cdma系统的rake接收系统模型和实现方法毕业设计

cdma系统的rake接收系统模型和实现方法毕业设计内容摘要：

达 200 多公里 (澳洲电信的 CDMA 网络中就有一个覆盖半径超过 200 公里的基站 )。 而 GSM系统基站半径最大不得超过 35 公里。 覆盖范围的扩大所带来的直接优点是基站数量减少，基站选址容易。 更为重要的是，基站数量的减少将大大降低网络配套电信设施如机房、供电、传输等的投入，加快建设速度。 也适用于话务量较低、要求覆盖的地域又相当广的边远城镇和农村地区。 (3)话音品质好，保密性强 TDMA 的信道结构不能支持 8Kb 以上的语音编码器，而 CDMA 的结构可以支 持 13kb 的语音编码器，因此可以提供更好的通话质量。 由于CDMA 采用了伪随机序列进行扩频 /解扩，在 CDMA 8K EVRC 话音编码时处理增益达 21dB，话音品质相当好。 经试验，其话音质量不仅明显优于GSM、模拟，可以与固网的话音质量相比拟，而且在强背景噪声环境下，还优于固网电话。 CDMA 扩频通信技术使通信具有天然的保密性，其消息在空中信道上被截获的概率很小。 (4)掉话率低 统计表明，切换失败是引起掉话的最主要原因。 TDMA 采用一种硬移交的方式，间断尤为明显， CDMA 系统 “掉话 ”的现象明显减少，因为采用了 软切换技术， “先连接再断开 ”，这样完全克服了硬切换容易掉话的缺点，使得切换的成功率远远高于模拟等硬切换蜂窝系统。 (5)可提供数据业务 大学毕业设计（论文）说明书 8 在数据通信方面， CDMA 传送单位比特的成本比 GSM 低，因此更适合作为无线高速分组数据业务的接入手段，为移动 /无线与 Inter 的融合提供了更好的技术条件。 （有关统计资料显示，全球移动话音业务的增长速度趋缓，移动数据业务的增势迅猛。 ） (6)CDMA 手机符合环保的要求 CDMA 手机的发射功率小，低的发射功率既对人体的辐射小、有“绿色手机”的美誉，还可延长手机电池的待机 、通话时间。 并且，随着基站数量的增多，发射功率会越来越小，这方面的优势也就越来越明显。 主要研究内容 本课题主要内容是研究和解决移动通信信道的多径衰落信道问题，如何主动的利用信号设计技术，将多径衰落信道分散的信号能量更为有效的收集起来，来克服多径传输所造成的干扰。 先第一章介绍 CDMA 系统，第二章介绍从微波信道入手介绍了基本概念，简述多径传输的给码元传输带来的影响以及克服多径传输造成衰落的措施。 第三章介绍了 RAKE 接收机原理，从分集方面切入，介绍基本原理 RAKE 接收模型，第四章主要讲述 CDMA 系统 中 RAKE 接收原理，也是从理论基础进行分析，介绍了前向信道 RAKE 接收机的模型和反向RAKE 接收机的组成，下面就是实现 RAKE 接收原理框图。 最后一个章是对 RAKE 接收技术进行的归纳。 大学毕业设计（论文）说明书 9 2 微波信道的多径传输 一般概念 微波的传播与光波相类似，在传输的路径上没有阻挡时，是一种“视距”传播，即直线传播。 对微波传播空间而言，直线传播条件为自由空间。 所谓自由空间乃是指充满均匀理想介质的无限空间。 在这个空间里电波不受阻挡、反射、折射、绕射、散射和吸收等影响。 理想介质和相对介电常数 r 和相对导磁率 r 等于 1。 实际微波通信的电波并非在理想的自由空间中传播，而是在低层大气中传播的。 因此，电波不仅受到地球曲率的影响，而且还会受到上述诸多因素的影响，形成微波信道的直射波、多径反射波、绕射波、散射波等多径传输。 直射波：它是指在视距覆盖区内无遮挡的传播，直射波传播的信号最强。 多径反射波：指从不同建筑物或其它物体反射后到达接收点的传播信号，其信号强度次之。 绕射波：从较大的山丘或建筑物绕射后到达接收点的传播信号，其强度与反射波相 当。 散射波：由空气中离子受激后二次发射所引起的慢反射后到达接收的传播信号，其信号强度最弱。 