【導讀】出現(xiàn)起伏升落，影響移動通信系統(tǒng)的通信質(zhì)量。在CDMA系統(tǒng)中，RAKE接。個反射波的疊加，會形成多徑衰落。另外，CDMA系統(tǒng)還采用其它的分集技術(shù)，如空間分集、時間。分集等，進一步提高了系統(tǒng)的性能。接著介紹了RAKE接收機的原理，然。后重點闡述了CDMA系統(tǒng)的RAKE接收系統(tǒng)模型和實現(xiàn)方法。收集起來，來克服多徑傳輸所造成的干擾。是一個不利因素，而且變成一個可供利用的有利因素。

　　

【正文】 有效的方式就是最大比合并。 (2)搜索器結(jié)構(gòu)與搜索策略 系統(tǒng)同步是系統(tǒng)正常工作的基礎。在 RAKE 接收中，搜索器的作用是基站對移動臺發(fā)送的信號進行相位搜索，以尋找 4 個最強的傳輸路徑用于解調(diào)?；臼紫葘σ苿优_發(fā)送的接入信道信號進行搜索、捕獲，成功之后獲得接入信息并與移動 臺建立通信鏈路，再對移動臺的業(yè)務信道進行搜索，然后進入解調(diào)狀態(tài)。在解調(diào)的同時，搜索器仍繼續(xù)搜索其它可能存在的強徑，每個解調(diào)器的跟蹤回路則對解調(diào)器的 PN 碼相位進行微調(diào)。 搜索器有三種工作狀態(tài)： ① 初始搜索：基站搜索接入信道，以便與發(fā)起呼叫的移動臺建立通信鏈路。 ② 解調(diào)中的搜索：開始解調(diào)后，搜索器繼續(xù)搜索，尋求其它可能存在的強徑，此時基站在搜索時要做完整的基帶非相干解調(diào)處理 路 徑 合 并 器 1L2L3。L4L 軟判決 1S2S64S 大學畢業(yè)設計（論文）說明書 25 ③ 更軟切換搜索：當移動臺發(fā)起切換請求時， 2 個搜索 器必須搜索源扇區(qū)的信號和切換目標扇區(qū)的信號，直至切換完成。 移動臺 RAKE 接收系統(tǒng)模型 上面所介紹的基站 RAKE 是屬于上行 (反向 )信道，上行信道是“多點對一點”的通信鏈路，基站用它接收多個用戶信號，由于上行是異步碼分，因此采用非相干檢測，但是對于多徑信號的搜索與跟蹤仍然是必須解決的先決條件。 移動臺 RAKE 接收則是屬于下行 (前向 )信道，下行信道是“一點對多點”的通信鏈路，多個用戶利用它接收來自同一基站的信號。下行信道中基站專門設置了導頻信道，且給予較大的功率分配，它可供移動臺搜索、跟蹤、相干解調(diào)提供 了參考信號。因而移動臺 RAKE 接收與基站 RAKE接收基本原理完全一樣，只是移動臺可以利用導頻信道進行同步碼分、相干檢測。這說明每一個用戶信號都可鎖定在導頻序列上進行相干檢測，而路徑時延只需要通過導頻序列來搜索即可。 由于在移動通信中存在著嚴重的多徑衰落，它影響傳輸?shù)目煽啃裕瑸榱颂岣呖煽啃酝诮邮斩艘敕旨夹g(shù)，如空間分集以及多徑隱分集的RAKE 接收技術(shù)。但是，有些分集技術(shù)比如空間分集只適于基站，而移動臺由于體積、價格以及電池容量等方面的限制，使得多重天線的空間分集幾 乎不可行。 為了改善下行傳輸條件，可以利用線性系統(tǒng)的互易原理，將體積嚴重受限的移動臺的接收端分集技術(shù)等效地搬至發(fā)送端來實現(xiàn)，這就是所謂的發(fā)送分集技術(shù)。實現(xiàn)發(fā)送分集從原理上看首要條件是將移動信道看作是一個線性系統(tǒng)或至少是一個線性時變系統(tǒng)，互易原理才能得以應用。 