在移動(dòng)通信中,移動(dòng)終端的天線通常采用無方向性的低增益天線,移動(dòng)終端接收來自各個(gè)方向的電磁波,并向各個(gè)方向發(fā)射電磁波。通過不同路徑到達(dá)接收天線的信號,由于路徑不同造成傳播時(shí)延的不同,各信號在接收天線處的相位不同,相同相位的信號互相疊加,使得信號得以加強(qiáng),而相反相位的信號互相疊加,使得信號互相抵消。這種接收信號無規(guī)律的強(qiáng)弱起伏就是電波傳播中的多徑衰落。多徑衰落會(huì)嚴(yán)重影響通信質(zhì)量,為此采用數(shù)字信號處理技術(shù)來對抗衰落,分集接收技術(shù)就是減少多徑衰落的重要方法之一。
分集有兩種含義:一是分散傳輸,使接收端獲得多個(gè)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的、攜帶同一信息的信號;二是集中處理,即接收機(jī)把收到的多個(gè)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的衰落信號進(jìn)行合并,以降低衰落的影響。多徑分集技術(shù)是用來補(bǔ)償衰落信道損耗的,因?yàn)樵谌我粫r(shí)刻,多個(gè)非相關(guān)的衰落信號同時(shí)處于深度衰落的概率極小,因此,一旦在多徑信號中選擇出兩個(gè)或兩個(gè)以上的信號進(jìn)行處理,接收機(jī)的瞬時(shí)信噪比和平均信噪比就可以得到改善。所以,分集就是有意識地分離多徑信號并適當(dāng)合并以提供接收信號的信噪比,降低多徑干擾。
在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中,由于信號頻段較寬,因此在時(shí)間上可以分離出比較細(xì)微的多徑信號,對分離出的多徑信號進(jìn)行加權(quán)調(diào)整,使合成之后的信號得以增強(qiáng),從而可在較大程度上降低多徑衰落信道所造成的負(fù)面影響。這種技術(shù)又稱為Rake接收技術(shù)。
文中首先介紹無線移動(dòng)通信的信道特征,然后對Rake接收的基本原理和接收機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述,并在不同條件下對Rake接收系統(tǒng)進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果表明:采用Rake接收技術(shù)能有效降低多徑衰落對通信信號的影響,降低誤碼率。
1 無線移動(dòng)通信信道
移動(dòng)通信系統(tǒng)中,移動(dòng)終端處于地形復(fù)雜的區(qū)域,其天線將接收從多條路徑傳播來的信號,再加上移動(dòng)終端自身可能在運(yùn)動(dòng)狀態(tài),使得移動(dòng)終端和基站之間的無線信道多變且難以控制。
移動(dòng)通信信道是一種時(shí)變信道。無線通信信號通過移動(dòng)通信時(shí)會(huì)受到各種形式的衰減損害。接收信號功率表示為:
p(d)=d-n·S(d)·R(d) (1)
式中,d表示移動(dòng)終端與基站間的距離。
式(1)是信道對傳輸信號作用的一般表示式。信號所經(jīng)歷的損耗有如下3類:
1)自由空間傳播損耗,用表示d-n,其中n一般取值為3~4;
2)陰影衰落,用S(d)表示,制式由于傳播環(huán)境中的地形起伏、建筑物及其它障礙物對電波屏蔽所引起的衰落。一般服從對數(shù)正態(tài)分布,其變化率較慢,是慢衰落損耗;
3)多徑衰落,用R(d)表示,這是由于移動(dòng)傳播環(huán)境的多徑傳輸而引起的衰落,幅度一般服從瑞利分布或萊斯分布,其變化率較快,是快衰落損耗。
在移動(dòng)通信傳播環(huán)境中,到達(dá)移動(dòng)終端天線的信號不是單一路徑到達(dá)的,而是許多路徑到達(dá)的眾多反射波的合成。這樣,接收信號的幅度將急劇變化,就產(chǎn)生了衰落。這種衰落是由于多徑現(xiàn)象所引起的,稱為多徑衰落。
多徑效應(yīng)主要表現(xiàn)在3個(gè)方面:
1)經(jīng)過短距離或短時(shí)間傳播后信號強(qiáng)度產(chǎn)生急劇變化;
2)在不同的多徑信號上,存在著時(shí)變多普勒頻移引起的隨機(jī)頻率調(diào)制;
3)多徑傳播試驗(yàn)引起信號的時(shí)域擴(kuò)展。