HFC宽带接入网中数字调制技术的研究
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摘要
光纤／同轴电缆混合(HFC)网具有高入户率、高带宽、建网成本低并且可以综合传输视频、话音和数据双向业务等诸多优势，是国内外宽带接入网研究和应用的热点。
本文对HFC网的系统结构、网络拓扑、频谱分配方案和业务信号的调制方式等进行了详细的阐述和分析，并且全面地比较了HFC和ADSL的优缺点，总结出HFC具有较高的性价比，是我国宽带接入网的优选方案。
本文深入研究了HFC系统中采用的高性能、高速多进制的数字调制解调技术——MPSK和MQAM的实现原理，并探讨了它们的功率利用率和频带利用率两个重要指标。
本文重点研究了MPSK和MQAM的BER性能。尝试采用基于信号空间的分析方法，给出了AWGN信道中MPSK和MQAM的BER的计算方法以及由这种方法得到的BER性能曲线，然后将信号空间分析法得到的结果与通信系统仿真的结果进行比较，证明其与仿真结果较好地吻合。最后在分析MPSK和MQAM的BER性能后，总结出不同调制方式的优缺点，这对我国有线电视网络的研究以及HFC网络中数字调制方案的确立和参数选择具有一定的参考价值。
HFC (Hybrid of Fiber and Coax) network is a competitive means to support wide varieties of video, voice and data services.
The thesis describes and analyzes the system framework, frequency assignment and signal modulation schemes of HFC. Recently HFC and ADSL are aggressive among broadband access technologies. After comparing their own feature, this paper points out a good future of HFC.
HFC network uses high performance, high rate and multi-level digital modulation schemes. The emphasis of the thesis lies in the research of the advanced digital modulation-MPSK and MQAM.
In the thesis, an approach that is based on signal-space concepts is used to efficiently evaluate the BER performance of MPSK and MQAM over an additive white Gaussian noise channel. In particular, accurate BER approximations are obtained and shown to be in good agreement with system simulation results. It may be useful to research and development of digital modulation technologies in HFC of our country.
本文对HFC网的系统结构、网络拓扑、频谱分配方案和业务信号的调制方式等进行了详细的阐述和分析，并且全面地比较了HFC和ADSL的优缺点，总结出HFC具有较高的性价比，是我国宽带接入网的优选方案。
本文深入研究了HFC系统中采用的高性能、高速多进制的数字调制解调技术——MPSK和MQAM的实现原理，并探讨了它们的功率利用率和频带利用率两个重要指标。
本文重点研究了MPSK和MQAM的BER性能。尝试采用基于信号空间的分析方法，给出了AWGN信道中MPSK和MQAM的BER的计算方法以及由这种方法得到的BER性能曲线，然后将信号空间分析法得到的结果与通信系统仿真的结果进行比较，证明其与仿真结果较好地吻合。最后在分析MPSK和MQAM的BER性能后，总结出不同调制方式的优缺点，这对我国有线电视网络的研究以及HFC网络中数字调制方案的确立和参数选择具有一定的参考价值。
HFC (Hybrid of Fiber and Coax) network is a competitive means to support wide varieties of video, voice and data services.
The thesis describes and analyzes the system framework, frequency assignment and signal modulation schemes of HFC. Recently HFC and ADSL are aggressive among broadband access technologies. After comparing their own feature, this paper points out a good future of HFC.
HFC network uses high performance, high rate and multi-level digital modulation schemes. The emphasis of the thesis lies in the research of the advanced digital modulation-MPSK and MQAM.
In the thesis, an approach that is based on signal-space concepts is used to efficiently evaluate the BER performance of MPSK and MQAM over an additive white Gaussian noise channel. In particular, accurate BER approximations are obtained and shown to be in good agreement with system simulation results. It may be useful to research and development of digital modulation technologies in HFC of our country.
