RAKE接收機是一種能分離多徑信號并有效合并多徑信號能量的最終接收機。

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

　　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能量，以改善傳輸可靠性的技術(shù)。它也是研究利用信號的基本參量在時域、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立的不同路徑，可以通過空域、時域、頻域的不同角度、不同的方法與措施來加以實現(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（空間）收到的信號衰落的獨立性，實現(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：它利用在同一地點兩個極化方向相互正交的天線發(fā)出的信號可以呈現(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)的信號進(jìn)行極化分集。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)緊湊、節(jié)省空間；缺點：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。而每個方向性天線接收到的多徑信號是不相關(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)點是減少了接收天線與相應(yīng)設(shè)備的數(shù)目；缺點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。

　　3. 時間分集：

　　1） 對于一個隨機衰落信號，如果取樣時間間隔足夠大時，兩個樣點間的衰落互不相

　　關(guān)的，利用這一特性可以構(gòu)成時間分集。

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

　　3） 在時域上時間間隔Δt應(yīng)大于相干時間ΔT。時間分集對于處于靜止?fàn)顟B(tài)的移動臺是無用的。

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

　　分集技術(shù)的優(yōu)勢是很強大的，在很多通信系統(tǒng)中都采用了分集技術(shù)。而且在這里需要強調(diào)的是，在一個通信系統(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，同時采用了空間分集、頻率分集、時間分集技術(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接收機屬于時間分集，用來克服多徑干擾。
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　　RAKE接收機的分集接收原理

　　RAKE接收機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，對它進(jìn)行延時和相位校正，使之在某一時刻對齊，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。

　　由于用戶的隨機移動性，接收到的多徑分量的數(shù)量、幅度大小、時延、相位均為隨機量。

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

　　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)兩信號的多徑時延相差大于一個擴頻碼片寬度時，可以認(rèn)為這兩個信號是不相關(guān)的，或者說是路徑可分離的。反應(yīng)在頻域上，即信號的傳輸帶寬大于信號的相干帶寬時，認(rèn)為這兩個信號是不相關(guān)的，或者說是路徑可分離的。由于CDMA系統(tǒng)是寬帶傳輸?shù)模行诺拦蚕眍l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接收機分集的度量取決于多徑時延寬度和多徑分離的能力。

　　在最大時延擴展為 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，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接收機采用L個相關(guān)器，相鄰相關(guān)器所處理的時延之差為1/W，每個相關(guān)器只從總的接收信號中提取相應(yīng)延時的那部分多徑信號。

RAKE接收機的框圖

　　總結(jié)

　　分集接收技術(shù)是一種重要的對抗多徑衰落的技術(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立。同一通信系統(tǒng)中，可以同時采用多種分集方式以減小誤碼率。RAKE接收機就是通過將可分離的多徑按其強度成比例合并，從而把多徑中的能量收集起來。

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