安全性能在掌握之中的扩频通信Rake仿真研究

2014-01-26 11:29 来源:电子信息网 作者:娣雾儿

在移动通信中,移动终端的天线通常采用无方向性的低增益天线,移动终端接收来自各个方向的电磁波,并向各个方向发射电磁波。通过不同路径到达接收天线的信号,由于路径不同造成传播时延的不同,各信号在接收天线处的相位不同,相同相位的信号互相叠加,使得信号得以加强,而相反相位的信号互相叠加,使得信号互相抵消。这种接收信号无规律的强弱起伏就是电波传播中的多径衰落。多径衰落会严重影响通信质量,为此采用数字信号处理技术来对抗衰落,分集接收技术就是减少多径衰落的重要方法之一。

分集有两种含义:一是分散传输,使接收端获得多个统计独立的、携带同一信息的信号;二是集中处理,即接收机把收到的多个统计独立的衰落信号进行合并,以降低衰落的影响。多径分集技术是用来补偿衰落信道损耗的,因为在任一时刻,多个非相关的衰落信号同时处于深度衰落的概率极小,因此,一旦在多径信号中选择出两个或两个以上的信号进行处理,接收机的瞬时信噪比和平均信噪比就可以得到改善。所以,分集就是有意识地分离多径信号并适当合并以提供接收信号的信噪比,降低多径干扰。

在扩频通信系统中,由于信号频段较宽,因此在时间上可以分离出比较细微的多径信号,对分离出的多径信号进行加权调整,使合成之后的信号得以增强,从而可在较大程度上降低多径衰落信道所造成的负面影响。这种技术又称为Rake接收技术。

文中首先介绍无线移动通信的信道特征,然后对Rake接收的基本原理和接收机结构进行描述,并在不同条件下对Rake接收系统进行了仿真。仿真结果表明:采用Rake接收技术能有效降低多径衰落对通信信号的影响,降低误码率。

1 无线移动通信信道

移动通信系统中,移动终端处于地形复杂的区域,其天线将接收从多条路径传播来的信号,再加上移动终端自身可能在运动状态,使得移动终端和基站之间的无线信道多变且难以控制。

移动通信信道是一种时变信道。无线通信信号通过移动通信时会受到各种形式的衰减损害。接收信号功率表示为:

p(d)=d-n·S(d)·R(d) (1)

式中,d表示移动终端与基站间的距离。

式(1)是信道对传输信号作用的一般表示式。信号所经历的损耗有如下3类:

1)自由空间传播损耗,用表示d-n,其中n一般取值为3~4;

2)阴影衰落,用S(d)表示,制式由于传播环境中的地形起伏、建筑物及其它障碍物对电波屏蔽所引起的衰落。一般服从对数正态分布,其变化率较慢,是慢衰落损耗;

3)多径衰落,用R(d)表示,这是由于移动传播环境的多径传输而引起的衰落,幅度一般服从瑞利分布或莱斯分布,其变化率较快,是快衰落损耗。

在移动通信传播环境中,到达移动终端天线的信号不是单一路径到达的,而是许多路径到达的众多反射波的合成。这样,接收信号的幅度将急剧变化,就产生了衰落。这种衰落是由于多径现象所引起的,称为多径衰落。

多径效应主要表现在3个方面:

1)经过短距离或短时间传播后信号强度产生急剧变化;

2)在不同的多径信号上,存在着时变多普勒频移引起的随机频率调制;

3)多径传播试验引起信号的时域扩展。

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扩频通信 Rake

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