引文
[1]林如俭，《光纤电视传输技术》，电子工业出版社，北京，2001年9月．
[2]樊昌信，詹道庸等，《通信原理》，国防工业出版社，北京，1995年10月．
[3]曹志刚，钱亚生，《现代通信原理》，清华大学出版社，1992年8月．
[4]【美】Donald Raskin & Dean Stoneback著，张文生等译，《有线电视宽带HFC网络回传系统》，中国广播电视出版社，1999年3月．
[5]吴承治等，《光接入网工程》，人民邮电出版社，1998年5月．
[6]【美】George Abe著，牛中允等译，《社区宽带网络》，电子工业出版社，1999年3月．
[7]黄锡伟，《宽带通信网络》，人民邮电出版社，1998年9月．
[8]陶志勇，《综合宽带按入技术》，北京邮电大学出版社，2001年1月．
[9]【美】UYLESS BLACK，《Emerging Communications Technologies》，Prentice Hall，1998年9月．
[10]Albert Azzam & Niel Ranaom著，文爱军等译，《宽带接入技术》，电子工业出版社，2001年7月．
[11]陈赓明，“HFC接入因特网”，世界广播电视，2000年，第11期．
[12]毛志及，王京玲，“广播电视数字化传输中的新技术”，世界宽带网络，2000年，第4期．
[13]刘怀林，“数字电视中的载波调制技术”，世界广播电视，2002年，第9期．
[14]马明，“中国有线电视的现状、问题及对策”，世界宽带网络，2003年，第1期．
[15]周毅，“广播电视综合业务用户终端体制建议”，世界宽带网络，2003年，第1期．
[16]陈赓明，“HFC接入因特网”，世界广播电视，2000年，第11期．
[17]杜百川，“广播电视技术的新发展和热点问题”，世界宽带网络，2003年，第1期．
[18]M·科明奈地 等，“QPSK/QAM调制转换器——用于社区DVB信号的分配”，世界有线电视信息，2001年，第4期．
[19]汪章瑞，“我国DVB-C中QAH调制幂次的选择”，世界有线电视信息，1999年，第9期．
[20]向前，罗泽民，“CATV宽带数据接入系统中Cable Modem的应用”，世界网络与多媒体，1998年，第10期．
[21]张辉，“混合光纤／同轴接入网技术”，世界有线电视信息，1999年，第
5期．
[22]徐斌，“有线电视网的双向改造及多功能应用”，世界网络与多媒体，2001年，第11期．
[23]王孝明，“智能化小区HFC网络系统的规划与设计”，世界电信网络，2002年，第4期．
[24]周桂萍，李秉权，郑国权，“宽带接入网技术及其发展”，世界网络与多媒体，1998年，第6期．
[25]冯振明，“以HFC双向网络实现三网合一的宽带用户接入”，世界网络与多媒体，1999年，第10期．
[26]倪继利，高泰，罗建平，周祖成，“基于DVB标准的宽带数据接入”，世界网络与多媒体，2001年，第10期．
[27]向东，王帆，“基于HFC网的视频点播技术及系统应用”，世界网络与多媒体，1999年，第1期．
[28]张孟顺，“接入网技术及其在我国发展的几点探讨”，世界网络与多媒体，1998年，第6期．
[29]朱海泓，“OFDM正交频分复用——HFC综合网新一代调制方式”，世界网络与多媒体，1998年，第6期．
[30]北电网络(中国)有限公司，“Cable Modem技术综述”，世界有线电视信息宽带网络，1999年，第11期．
[31]曹利齐，“构建有线数字电视多业务系统”，世界广播电视，2001年，第3期．
[32]张文生，“宽带多媒体服务HFC网络思路”，世界有线电视信息，1999年，第8期．
[33]埃里克·施韦策，约翰·特雷尔，“高效HFC回传结构的选择”，世界广播电视，2001年，第3期．
[34]乔成斌，冯庆一，“视频点播(VOD)的传输及接入网技术”，世界宽带网络，2002年，第2期．
[35]王洪金，“信息高速公路的最后一公里”，世界有线电视信息，2001年，第5期
[36]赵小凡，“HFC综合网的研究与实践”，世界有线电视信息，1997年，第5期．
[37]张睿，李建东，“变速率QAM调制”，通信学报，1999年，第十九卷，第4期．
[38]尹长川，乐光新，“多载波与单载波QAM传输系统的性能比较”，通信学报，1997年，第十八卷，第10期．
[39]路建华，姚彦，“高效频谱调制方式在蜂窝移动通信中的性能分析”，通
信学报，1998年，第十九卷，第4期．
[40]景新幸，“宽带HFC网络回传通路噪声抑制的研究”，电子学报，2002年，第30卷，第2期．
[41] C.Sandeep and J.B.Anderson, "Error rates for Rayleigh fading multichannel reception of MPSK signals", IEEE Trans Commun, vol.43, pp:338～346, Apr 1995.
