電視分集天線(xiàn)系統的研究

隨著(zhù)有線(xiàn)電視技術(shù)的進(jìn)步和普及，無(wú)線(xiàn)電視傳播固有的缺點(diǎn)使得該技術(shù)研究處于停頓狀態(tài)。由于無(wú)線(xiàn)電視接收終端相對固定的特點(diǎn)，其研究的難度遠比移動(dòng)通信要容易得多。目前，對無(wú)線(xiàn)電視的研究大體可以分3種方案：其一，是放棄原有的模擬體制，采用全新的數字體制，即數字壓縮和數字調制及信道、信源編碼等新技術(shù)。但這需要和新一代數字電視接收機配合推出，且無(wú)法和目前的模擬電視機兼容；其二，是在原有模擬體制上進(jìn)行改進(jìn)，全面采用第四代移動(dòng)通信中的分集和頻譜壓縮等技術(shù)。這也需要對電視發(fā)射臺和電視機進(jìn)行大的技術(shù)改造，不易普及；其三，是在現有模擬體制基礎上采用當代通信技術(shù)的最新研究成果，如多天線(xiàn)天線(xiàn)技術(shù)、低噪聲放大技術(shù)、頻譜處理技術(shù)等，使現在大量存在模擬電視機的收視效果提高一個(gè)數量級。

1 電視傳播信道分析
當前，數字電視技術(shù)的發(fā)展與普及速度進(jìn)展緩慢，其主要原因在于其技術(shù)過(guò)于復雜，也不能與模擬體制兼容，網(wǎng)絡(luò )改造和使用成本太高。由于電磁環(huán)境的惡化及發(fā)射設備陳舊，無(wú)線(xiàn)電視廣播傳輸質(zhì)量極大下降，已到了沒(méi)有有線(xiàn)電視就無(wú)法收看電視節目的地步。本研究方案可以充分利用現有模擬電視網(wǎng)絡(luò )資源，通過(guò)技術(shù)改造，優(yōu)化現有無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，在模擬與數字過(guò)渡期起到很好的橋梁作用。特別是在我國廣大農村地區，利用分集技術(shù)這種簡(jiǎn)單高效的收視方式會(huì )有很大的市場(chǎng)空間。
無(wú)線(xiàn)電視頻段的電波傳播是通過(guò)直射、反射、散射等多種傳播方式進(jìn)行的。接收終端信號的幅度、時(shí)延及相位隨時(shí)隨地發(fā)生變化，從而使信號的電平起伏不穩定，這些多徑信號相互迭加就會(huì )形成衰落。也就是看到的電視畫(huà)面的閃爍、重影等現象。因此，通常定義無(wú)線(xiàn)電視傳播信道是一種多徑衰落信道。
研究表明，無(wú)線(xiàn)電視傳播信道屬于“慢衰落”，這種衰落服從對數正態(tài)分布。分集技術(shù)是克服多徑衰落的一個(gè)有效方法。采用這種方法，電視接收機可對多個(gè)攜帶相同信息且衰落特性相互獨立的接收信號在合并處理之后進(jìn)行判決。由于衰落具有頻率、時(shí)間和空間的選擇性，因此分集技術(shù)包括頻率分集、時(shí)間分集和空間分集。
減弱慢衰落宜采用空間分集，即用幾個(gè)獨立天線(xiàn)或在不同場(chǎng)地分別發(fā)射和接收信號，以保證各信號之間的衰落獨立。由于這些信號傳輸過(guò)程中地理環(huán)境不同，因而各信號的衰落各不相同。利用選擇合成技術(shù)選出信號較強的一個(gè)輸出，從而大大降低地形等因素對信號的影響。
由于現代城市的快速發(fā)展，高樓林立，各種通信系統迅速增加。高樓大廈對無(wú)線(xiàn)電波的傳播直接造成了遮擋、反射、折射等障礙；各種無(wú)線(xiàn)通信系統和電磁設備對無(wú)線(xiàn)信道的干擾不斷增多。文中是對無(wú)線(xiàn)傳輸電視節目研究的初步，主要是采用前面所述的第三種方案，即在原有模擬體制下，對無(wú)線(xiàn)傳輸系統進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。重點(diǎn)利用空間分集技術(shù)有效克服無(wú)線(xiàn)收視的重影等問(wèn)題；采用鎖相等技術(shù)，有效克服相位失真；對電視加重技術(shù)和方法進(jìn)一步研究和改進(jìn)，改善接收信噪比。從而使無(wú)線(xiàn)方式收看電視節目的效果提高一個(gè)數量級成為可能。

2 空間分集技術(shù)
分集技術(shù)是指通過(guò)查找和利用自然界無(wú)線(xiàn)傳播環(huán)境中獨立的(至少是高度不相關(guān)的)多徑信號來(lái)實(shí)現。簡(jiǎn)單的說(shuō)，如果一條無(wú)線(xiàn)傳播路徑中經(jīng)歷了深度衰落，而另一條相對獨立的路徑中可能仍包含著(zhù)較強的信號，因此可以在多個(gè)信號中選擇兩個(gè)或更多的信號進(jìn)行合并，這樣可以同時(shí)提高接收端的瞬時(shí)信噪比和平均信噪比，一般可提高20~30 dB。分集技術(shù)是無(wú)線(xiàn)通信的一種抗衰落技術(shù)，是一種用相對較低廉的投資就可以大幅度改進(jìn)無(wú)線(xiàn)鏈路性能的強有力的接收技術(shù)。顯然，分集技術(shù)就是利用兩個(gè)或更多的不相關(guān)信號進(jìn)行處理，而不相關(guān)信號的采集可以通過(guò)空域、時(shí)域和頻域3種方式實(shí)現。
空間分集是利用多副接收天線(xiàn)來(lái)實(shí)現的。在發(fā)射端采用一副天線(xiàn)發(fā)射，而在接收端采用多副天線(xiàn)接收。接收端天線(xiàn)之間的距離d≥λ／2(λ為工作波長(cháng))，以保證接收天線(xiàn)的輸出信號的衰落特性是相互獨立的，也就是說(shuō)，當某一副接收天線(xiàn)的輸出信號很低時(shí)，其他接收天線(xiàn)輸出則不一定在這同一時(shí)刻也出現幅度低的現象，經(jīng)相應的合并電路從中選出信號幅度較大、信噪比最佳的一路或將多路接收信號進(jìn)行某種組合，得到一個(gè)總的接收天線(xiàn)輸出信號。這就降低了信道衰落的影響，改善了傳輸的可靠性。
分集天線(xiàn)把原本無(wú)線(xiàn)通信中有害的多徑效應變?yōu)橛杏玫囊蛩?，將多徑信號分離出來(lái)，使其互不相干，然后通過(guò)合并技術(shù)再將分離出來(lái)的信號合并，獲得最大的信噪比收益。常用的合并方法有選擇性合并、切換合并、最大比合并、等增益合并等。

3 合并準則
如果接收機中存在多條接收分支，則需要把這些分支所接收的信號進(jìn)行組合，以獲得極大化的信號功率。其實(shí)，分集接收的實(shí)質(zhì)就是在接收端如何將得到的這些不相關(guān)的信號副本進(jìn)行組合。
信號的組合方式，如圖1所示。

合并后信號r(t)可用下式表示

其中，rk(t)記為第k(k=1，2，…，M)條路徑上所收到的信號副本，ak表示其加權系數，r(t)表示最后得到組合信號。為了便于分析和比較分集技術(shù)對系數傳輸性能的影響，需要