通信專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　在移動(dòng)通信中，由于城市建筑物和地形地貌的影響，電波傳播必然會(huì)出現(xiàn)不同路徑和時(shí)延，即移動(dòng)通信信道是一種多徑衰落信道，使接收信號(hào)出現(xiàn)起伏升落，影響移動(dòng)通信系統(tǒng)的通信質(zhì)量。在CDMA系統(tǒng)中，RAKE接收是十分有效抗多徑衰落的方法，所謂的RAKE接收技術(shù)就是分別對(duì)接收每一路的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，然后疊加輸出達(dá)到增強(qiáng)接收效果的目的，在這里多徑信

2、號(hào)不僅不是一個(gè)不利因素，而且在CDMA系統(tǒng)變成一個(gè)可供利用的有利因素。本文重點(diǎn)闡述了RAKE接收技術(shù)。</p><p>　　由于移動(dòng)通信環(huán)境的復(fù)雜和手機(jī)的不斷運(yùn)動(dòng)，接收到的信號(hào)往往是多個(gè)反射波的疊加，會(huì)形成多徑衰落。CDMA系統(tǒng)采用特有的瑞克(RAKE)接收技術(shù)分別接收每一路的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，這樣不但克服了多徑衰弱對(duì)通信帶來的影響，還有效增加了接收有用信號(hào)的功率(或者說等效增加了發(fā)射信號(hào)的功率)。另外，CDMA系統(tǒng)

3、還采用其它的分集技術(shù)，如空間分集、時(shí)間分集等，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的性能。</p><p>　　本文首先從微波信道的多徑傳輸所造成的多徑干擾，指出了克服多徑干擾的措施——采用RAKE接收技術(shù)。接著介紹了RAKE接收機(jī)的原理，然后重點(diǎn)闡述了CDMA系統(tǒng)的RAKE接收系統(tǒng)模型和實(shí)現(xiàn)方法。</p><p>　　本課題主要內(nèi)容是研究和解決移動(dòng)通信信道的多徑衰落信道問題，如何主動(dòng)的利用信號(hào)設(shè)計(jì)技術(shù)，將多

4、徑衰落信道分散的信號(hào)能量更為有效的收集起來，來克服多徑傳輸所造成的干擾。</p><p>　　本文的意義就是使用RAKE接收技術(shù)，就是分別接收每一路的信、號(hào)進(jìn)行解調(diào)，然后疊加輸出達(dá)到增強(qiáng)接收效果的目的，這里多徑信號(hào)不僅不是一個(gè)不利因素，而且變成一個(gè)可供利用的有利因素。這是CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)可以獲得較高的通信質(zhì)量的技術(shù)保證。利用信號(hào)設(shè)計(jì)技術(shù)，將多徑衰落信道分散的信號(hào)能量更為有效的收集起來，來克服多徑傳輸所造成的干

5、擾.</p><p>　　關(guān)鍵詞：CDMA系統(tǒng) RAKE接收機(jī) 多徑衰落</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In mobile communication system，due to electronic wave is subject to the city building and te

6、rrain，it’s bound to appear different route and time delay，namely，the channel of mobile correspondence is a various declined channels，it makes the received signal undulate and decline，this leads to affect the quality of c

7、orrespond system. In CDMA system，RAKE receiving is a very effective method against the various routes declined，so-called RAKE receive technique is a separable demodulation for every receiv</p><p>　　Because o

8、f the complex circumstance and the continuous movement of mobile telephone，the received signals frequently come from many over lapped reflected wave, so form various route declined. CDMA system adopts the unique RAKE rec

9、eived technique that demodulates every routes signal separately . Like this，not only do it overcome the influence of various routes decline，but also it equal to it add up the power of signal(so to speak equaling to incre

10、ase the launch power of signal).In addition，CDMA sy</p><p>　　From the glitch of various routes transmitting of microwave，the article points out. The measure to conquer route transmitting-adopt“RAKE”technique

11、. this article commends the principle of the RAKE receiver，then focus on Pattern and achievement of RAKE receive of CDMA system.</p><p>　　The main contents of this issue is to study and solve the mobile comm

12、unication channel of the multi-path fading channel, how the use of active singal design technology, multi-path fading channel singal energy scattered collection more effective, and to overcome the multi-path caused by t

13、ransmission interference.</p><p>　　In this paper, the significance of technology is the use of RAKE receiver, that is ,respectively, each way to receive the letter, carried out its demodulation, and then sup

14、erimposed output to enhance the purpose of reception, where not only the multi-path signals is not a negative factor, but also available to become a positive factor. This is a CDMA mobile communication system can be a hi

15、gher quality of communication technology to ensure that. The use of signal design technology, multi-path fad</p><p>　　Key Words： CDMA system； RAKE receiver； various declined channels</p><p><

16、b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 前 言1</b></p><p>　　1.1 CDMA系統(tǒng)簡(jiǎn)介2</p><p>　　1.1.1 CDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的基本原理4</p><p>　　1.1.2 CDMA移動(dòng)通信網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)5</p><p>

17、;　　1.1.3 CDMA系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)6</p><p>　　1.2 主要研究內(nèi)容8</p><p>　　2 微波信道的多徑傳輸9</p><p>　　2.1 一般概念9</p><p>　　2.2 多徑傳輸給碼元傳輸帶來的影響10</p><p>　　2.3 克服多徑傳輸造成的衰落的措施12<

18、/p><p>　　3 RAKE接收機(jī)原理17</p><p>　　3.1 一般概念17</p><p>　　3.1.1 空間分集17</p><p>　　3.1.2 頻率分集18</p><p>　　3.1.3 時(shí)間分集18</p><p>　　3.2 RAKE接收的基本原理19<

19、;/p><p>　　3.2.1 移動(dòng)通信中傳播的多徑效應(yīng)19</p><p>　　3.2.2 RAKE接收用信號(hào)矢量的直觀表示20</p><p>　　3.2.3 有效利用時(shí)延功率譜21</p><p>　　3.3 基站RAKE接收系統(tǒng)模型21</p><p>　　3.3.1 RAKE接收總體結(jié)構(gòu)框圖21<

20、/p><p>　　3.3.2 RAKE接收核心部件為數(shù)據(jù)解調(diào)器與搜索跟蹤器23</p><p>　　3.4 移動(dòng)臺(tái)RAKE接收系統(tǒng)模型25</p><p>　　4 CDMA系統(tǒng)RAKE接收原理26</p><p>　　4.1 一般概念26</p><p>　　4.2 理論基礎(chǔ)分析27</p>&l

21、t;p>　　4.3 系統(tǒng)模型28</p><p>　　4.3.1 前向信道RAKE接收機(jī)的模型28</p><p>　　4.3.2 反向RAKE接收機(jī)的組成30</p><p>　　4.4 實(shí)現(xiàn)RAKE接收原理框圖31</p><p><b>　　5 結(jié)論36</b></p><p&

22、gt;<b>　　致謝37</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)38</b></p><p><b>　　1 前 言</b></p><p>　　碼分多址（ Code-Division Multiple-Access ， CDMA）是一種以擴(kuò)頻通信為基礎(chǔ)的載波調(diào)制和多址連接技術(shù)。具有廣闊

23、的發(fā)展前景，目前已成為世界許多國家研究開發(fā)的熱點(diǎn)。</p><p>　　CDMA具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，其中一部分是擴(kuò)頻通信系統(tǒng)所固有的，另一部分則是由RAKE接收技術(shù)、軟切換和功率控制等技術(shù)所帶來的。CDMA移動(dòng)通信網(wǎng)是由擴(kuò)頻、多址接入、蜂窩組網(wǎng)和頻率再用等幾種技術(shù)結(jié)合而成，含有頻域、時(shí)域和碼域三維信號(hào)處理的一種協(xié)作，因此它具有抗干擾性好，抗多徑衰落，保密安全性高，同頻率可在多個(gè)小區(qū)內(nèi)重復(fù)使用，所要求的載干比(C/

