《電子技術(shù)應(yīng)用》
您所在的位置:首頁(yè) > 模擬設(shè)計(jì) > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > 詳解移動(dòng)電視雙天線分集接收技術(shù)方案
詳解移動(dòng)電視雙天線分集接收技術(shù)方案
摘要: 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(wèn)題,,解決這些衰落和干擾成為倍受關(guān)注的問(wèn)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。
Abstract:
Key words :

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(wèn)題,,解決這些衰落和干擾成為倍受關(guān)注的問(wèn)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(jiǎn)單的說(shuō)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(wú)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,。

http://www.eefocus.com/include/picture/500/400/data/11-08/26600311020845/1313073705_38d43056.jpg

圖1

上圖(圖1)就是一個(gè)多徑衰落產(chǎn)生過(guò)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。

http://www.eefocus.com/include/picture/500/400/data/11-08/26600311020845/1313073708_e7c3b2b.jpg

 

圖2

另一種移動(dòng)接收過(guò)程不可避免的問(wèn)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(guò)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(shuō)明了信號(hào)衰落的產(chǎn)生原因,由于信號(hào)在傳輸過(guò)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:

(1)空間分集:不同天線的接收信號(hào)相互獨(dú)立

(2)極化分集:水平極化和垂直極化的信號(hào)相互獨(dú)立

(3)頻率分集:不同頻率的接收信號(hào)相互獨(dú)立

(4)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:

(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)

http://www.eefocus.com/include/picture/500/400/data/11-08/26600311020845/1313073711_84714641.jpg

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(zhǎng)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(lái)解決分集信號(hào)的最佳合成問(wèn)題,但目前只有法國(guó)DIBCOM公司成功地運(yùn)用了該技術(shù),。

http://www.eefocus.com/include/picture/500/400/data/11-08/26600311020845/1313073714_1376e2f6.jpg

圖4

圖4是天線分集技術(shù)來(lái)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(wèn)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(guó)DIBCOM公司。法國(guó)DIBCOM是DVB解調(diào)IC的專業(yè)設(shè)計(jì)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(jì)公司與代理商,已地將DIBCOM的成熟技術(shù)應(yīng)用于手持移動(dòng)設(shè)備,、車載、家用機(jī)頂盒,PVR,地鐵,、樓宇等場(chǎng)合, 并與市場(chǎng)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(hào)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(hào),,同時(shí)還時(shí)實(shí)時(shí)提供著個(gè)支路信號(hào)的信噪比,,信號(hào)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(hào)。

http://www.eefocus.com/include/picture/500/400/data/11-08/26600311020845/1313073717_75a40884.jpg

圖5

對(duì)于信道衰落大,,或移動(dòng)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(shí)現(xiàn)分集接收,即每個(gè)芯片都可以把自己接收到的信號(hào)根其他芯片接收到的信號(hào)最大比值合并,,這也是DIBCOM公司的專利技術(shù),。

http://www.eefocus.com/include/picture/500/400/data/11-08/26600311020845/1313073719_367921ee.jpg

圖6


2. DIBCOM分集接收天線的處理

實(shí)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(duì)UHF來(lái)說(shuō),,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(gè)波長(zhǎng))。

如果天線接收了兩個(gè)不同極性的信號(hào),,效率會(huì)更加高,,譬如兩個(gè)天線呈90度放置,或不同極化方向的天線等,,會(huì)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(hào)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(huì)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(hào),,相對(duì)來(lái)講可以使信號(hào)覆蓋擴(kuò)大3倍,。

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

4. DIBCOM分集接收的具體測(cè)試

下圖是室內(nèi)接收的效果比較圖,,由于室內(nèi)接收時(shí)不僅存在信號(hào)被建筑物等吸收的問(wèn)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(cè)試,,圖7采用雙天線分集接收,在BER<10-4時(shí),,接收范圍達(dá)可到95%,,同樣條件,圖8單天線只能達(dá)到67%,。

http://www.eefocus.com/include/picture/500/400/data/11-08/26600311020845/1313073722_94f347b4.jpg

圖7

http://www.eefocus.com/include/picture/500/400/data/11-08/26600311020845/1313073724_c05efba5.jpg

圖8

車載移動(dòng)接收時(shí),,分集接收也同樣表現(xiàn)出它的優(yōu)越性能。下面(圖 9)三幅圖是在法國(guó)某城市DVB-T標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)下的實(shí)地測(cè)試圖,,三幅圖分別示意出單天線接收,、雙天線分集接收和四天線分集接收不同效果。

http://www.eefocus.com/include/picture/500/400/data/11-08/26600311020845/1313073727_68269216.jpg

圖9

五 結(jié)束語(yǔ)

雙/多天線分集接收不僅在DVB-T移動(dòng)接收中,,有著很強(qiáng)的抗衰落效果,,它帶給終端用戶了更大的信號(hào)覆蓋面積、更高的信號(hào)質(zhì)量和更快的接收機(jī)移動(dòng)速度,。今后在車載機(jī),、手持機(jī),室內(nèi)機(jī)等要求高的地方會(huì)得到更大的發(fā)展和普及,。

 

此內(nèi)容為AET網(wǎng)站原創(chuàng),,未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載。