Rake接收技术在3G通信中的应用

　　摘要:未来的时代是3G的时代，如何使信息传递的更为及时、准确已经成为当前通信部门共同的研究课题，而Rake接收技术是这些关键技术之一，本文列举了Rake的优缺点，并对Rake接收技术在3G通信中各通信体制的详细应用进行了阐述。
　　关键字:3G通信；Rake接收技术；CDMA；WCDMA
　　引言
　　随着社会经济的不断发展,移动业务市场需求也在不断的增长,正是在这种需求的推动下,移动通信迈入了3G时代,与3G相对应的通信技术也在逐步的推广应用,尽管现在移动通信技术已发展的很完善,但在移动通信中,始终存在着一个问题,那就是由于受到地形地貌的影响,电波在传播过程中会呈现出不同和路径以及时间延迟,这样的直接后果就是导致了移动通信系统的通信质量．Rake接收技术的诞生成功的解决了这个问题,它是一种专门针对多径衰落采用分集接收装置的接收技术,大大提高了信息传输的可靠性,保证了通信的质量.
　　1.Rake接收技术简介
　　现今的移动通信电波多为高频波，通信基站与移动设备之间的信号主要靠建筑物或地形的多路径反射传播，正是由于这种多路径传播，其信号的时间延迟，相位差异等造成了信号传播的多径干扰．尤其是当今的3G通信采用的是基于宽频带传输的扩频通信技术,多径干扰的效果会被成倍放大,对其的处理手段也会异常复杂,Rake接收技术就是在这样的一种背景下诞生的,它可以对分辨出的多径信号分别进行接收调整,将不同时间,不同路径的信号分离并进行相位校准,最后合成为加强的信号,很大程度上降低多径衰落造成的负面影响.这种接收技术的一个特点就是,为了实现相关信号的接收,必须要发送未经调制的导频符号,这样,信号接收机才能在确知已发信号的条件下估算信号的相位,以达到准确接收合并信号的目的.
　　2.Rake接收技术的优缺点
　　对于当前主要采用VHF及UHF频段的移动能信,电波传播的方式为空间波,通信基站及通信设备之间的无线信道多变且难以控制,不同信号的不同相位在接收设备处迭加,有时同相相迭加增强,反相迭加就会减弱,这样就造成了接收到的信号幅度差距巨大,幅度衰落及时延扩展等等问题,导致了数字信号的高误码率,为提高系统的多径误差,一个最有效的办法就是采用Rake分集接收信号技术,其与普通的信号接收技术相比,具有一些独特的优点:(1)可将接收到的多路径信号分离为相互独立的信号,单独对独立出来的信号进行调整接收.这样可以最大限度的减少多路径信号之间由于不同相位、不同时延所造成的相互影响;(2)一般的分集技术是把多径信号作为干扰来处理掉，而Rake接收技术则是对其分离整理后再进行加权合并,以得到最大的增益信号,大大的加强了信号的可靠性及传递性。
　　同时,由于Rake接收技术是根据每条路径信号的信干比值进行多径选择的,因而在多径信号中干扰信号占多数的情况下,可最大程度的避免干扰成分对接收性能的不利影响.Rake接收技术虽有众多的优点,但是也存在着不足之处,那就是要计算所有搜索到的多径信号在每个时隙的平均信干比,以此来进行多路径信号的分离及处理,这无疑存在着很大的数据运算量,给信号传递的及时性带来一定的影响.