24、I)小于1，容量和質(zhì)量之間可做權(quán)衡取舍等屬性。這些屬性使CDMA系統(tǒng)比其它系統(tǒng)有非常重要的優(yōu)勢(shì)。在理論上，CDMA移動(dòng)網(wǎng)的系統(tǒng)容量要比模擬網(wǎng)的系統(tǒng)容量大20倍，實(shí)際上CDMA移動(dòng)網(wǎng)的系統(tǒng)容量要比模擬網(wǎng)的系統(tǒng)容量大10倍；比GSM要大4~5倍。</p><p>　　CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)是一個(gè)自擾系統(tǒng)，所有移動(dòng)用戶都占用相同帶寬和頻率，聲碼器可以動(dòng)態(tài)地調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸速率，并根據(jù)適當(dāng)?shù)拈T限值選擇不同的電平級(jí)發(fā)射，同時(shí)門限

25、值根據(jù)背景噪聲的情況改變而改變，這樣即使在背景噪聲較大的情況下，也可以得到較好的通話質(zhì)量。另外在CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)中采用了有效的功率控制、強(qiáng)糾錯(cuò)能力的信道編碼、以及多種形式的分集技術(shù)(如RAKE接收技術(shù))以及軟切換技術(shù)等，所以CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)通信容量大、可以獲得優(yōu)良的話音質(zhì)量，因此也引起了人們廣泛的關(guān)注，CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)之所以引起了人們廣泛的關(guān)注，是由于在CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)中采取了有效的措施，來克服信號(hào)由于傳播的移動(dòng)、散射和

26、衰落而導(dǎo)致復(fù)雜的通信環(huán)境。另外在移動(dòng)通信中，移動(dòng)臺(tái)與基站之間的復(fù)雜環(huán)境，到達(dá)接收信號(hào)不會(huì)是一條路徑來的信號(hào)，而是多徑合成信號(hào)。對(duì)于采用其他技術(shù)的移動(dòng)通信系統(tǒng)，只能采用復(fù)雜的抵抗技術(shù)來減少影響。而對(duì)于CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)，只要路徑之間的時(shí)延差大于一個(gè)PN碼片寬度，就可以采用RAKE接收技術(shù)克服其影響。</p><p>　　所謂的RAKE接收技術(shù)就是分別接收每一路的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，然后疊加輸出達(dá)到增強(qiáng)接收效果的目的，這

27、里多徑信號(hào)不僅不是一個(gè)不利因素，而且變成一個(gè)可供利用的有利因素。這是CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)可以獲得較高的通信質(zhì)量的技術(shù)保證。</p><p>　　1.1 CDMA系統(tǒng)簡(jiǎn)介</p><p>　　第二次世界大戰(zhàn)期間，因戰(zhàn)爭(zhēng)的需要而研究開發(fā)出CDMA（Code-Division Multiple-Access）技術(shù)，其思想初衷是防止敵方對(duì)己方通訊的干擾，被廣泛應(yīng)用于軍事抗干擾通信和軍事保密。八十年

28、代以來，隨著集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，碼分多址擴(kuò)頻技術(shù)越來越多地被用于民用通信系統(tǒng)。其中有代表性的就是九十年代由美國Qualcomm（高通）公司研制的IS-95碼分多址數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)。CDMA技術(shù)理論上的諸多優(yōu)勢(shì)在實(shí)踐中得到了檢驗(yàn)，從而在北美、南美和亞洲等地得到了迅速推廣和應(yīng)用。</p><p>　　早期的移動(dòng)通信系統(tǒng)是信息模擬調(diào)頻頻分多址方式(FM-FDMA) ，這種系統(tǒng)沿用至今。九十年代初，由歐洲開發(fā)

29、研制的數(shù)字調(diào)制時(shí)分多址(GMSK-TDMA)移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM（Global system for Mobile communications）被看作是新一代移動(dòng)通信的代表。而Qualcomm公司的CDMA數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)被認(rèn)為是第三代移動(dòng)通信的代表。</p><p>　　最主要的3種都是采用CDMA技術(shù)：WCDMA：歐洲、日本。CDMA2000：美國。TD—SCDMA：中國。在現(xiàn)在的3G時(shí)代，中國移動(dòng)取得TD—

30、SCDMA的牌照，中國電信取得是CDMA2000的牌照，中國聯(lián)通取得的是WCDMA牌照。</p><p>　　碼分多址是一種以擴(kuò)頻通信為基礎(chǔ)的載波調(diào)制和多址連接技術(shù)。具有廣闊的發(fā)展前景，目前已成為世界許多國家研究開發(fā)的熱點(diǎn)。</p><p>　　所有用戶使用同一頻帶，在同一時(shí)間傳送信號(hào)，其信號(hào)分割是利用不同用戶信號(hào)地址碼波形之間的正交性或準(zhǔn)正交性來實(shí)現(xiàn)的。碼分多址系統(tǒng)采用擴(kuò)頻調(diào)制信號(hào)，其頻

31、帶寬度比信息信號(hào)的頻帶寬度大得多（幾十倍幾百倍甚至上千倍以上）。擴(kuò)頻信號(hào)的功率譜密度極低，具有很好的隱蔽性和很強(qiáng)的抗多種干擾的能力，例如抗瞄準(zhǔn)式干擾、多徑干擾等。CDMA技術(shù)除已應(yīng)用于移動(dòng)通信外，在數(shù)據(jù)傳輸、衛(wèi)星通信以及遙控遙測(cè)、空間通信等許多領(lǐng)域也得到越來越廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　CDMA技術(shù)是邁向未來電信網(wǎng)絡(luò)的最佳頻譜路徑，并被ITU確定為第三代通信系統(tǒng)的主要技術(shù)。與目前GSM采用的TDMA技術(shù)相比

32、具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，能更好的適應(yīng)無線通信的新需求。由于采用了擴(kuò)頻信號(hào)，系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗多種干擾的能力，特別是具有抗多徑干擾的能力；擴(kuò)頻信號(hào)的功率譜密度很低，即在單位帶寬中的功率很小，對(duì)于一般非擴(kuò)頻通信系統(tǒng)幾乎不構(gòu)成干擾，因此可以與其共用同一頻段，從而提高頻帶利用率；由于所有用戶使用同一載波頻率，不存在交調(diào)干擾，可充分地利用頻率資源；可以采用分離多徑技術(shù)，提高抗多徑干擾的能力；利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)與數(shù)字電路技術(shù)可以較容易地實(shí)現(xiàn)多種地址碼的產(chǎn)生、

33、變換等，并容易與計(jì)算機(jī)聯(lián)接實(shí)現(xiàn)控制與變換。</p><p>　　與FDMA和TDMA相比，CDMA具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，其中一部分是擴(kuò)頻通信系統(tǒng)所固有的，另一部分則是由RAKE接收技術(shù)、軟切換和功率控制等技術(shù)所帶來的。CDMA移動(dòng)通信網(wǎng)是由擴(kuò)頻、多址接入、蜂窩組網(wǎng)和頻率再用等幾種技術(shù)結(jié)合而成，含有頻域、時(shí)域和碼域三維信號(hào)處理的一種協(xié)作，因此它具有抗干擾性好，抗多徑衰落，保密安全性高，同頻率可在多個(gè)小區(qū)內(nèi)重復(fù)使用，所

34、要求的載干比(C/I)小于1，容量和質(zhì)量之間可做權(quán)衡取舍等屬性。這些屬性使CDMA系統(tǒng)比其它系統(tǒng)有非常重要的優(yōu)勢(shì)。在理論上，CDMA移動(dòng)網(wǎng)的系統(tǒng)容量要比模擬網(wǎng)的系統(tǒng)容量大20倍，實(shí)際上CDMA移動(dòng)網(wǎng)的系統(tǒng)容量要比模擬網(wǎng)的系統(tǒng)容量大10倍；比GSM要大4~5倍。CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)話音質(zhì)量很高，聲碼器可以動(dòng)態(tài)地調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸速率，并根據(jù)適當(dāng)?shù)拈T限值選擇不同的電平級(jí)發(fā)射。同時(shí)門限值根據(jù)背景噪聲的改變而改變，這樣即使在背景噪聲較大的情況下，也可