[42] P.J.Lee, "Computation of the bit error rate of coherent M-ary PSK with gray code bit mapping", IEEE Trans Commun, vol. COM-34, pp:488～491, May 1986.
[43] R.E.Ziemer, R.L.Peterson, "Introduction to Digital Communication", Maxwell Macmillan International, 1992.
[44] M.I.Irshid, I.S.Salous, "Bit error probability for coherent M-ary PSK systems", IEEE Trans Commun, vol.39, pp:349～352, Mar 1995.
[45] Jianhua Lu, K.B.Letaief and Justin C-I Chuang, "M-PSK and M-QAM BER Computation Using Signal-space Concepts", IEEE Trans Commun, vol.47(2),pp:181～184, Feb 1999.
[46] Channels W T Webb, L Hanzo, "Modern quadrature amplitude modulation principles and applications for fixed and wireless".
[47] Webb W T, Hanzoand L, Steele R, "Bandwidth efficient QAM schemes for rayleigh fading channels," IEEE Proc Part Ⅰ, June 1991, 138(3):169～175.
[48] Ungerboeck G., "Channel coding with multilever phase", IEEE Trans Information Theory, 1982, 28:55～67.
[49] Shi P Y, Gong K, "Irreducible error performance of MQAM in indoor multipath environment", IEEE APS and URSI meeting, 1997.
[50] D Divsalar, M K Simon, "Multiple symbols differential detection of MPSK", IEEE Trans Commun, vol.38, pp:349～352, 1990.
[51] Beaulieu N C, Abu-Dayya A, "Bandwidth efficient QPSK in cochannel interference and fading", IEEE Trans Commun, vol.43(9), pp:2464～2474, 1995.
[52] Sandeep C, Anderson J B, "Error rates for rayleigh fading multichannel reception of MPSK signals", IEEE Commun Magazine, vol.28(6), pp:50～61, 1995.
[53] J A C Bingham, "Multicarrier modulation for data transmission: An idea whose time has come", IEEE Commun Magazine, vol.28(5), pp:5～14, 1990.
[54] Yin C C, Yue G X, "ADSL technology and broadband access network in China", ICII'96, 1996(4).
[55] Ghosh M, "Analysis of the effect of impulse noise on multicarrier and signal carrier QAM systems", IEEE Trans Commun, vol.44(2), pp: 145～147, 1996.
[56] Perkins S, Gatherer A, "Two-way broadband CATV-HFC networks: state of the art and future trends", Computer Networks, 3:31, 1996.
[57] Amitava Dutta-Roy, "An overview of cable modem technology and market perspectives", IEEE Commun Magazine, vol.28(5), pp:81～88, June 2001.
[58] http://www. cablemodem.com
[59] http://www. cabletabs.com
[60] http://www. catv. com
[61] http://www. packetcable.com
[2]樊昌信，詹道庸等，《通信原理》，国防工业出版社，北京，1995年10月．
[3]曹志刚，钱亚生，《现代通信原理》，清华大学出版社，1992年8月．
[4]【美】Donald Raskin & Dean Stoneback著，张文生等译，《有线电视宽带HFC网络回传系统》，中国广播电视出版社，1999年3月．
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[50] D Divsalar, M K Simon, "Multiple symbols differential detection of MPSK", IEEE Trans Commun, vol.38, pp:349～352, 1990.
[51] Beaulieu N C, Abu-Dayya A, "Bandwidth efficient QPSK in cochannel interference and fading", IEEE Trans Commun, vol.43(9), pp:2464～2474, 1995.
[52] Sandeep C, Anderson J B, "Error rates for rayleigh fading multichannel reception of MPSK signals", IEEE Commun Magazine, vol.28(6), pp:50～61, 1995.
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[58] http://www. cablemodem.com
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[60] http://www. catv. com
[61] http://www. packetcable.com