摘 要：并行正交调幅数据传输系统利用很多相互重叠的子信道，能够使得总的信号速率非常接近给定频带的奈奎斯特速率。文中首先对并行数据传输系统进行了描述，然后，在存在相位偏移和延迟失真的情况下，对系统的性能进行了分析。结果表明总失真与子信道数目的平方成反比，从而说明了并行传输系统具有抵抗延迟失真的作用。此外，通过改变解调相位，还可大大改善并行系统的性能。
关键词：移动通信；并行数传系统；相位偏移；延迟失真；性能；分析
一、概述
目前移动通信业务要求从话音到数据到图像，传输速率愈来愈高，这对移动通信系统的性能提出了更高要求。移动通信信道存在多径时延扩展，限制了数据传输速率的提高，因为如果数据传输速率高于信道的相干带宽（决定于时延扩展），信号将产生严重的失真，信号传输质量大幅度下降［1,2］。而并行数据传输方案是一种潜在的解决方案，它通过独立调制很多不同频率的载波，将给定频带分成好很多个子信道。由于每个子信道占据相对很窄的频带，因此能够有效地抵抗延迟失真和脉冲干扰噪声［3］。
为了防止信道间干扰，通常子信道的信号频谱互不重叠。但是，这样降低了频谱利用率。为了提高频谱利用率，使各子信道的信号频谱互相重叠，但各子信道载波间隔的选择要使这些载波在整个符号周期上正交。我们知道，当载波间最小间隔等于符号周期倒数时，可满足正交条件［4］。在这些条件下，通过使用很多子信道，能够让总的信号速率非常接近给定带宽的奈奎斯特速率。由于每个子信道的频谱滚降相当平滑，这就使得滤波器的设计变得容易，且加快了信号波形的衰减。
本文首先对并行数据传输系统进行了描述，然后，在存在相位偏移和延迟失真的情况下，对系统的性能进行了分析。
二、并行数据传输系统的描述和分析［5］
并行数据传输系统的原理框图如图1所示，这里只画了2个相邻的信道。每个信道传送2组独立的数据序列，采用抑制载波的调幅方式分别调制到一对正交载波上（其频率等于信道中心频率）。每组数据序列的码速为b/2，2组序列时间上交错1/b。相邻信道反向交错，以便调制偶数信道余弦载波的数据序列和调制奇数信道正弦载波的数据序列同相，反之亦然。并行数据传输信号的频谱如图2所示。
假设所有的发送滤波器和接收滤波器具有相同的滤波器特性F(ω)，且它们对于信号码速是带限的，都具有奈奎斯特滚降。故有
以及
这里，T=2/b，f(t)是F(ω)的反向傅里叶变换，anm和bnm是数据序列。
由于系统的对称性，对于线性弥散传输媒质产生的失真，只需考虑一个子信道。无论是偶数信道还是奇数信道，或者选择正弦子信道还是余弦子信道，其结果都是相同的。因为系统是线性时不变的，所以失真可以由每个子信道上发送单个脉冲的响应决定。
设传输媒质的频率响应为
忽略任何恒定的时间延迟。假设没有通常的损耗，下面以第k个信道的余弦子信道为例来分析失真情况（k是奇数，不包括两端信道）。对于该子信道，这里考虑6个失真分量，分别是同相信道和正交信道产生的失真，以及由相邻较高和较低信道的串音产生的失真。
当子信道中传输单个脉冲时，接收信号的频谱为
在t=t0时刻对该信号采样，以便恢复数据。失真被定义为在所有其它采样时刻信号绝对值的总和与中心采样时刻信号幅值的比值，为
在正交子信道上，对单一脉冲的接收信号为
式中相位因子的出现是由于脉冲时间偏移半个信号周期的缘故。经2cosωkt解调、F(ω)滤波后，送到同相子载波的采样器的信号频谱为
D3、D4、D5以及D6的定义与式（11）一样。因此，总的失真就是这6个分量的累加，为
三、 系统性能分析
1. 传输媒质无失真时
当传输媒质无失真时，H(ω)=1，且在t0=0时刻送到采样器的信号无失真。在该点子信道的信号频谱为F2(ω)。因为这个频谱满足式（2），故有
因为F(ω)是偶函数，且满足式（1），故
