【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ； T為限時(shí)時(shí)隙，一般在通信原理中取 T=1； S／ N為功率信噪比； C 為信道容量。這一公式指出一個(gè)限時(shí) （ T)、限頻 (B)、限功率 （ S)的連續(xù)白噪聲高斯信道，其信道容量可以用 3個(gè)主要參量所決定的體積來(lái)表示。當(dāng)容量 C不變時(shí)， 3個(gè)參量之間可以互換。這一辯證關(guān)系實(shí)質(zhì)的揭示，為眾多新型通信 體制的建立 11 打開(kāi)了創(chuàng)新之門(mén)。 （ 2） 在 在移動(dòng)通信中，信噪比 S／ N為最主要的矛盾，為了提高信噪比，可以不惜 — 切手段。其中 Shannon公式指出：可以采用頻帶 B來(lái)?yè)Q取信噪比，即當(dāng) C不變時(shí)，增加頻帶 B可以降低接收機(jī)接收的信噪門(mén)限值2log 1 SN???????。這就是擴(kuò)頻通信的基本原理，即用頻帶換取信噪比 [4]。 12 3 RAKE 接收技術(shù) RAKE 接收機(jī)及其譯名 RAKE接收技術(shù)是 3G移動(dòng)通信的核心技術(shù)之一，對(duì)提高 CDMA（碼分 多址）系統(tǒng)的性能起到重要的作用，因而屢見(jiàn)于書(shū)刊文獻(xiàn)。但目前 RAKE尚無(wú)統(tǒng)一譯名，大多數(shù)文獻(xiàn)中多直接引用國(guó)外原文，如 Rake， RAKE， rake。過(guò)去也曾被譯為“分離多徑接收”或“瑞克接收”。 在國(guó)外文獻(xiàn)中， Rake receiver與 RAKE receiver 兩種拼寫(xiě)形式比較常見(jiàn)，前者容易將 Rake誤解為人名，因而被譯為“瑞克接收機(jī)”；后者則容易被懷疑為一串技術(shù)詞組的略語(yǔ)（ acronym），但卻無(wú)從找到全名。至于分離多徑分集式接收機(jī)、多徑分離接收機(jī)等名稱似嫌字?jǐn)?shù)太多，難以令人滿意。實(shí)際上 rake原為 普通的名詞，即園藝中常用的耙（一種四齒的鋤草耙）， Rake receiver 的命名即來(lái)自 rake（鋤草耙）的形式，又來(lái)自 rake的動(dòng)詞含義（搜索，搜尋，收集）。 有人建議將 Rake reception譯為“耙集接收”，將 Rake receiver譯為“耙集接收機(jī)”，并按此提出相關(guān)名詞的譯名： Rake（ 1）耙，耙狀工具；（ 2）搜索，搜尋，收集；（ 3）耙集，多徑分集 Rake receiver 耙集接收機(jī)，多徑分集接收機(jī)， Rake接收機(jī)（ＣＤＭＡ系統(tǒng)中的核心部件之一） Rake reception 耙集接收 ，多徑分集接收（將來(lái)自不同路徑的多徑信號(hào)分離，校準(zhǔn)相位，疊加集中，以消除多徑衰落的接收技術(shù)） 以上的思路為： （ 1) Rake reception 中的 Rake來(lái)自英語(yǔ)中的名詞與動(dòng)詞 rake，兩者之間既有相互的淵源，又有現(xiàn)成的漢語(yǔ)名詞課對(duì)照，何必棄之不用。 Comb filter（梳狀濾波器）也是按此思路而譯名的。 （ 2) “耙集”作為一個(gè)新創(chuàng)的名詞，意味著“分離多徑分集接收技術(shù)”，除用“耙”以外，還難以找到其他更簡(jiǎn)潔的詞語(yǔ)來(lái)取代“分離多徑分集”這關(guān)鍵性的詞義。此外，考慮到過(guò)去已出現(xiàn)過(guò)的譯名，應(yīng)將多徑分集接收機(jī)等名詞兼收并蓄 。 （ 3) 在直接引用外文名詞時(shí)，宜用 Rake receiver而不用 RAKE receiver。 13 Rake雖來(lái)自 rake，但已成為專用名詞，與 Java language或 Turbo code 的情況類似，首字宜用大寫(xiě)。