Rake接收機(jī)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(hào)間的碼間干擾，CDMA擴(kuò)頻碼在選擇時(shí)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(shí)延擴(kuò)展，就可以被看作只是被傳信號(hào)的再次傳送。如果這些多徑信號(hào)相互間的延時(shí)超過了一個(gè)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(hào)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(hào)來改善接收信號(hào)的信噪比。其實(shí)RAKE接收機(jī)所作的就是：通過多個(gè)相關(guān)檢測器接收多徑信號(hào)中的各路信號(hào)，并把它們合并在一起。圖為一個(gè)RAKE接收機(jī)，它是專為CDMA系統(tǒng)設(shè)計(jì)的經(jīng)典的分集接收器，其理論基礎(chǔ)就是：當(dāng)傳播時(shí)延超過一個(gè)碼片周期時(shí)，多徑信號(hào)實(shí)際上可被看作是互不相關(guān)的。 帶DLL的相關(guān)器是一個(gè)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(gè)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(shí)際接收的各徑的相位與原來發(fā)射信號(hào)的相位有很大的變化，因此在合并以前要按照信道估計(jì)的結(jié)果進(jìn)行相位的旋轉(zhuǎn)，實(shí)際的CDMA系統(tǒng)中的信道估計(jì)是根據(jù)發(fā)射信號(hào)中攜帶的導(dǎo)頻符號(hào)完成的。根據(jù)發(fā)射信號(hào)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。

使用判決反饋技術(shù)的間斷導(dǎo)頻條件的信道估計(jì)方法LPF是一個(gè)低通濾波器，濾除信道估計(jì)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(shí)，在導(dǎo)頻的間隙要采用內(nèi)插技術(shù)來進(jìn)行信道估計(jì)，采用判決反饋技術(shù)時(shí)，先硬判決出信道中的數(shù)據(jù)符號(hào)，在已判決結(jié)果作為先驗(yàn)信息(類似導(dǎo)頻)進(jìn)行完整的信道估計(jì)，通過低通濾波得到比較好的信道估計(jì)結(jié)果，這種方法的缺點(diǎn)是由于非線性和非因果預(yù)測技術(shù)，使噪聲比較大的時(shí)候，信道估計(jì)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(jì)的作用是通過匹配濾波器獲取不同時(shí)間延遲位置上的信號(hào)能量分布，識(shí)別具有較大能量的多徑位置，并將它們的時(shí)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(gè)碼片。實(shí)際實(shí)現(xiàn)中，如果延遲估計(jì)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(jì)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(shí)，其相關(guān)能力最大，在濾波器輸出端有一個(gè)最大值。根據(jù)相關(guān)能量，延遲估計(jì)器就可以得到多徑的到達(dá)時(shí)間量。從實(shí)現(xiàn)的角度而言，RAKE接收機(jī)的處理包括碼片級(jí)和符號(hào)級(jí)，碼片級(jí)的處理有相關(guān)器、本地碼產(chǎn)生器和匹配濾波器。符號(hào)級(jí)的處理包括信道估計(jì)，相位旋轉(zhuǎn)和合并相加。碼片級(jí)的處理一般用ASIC器件實(shí)現(xiàn)，而符號(hào)級(jí)的處理用DSP實(shí)現(xiàn)。移動(dòng)臺(tái)和基站間的RAKE接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)方法和功能盡管有所不同，但其原理是完全一樣的。對(duì)于多個(gè)接收天線分集接收而言，多個(gè)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(shí)現(xiàn)上由于多個(gè)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。