cdma移动通信rake接收技术研究毕业论文

cdma移动通信rake接收技术研究毕业论文内容摘要：

； T为限时时隙，一般在通信原理中取 T=1； S／ N为功率信噪比； C 为信道容量。 这一公式指出一个限时 （ T)、限频 (B)、限功率 （ S)的连续白噪声高斯信道，其信道容量可以用 3个主要参量所决定的体积来表示。 当容量 C不变时， 3个参量之间可以互换。 这一辩证关系实质的揭示，为众多新型通信 体制的建立 11 打开了创新之门。 （ 2） 在 在移动通信中，信噪比 S／ N为最主要的矛盾，为了提高信噪比，可以不惜 — 切手段。 其中 Shannon公式指出：可以采用频带 B来换取信噪比，即当 C不变时，增加频带 B可以降低接收机接收的信噪门限值2log 1 SN。 这就是扩频通信的基本原理，即用频带换取信噪比 [4]。 12 3 RAKE 接收技术 RAKE 接收机及其译名 RAKE接收技术是 3G移动通信的核心技术之一，对提高 CDMA（码分 多址）系统的性能起到重要的作用，因而屡见于书刊文献。 但目前 RAKE尚无统一译名，大多数文献中多直接引用国外原文，如 Rake， RAKE， rake。 过去也曾被译为“分离多径接收”或“瑞克接收”。 在国外文献中， Rake receiver与 RAKE receiver 两种拼写形式比较常见，前者容易将 Rake误解为人名，因而被译为“瑞克接收机”；后者则容易被怀疑为一串技术词组的略语（ acronym），但却无从找到全名。 至于分离多径分集式接收机、多径分离接收机等名称似嫌字数太多，难以令人满意。 实际上 rake原为 普通的名词，即园艺中常用的耙（一种四齿的锄草耙）， Rake receiver 的命名即来自 rake（锄草耙）的形式，又来自 rake的动词含义（搜索，搜寻，收集）。 有人建议将 Rake reception译为“耙集接收”，将 Rake receiver译为“耙集接收机”，并按此提出相关名词的译名： Rake（ 1）耙，耙状工具；（ 2）搜索，搜寻，收集；（ 3）耙集，多径分集 Rake receiver 耙集接收机，多径分集接收机， Rake接收机（ＣＤＭＡ系统中的核心部件之一） Rake reception 耙集接收 ，多径分集接收（将来自不同路径的多径信号分离，校准相位，叠加集中，以消除多径衰落的接收技术） 以上的思路为： （ 1) Rake reception 中的 Rake来自英语中的名词与动词 rake，两者之间既有相互的渊源，又有现成的汉语名词课对照，何必弃之不用。 Comb filter（梳状滤波器）也是按此思路而译名的。 （ 2) “耙集”作为一个新创的名词，意味着“分离多径分集接收技术”，除用“耙”以外，还难以找到其他更简洁的词语来取代“分离多径分集”这关键性的词义。 此外，考虑到过去已出现过的译名，应将多径分集接收机等名词兼收并蓄。 （ 3) 在直接引用外文名词时，宜用 Rake receiver而不用 RAKE receiver。 13 Rake虽来自 rake，但已成为专用名词，与 Java language或 Turbo code 的情况类似，首字宜用大写。 国内虽然也有用 JAVA language或 TURBO Code之例，但多见于书刊中的篇名或标题，较少见于正文。 作为新名词，开始时往往不易为人们接受，当初将 Inter 的译名定为“因特网”、将 WWW译名定为“万维网”时曾出现众多异议，时隔数年，该译名不但得到各界的广泛应用，而且被列入几种 权威性的汉语词典中，由此可见，只要符合单义性、科学性、简明性等科技名词的命名原则，新词通过一定时间的试用后终将被各界接受。 RAKE 接收机的基本原理 在移动通信中，为了便于移动站的使用，特别是手持终端，如手机等，移动 站的天线通常采用无方向性的低增益天线，移动站接收来自各个方向的电磁波， 并向各个方向发射电磁波，电波传播路径变得复杂和多途径。 通过不同路径到达 接收天线的信号，由于路径不同造成传播时延的不同，各信号在接收天线处的相 位不同，相同相位的信号互相叠加，使得信号得以加强，而相反相位 的信号互相 叠加，使得信号相互抵消。 这种接收信号无规律的强弱起伏就是电波传播中的衰 落效应 [11]。 对抗衰落效应的措施之一是信号的分集接收，如频率分集、空间分集、时间 分集、极化分集、多径分集、和其他各种隐分集技术。 其中的多径分集在 CDMA 系统中的实现方法就是 RAKE接收机技术。 由于在 CDMA系统中，信号的检测是通 过检测本地样本信号与接收信号之间的相关性的方式进行的，只要不同路径信号之间的传播时延差大于 chip宽度 cT ，就能通过信号相关性检测把它们分辨出来，加以收集利用， RAKE接收机就是根据这一原理而设计，提高 CDMA系统性能的。 分集接收技术的代价是增加了接收的复杂度。 在 CDMA 系统中，由于信号宽带传输，可以认为多径分量的衰落是相互独立的，即可以采用分集接收的技术。 在第三代移动通信中分集接收技术有了更加广泛的应用。 RAKE 接收机的基本原理就是将那些幅度明显大于噪声背景的多径分量取出，对它进行延时和相位校正，使之在某一时刻对齐，并按一定的规则进行合并，变矢量合并为代数求和，有效地利用多径分量，提高多径分集的效果。 14 由于用户的随机移动性，接收到的多径分量的数量、幅度大小、时延、相位均为随机量。 