【文章內(nèi)容簡介】 達 200 多公里 (澳洲電信的 CDMA 網(wǎng)絡(luò)中就有一個覆蓋半徑超過 200 公里的基站 ) 。而 GSM系統(tǒng)基站半徑最大不得超過 35 公里。 覆蓋范圍的擴大所帶來的直接優(yōu)點是基站數(shù)量減少，基站選址容易。更為重要的是，基站數(shù)量的減少將大大降低網(wǎng)絡(luò)配套電信設(shè)施如機房、供電、傳輸?shù)鹊耐度?，加快建設(shè)速度。也適用于話務(wù)量較低、要求覆蓋的地域又相當廣的邊遠城鎮(zhèn)和農(nóng)村地區(qū)。 (3)話音品質(zhì)好，保密性強 TDMA 的信道結(jié)構(gòu)不能支持 8Kb 以上的語音編碼器，而 CDMA 的結(jié)構(gòu)可以支 持 13kb 的語音編碼器，因此可以提供更好的通話質(zhì)量。由于CDMA 采用了偽隨機序列進行擴頻 /解擴，在 CDMA 8K EVRC 話音編碼時處理增益達 21dB，話音品質(zhì)相當好。經(jīng)試驗，其話音質(zhì)量不僅明顯優(yōu)于GSM、模擬，可以與固網(wǎng)的話音質(zhì)量相比擬，而且在強背景噪聲環(huán)境下，還優(yōu)于固網(wǎng)電話。 CDMA 擴頻通信技術(shù)使通信具有天然的保密性，其消息在空中信道上被截獲的概率很小。 (4)掉話率低 統(tǒng)計表明，切換失敗是引起掉話的最主要原因。 TDMA 采用一種硬移交的方式，間斷尤為明顯， CDMA 系統(tǒng) “掉話 ”的現(xiàn)象明顯減少，因為采用了 軟切換技術(shù)， “先連接再斷開 ”，這樣完全克服了硬切換容易掉話的缺點，使得切換的成功率遠遠高于模擬等硬切換蜂窩系統(tǒng)。 (5)可提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) 大學畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 8 在數(shù)據(jù)通信方面， CDMA 傳送單位比特的成本比 GSM 低，因此更適合作為無線高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的接入手段，為移動 /無線與 Inter 的融合提供了更好的技術(shù)條件。（有關(guān)統(tǒng)計資料顯示，全球移動話音業(yè)務(wù)的增長速度趨緩，移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的增勢迅猛。） (6)CDMA 手機符合環(huán)保的要求 CDMA 手機的發(fā)射功率小，低的發(fā)射功率既對人體的輻射小、有“綠色手機”的美譽，還可延長手機電池的待機 、通話時間。并且，隨著基站數(shù)量的增多，發(fā)射功率會越來越小，這方面的優(yōu)勢也就越來越明顯。 主要研究內(nèi)容 本課題主要內(nèi)容是研究和解決移動通信信道的多徑衰落信道問題，如何主動的利用信號設(shè)計技術(shù)，將多徑衰落信道分散的信號能量更為有效的收集起來，來克服多徑傳輸所造成的干擾。 先第一章介紹 CDMA 系統(tǒng)，第二章介紹從微波信道入手介紹了基本概念，簡述多徑傳輸?shù)慕o碼元傳輸帶來的影響以及克服多徑傳輸造成衰落的措施。第三章介紹了 RAKE 接收機原理，從分集方面切入，介紹基本原理 RAKE 接收模型，第四章主要講述 CDMA 系統(tǒng) 中 RAKE 接收原理，也是從理論基礎(chǔ)進行分析，介紹了前向信道 RAKE 接收機的模型和反向RAKE 接收機的組成，下面就是實現(xiàn) RAKE 接收原理框圖。最后一個章是對 RAKE 接收技術(shù)進行的歸納。 大學畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 9 2 微波信道的多徑傳輸 一般概念 微波的傳播與光波相類似，在傳輸?shù)穆窂缴蠜]有阻擋時，是一種“視距”傳播，即直線傳播。對微波傳播空間而言，直線傳播條件為自由空間。所謂自由空間乃是指充滿均勻理想介質(zhì)的無限空間。在這個空間里電波不受阻擋、反射、折射、繞射、散射和吸收等影響。理想介質(zhì)和相對介電常數(shù) r? 和相對導(dǎo)磁率 r? 等于 1。實際微波通信的電波并非在理想的自由空間中傳播，而是在低層大氣中傳播的。因此，電波不僅受到地球曲率的影響，而且還會受到上述諸多因素的影響，形成微波信道的直射波、多徑反射波、繞射波、散射波等多徑傳輸。 直射波：它是指在視距覆蓋區(qū)內(nèi)無遮擋的傳播，直射波傳播的信號最強。 多徑反射波：指從不同建筑物或其它物體反射后到達接收點的傳播信號，其信號強度次之。 繞射波：從較大的山丘或建筑物繞射后到達接收點的傳播信號，其強度與反射波相 當。 