RAKE接收機(jī)是一種能分離多徑信號(hào)并有效合并多徑信號(hào)能量的最終接收機(jī)。

　　RAKE接收技術(shù)是第三代CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)中的一項(xiàng)重要技術(shù)。在CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)中，由于信號(hào)帶寬較寬，存在著復(fù)雜的多徑無線電信號(hào)，通信受到多徑衰落的影響。RAKE接收技術(shù)實(shí)際上是一種多徑分集接收技術(shù)，可以在時(shí)間上分辨出細(xì)微的多徑信號(hào)，對(duì)這些分辨出來的多徑信號(hào)分別進(jìn)行加權(quán)調(diào)整、使之復(fù)合成加強(qiáng)的信號(hào)。由于該接收機(jī)中橫向濾波器具有類似于鋸齒狀的抽頭，就像耙子一樣，故稱該接收機(jī)為RAKE接收機(jī)。

　　分集技術(shù)

　　分集技術(shù)是研究如何充分利用傳輸中的多徑信號(hào)能量，以改善傳輸可靠性的技術(shù)。它也是研究利用信號(hào)的基本參量在時(shí)域、頻域和空域中，如何分散開又如何收集起來的技術(shù)。

　　為了在接收端得到幾乎相互獨(dú)立的不同路徑，可以通過空域、時(shí)域、頻域的不同角度、不同的方法與措施來加以實(shí)現(xiàn)。其中最基本的有如下幾種：

　　1. 空間分集：

　　1） 利用不同接收地點(diǎn)（空間）收到的信號(hào)衰落的獨(dú)立性，實(shí)現(xiàn)抗衰落的功能。

　　2） 空間分集的基本結(jié)構(gòu)為：發(fā)端一副天線發(fā)送，收端N部天線接收。

　　3） 接收天線之間的距離d足夠大，大于相干距離ΔR。

　　4） 分集天線數(shù)N越大，分集效果越好，但是不分集與分集差異很大，屬于質(zhì)變。分集增益正比于分集的數(shù)量N，其改善是有限的，屬于量變，且改善程度隨分集數(shù)量的增加而減少。工程上折衷，一般取N=2～4。

　　5） 空間分集還有兩類變化形式：

　　a） 極化分集：它利用在同一地點(diǎn)兩個(gè)極化方向相互正交的天線發(fā)出的信號(hào)可以呈現(xiàn)不相關(guān)的衰落特性進(jìn)行分集接收，即在收發(fā)端天線上安裝水平、垂直極化天線，就可以把得到的兩路衰落特性不相關(guān)的信號(hào)進(jìn)行極化分集。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、節(jié)省空間；缺點(diǎn)：由于發(fā)射功率要分配到兩幅天線上，因此有3dB的損失。

　　b） 角度分集：由于地形、地貌、接收環(huán)境的不同，使得到達(dá)接收端的不同路徑的信號(hào)可能來自不同的方向，這樣在接收端可以采用方向性天線，分別指向不同的到達(dá)方向。而每個(gè)方向性天線接收到的多徑信號(hào)是不相關(guān)的。

　　2. 頻率分集：

　　1） 將待發(fā)送的信息分別調(diào)制到不同的載波上發(fā)送至信道。

　　2） 不同的載波之間的間隔足夠大，大于頻率相干帶寬ΔF。

　　3） 頻率分集與空間分集相比，其優(yōu)點(diǎn)是減少了接收天線與相應(yīng)設(shè)備的數(shù)目；缺點(diǎn)是占用更多的頻譜資源，有可能在發(fā)端要采用多部發(fā)射機(jī)。

　　3. 時(shí)間分集：

　　1） 對(duì)于一個(gè)隨機(jī)衰落信號(hào)，如果取樣時(shí)間間隔足夠大時(shí)，兩個(gè)樣點(diǎn)間的衰落互不相

　　關(guān)的，利用這一特性可以構(gòu)成時(shí)間分集。

　　2） 將待發(fā)送的信號(hào)每隔一定時(shí)間間隔重復(fù)發(fā)送，在接收端就可以得到N條獨(dú)立的分集支路。

　　3） 在時(shí)域上時(shí)間間隔Δt應(yīng)大于相干時(shí)間ΔT。時(shí)間分集對(duì)于處于靜止?fàn)顟B(tài)的移動(dòng)臺(tái)是無用的。

