RAKE接收
RAKE接收技术
RAKE接收技术移动通信信道是一种多径衰落信道，RAKE接收技术就是分别接收每一路的信号进行解调，然后叠加输出达到增强接收效果的目的，这里多径信号不仅不是一个不利因素，而且在CDMA系统变成一个可供利用的有利因素。
原理：在接收端，利用PN码相关性，对接收信号中可分辨的多径分量分别进行跟踪、接收，输出基带信号进行路径合并，这种接收信号方式称为RAKE接收。
RAKE接收可以利用多径分量，等效地增加了接收后发送功率，达到抗多径衰落的目的。
RAKE接收机使用多个并行的相关器和接收多径信号。
Q-CDMA 系统移动台和基站接收机分别使用三个和四个并行相关器FINGER。
工作原理：CDMA射频接收信号经二次变频得中频（IF）信号，经中频放大、滤波和解调后，既完成A/D转换，输出基带数字信号，进入RAKE接收机。
RAKE接收机由三个相关器和一个信号搜寻支路组成。
三个相关器支路并行接收三个不同路径的信号，并进行引导PN序列解调、长码解扩以及其它与发送端相对应的解调、解扩处理，输出基带数据信号。
A/D转换后进入RAKE接收机的信号包括许多其它信道的信号，还有相邻小区基站所发的导频，采用引导PN序列相关解调，提供一个扩频增益，改进与对应的PN序列相匹配的信道信号的信噪比，抑制其它信道的干扰。
信号搜寻接收支路扫描并测定不同的路径信号强度及对应引导PN序列偏置值，提供3条最强的传输路径信号及其引导PN序列偏置值，给三个相关器接收支路作数据接收处理。
合并器调整各相关器输出时延，按各路径信噪比加权后求和。
RAKE接收技术是一种针对宽带系统的较为完善的多径接收方法。
它不是把多径信号看作干扰信号，而是利用多径信号，分辨出几路最强的信号，合并接收，从而进一步改善了系统性能。
故RAKE 接收机亦称为多径接收机。
RAKE接收利用多径传输的时延差，分别接收和组合信号，也是CDMA扩频系统的时间分集接收技术。
CDMA的Rake接收技术及其相关网络优化研究
一
般 Ｒ ｋ 接 收机 由搜索 器 （ｅｒｈｒ 、 ａｅ Ｓａｃｅ） 解调 器 （ ｉｇｒ 、 Ｆｎ ｅ） 合
并器 （ ｏ ｉｅ） 个模块 组成 。搜索器 的主要原理 是利用码 的 Ｃ ｍｂｌｒ３ ＇ ｌ
自相关及互相关特性完成路径搜索 。解调 器完成信号的解扩和
工程量清单计价对透明招投标活动 、 减少施 工合 同纠纷 、 推行竞争 和以市场定价 、 控制工程造价等 ， 可起到非常积极的作用。 均 ２ ． 严肃对待现场签证 。作为进 驻施 工现场的监理人员 ， 在熟
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
的 自相关特性 ， 这样 可将无线信 道中 现 的时延扩展看 作被传
信号的再次传送 。Ｒ ｋ 接 收机 正是利用这一点 ， ａｅ 通过合 并多径 信号 改善 了接收信 号 的信噪 比。由于 Ｃ ＭＡ系统是 宽带传 输 Ｄ 的 ， 且所有信道共 享频率资源 ， 以 Ｃ ＭＡ系统可以使用 Ｒ ｋ 并 所 Ｄ ａｅ 接收技术 ， 而其他两种多址技术则无法使用。
后所 产生 的效 益与现 场变更 增加 的费用 和 可能 引起 的索赔 等
因素所产 生 的损失 ， 以 比较 ， 加 权衡轻 重后再 做决 定 。要 坚决 杜绝 内容不 明 、 没有 详图或具 体使用部 位而只是增加 材料用量
的变 更 。
程 造 价 造 成 重 大 的 损 失 。 比如 ， 市 政 道 路 工 程 的石 碴 基 层 在
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信息技术 Ｉ Ｗ ＯＲＩＩ Ｔ Ｗ Ｄ Ｊ
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Ｃ ＭＡ系统相对于 Ｆ ＭＡ和 Ｔ ＭＡ两种多址 技术 ， Ｄ Ｄ Ｄ 其在码分 多址的基础上引入 了扩频通信 的概念 。Ｃ ＭＡ扩频码具有 良好 Ｄ
模糊步长的RAKE接收机仿真研究
