Rake接收機原理

在CDMA擴頻系統(tǒng)中，信道帶寬遠遠大于信道的平坦衰落帶寬。不同于傳統(tǒng)的調制技術需要用均衡算法來消除相鄰符號間的碼間干擾，CDMA擴頻碼在選擇時就要求它有很好的自相關特性。這樣，在無線信道中出現(xiàn)的時延擴展，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接收機看作是非相關的噪聲，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接收機所作的就是：通過多個相關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，它是專為CDMA系統(tǒng)設計的經(jīng)典的分集接收器，其理論基礎就是：當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的。 帶DLL的相關器是一個具有遲早門鎖相環(huán)的解調相關器。遲早門和解調相關器分別相差±1/2(或1/4)個碼片。遲早門的相關結果相減可以用于調整碼相位。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果進行相位的旋轉，實際的CDMA系統(tǒng)中的信道估計是根據(jù)發(fā)射信號中攜帶的導頻符號完成的。根據(jù)發(fā)射信號中是否攜帶有連續(xù)導頻，可以分別采用基于連續(xù)導頻的相位預測和基于判決反饋技術的相位預測方法。

使用判決反饋技術的間斷導頻條件的信道估計方法LPF是一個低通濾波器，濾除信道估計結果中的噪聲，其帶寬一般要高于信道的衰落率。使用間斷導頻時，在導頻的間隙要采用內(nèi)插技術來進行信道估計，采用判決反饋技術時，先硬判決出信道中的數(shù)據(jù)符號，在已判決結果作為先驗信息(類似導頻)進行完整的信道估計，通過低通濾波得到比較好的信道估計結果，這種方法的缺點是由于非線性和非因果預測技術，使噪聲比較大的時候，信道估計的準確度大大降低，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接收機的不同接收徑上。匹配濾波器的測量精度可以達到1/4～1/2碼片，而RAKE接收機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)。

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行相關，取得不同碼字相位的相關能量。當串行輸入的采樣數(shù)據(jù)和本地的擴頻碼和擾碼的相位一致時，其相關能力最大，在濾波器輸出端有一個最大值。根據(jù)相關能量，延遲估計器就可以得到多徑的到達時間量。從實現(xiàn)的角度而言，RAKE接收機的處理包括碼片級和符號級，碼片級的處理有相關器、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的不同。但是，在實現(xiàn)上由于多個天線的數(shù)據(jù)要進行分路的控制處理，增加了基帶處理的復雜度。