下载文档原格式
移动通信系统中Rake接收机系统建模与验证航天学院：赵文军指导教师：王进祥教授摘要：论文针对多径衰落信道，对移动通信系统中Rake接收机实现原理进行了深入研究，使用MATLAB和C语言完成了Rake接收机算法建模和其验证平台的搭建。
课题结合第三代移动通信系统中Rake接收机的经典实现结构，重点研究了Rake接收机涉及的关键技术：匹配相关技术、多径搜索技术、锁相环跟踪技术及解扩合并技术。
在此基础上，进行了Rake接收机验证平台的搭建，包括信源发送数据、多径衰落信道及加性高斯白噪声信道的建模，并基于此平台验证了Rake接收机的功能正确性。
关键词：移动通信; 多径传播; Rake接收机; 验证平台Abstract：This paper, aiming at multipath fading channel, using MATLAB and C programming language, has completed the algorithm modeling of Rake receiver and the structure of its verification platform, which is based on the principle of Rake receiver in the mobile communication system. This project, combined with the classical Rake receiver structure of the third generation mobile communication system, mainly study the Rake receiver key technologies involved, including the matched correlation technology, multipath searching technology, phase-locked loop tracking technology and despreading and combination technology. On this basis, a Rake receiver verification platform is constructed, including the source of sending data, multipath fading channel and additive white Gaussian noise channel model, then based on the platform , the functional correctness of Rake receiver is analyzed.Key words：mobile telecommunication, multipath propagation, rake receiver, verification platform1引言进入二十世纪，以码分多址（CDMA）技术为基础的第三代移动通信系统的开发成为通信领域中最热门的话题。
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。
基于MATLAB的CDMA系统RAKE接收机仿真分析CDMA（Code Division Multiple Access）是一种广泛应用于移动通信系统中的多址技术，其中RAKE接收机是一种常用于CDMA系统中的接收机。
在这篇文章中，我们将讨论基于MATLAB的CDMA系统中RAKE接收机的仿真分析。
首先，我们要理解什么是CDMA系统和RAKE接收机。
CDMA系统是一种用于无线通信的多址技术，它允许多个用户同时在相同频带上进行通信，通过使用不同的扩频码将用户之间的通信进行区分。
CDMA系统具有很好的抗干扰性能和较高的频谱利用率，因此被广泛使用于移动通信领域。
RAKE接收机是一种用于CDMA系统中信号接收的技术，它通过采用多个接收分支来接收和合并从不同路径到达的信号，以提高接收信号的质量。
RAKE接收机通常使用一个或多个强旗手路径来提取信号的多径分支，然后将这些分支合并以获得更好的信号质量。
现在，我们将讨论如何使用MATLAB进行CDMA系统中RAKE接收机的仿真分析。
首先，我们需要定义CDMA系统的参数。
这些参数包括扩频码、码片持续时间、符号持续时间、发射功率等。
我们可以使用MATLAB中的变量来定义这些参数。
接下来，我们需要生成CDMA系统中的发送信号。
我们可以使用MATLAB中的随机函数生成多个用户的发送信号，并使用对应的扩频码将其展开。
然后，我们可以将这些发送信号叠加在一起，并将它们传输到信道中。
然后，我们需要建立CDMA系统的信道模型。
在仿真中，我们可以使用MATLAB中的函数来模拟信道的特性，如多径传播和噪声。
我们可以使用瑞利衰落信道模型来模拟多径传播，并将高斯白噪声添加到接收信号中。
接着，我们可以实现RAKE接收机。
在MATLAB中，我们可以使用函数或自定义算法来实现RAKE接收机的功能。
首先，我们需要将接收信号传输到RAKE接收机中的各个分支。
然后，我们可以使用相关器来检测这些分支中的信号，并选择最强的分支作为接收信号的输出。
摘要近年来，CDMA已成为移动通信领域的研究热点。
CDMA2000是北美基于IS-95系统发展而来的第三代移动通信系统，在前向信道结构上采用直接序列扩频和多载波两种方式来达到提供宽带数据业务的目的。
CDMA2000标准中，详细规定了发射技术的具体建议，但接收部分涉及的不多。
本文建立了多信道软件无线电接收机数学模型，在此基础上提出一种数字中频在CDMA2000多载波接收系统的设计及应用方案,并给出了系统各个单元的设计和性能参数，最后仿真验证了方案的可行性。
本文基于Windows 平台，使用Matlab中的软件包Simulink 对CDMA2000移动通信系统的接收机进行了仿真，主要是对“CDMA2000 移动台发射机”进行了基于时间流的仿真与实现。
分析了信号在“CDMA2000移动台发射机”的主要处理流程，包括信源编码，信道编码，数据调制，以及基带滤波等过程。
