Rake-приемник

Принцип действия Rake-приемника, который был создан для приема разнесенных сигналов, основан на раздельной обработке всех многолучевых компонентов и вычислении их средневзвешенной суммы. В наземных радиоканалах характеристики этих компонентов могут незначительно (на величину, сопоставимую с длительностью одного символа шумоподобного сигнала — чипа) различаться. Компоненты, отстоящие друг от друга более чем на один чип, обрабатываются и суммируются. Что же касается мелкомасштабных изменений задержки (менее чем на один чип), они могут быть устранены при приеме с помощью схемы кодового слежения, которая позволяет измерить время задержки для каждого компонента многолучевого сигнала и нивелировать малое изменение.

Рисунок 12.9. Упрощенная структурная схема трехканального Rake-приемника

Поскольку на практике число суммируемых соизмеримых по мощности лучей не превышает 3—4, то в классическом Rake-приемнике обычно реализуется трехканальная схема (рисунок 9), которая дает возможность выделять три компонента многолучевого сигнала с различными задержками (τ1, τ2, τ3) и коэффициентами передачи (α1, α2, α3). В каждом канале приема (finger) входной сигнал, задержка которого приведена ко времени распространения многолучевого сигнала, перемножается с кодовой последовательностью. После свертки вычисляется (с помощью схемы сложения) средневзвешенная по максимуму отношения сигнал/шум сумма сигналов разных каналов приема. В результате такой обработки все лучи, опережающие основной луч или запаздывающие относительно него на величину, большую 1/F, создают на выходе корреляторов лишь небольшие всплески (вместо больших помех), которые отбрасываются Rake-приемником в процессе принятия решения.

В реальной жизни при перемещении мобильного объекта изменяются условия отражения радиоволн, а следовательно, и коэффициенты ослабления сигнала и задержка. Чтобы отследить такие изменения и оптимальным образом перераспределить каналы Rake-приемника, в нем обычно предусматриваются еще 1—2 вспомогательных канала, предназначенных для зондирования многолучевой среды.

Описанная схема работы приемника реализована в системе с кодовым доступом на базе стандарта cdmaOne (IS-95). Ее мобильный терминал выполнен на основе трехканального Rake-приемника с одним дополнительным сканирующим каналом, который обеспечивает периодическое измерение характеристик многолучевой среды. На этапе поиска терминал использует только вспомогательный сканирующий канал, с помощью которого отслеживаются приходящие сигналы и оцениваются с заданной точностью их амплитуды, начальные фазы и задержки. На основании этих данных приемник осуществляет подстройку циклических сдвигов опорных последовательностей в соответствии с наиболее мощными компонентами входного сигнала. После захвата несущей частоты приемник обрабатывает пилот-сигнал, выделяя из него самые мощные компоненты приходящих лучей. Применение пилот-сигнала и трехканального Rake-приемника позволило реализовать в мобильном терминале системы cdmaOne трехкратный разнесенный прием с когерентным сложением сигналов. На базовой станции cdmaOne используются пространственное разнесение антенн и четырехканальный Rake-приемник с двумя дополнительными сканирующими каналами. Это обеспечивает (при наличии двух антенн) восьмикратное разнесение.