rake接收機的工作原理

RAKE接收機是一種能分離多徑信號并有效合并多徑信號能量的最終接收機。

RAKE接收技術(shù)是第三代CDMA移動(dòng)通信系統中的一項重要技術(shù)。在CDMA移動(dòng)通信系統中，由于信號帶寬較寬，存在著(zhù)復雜的多徑無(wú)線(xiàn)電信號，通信受到多徑衰落的影響。RAKE接收技術(shù)實(shí)際上是一種多徑分集接收技術(shù)，可以在時(shí)間上分辨出細微的多徑信號，對這些分辨出來(lái)的多徑信號分別進(jìn)行加權調整、使之復合成加強的信號。由于該接收機中橫向濾波器具有類(lèi)似于鋸齒狀的抽頭，就像耙子一樣，故稱(chēng)該接收機為RAKE接收機。

rake接收機的工作原理

在CDMA擴頻系統中，信道帶寬遠遠大于信道的平坦衰落帶寬。不同于傳統的調制技術(shù)需要用均衡算法來(lái)消除相鄰符號間的碼間干擾，CDMA擴頻碼在選擇時(shí)就要求它有很好的自相關(guān)特性。這樣，在無(wú)線(xiàn)信道中出現的時(shí)延擴展，就可以被看作只是被傳信號的再次傳送。如果這些多徑信號相互間的延時(shí)超過(guò)了一個(gè)碼片的長(cháng)度，那么它們將被CDMA接收機看作是非相關(guān)的噪聲，而不再需要均衡了。

由于在多徑信號中含有可以利用的信息，所以CDMA接收機可以通過(guò)合并多徑信號來(lái)改善接收信號的信噪比。其實(shí)RAKE接收機所作的就是：通過(guò)多個(gè)相關(guān)檢測器接收多徑信號中的各路信號，并把它們合并在一起。圖為一個(gè)RAKE接收機，它是專(zhuān)為CDMA系統設計的經(jīng)典的分集接收器，其理論基礎就是：當傳播時(shí)延超過(guò)一個(gè)碼片周期時(shí)，多徑信號實(shí)際上可被看作是互不相關(guān)的。 帶DLL的相關(guān)器是一個(gè)具有遲早門(mén)鎖相環(huán)的解調相關(guān)器。遲早門(mén)和解調相關(guān)器分別相差±1/2(或1/4)個(gè)碼片。遲早門(mén)的相關(guān)結果相減可以用于調整碼相位。延遲環(huán)路的性能取決于環(huán)路帶寬。

由于信道中快速衰落和噪聲的影響，實(shí)際接收的各徑的相位與原來(lái)發(fā)射信號的相位有很大的變化，因此在合并以前要按照信道估計的結果進(jìn)行相位的旋轉，實(shí)際的CDMA系統中的信道估計是根據發(fā)射信號中攜帶的導頻符號完成的。根據發(fā)射信號中是否攜帶有連續導頻，可以分別采用基于連續導頻的相位預測和基于判決反饋技術(shù)的相位預測方法。

(1)基于連續導頻信號的

使用判決反饋技術(shù)的間斷導頻條件的信道估計方法LPF是一個(gè)低通濾波器，濾除信道估計結果中的噪聲，其帶寬一般要高于信道的衰落率。使用間斷導頻時(shí)，在導頻的間隙要采用內插技術(shù)來(lái)進(jìn)行信道估計，采用判決反饋技術(shù)時(shí)，先硬判決出信道中的數據符號，在已判決結果作為先驗信息(類(lèi)似導頻)進(jìn)行完整的信道估計，通過(guò)低通濾波得到比較好的信道估計結果，這種方法的缺點(diǎn)是由于非線(xiàn)性和非因果預測技術(shù)，使噪聲比較大的時(shí)候，信道估計的準確度大大降低，而且還引入了較大的解碼延遲。

延遲估計的作用是通過(guò)匹配濾波器獲取不同時(shí)間延遲位置上的信號能量分布，識別具有較大能量的多徑位置，并將它們的時(shí)間量分配到RAKE接收機的不同接收徑上。匹配濾波器的測量精度可以達到1/4～1/2碼片，而RAKE接收機的不同接收徑的間隔是一個(gè)碼片。實(shí)際實(shí)現中，如果延遲估計的更新速度很快(比如幾十ms一次)，就可以無(wú)須遲早門(mén)的鎖相環(huán)。

(2)匹配濾波器的基本結構

延遲估計的主要部件是匹配濾波器，匹配濾波器的功能是用輸入的數據和不同相位的本地碼字進(jìn)行相關(guān)，取得不同碼字相位的相關(guān)能量。當串行輸入的采樣數據和本地的擴頻碼和擾碼的相位一致時(shí)，其相關(guān)能力最大，在濾波器輸出端有一個(gè)最大值。根據相關(guān)能量，延遲估計器就可以得到多徑的到達時(shí)間量。

從實(shí)現的角度而言，RAKE接收機的處理包括碼片級和符號級，碼片級的處理有相關(guān)器、本地碼產(chǎn)生器和匹配濾波器。符號級的處理包括信道估計，相位旋轉和合并相加。碼片級的處理一般用ASIC器件實(shí)現，而符號級的處理用DSP實(shí)現。移動(dòng)臺和基站間的RAKE接收機的實(shí)現方法和功能盡管有所不同，但其原理是完全一樣的。

對于多個(gè)接收天線(xiàn)分集接收而言，多個(gè)接收天線(xiàn)接收的多徑可以用上面的方法同樣處理，RAKE接收機既可以接收來(lái)自同一天線(xiàn)的多徑，也可以接收來(lái)自不同天線(xiàn)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)現上由于多個(gè)天線(xiàn)的數據要進(jìn)行分路的控制處理，增加了基帶處理的復雜度。