关键词：CDMA2000；接收机；扩频通信；Simulink RAKEAbstractThis paper mainly based upon the Windows flatform, simulates the R-TCH of theCDMA2000 mobile communicationsystems using “Simulink” in “Matlab”.Mainly simulates “the CDMA2000 mobile station transmitter” in a timed-stream mode,andanalyses the main treatment processing flow of signals in the “CDMA2000 mobile station transmitt er”, including source encoder,channel encoder, data modulation and base-band filtering process.KeyWords: CDMA2000; R-TCH; Spectrum-Spreading Communication; Simulink目录1．绪论2 研究背景及研究意义2.1 研究背景2.2 研究意义3 CDMA2000 发展与介绍3.1 CDMA 简介3.2 CDMA 2000发展史4 CDMA2000接收机的建模4.1软件无线电接收机数学模型4.2多径分集接收技术4.2.1多径分集接收技术感念4.22分集接收技术在CDMA2000具体实现方法5 CDMA2000接收机整体设计5.1 CDMA2000 模块分化5.1.1接收机信道介绍5.2.2 模块分化图5.2.3 RAKE接收器介绍以及流程图5.2数据帧处理模块设计5.3 HPSK模块设计5.4移动台发射机的实现框图6．仿真分析6.1信道比特流的输入62 CRC编码6.3卷积编码6.4符号重复6.5符号抽取6.6块交织6.7正交扩频6.8 HPSK调制7．结束语1.绪论ＣＤＭＡ目前已成为第三代蜂窝移动通信系统的首选技术（以ＷＣＤＭＡ和ＣＤＭＡ２０００为代表），国内外都在研究如何高质量地实现第三代移动通信系统。
基于Matlab的CDMA RAKE接收机性能仿真李伟;张真;吕路静【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2015(000)005【摘要】Since the CDMA mobile communication system is affected by the building and landform,its communication envi⁃ronment is very complex,and its communication quality are badly affected. CDMA system using RAKE receiving technology can distinguish the subtle multipath signal in time,and can take advantage of the multipath signal to overcome the effects of multipath fading and enhance the reception capacity. Based on the basic theory analysis of RAKE receiver,Matlab simulation software is adopted to perform performance simulation of RAKE receiver under different user states. Three combining modes of maximum ratio,gain,selection are compared. The simulation results and bit error rate performance parameters are given. The performance of the RAKE receiver in the CDMA system is modeled and simulated. The simulation results show that RAKE receiver used in CDMA system can play a role ofanti⁃multipath interference,and can improve system performance.%CDMA 移动通信系统中，受到建筑物和地形地貌的影响，通信环境十分复杂，通信系统的通信质量受到严重影响。
1 .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（基于Matlab的CDMARAKE接收机性能仿真_李伟）可是我仿真的W ALSH码自相关性能不好应该就是这样的walsh码的互相关特性很好用于多用户之间的区分2.载波的同步：解扩解扰后的符号数据经过信道估计和频偏估计模块，进行信道补偿。
频偏估计结果反馈到多径搜索模块，对原始数据进行频偏补偿。
最后所有经过信道补偿后输出的多径符号数据进行最大比合并后输出作为RAKE 接收机的输出，进行后续的符号级处理，如信道译码（WCDMAHSUPA业务上行接收机中信道估计与多径合并技术研究_姚霈）3信道估计的工程实现方法多时隙加权平均（Weighted Multi-Slot Averaging）方法：WMSA 方法是目前较好的方法之一，其估计过程如下：1）利用单时隙平均的信道估计方法得到各个时隙的信道估计值；2）将多个时隙的估计值加权组合，得到当前时隙的信道估计值。
由于多个时隙间进行加权平均，因而有效地降低了噪声的影响。
多时隙线性/非线性插值算法：先通过多时隙加权平均（WMSA）得到各时隙的信道估计值，然后利用当前时隙和下个时隙的信道估计值进行线性内插，得到当前时隙各符号对应的信道估计值因为采用线性插值得到的时隙内各符号对应的信道估计值，因此在信道恶化时，该方法的性能比多时隙加权平均方法有所提高。
但当移动台达到较高速度时，传统线性插值算法的信道估计性能会有所降低，而非线性插值算法的运算复杂度要比线性插值方法高很多。
（WCDMAHSUPA业务上行接收机中信道估计与多径合并技术研究_姚霈）。
3.3 单用户RAKE接收机性能仿真
3.3.1 仿真程序
利用MATLAB软件来仿真RAKE接收机分集接收性能的程序如下：Numusers=1; %用户数
Nc=16; %扩频因子