35、以得到較好的通話質(zhì)量。另外CDMA系統(tǒng)采用軟切換技術(shù)，“先連接再斷開”，這樣完全克服了硬切換容易掉話的缺點(diǎn)。而且在接收端采用了RAKE接收技術(shù)將多徑衰落信道分散的信號(hào)能量更為有效的收集起來，來克服多徑傳輸所造</p><p>　　1.1.1 CDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的基本原理</p><p>　　CDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)是一種以擴(kuò)頻通信為基礎(chǔ)的調(diào)制和多址連接技術(shù)。擴(kuò)頻通信（ Spread

36、Spectrum Communications ）：即擴(kuò)展頻譜通信，將基帶信號(hào)的頻譜擴(kuò)展至很寬的頻帶上，然后再進(jìn)行傳輸。具體就是：需傳送的具有一定信號(hào)帶寬的信息數(shù)據(jù)，用一個(gè)帶寬遠(yuǎn)大于信號(hào)帶寬的高速偽隨機(jī)碼（擴(kuò)頻序列：Spreading Sequence）進(jìn)行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號(hào)的帶寬被擴(kuò)展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去。接收端則使用完全相同的偽隨機(jī)碼進(jìn)行解調(diào)及相關(guān)處理，把寬帶信號(hào)恢復(fù)成原始信息數(shù)據(jù)的窄帶信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)信息通信。擴(kuò)頻通信技術(shù)在信號(hào)發(fā)

37、送端用高速偽隨機(jī)碼與數(shù)字信號(hào)相乘，由于偽隨機(jī)碼的速率比數(shù)字信號(hào)的速率大得多，因而擴(kuò)展了信息傳輸帶寬。在接收端，用相同的偽隨機(jī)序列與接收信號(hào)相乘，進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，然后將擴(kuò)頻信號(hào)解擴(kuò)。擴(kuò)頻通信具有隱蔽性、保密性、抗干擾等優(yōu)點(diǎn)。CDMA擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的原理示意圖如圖1-1所示。</p><p>　　圖1-1 CDMA擴(kuò)頻通信系統(tǒng)原理示意圖</p><p>　　擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中采用的偽隨機(jī)碼常常采用m序

38、列，這是因?yàn)閙序列具有容易產(chǎn)生和自相關(guān)特性優(yōu)良的優(yōu)點(diǎn)。其歸一化自相關(guān)函數(shù)只有1和-1/K兩個(gè)值，K是m序列長度。所以，只有在收發(fā)端偽隨機(jī)序列相位相同時(shí)才能恢復(fù)發(fā)送信號(hào)。</p><p>　　碼分多址技術(shù)就是利用了這一點(diǎn)，可以采用不同相位的相同m序列作為多址通信的地址碼。由于m序列的自相關(guān)特性與長度有關(guān)，因此，作為地址碼，其長度應(yīng)盡可能長，以供更多用戶使用，同時(shí)可以獲得更高的處理增益和保密性，但是又不能太長，否則電

39、路復(fù)雜，而且也不利于快速捕獲與跟蹤。</p><p>　　1.1.2 CDMA移動(dòng)通信網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)</p><p><b>　　(1)功率控制技術(shù)</b></p><p>　　功率控制技術(shù)是CDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的核心技術(shù)。CDMA系統(tǒng)功率控制分為正向功率控制(正向鏈路的功率控制)和反向功率控制(反向鏈路的功率控制)。反向功率控制就是控制各

40、移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率的大小。正向功率控制是調(diào)整基站向移動(dòng)臺(tái)發(fā)射的功率。</p><p>　　CDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)是一個(gè)自擾系統(tǒng)，所有移動(dòng)用戶都占用相同帶寬和頻率，“遠(yuǎn)近效應(yīng)”問題特別突出。CDMA功率控制的目的就是克服“遠(yuǎn)近效應(yīng)”，使系統(tǒng)既能保證高質(zhì)量通信，又不對(duì)其他用戶產(chǎn)生干擾。</p><p>　?、俜聪蜷_環(huán)功率控制：</p><p>　　它是移動(dòng)臺(tái)根據(jù)在小區(qū)中接

41、收功率的變化，調(diào)節(jié)移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率，以達(dá)到所有移動(dòng)臺(tái)發(fā)出的信號(hào)在基站時(shí)都有相同的功率。它主要是為了補(bǔ)償陰影、拐彎等效應(yīng)，所以它有一個(gè)很大的動(dòng)態(tài)范圍，根據(jù)1S—95標(biāo)準(zhǔn)，它至少應(yīng)該達(dá)到正負(fù)32dB的動(dòng)態(tài)范圍。</p><p>　?、诜聪蜷]環(huán)功率控制：</p><p>　　閉環(huán)功率控制的設(shè)計(jì)目標(biāo)是使基站對(duì)移動(dòng)臺(tái)的開環(huán)功率估計(jì)迅速做出糾正，以使移動(dòng)臺(tái)保持最理想的發(fā)射功率。</p>&

42、lt;p><b>　?、矍跋蚬β士刂疲?lt;/b></p><p>　　在前向功率控制中，基站根據(jù)測(cè)量結(jié)果調(diào)整每個(gè)移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率，其目的是對(duì)路徑衰落小的移動(dòng)臺(tái)分派較小的前向鏈路功率，而對(duì)那些遠(yuǎn)離基站的和誤碼率較高的移動(dòng)臺(tái)分派較大的前向鏈路功率。</p><p><b>　　(2)PN碼技術(shù)</b></p><p>　　

43、PN碼的選擇直接影響到CDMA系統(tǒng)的容量、抗干擾能力、接入和切換速度等性能。CDMA系統(tǒng)的信道的區(qū)分是靠PN碼來進(jìn)行的，因而要求PN碼自相關(guān)性要好，互相關(guān)性要弱，實(shí)現(xiàn)和編碼方案簡(jiǎn)單等。目前的CDMA系統(tǒng)就是采用一種基本的PN序列—m序列作為地址碼，利用它的不同相位來區(qū)分不同用戶。</p><p>　　(3)RAKE接收技術(shù)</p><p>　　發(fā)射機(jī)發(fā)出的擴(kuò)頻信號(hào)，在傳輸過程中受到不同建筑

44、物、山崗等各種障礙物的反射和折射，到達(dá)接收機(jī)時(shí)每個(gè)波束具有不同的延遲，形成多徑信號(hào)。如果不同路徑信號(hào)的延遲超過一定的時(shí)延，則在接收端可將不同的波束區(qū)別開來。將這些不同波束分別經(jīng)過不同的延遲線，對(duì)齊以及合并在一起，則可達(dá)到變害為利，把原來是干擾的信號(hào)變成有用信號(hào)組合在一起。這就是RAKE接收機(jī)的基本原理。</p><p><b>　　(4)軟切換技術(shù)</b></p><p&

45、gt;　　所謂軟切換是指當(dāng)移動(dòng)臺(tái)需要切換時(shí)，先與新的基站連通再與原基站切斷聯(lián)系，而不是先切斷與原基站的聯(lián)系再與新的基站連通。由于在CDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，移動(dòng)臺(tái)采用了獨(dú)特的RAKE接收技術(shù)，可以同時(shí)接收兩個(gè)或兩個(gè)以上基站發(fā)來的信號(hào)，從而保證了CDMA系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)軟切換。軟切換的引入大大地改善了切換的性能，消除了切換過程中通信的中斷、小區(qū)邊界處的“乒乓效應(yīng)”以及切換引入的噪聲?？捎行У奶岣咔袚Q的可靠性，保證了通信質(zhì)量。 </p&

