Code Division Кілька Access (CDMA) підкреслює багато спадкових і сучасних бездротових мереж, включаючи IS-95, CDMA2000 і WCDMA (UMTS). Визначення інновацій в цих системах є ресивером rake, спеціалізованою архітектурою, яка перетворює традиційну бездротову відповідальність—багатопатське поширення — в активі продуктивності. По-перше, поєднує в собі багаторазові затримані копії того ж сигналу, ресивери rake різко покращують надійність зв'язку, ємність і пропускну здатність даних. У статті досліджуються принципи роботи, деталі реалізації, переваги та актуальність ресиверів гальмівних ресиверів в CDMA сигналі.

Що таке ресивера?

Гальмовий ресивер є структурою радіоприймача, призначеною для експлуатації багатопатової пропагації, а не страждає від нього. У типових бездротових середовищах, передані сигнали відображають будівлі, місцевості та рухомих об'єктів, створюючи кілька копій, які досягають ресиверу в різні часи і з різним амплітудами і фазами. Без спеціальної обробки ці затримані копії викликають інтерсимбол втручання і захоплення. Гальмовий ресівер, названий своїм ресепцією на садову rake з декількома тенами, використовує кілька незалежних корельників (з'єднання ]) для захоплення, вирівнювання NRD, що зменшує репліментальні коефіцієнти

Історичний контекст

Концепція була вперше запропонована Робертом Ціна і Павлом Е. Гріном у 1950-х роках для радіолокаційної та широкої спектральної зв'язку. Вона стала комерційно практичною з приходом клітинних систем CDMA у 1990-х роках, де широкою пропускною здатністю та ортогональним кодами, що зробили багатопатентний розчин. Сьогодні ресивери rake залишаються невід'ємними для 3G мереж і продовжують впливати на приймач-дизайн у 4G і 5G через гібридні архітектури.

Як працює Rake Recr?

Гальмовий ресивер працює в трьох фундаментальних сценах: , , синхронізація і відстеження], і , когерентний комбінація]. Кожен палець ресивера ручить конкретну пропагацію шляху. Типовий ресивер може мати три шість пальців, хоча передові впровадження використовують більше.

Багатопатове виявлення та підказка пальців

Ресівер спочатку використовує корелятор пошуковика, який безперервно сканує часовий домен для сильних багатопатових компонентів. Спредаючий код, який використовується в CDMA, створює високу автоколяцію, тому підібране фільтрування, показує різні кореляційні вершини, що відповідають різним затримкам шляху. Найсильні вершини присвоюються індивідуальним rake пальцем. Цей процес динамічний: як рух мобільної станції, зміни стежок, і пальці повинні бути перепризначені, -часто кожен кілька мілісекундів.

Депрочитання та дедуляція на пальця

Кожен пальчик відхиляє його призначену затримку копіювання за допомогою такої ж послідовності псевдорам (PN), але зміщеної до вирівнювання з тим часом прибуття шляху. Функція розширювання компресує широкий сигнал назад до вузькосмугового символу даних, відхиляючи перешкоди від інших користувачів. Після розмахання кожен пальчик виконує оцінку каналів для визначення амплітуду і обертання фази, введеного пропагацією каналу. Ця інформація є критичною для когерентного поєднання.

Комбіновані техніки

Ключ до продуктивності rake ресивера є комбінованим алгоритмом. Найпоширеніше maximal співвідношення комбінування (MRC), де кожен вихід пальця ваговий його розрахунковий канал, а потім підсумовується в фазі. MRC максимізує вихід SNR, коли шум в кожній галузі некоректний - це дійсне припущення для багатопатових компонентів, відокремлених більш ніж тривалість чіпа. Інші методи включають , але MRC.

Поєднаний сигнал потім продається в декодер (наприклад, Viterbi decoder) для корекції помилок. Оскільки rake ресивери експлуатуються, властиві різноманітності, ефективний бюджет посилань покращується, що дозволяє системам CDMA працювати при меншій потужності передачі і з більшою щільністю користувачів.

Чому CDMA Systems потрібні ресивери

Структура сигналу CDMA робить його унікальним придатним для ресепції гальмівних рухів. На відміну від вузьких систем, де багатопатія викликає глибоку частотно-селекторну гасіння, широкою пропускною здатністю CDMA вирішує індивідуальні лунки з затримками більш ніж один період чіпа. Кожен вирішений шлях несе однакові дані, але з незалежною статистикою для закріплення. Без ресивера, звичайний збіговий фільтр захопить тільки найсильніший шлях, що порушує енергію в інших шляхах і робить систему вразливою для загартування.

