RAKE接收機(jī)MATLAB仿真

使用MATLAB實(shí)現(xiàn)CDMA系統(tǒng)的Rake接收機(jī)。假設(shè)信源輸出用16位Walsh碼擴(kuò)頻，進(jìn)入接收機(jī)的有3徑（即N=3）；假設(shè)每條徑之間延時(shí)半個(gè)碼片，為了進(jìn)行仿真，對(duì)Walsh碼進(jìn)行擴(kuò)展，每個(gè)碼字重復(fù)一次，則長度擴(kuò)展為32位，如[1 1 0]擴(kuò)展為[1 1 1 1 0 0]。接收機(jī)接收解擴(kuò)判決輸出，利用的是最大比合并。

%接收到的三徑信號(hào)以及噪聲信號(hào)

demp=p1*path1+p2*path2+p3*path3+noise;

dt=reshape(demp,32,Dlen)';

%將Walsh碼重復(fù)為兩次

Wal16_d(1:2:31)=Wal16(8,1:16);

Wal16_d(2:2:32)=Wal16(8,1:16);

rdata1=dt*Wal16_d(1,:).'; %解擴(kuò)后rdata1為第一徑輸出

Wal16_delay1(1,2:32)=Wal16_d(1,1:31); %將Walsh碼延遲半個(gè)碼片

rdata2=dt*Wal16_delay1(1,:).'; %解擴(kuò)后rdata2為第二徑輸出

%將Walsh碼延遲一個(gè)碼片

Wal16_delay2(1,3:32)=Wal16_d(1,1:30);

Wal16_delay2(1,1:2)=Wal16_d(1,31:32);

rdata3=dt*Wal16_delay2(1,:).'; %解擴(kuò)后rdata3為第三徑輸出

p= rdata1'*rdata1+ rdata2'*rdata2+ rdata3'*rdata3;

u1= rdata1'*rdata1/p;

u2= rdata2'*rdata2/p;

u3= rdata3'*rdata3/p;

%最大值合并

u=[u1,u2,u3];

%各路徑所占的功率因子

maxu=max(u);

if(maxu==u1)

rd_m3=real(rdata1);else if(maxu==u2)

rd_m3=real(rdata2);

else rd_m3=real(rdata3);

end

end

WCDMA中的RAKE接收機(jī)的一種實(shí)現(xiàn)方案如圖所示。在圖中，RAKE接收機(jī)的每個(gè)finger由內(nèi)插/下抽樣、解擾、數(shù)據(jù)信道解擴(kuò)、抽樣、相位補(bǔ)償、導(dǎo)頻信道解擴(kuò)、抽樣時(shí)鐘偏移跟蹤、定時(shí)跟蹤、相位誤差跟蹤等單元組成；而擾碼捕獲、多徑捕獲、RAKE finger控制等單元是整個(gè)解擴(kuò)解調(diào)接收機(jī)的控制部分。RAKE接收機(jī)的每個(gè)finger負(fù)責(zé)每個(gè)多徑的接收與跟蹤，其中還包括信道參數(shù)的估計(jì)和補(bǔ)償，RAKE接收機(jī)的控制部分負(fù)責(zé)多徑捕獲和多徑信號(hào)取舍，合并單元將從各個(gè)finger中獲得的解擴(kuò)解調(diào)信號(hào)按一定的算法進(jìn)行合并，以便有效地檢測用戶信息比特。

由推導(dǎo)可以得到AREK接收機(jī)的一種實(shí)現(xiàn)模型，如圖所示。圖中把接收數(shù)據(jù)送入RA此接收機(jī)的各指峰finger，在每個(gè)fillger中首先對(duì)接收數(shù)據(jù)做下抽樣和時(shí)延調(diào)整，保證各finger 均獲得有效的計(jì)算數(shù)據(jù)，并且使每個(gè)chip周期內(nèi)有一個(gè)抽樣值；接著是與本地?cái)U(kuò)頻地址碼進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，隨后在整個(gè)擴(kuò)頻地址碼長度內(nèi)求平均，并以符號(hào)長度為周期抽樣，然后將各finger的計(jì)算值乘以信道加權(quán)系數(shù)口，后合并相加，最后得到RAKE 接收輸出值x(t)