國(guó)內(nèi)雖然也有用 JAVA language或 TURBO Code之例，但多見(jiàn)于書(shū)刊中的篇名或標(biāo)題，較少見(jiàn)于正文。 作為新名詞，開(kāi)始時(shí)往往不易為人們接受，當(dāng)初將 Inter 的譯名定為“因特網(wǎng)”、將 WWW譯名定為“萬(wàn)維網(wǎng)”時(shí)曾出現(xiàn)眾多異議，時(shí)隔數(shù)年，該譯名不但得到各界的廣泛應(yīng)用，而且被列入幾種 權(quán)威性的漢語(yǔ)詞典中，由此可見(jiàn)，只要符合單義性、科學(xué)性、簡(jiǎn)明性等科技名詞的命名原則，新詞通過(guò)一定時(shí)間的試用后終將被各界接受。 RAKE 接收機(jī)的基本原理 在移動(dòng)通信中，為了便于移動(dòng)站的使用，特別是手持終端，如手機(jī)等，移動(dòng) 站的天線通常采用無(wú)方向性的低增益天線，移動(dòng)站接收來(lái)自各個(gè)方向的電磁波， 并向各個(gè)方向發(fā)射電磁波，電波傳播路徑變得復(fù)雜和多途徑。通過(guò)不同路徑到達(dá) 接收天線的信號(hào)，由于路徑不同造成傳播時(shí)延的不同，各信號(hào)在接收天線處的相 位不同，相同相位的信號(hào)互相疊加，使得信號(hào)得以加強(qiáng)，而相反相位 的信號(hào)互相 疊加，使得信號(hào)相互抵消。這種接收信號(hào)無(wú)規(guī)律的強(qiáng)弱起伏就是電波傳播中的衰 落效應(yīng) [11]。 對(duì)抗衰落效應(yīng)的措施之一是信號(hào)的分集接收，如頻率分集、空間分集、時(shí)間 分集、極化分集、多徑分集、和其他各種隱分集技術(shù)。其中的多徑分集在 CDMA 系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)方法就是 RAKE接收機(jī)技術(shù)。由于在 CDMA系統(tǒng)中，信號(hào)的檢測(cè)是通 過(guò)檢測(cè)本地樣本信號(hào)與接收信號(hào)之間的相關(guān)性的方式進(jìn)行的，只要不同路徑信號(hào)之間的傳播時(shí)延差大于 chip寬度 cT ，就能通過(guò)信號(hào)相關(guān)性檢測(cè)把它們分辨出來(lái)，加以收集利用， RAKE接收機(jī)就是根據(jù)這一原理而設(shè)計(jì)，提高 CDMA系統(tǒng)性能的。 分集接收技術(shù)的代價(jià)是增加了接收的復(fù)雜度。在 CDMA 系統(tǒng)中，由于信號(hào)寬帶傳輸，可以認(rèn)為多徑分量的衰落是相互獨(dú)立的，即可以采用分集接收的技術(shù)。在第三代移動(dòng)通信中分集接收技術(shù)有了更加廣泛的應(yīng)用。 RAKE 接收機(jī)的基本原理就是將那些幅度明顯大于噪聲背景的多徑分量取出，對(duì)它進(jìn)行延時(shí)和相位校正，使之在某一時(shí)刻對(duì)齊，并按一定的規(guī)則進(jìn)行合并，變矢量合并為代數(shù)求和，有效地利用多徑分量，提高多徑分集的效果 。 14 由于用戶的隨機(jī)移動(dòng)性，接收到的多徑分量的數(shù)量、幅度大小、時(shí)延、相位均為隨機(jī)量。 若無(wú) RAKE 接收機(jī)，多徑信號(hào)的合成如圖 31(a)所示，若采用 RAKE 接收機(jī)，多徑信號(hào)的合成如圖 31(b)所示 [12]。 接 收 后 的 合成 矢 量第 三 徑第 二 徑第 一 徑a ) 無(wú) R A K E 接 收 項(xiàng)第 一 徑 第 二 徑 第 三 徑接 收 后 的 合 成 矢 量代 數(shù) 和b ) 有 R A K E 接 收 項(xiàng) 圖 31 多徑信號(hào)的矢量合成圖 可見(jiàn)，通過(guò) RAKE 接收，將各路徑分離開(kāi)，相位校準(zhǔn)，加以利用，變矢量相加為代數(shù)相加，有效地利用了多徑分量。 