因为式（21）中的被积函数是奇函数，则r3(nT)=0。因此，在适当的采样时刻，不会产生失真。可是，在t不是T的整数倍时，式（21）通常不为零。
对于较高的正交信道产生的串音以及较低信道的串音，可得到类似的结果。
2. 相位偏移的影响
前面的讨论均假设解调载波具有正确的相位。当存在相位误差时，将出现衰落。为分析起见，假设解调载波的相位误差等效于传输媒质中相同大小的恒定相位偏移，且符号相反，此时有
式中，sgn(ω)=ω/|ω|是符号函数。这样就可以计算由相位偏移所产生的失真。
图3所示是对应于使用余弦滚降的系统，在最佳采样时刻t0时的失真和相位偏移φ0的关系曲线。上面的曲线代表总的失真，下面的曲线代表D1+D2，即单个信道的失真（不考虑较高和较低信道时）。容易看到，并行系统对载波相位误差的敏感近似为单个信道的3倍。
3. 延迟失真的影响
在包含很多子信道的并行传输系统中，由于任何一个信道的带宽很小，可把传输媒质的延迟失真近似看作为一个频带信道频率的函数。因为我们不关心平坦部分的延迟失真，故频带中心处的延迟失真可以认为是零。现以第个信道为例，延迟失真可
对应于余弦滚降的系统，经分析得到最佳采样时刻的失真如图4所示,延迟失真归一化为d/T2。
在图4中，下边的曲线对应于无邻近信道串音时的失真，上边的曲线对应于φ0设置为零时并行系统的总失真，而中间的曲线对应于使用优化的解调相位时并行系统的总失真。另外曲线近似为线性，其斜率k分别标在每条曲线旁，因此，失真可近似表示为
如果给定带宽可分割以便传送所给的总的信号码速，则每个子信道的信号周期正比于子信道的数目。那么，式（27）表明失真D与信道数目的平方成反比，从而说明了并行传输系统具有抵抗延迟失真的作用。从图4中可看到，来自邻近信道所增加的串音在一定程度上会高于自身的失真（D1+D2），而且可以通过改变解调相位来改善并行系统的性能。
四、 结 束 语
并行正交调幅提供了一种以非常接近带限信道的奈奎斯特速率传送数据的方式，无需采用陡峭的滤波器。此外，通过使用大量的窄信道可以抵抗传输媒质的延迟失真。
本文计算失真的方法适用于频带内部的信道。对于两端信道，由于只存在一个其它信道的串音，故产生的失真比较小。在存在延迟失真的情况下，接收机应该分开调节解调载波相位和每一子信道的采样时间。因为串音产生的失真占很大的比重，所以在设计并行数据传输系统时，应该侧重于减小相邻信道间的串音。
参考文献
［1］郭梯云，邬国扬，李建东.移动通信（修订版）［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2002.
［2］吴伟陵.移动通信中的关键技术［M］.北京:北京邮电大学出版社,2000.
［3］Hikmet Sari,Georges Karam，Isabelle Jeanclaude.Transmission Techniques for Digital Terrestrial TV Broadcasting［J］.IEEE Communications Magazine,1995,33(2):100～109.
［4］梅剑平,全子一.正交频分复用（OFDM）极其在高速数字通信中的应用［J］.电信科学，1995，11（4）：15～22.
［5］Burton R Saltzberg.Performance of an Efficient Parallel Data Transmission System［J］.IEEE Transactions on Communication Technology,1967,COM-15(6):805～811.
作者：
颜 彪1,2，许宗泽2，蔡 钧1，陈万培1，薛 波1
（1．扬州大学 信息工程学院，江苏 扬州 225009；
2．南京航空航天大学 信息科学与技术学院，江苏 南京 210016）
来源：电讯技术