大學畢業(yè)設計（論文）說明書 26 4 CDMA 系統(tǒng) RAKE 接收原理 一般概念 在移動通信中，由于城市建筑物和地形地貌的影響，電波傳播必然會出現(xiàn)不同路徑和時延，使接收信號出現(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 個人通信系統(tǒng)采用時間分集和空 間分集兩種 RAKE 接收方法?；臼褂糜幸欢ㄩg隔的兩組天線，分別接收來自不同方向的信號，獨立處理，最后合并解調(diào)。移動臺采用時間分集RAKE 接收，讓接收信號通過相關(guān)延遲為 D 的逐次延遲相關(guān)器，延遲間隔D 為擴頻碼碼元寬或大于碼元寬，不同的延遲相關(guān)輸出結(jié)果對應不同路徑的信號，選其最大輸出的前幾個作合并，實現(xiàn) RAKE 接收。我們采用抽頭延遲線，抽頭 12 個信號分別作相關(guān)處理， 3 路選擇合并，完成對最大 15μs時延的多徑信號分集。 RAKE 接收機包含多個相關(guān)器，每個相關(guān)器接收一個多路信號。在相關(guān)器進行去擴展后，信號進行合成，例 如，采用最大比率合成。因為接收的多路信號是衰落獨立的，因此進行分集可以提高接收性能。圖 41 所示是 RAKE 接收機的基本原理。 圖 41RAKE接收機的原理框圖 在擴頻和調(diào)制之后，信號被發(fā)送，通過多徑信道傳輸，多徑信道可以用抽頭延遲線模型化 (例如，模擬反射信號時延和信道衰減 )。在圖 41 中，列舉了三個多徑組件，它們具有不同的時延 1 2 3? ? ?（ ， ， ） 和衰落因子1 2 3? ? ?（ ， ， ） ， 每個對應不同的傳播環(huán)境。 RAKE 接收機相對于每個多編碼發(fā)生器 調(diào)制器 1? 2?3? 2a1a3a 1a 2a 3a解調(diào)器 )( 1??tc)( 2??tc)( 3??tc 大學畢業(yè)設計（論文）說明書 27 徑組件有一個接收指針，在每個接收指針中，接收到的信號由擴展碼進行相關(guān)處理，接收到的信號是用多徑信號的時延時間校正的。在去擴展后，信號被加權(quán)和合成。在圖 41 中，使用的是最大速率合成，即每個信號由路徑增益 (衰落因子 )加權(quán)。移動臺在移動的情況下，散射環(huán)境在不斷的變化，導致時延和衰落因子也在不斷變化，因此必須測量抽頭延遲線輪廓和重新分配 RAKE 指針。小于一個碼片的小范圍的變化由一個編碼追蹤環(huán)路負責處理，編碼追蹤環(huán)路用于每個多徑信號的時延。 理論基礎分析 CDMA 系統(tǒng)采用 RAKE 接收機進行路徑分集，它能有效地克服快衰落的問題，它是 CDMA 系統(tǒng)能成功的關(guān)鍵之一。 RAKE 接收機就是利用多個并行相關(guān)器檢測多徑信號，按照一定的準則合成一路信號供解調(diào)用的接收機。一般的分集技術(shù)把多徑信號作為干擾來處理，而 RAKE 接收機采取變害為利，即利用多徑現(xiàn)象來增強信號。圖42 為簡化了的 RAKE 接收機的組成。 圖 42 簡化的 RAKE接收機組成框圖 假設發(fā)送端從 XT 發(fā)出的信號經(jīng) N 條路徑到達接收天線 Rx。路徑 1 距1(t)C11()Ct??12()Ct??1()NCt??積分 bT 積分 bT 積分 bT 積分 bT 1bT??bT2bT??bNT??保持至 bNT??保持至 bNT??保持至 bNT??保持至 bNT??? 判決 cos cwt 大學畢業(yè)設計（論文）說明書 28 離最短，傳輸時延也最小，依次是第二條路徑、第三條路徑??，時延時間最長的是第 N 條路徑。