若无 RAKE 接收机，多径信号的合成如图 31(a)所示，若采用 RAKE 接收机，多径信号的合成如图 31(b)所示 [12]。 接 收 后 的 合成 矢 量第 三 径第 二 径第 一 径a ) 无 R A K E 接 收 项第 一 径 第 二 径 第 三 径接 收 后 的 合 成 矢 量代 数 和b ) 有 R A K E 接 收 项 图 31 多径信号的矢量合成图 可见，通过 RAKE 接收，将各路径分离开，相位校准，加以利用，变矢量相加为代数相加，有效地利用了多径分量。 根据 CDMA 系统中可分离的径的概念，当两信号的多径时延相差大于一个扩频码片 宽度时，可以认为这两个信号是不相关的，或者说是路径可分离的。 反应在频域上，即信号的传输带宽大于信号的相干带宽时，认为这两个信号是不相关的，或者说是路径可分离的。 由于 CDMA 系统是宽带传输的，所有信道共享频率资源，所以 CDMA 系统可以使用 RAKE 接收技术，而其他两种多址技术TDMA、 FDMA 则无法使用。 RAKE 接收机分集的度量取决于多径时延宽度和多径分离的能力。  ()st1()ct 2()ct ()Lct3 ()ct ()nt ()rt1/ W1/ W1/ W 图 32 RAKE 接收机 信道模型 在最大时延扩展为 m 的多 径衰落信道中， RAKE 的概念就是采用一种特定 15 的宽带传输信号，其带宽 W 远远大于信道的相干带宽 m，根据可分离的多径的概念，这种情况下可分离的多径数为 L。 于是 RAKE 接收机采用 L 个相关器，相邻相关器所处理的时延之差为 1/W，每个相关器只从总的接收信号中提取相应延时的那部分多径信号。 移动通信信道是一种多径衰落信道， RAKE 接收技术就是分别接收每一路的信号进行解调，然后叠加输出达到增强接收效果的目的，这里多径信号不仅不是一个不利因素，而且在 CDMA 系统变成一个可供利用的有利因素。 在移动通信中，由于城市建筑物和地形 地貌的影响，电波传播必然会出现不同路径和时延，使接收信号出现起伏和衰落，采用分集合并接收技术是十分有效的抗多径衰落的方法。 CDMA 个人通信系统采用时间分集和空间分集两种 RAKE 接收方法。 基站使用有一定间隔的两组天线，分别接收来自不同方向的信号，独立处理，最后合并解调。 移动台采用时间分集 RAKE 接收，让接收信号通过相关延迟为 D 的逐次延迟相关器，延迟间隔 D 为扩频码码元宽或大于码元宽，不同的延迟相关输出结果对应不同路径的信号，选其最大输出的前几个作合并，实现 RAKE 接收。 在 CDMA 扩频系统中，信道带宽远远大于 信道的 错误 !未找到引用源。 带宽。 不同于传统的 调制 技术需要用 均衡 算法来消除相邻符号间的 码间干扰 ， CDMA扩频码在选择时就要求它有很好的 自相关 特性。 这样，在无线信道中出现的 时延扩展 ，就可以被看作只是被传信号的再次传送。 如果这些多径信号相互间的延时超过了一个 码片 的长度，那么它们将被 CDMA 接收机看作是非相关的噪声，而不再需要均衡了。 由于在多径信号中含有可以利用的信息，所以 CDMA 接收机可以通过合并多径信号来改善接收信号的信噪比。 其实 RAKE 接收机所作的就是：通过多个相关检测器 接收多径信号中的各路信号，并把它们合并在一起。 图为一个 RAKE接收机，它是专为 CDMA 系统设计的经典的分 集接收器，其理论基础就是：当传播时延超过一个码片周期时，多径信号实际上可被看作是互不相关的。 16 图 33 RAKE 接收机框图 图 33 中，带 DLL 的相关器是一个具有 迟早门锁相环 的解调相关器。 迟早门和解调相关器分别相差 177。 1/2(或 1/4)个码片。 迟早门的相关结果相减可以用于调整码 相位。 延迟环路的性能取决于环路带宽。 从实现的角度而言， RAKE 接收机的处理包括码片级和符号级，码片级的处理有 相关器 、本地码产生器和匹配滤波器。 符号级的处理包括信道估计， 相位旋转 和合并相加。 码片级的处理一般用 ASIC 器件实现，而符号级的处理用 DSP实现。 移动台 和 基站 间的 RAKE 接收机的实现方法和功能尽管有所不同，但其原理是完全一样的。 对于多个接收天线 分集接收 而言，多个接收天线接收的多径可以用上面的方法同样处理， RAKE 接收机既可以接收来自同一天线的多径，也可以接收来自不同天线的多径，从 RAKE接收的角度来看，两种分集并没有本质的不同。 但是，在实现上由于多个天线的数据要进行分路的控制处理，增加了基带处理的复杂度。 RAKE 接收机的数学实现模型 由推导可以得到 RAKE 接收机的一种实现模型，如图 34 所示。 17 D e l a y 0ˆF i n g e r 1 ,Nklc11 NN 1/ T0ˆ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/ T1ˆ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 1ˆ 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 1ˆ1ˆL ()rt ˆ ()xt 图 34 RAKE 接收机模型 图中把接收数据送入 RAKE 接收机的各指峰 finger，在每个 finger 中首先对接收数据做下抽样和 时延 调整，保证各 finger 均获得有效的计算数据，并且使每个。