根據(jù) CDMA 系統(tǒng)中可分離的徑的概念，當(dāng)兩信號(hào)的多徑時(shí)延相差大于一個(gè)擴(kuò)頻碼片 寬度時(shí)，可以認(rèn)為這兩個(gè)信號(hào)是不相關(guān)的，或者說(shuō)是路徑可分離的。反應(yīng)在頻域上，即信號(hào)的傳輸帶寬大于信號(hào)的相干帶寬時(shí)，認(rèn)為這兩個(gè)信號(hào)是不相關(guān)的，或者說(shuō)是路徑可分離的。由于 CDMA 系統(tǒng)是寬帶傳輸?shù)?，所有信道共享頻率資源，所以 CDMA 系統(tǒng)可以使用 RAKE 接收技術(shù)，而其他兩種多址技術(shù)TDMA、 FDMA 則無(wú)法使用。 RAKE 接收機(jī)分集的度量取決于多徑時(shí)延寬度和多徑分離的能力。 ????? ??()st1()ct 2()ct ()Lct3 ()ct ()nt ()rt1/ W1/ W1/ W 圖 32 RAKE 接收機(jī) 信道模型 在最大時(shí)延擴(kuò)展為 m 的多 徑衰落信道中， RAKE 的概念就是采用一種特定 15 的寬帶傳輸信號(hào)，其帶寬 W 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信道的相干帶寬 m，根據(jù)可分離的多徑的概念，這種情況下可分離的多徑數(shù)為 L。于是 RAKE 接收機(jī)采用 L 個(gè)相關(guān)器，相鄰相關(guān)器所處理的時(shí)延之差為 1/W，每個(gè)相關(guān)器只從總的接收信號(hào)中提取相應(yīng)延時(shí)的那部分多徑信號(hào)。 移動(dòng)通信信道是一種多徑衰落信道， RAKE 接收技術(shù)就是分別接收每一路的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，然后疊加輸出達(dá)到增強(qiáng)接收效果的目的，這里多徑信號(hào)不僅不是一個(gè)不利因素，而且在 CDMA 系統(tǒng)變成一個(gè)可供利用的有利因素。 在移動(dòng)通信中，由于城市建筑物和地形 地貌的影響，電波傳播必然會(huì)出現(xiàn)不同路徑和時(shí)延，使接收信號(hào)出現(xiàn)起伏和衰落，采用分集合并接收技術(shù)是十分有效的抗多徑衰落的方法。 CDMA 個(gè)人通信系統(tǒng)采用時(shí)間分集和空間分集兩種 RAKE 接收方法。基站使用有一定間隔的兩組天線，分別接收來(lái)自不同方向的信號(hào)，獨(dú)立處理，最后合并解調(diào)。移動(dòng)臺(tái)采用時(shí)間分集 RAKE 接收，讓接收信號(hào)通過(guò)相關(guān)延遲為 D 的逐次延遲相關(guān)器，延遲間隔 D 為擴(kuò)頻碼碼元寬或大于碼元寬，不同的延遲相關(guān)輸出結(jié)果對(duì)應(yīng)不同路徑的信號(hào)，選其最大輸出的前幾個(gè)作合并，實(shí)現(xiàn) RAKE 接收。 在 CDMA 擴(kuò)頻系統(tǒng)中，信道帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 信道的 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 帶寬。不同于傳統(tǒng)的 調(diào)制 技術(shù)需要用 均衡 算法來(lái)消除相鄰符號(hào)間的 碼間干擾 ， CDMA擴(kuò)頻碼在選擇時(shí)就要求它有很好的 自相關(guān) 特性。這樣，在無(wú)線信道中出現(xiàn)的 時(shí)延擴(kuò)展 ，就可以被看作只是被傳信號(hào)的再次傳送。