移動電視雙天線分集接收技術(shù)解決方案

作者：時間：2011-04-21 來源：網(wǎng)絡(luò)

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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(shí)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：

（1）空間分集：不同天線的接收信號相互獨(dú)立

（2）極化分集：水平極化和垂直極化的信號相互獨(dú)立

（3）頻率分集：不同頻率的接收信號相互獨(dú)立

（4）時間分集：不同時間的接收信號相互獨(dú)立。

合并方式有：

（1）最佳選擇式

（2）等增益相加式

（3）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(yàn)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(diǎn)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(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。

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(xiàng)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(shí)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