通過電路測定各條路徑的相對時延差，以第一條路徑為基準時，第二條相對于第一條路徑相對時延差為 2? ，第三條相對第一條路徑相對時延差為 3? ，?第 N 條路徑相對于第一條路徑相對時延差為 N? ，且有 N? ＞ 1N?? ＞．．．． 3? ＞ 2? （ 1? ＝０） 接收端通過解調(diào)后，送入 N 個并行相關(guān)器。在 QCDMA 系統(tǒng)中，基站接收機 N=4，移動臺接收機 N=3。圖中為用戶 1，即使用偽碼 )(1tC ，通過位同步，各個相關(guān)器的本地碼分別為 )( 21 ??tC ， )3(1 ??tC ??，)(1 NtC ?? 。經(jīng)過解擴加入積分器，每次積分時間為 bT 。，第一支路在 bT 末尾進入電平保持電路，保持直到 bT + ? N、即到最后一個相關(guān)器于bT +? N、產(chǎn)生輸出。這樣 N 個相關(guān)器于 bT +? N 時刻，通過相加求和電路 (圖中為 ∑ ) 再經(jīng)判決電路產(chǎn)生數(shù)據(jù)輸出。由于各條路徑加權(quán)系數(shù)為 1，因此為等增益合并方式。利用多個并行相關(guān)器，獲得了各多經(jīng)信號能量，即 RAKE 接收機利用多徑信號，提高通信質(zhì)量。 系統(tǒng)模型 在 CDMA 蜂窩系統(tǒng)中，由于前向信道和反向信道具有不同的特征，故下面分兩種情況分析討論 CDMA 蜂窩系統(tǒng)中 RAKE 接收機的模型。 前向信道 RAKE 接收機的模型 前向信道是一種“一點對多點的”通信鏈路 ，基站不僅專門設置了一種導頻信道，而且賦予導頻信道較大的功率增益。這不僅為移動臺進行相干檢測提供了方便，也為移動臺對擴頻信號進行搜索和跟蹤提供了方便。基站發(fā)出的 Ku 個用戶信號和共用的導頻信號一起經(jīng)過多路徑傳播模型后，得到的輸出為： )()(1 0 tXtXUKK K?? ? 其中用戶信號為： ???? ? ??Ll lnCK nT cthakxkEtX 1 )()()()( ? 大學畢業(yè)設計（論文）說明書 29 00{ ( ) c o s[ 2 ( ) ] ( ) sin [ 2 ( ) ] }IQn l l n l la k f t a k f t? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? 導頻信號 )(0tX 是未經(jīng)調(diào)制的，即對于所有的 n， )0(nX =1，但和其他用戶信號一樣要與導引 PN 序列 )0(Ina 和 )0(Qna 相乘，并經(jīng)過 0A 加權(quán)，以增大功率。 )()0()( kbaka InInIn ? 且有 )()0()( kbaka QnQnIn ? 這說明：每一個獨立的用戶信號都鎖定在導頻序列上，因而路徑時延只需通過導頻頻序列來搜索即可。定時搜索可利用圖 43 所示的電路實現(xiàn)。但需注意的是這里的電路針對導頻信道工作的，其中的標 志符號應作相應的改變，比如： 1)0()( ?? nn xkx ， )0()( InIn aka ? ， )0()( QnQn aka ? 圖 43 QPSK擴頻的假設檢驗 搜索時間是一個隨機變量，一旦接收機的定時誤差被同步在幾十分之一的碼片時間內(nèi)，這一誤差值應進一步校正使之趨于零。另外，由于發(fā)射機和接收機的相對運動，以及時鐘的不穩(wěn)定，校正過程還必須不斷地進行，這一過程稱為跟蹤過程，能采用不同的方式來完成。 