如果這些多徑信號(hào)相互間的延時(shí)超過(guò)了一個(gè) 碼片 的長(zhǎng)度，那么它們將被 CDMA 接收機(jī)看作是非相關(guān)的噪聲，而不再需要均衡了。 由于在多徑信號(hào)中含有可以利用的信息，所以 CDMA 接收機(jī)可以通過(guò)合并多徑信號(hào)來(lái)改善接收信號(hào)的信噪比。其實(shí) RAKE 接收機(jī)所作的就是：通過(guò)多個(gè)相關(guān)檢測(cè)器 接收多徑信號(hào)中的各路信號(hào)，并把它們合并在一起。圖為一個(gè) RAKE接收機(jī)，它是專為 CDMA 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的經(jīng)典的分 集接收器，其理論基礎(chǔ)就是：當(dāng)傳播時(shí)延超過(guò)一個(gè)碼片周期時(shí)，多徑信號(hào)實(shí)際上可被看作是互不相關(guān)的。 16 圖 33 RAKE 接收機(jī)框圖 圖 33 中，帶 DLL 的相關(guān)器是一個(gè)具有 遲早門(mén)鎖相環(huán) 的解調(diào)相關(guān)器。遲早門(mén)和解調(diào)相關(guān)器分別相差 177。1/2(或 1/4)個(gè)碼片。 遲早門(mén)的相關(guān)結(jié)果相減可以用于調(diào)整碼 相位 。延遲環(huán)路的性能取決于環(huán)路帶寬。 從實(shí)現(xiàn)的角度而言， RAKE 接收機(jī)的處理包括碼片級(jí)和符號(hào)級(jí)，碼片級(jí)的處理有 相關(guān)器 、本地碼產(chǎn)生器和匹配濾波器。符號(hào)級(jí)的處理包括信道估計(jì)， 相位旋轉(zhuǎn) 和合并相加。碼片級(jí)的處理一般用 ASIC 器件實(shí)現(xiàn)，而符號(hào)級(jí)的處理用 DSP實(shí)現(xiàn)。 移動(dòng)臺(tái) 和 基站 間的 RAKE 接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)方法和功能盡管有所不同，但其原理是完全一樣的。 對(duì)于多個(gè)接收天線 分集接收 而言，多個(gè)接收天線接收的多徑可以用上面的方法同樣處理， RAKE 接收機(jī)既可以接收來(lái)自同一天線的多徑，也可以接收來(lái)自不同天線的多徑，從 RAKE接收的角度來(lái)看，兩種分集并沒(méi)有本質(zhì)的不同。但是，在實(shí)現(xiàn)上由于多個(gè)天線的數(shù)據(jù)要進(jìn)行分路的控制處理，增加了基帶處理的復(fù)雜度。 RAKE 接收機(jī)的數(shù)學(xué)實(shí)現(xiàn)模型 由推導(dǎo)可以得到 RAKE 接收機(jī)的一種實(shí)現(xiàn)模型，如圖 34 所示。 17 D e l a y 0??F i n g e r 1 ??,Nklc11 NN ?1/ T0??S p r e a d i n g w a v e f r o m C o r r e l a t o r 0D e l a yF i n g e r 2 ??,Nklc11 NN ?1/ T1??S p r e a d i n g w a v e f r o m C o r r e l a t o r 1D e l a yF i n g e r 1 ??,Nklc11 NN ?1/ T 1? L? ?S p r e a d i n g w a v e f r o m C o r r e l a t o r L 1??? ?1??1?L? ?()rt ?? ()xt 圖 34 RAKE 接收機(jī)模型 圖中把接收數(shù)據(jù)送入 RAKE 接收機(jī)的各指峰 finger，在每個(gè) finger 中首先對(duì)接收數(shù)據(jù)做下抽樣和 時(shí)延 調(diào)整，保證各 finger 均獲得有效的計(jì)算數(shù)據(jù)，并且使每個(gè)