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ＡＢＳ ＴＲＡＣＴ ： ｈ ｏ ｖ ｎ ｉｎ ｌＲＡＫＥ ｒ ｃ ｉｅ ｅ ｄ ｏ ｉｃ ｅ ｓ ｈ ｕ ｅ ｆ ｒ ｎ ｈ ｓｔ ｍｐ ｏ ｅ ｔ ｅ ｐ ｒｏｍａ ｃ Ｔ ｅ ｃ ｎ ｅ ｔ ａ ｏ ｅ ｅｖ ｒｎ ｅ ｓ ｔ ｎ ｒ ａ ｅ ｔ ｅ ｎ ｍｂ ｒｏ ａ ｃ ｅ ｏ ｉ ｒ ｖ ｈ ｅ ｒ ｎ ｅ ｂ ｆ
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Rake接收机仿真
3G移动通信实验报告实验名称：Rake接收机仿真学生姓名：学生学号：学生班级:所学专业：实验日期:1.实验目的1. 了解Rake接收机的原理。
2. 分析比较三种不同合并算法的性能。
2.实验原理移动通信系统工作在VHF和UHF两个频段（30——3000MHz）,电波以直射方式（即“视距”方式）在靠近地球表面的大气中传播。
由于低层大气并非均匀介质，会产生折射和吸收现象；而且传输路径上遇到的各种障碍物（如山，高楼，树等）还可能发生反射、绕射和散射等，到达接收方的信号可能来自不同的传播路径。
即移动通信的信道是典型的多径衰落信道，如下图所示：图9-1 多径传播示意图多径传播将引起接受信号中脉冲宽度扩展，称为时延扩展。
时延扩展的时间可以用第一个码元信号至最后一个多径信号之间的时间来测量。
时延扩展会引起码间串扰，严重影响数字信号的传输质量。
分集技术是克服多径衰落的一个有效方法。
包括频率分集，时间分集、空间分集和极化分集。
其基本原理是接收端对多个携带有相同信息但衰落特性相互独立的多径信号合并处理之后进行判决，从而将“干扰”变为有用信息，提高系统的抗干扰能力。
本仿真采用在CDMA系统中广泛使用的Rake接收技术，且为时间分集。
因为当传播时延超过一个码片周期时，多径信号实际上可看成是互不相关的。
Rake接收机采用一组相关接收机，分布于每条路径上，各个接收机与同一期望信号的多径分量之一相关，根据各个相关输出的相对强度加权后合成一个输出。
根据加权系数的选择原则，有三种合并算法：选择式合并，等增益合并和最大比合并。
Rake接收机的相关器的原理如图：图9-2 Rake接收机的相关器的原理假设采用M个相关器去接收M个多径信号分支，其中12,,,Mααα是每一条分支的乘性系数，它们的取值是根据所采用组合方式（例如最大比合并、等增益合并等）而可调的。
不妨令相关器1与最强的多径支路1m同步，并且多径支路2m比多径支路1m延迟时间1τ到达接收端。
多径信号的Rake接收技术
ｅ Ｒ＋ ２ａ （ － ２ Ｄ／ ￣ ２ Ｂ０ ｓ
Ｐ（ Ｒ）一
一
使 用伪 随机 序列 ， 码 片时 间为 并 和 扩频 带宽 成反 其
比 ，在这 种情 况 下 ，只要 相 对 的延 迟 时间大 于 ，每
）
最大 多径 时延 ，Ｔｃ 扩 频码 脉宽 ，［］ 表示 取 整数 。 是
ｌ 多径信 号 的统 计 特 性
２ 多径信 号 的识 别和 获 取
分 集 特性是 扩 频技 术 的一 个主 要优 势 ，为 了利用 多路 径 传播 的多 个 成分 的 能量 ，首 先必 须识 别 和 获取 它们 。这里 的决 定 因数 为它 们 的相对 延 迟 ，当然还 有
地表 和建 筑 物反 射 和折 射 的 特性 。 Ｌ大 到 一定 程 度 当 时 ， 径 信 号 均 可 由一 系 列 不 相 关 的 、 差 为 的零 多 方
摘 要 ： 多路 径传 播 条 件 ＂ＱＰ Ｋ 扩 频 多径 信 号 的 统 计 特 性 进 行 了分 析 ， 出 了 多径 接 收 信 号 的 包络 和 相 位 的 概 对 Ｆ Ｓ 给 率分 布 特 性 ； 在 相 干 和 非 相 干接 收 情 况 下 ， 析 了多 径信 号 的 识 别 和 获 取 方 法 ； 此 基 础 上 ， 入 研 究 了导 频 辅 助 的 并 分 在 深
杨
洁
刘聪 锋
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ＹＡＮＧ ｉ Ｊｅ
（ 安 邮 电 学 院 通 信 工 程 系 西 安 ７０ ６ ） 西 １ ０ １
（ 安 卫 星 测 控 中 心 无 测 室 西 安 ７ ０ ４ ） 西 １０ ３
超宽带无线通信RAKE接收机性能分析
