RAKE接收机简述
rake接收机
和移动台一样，基站侧也是有rake接收机的，但与移动台的rake接收机有些不同。
移动台的rake接收机有三个相关器和一个搜索器，其中三个相关器在软切换状态可以接收来自不同导频偏置的基站的信号（相当于时间分集，因为导频偏置就是在时间上区分），也可以接收来自同一基站的不同路径时延的信号（相当于路径分集）。
而基于IS95的基站的rake接收机有四个相关器和两个搜索器，一个基站的rake接收机使用四个相关器接收同一个移动台不同路径时延的信号。
也就是说，这里只用到了于路径分集。
“如果移动台不处于软切换状态，那接收只有一路，选择最强的多径信号，整个过程根本就没有合并多路信号的过程。
”
这是不对的，因为基站对单个移动台进行了四路的路径分集合并，一般是最大比合并，就算是选择最强的多径信号，那就是选择式合并，也算是一种合并方式啊。
“如果移动台处于软切换状态，多个基站同时接收移动台的信号，BSC选择最好的一路。
”
这也属于选择式合并，不过这已经到BSC了，是在合并多个BTS的信号，而rake接收机是针对单个BTS的，所以这跟rake接收机无关。
5 RAKE 接收机
K is the number of user L is the number of multipath
2. RAKE Receiver
RAKE接收机是由Price与Green于1958年提出来的。简单说来， RAKE接收机的原理就是使用相关接收机组，对每个路径使用一 个相关接收机，各相关接收机与同一期望（被接收的）信号的一 个延迟形式（即期望信号的多径分量之一）相关，然后这些相关 接收机的输出（称为耙齿状输出）根据它们的相对强度进行加权， 并把加权后的各路输出相加，合成一个输出。加权系数的选择原 则是使输出信噪比为最大。 由于这种接收机收集来自同一期望码所有接收路径上的信号，其 作用与农田的搂耙颇为相似，故称为RAKE接收机。 更具体地，我们假设在CDMA接收机中使用L个相关器捕获期望 码的L个最强的多径分量，然后用一个加权网络得到这L个相关器 输出的组合，用它进行期望码的比特检测
1. 信道模型
Propagation of Signal(反射,衍射,散射)
用抽头延迟线信道模型来表征多 径衰落信道
α 2e
jθ 2
α 3e
jθ 3
α1e jθ
1
接收信号模型
T (n) = ∑∑ α k ,l bk (i ) PN k (n τ k ,l ) + v(n)
k =1 l =1 N L
RAKE Receiver Block Dห้องสมุดไป่ตู้agram
Simulation result
RAKE接收技术
RAKE接收技术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。
原理：在接收端，利用PN码相关性，对接收信号中可分辨的多径分量分别进行跟踪、接收，输出基带信号进行路径合并，这种接收信号方式称为RAKE接收。
RAKE接收可以利用多径分量，等效地增加了接收后发送功率，达到抗多径衰落的目的。
RAKE接收机使用多个并行的相关器和接收多径信号。
Q-CDMA 系统移动台和基站接收机分别使用三个和四个并行相关器FINGER。
工作原理：CDMA射频接收信号经二次变频得中频（IF）信号，经中频放大、滤波和解调后，既完成A/D转换，输出基带数字信号，进入RAKE接收机。
RAKE接收机由三个相关器和一个信号搜寻支路组成。
三个相关器支路并行接收三个不同路径的信号，并进行引导PN序列解调、长码解扩以及其它与发送端相对应的解调、解扩处理，输出基带数据信号。
A/D转换后进入RAKE接收机的信号包括许多其它信道的信号，还有相邻小区基站所发的导频，采用引导PN序列相关解调，提供一个扩频增益，改进与对应的PN序列相匹配的信道信号的信噪比，抑制其它信道的干扰。
信号搜寻接收支路扫描并测定不同的路径信号强度及对应引导PN序列偏置值，提供3条最强的传输路径信号及其引导PN序列偏置值，给三个相关器接收支路作数据接收处理。
合并器调整各相关器输出时延，按各路径信噪比加权后求和。
RAKE接收技术是一种针对宽带系统的较为完善的多径接收方法。
