《数字通信技术 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 教学课件 ppt 作者 张杭 张邦宁 郭道省 王孝国 陈瑾 08-2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字通信技术 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 教学课件 ppt 作者 张杭 张邦宁 郭道省 王孝国 陈瑾 08-2（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、8.2 Rake接收机,3,内容和要求,内容目的 了解Rake接收技术的背景 掌握Rake接收的原理 了解Rake接收的设计考虑 了解Rake接收的方式 要求 难点为Rake接收机的基本原理与DSSS频谱扩展参数的选择，要求掌握常规Rake接收机的设计方法。,4,无线信号的传输方式 发送信号为： 接收：接收信号与本地扩频码相乘之后积分输出：,一、直接序列扩频通信的基本方式,5,2、直接序列扩频信号在解扩器中的特点 收信号s(t)中的扩频码与本地扩频码 同相，即 ，则可以解扩出数据 。 如果相位相差大于1个码片宽度，即 ，则无信号输出。,一、直接序列扩频通信的基本方式,6,1、无多径传输的情况
2、接收信号：,正常接收,二、直接序列扩频信号的可分解性,7,2、具有多径传输的情况 接收信号： 如果只用一个解扩相关器，则 只能接收其中第一个多径支路信号，而其它支路信号则无信号输出。 如果采用两个解扩支路，则 、 能接收其中二个多径支路信号，而其它多径支路信号则无信号输出。 推广：每一条解扩支路可以分解一条多径信号。,二、直接序列扩频信号的可分解性,8,3、直扩信号在多径接收下的路径可分解条件 所有多径分支的延时间隔大于1个切片宽度。 重要结论：对于直接序列扩频信号，在接收端可以通过地址码实现对多径信号的分离。 由于这种接收机由多个相关支路组成，结构类似于耙地用的耙子，因而英文名称之为“Rak
3、e接收机”。 Rake接收可以看成分集的一种，因而其对信号的合并算法与前面分集接收机中类似。,二、直接序列扩频信号的可分解性,9,探讨 直接序列扩频的Rake接收原理：可以看成一种分集技术（需讨论）。 直接序列扩频的Rake接收原理：可以看成一种时间分集接收技术（需讨论）。,二、直接序列扩频信号的可分解性,10,1、Rake接收机的结构 对每个路径使用一个相关接收机，各相关接收机与被接收信号的一个延迟形式相关； 然后对每个相关器的输出进行进行加权延时，并把加权后的输出相加合成一个输出，以提供优于单路相关器的信号检测； 然后在此基础上进行解调和判决。,三、Rake接收机的工作原理,11,Rake
4、接收机的结构框图,三、Rake接收机的工作原理,12,2、Rake接收机的设计目标 使到达判决器信号的信噪比达到最大。 对图8.7中的举例进行讨论： Rake接收机给性能带来了什么好处？ 为什么在二个接收支路中，相关输出的信号电平产生了波动：是由于接收噪声引起的？还是由于其它因素？,三、Rake接收机的工作原理,13,3、Rake接收机的需解决的问题 多径状态检测（延时与幅度） 多径信号的合成 4、多径状态检测 在Rake接收机中，可以通过设置专门的搜索相关器，它主要负责对可能存在的多径支路进行检测：检测多径支路的延时与幅度相位大小。,三、Rake接收机的工作原理,14,5、信号合并技术 选择
5、性合并（SD） 最大比值合并（MRC） 等增益合并（EGC）,在三类信号合并技术上，选择性合并技术最简单，而一般情况下性能也最差。,三、Rake接收机的工作原理,15,最大比值合并（MRC） 加权系数 ： 特点：最大比信号合并技术将保证在检测器的输入端具有最大的信噪比。,三、Rake接收机的工作原理,16,等增益合并合并（MRC） 等增益合并可能不如选择性合并 原因：等增益合并RAKE接收机只有一条支路接收到较强的信号，而其它支路只收到很少的信号能量，降低了等增益合并RAKE接收机的信噪比。 采用方法：RAKE接收机的每个支路设置一个门限，当信号电平低于门限值时将该支路关闭。,三、Rake接收