(6)定位精确：冲激脉冲具有很高的定位精度，采用超宽带无线电通信，很容易将定位与通信合一，而常规无线电难以做到这一点。超宽带无线电具有极强的穿透能力，可在室内和地下进行精确定位，而GPS定位系统只能工作在GPS定位卫星的可视范围之内；与GPS提供绝对地理位置不同，超短脉冲定位器可以给出相对位置，其定位精度可达厘米级，此外，超宽带无线电定位器更为便宜。
学生姓名
学号
班级
指导教师
2012年 2 月 29 日
一、
超宽带的历史渊源，可以追溯到一百年前波波夫和马可尼发明越洋无线电报的时代。现代意义上的超宽带超宽带无线技术，又称脉冲无线电( Impulse Radio)技术，出现于1960年代。
与传统通信技术不同的是，超宽带是一种无载波通信技术，即它不采用载波，而是利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽。超宽带是利用纳秒级窄脉冲发射无线信号的技术，适用于高速、近距离的无线个人通信。按照FCC的规定，从3. 1GHz到10. 6GHz之间的7. 5GHz的带宽频率为超宽带所使用的频率范围。
从时域上讲，超宽带系统有别于传统的通信系统。一般的通信系统是通过发送射频载波进行信号调制，而超宽带是利用起、落点的时域脉冲(几十纳秒)直接实现调制，超宽带的传输把调制信息过程放在一个非常宽的频带上进行，而且以这一过程中所持续的时间，来决定带宽所占据的频率范围。由于超宽带发射功率受限，进而限制了其传输距离，据资料表明，超宽带信号的有效传输距离在10m以内，故而在民用方面，超宽带普遍地定位于个人局域网范畴。
RAKE 接收机简述
• 用Rakereceiver进行的多径接收可以有效的 抵抗由多径效应引起的快衰落。一般而言 多径效应是影响通信质量的大敌，但是在 CDMA技术中使用的多径接收合并的技术可 以变废为宝，从多径中获得增益（主要是 考虑到互相独立的多径传输各自的衰落是 独立的，在同一时间多径信号到达目的地 的时候同时处于深度衰落的概率很小，因 此可以从合并多径信号中获得增益）
RAKE 接收机的基本原理
• ——发射机发出的扩频信号，在传输过程 中受到不同建筑物、山岗等各种障碍物的 反射和折射，到达接收机时每个波束具有 不同的延迟，形成多径信号。如果不同路 径信号的延迟超过一个伪码的码片的时延， 多径信号实际上可被看作是互不相关的， 则在接收端可将不同的波束区别开来。将 这些不同波束分别经过不同的延迟线，对 齐以及合并在一起，则可达到变害为利， 把原来是干扰的信号变成有用信号组合在 一起。这就是RAKE接收机的基本原理
RAKE 接收技术有效地克服多径干 扰，提高接收性能
• 通过多个相关检测器接收多径信号中的各路信号，并把它们合并在一 起。基带输入的数字化信号，通过相关器和本地码产生器完成对用户 数据符号的解扩和积分。 • 信道估计器使用导频符号估计信道状态；由于信道中快速衰落和噪声 的影响实际接收的各径的相位与原来发射信号的相位有很大的变化因 此在合并以前要按照信道估计的结果进行相位的旋转 • 相位旋转器根据其估计的信道状态将信道造成的相位影响从接收符号 中去除； • 延迟估计的作用是通过匹配滤波器获取不同时间延迟位置上的信号能 量分布，识别具有较大能量的多径位置，并将它们的时间量分配到 RAKE接收机的不同接收径上。 • 而延迟均衡器就是为了补偿每一个路径中的符号到达时间差。因为不 同路径信号到达时间不一样，等到最后一个信号到达完毕后，便可以 进行合并了。把这些不同延迟点上恢复出的信号进行相加，也被称为 • 最大比合并（MRC,MaximalRadio Combining) • 最后，RAKE合并器把经过信道补偿后的符号相加，由此提供了抵抗 衰落的多径分集。
RAKE接收机相关
RAKE 接收机可以有效降低误码率，克服多径效应，是一种有效的多径分集方式，通过仿真 可知，采用三种合并方式都能提高其性能，其中，最大比值合并方式最有效。
移动通信系统中，移动台处于城市建筑群之中或处于地形复杂的区域，信号的传播过程中， 受地面或水面反射和大气折射的影响， 会产生多个经过不同路径到达接收机的信号，通过矢量叠加后合成时变信号，这种现象称作多径效应。
对于移动通信来说，恶劣的信道特性是不可回避的问题，陆地无线移动信道中信号强度的骤然降低 （衰落）是经常发生的，衰落深度可达30 d B 。
