RAKE接收机原理及仿真设计

为了研究的简单，让各条路径加权系数都为
收，从而保证了 CDMA 移动通信系统可以获得较 1，因此可用等增益合并方式（话是不是好像没说
高的通信质量。通过分析 RAKE 接收机的工作原 完？）（但在后面的实际仿真中用的是最大比值合
理，设计了基站 RAKE 接收机系统的模型，并采用 并）。一个 RAKE 接收机便用多个相关器（图中为
的崛起提供了有利的条件。美国领土面积 939 大帝国的胚胎”，但英国是崛起中的美国的天然 决定从西半球收缩，集中力量对付德国。由此可
万平方公里，它占有北美大陆最富庶的心脏地 伙伴。美国应该等待时机，忍受伦敦有时出现的 见，美国在取代英国成为全球霸主的过程中，从
带，其土地属于最肥沃和最高产的土地之列，其 专横行为，积累国家财富和力量，逐步达到显赫 来没有直接挑战英国霸权，而是成为英国的盟
关键词：多径干扰；RAKE 接收机；系统仿真；Matlab
引言
径到达接收天线 Rx。路径 1 距离最短，传输时延 产生作为优选对，对其生成的 m 序列进行模 2 加，
在移动通信系统中，由于城市建筑物和地形 也最小，依次是第二条路径、第三条路径……，时 产生周期为 31 的 Gold 码，作为扩频码。
可耕地占总面积的 40%。它蕴藏有丰富的金属 的地位。在 1787 年的制宪会议上，汉密尔顿建 友，是在英国的逐步衰落中取而代之的，而德国
矿和能源矿源，其中许多种产量居世界前列：锡 议，第一步是创建“一个伟大的美国制度”，最终 正式挑战英国霸权最终陷入了灾难的深渊，由
占世界总储藏量的 2/5，铅约占世界总储藏量的 的目标是与英国平起平坐，甚至超过英国。杰斐 此不难看出美国决策者的高明之处。
其次，制度创新和科技创新是美国崛起的 化国家。但是面对当时欧洲错综复杂的联盟体 崛起的必然选择。
根本动力。1787 年宪法据孟德斯鸠的三权分立
原则把美国的国家职权分为立法、司法、行政三
个部门，分别由国会、最高法院、总统执掌。三权 （上接 41 页） 如图 6。
并后，能更有效的收集信号能量，恢复出原始信
释执行的高级语言，它把计算、可视化和程序设计
融合到交互工作环境中，并提供了丰富的数值分
析、矩阵运算、图形绘制、数据处理和图像处理等
功能，其最大特点是数值计算与强大的绘图功能，
编程扩充简洁方便。和 C/C++等高级语言相比，
MATLAB 语言描述表达高度简洁，并具有与 C/C++
图 2 RAKE 接收机仿真系统模型
2.2 仿真程序设计。仿真设计主要包括为系统
径信号中最强的 L 个支路信号（感觉意思表述的 总体主程序和扩频序列产生程序
不是太明确），然后对每个相关器的输出进行加权
（1）仿真的主程序。主程序的设计思路为：发
（求和），以提供 送端的信号由随机数发生器生成信源信号，然后
优于单路相关 进行扩频调制、载波调制、送入瑞利多径衰落信道
信号经 N 条路 1+x3+x5 及 F（x）=1+x+x2+x3+x5 的 5 级 m 序列发生器 进行合并，合并后信号输出波形 （下转 143 页）
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改革与探讨
美国崛起留给我们的历史启示
史长虹 （河北省唐山市丰润区王官营中学，河北 唐山 064009）
摘 要：美国作为一个年轻的国家，但却独创性地走出了一条自己的发展道路，将世界第一经济强国的位置占据了一个多世纪，直至现在仍然 是人们心目中的梦幻大国。美国为什么能奇迹般的迅速崛起?其崛起为中国的崛起提供怎样的借鉴与思考？
过实行罗斯福新政来缓和经济危机，局部调整 接收过程中误码率就越低，通信的质量就越高。但 电大学出版社.