46、gt;<p><b>　　(5)話音編碼技術(shù)</b></p><p>　　目前CDMA系統(tǒng)的話音編碼主要有兩種，即碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼(CELP)8kbit/s和13kbit/s。8kbit/s的話音編碼達(dá)到GSM系統(tǒng)的13kbit/s的話音水平甚至更好。13kbit/s的話音編碼已達(dá)到有線長途話音水平。 </p><p>　　1.1.3 CDMA系統(tǒng)的

47、主要優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　(1)頻譜利用率高，系統(tǒng)容量大</p><p>　　理論上，在使用相同頻率資源的情況下，CDMA移動(dòng)網(wǎng)比模擬網(wǎng)容量大20倍，實(shí)際使用中比模擬網(wǎng)大10倍，比GSM要大4-5倍。 頻譜利用率高，容量大的直接好處：一是大大節(jié)省寶貴的頻譜資源，二是滿足城市內(nèi)高話務(wù)密度的需要，減少網(wǎng)絡(luò)擁塞，三是減少基站數(shù)量，使網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)容變得簡(jiǎn)單，易實(shí)施。</p><

48、p><b>　　(2)覆蓋范圍大</b></p><p>　　CDMA的無線鏈路預(yù)算比GSM多3~6dB。正常情況下，CDMA的小區(qū)半徑可達(dá)60公里，在采用了特殊技術(shù)手段后，半徑可達(dá)200多公里 (澳洲電信的CDMA網(wǎng)絡(luò)中就有一個(gè)覆蓋半徑超過200公里的基站) 。而GSM系統(tǒng)基站半徑最大不得超過35公里。 </p><p>　　覆蓋范圍的擴(kuò)大所帶來的直接優(yōu)點(diǎn)是基

49、站數(shù)量減少，基站選址容易。更為重要的是，基站數(shù)量的減少將大大降低網(wǎng)絡(luò)配套電信設(shè)施如機(jī)房、供電、傳輸?shù)鹊耐度?，加快建設(shè)速度。也適用于話務(wù)量較低、要求覆蓋的地域又相當(dāng)廣的邊遠(yuǎn)城鎮(zhèn)和農(nóng)村地區(qū)。</p><p>　　(3)話音品質(zhì)好，保密性強(qiáng) </p><p>　　TDMA的信道結(jié)構(gòu)不能支持8Kb以上的語音編碼器，而CDMA的結(jié)構(gòu)可以支持13kb的語音編碼器，因此可以提供更好的通話質(zhì)量。由于CDM

50、A采用了偽隨機(jī)序列進(jìn)行擴(kuò)頻/解擴(kuò)，在CDMA 8K EVRC話音編碼時(shí)處理增益達(dá)21dB，話音品質(zhì)相當(dāng)好。經(jīng)試驗(yàn)，其話音質(zhì)量不僅明顯優(yōu)于GSM、模擬，可以與固網(wǎng)的話音質(zhì)量相比擬，而且在強(qiáng)背景噪聲環(huán)境下，還優(yōu)于固網(wǎng)電話。CDMA擴(kuò)頻通信技術(shù)使通信具有天然的保密性，其消息在空中信道上被截獲的概率很小。</p><p><b>　　(4)掉話率低 </b></p><p>

51、　　統(tǒng)計(jì)表明，切換失敗是引起掉話的最主要原因。TDMA采用一種硬移交的方式，間斷尤為明顯，CDMA系統(tǒng)“掉話”的現(xiàn)象明顯減少，因?yàn)椴捎昧塑浨袚Q技術(shù)，“先連接再斷開”，這樣完全克服了硬切換容易掉話的缺點(diǎn)，使得切換的成功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于模擬等硬切換蜂窩系統(tǒng)。</p><p>　　(5)可提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) </p><p>　　在數(shù)據(jù)通信方面，CDMA傳送單位比特的成本比GSM低，因此更適合作為無線高速分

52、組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的接入手段，為移動(dòng)/無線與Internet的融合提供了更好的技術(shù)條件。（有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料顯示，全球移動(dòng)話音業(yè)務(wù)的增長速度趨緩，移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的增勢(shì)迅猛。）</p><p>　　(6)CDMA手機(jī)符合環(huán)保的要求 </p><p>　　CDMA手機(jī)的發(fā)射功率小，低的發(fā)射功率既對(duì)人體的輻射小、有“綠色手機(jī)”的美譽(yù)，還可延長手機(jī)電池的待機(jī)、通話時(shí)間。并且，隨著基站數(shù)量的增多，發(fā)射功率會(huì)越來越小

53、，這方面的優(yōu)勢(shì)也就越來越明顯。 </p><p>　　1.2 主要研究內(nèi)容</p><p>　　本課題主要內(nèi)容是研究和解決移動(dòng)通信信道的多徑衰落信道問題，如何主動(dòng)的利用信號(hào)設(shè)計(jì)技術(shù)，將多徑衰落信道分散的信號(hào)能量更為有效的收集起來，來克服多徑傳輸所造成的干擾。</p><p>　　先第一章介紹CDMA系統(tǒng)，第二章介紹從微波信道入手介紹了基本概念，簡(jiǎn)述多徑傳輸?shù)慕o碼元傳

54、輸帶來的影響以及克服多徑傳輸造成衰落的措施。第三章介紹了RAKE接收機(jī)原理，從分集方面切入，介紹基本原理RAKE接收模型，第四章主要講述CDMA系統(tǒng)中RAKE接收原理，也是從理論基礎(chǔ)進(jìn)行分析，介紹了前向信道RAKE接收機(jī)的模型和反向RAKE接收機(jī)的組成，下面就是實(shí)現(xiàn)RAKE接收原理框圖。最后一個(gè)章是對(duì)RAKE接收技術(shù)進(jìn)行的歸納。</p><p>　　2 微波信道的多徑傳輸</p><p>

55、;<b>　　2.1 一般概念</b></p><p>　　微波的傳播與光波相類似，在傳輸?shù)穆窂缴蠜]有阻擋時(shí)，是一種“視距”傳播，即直線傳播。對(duì)微波傳播空間而言，直線傳播條件為自由空間。所謂自由空間乃是指充滿均勻理想介質(zhì)的無限空間。在這個(gè)空間里電波不受阻擋、反射、折射、繞射、散射和吸收等影響。理想介質(zhì)和相對(duì)介電常數(shù)和相對(duì)導(dǎo)磁率等于1。實(shí)際微波通信的電波并非在理想的自由空間中傳播，而是在低層大

56、氣中傳播的。因此，電波不僅受到地球曲率的影響，而且還會(huì)受到上述諸多因素的影響，形成微波信道的直射波、多徑反射波、繞射波、散射波等多徑傳輸。</p><p>　　直射波：它是指在視距覆蓋區(qū)內(nèi)無遮擋的傳播，直射波傳播的信號(hào)最強(qiáng)。</p><p>　　多徑反射波：指從不同建筑物或其它物體反射后到達(dá)接收點(diǎn)的傳播信號(hào)，其信號(hào)強(qiáng)度次之。</p><p>　　繞射波：從較大的山丘

57、或建筑物繞射后到達(dá)接收點(diǎn)的傳播信號(hào)，其強(qiáng)度與反射波相當(dāng)。</p><p>　　散射波：由空氣中離子受激后二次發(fā)射所引起的慢反射后到達(dá)接收的傳播信號(hào)，其信號(hào)強(qiáng)度最弱。</p><p>　　由于上述傳播的特點(diǎn)，所以對(duì)接收點(diǎn)的信號(hào)將會(huì)產(chǎn)生如下的后果，即在傳播上產(chǎn)生三類不同的損耗和三種效應(yīng)。</p><p>　　(1)三類不同的損耗</p><p>