要在这样的传播条件下保持可以接受的传输质量，就必须采用各种技术措施来抵消衰落的不利影响。
对模拟移动通信系统来说， 多径效应引起接收信号的幅度发生变化； 对于数字移动通信系统来说，多径效应引起脉冲信号的时延扩展，时延扩展将引起码间串扰（ ISI ）,严重影响数字信号的传输质量在移动通信中多径衰落以瑞利（ Rayleigh ）衰落为主，他是移动台在移动中受到不同路径来 的同一信号源的折射或反射等信号所产生，他的变化是随机的，因此只能用统计或概率 的观点来定量描述。
RAKE 接收机基本原理一般的分集技术把多径信号作为干扰来处理，而RAKE 接收机变害为利，利用多径现象来增强信号，CDMA 移动通信系统中，信道带宽远远大于信道的相关带宽，不同于传统的调制技 术需要用均衡法来消除相邻符号间的码间干扰，CDMA 扩频码在选择时就要求它有很好的自相关特性，这样，在无线信道传输中出现的时延扩展， 可以被看作只是被传信号的再次传 送，如果这些多径信号相互间的延时超过了一个码片周期，那么它们就可看作是互不相关的。
RAKE 接收机包含多个相关器，每个相关器接收多路信号中的一路，各相关接收机与被接收 信号的一个延迟形式相关，通过多个相关检测器，检测多径信号中最强的 N 个支路信号，然后对每个相关器的输出进行加权求和，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。
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RAKE接收
其基本原理是将无线通信系统中，幅度明显大于噪声背景的多径分量取出，对其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。
英文全称：Rake Receive
• 1 背景
• 2 原理
• 3 组成
• 4 应用于CDMA系统
• 5 应用于UWB
• 6 相关条目
•7 参考资料
RAKE接收-背景
RAKE接收效果仿真
RAKE接收机（RAKE receiver）一种能分离多径信号并有效合并多径信号能量的最终接收机。
多径信号分离的基础是采用直接序列扩展频谱信号。
当直扩序列码片宽度为TC时，系统所能分离的最小路径时延差为TC。
RAKE接收机利用直扩序列的相关特性，采用多个相关器来分离直扩多径信号，然后按一定规则将分离后的多径信号合并起来以获得最大的有用信号能量。
这样将有害的多径信号变为有利的有用信号。
应用 RAKE接收机主要应用在直扩系统中，特别是在民用CDMA（码分多址）移动通信系统中。
下图示出一个RAKE接收机，它是专为CDMA系统设计的多径最佳接收机。
在移动通信的环境中，不但需要移动台收发器，也需要基地台收发器，因此无论移动台在通信区域内的哪一个位置，系统都能提供一条高品质的通信链路。
对于窄带系统来说，由于在传送一个符号的时间内，总会有一小部份功率较强的多径信号出现在接收机端，因此系统会
通过软件来实现信道等化功能，以便更正符码之间的干扰现象（ISI：Inter-Symbol Interference）。
由于CDMA系统具有宽带的特性（也就是很高的码片速率），因此这些路径可能会超过一个CDMA位（码片）的宽度；在这种情形下，传统的等化功能将不再适用，需要一种新的技术，它必须能接收所有路径的信号，然后组成一个完整的信号。
RAKE接收机就拥有这样的功能，它可以收到所有可能路径的信号，然后再将这些路径上的信号组合成一个非常清晰的信号，强度远超过单个路径上的信号；基本上，RAKE接收机会计算参考模式与接收信号之间的相关性，然后找出个别信号的传送路径。
RAKE接收-原理
多径信号的矢量合成图
RAKE的概念是由R.Price和P.E.Green在1958年的《多径信道中的一种通信技术》一文中提出来的。
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（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（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。
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。
