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全面解析车载移动电视双天线分集接收技术

2013-12-27 11:16
野明月
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  随着DVB-T在手机电视、车载电视、楼宇电视、地铁电视等户外广播领域内的发展,在这些接收范围内,多径衰落、多普勒频移等小范围衰落是不可避免的问题,解决这些衰落和干扰成为倍受关注的问题。

  为了解决衰落,改善数字电视广播移动接收的信号质量,在接收设备上使用了多种措施,如信道解码纠错技术、抗衰落接收技术等,但双/多天线分集接收技术是最明显有效的解决方案。

  一 多径信号衰落和多普勒效应

  什么是衰落,简单的说信号电平因受各种因素影响而随时间变化叫衰落,衰落分为慢衰落和快衰落。衰落产生的原因很多,无线地面传输信号很容易受到因高楼大厦、山地丘陵地形等障碍物云雨等天气的影响,这些影响都会产生衰落。在DVB-T移动接收中常见的两种衰落是多径信号衰落和多普勒频移。

全面解析车载移动电视双天线分集接收技术

  图1 多径衰落产生过程

  上图(图1)就是一个多径衰落产生过程,当地面波信号在传输途径当中受到高楼、丘陵、运动车辆等多个障碍物的阻挡时,就会产生反射或散射,形成多路信号到达接收天线,由于到达接受天线的时间不同、相位不同,相反相位的不同信号因叠加而相互消弱,从而产生信号的衰落。

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  图2 多普勒效应

  另一种移动接收过程不可避免的问题是多普勒效应。如果信号以波的形式传播,当接收者与产生者发生相对运动时,接收者接收到的信号频率会因运动而发生变化,这就叫多普勒效应。这是任何波动过程都具有的特性,电磁波也是如此。

  如果接收几相对于发射机时,接收机接收到的信号也会发生多普勒效应,具体取决于接收机相对于发射机移动的方向和速度(如上图2 所示),当接收机和发射机相向运动时,其接收到的信号频率就高于发射频率。

  相反,当他们发生相背运动时,接收的信号频率就低于发射频率,这种频率变化也叫多普勒频移,它产生的衰落会对使接收机很难准确的解出信号。

  多径衰落和多普勒频移导致的小范围衰落对移动接收设备的接收信号破坏力极强,能引起较大的码间干扰和频率的矢量减小,因此在接收时要求信号功率足够强或接收机灵敏度足够高。多径衰落和多普勒频移引起的衰落在小范围内都属于快衰落,理论和实测表明:快衰落的振幅服从瑞利分布,相位服从均匀分布,克服快衰落影响的有效办法是分集接收。

  二 分集接收技术思想

  上面说明了信号衰落的产生原因,由于信号在传输过程中因反射等干扰产生多径分量信号,接收端利用多天线同时接收不同路径的信号,然后将这些信号选择、合并成总的信号,以减轻信号衰落的影响,这叫分集接收。分集就是把分散得到的信号集中合并,只要几个信号之间是相互独立的,经恰当的合并后就能得到最大的信号增益。

  分集的方式有:

  (1)空间分集:不同天线的接收信号相互独立

  (2)极化分集:水平极化和垂直极化的信号相互独立

  (3)频率分集:不同频率的接收信号相互独立

  (4)时间分集:不同时间的接收信号相互独立。

  合并方式有:

  (1)最佳选择式

  (2)等增益相加式

  (3)最大比值相加式

  三种合并方式中最大比值相加式合并性能最好,具体比较如下图(图3)

全面解析车载移动电视双天线分集接收技术

  图3 三种合并方式对比

 

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