由于上述传播的特点，所以对接收点的信号将会产生如下的后果，即在传播上产生三类不同的损耗和三种效应。 (1)三类不同的损耗 ① 路径传播损耗：又称为衰耗，它是指电波在空间传播所产生的损耗，它反映了传播在宏观大范围 (即公里量级 )的空间距离上的接收信号电平平均值的变化趋势。 ② 慢衰落损耗：它是由于在电波传播路径上受到建筑物及山丘等的阻挡所产生的阴影效应而产生的损耗。 它反映了中等范围内数百波长量级接 大学毕业设计（论文）说明书 10 收电平的均值变化而产生的损耗，一般遵从对数正态分布，其变化率较慢又称慢衰落。 ③ 快衰落损耗：它主要是由于多径传播而产生的衰落，它反映了微观小范围内数十波长量级接收电平的均值变化而产生的损耗，一般遵从Rayleigh(瑞利 )分布或 Rician(莱斯 )分布，其变化率比慢衰落快，故称它为快衰落，仔细划分快衰落又可以分为以下三类：空间选择性衰落、频率选择性衰落与时间选择性衰落所谓选择性是指在不同的空间，不同的频率和不同的时间其衰落特性是不一样的。 (2)三种效应： ① 阴影效应： 由大型建筑物和其它物体的阻挡而形成在传播接收区域上的半盲区 ]2[。 ② 远近效应：由于接收用户的随机移动性，移动用户与基站间的距离也是在随机地变化，离基站近信号强，如各移动用户发射功率一样，那么到达基站的信号强弱不同，离基站远信号弱通信系统的非线性则进一步加重出现强者更强、弱者更弱和以强压弱的现象，通常称这类现象为远近效应 ]2[。 ③ 多普勒效应：它是由于接收的移动用户高速运动而引起传播频率的扩散而引起的，其扩散程度与用户运动速度成正比 ]2[。 多径传输给码元传输带来的影响 信号经不同建筑物或其它物体反射后到达接收点的传播，就是微波信道的多径传输，由此产生的损耗称之为快衰落损耗，它主要是由于多径传播而产生的衰落，它反映了微观小范围内数十波长量级接收电平的均值变化而产生的损耗，一般遵从 Rayleigh(瑞利 )分布或 Rician (莱斯 )分布，其变化率比慢衰落快，故称它为快 衰落，仔细划分快衰落又可划分为以下三类：空间选择性衰落、频率选择性衰落与时间选择性衰落。 (1)空间选择性衰落：即在不同地点 (空间 )衰落特性不一样，一般它又称为平滑瑞利衰落，由于天线点波束的扩散，引起了空间选择性衰落，周 大学毕业设计（论文）说明书 11 期为 1T ，其中 λ 为波长。 (2)频率选择性衰落：即在不同的频率衰落特性不一样，由于时延扩散引起了频率选择性衰落，其衰落周期为 2T =1/L,即与相对时延扩散成正比。 (3)时间选择性衰落：即在不同的时间衰落特 性不一样，由于变速移动引起的频率扩散，在接收点波形产生了时间选择性衰落。 其衰落周期为： 3T。 在实际的移动通信中，这三类选择性衰落都存在，它们的形成原因均是以多径传播所引起的，根据其产生条件大致可划分为以下三类： ① 第一类多径干扰：是由于快速移动用户附近物体的反射而形成的干扰信号，其特点是在信号频域上产生 Doppler(多普勒 )扩散而引起的时间选择性衰落。 ② 第二类多径干扰：它是由远处山丘与高大建筑物反射 而形成的干扰信号，其特点是信号在时域和空间角度上产生了扩散，从而引起相对应的频率选择性衰落和空间选择性衰落。 ③ 第三类多径干扰：由基站附近的建筑物和其它物体的反射而形成的干扰信号，其特点是严重影响到达天线的信号入射角分布，从而引起空间选择性衰落。 图 25 为三类多径干扰传播示意图。 图 25三类多径干扰传播示意图 大学毕业设计（论文）说明书 12 表 为在典型地理环境下，多径衰落在时域、频域和空间上产生的典型扩散值 地理环境 时延扩散 角度扩散 多普勒频率扩散 室内 s 3600 5Hz 农村 s 10 190 Hz 城市 5 s 200 120 Hz 丘陵 20 s 300 190 Hz 小区 s 1200 10 Hz 信号的多径传输造成了空间选择性衰落、频率选择性衰落与时间选择性衰落，针对这种情况，应采取相应的措施来克服这三类选择性衰落所造成的影响。 