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移动通信原理与设备
1.5.4.2 4.4.2 RAKE接收机

4.4.2 RAKE接收机

RAKE接收机也称为多径接收机,即是指移动台中有多个RAKE接收机,由于无线信号传播中存在多径效应,因此基站发出的信号会经过不同的路径到达移动台处,经不同路径到达移动台处的信号的时间是不同的,如果两个信号到达移动台处的时间差超过一个信号码元的宽度,RAKE接收机就可将其分别成功解调,移动台将各个RAKE接收机收到的信号进行矢量相加(即对不同时间到达移动台的信号进行不同的时间延迟达到同相),每个接收机可单独接收一路多径信号,这样移动台就可以处理几个多径分量,达到抗多径衰落的目的,提高移动台的接收性能。基站对每个移动台信号的接收也是采用同样的道理,即也采用多个RAKE接收机。另外,在移动台进行软切换的时候,也正是由于使用不同的RAKE接收机接收不同基站的信号才得以实现。

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,如多径信号的矢量合成图如图4-28(a)所示,若采用RAKE接收机,多径信号的合成,如多径信号的矢量合成图如图4-28(b)所示。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。

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图4-28矢量合成图

根据CDMA系统中可分离的径的概念,当两信号的多径时延相差大于一个扩频码片宽度时,可以认为这两个信号是不相关的,或者说是路径可分离的。反应在频域上,即信号的传输带宽大于信号的相干带宽时,认为这两个信号是不相关的,或者说是路径可分离的。由于CDMA系统是宽带传输的,所有信道共享频率资源,所以CDMA系统可以使用RAKE接收技术,而其他两种多址技术TDMA、FDMA则无法使用。

M支路RAKE接收机如图4-29所示,图中多个相关器分别检测多径信号中最强的M个支路信号,然后对每个相关器的输出进行加权及合并,最后进行检测和判决。

M个相关器的输出分别为Z1,Z2,…,ZM,其权重分别为α1,α2,…,αM,权重大小是由各支路的输出功率或SNR决定的。如果支路的输出功率或SNR小,那么相应的权重就小。

正如最大比率合并分集方案一样,总的输出信号Z'为

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图4-29 M支路RAKE接收机