　　4） 時(shí)間分集與空間分集相比，其優(yōu)點(diǎn)是減少了接收天線的數(shù)目，缺點(diǎn)是要占用更多的時(shí)隙資源，從而降低了傳輸效率。

　　分集技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是很強(qiáng)大的，在很多通信系統(tǒng)中都采用了分集技術(shù)。而且在這里需要強(qiáng)調(diào)的是，在一個(gè)通信系統(tǒng)中采用一種以上的分集方式并不是多此一舉。例如在IS-95系統(tǒng)中，同時(shí)采用了空間分集、頻率分集、時(shí)間分集技術(shù)，它們的目的都在于以最小的發(fā)射概率得到所需要的誤碼率。而RAKE接收機(jī)屬于時(shí)間分集，用來克服多徑干擾。
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　　RAKE接收機(jī)的分集接收原理

　　RAKE接收機(jī)的基本原理就是將那些幅度明顯大于噪聲背景的多徑分量取出，對(duì)它進(jìn)行延時(shí)和相位校正，使之在某一時(shí)刻對(duì)齊，并按一定的規(guī)則進(jìn)行合并，變矢量合并為代數(shù)求和，有效地利用多徑分量，提高多徑分集的效果。

　　由于用戶的隨機(jī)移動(dòng)性，接收到的多徑分量的數(shù)量、幅度大小、時(shí)延、相位均為隨機(jī)量。

　　若無RAKE接收機(jī)，多徑信號(hào)的合成如上圖所示，若采用RAKE接收機(jī)，多徑信號(hào)的合成如下圖所示。

　　可見，通過RAKE接收，將各路徑分離開，相位校準(zhǔn)，加以利用，變矢量相加為代數(shù)相加，有效地利用了多徑分量。

　　根據(jù)CDMA系統(tǒng)中可分離的徑的概念，當(dāng)兩信號(hào)的多徑時(shí)延相差大于一個(gè)擴(kuò)頻碼片寬度時(shí)，可以認(rèn)為這兩個(gè)信號(hào)是不相關(guān)的，或者說是路徑可分離的。反應(yīng)在頻域上，即信號(hào)的傳輸帶寬大于信號(hào)的相干帶寬時(shí)，認(rèn)為這兩個(gè)信號(hào)是不相關(guān)的，或者說是路徑可分離的。由于CDMA系統(tǒng)是寬帶傳輸?shù)?，所有信道共享頻率資源，所以CDMA系統(tǒng)可以使用RAKE接收技術(shù)，而其他兩種多址技術(shù)TDMA、FDMA則無法使用。

　　RAKE接收機(jī)分集的度量取決于多徑時(shí)延寬度和多徑分離的能力。

　　在最大時(shí)延擴(kuò)展為 m的多徑衰落信道中，RAKE的概念就是采用一種特定的寬帶傳輸信號(hào)，其帶寬W遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信道的相干帶寬 m，根據(jù)可分離的多徑的概念，這種情況下可分離的多徑數(shù)為 。于是RAKE接收機(jī)采用L個(gè)相關(guān)器，相鄰相關(guān)器所處理的時(shí)延之差為1/W，每個(gè)相關(guān)器只從總的接收信號(hào)中提取相應(yīng)延時(shí)的那部分多徑信號(hào)。

RAKE接收機(jī)的框圖

　　總結(jié)

　　分集接收技術(shù)是一種重要的對(duì)抗多徑衰落的技術(shù)。使用分集接收技術(shù)的前提是系統(tǒng)的多徑分量的衰落相互獨(dú)立。同一通信系統(tǒng)中，可以同時(shí)采用多種分集方式以減小誤碼率。RAKE接收機(jī)就是通過將可分離的多徑按其強(qiáng)度成比例合并，從而把多徑中的能量收集起來。

　　總之，分集接收技術(shù)和RAKE接收機(jī)都是移動(dòng)通信系統(tǒng)中的重要技術(shù)，在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中，這兩種技術(shù)得到了更加廣泛的應(yīng)用。