電視分集天線系統(tǒng)的研究

隨著有線電視技術(shù)的進(jìn)步和普及，無線電視傳播固有的缺點使得該技術(shù)研究處于停頓狀態(tài)。由于無線電視接收終端相對固定的特點，其研究的難度遠(yuǎn)比移動通信要容易得多。目前，對無線電視的研究大體可以分3種方案：其一，是放棄原有的模擬體制，采用全新的數(shù)字體制，即數(shù)字壓縮和數(shù)字調(diào)制及信道、信源編碼等新技術(shù)。但這需要和新一代數(shù)字電視接收機(jī)配合推出，且無法和目前的模擬電視機(jī)兼容；其二，是在原有模擬體制上進(jìn)行改進(jìn)，全面采用第四代移動通信中的分集和頻譜壓縮等技術(shù)。這也需要對電視發(fā)射臺和電視機(jī)進(jìn)行大的技術(shù)改造，不易普及；其三，是在現(xiàn)有模擬體制基礎(chǔ)上采用當(dāng)代通信技術(shù)的最新研究成果，如多天線天線技術(shù)、低噪聲放大技術(shù)、頻譜處理技術(shù)等，使現(xiàn)在大量存在模擬電視機(jī)的收視效果提高一個數(shù)量級。

1 電視傳播信道分析
當(dāng)前，數(shù)字電視技術(shù)的發(fā)展與普及速度進(jìn)展緩慢，其主要原因在于其技術(shù)過于復(fù)雜，也不能與模擬體制兼容，網(wǎng)絡(luò)改造和使用成本太高。由于電磁環(huán)境的惡化及發(fā)射設(shè)備陳舊，無線電視廣播傳輸質(zhì)量極大下降，已到了沒有有線電視就無法收看電視節(jié)目的地步。本研究方案可以充分利用現(xiàn)有模擬電視網(wǎng)絡(luò)資源，通過技術(shù)改造，優(yōu)化現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)，在模擬與數(shù)字過渡期起到很好的橋梁作用。特別是在我國廣大農(nóng)村地區(qū)，利用分集技術(shù)這種簡單高效的收視方式會有很大的市場空間。
無線電視頻段的電波傳播是通過直射、反射、散射等多種傳播方式進(jìn)行的。接收終端信號的幅度、時延及相位隨時隨地發(fā)生變化，從而使信號的電平起伏不穩(wěn)定，這些多徑信號相互迭加就會形成衰落。也就是看到的電視畫面的閃爍、重影等現(xiàn)象。因此，通常定義無線電視傳播信道是一種多徑衰落信道。
研究表明，無線電視傳播信道屬于“慢衰落”，這種衰落服從對數(shù)正態(tài)分布。分集技術(shù)是克服多徑衰落的一個有效方法。采用這種方法，電視接收機(jī)可對多個攜帶相同信息且衰落特性相互獨立的接收信號在合并處理之后進(jìn)行判決。由于衰落具有頻率、時間和空間的選擇性，因此分集技術(shù)包括頻率分集、時間分集和空間分集。
減弱慢衰落宜采用空間分集，即用幾個獨立天線或在不同場地分別發(fā)射和接收信號，以保證各信號之間的衰落獨立。由于這些信號傳輸過程中地理環(huán)境不同，因而各信號的衰落各不相同。利用選擇合成技術(shù)選出信號較強的一個輸出，從而大大降低地形等因素對信號的影響。
由于現(xiàn)代城市的快速發(fā)展，高樓林立，各種通信系統(tǒng)迅速增加。高樓大廈對無線電波的傳播直接造成了遮擋、反射、折射等障礙；各種無線通信系統(tǒng)和電磁設(shè)備對無線信道的干擾不斷增多。文中是對無線傳輸電視節(jié)目研究的初步，主要是采用前面所述的第三種方案，即在原有模擬體制下，對無線傳輸系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。重點利用空間分集技術(shù)有效克服無線收視的重影等問題；采用鎖相等技術(shù)，有效克服相位失真；對電視加重技術(shù)和方法進(jìn)一步研究和改進(jìn)，改善接收信噪比。從而使無線方式收看電視節(jié)目的效果提高一個數(shù)量級成為可能。

2 空間分集技術(shù)
分集技術(shù)是指通過查找和利用自然界無線傳播環(huán)境中獨立的(至少是高度不相關(guān)的)多徑信號來實現(xiàn)。簡單的說，如果一條無線傳播路徑中經(jīng)歷了深度衰落，而另一條相對獨立的路徑中可能仍包含著較強的信號，因此可以在多個信號中選擇兩個或更多的信號進(jìn)行合并，這樣可以同時提高接收端的瞬時信噪比和平均信噪比，一般可提高20~30 dB。分集技術(shù)是無線通信的一種抗衰落技術(shù)，是一種用相對較低廉的投資就可以大幅度改進(jìn)無線鏈路性能的強有力的接收技術(shù)。顯然，分集技術(shù)就是利用兩個或更多的不相關(guān)信號進(jìn)行處理，而不相關(guān)信號的采集可以通過空域、時域和頻域3種方式實現(xiàn)。
空間分集是利用多副接收天線來實現(xiàn)的。在發(fā)射端采用一副天線發(fā)射，而在接收端采用多副天線接收。接收端天線之間的距離d≥λ／2(λ為工作波長)，以保證接收天線的輸出信號的衰落特性是相互獨立的，也就是說，當(dāng)某一副接收天線的輸出信號很低時，其他接收天線輸出則不一定在這同一時刻也出現(xiàn)幅度低的現(xiàn)象，經(jīng)相應(yīng)的合并電路從中選出信號幅度較大、信噪比最佳的一路或?qū)⒍嗦方邮招盘栠M(jìn)行某種組合，得到一個總的接收天線輸出信號。這就降低了信道衰落的影響，改善了傳輸?shù)目煽啃浴?br /> 分集天線把原本無線通信中有害的多徑效應(yīng)變?yōu)橛杏玫囊蛩?，將多徑信號分離出來，使其互不相干，然后通過合并技術(shù)再將分離出來的信號合并，獲得最大的信噪比收益。常用的合并方法有選擇性合并、切換合并、最大比合并、等增益合并等。

3 合并準(zhǔn)則
如果接收機(jī)中存在多條接收分支，則需要把這些分支所接收的信號進(jìn)行組合，以獲得極大化的信號功率。其實，分集接收的實質(zhì)就是在接收端如何將得到的這些不相關(guān)的信號副本進(jìn)行組合。
信號的組合方式，如圖1所示。

合并后信號r(t)可用下式表示

其中，rk(t)記為第k(k=1，2，…，M)條路徑上所收到的信號副本，ak表示其加權(quán)系數(shù)，r(t)表示最后得到組合信號。為了便于分析和比較分集技術(shù)對系數(shù)傳輸性能的影響，需要