科技论坛
RAKE 接收机原理及仿真设计
连 华 赵瑞梅 胡勃宁 崔慧敏 庞华伟
（河北科技大学信息科学与工程学院，河北 石家庄 050000）
摘 要：RAKE 接收技术是采用码分多址的蜂窝移动通信系统的关键技术之一。分析了 RAKE 接收机的原理，采用 MATLAB 仿真软件对 RAKE 接收机进行了仿真，对仿真结果进行了分析，仿真结果表明 RAKE 接收机起到了抗多径干扰的目的，接收信号的信噪比得到了改善。
本土避免了两次世界大战的破坏；南北都是弱 利的外部环境。二是奉行“韬光养晦”与“有所作 史告诉我们，丧失了制海权就等于丧失了战争
国，没有邻国的威胁，美国也成为美洲的当然领 为”相结合的策略。19 世纪末美国的工业总产 的主导权。建立一支高度现代化的海军是维护
袖。
值居世界第一位，成为以重工业为主导的工业 我国领土主权和经济安全的重要保障，是中国
在相同信噪比，相同抽样次数情况下，得到误
图 7 误码率曲线图
内在活力，而且为美国人民的创造性发挥留下 码率曲线图如图 7 所示，其中横坐标为合并路径，
参考文献
了很大空间，是美国崛起和发展的制度保障；通 纵坐标为响应误码率。合并路径越多，整个信号的 [1]吴伟陵.移动通信中的关键技术[M].北京：北京邮
将导致信号的空间衰落，严重影响通信质量。克服 对第一条路径相对时延差为△3…第 N 条路径相 形。以此来作为仿真的初始信号。
多径效应是移动通信的一个关键问题。分集接收 对于第一条路径相对时延差为△N，且有
技术是一种对抗多径效应的有效方法。在 CDMA
△N>△N-1>…△3>△（2 △1=0）
移动通信系统中采用 RAKE 接收机来完成分集接
解调后的信号，再经过匹配滤波器。由于信号
每个相关器接收多路信号中的一路（意思好像和 时延和相位的估计准确为前提，主要考虑加性高斯 中始终存有噪声的干扰，所以解调后信号中仍然
原来的有些区别，不知是否正确），通过多个相关 噪声和瑞利衰落对 RAKE 接收机性能的影响。 带有一定噪声，其波形如图 5。
检测器接收多径信号中的各种信号，分别检测多
2 仿真设计
信号传输中的噪声生成，用 matlab 自带函数
的软件系统。经过十几年的发展和竞争，已成为国
2.1 仿真模型。RAKE 接收机的仿真的模型如 randn（1，N*Lc）产生。在 N=1000，Lc=31 的情况下
际公认的最优秀的科技应用软件之一。其中 图 2 所示。
产生的波形如图 4。
MATLAB 语言是一种以矩阵为基本运算单元的解
1/5，铜、银、锌各占世界总储藏量 1/6，金占世界 逊等人深深怀疑任何对英国表示顺从的主张，
目前，中国也处在崛起的过程中，我们提出
总储藏量 1/10。烟煤、无烟煤占世界总储藏量 担心与英国的密切关系将从长远上威胁到美 了“和平崛起”的战略，从美国的历史经验来看
1/5，褐煤占世界总储藏量 1/8，还有数量可观的 国。最终，汉密尔顿的观点占据上风。与英国保 无疑是十分正确的。避免与超级大国直接对抗，
一个多世纪。美国为什么能奇迹般的迅速崛起? 识。但是，对于如何处理与当时霸主英国的关 强国的决策者造成美国离自己太远，只是满足
其根源值得人们思考与借鉴。
系，曾发生过激烈争论。第一任财长汉密尔顿认 于对西半球的统治，只有一支微不足道的军队
首先，优越的地理环境和地缘政治为美国 为，当时美国与英国相比仍然弱小，是“一个伟 的假象。正是美国的这种低调态度，使英国最终
器的信号检测， 加入噪声接收端采用矩形匹配滤波器（感觉有些
然后在此基础 不通顺），进行解调后采用最大比值合并，最后计
上进行解调和 算误码率。（2）扩频码产生程序Biblioteka BaiduGold 码是 m 序列
判决。图 1 为简 的复合码，它是由两个码长相等、码时钟速率相同
化的 RAKE 接 的 m 序列优选对模 2 加组成的。因此 Gold 序列有
央和地方两级政府的不同功能。但又不必担心
处于强势方的中央挤压地方，因为中央的权力
在宪法中采取了列举方式，即联邦政府的权力
是有限的。与此同时，宪法又设置了严格但可操
作的“修正”机制并明文规定：“凡未授予联邦、 又未禁止各州行使的权力，均保留给州和人
图 6 Rake 接收机输出信号波形
民”，仅这两条就不仅赋予这个国家体制以巨大
等高级语音相同的计算精度。
采用 MATLAB 仿真软件完成仿真设计，扩频
