文档介绍：通信系统设计报告
--多径直扩系统的RAKE接收机
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多径直扩系统的rake接收机设计
摘要
本论文是基于多径的直接扩频rake接收机的设计。利用m码对信息序列进行直接扩频,在三条路径传播并加载高斯白噪声,然后进行解扩,得到解扩后的序列,并其计算误码率。接收技术是第三代CDMA移动通信系统中的一项重要技术。在CDMA移动通信系统中,由于信号带宽较宽,存在着复杂的多径无线电信号,通信受到多径衰落的影响。RAKE接收技术实际上是一种多径分集接收技术,可以在时间上分辨出细微的多径信号,对这些分辨出来的多径信号分别进行加权调整、使之复合成加强的信号。由于该接收机中横向滤波器具有类似于锯齿状的抽头,就像耙子一样,故称该接收机为RAKE接收机。
关键字:直接扩频,rake接收机,三条路径,高斯白噪声
一、直扩系统接收机组成及解扩方式
直扩系统的相关接收, 首先需要相关解扩, 直扩系统的相关解扩主要由相关器或匹配滤波器完成。直扩系统的解扩方式通常采用外差式相关或基带相关方式。随着专用器件和专用集成电路的发展, 相关处理的方式有向中频相关和基带相关方向发展的趋势。直扩系统的接收机的组成如图1所示。

图 1直扩系统接收机组成
图1中, 接收到的信号中有需要的直扩信号, 也有各种干扰(如单频或窄带连续载波、宽带干扰等), 还有接收机内部的噪声。解扩的过程相当于一次扩频过程, 但解扩器对不同的输入信号所起的作用是不同的。
二、直扩信号的相关处理
直扩信号的相关处理, 是用与发端伪随机序列同步的本地参考信号对接收到的信号进行相关处理。使有用信号由宽带信号恢复为窄带信号, 而将干扰信号扩展, 降低干扰信号的谱密度, 使之进入到信号频带内的功率下降。从而使系统获得处理增益, 提高系统的抗干扰能力。
根据图1, 设接收机经混频后的中频信号为
rI(t)=sI(t)+nI(t)+JI(t) (1)
其中
(2)
本地产生的伪随机序列为c′(t), 经相关器的相乘(后接中频窄带滤波器)后可得信息分量为
(3)
若扩频码已完成同步, 有c(t)·c′(t)=1, 这样
(4)
经解调可以恢复出传输的信号a(t)。
经相关后的噪声分量和干扰分量分别为
和
三、直扩系统的抗干扰性能
直扩系统最重要的应用就是在军事通信中作为一种具有很强抗干扰性的通信手段。在实际中我们遇到的干扰主要有下面几种: 白噪声干扰或宽带噪声干扰、部分频带噪声干扰、单频及窄带干扰、脉冲干扰以及多径干扰等。在实际应用中, 应根据干扰情况, 确定直扩系统的处理增益和其它参数, 使之达到可靠通信的目的。本设计为实现简单的三径接收机系统,故只考虑加入高斯白噪声,以及多径干扰问题。
1)多径干扰
多径干扰是由于电波在传播过程中遇到各种反射体(如电离层、对流层、高山和建筑物等)引起的反射或散射, 在接收端收到的直接路径信号与反射路径信号产生的群反射信号之间的随机干涉形成的。
2)直扩系统的抗多径能力
直扩系统具有较强的抗多径干扰的能力, 其抗多径效应的机理主要在于:
(1) 直扩系统是一种宽带系统, 尽管在通信中一部分频谱可能被衰落, 但不会带来太大的恶化。
(2) 伪随机序列具有尖锐的自相关特性, 因而对多径效应不敏感。
(3) 当码元Tc相当窄且伪码码长很长时, 系统的频谱很宽, 反射回来的多径频率分量不可能同时到达接收点, 形成的多径干扰信号就被削弱, 对接收有用信号影响不大。

四、RAKE接收机的原理
RAKE接收机的基本原理就是将那些幅度明显大于噪声背景的多径分量取出,对它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。
由于用户的随机移动性,接收到的多径分量的数量、幅度大小、时延、相位均为随机量。
若无RAKE接收机,多径信号的合成如图2 (a)所示,若采用RAKE接收机,多径信号的合成如图2 (b)所示。
图2 多径信号的矢量合成图
可见,通过RAKE接收,将各路径分离开,相位校准,加以利用,变矢量相加为代数相加,有效地利用了多径分量。
RAKE接收机分集的度量取决于多径时延宽度和多径分离的能力。
图3 RAKE接收机信道模型
在最大时延扩展为m的多径衰落信道中,RAKE的概念就是采用一种特定的宽带传输信号,其带宽W远远大于信道的相干带宽m,根据可分离的多径的概念,这种情况下可分离的多径数为L。于是RAKE接收机采用L个相关器,相邻相关器所处理的时延之差为1/W,每个相关器只从总的接收信号中提取相应延时的那部分多径信号。采用分集合并接收技术是十分有效的抗多