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(河南省广播电视监测中心 河南郑州 450003)
摘 要:在分析目前中国移动多媒体广播(CMMB)监测系统信号接收存在问题基础上,提出了将智能天线技术应用于CMMB监测系统的设计思路,同时简要介绍了智能天线工作原理及优点,并由仿真结果展示了智能天线的应用.结果表明,此举可以大大提高CMMB监测系统接收信号性能指标,最后给出了具体的实现方案.
关键词:智能天线 多径干扰 波达方向 波束形成
中图分类号:TN82 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)09(a)-0007-01
“中国移动多媒体广播”(China Mobile Multimedia Broadcasting,简称CMMB)是指利用数字广播电视技术、通过地面或卫星广播电视覆盖网,面向七寸以下小屏幕、小尺寸多种便携移动终端,如手机、PDA、MP3、MP4、数码相机、笔记本电脑等接收设备以及在火车、汽车、轮船、飞机上的小型车载接收终端,随时随地的、点对面的提供广播电视节目和信息服务.
中国移动多媒体广播(CMMB)是实现广播电视多元化覆盖的重要新手段与新媒体,目前已经建成为全世界最大的移动广播覆盖网,为完善广播电视监测手段,保护CMMB用户的基本权益,对CMMB进行监测是非常必要的.
1. 中国移动多媒体广播传输信道特性
1.1 信号传输覆盖方式
在CMMB的覆盖系统构成中,主要采用S波段大功率卫星与地面同频增补网络相结合的技术体制,同时结合U波段地面覆盖网络实现信号传输与覆盖.S波段卫星网络广播信道用于直接接收,Ku波段上行,S波段下行,分发信道用于地面增补转发接收,Ku波段上行,Ku波段下行,由地面增补网络转发器转为S波段发送到移动终端,同时为实现城市人口密集区域移动多媒体广播电视信号的有效覆盖,采用U波段地面无线发射构建城市U波段地面覆盖网络.
1.2 CMMB信号接收存在的问题
CMMB信号频段范围包括S波段和U波段,其中S波段占用频率为2.633～2.660GHz,属于微波范畴.U波段占用频率为470～798MHz,属于超短波范畴,占用频率与模拟开路电视相同.微波和超短波主要的传播方式采用的是空间波传播.由于S波段广播卫星尚未发射,所以对S波段信号进行监测暂不做考虑.目前通过天线对CMMB信号进行接收与监测主要存在以下问题.
1.2.1 多径衰落
根据CMMB信号覆盖规划,目前主要实现了对310多个地级以上城市CMMB信号的基本覆盖.在人口稠密、人为噪声源众多、传输环境较为复杂的城市地区进行CMMB信号传播时,由于信道为随参信道,传输特性不理想,CMMB信号主要会受到干涉型传输衰落的影响.干涉型衰落主要是由随机多径干涉现象引起的.
1.2.2 传输路径损耗
此外在城市地区进行传播时还会受到由众多人造结构(建筑物、高塔、障碍物)所产生的传输路径损耗.由电磁传播理论可知,频率越高的电磁波,波长愈短,绕过障碍物的能力愈弱,所以频率愈高,传输损耗愈大.
上述问题降低了CMMB监测系统的接收效果,制约了CMMB监测系统的发挥.因而,有必要加以解决,而智能天线技术可以有效的解决以上问题.
2. 监测用智能天线的应用分析
2.1 智能天线工作原理
智能天线一般由一组天线阵列组成,组成天线阵列的阵元为全向或者定向天线,通过对天线阵列的各个阵元输出信号进行某种方式的合并,形成特定的天线波束,实现定向发送和接收.智能天线通常包括多波束切换智能天线和自适应阵列智能天线等形式.
多波束切换智能天线类似于传统的扇区天线,它在基站利用多个并行波束覆盖整个区域,每个波束的指向和波束宽度是固定的,随着发射源位置的移动,多波束切换智能天线根据发射源位置的不同选择不同的波束,使得接收到的信号最强.但是,多波束切换智能天线也存在一些局限.
(1)对于那些波束到达方向与期望接收分量方向十分接近的多径分量系统无法保证期望分量免受其干扰.
(2)一般无法充分利用多径分集合并相干多径分量.
自适应智能天线是目前在无线通信领域研究和应用较多的智能天线系统.自适应智能天线是在传统的自适应天线阵列基础上发展起来的,与自适应天线阵列的基本原理相同,都是利用自适应波束形成算法,自适应地调整天线阵列加权向量,使得期望信号的性能达到最佳.
2.2 智能天线在CMMB监测中的应用
智能天线最大的特点就是可以抗多径干扰,如果用智能天线代替传统的天线,可望在以下几个方面全面提高CMMB监测系统接收信号的质量.
2.2.1 抑制多径干扰
智能天线对来自各个方向的波束进行空间滤波.它通过对各天线元的激励进行调整,优化天线阵列方向图,能对多个目标信号进行高度完善的快速识别,精确地控制频谱、时间、幅度和空间这几个干扰参数,并将零点对准干扰方向,对有用信号进行大增益跟踪接收,对无用信号作小增益甚至零增益接收,对多径信号实施管理控制,从而提高信道的信噪比,改善系统质量,提高系统可靠性.
2.2.2 抗传输衰落
高频无线信号传输的主要问题是无线信号的衰落,目前用监测天线均采用普通全向天线或定向天线,都会因衰落使信号失真较大.如果采用智能天线控制接收方向,自适应地构成波束的方向性,可以使得延迟波方向的增益最小,降低信号衰落的影响.智能天线还可用于分集,减少衰落.
2.2.3 自动变频发现
把智能天线用于CMMB信号接收时可以迅速得到CMMB发射信号的频率,便于实施信号监测.如果发射台改变频率或产生新的频率,智能天线可以自动、瞬时地测得改变后的频率,提高CMMB监测系统智能化水平.
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2.2.4 提高接收平台的使用效率
监测系统接收平台是一个宝贵的资源平台.智能天线系统是一个高度集成的系统,它可以最大限度地缩小系统体积,取代原有的对数周期天线等大型天线,实现多监测业务系统共用天线,节约空间,降低天线之间相互干扰,提高信号接收质量.
3. 系统方案
通过以上对比分析可知,自适应阵列智能天线相比于多波束切换智能天线,在抗多径干扰,提高天线接收灵敏度方面更能满足CMMB监测系统业务要求,因此,在本文中,选择自适应阵列智能天线进行分析.
智能天线的阵列配置包括均匀直线阵、非均匀直线阵、面阵及圆阵等,在CMMB监测系统中,可采用圆阵,因为圆阵不仅能形成全向方位图,也能形成单波束,且方向图形状成对称分布.
4. 结语
对于CMMB监测系统来说,多径干扰和传输信号衰落对接收信号的的影响几乎不可避免,本文讨论了利用智能天线技术,提高接收信号质量.可见,智能天线通过自适应波束算法来改变天线阵的方向图,根据来波动态形成最高增益方向和0增益方向,从而最大限度抑制多径干扰,提高所需信号的信噪比,更加有效的增强了CMMB监测系统接收信号的质量.
参考文献
[1]赵绍纲.无线通信智能天线技术[J].电信技术,2005(9).
[2]周志蒙,漆兰芬,罗冶.移动通信中基于智能天线的抗多径干扰技术[J].电讯技术,2000(5).
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天线波束宽度引用文献:
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