【導(dǎo)讀】出現(xiàn)起伏升落，影響移動(dòng)通信系統(tǒng)的通信質(zhì)量。在CDMA系統(tǒng)中，RAKE接。個(gè)反射波的疊加，會(huì)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(shí)間。分集等，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的性能。接著介紹了RAKE接收機(jī)的原理，然。后重點(diǎn)闡述了CDMA系統(tǒng)的RAKE接收系統(tǒng)模型和實(shí)現(xiàn)方法。收集起來，來克服多徑傳輸所造成的干擾。是一個(gè)不利因素，而且變成一個(gè)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(chǔ)。在 RAKE 接收中，搜索器的作用是基站對(duì)移動(dòng)臺(tái)發(fā)送的信號(hào)進(jìn)行相位搜索，以尋找 4 個(gè)最強(qiáng)的傳輸路徑用于解調(diào)?；臼紫葘?duì)移動(dòng)臺(tái)發(fā)送的接入信道信號(hào)進(jìn)行搜索、捕獲，成功之后獲得接入信息并與移動(dòng) 臺(tái)建立通信鏈路，再對(duì)移動(dòng)臺(tái)的業(yè)務(wù)信道進(jìn)行搜索，然后進(jìn)入解調(diào)狀態(tài)。在解調(diào)的同時(shí)，搜索器仍繼續(xù)搜索其它可能存在的強(qiáng)徑，每個(gè)解調(diào)器的跟蹤回路則對(duì)解調(diào)器的 PN 碼相位進(jìn)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(dòng)臺(tái)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(qiáng)徑，此時(shí)基站在搜索時(shí)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 25 ③ 更軟切換搜索：當(dāng)移動(dòng)臺(tái)發(fā)起切換請(qǐng)求時(shí)， 2 個(gè)搜索 器必須搜索源扇區(qū)的信號(hào)和切換目標(biāo)扇區(qū)的信號(hào)，直至切換完成。 移動(dòng)臺(tái) 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(diǎn)對(duì)一點(diǎn)”的通信鏈路，基站用它接收多個(gè)用戶信號(hào)，由于上行是異步碼分，因此采用非相干檢測，但是對(duì)于多徑信號(hào)的搜索與跟蹤仍然是必須解決的先決條件。 移動(dòng)臺(tái) RAKE 接收則是屬于下行 (前向 )信道，下行信道是“一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)”的通信鏈路，多個(gè)用戶利用它接收來自同一基站的信號(hào)。下行信道中基站專門設(shè)置了導(dǎo)頻信道，且給予較大的功率分配，它可供移動(dòng)臺(tái)搜索、跟蹤、相干解調(diào)提供 了參考信號(hào)。因而移動(dòng)臺(tái) RAKE 接收與基站 RAKE接收基本原理完全一樣，只是移動(dòng)臺(tái)可以利用導(dǎo)頻信道進(jìn)行同步碼分、相干檢測。這說明每一個(gè)用戶信號(hào)都可鎖定在導(dǎo)頻序列上進(jìn)行相干檢測，而路徑時(shí)延只需要通過導(dǎo)頻序列來搜索即可。 由于在移動(dòng)通信中存在著嚴(yán)重的多徑衰落，它影響傳輸?shù)目煽啃?，為了提高可靠性往往在接收端引入分集技術(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(dòng)臺(tái)由于體積、價(jià)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(yán)重受限的移動(dòng)臺(tái)的接收端分集技術(shù)等效地搬至發(fā)送端來實(shí)現(xiàn)，這就是所謂的發(fā)送分集技術(shù)。實(shí)現(xiàn)發(fā)送分集從原理上看首要條件是將移動(dòng)信道看作是一個(gè)線性系統(tǒng)或至少是一個(gè)線性時(shí)變系統(tǒng)，互易原理才能得以應(yīng)用。 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 26 4 CDMA 系統(tǒng) RAKE 接收原理 一般概念 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?；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(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。我們采用抽頭延遲線，抽頭 12 個(gè)信號(hào)分別作相關(guān)處理， 3 路選擇合并，完成對(duì)最大 15μs時(shí)延的多徑信號(hào)分集。 RAKE 接收機(jī)包含多個(gè)相關(guān)器，每個(gè)相關(guān)器接收一個(gè)多路信號(hào)。在相關(guān)器進(jìn)行去擴(kuò)展后，信號(hào)進(jìn)行合成，例 如，采用最大比率合成。