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。

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。

1956年，Prcie和Green提出了具有抗多徑衰落的RAEK 接收機(jī)概念：1937年，F(xiàn)orney提出的基于已知信道特性的最大似然序列檢測器(MLSD)，這是一種最優(yōu)的單用戶接收機(jī)。美國QUALCOMM公司在80 年代堅(jiān)持研究DS-CDMA技術(shù)，1989年，QUALCOMM公司進(jìn)行了首次CDMA實(shí)驗(yàn)。驗(yàn)證了DS擴(kuò)頻信號(hào)波形非常適合多徑信道的傳輸，以及RAKE接收機(jī)、功率控制和軟切換等CDMA的關(guān)鍵技術(shù) 。在 1996年推動(dòng)了窄帶CDMA IS-95商用運(yùn)行，讓RAKE接收機(jī)產(chǎn)業(yè)化，同時(shí)也推動(dòng)了RAKE接收技術(shù)的長足發(fā)展。

面對(duì)未來的發(fā)展，RAKE接收機(jī)將同三項(xiàng)關(guān)鍵革新技術(shù)相結(jié)合：智能天線技術(shù)、多用戶檢測、MIMO系統(tǒng)。目前研究的熱點(diǎn)包括：RAKE接收機(jī)如何降低復(fù)雜度；多用戶檢測的最優(yōu)算法；MIMO系統(tǒng)與OFDM的結(jié)合等。

我們對(duì)反向信道Rake接收行為作蒙特卡羅仿真，并對(duì)系統(tǒng)作以下簡化:

1.對(duì)Rake性能的影響接收性能作仿真，不考慮卷積編譯碼、交織與解交織

系統(tǒng)。設(shè)信息比特速率為DS-UWB最高速率，不進(jìn)行符號(hào)重復(fù)；

2.對(duì)基帶信號(hào)作仿真，忽略基帶濾波器和載波調(diào)制方式的影響。

3.系統(tǒng)抽樣時(shí)間為PN碼片速率8倍

4. Rayleigh衰落沖擊響應(yīng)數(shù)據(jù)通過Jakes模型導(dǎo)出，最大多普勒頻移為140Hz，采用COST-207城市模型。 數(shù)據(jù)接收完畢后，通過比較接收序列與原始隨機(jī)序列，可以得到Rake接收

機(jī)在當(dāng)前噪聲環(huán)境下的誤碼率。仿真結(jié)果如圖所示。

圖中，仿真結(jié)果以誤碼率（BER/FEF）和信躁比（E/N）的關(guān)系曲線給出，E/N通過改變I值計(jì)算并顯示相應(yīng)的BER或FER，平均導(dǎo)頻信道功率表現(xiàn)為移動(dòng)臺(tái)天線處的接受功率譜密度。從仿真過程可以看出，RAKE接收機(jī)能比較好的解決多徑問題。白噪聲干擾對(duì)Rake接收機(jī)誤碼率影響不大，而隨著干擾用戶功率增加，Rake接收機(jī)的誤碼率迅速上升。

平方型接收機(jī)是利用載波信號(hào)的平方技術(shù)去掉調(diào)制信號(hào),來恢復(fù)完整的載波信號(hào)，通過相位計(jì)測定接收機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的載波信號(hào)與接收到的載波信號(hào)之間的相位差，測定偽距觀測值。

英文:watch receiver

一種無線電接收機(jī)，它僅有一部分連續(xù)工作，當(dāng)接收到一個(gè)在調(diào)諧頻率上的信號(hào)(可能是已編碼的)，就可啟動(dòng)接收機(jī)及其各種相關(guān)裝置的全部工作.

用途分類

1、導(dǎo)航型接收機(jī)。此類型接收機(jī)主要用于運(yùn)動(dòng)載體的導(dǎo)航，它可以實(shí)時(shí)給出載體的位置和速度。這類接收機(jī)一般采用C/A碼偽距測量，單點(diǎn)實(shí)時(shí)定位精度較低，一般為±25mm，有SA影響時(shí)為±100mm。這類接收機(jī)價(jià)格便宜，應(yīng)用廣泛。根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同，此類接收機(jī)還可以進(jìn)一步分為:車載型--用于車輛導(dǎo)航定位;航海型--用于船舶導(dǎo)航定位;航空型--用于飛機(jī)導(dǎo)航定位。由于飛機(jī)運(yùn)行速度快，因此，在航空上用的接收機(jī)要求能適應(yīng)高速運(yùn)動(dòng)。星載型--用于衛(wèi)星的導(dǎo)航定位。由于衛(wèi)星的速度高達(dá)7km/s以上，因此對(duì)接收機(jī)的要求更高。

2、測地型接收機(jī)。測地型接收機(jī)主要用于精密大地測量和精密工程測量。定位精度高。儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格較貴。授時(shí)型接收機(jī)這類接收機(jī)主要利用GPS衛(wèi)星提供的高精度時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行授時(shí)，常用于天文臺(tái)及無線電通訊中時(shí)間同步。