1 RAEK 接收机的原理
调制采用 Gold 码，周期为 31，信道设置为瑞利多
一般的分集技术把多径信号作为干扰来处 径衰落信道，调制方法采用 BPSK 调制，噪声采用
理，而 RAKE 接收机变害为利，利用多径现象来增 加性高斯白噪声，合并方法为最大比值合并。在仿
收机组成框图。 很好的互相关特性，可作为地址码。Gold 序列在多
假设发送 址技术中，特别是在码序列长度较短的情况下，得
图 5 解调后信号波形
图 1 简化的 RAKE 接收机 端从 Tx 发出的 到广泛应用。仿真采用了特征多项式分别为 F（x）=
经过 Rake 接收机后，采用最大比值合并方式
组成框图
强信号。RAKE 接收机的工作原理是：当传播时延 真中用 MATLAB 中的 ravlrnd 函数来生成所需的
超过一个码片周期时，多径信号实际上可以被看 瑞利衰落变量，并将其作为乘性因子乘到 BPSK 信
图 4 噪声波形
作是互不相关的。RAKE 接收机包含多个相关器， 号上。仿真中以 RAKE 接收机中信道估计单元对
石油、天然气。所以，《美国大百科全书》说：“美 持良好关系，成为美国长期的国策。尽管后来， 通过经济的发展和软实力的增强来实现崛起是
国的繁荣大半归功于其丰富的自然资源。”从地 美国曾与英国发生过一次战争和多次冲突，也 大国成功崛起的必由之路。此外，我们还要强化
缘政治上讲，东西两洋，远离欧洲大陆，使美国 没有改变这一国策。从而为美国发展创造了有 海权意识，从鸦片战争、甲午中日战争以来的历
地貌的影响，信号经过无线传播，使接收信号出现 延时间最长的是第 N 条路径。通过电路测定各条
2.3 仿真结果分析。主程序中由 Signal=zeros
时延、频率和角度扩展。时延扩展将直接导致码间 路径的相对时延差，以第一条路径为基准时，第二 （1，（N+1）*Lc*Q）语句来产生随机信号，作为用户
串扰，频率扩展将导致信号的时间衰落，角度扩展 条相对于第一条路径相对时延差为△2，第三条相 信源信号。图 3 是当 N＝1000，Q=10 时产生的波
MATLAB 仿真软件对 RAKE 接收机的作用进行 相乘器和积分器两部分）独立地检测出 M（M≤N）
了仿真。仿真的结果表明：RAKE 接收机能更为有 （M 和前面叙述中的 L 前后用一个好像更好）个最
效地克服多径传输所造成的干扰，将多径衰落信 强的多径成分。通过把接收到的波形与信号的延
道分散的信号能量收集起来，从而降低信号传输 迟信号相关得到多径成分的相对幅度和相位。把
分立的设置有利于防止权力的过分集中和暴政
号，说明了 CDMA 系统采用 RAKE 接收机的实用
的出现，这种分权制衡机制为美国的长期稳定
价值。并达到了预想中的效果。
提供了政治基础；同时，1787 年宪法还首创了
联邦体制，这种体制以“人民同意”和“法令约
束”为基本原则，在允许地方分权的情况下又赋
予联邦“适当的政府权力”，得以有效地发挥中
的误码率，提高通信的质量。
多径成分延迟补偿后（图中为保持至 Tb+△N）按
MATLAB 语言和 SIMULINK 动态仿真集成 强度比例合并就可有效地恢复多径成分的能量。
环境是由美国 MATHW0RKS 公司开发的面向理 即 RAKE 接收机利用多径信号，提高通信质量。
图 3 信源信号波形
论分析研究和工程设计处理的一套具有强大功能
历史，但却演绎了大国兴起的罕见奇迹。它在欧 美国与英国保持友好关系。建国之初，国父华盛 保持克制：美国的钢产量是俄国的 6 倍，消耗的
洲文明的基础上，独创性地走出了一条自己的 顿在告别演说中指出，美国不应陷入欧洲大国 能源是俄国的 10 倍，工业品出口额是俄国的 4
发展道路，将世界第一经济强国的位置占据了 的权力之争。对此，美国政治精英存在高度共 倍，但是一线部队只是俄国的 1／10。这就给其他
关 键 词 ：崛起；优势；创新；策略
在美洲大陆北部，有一个飘扬着星条旗的
再次，在制定国家对外发展战略方面，美国 系，不仅没有掺和法俄与德奥两大军事集团的
国家，它的名字叫“美利坚合众国”，也被称作 审时度势，做出了正确的决策。美国崛起的过程 竞争，而且把国防开支控制在很低的水平上，只
“美国”。这个国家的出现，虽然只有 230 多年的 中如何处理与霸主英国的关系至关重要。一是 有近 1％的国民生产总值用于防务，在军事上