因?yàn)榻邮盏亩嗦沸盘?hào)是衰落獨(dú)立的，因此進(jìn)行分集可以提高接收性能。圖 41 所示是 RAKE 接收機(jī)的基本原理。 圖 41RAKE接收機(jī)的原理框圖 在擴(kuò)頻和調(diào)制之后，信號(hào)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(hào)時(shí)延和信道衰減 )。在圖 41 中，列舉了三個(gè)多徑組件，它們具有不同的時(shí)延 1 2 3? ? ?（ ， ， ） 和衰落因子1 2 3? ? ?（ ， ， ） ， 每個(gè)對(duì)應(yīng)不同的傳播環(huán)境。 RAKE 接收機(jī)相對(duì)于每個(gè)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 27 徑組件有一個(gè)接收指針，在每個(gè)接收指針中，接收到的信號(hào)由擴(kuò)展碼進(jìn)行相關(guān)處理，接收到的信號(hào)是用多徑信號(hào)的時(shí)延時(shí)間校正的。在去擴(kuò)展后，信號(hào)被加權(quán)和合成。在圖 41 中，使用的是最大速率合成，即每個(gè)信號(hào)由路徑增益 (衰落因子 )加權(quán)。移動(dòng)臺(tái)在移動(dòng)的情況下，散射環(huán)境在不斷的變化，導(dǎo)致時(shí)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(gè)碼片的小范圍的變化由一個(gè)編碼追蹤環(huán)路負(fù)責(zé)處理，編碼追蹤環(huán)路用于每個(gè)多徑信號(hào)的時(shí)延。 理論基礎(chǔ)分析 CDMA 系統(tǒng)采用 RAKE 接收機(jī)進(jìn)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(jī)就是利用多個(gè)并行相關(guān)器檢測多徑信號(hào)，按照一定的準(zhǔn)則合成一路信號(hào)供解調(diào)用的接收機(jī)。一般的分集技術(shù)把多徑信號(hào)作為干擾來處理，而 RAKE 接收機(jī)采取變害為利，即利用多徑現(xiàn)象來增強(qiáng)信號(hào)。圖42 為簡化了的 RAKE 接收機(jī)的組成。 圖 42 簡化的 RAKE接收機(jī)組成框圖 假設(shè)發(fā)送端從 XT 發(fā)出的信號(hào)經(jīng) N 條路徑到達(dá)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 28 離最短，傳輸時(shí)延也最小，依次是第二條路徑、第三條路徑??，時(shí)延時(shí)間最長的是第 N 條路徑。通過電路測定各條路徑的相對(duì)時(shí)延差，以第一條路徑為基準(zhǔn)時(shí)，第二條相對(duì)于第一條路徑相對(duì)時(shí)延差為 2? ，第三條相對(duì)第一條路徑相對(duì)時(shí)延差為 3? ，?第 N 條路徑相對(duì)于第一條路徑相對(duì)時(shí)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(gè)并行相關(guān)器。在 QCDMA 系統(tǒng)中，基站接收機(jī) N=4，移動(dòng)臺(tái)接收機(jī) N=3。圖中為用戶 1，即使用偽碼 )(1tC ，通過位同步，各個(gè)相關(guān)器的本地碼分別為 )( 21 ??tC ， )3(1 ??tC ??，)(1 NtC ?? 。經(jīng)過解擴(kuò)加入積分器，每次積分時(shí)間為 bT 。，第一支路在 bT 末尾進(jìn)入電平保持電路，保持直到 bT + ? N、即到最后一個(gè)相關(guān)器于bT +? N、產(chǎn)生輸出。這樣 N 個(gè)相關(guān)器于 bT +? N 時(shí)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(gè)并行相關(guān)器，獲得了各多經(jīng)信號(hào)能量，即 RAKE 接收機(jī)利用多徑信號(hào)，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(jī)的模型。 前向信道 RAKE 接收機(jī)的模型 前向信道是一種“一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的”通信鏈路 ，基站不僅專門設(shè)置了一種導(dǎo)頻信道，而且賦予導(dǎo)頻信道較大的功率增益。這不僅為移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行相干檢測提供了方便，也為移動(dòng)臺(tái)對(duì)擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行搜索和跟蹤提供了方便。基站發(fā)出的 Ku 個(gè)用戶信號(hào)和共用的導(dǎo)頻信號(hào)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(hào)為： ???? ? ??Ll lnCK nT cthakxkEtX 1 )()()()( ? 