移動電視雙天線分集接收技術(shù)

時間：2009-03-18 13:19:28

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[導(dǎo)讀]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

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)字電視廣播移動接收的信號質(zhì)量，在接收設(shè)備上使用了多種措施，如信道解碼糾錯技術(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。

　　一多徑信號衰落和多普勒效應(yīng)

　　什么是衰落，簡單的說信號電平因受各種因素影響而隨時間變化叫衰落，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)鬏斝盘柡苋菀资艿揭蚋邩谴髲B、山地丘陵地形等障礙物云雨等天氣的影響，這些影響都會產(chǎn)生衰落。在DVB-T移動接收中常見的兩種衰落是多徑信號衰落和多普勒頻移。

圖1

　　上圖（圖1）就是一個多徑衰落產(chǎn)生過程，當(dāng)?shù)孛娌ㄐ盘栐趥鬏斖緩疆?dāng)中受到高樓、丘陵、運(yùn)動車輛等多個障礙物的阻擋時，就會產(chǎn)生反射或散射，形成多路信號到達(dá)接收天線，由于到達(dá)接受天線的時間不同、相位不同，相反相位的不同信號因疊加而相互消弱，從而產(chǎn)生信號的衰落。

圖2

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

　　多徑衰落和多普勒頻移導(dǎo)致的小范圍衰落對移動接收設(shè)備的接收信號破壞力極強(qiáng)，能引起較大的碼間干擾和頻率的矢量減小，因此在接收時要求信號功率足夠強(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，理論和實測表明：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

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

　　分集的方式有：

　?。?）空間分集：不同天線的接收信號相互獨(dú)立

　?。?）極化分集：水平極化和垂直極化的信號相互獨(dú)立

　?。?）頻率分集：不同頻率的接收信號相互獨(dú)立

　?。?）時間分集：不同時間的接收信號相互獨(dú)立。

　　合并方式有：

　?。?）最佳選擇式

　?。?）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、定時地同步與跟蹤算法，針對瑞利衰落信道提高信道估計和補(bǔ)償算法的效能；

　　(2) 改變現(xiàn)有接收機(jī)的結(jié)構(gòu)。

　　試驗研究表明，雙/多天線分集技術(shù)可以有效地對抗信號衰落，對DVB -T 的移動接收性能有較大改善。原因在于某個已知點的信號強(qiáng)度是主信號和多徑信號的矢量和（相加或相減），故利用移動天線或是利用間隔為至少一個波長的多個天線，在每個天線處都會產(chǎn)生不同的信號電平，此時移動天線可以引起接收電平的變化，并且總是可以找到一個最強(qiáng)的信號，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，然后利用最大比例合成技術(shù)MRC，因此解決了信號的最佳合成問題。這項技術(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。

四 DIBCOM中天線分集接收技術(shù)的應(yīng)用
　　
　　目前在DVB-T領(lǐng)域中天線分集接收技術(shù)應(yīng)用最為領(lǐng)先、成熟的是法國DIBCOM公司。法國DIBCOM是DVB解調(diào)IC的專業(yè)設(shè)計公司，DIBCOM在這一領(lǐng)域擁有多項專利. 英諾科技作為DIBCOM的設(shè)計公司與代理商,已地將DIBCOM的成熟技術(shù)應(yīng)用于手持移動設(shè)備、車載、家用機(jī)頂盒,PVR,地鐵、樓宇等場合, 并與市場上絕大多數(shù)主流后端芯片完成了搭配,如Freescale,ST,Telechips,Zoran,Fujitsu等公司的后端。

　　DIBCOM的dmodulator完全適用與基于COFDM調(diào)制的DVB-T、DVB-H、DVB-SH、ISDB-T、T-DMB、CMMB等。DIBCOM公司的天線分集接收技術(shù)和通信的基本原理并沒有太大的變化，但在分散信號的合成算法上遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于其他方案。

　　1 DIBCOM的分集接收原理及應(yīng)用

　　DIBCOM的分集接受采用最大比值合并算法，如下圖（圖5），雙天線分集接收分別控制各支路接收增益，獲得不同天線的最好信號，同時還時實時提供著個支路信號的信噪比，信號經(jīng)相位調(diào)整后，以適當(dāng)?shù)脑鲆嫦禂?shù)，同相合并后，就獲得最大信噪比的優(yōu)質(zhì)信號。

圖5

　　對于信道衰落大，或移動速度要求更高的環(huán)境下，DIBCOM 還可多顆IC采用菊花鏈形式連接實現(xiàn)分集接收，即每個芯片都可以把自己接收到的信號根其他芯片接收到的信號最大比值合并，這也是DIBCOM公司的專利技術(shù)。

圖6

　　2. DIBCOM分集接收天線的處理

　　實踐研究表明，即使兩根天線相距大約為λ/5，仍然可以得到80％的功效，譬如兩根天線相距8cm，對UHF來說，仍然有很高的效率，這是其他方案做不到的（分集接收要求天線體相距至少為1個波長）。

　　如果天線接收了兩個不同極性的信號，效率會更加高，譬如兩個天線呈90度放置，或不同極化方向的天線等，會獲得更好的分集接收效果。

　　3. DIBCOM在分集接收下的性能

　　僅雙天線分集接收，在8k QAM64 2/3的調(diào)制模式下，信號靈敏度可以提高2～10dB，降低6dB的C/N門限值,在周邊復(fù)雜環(huán)境的情況下，如鬧市區(qū),展覽會等地區(qū)，可以提高多達(dá)3dB以上的多鏡路抗干擾性能。

　　一般條件下，雙天線分集接收將使你更可能接收到好的信號，相對來講可以使信號覆蓋擴(kuò)大3倍。

　　車載等運(yùn)動接收，同等條件下，可以使運(yùn)動速度提高3倍。

　　4. DIBCOM分集接收的具體測試

　　下圖是室內(nèi)接收的效果比較圖，由于室內(nèi)接收時不僅存在信號被建筑物等吸收的問題，還同樣存在小范圍衰落。下面兩附圖分別是DIBCOM解調(diào)器的測試，圖7采用雙天線分集接收，在BER<10-4時，接收范圍達(dá)可到95%，同樣條件，圖8單天線只能達(dá)到67%。