モバイル TV デュアルアンテナダイバーシティ受信技術
モバイルTV、カー TV、ビル TV、地下鉄 TV などの屋外放送分野での DVB-T の発展に伴い、これらの受信範囲内で、マルチパス フェージングやドップラー周波数シフトなどの小規模なフェージングが避けられなくなりました。フェージングと干渉が大きな懸念事項になります。デジタル TV 放送のモバイル受信のフェージングを解決し、信号品質を向上させるために、受信機器には、チャネル復号誤り訂正技術、アンチフェージング受信技術など、さまざまな対策が講じられていますが、デュアル/マルチアンテナ ダイバーシティ受信技術は、最も明白で効果的なソリューションです。
1. マルチパス信号フェージングとドップラー効果
フェージングとは簡単に言うと、さまざまな要因により信号レベルが時間とともに変化することをフェージングと呼び、遅いフェージングと速いフェージングに分けられます。フェージングの原因はさまざまですが、無線地上伝送信号は、高層ビル、山や丘、雲や雨などの障害物の影響を受けやすく、これらの影響によりフェージングが発生します。DVB-T モバイル受信におけるフェージングの 2 つの一般的なタイプは、マルチパス信号フェージングとドップラー周波数シフトです。
図1
上図(図1)はマルチパスフェージングの過程で、地上波信号が伝送経路上に高層ビルや丘、移動する車などの複数の障害物によって遮られると、反射や散乱が発生し、マルチパスが発生します。信号の到着. 受信アンテナは、受信アンテナの到着時間と位相が異なるため、逆位相の異なる信号が重畳により互いに弱まり、信号のフェージングが発生します。
図2
移動受信におけるもう 1 つの避けられない問題は、ドップラー効果です。信号が波の形で伝搬する場合、受信機と発生器が相対的に移動すると、受信機が受信する信号の周波数が移動によって変化します。これをドップラー効果と呼びます。これはあらゆる波動過程の特性であり、電磁波も同様です。受信機が送信機に対して相対的である場合、受信機が受信した信号は、送信機に対して移動する受信機の方向と速度に応じてドップラー効果も経験します (上の図 2 を参照)。マシンが互いに近づいている場合、マシンが受信する信号の周波数は送信の周波数よりも高くなります.反対に、マシンが反対方向に移動する場合、受信される信号の周波数は送信の周波数よりも低くなります.この周波数この変化はドップラー周波数シフトとも呼ばれます.結果として生じるフェージングにより、受信機が信号を正確にデコードすることが難しくなる可能性があります.
マルチパス フェージングとドップラー周波数シフトによって引き起こされる小規模なフェージングは、モバイル受信機器の受信信号に非常に破壊的であり、大きな符号間干渉と周波数ベクトルの減少を引き起こす可能性があるため、信号電力は受信時に十分に強い必要があります。受信感度は十分高いです。マルチパス フェージングとドップラー周波数シフトによって引き起こされるフェージングは、狭い範囲の高速フェージングに属します.理論と実際の測定では、高速フェージングの振幅はレイリー分布に従い、位相は一様分布に従うことが示されています.高速の影響を克服する有効な方法フェージングはダイバーシティ受信。
技術思想を受け入れる2つの多様性
信号がフェージングする理由は前述の通りですが、マルチパス成分の信号は、信号の伝送過程で反射などの干渉によって発生するため、受信側では複数のアンテナを使って異なるパスの信号を同時に受信し、選択して受信します。これらの信号を総合信号に結合します. 信号フェージングの影響を軽減するために, これはダイバーシティ受信と呼ばれます. ダイバーシティとは、分散した信号を結合することであり、いくつかの信号が互いに独立している限り、適切に結合した後に最大の信号利得を得ることができます。
多様化の方法は次のとおりです。
(1) 空間ダイバーシティ: 異なるアンテナの受信信号は互いに独立しています。
(2) 偏波ダイバーシティ: 水平偏波と垂直偏波の信号は互いに独立しています。
(3) 周波数ダイバーシティ: 異なる周波数の受信信号は互いに独立しています。
(4) 時間ダイバーシティ: 異なる時間の受信信号は互いに独立しています。
マージ方法は次のとおりです。
(1) 最良の選択
(2) 等利得加算式
(3) 最大比率加算式
3つのマージ方法の中で、最大比率の追加マージが最もパフォーマンスが高く、具体的な比較は次のとおりです(図3)。
画像3
3DVB-Tにおけるダイバーシティ受信技術の応用理論