58、　?、俾窂絺鞑p耗：又稱為衰耗，它是指電波在空間傳播所產(chǎn)生的損耗，它反映了傳播在宏觀大范圍(即公里量級(jí))的空間距離上的接收信號(hào)電平平均值的變化趨勢(shì)。</p><p>　?、诼ヂ鋼p耗：它是由于在電波傳播路徑上受到建筑物及山丘等的阻擋所產(chǎn)生的陰影效應(yīng)而產(chǎn)生的損耗。它反映了中等范圍內(nèi)數(shù)百波長量級(jí)接收電平的均值變化而產(chǎn)生的損耗，一般遵從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，其變化率較慢又稱慢衰落。</p><p>　　

59、③快衰落損耗：它主要是由于多徑傳播而產(chǎn)生的衰落，它反映了微觀小范圍內(nèi)數(shù)十波長量級(jí)接收電平的均值變化而產(chǎn)生的損耗，一般遵從Rayleigh(瑞利)分布或Rician(萊斯)分布，其變化率比慢衰落快，故稱它為快衰落，仔細(xì)劃分快衰落又可以分為以下三類：空間選擇性衰落、頻率選擇性衰落與時(shí)間選擇性衰落所謂選擇性是指在不同的空間，不同的頻率和不同的時(shí)間其衰落特性是不一樣的。</p><p><b>　　(2)三種效

60、應(yīng)：</b></p><p>　?、訇幱靶?yīng)： 由大型建筑物和其它物體的阻擋而形成在傳播接收區(qū)域上的半盲區(qū)。</p><p>　?、谶h(yuǎn)近效應(yīng)：由于接收用戶的隨機(jī)移動(dòng)性，移動(dòng)用戶與基站間的距離也是在隨機(jī)地變化，離基站近信號(hào)強(qiáng)，如各移動(dòng)用戶發(fā)射功率一樣，那么到達(dá)基站的信號(hào)強(qiáng)弱不同，離基站遠(yuǎn)信號(hào)弱通信系統(tǒng)的非線性則進(jìn)一步加重出現(xiàn)強(qiáng)者更強(qiáng)、弱者更弱和以強(qiáng)壓弱的現(xiàn)象，通常稱這類現(xiàn)象為遠(yuǎn)近

61、效應(yīng)。</p><p>　?、鄱嗥绽招?yīng)：它是由于接收的移動(dòng)用戶高速運(yùn)動(dòng)而引起傳播頻率的擴(kuò)散而引起的，其擴(kuò)散程度與用戶運(yùn)動(dòng)速度成正比。</p><p>　　2.2 多徑傳輸給碼元傳輸帶來的影響</p><p>　　信號(hào)經(jīng)不同建筑物或其它物體反射后到達(dá)接收點(diǎn)的傳播，就是微波信道的多徑傳輸，由此產(chǎn)生的損耗稱之為快衰落損耗，它主要是由于多徑傳播而產(chǎn)生的衰落，它反映了微觀小

62、范圍內(nèi)數(shù)十波長量級(jí)接收電平的均值變化而產(chǎn)生的損耗，一般遵從Rayleigh(瑞利)分布或 Rician (萊斯)分布，其變化率比慢衰落快，故稱它為快衰落，仔細(xì)劃分快衰落又可劃分為以下三類：空間選擇性衰落、頻率選擇性衰落與時(shí)間選擇性衰落。</p><p>　　(1)空間選擇性衰落：即在不同地點(diǎn)(空間)衰落特性不一樣，一般它又稱為平滑瑞利衰落，由于天線點(diǎn)波束的擴(kuò)散，引起了空間選擇性衰落，周期為，其中λ為波長。 <

63、;/p><p>　　(2)頻率選擇性衰落：即在不同的頻率衰落特性不一樣，由于時(shí)延擴(kuò)散引起了頻率選擇性衰落，其衰落周期為=1/L,即與相對(duì)時(shí)延擴(kuò)散成正比。</p><p>　　(3)時(shí)間選擇性衰落：即在不同的時(shí)間衰落特性不一樣，由于變速移動(dòng)引起的頻率擴(kuò)散，在接收點(diǎn)波形產(chǎn)生了時(shí)間選擇性衰落。其衰落周期為： 。</p><p>　　在實(shí)際的移動(dòng)通信中，這三類選擇性衰落都存在，

64、它們的形成原因均是以多徑傳播所引起的，根據(jù)其產(chǎn)生條件大致可劃分為以下三類：</p><p>　?、俚谝活惗鄰礁蓴_：是由于快速移動(dòng)用戶附近物體的反射而形成的干擾信號(hào)，其特點(diǎn)是在信號(hào)頻域上產(chǎn)生Doppler(多普勒)擴(kuò)散而引起的時(shí)間選擇性衰落。</p><p>　?、诘诙惗鄰礁蓴_：它是由遠(yuǎn)處山丘與高大建筑物反射而形成的干擾信號(hào)，其特點(diǎn)是信號(hào)在時(shí)域和空間角度上產(chǎn)生了擴(kuò)散，從而引起相對(duì)應(yīng)的頻率選

65、擇性衰落和空間選擇性衰落。</p><p>　　③第三類多徑干擾：由基站附近的建筑物和其它物體的反射而形成的干擾信號(hào)，其特點(diǎn)是嚴(yán)重影響到達(dá)天線的信號(hào)入射角分布，從而引起空間選擇性衰落。圖2-5為三類多徑干擾傳播示意圖。</p><p>　　圖2-5三類多徑干擾傳播示意圖</p><p>　　表2.1為在典型地理環(huán)境下，多徑衰落在時(shí)域、頻域和空間上產(chǎn)生的典型擴(kuò)散值&l

66、t;/p><p>　　信號(hào)的多徑傳輸造成了空間選擇性衰落、頻率選擇性衰落與時(shí)間選擇性衰落，針對(duì)這種情況，應(yīng)采取相應(yīng)的措施來克服這三類選擇性衰落所造成的影響。</p><p>　　2.3 克服多徑傳輸造成的衰落的措施</p><p>　　信號(hào)經(jīng)不同建筑物或其它物體反射后到達(dá)接收點(diǎn)的傳播，就是微波信道的多徑傳輸，由此產(chǎn)生的損耗稱之為快衰落損耗，它反映了微觀小范圍內(nèi)數(shù)十波長量

67、級(jí)接收電平的均值變化而產(chǎn)生的損耗，一般遵從Rayleigh(瑞利)分布或Rician(萊斯)分布，其變化率比慢衰落快，故稱它為快衰落，仔細(xì)劃分快衰落又可劃分為空間選擇性衰落、頻率選擇性衰落與時(shí)間選擇性衰落。為了尋找理想的措施來克服多徑傳輸造成的衰落影響，我們首先要研究多徑干擾(快衰落)信道數(shù)學(xué)模型。為了簡(jiǎn)化問題的分析，先不考慮空間域，而僅考慮時(shí)頻域兩維情況，描述它的數(shù)學(xué)模型很多，其中最常用的是一類線性時(shí)變信道模型，即</p>

68、<p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　其中：： 表示到達(dá)的多徑的徑數(shù)；</p><p>　?。罕硎镜贚條路徑的信號(hào)幅度</p><p>　?。罕硎镜贚條路徑相對(duì)第一條路經(jīng)(t=0)的時(shí)延；</p><p>　?。罕硎镜贚條路徑的信號(hào)相位。</p><p>　　為

69、了分析簡(jiǎn)便，有時(shí)往往可以將上述時(shí)變參量進(jìn)一步等效看成時(shí)不變的，這時(shí)</p><p><b>　　（2.2）</b></p><p>　　應(yīng)用中心極限定理，可以將公式(2.1)中h(t，)看成一個(gè)時(shí)變的復(fù)高斯過程，當(dāng)其過程具有零均值時(shí)，在任一瞬間t，包絡(luò)的值是瑞利分布，其概率密度函數(shù)為</p><p><b>　?。?.3）</b