6、机的工作原理,17,6、Rake接收机的特点 能有效地克服多径对无线信号的传输； 具有最简单的中频传输接收硬件。,三、Rake接收机的工作原理,18,1、接收机复杂度与扩频带宽间的关系 扩频接收机的实现复杂性与其扩频带宽成正比，扩频带宽越大，则实现复杂度呈线性上升关系。 2、扩频接收机对时间的分辨率与扩频带宽间的关系 扩频带宽（系统带宽）为W的扩频信号的时间分辨率为1W，一般的扩频接收机只有一个相关器，接收时间窗TW1W内的多径信号能量，时间窗TW外的多径信号则被抑制掉了。从对多径信号的分离上而言，希望扩频带宽越宽越好。,四、信号参数的选择,19,3、扩频带宽与接收分支信号衰落特性的关系 由于
7、扩频接收机单支路只能观察到时间窗TW1W内的多径信号。时间窗口越宽，该信号衰落越严重。 4、扩频带宽的选择应考虑到不产生码间串扰 时间窗口的宽度与传输符号的宽度应不有可比性。从而保证其对于传输信息而言是一个非频率选择性衰落。 5、扩频带宽与分支数之间折衷 个分支的Rake接收机，其有效接收时间为TWLW内的多径信号（L为RAKE接收机的支路数）。希望个分支能接收大部分的多径信号。,四、信号参数的选择,20,举例 如果多径信道的最大时延为3s（室内信道的典型值），用IS-95 CDMA的1.25MHz扩频带宽，时间分辨率约1s，用3个支路的等增益合并或最大比值合并RAKE接收机就几乎可以接收到所
8、有的信号能量。 若用10MHz的扩频带宽、时间分辨率为0.1s，用3个支路的等增益合并或最大比值合并RAKE接收机只能收到时间窗TW0.3s（3s）内的多径信号能量，收到的信号能量只占总能量的一小部分。 对于IS-95 CDMA系统，多径特性的现场测试表明，不同路径数的概率分布是：3路径为20，2路径为50，1路径为28。这说明，RAKE接收机至少要具有处理3个路径的分集能力，考虑到具体实现的复杂度，IS-95 CDMA基站使用4重分集，移动台采用3重分集。,四、信号参数的选择,21,6、结论 对于微小区或市内通信环境，多径时延比较小，需要用宽带扩频信号，以保证有足够多的可分离的多径信号，实现
9、有效地RAKE接收。 对于市区环境的小区，多径时延较大，如果用宽带扩频信号，则需要多支路数的RAKE接收机，硬件复杂度高。,四、信号参数的选择,22,1、检测后积分（PDI）多径接收机 实现方案 是采地址码匹配滤波，在一个积分时间等于多径扩展 秒进行积分输出。,五、Rake接收机中信号合并方式,23,各部件作用 地址码匹配滤波器：检测所有可分辨多径支路。 积分器：在确定时延扩展区内对所有分辨出的多径分支进行信号合并。 要求 即 不能大于码元宽度Tb，否则多径分落到相邻码元中而造成码间干扰。,五、Rake接收机中信号合并方式,24,特点 实现简单； 没有利用多径的参考信息，影响分集效果； 抗噪声
10、性能差：把 秒范围中的干扰与噪声包含进去。 改进方法 可对多个峰值进行筛选，把那些幅度明显大于噪声背景的多径分量取出，并按一定规则合并。,五、Rake接收机中信号合并方式,25,具有信道参数测量的DPSK-RAKE接收机 实现方案： 是采地址码匹配滤波 多径信道特性检测 最大比信号合并,五、Rake接收机中信号合并方式,26,多径特性检测 为了获得信道参数，可采用探测信号，探测信号可以是专门的信号（训练序列），也可以使数据信号本身，接收机通过接收探测信号来估计信道参数 和 。 特点 复杂度高 最佳性能,五、Rake接收机中信号合并方式,27,3、具有信道参数测量的DPSK-DRAKE接收机 实
11、现方案：同DPSK-Rake接收机。对信道多径的幅度、相位特性不进行估计。,五、Rake接收机中信号合并方式,28,并行相关RAKE接收机 上述Rake接收机存在问题：要求采用扩频地址码匹配滤波，因而系统硬件结构复杂。 改进：方案如下图,五、Rake接收机中信号合并方式,29,部件作用 搜索器的作用是搜索所有多径，估计出多径的相位、到达时刻和强度参数。 并行相关器按照搜索器的参数对特定多径信道进行接收，并实现最大比信号合并。 特点 结构简单 性能优良,五、Rake接收机中信号合并方式,30,举例 对于IS-95CDMA系统，基站中的RAKE接收机有4个并行相关器和2个搜索相关器组成，基站接收机无法得到多径信号的相位信息，一般采用非相关最大比值合并准则；而移动台中的RAKE接收机有3个并行相关器和一个搜索相关器组成，它可利用基站发送的导频信号估计出多径信号的相位、到达时刻和强度参数。,五、Rake接收机中信号合并方式,31,总结,本节课主要讲解了以下内容 Rake接收技术的背景 Rake接收的原理 Rake接收的设计考虑 Rake接收的方式,32,作业与思考题,8.3 请说明RAKE分集与传统分集的差异及适用场合 。 8.4 请简要说明RAKE接收机的工作原理 。,谢 谢！,
