“分集式接收”是無線系統中最容易被廣泛誤解的概念之一。這個詞源于詞根“diverse”,意思是“無關聯的”。應用在話筒接收機上時,該術語指使用兩個天線來消除由多路徑傳輸中因相位相互抵消(多路徑傳輸空值)所造成的“跑頻”現象。
下面介紹一下多路徑傳輸空值。在這個例子中,來自于發射機的信號經直接路徑和反射路徑到達接收機的天線。反射信號路徑要略長于直接路徑,這樣它們在接收機天線上混合時,會造成兩個信號的相位不一致。產生的弱信號就是我們所說的跑頻。
多徑跑頻
最常見的跑頻類型可能更適合被稱作“噪音增強”――接收機音頻輸出保持打開狀態,可以聽到短暫的嘶嘶聲,滴答聲,砰砰聲以及其它與音頻信號夾雜在一起。如果多路徑傳輸的信號過弱使接收機啞音,也可能發生音頻信號的完全丟失的情況。VHF跑頻時通常聽起來更像瞬間的嗖嗖聲或嘶嘶聲,有時還夾雜著嗡嗡的聲音。由于UHF具有更高的頻率和更短波長,其跑頻時間上比VHF要短得多,有時聽起來更像噗噗聲或滴答聲。
由于無線發射機的輸出向四周輻射,并在室內各種不同的界面上折射返回,因此多路徑傳輸跑頻現象在室內時更為常見。事實上,工作在室內的無線系統會產生大量反射,但由于直接信號最強,系統將繼續工作而不收影響。金屬是很好的反射體,發射機信號可以從汽車,卡車,拖車,金屬建筑物上有效地反射,因此多路徑傳輸跑頻現象也會在戶外發生。
當發射機和接收機天線處于一個特殊的相對位置時,失真就會發生。將發射機或接收機移至另一個不同位置后,經常可以降低或消除失真。在房屋周圍的其它可移動物體,如人的身體,也會改變反射和直達信號,這或多或少的影響失真的發生。
在VHF頻率上無線電載波信號的波長在5到6.5英尺的范圍內。在UHF頻率上,波長約為12到20英寸。所以在VHF頻率上的 “跑頻帶”(跑頻產生的區域)要比UHF頻率上的大,因此為了防止跑頻,使用VHF系統時天線要比使用UHF系統時移的更遠。這也意味著,在行走測試中,定位和識別VHF系統的跑頻帶要比UHF系統的容易。
在分集接收的簡單說明中,到達天線A的信號在很大程度上被多路徑傳輸空值給抵消了,留給接收機的只有一小部分信號。在天線B的信號仍舊很強,為接收機提供足夠的信號以產生可用的音頻信噪比。
分集接收
注意,圖示中把天線B顯示為“遠程”天線,與同軸電纜連接。兩根天線之間的距離至少要保持操作頻率的二分之一波長以確保天線接收到無關聯的(也就是“分集的”)信號,從而獲得分集接收發揮至最佳表現。
想象一下,如果天線B安裝在接收機上會有什么情況發生呢?如果系統是按VHF設計的,很有可能多路徑傳輸空值發生同時發生在兩個天線上。那么嘗試在接收相同信號的兩根天線之間切換的好處是什么呢?兩個信號之間的相位差異不存在或者很小,以至于對接收不會有任何影響。當兩根天線安裝在接收機上時,具有較短波長的UHF頻率在天線之間將有足夠的寬度空間以獲得分集式接收的益處。
在具有出色靈敏度的高品質接收機上的分集電路可以降低或消除多路徑傳輸跑頻,在某些情況下會增加操作范圍。接收改進的程度隨設計者選擇的分集接收方法而變化。
在接收機設計中選擇的分集接收電路的類型需要考慮許多因素,如成本,大小和重量,性能表現和特定應用時每個電路類型的實用性。
由于市場競爭越來越激烈,成本往往是主要標準。大小和重量在為現場同期錄音而設計的接收機中最為重要。性能表現在高端錄音室和舞臺接收機中是主要關心的焦點。在電影制作的應用設計中,無線系統的價格與一天的制作成本比較起來就顯得無足輕重了,因此在這種情況下,音頻和射頻性能就成為關注的焦點。
當它們進入接收機以后,接收機如何處理來自兩根不同天線的信號就成為區分接收機設計好壞的重要分水嶺。除非使用高品質設計的接收機,否則利用分集接收將毫無意義。低靈敏度的分集接收機在使用單天線的地方會時常出現問題,高性能的接收機工作時不會產生噪音或跑頻現象。任何類型的 “分集”接收都不會對低性能的接收機的性能提升有太多幫助。事實上,它可能會使情況變得更糟。
以下就用圖示來說明并討論使用在各種設計中分集接收的不同技術。
無源分集接收
這只是簡單地在單一接收機上增加額外的天線,放置在二分之一波長或更遠的地方。可以使用外置頻率合成器和第二根天線很容易地實現。兩個結合的天線將會收集更多的射頻信號并同時將跑頻降至最低限度。
天線相位切換分集
該技術的主要優點就是尺寸小,這解釋了為什么這種小型接收機被設計應用在現場同期錄音上。將兩根天線結合來為一個接收機,和其中一根天線輸入上加上了相位反轉開關。當信號狀況變糟時,其中的一個天線相位發生翻轉,然后邏輯電路決定切換行為是否改進了信噪比,再決定是否鎖住該位置或再一次進行切換和采樣。 天線將保持在較佳位置上,信號狀況再出現問題時,重復以上操作。
該方法潛在的邏輯是:
1.如果任一天線可接收到較強的信號,接收端就沒有問題
2.當兩根天線擁有一個同相微弱信號時,信號彼此間相互疊加并產生更強的射頻信號
3.兩根天線都有較強的信號,但它們彼此間相位相異,在這種情況下它們之間相位抵制將降低到達接收機的信號強度。當發生上述情況時,接收機將其中一個天線的相位翻轉,在絕大多數情況下可以恢復射頻信號。
這種技術的邏輯性就是簡單地利用相位差別。在同一時間兩根天線都出現多路徑傳輸空值的機會可能很小,但當兩根天線都能接收到很好的信號時,信號間的相位差異又會導致相位抵消,跑頻現象仍舊可能發生。現實世界的試驗表明簡單地使用兩根天線在避免跑頻現象的發生并不能起到實際的改善。
該方法的存在的問題是:
1.直到接收機遇到麻煩時才做出反應
2.變換相位經常會使借乎邊緣的問題變得嚴重。
3.由于切換電路位于射頻信號路徑中且只在低射頻強度情況下進行切換,所以當切換發生時,將會產生“滴答聲”
這種分集接收技術的一種特殊改進――即使用微處理器控制的被稱作“智能分集接收”技術的算法,由Lectrosonics提供,應用在小型接收機上。在接收機中的嵌入的芯片通過分析射頻強度和射頻強度變化率,控制分集接收信號測控和切換。芯片決定切換和采樣的最優時間選擇以將失真最小化,并消除可能由切換活動而造成的音頻中的噪音。該“智能”算法也與接收機中的智能靜默芯片集成整體以進行隨機抽取和切換。系統將利用短暫的靜默活動進行切換,當靜默系統將音頻啞音時,通過抽取樣本來決定最佳的相位設置。