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(dǎo)頻信號(hào) )(0tX 是未經(jīng)調(diào)制的，即對(duì)于所有的 n， )0(nX =1，但和其他用戶信號(hào)一樣要與導(dǎo)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(gè)獨(dú)立的用戶信號(hào)都鎖定在導(dǎo)頻序列上，因而路徑時(shí)延只需通過導(dǎo)頻頻序列來搜索即可。定時(shí)搜索可利用圖 43 所示的電路實(shí)現(xiàn)。但需注意的是這里的電路針對(duì)導(dǎo)頻信道工作的，其中的標(biāo) 志符號(hào)應(yīng)作相應(yīng)的改變，比如： 1)0()( ?? nn xkx ， )0()( InIn aka ? ， )0()( QnQn aka ? 圖 43 QPSK擴(kuò)頻的假設(shè)檢驗(yàn) 搜索時(shí)間是一個(gè)隨機(jī)變量，一旦接收機(jī)的定時(shí)誤差被同步在幾十分之一的碼片時(shí)間內(nèi)，這一誤差值應(yīng)進(jìn)一步校正使之趨于零。另外，由于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以及時(shí)鐘的不穩(wěn)定，校正過程還必須不斷地進(jìn)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(dǎo)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 30 圖 44 是導(dǎo)頻輔助的相干 RAKE 接收機(jī)的解調(diào)器電路框圖。圖中表示的是用戶 k 的 L 個(gè)平衡解調(diào)器。經(jīng)過導(dǎo)引序列解擴(kuò)后，兩個(gè)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(dǎo)頻增益； Inr 和 Qnr 是所有其他多徑部分及所有其他用戶信號(hào)所產(chǎn)生的干擾；相對(duì)路徑的估計(jì)值 coslla ? 和 sinlla ? 是通過在任意 pN 個(gè)碼片一上取平均值而得到的。 pN 的值應(yīng)盡量大，但在平均周期內(nèi) la 和 l? 可以認(rèn)為是保持定值才行。 解調(diào)器的 L 個(gè)成分經(jīng)過相位校正、時(shí)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(jī)的組成 反向信道是一種“多點(diǎn)對(duì)一點(diǎn)”的通信鏈路，基站利用它來接收多個(gè)用戶的信號(hào)。前面提到，設(shè)置專門的導(dǎo)頻信道以發(fā)送增大功率的導(dǎo)頻信號(hào)，對(duì)多徑信號(hào)的初始捕獲、定時(shí)、跟蹤以及準(zhǔn)確的信號(hào)相位估計(jì)非常有用。然而在反相鏈路中，為此而增加所有移動(dòng)臺(tái)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(shí)現(xiàn) RAKE 接收機(jī)，對(duì)多徑信號(hào)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(dòng)臺(tái)把 6 個(gè)碼元擴(kuò)展成 64 進(jìn)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(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻信號(hào)的檢測和對(duì)多徑信號(hào)進(jìn)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(gè)非相干相關(guān)器 擇優(yōu) 1T? 門限 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 31 這種搜索器對(duì)每個(gè)多徑成分都需要搜索，而且要工作在調(diào)制信號(hào)上。當(dāng)信號(hào)進(jìn)入序列相關(guān)器時(shí)，相對(duì)應(yīng)的支路會(huì)產(chǎn)生最大的輸出。倘若此輸出出現(xiàn)連續(xù) T 個(gè)最大值，則認(rèn)為搜索器進(jìn)入同步定時(shí)狀態(tài)。這些最大值積累到超過門限，搜索器輸出一個(gè)峰值。 圖 46 是 L 個(gè)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(gè)并行解調(diào)之一。 （ a） L個(gè)路徑的非相干解調(diào)器 (b) L 個(gè)解調(diào)器之一 圖 46 L 個(gè)多徑下 M 元正交波形的非相干 RAKE 解調(diào)器 一個(gè) RAKE 接收機(jī)使用多個(gè)相關(guān)器獨(dú)立地檢測出 M 個(gè)最強(qiáng)的多徑成分。通過把接收到的波形與信號(hào)的延遲信號(hào)相關(guān)得到多徑成分的相對(duì)幅度和相位。把多徑成分 (延遲補(bǔ)償后 )按強(qiáng)度比例合并就可有效恢復(fù)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?