70、></p><p>　　其中為信號(hào)包絡(luò)的均值。</p><p>　　當(dāng)移動(dòng)用戶與基站之間存在直射波信號(hào)時(shí)，信道衰落遵從萊斯分布，其概率密度函數(shù)為h(t，)的均值不再為0，此時(shí)信道衰落遵從萊斯分布，其概率密度函數(shù)為</p><p><b>　　（2.4）</b></p><p>　　其中： 直射波信號(hào)幅度；</

71、p><p>　　為零階修正Bessel函數(shù)。</p><p>　　實(shí)際移動(dòng)信道的多徑干擾，應(yīng)該將空域也考慮進(jìn)去，這時(shí)信道數(shù)學(xué)分析將進(jìn)一步復(fù)雜化。為了簡(jiǎn)化問題的分析，在物理上將移動(dòng)信道看成具有不同延時(shí)、不同頻移ν和不同角度Φ的無限條傳播途徑的總和稱它為符合不相關(guān)的點(diǎn)散模型，它可以引用一個(gè)三維的功率譜擴(kuò)散函數(shù)來描述，若信道滿足廣義平穩(wěn)性，則下述結(jié)論成立</p><p>&l

72、t;b>　　(2.5)</b></p><p>　　上式表示，三維相關(guān)函數(shù)與三維功率譜密度擴(kuò)散函數(shù)p(ξ，ν，φ) 是一傅氏變換對(duì)。而三維擴(kuò)散函數(shù) p(ξ，ν，φ) 是表示接收到的信號(hào)通過隨機(jī)移動(dòng)信道以后，能量在時(shí)域、頻域和角度空間域的擴(kuò)散程度。為了簡(jiǎn)化分析，作為一階近似，可將三維擴(kuò)散程度分別定義為相應(yīng)的等效擴(kuò)散值，即在時(shí)間域上定義等效擴(kuò)散區(qū)間為L，在多普勒頻移域ν上定義等效擴(kuò)散區(qū)間為B，在入射

73、角域φ上定義等效擴(kuò)散區(qū)間為ψ，這時(shí)三維功率擴(kuò)散函數(shù)可以等效為一個(gè)有限的三維體積即</p><p>　　當(dāng)||，||，|| (2.6)</p><p>　　０　　　　　　　　　其它</p><p><b>　　由歸一化條件</b></p><p><b>　　(2.7)</b&g

74、t;</p><p>　　則可分別求得各自等效區(qū)間L，B，與的值：</p><p><b>　　由</b></p><p>　　求得 　　　　　　　　　 (2.8)</p><p><b>　　由　　　　</b></p><p&

75、gt;　　求得 　　　　　　　　　　　　 (2.9)</p><p><b>　　由　　　</b></p><p>　　求得 　　　　　　　　　　　　 (2.10)</p><p>　　同理，三維廣義相關(guān)函數(shù)以等效為一個(gè)有限的三維體積，即</p><p

76、>　　當(dāng)||，||，|| (2.11)</p><p>　?。啊　　　　　　　　　　　　∑渌?lt;/p><p><b>　　再由歸一化條件：</b></p><p>　　(2.12)　　　　　　　　 分別各自求得等效相關(guān)區(qū)間F，T，R值：</p><p><b&g

77、t;　　由　　</b></p><p>　　求得 (2.13)</p><p><b>　　由　　　</b></p><p>　　求得　　 (2.14)</p>&l

78、t;p><b>　　由　　　</b></p><p>　　求得 　 (2.15)</p><p>　　再由公式(2.5)和上述擴(kuò)散函數(shù)與相關(guān)函數(shù)的定義，很容易求得</p><p><b>　　T=1/B</b></p><p

79、>　　F=l/L (2.16)</p><p><b>　　R=λ/ψ</b></p><p>　　這就是要研究的克服三類選擇性衰落(時(shí)間、頻率、空間)的基本依據(jù)。為了基本上克服三類選擇性衰落，可以分別采用不同的手段。為了克服空間選擇性衰落，可采用空間分集手段，但是分集接收機(jī)間的距離要滿足大于3倍波長的基本條件；為了克服

80、頻率選擇性衰落，可采用RAKE接收方式，但是在設(shè)計(jì)RAKE接收時(shí)，必須滿足其頻率相關(guān)區(qū)間一定要大于200kHz，才有多徑分集效果；為了克服時(shí)間選擇性衰落，可采用信道交織技術(shù)，但交織區(qū)間一定要大于83μs。</p><p>　　以前分集技術(shù)只是研究如何將客觀的多徑衰落信道分散的信號(hào)能量有效的收集起來的措施，而在CDMA系統(tǒng)中的分集技術(shù)正是研究如何主動(dòng)的利用信號(hào)設(shè)計(jì)技術(shù)，能將多徑衰落信道分散的信號(hào)能量更為有效的收集起

81、來，即在接收端采用新的接收技術(shù)——RAKE接收。</p><p>　　3 RAKE接收機(jī)原理</p><p><b>　　3.1 一般概念</b></p><p>　　分集技術(shù)是一項(xiàng)主要的抗衰落技術(shù)，它可以大大提高多徑衰落信道下的傳輸可靠性。其中空間分集早期已成功的應(yīng)用于模擬短波通信中。</p><p>　　分集技術(shù)是

82、研究如何充分利用傳輸中的多徑信號(hào)能量，以改善傳輸?shù)目煽啃浴Ｋ彩且豁?xiàng)研究利用信號(hào)的基本參量在時(shí)域、頻域及空域中，如何分散開又如何收集起來的技術(shù)。“分”與“集”是一對(duì)矛盾。從一開始研究如何將客觀的多徑衰落信道分散的信號(hào)能量有效的收集起來的措施，到今天如何主動(dòng)的利用信號(hào)設(shè)計(jì)技術(shù)，能將多徑衰落信道分散的信號(hào)能量更為有效的收集起來，這些都是分集技術(shù)所要研究的內(nèi)容。為了在接收端得到幾乎互相獨(dú)立的不同路徑，可以通過空域、頻域和時(shí)域的不同角度、不同的

83、方法與措施來加以實(shí)現(xiàn)。其中最基本的有如下幾種：</p><p>　　3.1.1 空間分集</p><p>　　利用不同接收地點(diǎn)(空間)收到的信號(hào)衰落的獨(dú)立性，實(shí)現(xiàn)抗衰落的功能?？臻g分集的基本結(jié)構(gòu)為：發(fā)送端一副天線發(fā)送，接收端N部天線接收，如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1空間分集示意圖</p><p>　　接收天線之間距離為d，分

84、集天線數(shù)N越大，分集效果愈好，但是不分集與分集差異較大，屬于質(zhì)變。分集增益正比于分集的數(shù)量N，其改善是有限的，屬于量變，且改善程度隨分集數(shù)量N的增加而逐步減小。在工程上，要在性能與復(fù)雜性間作折衷，一般取N=2~4。</p><p>　　3.1.2 頻率分集</p><p>　　將待發(fā)送的信息，分別調(diào)制在不同的載波上發(fā)送至信道，只要不同的載波之間的間距足夠大，載波間大于△f頻率相關(guān)帶寬F，即

85、</p><p><b>　　f ≧F=1/L</b></p><p>　　其中L為接收信號(hào)時(shí)延功率譜的寬度。</p><p>　　頻率分集的載波間隔大于200kHz。頻率分集與空間分集相比，其優(yōu)點(diǎn)是減少了接收天線與相應(yīng)設(shè)備的數(shù)目；缺點(diǎn)是要占用更多的頻譜資源，并且在發(fā)送端有可能需要采用多部發(fā)射機(jī)。</p><p>　　3