DVB-T (Digital Video Broadcasting Terrestrial ) は、 DVB 規格におけるデジタル TV の地上波伝送規格です。DVB-T 規格は 1997 年に確立され、COFDM (直交周波数分割多重) 変調と伝送、畳み込み符号を使用する内部符号化、 RS符号を使用する外部符号化、および畳み込みインターリービングを使用するインターリーバーを使用します 。
DVB-T 規格のコーディングおよびインターリーブ方式が決定された場合、そのモバイル受信性能を改善するには、受信機でのみ改善することができます. 一般に、改善するには 2 つの基本的な方法があります:
(1) 既存の内部受信機の構造の下で、受信機の周波数とタイミングの同期および追跡アルゴリズムを改善し、レイリー フェージング チャネルのチャネル推定および補償アルゴリズムの効率を改善します。
(2) 既存の受信機の構造を変更する。
実験的研究により、デュアル/マルチ アンテナ ダイバーシティ技術が効果的に信号フェージングに対処し、DVB-T のモバイル受信性能を大幅に改善できることが示されています。その理由は、既知のポイントでの信号強度は、主信号とマルチパス信号のベクトル和 (加算または減算) であるため、移動アンテナを使用するか、少なくとも 1 つの波長で分離された複数のアンテナを使用して、各アンテナで信号レベルが異なるためです。このとき、アンテナを移動すると受信レベルが変化し、常に最も強い信号を見つけることができるため、アンテナを 1 つ使用する場合に比べて受信品質を大幅に向上させることができます。結合されたアンテナの出力信号を大幅に改善するために、最大比結合技術MRCを使用してダイバーシティ信号の最適な結合の問題を解決しますが、この技術の使用に成功したのはフランスの会社DIBCOMだけです。
図 4
図4は、アンテナダイバーシティ技術によるDVB-T性能向上のソリューションです。信号は最初に部分的に復調され、次に最大比合成技術MRCが使用され、信号の最適な合成の問題が解決されます。このテクノロジーは、感度を直接改善し、C/N しきい値を下げ、マルチミラー チャネルの干渉防止性能を向上させることができます。
アンテナダイバーシティ受信技術の4DIBCOMへの応用
現在、DVB-T の分野では、アンテナ ダイバーシティ受信技術のアプリケーションは、フランスで最も先進的で成熟した企業である DIBCOM です。フランス DIBCOM は DVB 復調 IC の専門設計会社です, DIBCOM はこの分野で多くの特許を持っています. セットトップ ボックス, P VR , 地下鉄, 建物やその他の機会, そして、ほとんどの主流のバックエンドチップとのマッチングを完了しましたFreescale、ST、Telechips、Zoran、富士通などの企業のバックエンドなどの市場。
DIBCOM の dmodulator は、COFDM 変調に基づく DVB-T、DVB-H、DVB-SH、ISDB-T、T-DMB、CMMB などに完全に適用できます。DIBCOM のアンテナ ダイバーシティ受信技術と通信の基本原理はあまり変わっていませんが、散乱信号の合成アルゴリズムでは他の方式よりはるかに優れています。
1 ダイバーシティ受信の原理とDIBCOMの応用
DIBCOMのダイバーシティ受信は、下図（図5）に示すように最大比合成アルゴリズムを採用しており、デュアルアンテナダイバーシティ受信は、各ブランチの受信ゲインを個別に制御して、異なるアンテナから最良の信号を取得すると同時に、リアルタイムでの各分岐信号の信号対雑音信号比、信号が位相調整され、適切なゲイン係数と同相で結合された後、最大の信号対雑音比を持つ高品質の信号を得ることができます得られる。
図 5
チャネル フェージングが大きい環境や移動速度の要件が高い環境では、DIBCOM はデイジー チェーンで複数の IC を接続してダイバーシティ受信を実現することもできます。もDIBCOMの特許技術です。
図 6
2.DIBCOMダイバーシティ受信アンテナ処理
実際の研究では、2 つのアンテナ間の距離が約 λ/5 であっても、80% の効率が得られることが示されています.たとえば、2 つのアンテナ間の距離は 8cm です.UHF の場合、それでも高効率です。他のソリューションでは不可能です (ダイバーシティ受信には、アンテナ本体が少なくとも 1 波長離れている必要があります)。
アンテナが異なる極性の2つの信号を受信すると効率が高くなります.例えば、2つのアンテナを90度に配置したり、異なる偏波方向のアンテナを配置したりすると、より良いダイバーシティ受信効果が得られます.