距离远（同样距离下传输速率较高）。但DMT也存在一些问题，比如DMT对某个子信道的比特率进行调整时，会在该子信道的频带上引起噪声，对相邻子信道产生干扰。DMT实现起来比CAP复杂。目前DMT产品已较为成熟。1