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电视分集天线系统的研究

发布时间:2021-02-23 发布时间:
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随着有线电视技术的进步和普及,无线电视传播固有的缺点使得该技术研究处于停顿状态。由于无线电视接收终端相对固定的特点,其研究的难度远比移动通信要容易得多。目前,对无线电视的研究大体可以分3种方案:其一,是放弃原有的模拟体制,采用全新的数字体制,即数字压缩和数字调制及信道、信源编码等新技术。但这需要和新一代数字电视接收机配合推出,且无法和目前的模拟电视机兼容;其二,是在原有模拟体制上进行改进,全面采用第四代移动通信中的分集和频谱压缩等技术。这也需要对电视发射台和电视机进行大的技术改造,不易普及;其三,是在现有模拟体制基础上采用当代通信技术的最新研究成果,如多天线天线技术、低噪声放大技术、频谱处理技术等,使现在大量存在模拟电视机的收视效果提高一个数量级。


1 电视传播信道分析
当前,数字电视技术的发展与普及速度进展缓慢,其主要原因在于其技术过于复杂,也不能与模拟体制兼容,网络改造和使用成本太高。由于电磁环境的恶化及发射设备陈旧,无线电视广播传输质量极大下降,已到了没有有线电视就无法收看电视节目的地步。本研究方案可以充分利用现有模拟电视网络资源,通过技术改造,优化现有无线网络,在模拟与数字过渡期起到很好的桥梁作用。特别是在我国广大农村地区,利用分集技术这种简单高效的收视方式会有很大的市场空间。
无线电视频段的电波传播是通过直射、反射、散射等多种传播方式进行的。接收终端信号的幅度、时延及相位随时随地发生变化,从而使信号的电平起伏不稳定,这些多径信号相互迭加就会形成衰落。也就是看到的电视画面的闪烁、重影等现象。因此,通常定义无线电视传播信道是一种多径衰落信道。
研究表明,无线电视传播信道属于“慢衰落”,这种衰落服从对数正态分布。分集技术是克服多径衰落的一个有效方法。采用这种方法,电视接收机可对多个携带相同信息且衰落特性相互独立的接收信号在合并处理之后进行判决。由于衰落具有频率、时间和空间的选择性,因此分集技术包括频率分集、时间分集和空间分集
减弱慢衰落宜采用空间分集,即用几个独立天线或在不同场地分别发射和接收信号,以保证各信号之间的衰落独立。由于这些信号传输过程中地理环境不同,因而各信号的衰落各不相同。利用选择合成技术选出信号较强的一个输出,从而大大降低地形等因素对信号的影响。
由于现代城市的快速发展,高楼林立,各种通信系统迅速增加。高楼大厦对无线电波的传播直接造成了遮挡、反射、折射等障碍;各种无线通信系统和电磁设备对无线信道的干扰不断增多。文中是对无线传输电视节目研究的初步,主要是采用前面所述的第三种方案,即在原有模拟体制下,对无线传输系统进行优化和改进。重点利用空间分集技术有效克服无线收视的重影等问题;采用锁相等技术,有效克服相位失真;对电视加重技术和方法进一步研究和改进,改善接收信噪比。从而使无线方式收看电视节目的效果提高一个数量级成为可能。


2 空间分集技术
分集技术是指通过查找和利用自然界无线传播环境中独立的(至少是高度不相关的)多径信号来实现。简单的说,如果一条无线传播路径中经历了深度衰落,而另一条相对独立的路径中可能仍包含着较强的信号,因此可以在多个信号中选择两个或更多的信号进行合并,这样可以同时提高接收端的瞬时信噪比和平均信噪比,一般可提高20~30 dB。分集技术是无线通信的一种抗衰落技术,是一种用相对较低廉的投资就可以大幅度改进无线链路性能的强有力的接收技术。显然,分集技术就是利用两个或更多的不相关信号进行处理,而不相关信号的采集可以通过空域、时域和频域3种方式实现。
空间分集是利用多副接收天线来实现的。在发射端采用一副天线发射,而在接收端采用多副天线接收。接收端天线之间的距离d≥λ/2(λ为工作波长),以保证接收天线的输出信号的衰落特性是相互独立的,也就是说,当某一副接收天线的输出信号很低时,其他接收天线输出则不一定在这同一时刻也出现幅度低的现象,经相应的合并电路从中选出信号幅度较大、信噪比最佳的一路或将多路接收信号进行某种组合,得到一个总的接收天线输出信号。这就降低了信道衰落的影响,改善了传输的可靠性。
分集天线把原本无线通信中有害的多径效应变为有用的因素,将多径信号分离出来,使其互不相干,然后通过合并技术再将分离出来的信号合并,获得最大的信噪比收益。常用的合并方法有选择性合并、切换合并、最大比合并、等增益合并等。


3 合并准则
如果接收机中存在多条接收分支,则需要把这些分支所接收的信号进行组合,以获得极大化的信号功率。其实,分集接收的实质就是在接收端如何将得到的这些不相关的信号副本进行组合。
信号的组合方式,如图1所示。


合并后信号r(t)可用下式表示

其中,rk(t)记为第k(k=1,2,…,M)条路径上所收到的信号副本,ak表示其加权系数,r(t)表示最后得到组合信号。为了便于分析和比较分集技术对系数传输性能的影响,需要



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