RAKE接收機(jī)數(shù)字實現(xiàn)模型

由推導(dǎo)可以得到AREK接收機(jī)的一種實現(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fillger中首先對接收數(shù)據(jù)做下抽樣和時延調(diào)整，保證各finger 均獲得有效的計算數(shù)據(jù)，并且使每個chip周期內(nèi)有一個抽樣值；接著是與本地擴(kuò)頻地址碼進(jìn)行相關(guān)運算，隨后在整個擴(kuò)頻地址碼長度內(nèi)求平均，并以符號長度為周期抽樣，然后將各finger的計算值乘以信道加權(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間的碼間干擾，CDMA擴(kuò)頻碼在選擇時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)的時延擴(kuò)展，就可以被看作只是被傳信號的再次傳送。如果這些多徑信號相互間的延時超過了一個碼片的長度，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來改善接收信號的信噪比。其實RAKE接收機(jī)所作的就是：通過多個相關(guān)檢測器接收多徑信號中的各路信號，并把它們合并在一起。圖為一個RAKE接收機(jī)，它是專為CDMA系統(tǒng)設(shè)計的經(jīng)典的分集接收器，其理論基礎(chǔ)就是：當(dāng)傳播時延超過一個碼片周期時，多徑信號實際上可被看作是互不相關(guān)的。 帶DLL的相關(guān)器是一個具有遲早門鎖相環(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，實際接收的各徑的相位與原來發(fā)射信號的相位有很大的變化，因此在合并以前要按照信道估計的結(jié)果進(jìn)行相位的旋轉(zhuǎn)，實際的CDMA系統(tǒng)中的信道估計是根據(jù)發(fā)射信號中攜帶的導(dǎo)頻符號完成的。根據(jù)發(fā)射信號中是否攜帶有連續(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是一個低通濾波器，濾除信道估計結(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，在導(dǎo)頻的間隙要采用內(nèi)插技術(shù)來進(jìn)行信道估計，采用判決反饋技術(shù)時，先硬判決出信道中的數(shù)據(jù)符號，在已判決結(jié)果作為先驗信息（類似導(dǎo)頻）進(jìn)行完整的信道估計，通過低通濾波得到比較好的信道估計結(jié)果，這種方法的缺點是由于非線性和非因果預(yù)測技術(shù)，使噪聲比較大的時候，信道估計的準(zhǔn)確度大大降低，而且還引入了較大的解碼延遲。

延遲估計的作用是通過匹配濾波器獲取不同時間延遲位置上的信號能量分布，識別具有較大能量的多徑位置，并將它們的時間量分配到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碼片。實際實現(xiàn)中，如果延遲估計的更新速度很快（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，其相關(guān)能力最大，在濾波器輸出端有一個最大值。根據(jù)相關(guān)能量，延遲估計器就可以得到多徑的到達(dá)時間量。

從實現(xiàn)的角度而言，RAKE接收機(jī)的處理包括碼片級和符號級，碼片級的處理有相關(guān)器、本地碼產(chǎn)生器和匹配濾波器。符號級的處理包括信道估計，相位旋轉(zhuǎn)和合并相加。碼片級的處理一般用ASIC器件實現(xiàn)，而符號級的處理用DSP實現(xiàn)。移動臺和基站間的RAKE接收機(jī)的實現(xiàn)方法和功能盡管有所不同，但其原理是完全一樣的。

對于多個接收天線分集接收而言，多個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，在實現(xiàn)上由于多個天線的數(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 年代堅持研究DS-CDMA技術(shù)，1989年，QUALCOMM公司進(jìn)行了首次CDMA實驗。驗證了DS擴(kuò)頻信號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年推動了窄帶CDMA IS-95商用運行，讓RAKE接收機(jī)產(chǎn)業(yè)化，同時也推動了RAKE接收技術(shù)的長足發(fā)展。

面對未來的發(fā)展，RAKE接收機(jī)將同三項關(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。

WCDMA中的RAKE接收機(jī)的一種實現(xiàn)方案如圖所示。在圖中，RAKE接收機(jī)的每個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)、抽樣時鐘偏移跟蹤、定時跟蹤、相位誤差跟蹤等單元組成；而擾碼捕獲、多徑捕獲、RAKE finger控制等單元是整個解擴(kuò)解調(diào)接收機(jī)的控制部分。RAKE接收機(jī)的每個finger負(fù)責(zé)每個多徑的接收與跟蹤，其中還包括信道參數(shù)的估計和補(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取舍，合并單元將從各個finger中獲得的解擴(kuò)解調(diào)信號按一定的算法進(jìn)行合并，以便有效地檢測用戶信息比特。

使用MATLAB實現(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)每條徑之間延時半個碼片，為了進(jìn)行仿真，對Walsh碼進(jìn)行擴(kuò)展，每個碼字重復(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。

%接收到的三徑信號以及噪聲信號

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

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

1.對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)行符號重復(fù)；

2.對基帶信號作仿真，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)為移動臺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)是利用載波信號的平方技術(shù)去掉調(diào)制信號,來恢復(fù)完整的載波信號，通過相位計測定接收機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的載波信號與接收到的載波信號之間的相位差，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)接收到一個在調(diào)諧頻率上的信號(可能是已編碼的)，就可啟動接收機(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)主要用于運動載體的導(dǎo)航，它可以實時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，單點實時定位精度較低，一般為±25mm，有SA影響時為±100mm。這類接收機(jī)價格便宜，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)高速運動。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，價格較貴。授時型接收機(jī)這類接收機(jī)主要利用GPS衛(wèi)星提供的高精度時間標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行授時，常用于天文臺及無線電通訊中時間同步。

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，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)可以同時接收L1，L2載波信號。利用雙頻對電離層延遲的不一樣，可以消除電離層對電磁波信號的延遲的影響，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)。能同時接收多顆GPS衛(wèi)星的信號，為了分離接收到的不同衛(wèi)星的信號，以實現(xiàn)對衛(wèi)星信號的跟蹤、處理和量測，具有這樣功能的器件稱為天線信號通道。

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)是利用載波信號的平方技術(shù)去掉調(diào)制信號，來恢復(fù)完整的載波信號，通過相位計測定接收機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的載波信號與接收到的載波信號之間的相位差，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，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，測定兩個測站間距離。

AOR專業(yè)通信接收機(jī)

AR5001D 專業(yè)級通信接收機(jī)

特征:

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

>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)位訊號處理、同步接收和監(jiān)測頻率、模擬視頻信號解調(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

>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