多用户接入网中的干扰抑制和频谱管理算法研究

论文摘要

随着宽带互联网技术和宽带业务的快速发展,宽带用户已逐步从高速上网的单一应用,向IP、IPTV、可视通信等综合应用发展。作为当前主流宽带接入方式的DSL技术一直随着宽带业务的发展在不断地改进,通过扩展频谱、改善功率谱密度、缩短环路距离等措施,来提升DSL接入的传输性能,以满足用户和带宽业务需求。然而随着DSL带宽的扩展,短距离下双绞线之间的串音干扰尤为严重,通常比噪声强10-15dB左右,是影响DSL数据传输速率、距离和质量的最主要因素。因此论文主要研究了解决串音问题的动态频谱管理和串音抑制算法。论文首先研究了多用户VDSL2上行传输系统中的串音抑制技术。在分析比较了现有算法的优缺点后,基于迭代原理和矩阵分裂技巧,提出了一类低复杂度、高效的迭代串音抑制算法。同时根据串音信道矩阵的对角占优和列对角占优特性,重点研究了对角分裂迭代算法和上三角分裂迭代算法。通过计算机仿真分析了这两种算法的性能。其次,研究了VDSL2下行传输系统中的串音抑制技术。提出了三类快速的串音预编码算法。其中,基于LU分解的三对角分解预编码快速实现方法首先将三对角矩阵分解成三种矩阵之积,然后利用矩阵的特殊结构简单求解矩阵的逆。基于迭代求逆的三对角分解预编码快速实现方法首先将三对角矩阵分裂成两个矩阵之和,然后利用回代的方法来计算逆矩阵,仿真结果表明基于迭代求逆的三对角预编码算法的性能优于基于LU分解的三对角预编码算法,但是后者的复杂度较低;二阶对角块分解预编码算法进一步降低了算法复杂度,且性能和三对角预编码算法相近;迭代预编码算法可通过调整参数值来动态平衡计算复杂度和性能之间的关系。根据信道分裂方式的不同,形成了对角分解迭代预编码算法、三对角分解迭代预编码算法和下三角分解迭代预编码算法。基于实测数据的仿真结果验证了新算法的有效性。再次,深入研究了动态频谱管理算法,分析了多用户DSL环境下算法的性能和复杂度。根据相同长度的双绞线具有相似的信道传输特性这一特点,提出了一种低复杂度的动态频谱管理算法。基于实测数据的计算机仿真结果表明,新算法的计算复杂度低,易于实现,同时拥有较理想的传输性能。最后,研究了动态频谱管理和串音抑制相结合的复合型算法。针对理想复合型算法复杂度较高,难以实现的问题,提出了一类简化的复合型算法。为了进一步减少计算量,根据VDSL2串音信道的频率选择性,将部分串音抑制技术和动态频谱管理结合在一起,提出了一种选子载波的复合型算法。通过计算机仿真验证了算法的性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 接入网技术种类
• 1.2 DSL 技术发展
• 1.2.1 xDSL 技术分类
• 1.2.2 各种不同的DSL 的性能汇总
• 1.3 DSL 技术的传输损伤
• 1.3.1 传输衰减
• 1.3.2 串音干扰
• 1.3.3 其他损伤
• 1.4 国内外发展现状
• 1.5 本文研究内容和框架
• 2 VDSL2 技术概述
• 2.1 VDSL2 的原理和特点
• 2.1.1 频带的划分
• 2.1.2 传输模版
• 2.1.3 VDSL2 的特点
• 2.2 VDSL2 的调制解调方式
• 2.2.1 离散多音调制的基本概念
• 2.2.2 DMT 系统模型
• 2.2.3 比特加载
• 2.2.4 多用户信道性能分析
• 2.3 本章小结
• 3 上行传输串音抑制技术
• 3.1 系统模型和列对角占优性
• 3.2 上行传输串音抑制算法概述
• 3.2.1 置零算法
• 3.2.2 对角分解算法
• 3.3 迭代串音抑制算法
• 3.3.1 迭代算法的一般形式
• 3.3.2 两种不同的迭代算法
• 3.4 仿真结果与分析
• 3.5 本章小结
• 4 下行传输串音抑制技术
• 4.1 系统模型和行对角占优性
• 4.2 下行传输串音抑制算法概述
• 4.2.1 置零预编码算法
• 4.2.2 对角分解预编码算法
• 4.2.3 三对角分解预编码算法
• 4.3 三对角分解预编码快速实现方法
• 4.3.1 基于LU 分解的快速实现方法
• 4.3.2 基于迭代求逆的快速实现方法
• 4.3.3 仿真结果与分析
• 4.4 二阶对角块分解预编码算法
• 4.4.1 算法设计
• 4.4.2 仿真结果与分析
• 4.5 迭代串音预编码
• 4.5.1 迭代预编码算法一般形式
• 4.5.2 下三角分解迭代预编码算法
• 4.5.3 仿真结果与分析
• 4.6 本章小结
• 5 动态频谱管理
• 5.1 动态频谱管理概述
• 5.1.1 静态频谱管理
• 5.1.2 动态频谱管理概念
• 5.2 动态频谱管理算法
• 5.2.1 迭代注水算法
• 5.2.2 理想频谱管理算法
• 5.3 低复杂度的动态频谱管理算法
• 5.3.1 双绞线分组
• 5.3.2 参考线
• 5.3.3 分组频谱管理算法
• 5.3.4 仿真结果与分析
• 5.4 本章小结
• 6 动态频谱管理与串音抑制复合技术
• 6.1 动态频谱管理与串音抑制相结合
• 6.2 理想复合型算法
• 6.3 低复杂度的复合型算法
• 6.3.1 对角分解和迭代注水复合型算法
• 6.3.2 三对角分解和迭代注水复合型算法
• 6.4 选子载波的复合型算法
• 6.5 仿真结果与分析
• 6.6 本章小结
• 7 总结与展望
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