它不是把多径信号看作干扰信号，而是利用多径信号，分辨出几路最强的信号，合并接收，从而进一步改善了系统性能。
故RAKE 接收机亦称为多径接收机。
RAKE接收利用多径传输的时延差，分别接收和组合信号，也是CDMA扩频系统的时间分集接收技术。
Rake接收机仿真
3G移动通信实验报告实验名称：Rake接收机仿真学生姓名：学生学号：学生班级:所学专业：实验日期:1.实验目的1. 了解Rake接收机的原理。
2. 分析比较三种不同合并算法的性能。
2.实验原理移动通信系统工作在VHF和UHF两个频段（30——3000MHz）,电波以直射方式（即“视距”方式）在靠近地球表面的大气中传播。
由于低层大气并非均匀介质，会产生折射和吸收现象；而且传输路径上遇到的各种障碍物（如山，高楼，树等）还可能发生反射、绕射和散射等，到达接收方的信号可能来自不同的传播路径。
即移动通信的信道是典型的多径衰落信道，如下图所示：图9-1 多径传播示意图多径传播将引起接受信号中脉冲宽度扩展，称为时延扩展。
时延扩展的时间可以用第一个码元信号至最后一个多径信号之间的时间来测量。
时延扩展会引起码间串扰，严重影响数字信号的传输质量。
分集技术是克服多径衰落的一个有效方法。
包括频率分集，时间分集、空间分集和极化分集。
其基本原理是接收端对多个携带有相同信息但衰落特性相互独立的多径信号合并处理之后进行判决，从而将“干扰”变为有用信息，提高系统的抗干扰能力。
本仿真采用在CDMA系统中广泛使用的Rake接收技术，且为时间分集。
因为当传播时延超过一个码片周期时，多径信号实际上可看成是互不相关的。
Rake接收机采用一组相关接收机，分布于每条路径上，各个接收机与同一期望信号的多径分量之一相关，根据各个相关输出的相对强度加权后合成一个输出。
根据加权系数的选择原则，有三种合并算法：选择式合并，等增益合并和最大比合并。
Rake接收机的相关器的原理如图：图9-2 Rake接收机的相关器的原理假设采用M个相关器去接收M个多径信号分支，其中12,,,Mααα是每一条分支的乘性系数，它们的取值是根据所采用组合方式（例如最大比合并、等增益合并等）而可调的。
不妨令相关器1与最强的多径支路1m同步，并且多径支路2m比多径支路1m延迟时间1τ到达接收端。
RAKE接收
RAKE接收其基本原理是将无线通信系统中，幅度明显大于噪声背景的多径分量取出，对其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。
英文全称：Rake Receive• 1 背景• 2 原理• 3 组成• 4 应用于CDMA系统• 5 应用于UWB• 6 相关条目•7 参考资料RAKE接收-背景RAKE接收效果仿真RAKE接收机（RAKE receiver）一种能分离多径信号并有效合并多径信号能量的最终接收机。
多径信号分离的基础是采用直接序列扩展频谱信号。
当直扩序列码片宽度为TC时，系统所能分离的最小路径时延差为TC。
RAKE接收机利用直扩序列的相关特性，采用多个相关器来分离直扩多径信号，然后按一定规则将分离后的多径信号合并起来以获得最大的有用信号能量。
这样将有害的多径信号变为有利的有用信号。
应用 RAKE接收机主要应用在直扩系统中，特别是在民用CDMA（码分多址）移动通信系统中。
下图示出一个RAKE接收机，它是专为CDMA系统设计的多径最佳接收机。
在移动通信的环境中，不但需要移动台收发器，也需要基地台收发器，因此无论移动台在通信区域内的哪一个位置，系统都能提供一条高品质的通信链路。
对于窄带系统来说，由于在传送一个符号的时间内，总会有一小部份功率较强的多径信号出现在接收机端，因此系统会通过软件来实现信道等化功能，以便更正符码之间的干扰现象（ISI：Inter-Symbol Interference）。
由于CDMA系统具有宽带的特性（也就是很高的码片速率），因此这些路径可能会超过一个CDMA位（码片）的宽度；在这种情形下，传统的等化功能将不再适用，需要一种新的技术，它必须能接收所有路径的信号，然后组成一个完整的信号。
RAKE接收机就拥有这样的功能，它可以收到所有可能路径的信号，然后再将这些路径上的信号组合成一个非常清晰的信号，强度远超过单个路径上的信号；基本上，RAKE接收机会计算参考模式与接收信号之间的相关性，然后找出个别信号的传送路径。