克服多径传输造成的衰落的措施 信号经不同建筑物或其它物体反射后到达接收点的传播，就是微波信道的多径传输，由此产生的损耗称之为快衰落损耗，它反映了微观小范围内数十波长量级接收电平的均值变化而产生的损耗，一般遵从 Rayleigh(瑞利 )分布或 Rician(莱斯 )分布，其变化率比慢衰落快，故称它为 快衰落，仔细划分快衰落又可划分为空间选择性衰落、频率选择性衰落与时间选择性衰落。 为了寻找理想的措施来克服多径传输造成的衰落影响，我们首先要研究多径干扰 (快衰落 )信道数学模型。 为了简化问题的分析，先不考虑空间域，而仅考虑时频域两维情况，描述它的数学模型很多，其中最常用的是一类线性时变信道模型，即 线性时变信量 )(t ),(th 大学毕业设计（论文）说明书 13 () ()1( ) ( ) [ ( ) ] lLt jtllLh A t t e     （ ） 其中：： Lt 表示到达的 多径的径数； lAt：表示第 L 条路径的信号幅度 l t ：表示第 L 条路径相对第一条路经 (t=0)的时延； l t ：表示第 L 条路径的信号相位。 为了分析简便，有时往往可以将上述时变参量进一步等效看成时不变的，这时 1( ) ( )L jlllh A e     （ ） 应用中心极限定理，可以将公式 ()中 h(t，  )看成一个时变的复高斯过程，当其过程具有零均值时，在任一瞬间 t，包络的值是瑞利分布，其概率密度函数为   2 222 ( 0 )ssP s e s     （ ） 其中  2Es 为信号包络的均值。 当移动用户与基站之间存在直射波信号时，信道衰落遵从莱斯分布，其概率密度函数为 h(t，  )的均值不再为 0，此时信道衰落遵从莱 斯分布，其概率密度函数为 22 1102222()s s s sIsP s e    (0 )s  （ ） 其中： 1s 直射波信号幅度； 0I 为零阶修正 Bessel 函数。 实际移动信道的多径干扰，应该将空域也考虑进去，这时信道数学分析将进一步复杂化。 为了简化问题的分析，在物理上将移动信道看成具有不同延时、不同频移 ν 和不同角度 Φ 的无限条传播途径的总和称它为符 合不相关的点散模型，它可以引用一个三维的功率谱扩散函数 ),(  vP 来描 大学毕业设计（论文）说明书 14 述，若信道满足广义平稳性，则下述结论成立 2, , ( , , ) rjvrR p v e d d v d           () 上式表示，三维相关函数 , rR 与三维功率谱密度扩散函数p(ξ， ν， φ) 是一傅氏变换对。 而三维扩散函数 p(ξ， ν， φ) 是表示接收到的信号通过随机移动信道以后，能量在时域、频域和角度空间域的扩散程度。 为了简化分析，作为一阶近似，可将三维扩 散程度分别定义为相应的等效扩散值，即在时间域  上定义等效扩散区间为 L，在多普勒频移域 ν上定义等效扩散区间为 B，在入射角域 φ 上定义等效扩散区间为 ψ，这时三维功率扩散函数可以等效为一个有限的三维体积即   1,pv LB     当 | | 2L ， |v | 2B ， | | 2 () ０ 其它 由归一化条件 ( , , ) 1p v d d v d     () 则可分别求得各自等效区间 L， B，与的  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，三维广义相关函数 ,rR 以等效为一个有限的三维体积，即 1( , , )rR TF    当 | | 2F ， | | 2T ， | r | 2R () 大学毕业设计（论文）说明书 15 ０ 其他 再由归一化条件： ( , , ) 1rR d d d r。