Розтягування Кодів і Ортогінал

Розкидані коди, які використовуються в переадресному посилання (за посиланням) призначені для усунення внутрішньоклітинних перешкод. Однак мультипатія знищує ортогональну ортогону, оскільки затримані реплікації з'являються як міжференційні сигнали. Гальмовий ресивер пом'якшує це шляхом вирівнювання та поєднання призначеного сигналу при обробці інших шляхів, як шум, тільки якщо вони не корелюють. У підключанні, де кожен користувач має унікальний штриховий код, рецепція гальмівних ресепцій є ще більш критичним, оскільки сигнали з різних мобільних телефонів прибувають з випадковими термінами і повинні бути відокремлені кореляцією коду.

Ключові переваги ресиверів з Рейку в CDMA

  • Посилення диверситетів проти загартування: Поєднуючи декілька самостійних відхилених шляхів, ймовірність одночасного глибокого згоряння на всіх шляхах різко знижується. Це дає змогу підвищити рівень зв'язку 3–10 дБ залежно від навколишнього середовища.
  • Robustness to inter: MRC пригнічує шум і втручання з інших клітин, оскільки вага природного середовища дає менш важливе значення для слабких або шумних шляхів. Комбінований з отриманням обробки від поширення, rake ресивери можуть працювати при негативних SNRs в домені знебочення.
  • Підтримка ручного відключення: У мережі CDMA, мобільні станції з'єднуються з декількома базовими станціями під час відключення. Гальмовий ресивер може віднести пальці сигналів з різних секторів або клітин, поєднуючи їх, щоб зробити безшовний (soft handoff). Цей драматично зменшує випадання виклику.
  • Покращена потужність: Опускання необхідної потужності для даної якості сервісу, rake ресивери дозволяють більш одночасно користувачам на клітинку. Деякі дослідження показують збільшення потужності 30–50% порівняно з системами без багатопатічної комбінації.
  • Компативність з модуляцією вищого порядку: Як CDMA реалізовано для підтримки 16-QAM та 64-QAM у HSPA+, ресивери гальмівних приймачів, які забезпечили необхідний SNR-пошта, хоча пізніше вони доповнилися еквалайзерами для обробки більш високих показників даних.

Обмеження та сучасність

Незважаючи на свою міцність, rake ресивери мають обмеження, які стають видимими в 4G і 5G мережі. Їх продуктивність деградує, коли багатопатські затримки коротше, ніж тривалість чіпа (наприклад, в кімнатних середовищах з дуже щільними відбиттями). Також rake ресивери вимагають виділеного пальця на регульований шлях, який стає обчисленим, коли затримка поширюється велика. У сучасних ортогональних частотно-диверсійних багатоплексних (OFDM) [LTE і 5G NR, ресивери використовують циклічні префікси і частотно-доменевих еквалайзерів для обробки мультипат без rake Architecture: 0Fliframe[Llitrl1Fli[Llitrl1Fli]

Гібридні підходи

Деякі передові ресивери об'єднують гальмівні з лайнарними еквалайзерами (наприклад, LMMSE Chip еквалайзери), які відбіляють резиденційні втручання. Це поширене в модемах HSPA+, де еквалайзер upfront зменшує інтерсимпбол втручання перед rake fingers поєднує в собі інші шляхи. У 5G, rake-like Concepts з'являються у вигляді часно-доменевої системи оцінки і поєднання для вузькосмугового Інтернету або в full-duplex[F5[F2]

Висновок

Гальмовий ресивер є кутовим елементом технології CDMA, що трансформує багатопатентну пропагацію від відповідальності в цінне джерело різноманіття. Зовні поєднуючи багаторазові затримані копії сигналів, він забезпечує надійний, якісний прийом навіть у складних середовищах для закріплення. Хоча новіші інтерфейси повітря перенесли на основі еквалайзера і центрічних конструкцій, принципи ресепції гальмівного руху—часового різноманіття комбінацій та перешкоди відхилення—продовжуючи інформувати передові ресивери архітектури. Розуміння ролі rake ресивера є важливим для всіх, хто працює в бездротових зв'язках, від мережевого планування до модемного дизайну.

Для подальшого читання, дослідження Оригінальна ціна та Грін папір на ресивери rake, 3GPP огляд CDMA еволюції], одностороння лекція на виконання rake ресивера, а також аналіз