散射波：由空氣中離子受激后二次發(fā)射所引起的慢反射后到達接收的傳播信號，其信號強度最弱。 由于上述傳播的特點，所以對接收點的信號將會產(chǎn)生如下的后果，即在傳播上產(chǎn)生三類不同的損耗和三種效應(yīng)。 (1)三類不同的損耗 ① 路徑傳播損耗：又稱為衰耗，它是指電波在空間傳播所產(chǎn)生的損耗，它反映了傳播在宏觀大范圍 (即公里量級 )的空間距離上的接收信號電平平均值的變化趨勢。 ② 慢衰落損耗：它是由于在電波傳播路徑上受到建筑物及山丘等的阻擋所產(chǎn)生的陰影效應(yīng)而產(chǎn)生的損耗 。它反映了中等范圍內(nèi)數(shù)百波長量級接 大學畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 10 收電平的均值變化而產(chǎn)生的損耗，一般遵從對數(shù)正態(tài)分布，其變化率較慢又稱慢衰落。 ③ 快衰落損耗：它主要是由于多徑傳播而產(chǎn)生的衰落，它反映了微觀小范圍內(nèi)數(shù)十波長量級接收電平的均值變化而產(chǎn)生的損耗，一般遵從Rayleigh(瑞利 )分布或 Rician(萊斯 )分布，其變化率比慢衰落快，故稱它為快衰落，仔細劃分快衰落又可以分為以下三類：空間選擇性衰落、頻率選擇性衰落與時間選擇性衰落所謂選擇性是指在不同的空間，不同的頻率和不同的時間其衰落特性是不一樣的。 (2)三種效應(yīng)： ① 陰影效應(yīng)： 由大型建筑物和其它物體的阻擋而形成在傳播接收區(qū)域上的半盲區(qū) ]2[ 。 ② 遠近效應(yīng)：由于接收用戶的隨機移動性，移動用戶與基站間的距離也是在隨機地變化，離基站近信號強，如各移動用戶發(fā)射功率一樣，那么到達基站的信號強弱不同，離基站遠信號弱通信系統(tǒng)的非線性則進一步加重出現(xiàn)強者更強、弱者更弱和以強壓弱的現(xiàn)象，通常稱這類現(xiàn)象為遠近效應(yīng) ]2[ 。 ③ 多普勒效應(yīng)：它是由于接收的移動用戶高速運動而引起傳播頻率的擴散而引起的，其擴散程度與用戶運動速度成正比 ]2[ 。 多徑傳輸給碼元傳輸帶來的影響 信號經(jīng)不同建筑物或其它物體反射后到達接收點的傳播，就是微波信道的多徑傳輸，由此產(chǎn)生的損耗稱之為快衰落損耗，它主要是由于多徑傳播而產(chǎn)生的衰落，它反映了微觀小范圍內(nèi)數(shù)十波長量級接收電平的均值變化而產(chǎn)生的損耗，一般遵從 Rayleigh(瑞利 )分布或 Rician (萊斯 )分布，其變化率比慢衰落快，故稱它為快 衰落，仔細劃分快衰落又可劃分為以下三類：空間選擇性衰落、頻率選擇性衰落與時間選擇性衰落。 (1)空間選擇性衰落：即在不同地點 (空間 )衰落特性不一樣，一般它又稱為平滑瑞利衰落，由于天線點波束的擴散，引起了空間選擇性衰落，周 大學畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 11 期為 ????1T ，其中 λ 為波長。 (2)頻率選擇性衰落：即在不同的頻率衰落特性不一樣，由于時延擴散引起了頻率選擇性衰落，其衰落周期為 2T =1/L,即與相對時延擴散成正比。 (3)時間選擇性衰落：即在不同的時間衰落特 性不一樣，由于變速移動引起的頻率擴散，在接收點波形產(chǎn)生了時間選擇性衰落。其衰落周期為： ???3T 。 在實際的移動通信中，這三類選擇性衰落都存在，它們的形成原因均是以多徑傳播所引起的，根據(jù)其產(chǎn)生條件大致可劃分為以下三類： ① 第一類多徑干擾：是由于快速移動用戶附近物體的反射而形成的干擾信號，其特點是在信號頻域上產(chǎn)生 Doppler(多普勒 )擴散而引起的時間選擇性衰落。 ② 第二類多徑干擾：它是由遠處山丘與高大建筑物反射 而形成的干擾信號，其特點是信號在時域和空間角度上產(chǎn)生了擴散，從而引起相對應(yīng)的頻率選擇性衰落和空間選擇性衰落。 ③ 第三類多徑干擾：由基站附近的建筑物和其它物體的反射而形成的干擾信號，其特點是嚴重影響到達天線的信號入射角分布，從而引起空間選擇性衰落。圖 25 為三類多徑干擾傳播示意圖。 圖 25三類多徑干擾傳播示意圖 大學畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 12 表 為在典型地理環(huán)境下，多徑衰落在時域、頻域和空間上產(chǎn)生的典型擴散值 地理環(huán)境 時延擴散 角度擴散 多普勒頻率擴散 室內(nèi) s? 3600 5Hz 農(nóng)村 s? 10 190 Hz 城市 5 s? 200 120 Hz 丘陵 20 s? 300 190 Hz 小區(qū) s? 1200 10 Hz 信號的多徑傳輸造成了空間選擇性衰落、頻率選擇性衰落與時間選擇性衰落，針對這種情況，應(yīng)采取相應(yīng)的措施來克服這三類選擇性衰落所造成的影響。 