86、.1.3 時(shí)間分集</p><p>　　對(duì)于一個(gè)隨機(jī)衰落的信號(hào)，當(dāng)取樣時(shí)間間隔足夠大時(shí)，兩個(gè)取樣點(diǎn)間的衰落是互不相關(guān)的，利用這一特性可以構(gòu)成時(shí)間分集。將待發(fā)送的信號(hào)每隔一定時(shí)間間隔(大于時(shí)間相關(guān)區(qū)域△T)重復(fù)發(fā)送，在接收端可以得到N條獨(dú)立的分集支路。在時(shí)域上時(shí)間間隔△t應(yīng)大于時(shí)域相關(guān)區(qū)間T，即</p><p><b>　　t≧T=1/B</b></p>

87、<p>　　其中B為多普勒頻移的擴(kuò)散區(qū)間，它與移動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度成正比?？梢姇r(shí)間分集處于靜止?fàn)顟B(tài)的移動(dòng)臺(tái)是無用的。時(shí)間分集與空間分集相比，其優(yōu)點(diǎn)是減少了接收線數(shù)目，缺點(diǎn)是要占用更多的時(shí)隙資源，從而降低了傳輸效率。</p><p>　　上述討論的空間分集、頻率分集等均屬顯分集，它明顯地采用多套設(shè)備在不同時(shí)間、不同頻率接收合并而成，故稱為顯分集。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，分集技術(shù)的實(shí)方法也在不斷的更新。其中最有發(fā)展

88、前途的一種是利用信號(hào)設(shè)計(jì)技術(shù)將分集作用隱在被傳輸?shù)男盘?hào)之中，我們稱之為隱分集。本章將重點(diǎn)介紹多徑分集的RAKE接收技術(shù)——RAKE接收機(jī)原理。</p><p>　　一般的分集技術(shù)把多徑信號(hào)作為干擾來處理，而RAKE接收機(jī)采取變害為利，即利用多徑現(xiàn)象來增強(qiáng)信號(hào)。RAKE接收機(jī)包含多個(gè)相關(guān)器，每個(gè)相關(guān)器接收一個(gè)多路信號(hào)，利用多個(gè)并行相關(guān)器件檢測(cè)多徑信號(hào)，按照一定的準(zhǔn)則合成一路信號(hào)供解調(diào)用的接收機(jī)，其原理框圖如圖3-2

89、所示。</p><p>　　圖３-２　RAKE接收機(jī)框圖</p><p>　　3.2 RAKE接收的基本原理</p><p>　　在移動(dòng)通信中，為了便于移動(dòng)站的使用，特別是手持終端，如手機(jī)等，移動(dòng)站的天線通常采用無方向性的低增益天線，移動(dòng)站接收來自各個(gè)方向的電磁波，并向各個(gè)方向發(fā)射電磁波，電波傳播路徑變得復(fù)雜和多途徑，通過不同路徑到達(dá)接收天線的信號(hào)，由于路徑不同造成

90、傳播時(shí)延的不同，各信號(hào)在接收天線處的相位不同，相同相位的信號(hào)互相疊加，使得信號(hào)得以加強(qiáng)，而相反相位的信號(hào)互相疊加，使得信號(hào)相互抵消。這種接收信號(hào)無規(guī)律的強(qiáng)弱起伏就是電波傳播中的衰落效應(yīng)。對(duì)抗衰落效應(yīng)的措施之一是信號(hào)的分集接收，如頻率分集、空間分集、時(shí)間分集、極化分集、多徑分集、和其他各種隱分集技術(shù)。其中的多徑分集在 CDMA系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)方法就是RAKE接收機(jī)技術(shù)。由于在 CDMA系統(tǒng)中，信號(hào)的檢測(cè)是通 過檢測(cè)本地樣本信號(hào)與接收信號(hào)之間的

91、相關(guān)性的方式進(jìn)行的，只要不同路徑信號(hào)之間的傳播時(shí)延差大于chip寬度Tc，就能通過信號(hào)相關(guān)性檢測(cè)把它們分辯出來，加以收集利用，RAKE接收機(jī)就是針對(duì)這一基本原理設(shè)計(jì)的。</p><p>　　3.2.1 移動(dòng)通信中傳播的多徑效應(yīng)</p><p>　　由于移動(dòng)通信中傳播的多徑效應(yīng)，引入接收信號(hào)時(shí)延功率譜的擴(kuò)散，其中最典型的有兩類：</p><p>　　(l) 連續(xù)型時(shí)延

92、功率譜它一般出現(xiàn)在繁華市區(qū)，由密集建筑物反射而形成。連續(xù)型時(shí)延功率譜如圖3-3-1所示。</p><p>　　(2) 離散時(shí)延功率譜</p><p>　　在一般非繁華、非密集建筑群區(qū)，時(shí)延功率譜是離散的。其離散型時(shí)延功率譜如圖3-3-2所示。</p><p>　　圖3-3-1 連續(xù)型時(shí)延功率譜 圖3-3-2 離散型時(shí)延功率譜</p&g

93、t;<p>　　如何能設(shè)法將擴(kuò)散的時(shí)延功率充分利用起來，這是工程設(shè)計(jì)者要重點(diǎn)研究的問題。它可以形象的用下列信號(hào)矢量來表示。</p><p>　　3.2.2 RAKE接收用信號(hào)矢量的直觀表示</p><p>　　(1)無RAKE接收時(shí)，多徑信號(hào)的矢量合成如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4 多徑信號(hào)的矢量合成圖</p><p

94、>　　(2)采用RAKE接收后的合成矢量如圖3-5所示。</p><p>　　圖3-5利用RAKE接收（相干檢測(cè)）后的矢量合成圖</p><p>　　(3)由于用戶的隨機(jī)移動(dòng)性，接收到的多徑分量的數(shù)量、大小(幅度)、時(shí)延、相位均為隨機(jī)量，因而合成矢量也是一個(gè)隨機(jī)量。但是若能通過RAKE接收，將各路徑分離開，相位校準(zhǔn)，加以利用，則隨機(jī)的矢量和將可以變成比較穩(wěn)定的代數(shù)和而加以利用。當(dāng)然這

95、一分離、處理和利用的設(shè)想是在宏觀分區(qū)域含義完成的，而不可能是針對(duì)所有實(shí)際傳播路徑而言的。</p><p>　　因此問題可歸結(jié)為如何才能設(shè)計(jì)出分離宏觀分區(qū)含義下的多徑。它屬于發(fā)送端信號(hào)的設(shè)計(jì)問題。</p><p>　　3.2.3 有效利用時(shí)延功率譜</p><p>　　利用寬頻帶的擴(kuò)頻信號(hào)的相關(guān)理論，可以將上述連續(xù)或離散的時(shí)延功率譜擴(kuò)散分量加以分離、處理，最后達(dá)到合并

96、起來加以有效的利用。</p><p>　　1．對(duì)上述時(shí)延功率譜的利用效率，決定于多徑時(shí)延寬度與多徑分離的能力，即能分離出多少路徑，而路徑的分辨率則取決于擴(kuò)頻增益與擴(kuò)頻帶寬。</p><p>　　2．對(duì)于IS-95，在城市繁華區(qū)多徑時(shí)延△τ≌5μs左右，而IS-95的擴(kuò)頻信號(hào)帶寬為1.25MHz，頻率分集的載波間隔應(yīng)大于200kHz。</p><p>　　3.3 基站

97、RAKE接收系統(tǒng)模型</p><p>　　3.3.1 RAKE接收總體結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　RAKE接收的實(shí)現(xiàn)方法可以有多種方案，在這里結(jié)合IS-95，介紹RAKE接收的實(shí)現(xiàn)原理。由于在IS-95中下行(前向)鏈路是同步碼分，而上行（反向）是異步碼分，因此上、下行RAKE接收機(jī)結(jié)構(gòu)也有所不同，下行RAKE接收為相干檢測(cè)，上行為非相干檢測(cè)。下面介紹上行基站非相干檢測(cè)RAKE接收。&l