超宽带无线通信RAKE接收机性能分析
(6)定位精确：冲激脉冲具有很高的定位精度，采用超宽带无线电通信，很容易将定位与通信合一，而常规无线电难以做到这一点。超宽带无线电具有极强的穿透能力，可在室内和地下进行精确定位，而GPS定位系统只能工作在GPS定位卫星的可视范围之内；与GPS提供绝对地理位置不同，超短脉冲定位器可以给出相对位置，其定位精度可达厘米级，此外，超宽带无线电定位器更为便宜。
学生姓名
学号
班级
指导教师
2012年 2 月 29 日
一、
超宽带的历史渊源，可以追溯到一百年前波波夫和马可尼发明越洋无线电报的时代。现代意义上的超宽带超宽带无线技术，又称脉冲无线电( Impulse Radio)技术，出现于1960年代。
与传统通信技术不同的是，超宽带是一种无载波通信技术，即它不采用载波，而是利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽。超宽带是利用纳秒级窄脉冲发射无线信号的技术，适用于高速、近距离的无线个人通信。按照FCC的规定，从3. 1GHz到10. 6GHz之间的7. 5GHz的带宽频率为超宽带所使用的频率范围。
从时域上讲，超宽带系统有别于传统的通信系统。一般的通信系统是通过发送射频载波进行信号调制，而超宽带是利用起、落点的时域脉冲(几十纳秒)直接实现调制，超宽带的传输把调制信息过程放在一个非常宽的频带上进行，而且以这一过程中所持续的时间，来决定带宽所占据的频率范围。由于超宽带发射功率受限，进而限制了其传输距离，据资料表明，超宽带信号的有效传输距离在10m以内，故而在民用方面，超宽带普遍地定位于个人局域网范畴。
RAKE 接收机简述
• 用Rakereceiver进行的多径接收可以有效的 抵抗由多径效应引起的快衰落。一般而言 多径效应是影响通信质量的大敌，但是在 CDMA技术中使用的多径接收合并的技术可 以变废为宝，从多径中获得增益（主要是 考虑到互相独立的多径传输各自的衰落是 独立的，在同一时间多径信号到达目的地 的时候同时处于深度衰落的概率很小，因 此可以从合并多径信号中获得增益）
RAKE 接收机的基本原理
• ——发射机发出的扩频信号，在传输过程 中受到不同建筑物、山岗等各种障碍物的 反射和折射，到达接收机时每个波束具有 不同的延迟，形成多径信号。如果不同路 径信号的延迟超过一个伪码的码片的时延， 多径信号实际上可被看作是互不相关的， 则在接收端可将不同的波束区别开来。将 这些不同波束分别经过不同的延迟线，对 齐以及合并在一起，则可达到变害为利， 把原来是干扰的信号变成有用信号组合在 一起。这就是RAKE接收机的基本原理
RAKE 接收技术有效地克服多径干 扰，提高接收性能
• 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。基带输入的数字化信号，通过相关器和本地码产生器完成对用户 数据符号的解扩和积分。 • 信道估计器使用导频符号估计信道状态；由于信道中快速衰落和噪声 的影响实际接收的各径的相位与原来发射信号的相位有很大的变化因 此在合并以前要按照信道估计的结果进行相位的旋转 • 相位旋转器根据其估计的信道状态将信道造成的相位影响从接收符号 中去除； • 延迟估计的作用是通过匹配滤波器获取不同时间延迟位置上的信号能 量分布，识别具有较大能量的多径位置，并将它们的时间量分配到 RAKE接收机的不同接收径上。 • 而延迟均衡器就是为了补偿每一个路径中的符号到达时间差。因为不 同路径信号到达时间不一样，等到最后一个信号到达完毕后，便可以 进行合并了。把这些不同延迟点上恢复出的信号进行相加，也被称为 • 最大比合并（MRC,MaximalRadio Combining) • 最后，RAKE合并器把经过信道补偿后的符号相加，由此提供了抵抗 衰落的多径分集。
RAKE接收机相关
RAKE 接收机可以有效降低误码率，克服多径效应，是一种有效的多径分集方式，通过仿真 可知，采用三种合并方式都能提高其性能，其中，最大比值合并方式最有效。
