rake接收機(jī)的工作原理

RAKE接收機(jī)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(jī)。

RAKE接收技術(shù)是第三代CDMA移動通信系統(tǒng)中的一項重要技術(shù)。在CDMA移動通信系統(tǒng)中，由于信號帶寬較寬，存在著復(fù)雜的多徑無線電信號，通信受到多徑衰落的影響。RAKE接收技術(shù)實際上是一種多徑分集接收技術(shù)，可以在時間上分辨出細(xì)微的多徑信號，對這些分辨出來的多徑信號分別進(jìn)行加權(quán)調(diào)整、使之復(fù)合成加強(qiáng)的信號。由于該接收機(jī)中橫向濾波器具有類似于鋸齒狀的抽頭，就像耙子一樣，故稱該接收機(jī)為RAKE接收機(jī)。

rake接收機(jī)的工作原理

在CDMA擴(kuò)頻系統(tǒng)中，信道帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信道的平坦衰落帶寬。不同于傳統(tǒng)的調(diào)制技術(shù)需要用均衡算法來消除相鄰符號間的碼間干擾，CDMA擴(kuò)頻碼在選擇時就要求它有很好的自相關(guān)特性。這樣，在無線信道中出現(xiàn)的時延擴(kuò)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超過了一個碼片的長度，那么它們將被CDMA接收機(jī)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(jī)可以通過合并多徑信號來改善接收信號的信噪比。其實RAKE接收機(jī)所作的就是：通過多個相關(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RAKE接收機(jī)，它是專為CDMA系統(tǒng)設(shè)計的經(jīng)典的分集接收器，其理論基礎(chǔ)就是：當(dāng)傳播時延超過一個碼片周期時，多徑信號實際上可被看作是互不相關(guān)的。 帶DLL的相關(guān)器是一個具有遲早門鎖相環(huán)的解調(diào)相關(guān)器。遲早門和解調(diào)相關(guān)器分別相差±1/2(或1/4)個碼片。遲早門的相關(guān)結(jié)果相減可以用于調(diào)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，實際接收的各徑的相位與原來發(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(jié)果進(jìn)行相位的旋轉(zhuǎn)，實際的CDMA系統(tǒng)中的信道估計是根據(jù)發(fā)射信號中攜帶的導(dǎo)頻符號完成的。根據(jù)發(fā)射信號中是否攜帶有連續(xù)導(dǎo)頻，可以分別采用基于連續(xù)導(dǎo)頻的相位預(yù)測和基于判決反饋技術(shù)的相位預(yù)測方法。

(1)基于連續(xù)導(dǎo)頻信號的

使用判決反饋技術(shù)的間斷導(dǎo)頻條件的信道估計方法LPF是一個低通濾波器，濾除信道估計結(jié)果中的噪聲，其帶寬一般要高于信道的衰落率。使用間斷導(dǎo)頻時，在導(dǎo)頻的間隙要采用內(nèi)插技術(shù)來進(jìn)行信道估計，采用判決反饋技術(shù)時，先硬判決出信道中的數(shù)據(jù)符號，在已判決結(jié)果作為先驗信息(類似導(dǎo)頻)進(jìn)行完整的信道估計，通過低通濾波得到比較好的信道估計結(jié)果，這種方法的缺點是由于非線性和非因果預(yù)測技術(shù)，使噪聲比較大的時候，信道估計的準(zhǔn)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匹配濾波器獲取不同時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，并將它們的時間量分配到RAKE接收機(jī)的不同接收徑上。匹配濾波器的測量精度可以達(dá)到1/4～1/2碼片，而RAKE接收機(jī)的不同接收徑的間隔是一個碼片。實際實現(xiàn)中，如果延遲估計的更新速度很快(比如幾十ms一次)，就可以無須遲早門的鎖相環(huán)。

(2)匹配濾波器的基本結(jié)構(gòu)

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(shù)據(jù)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(dāng)串行輸入的采樣數(shù)據(jù)和本地的擴(kuò)頻碼和擾碼的相位一致時，其相關(guān)能力最大，在濾波器輸出端有一個最大值。根據(jù)相關(guān)能量，延遲估計器就可以得到多徑的到達(dá)時間量。

從實現(xiàn)的角度而言，RAKE接收機(jī)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(zhuǎn)和合并相加。碼片級的處理一般用ASIC器件實現(xiàn)，而符號級的處理用DSP實現(xiàn)。移動臺和基站間的RAKE接收機(jī)的實現(xiàn)方法和功能盡管有所不同，但其原理是完全一樣的。

對于多個接收天線分集接收而言，多個接收天線接收的多徑可以用上面的方法同樣處理，RAKE接收機(jī)既可以接收來自同一天線的多徑，也可以接收來自不同天線的多徑，從RAKE接收的角度來看，兩種分集并沒有本質(zhì)的不同。但是，在實現(xiàn)上由于多個天線的數(shù)據(jù)要進(jìn)行分路的控制處理，增加了基帶處理的復(fù)雜度。