98、t;/p><p>　　圖3-6 基站RAKE接收總體結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　(1)系統(tǒng)中每個(gè)蜂窩小區(qū)分為3個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)有一個(gè)發(fā)射天線兩個(gè)接收天線，即采用空間分集，因此每個(gè)小區(qū)共有6個(gè)接收天線，即，，，， ，</p><p>　　(2)框圖中的時(shí)鐘產(chǎn)生單元：利用基站GPS收到標(biāo)準(zhǔn)偶秒(25)信號(hào)和本地19.6608MHz晶振產(chǎn)RAKE接收機(jī)所需的各類定時(shí)時(shí)鐘信號(hào)：

99、8倍PN碼時(shí)鐘、即80ms、PP 2s以及20ms幀定時(shí)等。</p><p>　　(3)信道板CPU控制單元：控制并協(xié)調(diào)發(fā)送、接收各單元的操作，搜索器的搜索結(jié)果也將送入CPU進(jìn)行選擇、判斷，并將搜索到的4個(gè)最強(qiáng)路徑相位信息分別送入4個(gè)數(shù)據(jù)解調(diào)單元。</p><p>　　(4)地址譯碼單元：產(chǎn)生各個(gè)模塊所需要的偽碼地址信號(hào)。</p><p>　　(5)搜索單元：用于搜

100、索接收信號(hào)的偽碼(PN碼)相位，其作用是在3個(gè)扇區(qū)的6個(gè)接收信號(hào)源中搜索其中4個(gè)最強(qiáng)路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)解調(diào)，每個(gè)搜索器實(shí)際包含多個(gè)并行搜索單元。</p><p>　　(6)數(shù)據(jù)解調(diào)器：IS-95基站中有4個(gè)數(shù)據(jù)解調(diào)器，即RAKE接收機(jī)的4個(gè)“Finger”。用于對(duì)搜索器搜索到的4個(gè)強(qiáng)徑進(jìn)行數(shù)據(jù)解調(diào)，并將解調(diào)結(jié)果輸出到路徑合并器進(jìn)行合并，即實(shí)現(xiàn)分集合并過程。再進(jìn)行解交織和維特比譯碼器進(jìn)行譯碼。此外，每個(gè)解調(diào)器內(nèi)還有一個(gè)單

101、元，即跟蹤回路用于對(duì)路徑的相位進(jìn)行精調(diào)。</p><p>　　3.3.2 RAKE接收核心部件為數(shù)據(jù)解調(diào)器與搜索跟蹤器</p><p>　　(1) 數(shù)據(jù)解調(diào)結(jié)構(gòu)</p><p>　　基站RAKE接收的數(shù)據(jù)解調(diào)器結(jié)構(gòu)如圖3-7所示。從每小區(qū)6個(gè)接收天線，，，， ，接收到的射頻信號(hào)經(jīng)過射頻解調(diào)降至零頻基帶信號(hào)，分為同相與正交I，Q兩路送入PN碼解擴(kuò)與復(fù)相關(guān)器進(jìn)行搜索。&

102、lt;/p><p><b>　　。</b></p><p>　　圖3-7 基站RAKE接收數(shù)據(jù)解調(diào)器框圖</p><p>　　搜索器將搜索到的4個(gè)強(qiáng)徑信號(hào)和PN碼相位參數(shù)送入4個(gè)數(shù)據(jù)解調(diào)器，4個(gè)支路的平方相加器的輸出結(jié)果，送入分集路徑合并器，將4個(gè)分集路徑的信號(hào)能量對(duì)應(yīng)相加，再生軟判決信號(hào)，其過程即為分集合并，如圖3-8所示</p>

103、<p>　　這一能量合并等效最大比合并，它是一種最佳合并，即分集各支路經(jīng)過相位調(diào)整后，按適當(dāng)?shù)脑鲆嫦禂?shù)(平方)同相相加。</p><p>　　圖3-8分集路徑合并原理框圖</p><p>　　最佳的合并方式是用最大比合并。三種合并方式最有效的方式就是最大比合并。</p><p>　　(2)搜索器結(jié)構(gòu)與搜索策略</p><p>　　系

104、統(tǒng)同步是系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)。在RAKE接收中，搜索器的作用是基站對(duì)移動(dòng)臺(tái)發(fā)送的信號(hào)進(jìn)行相位搜索，以尋找4個(gè)最強(qiáng)的傳輸路徑用于解調(diào)?；臼紫葘?duì)移動(dòng)臺(tái)發(fā)送的接入信道信號(hào)進(jìn)行搜索、捕獲，成功之后獲得接入信息并與移動(dòng)臺(tái)建立通信鏈路，再對(duì)移動(dòng)臺(tái)的業(yè)務(wù)信道進(jìn)行搜索，然后進(jìn)入解調(diào)狀態(tài)。在解調(diào)的同時(shí)，搜索器仍繼續(xù)搜索其它可能存在的強(qiáng)徑，每個(gè)解調(diào)器的跟蹤回路則對(duì)解調(diào)器的PN碼相位進(jìn)行微調(diào)。</p><p>　　搜索器有三種工作狀態(tài)

105、：</p><p>　?、俪跏妓阉鳎夯舅阉鹘尤胄诺溃员闩c發(fā)起呼叫的移動(dòng)臺(tái)建立通信鏈路。</p><p>　?、诮庹{(diào)中的搜索：開始解調(diào)后，搜索器繼續(xù)搜索，尋求其它可能存在的強(qiáng)徑，此時(shí)基站在搜索時(shí)要做完整的基帶非相干解調(diào)處理</p><p>　?、鄹浨袚Q搜索：當(dāng)移動(dòng)臺(tái)發(fā)起切換請(qǐng)求時(shí)，2個(gè)搜索器必須搜索源扇區(qū)的信號(hào)和切換目標(biāo)扇區(qū)的信號(hào)，直至切換完成。</p&g

106、t;<p>　　3.4 移動(dòng)臺(tái)RAKE接收系統(tǒng)模型</p><p>　　上面所介紹的基站RAKE是屬于上行(反向)信道，上行信道是“多點(diǎn)對(duì)一點(diǎn)”的通信鏈路，基站用它接收多個(gè)用戶信號(hào)，由于上行是異步碼分，因此采用非相干檢測(cè)，但是對(duì)于多徑信號(hào)的搜索與跟蹤仍然是必須解決的先決條件。</p><p>　　移動(dòng)臺(tái)RAKE接收則是屬于下行(前向)信道，下行信道是“一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)”的通信鏈路，

107、多個(gè)用戶利用它接收來自同一基站的信號(hào)。下行信道中基站專門設(shè)置了導(dǎo)頻信道，且給予較大的功率分配，它可供移動(dòng)臺(tái)搜索、跟蹤、相干解調(diào)提供了參考信號(hào)。因而移動(dòng)臺(tái)RAKE接收與基站RAKE接收基本原理完全一樣，只是移動(dòng)臺(tái)可以利用導(dǎo)頻信道進(jìn)行同步碼分、相干檢測(cè)。這說明每一個(gè)用戶信號(hào)都可鎖定在導(dǎo)頻序列上進(jìn)行相干檢測(cè)，而路徑時(shí)延只需要通過導(dǎo)頻序列來搜索即可。 </p><p>　　由于在移動(dòng)

108、通信中存在著嚴(yán)重的多徑衰落，它影響傳輸?shù)目煽啃?，為了提高可靠性往往在接收端引入分集技術(shù)，如空間分集以及多徑隱分集的RAKE接收技術(shù)。但是，有些分集技術(shù)比如空間分集只適于基站，而移動(dòng)臺(tái)由于體積、價(jià)格以及電池容量等方面的限制，使得多重天線的空間分集幾乎不可行。</p><p>　　為了改善下行傳輸條件，可以利用線性系統(tǒng)的互易原理，將體積嚴(yán)重受限的移動(dòng)臺(tái)的接收端分集技術(shù)等效地搬至發(fā)送端來實(shí)現(xiàn)，這就是所謂的發(fā)送分集技術(shù)。