移動(dòng)電視雙天線分集接收技術(shù)

隨著DVB-T在手機(jī)電視、車載電視、樓宇電視、地鐵電視等戶外廣播領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)展，在這些接收范圍內(nèi)，多徑衰落、多普勒頻移等小范圍衰落是不可避免的問題，解決這些衰落和干擾成為倍受關(guān)注的問題。為了解決衰落，改善數(shù)字電視廣播移動(dòng)接收的信號(hào)質(zhì)量，在接收設(shè)備上使用了多種措施，如信道解碼糾錯(cuò)技術(shù)、抗衰落接收技術(shù)等，但雙/多天線分集接收技術(shù)是最明顯有效的解決方案。

　　一 多徑信號(hào)衰落和多普勒效應(yīng)

　　什么是衰落，簡單的說信號(hào)電平因受各種因素影響而隨時(shí)間變化叫衰落，衰落分為慢衰落和快衰落。衰落產(chǎn)生的原因很多，無線地面?zhèn)鬏斝盘?hào)很容易受到因高樓大廈、山地丘陵地形等障礙物云雨等天氣的影響，這些影響都會(huì)產(chǎn)生衰落。在DVB-T移動(dòng)接收中常見的兩種衰落是多徑信號(hào)衰落和多普勒頻移。

圖1

　　上圖（圖1）就是一個(gè)多徑衰落產(chǎn)生過程，當(dāng)?shù)孛娌ㄐ盘?hào)在傳輸途徑當(dāng)中受到高樓、丘陵、運(yùn)動(dòng)車輛等多個(gè)障礙物的阻擋時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生反射或散射，形成多路信號(hào)到達(dá)接收天線，由于到達(dá)接受天線的時(shí)間不同、相位不同，相反相位的不同信號(hào)因疊加而相互消弱，從而產(chǎn)生信號(hào)的衰落。

圖2

　　另一種移動(dòng)接收過程不可避免的問題是多普勒效應(yīng)。如果信號(hào)以波的形式傳播，當(dāng)接收者與產(chǎn)生者發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收者接收到的信號(hào)頻率會(huì)因運(yùn)動(dòng)而發(fā)生變化，這就叫多普勒效應(yīng)。這是任何波動(dòng)過程都具有的特性，電磁波也是如此。如果接收幾相對(duì)于發(fā)射機(jī)時(shí)，接收機(jī)接收到的信號(hào)也會(huì)發(fā)生多普勒效應(yīng)，具體取決于接收機(jī)相對(duì)于發(fā)射機(jī)移動(dòng)的方向和速度（如上圖2 所示），當(dāng)接收機(jī)和發(fā)射機(jī)相向運(yùn)動(dòng)時(shí)，他接收到的信號(hào)頻率就高于發(fā)射頻率，相反，當(dāng)他們發(fā)生相背運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收的信號(hào)頻率就低于發(fā)射頻率，這種頻率變化也叫多普勒頻移，它產(chǎn)生的衰落會(huì)對(duì)使接收機(jī)很難準(zhǔn)確的解出信號(hào)。

　　多徑衰落和多普勒頻移導(dǎo)致的小范圍衰落對(duì)移動(dòng)接收設(shè)備的接收信號(hào)破壞力極強(qiáng)，能引起較大的碼間干擾和頻率的矢量減小，因此在接收時(shí)要求信號(hào)功率足夠強(qiáng)或接收機(jī)靈敏度足夠高。多徑衰落和多普勒頻移引起的衰落在小范圍內(nèi)都屬于快衰落，理論和實(shí)測(cè)表明：快衰落的振幅服從瑞利分布，相位服從均勻分布，克服快衰落影響的有效辦法是分集接收。

　　二 分集接收技術(shù)思想

　　上面說明了信號(hào)衰落的產(chǎn)生原因，由于信號(hào)在傳輸過程中因反射等干擾產(chǎn)生多徑分量信號(hào)，接收端利用多天線同時(shí)接收不同路徑的信號(hào)，然后將這些信號(hào)選擇、合并成總的信號(hào)，以減輕信號(hào)衰落的影響，這叫分集接收。分集就是把分散得到的信號(hào)集中合并，只要幾個(gè)信號(hào)之間是相互獨(dú)立的，經(jīng)恰當(dāng)?shù)暮喜⒑缶湍艿玫阶畲蟮男盘?hào)增益。

　　分集的方式有：

　?。?）空間分集：不同天線的接收信號(hào)相互獨(dú)立

　?。?）極化分集：水平極化和垂直極化的信號(hào)相互獨(dú)立

　?。?）頻率分集：不同頻率的接收信號(hào)相互獨(dú)立

　?。?）時(shí)間分集：不同時(shí)間的接收信號(hào)相互獨(dú)立。

　　合并方式有：

　?。?）最佳選擇式

　　（2）等增益相加式

　?。?）最大比值相加式

　　三種合并方式中最大比值相加式合并性能最好，具體比較如下圖（圖3）

圖3

　　三 DVB-T中的分集接收技術(shù)的應(yīng)用理論

　　DVB-T（Digital Video BroADCasting Terrestrial）是DVB標(biāo)準(zhǔn)中的數(shù)字電視地面波傳輸標(biāo)準(zhǔn)。DVB -T 標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)建于1997 年，采用COFDM （正交頻分復(fù)用編碼）調(diào)制傳輸，內(nèi)編碼采用卷積碼，外編碼采用RS 碼，交織器采用卷積交織。

　　在DVB -T 標(biāo)準(zhǔn)中編碼和交織方案都已確定的情況下，要再提高它的移動(dòng)接收性能，就只能在接收機(jī)上做改進(jìn)了，改進(jìn)基本途徑一般有兩條：

　　(1) 在現(xiàn)有內(nèi)接收機(jī)的結(jié)構(gòu)下，提高接收機(jī)中頻率、定時(shí)地同步與跟蹤算法，針對(duì)瑞利衰落信道提高信道估計(jì)和補(bǔ)償算法的效能；

　　(2) 改變現(xiàn)有接收機(jī)的結(jié)構(gòu)。

　　試驗(yàn)研究表明，雙/多天線分集技術(shù)可以有效地對(duì)抗信號(hào)衰落，對(duì)DVB -T 的移動(dòng)接收性能有較大改善。原因在于某個(gè)已知點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度是主信號(hào)和多徑信號(hào)的矢量和（相加或相減），故利用移動(dòng)天線或是利用間隔為至少一個(gè)波長的多個(gè)天線，在每個(gè)天線處都會(huì)產(chǎn)生不同的信號(hào)電平，此時(shí)移動(dòng)天線可以引起接收電平的變化，并且總是可以找到一個(gè)最強(qiáng)的信號(hào)，可使接收質(zhì)量比使用單一天線有明顯的改善。為了使組合天線的輸出信號(hào)得到明顯的改善，應(yīng)用最大比例組合技術(shù)MRC，來解決分集信號(hào)的最佳合成問題，但目前只有法國DIBCOM公司成功地運(yùn)用了該技術(shù)。

圖4

　　圖4是天線分集技術(shù)來提高DVB -T 性能的解決方案。首先部分地解調(diào)信號(hào)，然后利用最大比例合成技術(shù)MRC，因此解決了信號(hào)的最佳合成問題。這項(xiàng)技術(shù)可以直接的改善靈敏度, 降低C/N門限值,提高多鏡路抗干擾性能。