　　3.Rake接收技术在3G通信中应用
　　3.1CDMA及WCDMA技术体制简介
　　自从20世纪70年代出现蜂窝通信以来,各地的通信技术得到了突飞猛进的发展,在多址接入技术方面,80年代出现了基于TDMA体制的GSM通信系统,90年代出现了码分多址(CDMA)通信系统,由于这种系统具有通信容量大且质量较好，因此在当时成了世人所公认的通信系统界的霸主。与TDMA相比，CDMA融合有扩频、多址接入和频率再用等多种技术，在频、时、码三域信号处理方面具有协作的一致性，因而具有抗干扰性好，保密性高等优点。CDMA移动通信网的通信容量要比GSM的通信量大4至5倍，同时，系统中声码器可动态调节信息传输速率，通信质量较高。可以说，CDMA的出现，是通信界的一大创举，具有极其重要的意义。
　　随着3G技术的普及，在信息传递上已不仅仅像以前一样仅仅是简单的数据传输，视频会议、视频共享、流媒体手机电视等业务的推出，迫切要求更高的数据传输量及传输的及时性，因此在CDMA的基础之上，现在又提出了具有更强业务性能，更大信息传递量的宽带CDMA，也即WCDMA。它能确保数据以及视频图象等的高速及时性，并实现真正的全球漫游。同时，由于增加了带宽，因而多路径信号的分辨能力也相应的增强了，可分辨出几十条不同的路径，大大提高了数据传输的可靠性。
　　3.2RAKE接收技术在CDMA及WCDMA系统中的应用
　　为了克服通信环境的复杂性，CDMA系统特采用Rake接收技术分别接收每一路径的信号进行解调，这样不但克服了多径衰弱给通信带来的不利影响，同时还等效的增强了接收信号的功率，其利用多个并行相关器检测多径信号，按照一定的准则合成一路信号，其原理如图1所示：
　　其接收过程如下：原始信号在基站
　　被扩频及调制之后，经多路径信道传输，
　　最后到达Rake接收机中的各个接收指针
　　，在接收机组件接收器中，对每个接收到
　　的信号进行扩展码处理，然后对多路径信号
　　的时延时间进行校正，最后对各个信号进行
　　加权合成，形成总信号并输出。图1Rake接收应用示意图
　　在当前的CDMA系统应用中，主要的Rake接收合并技术通常有四种，分别为：选择式合并、最大比合并、等增益合并及开关式合并。最大比合并就是每个分路的信号经过相位调整后乘以一定的增益系数然后相加，最后再进行解调；等增益合井就是在各分路的信号经相位调整后，乘以相同的增益系数后相加，再进行解调；选择式合并就是在若干不同路径信号中选择有最高信噪比的信号来进行解调；开关式合并就是在不同的路径之间进行切换，直到某路径功率高于预定门限值，再进行相关调整解调。多年的实践证明，在每条路径衰落独立的情况下，第一种方法也即最大比合并为最佳合并方案，但是由于采用此法的接收机制作较复杂，因而应用较少，只解调单路信号的选择式合并应用最广。
　　在WCDMA系统中，可利用导频信息对反向链路进行相干合并，只要在反向链路设置8径的Rake接收，那么多路径中的信号能量利用率可达75%以上。而应用于WCDMA系统中的Rake接收技术，其抑制多址干扰的能力取决于不同信号源特征码之间的相关性。对反向链路进行合并后，对于一些信号强度很小的干扰，对它们可以不用解调，对接收到的信号质量也不会有大的影响，而对于搜索到较大干扰强度的噪音信号时，如果对其解调反而会影响接到到的信号质量，此时，Rake接收机会自动进行动态选择，在尽可能利用有用信号的前提下，对一些不可用的干扰信号会自动将其视为白噪信息处理，以减少不利或无用信号对接收性能的影响。
　　4结语
　　当前的时代是一个信息高速传递的时代，而Rake接收技术又是移动通信系统的一个关键技术，它从根本上解决了通信系统多路径衰落问题，但随着科技的发展，会有更新的移动通信体制不断出现，如何改进Rake接收技术，从而使其能够更好，更精确的完成信号的接收，还是一个值得我们深研究的课题。
　　参考文献
　　[1]郭梯云.数字移动通信[J].人民邮电出版社.2006
　　[2]A.J.Viterbi.CDMA扩频通信系统[J].人民邮电出版社.2007
　　[3]唐万斌.CDMA蜂窝移动通信系统中的RAKE接收技术研究[J].移动通信.2004
　
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