RAKE接收-组成
RAKE接收机分集的度量取决于多径时延宽度和多径分离的能力。
RAKE接收机框图
在最大时延扩展为m的多径衰落信道中，RAKE的概念就是采用一种特定的宽带传输信号，其带宽W远远大于信道的相干带宽 m，根据可分离的多径的概念，这种情况下可分离的多径数为。
于是RAKE接收机采用L个相关器，相邻相关器所处理的时延之差为1/W，每个相关器只从总的接收信号中提取相应延时的那部分多径信号。
RAKE接收机的框图如图所示：
应用 RAKE接收机主要应用在直扩系统中，特别是在民用CDMA（码分多址）移动通信系统中。
下图示出一个RAKE接收机，它是专为CDMA系统设计的多径最佳接收机。
M支路RAKE接收机
M支路RAKE接收机如图所示：
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a1，a2，…，aM。
权重的大小是由各支路的输出功率或SNR（信噪比）决定的。
RAKE接收机的输出
如果该支路的输出功率或SNR小，那么相应的权重就小。
采用最大比率合并时，合并后的输出Z如右图所示：
RAKE接收-应用于CDMA系统
应用于CDMA的RAKE接收
在CDMA给每一用户分配一个唯一的码序列（扩频码），并用它来对承载信息的信号进行编码。
知道该码序列用户的接收机对收到的信号进行解码，并恢复出原始数据。
这是因为该用户码序列与其他用户码序列的互相关是很小的。
由于码序列的带宽远大于所承载信息的信号的带宽，编码过程扩展了信号的频谱，从而也称为扩频调制。
其所产生的信号也称为扩频信号。
CDMA通常也用扩频多址（SSMA）来表征。
对所传信号频谱的扩展给予CDMA以多址能力。
因此，对扩频信号的产生及其性能的了解就十分重要。
DS-CDMA应用在第三代移动通信系统中的基本单元之一是RAKE接收机。
RAKE接收机
发射机发出的扩频信号，在传输过程中受到不同建筑物、山岗等各种障碍物的反射和折射，到达接收机时每个波束具有不同的延迟，形成多径信号。
如果不同路径信号的延迟超过一个伪码的码片的时延，则在接收端可将不同的波束区别开来。
将这些不同波束分别经过不同的延迟线，对齐以及合并在一起，则可达到变害为利，把原来是干扰的信号变成有用信号组合在一起。
这就是RAKE接收机的基本原理。
RAKE接收技术
移动通信信道是一种多径衰落信道，RAKE接收技术就是分别接收每一路的信号进行解调，然后叠加输出达到增强接收效果的目的，这里多径信号不仅不是一个不利因素，而且在CDMA 系统变成一个可供利用的有利因素。
在移动通信中，由于城市建筑物和地形地貌的影响，电波传播必然会出现不同路径和时延，使接收信号出现起伏和衰落，采用分集合并接收技术是十分有效的抗多径衰落的方法。
CDMA 个人通信系统采用时间分集和空间分集两种RAKE接收方法。
基站使用有一定间隔的两组天线，分别接收来自不同方向的信号，独立处理，最后合并解调。
移动台采用时间分集RAKE 接收，让接收信号通过相关延迟为D的逐次延迟相关器，延迟间隔D为扩频码码元宽或大于码元宽，不同的延迟相关输出结果对应不同路径的信号，选其最大输出的前几个作合并，实现RAKE接收。
RAKE接收-应用于UWB
UWB与RAKE接收
超宽带（UWB）无线通信是一种新的通信方式，系统带宽很宽，信号功率谱密度不超过-41.3dBm，可与现有系统共存，提高频谱的利用率。
系统具有保密性好，易于实现，高数据速率和多径分辨能力强的优点，是一种非常有价值的室内通信技术。
UWB室内信道多径数目大且多径时延相对较长，在多用户环境下将会引起严重的多用户干扰。
RAKE接收可以有效地收集多径
信号提高系统性能，在UWB室内通信中有非常大的利用价值。
RAKE接收机的设计需要借助
准确的信道模型在支路数与系统性能之间进行折衷。
由于UWB信号需要用时域的方法进行分析，多用于户内密集多径（多径可达到30条）的条件下，而且每条路径的信号能量都很小，难以对每条信道做出估计，所以使UWB信号的Rake 接收成为可能。
Rake接收机使原来能量很小的多径信号经过能量合并后提高的信噪比提高
系统性能。
假设某UWB通信系统有个用户，如果想得到第一个用户发送的数据，那么其Rake接收机的实现框图如图所示。