移動電視雙天線分集接收技術

隨著DVB-T在手機電視、車載電視、樓宇電視、地鐵電視等戶外廣播領域內的發展，在這些接收范圍內，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注的問題。為了解決衰落，改善數字電視廣播移動接收的信號質量，在接收設備上使用了多種措施，如信道解碼糾錯技術、抗衰落接收技術等，但雙/多天線分集接收技術是最明顯有效的解決方案。

一 多徑信號衰落和多普勒效應

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。衰落產生的原因很多，無線地面傳輸信號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，這些影響都會產生衰落。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生過程，當地面波信號在傳輸途徑當中受到高樓、丘陵、運動車輛等多個障礙物的阻擋時，就會產生反射或散射，形成多路信號到達接收天線，由于到達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。如果信號以波的形式傳播，當接收者與產生者發生相對運動時，接收者接收到的信號頻率會因運動而發生變化，這就叫多普勒效應。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射機時，接收機接收到的信號也會發生多普勒效應，具體取決于接收機相對于發射機移動的方向和速度（如上圖2 所示），當接收機和發射機相向運動時，他接收到的信號頻率就高于發射頻率，相反，當他們發生相背運動時，接收的信號頻率就低于發射頻率，這種頻率變化也叫多普勒頻移，它產生的衰落會對使接收機很難準確的解出信號。

多徑衰落和多普勒頻移導致的小范圍衰落對移動接收設備的接收信號破壞力極強，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或接收機靈敏度足夠高。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 分集接收技術思想

上面說明了信號衰落的產生原因，由于信號在傳輸過程中因反射等干擾產生多徑分量信號，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立的，經恰當的合并后就能得到最大的信號增益。

分集的方式有：

（1）空間分集：不同天線的接收信號相互獨立

（2）極化分集：水平極化和垂直極化的信號相互獨立

（3）頻率分集：不同頻率的接收信號相互獨立

（4）時間分集：不同時間的接收信號相互獨立。

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中的分集接收技術的應用理論

DVB-T（Digital Video Broadcasting Terrestrial）是DVB標準中的數字電視地面波傳輸標準。DVB -T 標準創建于1997 年，采用COFDM （正交頻分復用編碼）調制傳輸，內編碼采用卷積碼，外編碼采用RS 碼，交織器采用卷積交織。

在DVB -T 標準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，就只能在接收機上做改進了，改進基本途徑一般有兩條：

(1) 在現有內接收機的結構下，提高接收機中頻率、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償算法的效能；

(2) 改變現有接收機的結構。

試驗研究表明，雙/多天線分集技術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的信號，可使接收質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，應用最大比例組合技術MRC，來解決分集信號的最佳合成問題，但目前只有法國DIBCOM公司成功地運用了該技術。

圖4

圖4是天線分集技術來提高DVB -T 性能的解決方案。首先部分地解調信號，然后利用最大比例合成技術MRC，因此解決了信號的最佳合成問題。這項技術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的應用

目前在DVB-T領域中天線分集接收技術應用最為領先、成熟的是法國DIBCOM公司。法國DIBCOM是DVB解調IC的專業設計公司，DIBCOM在這一領域擁有多項專利. 英諾科技作為DIBCOM的設計公司與代理商,已地將DIBCOM的成熟技術應用于手持移動設備、車載、家用機頂盒,PVR,地鐵、樓宇等場合, 并與市場上絕大多數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遠領先于其他方案。

1 DIBCOM的分集接收原理及應用

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，信號經相位調整后，以適當的增益系數，同相合并后，就獲得最大信噪比的優質信號。

圖5

對于信道衰落大，或移動速度要求更高的環境下，DIBCOM 還可多顆IC采用菊花鏈形式連接實現分集接收，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。

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。