克服多徑傳輸造成的衰落的措施 信號經(jīng)不同建筑物或其它物體反射后到達接收點的傳播，就是微波信道的多徑傳輸，由此產(chǎn)生的損耗稱之為快衰落損耗，它反映了微觀小范圍內(nèi)數(shù)十波長量級接收電平的均值變化而產(chǎn)生的損耗，一般遵從 Rayleigh(瑞利 )分布或 Rician(萊斯 )分布，其變化率比慢衰落快，故稱它為 快衰落，仔細劃分快衰落又可劃分為空間選擇性衰落、頻率選擇性衰落與時間選擇性衰落。為了尋找理想的措施來克服多徑傳輸造成的衰落影響，我們首先要研究多徑干擾 (快衰落 )信道數(shù)學模型。為了簡化問題的分析，先不考慮空間域，而僅考慮時頻域兩維情況，描述它的數(shù)學模型很多，其中最常用的是一類線性時變信道模型，即 線性時變信量 )(t? ),(?th 大學畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 13 () ()1( ) ( ) [ ( ) ] lLt jtllLh A t t e ?? ? ? ????? （ ） 其中：： ??Lt 表示到達的 多徑的徑數(shù)； ??lAt：表示第 L 條路徑的信號幅度 ??l t? ：表示第 L 條路徑相對第一條路經(jīng) (t=0)的時延； ??l t? ：表示第 L 條路徑的信號相位。 為了分析簡便，有時往往可以將上述時變參量進一步等效看成時不變的，這時 1( ) ( )L jlllh A e ?? ? ? ????? （ ） 應(yīng)用中心極限定理，可以將公式 ()中 h(t， ? )看成一個時變的復(fù)高斯過程，當其過程具有零均值時，在任一瞬間 t，包絡(luò)的值是瑞利分布，其概率密度函數(shù)為 ? ? 2 222 ( 0 )ssP s e s?? ?? ? ? ? （ ） 其中 ? ?2Es ???為信號包絡(luò)的均值。 當移動用戶與基站之間存在直射波信號時，信道衰落遵從萊斯分布，其概率密度函數(shù)為 h(t， ? )的均值不再為 0，此時信道衰落遵從萊 斯分布，其概率密度函數(shù)為 22 1102222()s s s sIsP s e ???? ????? ??? (0 )s? ?? （ ） 其中： 1s 直射波信號幅度； 0I 為零階修正 Bessel 函數(shù)。 實際移動信道的多徑干擾，應(yīng)該將空域也考慮進去，這時信道數(shù)學分析將進一步復(fù)雜化。為了簡化問題的分析，在物理上將移動信道看成具有不同延時、不同頻移 ν 和不同角度 Φ 的無限條傳播途徑的總和稱它為符 合不相關(guān)的點散模型，它可以引用一個三維的功率譜擴散函數(shù) ),( ?? vP 來描 大學畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 14 述，若信道滿足廣義平穩(wěn)性，則下述結(jié)論成立 2, , ( , , ) rjvrR p v e d d v d? ? ? ??? ? ? ? ?????? ? ???????????????? ??? () 上式表示，三維相關(guān)函數(shù) , rR ??????????與三維功率譜密度擴散函數(shù)p(ξ， ν， φ) 是一傅氏變換對。而三維擴散函數(shù) p(ξ， ν， φ) 是表示接收到的信號通過隨機移動信道以后，能量在時域、頻域和角度空間域的擴散程度。為了簡化分析，作為一階近似，可將三維擴 散程度分別定義為相應(yīng)的等效擴散值，即在時間域 ? 上定義等效擴散區(qū)間為 L，在多普勒頻移域 ν上定義等效擴散區(qū)間為 B，在入射角域 φ 上定義等效擴散區(qū)間為 ψ，這時三維功率擴散函數(shù)可以等效為一個有限的三維體積即 ? ? 1,pv LB?? ? ? ? ? 當 |? | 2L? ， |v | 2B? ， |? | 2?? () ０ 其它 由歸一化條件 ( , , ) 1p v d d v d? ? ? ??? ???? () 則可分別求得各自等效區(qū)間 L， B，與的 ? 值： 由 1()pd L????? ?? 求得 1])([ ?????? ?? dPL () 由 1()p v dv B??? ?? 求得 1])([ ?????? dvvpB () 由 1()pd????? ? ?? 求得 1])([ ??????? ?? dp () 同理，三維廣義相關(guān)函數(shù) ,rR ??????????以等效為一個有限的三維體積，即 1( , , )rR TF? ????? ? ?? 當 |? | 2F?? ， |? | 2T?? ， | r? | 2R?? () 大學畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 15 ０ 其他 再由歸一化條件： ( , , ) 1rR d d d r?????