圖 44 多徑傳播下導頻輔助的相干 RAKE解調(diào)器（ L路徑解調(diào)器） 2?0cos2 ( )ft???0sin2 ( )ft??? *()Hf*()Hf()KXt1N?1N? 2()2()1N?(0)()nak(0)()nak(1)()nak?(1)()nak(1)~ ()nyk(1)~ ()nyk(0)~ ()nyk(0)~ ()nyk(1)()nyk(0)()nyk 0()nyk1()nyk()Zk1 ( ) (0)Kk X k X? ??匹配濾波器 匹配濾波器 L 并行解調(diào)整 ()Yk()Yk()Yk1LL?? 大學畢業(yè)設計（論文）說明書 30 圖 44 是導頻輔助的相干 RAKE 接收機的解調(diào)器電路框圖。圖中表示的是用戶 k 的 L 個平衡解調(diào)器。經(jīng)過導引序列解擴后，兩個正交支路的輸出為 0[ ( ) ( ) ] c osIIn n l l nE c A x k b k a ???? 0[ ( ) ( ) ] sinn n l l nE c A x k b k a ?? 式中 0A 為導頻增益； Inr 和 Qnr 是所有其他多徑部分及所有其他用戶信號所產(chǎn)生的干擾；相對路徑的估計值 coslla ? 和 sinlla ? 是通過在任意 pN 個碼片一上取平均值而得到的。 pN 的值應盡量大，但在平均周期內(nèi) la 和 l? 可以認為是保持定值才行。 解調(diào)器的 L 個成分經(jīng)過相位校正、時間校正和加權(quán) 處理后合并輸出，合并可以用等增益合并或者最大比合并。 反向 RAKE 接收機的組成 反向信道是一種“多點對一點”的通信鏈路，基站利用它來接收多個用戶的信號。前面提到，設置專門的導頻信道以發(fā)送增大功率的導頻信號，對多徑信號的初始捕獲、定時、跟蹤以及準確的信號相位估計非常有用。然而在反相鏈路中，為此而增加所有移動臺的功率并不可行。因此，為了避開獲取相干載波的困難，基站選用的接收方法是非相干或差分相干解調(diào)，但是為了實現(xiàn) RAKE 接收機，對多徑信號的搜索和跟蹤依然是必須解決的前提條件。在反向信道中，移動臺把 6 個碼元擴展成 64 進制的沃爾什函數(shù)以傳輸信息，基站可以利用這種正交序列來實現(xiàn)擴頻信號的檢測和對多徑信號進行搜索和跟蹤。圖 45 是一種搜索器電路框圖。 圖 45 非相干搜索器框圖 1 ( ) (0)Kk X k X? ??0900cos(2 )ft?0sin(2 )ft?*()Hf*()HfM 個非相干相關(guān)器 擇優(yōu) 1T? 門限 大學畢業(yè)設計（論文）說明書 31 這種搜索器對每個多徑成分都需要搜索，而且要工作在調(diào)制信號上。當信號進入序列相關(guān)器時，相對應的支路會產(chǎn)生最大的輸出。倘若此輸出出現(xiàn)連續(xù) T 個最大值，則認為搜索器進入同步定時狀態(tài)。這些最大值積累到超過門限，搜索器輸出一個峰值。 圖 46 是 L 個多徑下， M 元正交波形的非相干 RAKE 解調(diào)器框圖，其中 (b)是 (a)中 L 個并行解調(diào)之一。 （ a） L個路徑的非相干解調(diào)器 (b) L 個解調(diào)器之一 圖 46 L 個多徑下 M 元正交波形的非相干 RAKE 解調(diào)器 一個 RAKE 接收機使用多個相關(guān)器獨立地檢測出 M 個最強的多徑成分。通過把接收到的波形與信號的延遲信號相關(guān)得到多徑成分的相對幅度和相位。把多徑成分 (延遲補償后 )按強度比例合并就可有效恢復多徑成分的能量。 遲早門 跟蹤環(huán) M 非相干序列相關(guān)器 0?1?? 0?