載波頻率分類

1、單頻接收機(jī)。單頻接收機(jī)只能接收L1載波信號(hào)，測定載波相位觀測值進(jìn)行定位。由于不能有效消除電離層延遲影響，單頻接收機(jī)只適用于短基線(<15km)的精密定位。

2、雙頻接收機(jī)。雙頻接收機(jī)可以同時(shí)接收L1，L2載波信號(hào)。利用雙頻對(duì)電離層延遲的不一樣，可以消除電離層對(duì)電磁波信號(hào)的延遲的影響，因此雙頻接收機(jī)可用于長達(dá)幾千公里的精密定位。

通道數(shù)分類

1、GPS接收機(jī)。能同時(shí)接收多顆GPS衛(wèi)星的信號(hào)，為了分離接收到的不同衛(wèi)星的信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的跟蹤、處理和量測，具有這樣功能的器件稱為天線信號(hào)通道。

具有通道分類

1、多通道接收機(jī)

2、序貫通道接收機(jī)

3、多路多用通道接收機(jī)

按接收機(jī)工作原理分類:

1、碼相關(guān)型接收機(jī)。碼相關(guān)型接收機(jī)是利用碼相關(guān)技術(shù)得到偽距觀測值。

2、平方型接收機(jī)。平方型接收機(jī)是利用載波信號(hào)的平方技術(shù)去掉調(diào)制信號(hào)，來恢復(fù)完整的載波信號(hào)，通過相位計(jì)測定接收機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的載波信號(hào)與接收到的載波信號(hào)之間的相位差，測定偽距觀測值。

3、混合型接收機(jī)。這種儀器是綜合上述兩種接收機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，既可以得到碼相位偽距，也可以得到載波相位觀測值。

4、干涉型接收機(jī)。這種接收機(jī)是將GPS衛(wèi)星作為射電源，采用干涉測量方法，測定兩個(gè)測站間距離。

AOR專業(yè)通信接收機(jī)

AR5001D 專業(yè)級(jí)通信接收機(jī)

特征:

AOR 最新寬帶接收機(jī)，提供專業(yè)級(jí)的監(jiān)察功能。提供多種頻率接收模式、數(shù)位訊號(hào)處理、同步接收和監(jiān)測頻率、模擬視頻信號(hào)解調(diào)等功能。 模擬視頻信號(hào)解調(diào):監(jiān)察 FM 模擬視頻信號(hào)或搜索頻率監(jiān)察器，并將信號(hào)輸出成復(fù)合視頻。 FFT信號(hào)分析儀:AR5001D采用FFT(Fast Fourier Transform)信號(hào)分析儀，頻譜顯示由400 kHz 到 10 MHz之間出現(xiàn)的100kHz增量信號(hào)，用以監(jiān)察頻段的活動(dòng)情況或偵察不明信號(hào)。 規(guī)格:

>頻率范圍: 40 kHz - 3.15 GHz

>調(diào)制方式: USB/LSB (J3E) / CW (A1A) / AM (A3E) / FM (F3E) / WFM (F3E) / FM-Stereo (F8E) / 可自選-APCO P-25 (D3E)

>信道數(shù)目: 2,000 個(gè)

>工作溫度范圍: -0°C 至 +50°C

>尺寸 - 凸出部份除外 (寬x高x深): 220 mm x 97 mm x 304 mm

>重量: 5 kg

AR2300專業(yè)級(jí)黑盒接收機(jī)

特征:

AOR 最新數(shù)碼化產(chǎn)品，可以透過連接線網(wǎng)絡(luò)控制器檢查和監(jiān)測系統(tǒng)，而且在功能和技術(shù)規(guī)格上與 AR-5001D 完全相同，提供多種頻率接收模式、數(shù)位訊號(hào)處理、同步接收和監(jiān)測頻率、模擬視頻信號(hào)解調(diào)等功能。

規(guī)格:

>頻率范圍: 40 kHz - 3.15 GHz

>調(diào)制方式: USB/LSB (J3E) / CW (A1A) / AM (A3E) / FM (F3E) / WFM (F3E) / FM-Stereo (F8E) / 可自選-APCO P-25 (D3E)

>信道數(shù)目: 2,000 個(gè)

>工作溫度范圍: 0°C 至 +50°C

>尺寸 (寬x高x深): 220 mm x 70 mm x 285 mm

>重量: 3kg