ISI_Length=1; %每径延时为ISI_Length/2
EbN0db = [0:2:10]; %信噪比，单位db
Tlen=5000;%数据长度
Bit_Error_Number1=0;%误比特率的初始值
Bit_Error_Number2=0;
Bit_Error_Number3=0;
power_unitary_factor1=sqrt(5/9);%每径功率因子
power_unitary_factor2=sqrt(3/9);
power_unitary_factor3=sqrt(1/9);
s_initial=randsrc(1,Tlen);%数据源
%产生Walsh 矩阵
Wal2=[1 1;1 -1];
Wal4=[Wal2 Wal2;Wal2 Wal2*(-1)];
Wal8=[Wal4 Wal4;Wal4 Wal4*(-1)];
Wal16=[Wal8 Wal8;Wal8 Wal8*(-1)];
%扩频
s_spread=zeros(Numusers,Tlen*Nc);
ray1=zeros(Numusers,2*Tlen*Nc);
ray2=zeros(Numusers,2*Tlen*Nc);
ray3=zeros(Numusers,2*Tlen*Nc);
for i=1:Numusers
x0=s_initial(i,:).'*Wal16(8,:);
x1=x0.';
s_Spread(i,:)=(x1(:)).';
end
%将每个扩频后输出重复为两次，有利于下面的延迟（延迟了半个
码元）
ray1(1:2:2*Tlen*Nc-1)=s_Spread(1:Tlen*Nc);
ray1(2:2:2*Tlen*Nc)=ray1(1:2:2*Tlen*Nc-1);
%产生第二径和第三径信号
ray2(ISI_Length+1:2*Tlen*Nc)=ray1(1:2*Tlen*Nc-
ISI_Length);
ray3(2*ISI_Length+1:2*Tlen*Nc)=ray1(1:2*Tlen*Nc-
2*ISI_Length);
for nEN = 1:length(EbN0db)
en = 10^(EbN0db(nEN)/10); % convert Eb/N0
from unit db to normal numbers
sigma = sqrt((32/(2*en)));
%接收到的信号demp
demp=power_unitary_factor1*ray1+power_unitary_factor2*ray2+p (randn(1,2*Tlen*Nc)+randn(1,2*Tlen*Nc)*i)*sigma;
dt=reshape(demp,32,Tlen)';
%将Walsh码重复为两次
Wal16_d(1:2:31)=Wal16(8,1:16);
Wal16_d(2:2:32)=Wal16(8,1:16);
%解扩后rdata1为第一径输出
rdata1=dt*Wal16_d(1,:).';
%将Walsh码延迟半个码片
Wal16_delay1(1,2:32)=Wal16_d(1,1:31);
%解扩后rdata2为第二径输出
rdata2=dt*Wal16_delay1(1,:).';
%将Walsh码延迟一个码片
Wal16_delay2(1,3:32)=Wal16_d(1,1:30);
Wal16_delay2(1,1:2)=Wal16_d(1,31:32);
%解扩后rdata3为第三径输出
rdata3=dt*Wal16_delay2(1,:).';
p1=rdata1'*rdata1;
p2=rdata2'*rdata2;
p3=rdata3'*rdata3;
p=p1+p2+p3;
u1=p1/p;
u2=p2/p;
u3=p3/p;
%最大值合并
rd_m1=real(rdata1*u1+rdata2*u2+rdata3*u3); %等增益合并
rd_m2=(real(rdata1+rdata2+rdata3))/3;
%选择式合并
u=[u1,u2,u3];
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
%三种方法判决输出
r_Data1=sign(rd_m1)';
r_Data2=sign(rd_m2)';
r_Data3=sign(rd_m3)';
%计算误比特率
Bit_Error_Number1=length(find(r_Data1(1:Tlen)~=s_initial(1:Tlen)));
Bit_Error_Rate1(nEN)=Bit_Error_Number1/(Tlen);
Bit_Error_Number2=length(find(r_Data2(1:Tlen)~=s_initial(1:Tlen)));
Bit_Error_Rate2(nEN)=Bit_Error_Number2/(Tlen);
Bit_Error_Number3=length(find(r_Data3(1:Tlen)~=s_initial(1:Tlen)));
Bit_Error_Rate3(nEN)=Bit_Error_Number3/(Tlen);
end
semilogy(EbN0db,Bit_Error_Rate1,'*-');hold on;
semilogy(EbN0db,Bit_Error_Rate2,'o-'); hold on;
semilogy(EbN0db,Bit_Error_Rate3,'+-');
legend('最大比合并','等增益合并','选择式合并');
xlabel('信噪比');
ylabel('误比特率');
title('3种主要分集合并方式性能比较');
3.3.2 仿真结果分析
单用户RAKE接收机的误码性能比较如图3-4所示。
图3-4中比较了采用RAKE接收机进行多径信号接收时，采
用不同的分集合并方式对平均误比特率的影响。
可见三种分集
合并方法都能有效提高接收机的接收性能，且相同条件下，最
大合并比性能最好，其次是等增益合并，最后是选择式合并。
上述结论和传统理论是一致的。
图3-4 单用户RAKE接收机误码率仿真图图中，仿真结果以误比特率和信躁比的关系曲线给出。
显然最大比合并方式时误码率最低。
从仿真过程可以看出，RAKE接收机能比较好的解决多径问题。
白噪声干扰对RAKE 接收机误码率影响不大，而随着信噪比的增大，RAKE接收机的误码率迅速下降。
