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(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。
圖1
上圖（圖1）就是一個(gè)多徑衰落產(chǎn)生過程，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。
圖2
另一種移動(dòng)接收過程不可避免的問題是多普勒效應(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
上面說明了信號(hào)衰落的產(chǎn)生原因，由于信號(hào)在傳輸過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：
?。?）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
?。?）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：
?。?）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(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，來解決分集信號(hào)的最佳合成問題，但目前只有法國(guó)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(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)。
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)。
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(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%。
圖7
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。
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。