移动通信系统中，移动台处于城市建筑群之中或处于地形复杂的区域，信号的传播过程中， 受地面或水面反射和大气折射的影响， 会产生多个经过不同路径到达接收机的信号，通过矢量叠加后合成时变信号，这种现象称作多径效应。
对于移动通信来说，恶劣的信道特性是不可回避的问题，陆地无线移动信道中信号强度的骤然降低 （衰落）是经常发生的，衰落深度可达30 d B 。
要在这样的传播条件下保持可以接受的传输质量，就必须采用各种技术措施来抵消衰落的不利影响。
对模拟移动通信系统来说， 多径效应引起接收信号的幅度发生变化； 对于数字移动通信系统来说，多径效应引起脉冲信号的时延扩展，时延扩展将引起码间串扰（ ISI ）,严重影响数字信号的传输质量在移动通信中多径衰落以瑞利（ Rayleigh ）衰落为主，他是移动台在移动中受到不同路径来 的同一信号源的折射或反射等信号所产生，他的变化是随机的，因此只能用统计或概率 的观点来定量描述。
RAKE 接收机基本原理一般的分集技术把多径信号作为干扰来处理，而RAKE 接收机变害为利，利用多径现象来增强信号，CDMA 移动通信系统中，信道带宽远远大于信道的相关带宽，不同于传统的调制技 术需要用均衡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，在无线信道传输中出现的时延扩展， 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周期，那么它们就可看作是互不相关的。
RAKE 接收机包含多个相关器，每个相关器接收多路信号中的一路，各相关接收机与被接收 信号的一个延迟形式相关，通过多个相关检测器，检测多径信号中最强的 N 个支路信号，然后对每个相关器的输出进行加权求和，以提供优于单路相关器的信号检测，然后在此基础上进行解调和判决。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
在CDMA扩频系统中，信道带宽远远大于信道的平坦衰落带宽。
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
RAKE接收机框图
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±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。
由于信道中快速衰落和噪声的影响，实际接收的各径的相位与原来发射信号的相位有很大的变化，因此在合并以前要按照信道估计的结果进行相位的旋转，实际的CDMA系统中的信道估计是根据发射信号中携带的导频符号完成的。
根据发射信号中是否携带有连续导频，可以分别采用基于连续导频的相位预测和基于判决反馈技术的相位预测方法。
基于连续导频信号的信道估计方法
使用判决反馈技术的间断导频条件的信道估计方法
LPF是一个低通滤波器，滤除信道估计结果中的噪声，其带宽一般要高于信道的衰落率。
使用间断导频时，在导频的间隙要采用内插技术来进行信道估计，采用判决反馈技术时，先硬判决出信道中的数据符号，在已判决结果作为先验信息（类似导频）进行完整的信道估计，通过低通滤波得到比较好的信道估计结果，这种方法的缺点是由于非线性和非因果预测技术，使噪声比较大的时候，信道估计的准确度大大降低，而且还引入了较大的解码延迟。
延迟估计的作用是通过匹配滤波器获取不同时间延迟位置上的信号能量分布，识别具有较大能量的多径位置，并将它们的时间量分配到RAKE 接收机的不同接收径上。
匹配滤波器的测量精度可以达到1/4～1/2码片，而RAKE接收机的不同接收径的间隔是一个码片。
实际实现中，如果延迟估计的更新速度很快（比如几十ms一次），就可以无须迟早门的锁相环。
本地的扩频码和扰码
串行输入
采样数据
匹配滤波器的基本结构
延迟估计的主要部件是匹配滤波器，匹配滤波器的功能是用输入的数据和不同相位的本地码字进行相关，取得不同码字相位的相关能量。
当串行输入的采样数据和本地的扩频码和扰码的相位一致时，其相关能力最大，在滤波器输出端有一个最大值。
根据相关能量，延迟估计器就可以得到多径的到达时间量。
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。