李亭亭 蔣繼娟

摘 要：本文主要研究了當(dāng)源特性固有時(shí)，根據(jù)彈性波在地層中的傳播特性，選取了路徑分集技術(shù)對(duì)彈性波多徑信號(hào)進(jìn)行分集接收、最大比合并技術(shù)進(jìn)行合并處理，然后設(shè)計(jì)了基于路徑分集及最大比合并技術(shù)的RAKE接收機(jī)并進(jìn)行了仿真，結(jié)果表明，利用RAKE接收技術(shù)，選取三路多徑信號(hào)能明顯提高彈性波接收信號(hào)的信噪比，從而改善系統(tǒng)的通信質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：彈性波；路徑分集；最大比合并；RAKE接收

彈性波在地層中傳播時(shí)，由于地層結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，在接收端接收到信號(hào)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的多徑衰落現(xiàn)象，使信號(hào)質(zhì)量嚴(yán)重下降。假設(shè)彈性波的源特性沒(méi)有發(fā)生變化，若要克服彈性波的多徑效應(yīng)，則在接收端需采取有效措施來(lái)克服彈性波的衰落[ 1 ]。而分集接收方法中的RAKE接收技術(shù)就是一種有效且應(yīng)用最廣泛的抗衰落技術(shù)[ 2 ]。分集技術(shù)對(duì)信號(hào)的處理主要包含兩個(gè)過(guò)程，即分散傳輸和合并處理[ 3 ]。故首先要獲得個(gè)相互獨(dú)立的多徑信號(hào)分量，然后對(duì)其進(jìn)行處理以獲得信噪比的改善，這就是合并技術(shù)。本文將路徑分集與最大比合并應(yīng)用于彈性波RAKE接收中，然設(shè)計(jì)彈性波RAKE接收方案，最后對(duì)彈性波RAKE接收進(jìn)行仿真及結(jié)果分析。

1 彈性波多徑信號(hào)分集接收方案的選擇

1）獨(dú)立多徑信號(hào)獲取方案的選擇。為了在彈性波接收系統(tǒng)中得到相互獨(dú)立衰落的多徑信號(hào)，常用的分集技術(shù)有空間分集、頻率分集、時(shí)間分集以及路徑分集等[ 4 ]。其中路徑分集是指當(dāng)來(lái)自?xún)蓚€(gè)不同路徑信號(hào)的時(shí)延大于某一值時(shí)，這兩個(gè)衰落信號(hào)可看作互不相關(guān)的特性。由于彈性波在地層中傳播時(shí)，會(huì)經(jīng)過(guò)不同的路徑到達(dá)接收端，且每條傳播路徑的長(zhǎng)度（時(shí)延）與衰減都是不同的，故本文選取路徑分集對(duì)接收到的彈性波進(jìn)行分離。

2）多徑信號(hào)接收方案的選擇。接收端接收到來(lái)自彈性波檢波器的個(gè)獨(dú)立的多徑時(shí)延信號(hào)，可以采用選擇式合并、最大比值合并和等增益合并等不同形式的合并技術(shù)對(duì)多徑信號(hào)進(jìn)行合并處理，從而獲得較高的分集增益。由于最大比值合并充分利用了所有的多徑時(shí)延信號(hào)，最大限度的提高分集增益，是所有分集合并方式中最優(yōu)的。且由于彈性波大地信道存在強(qiáng)干擾，信號(hào)能量損失嚴(yán)重，故選擇最大比值合并方式來(lái)實(shí)現(xiàn)檢波器接收到的多徑信號(hào)的合并，從而提高輸出信噪比，改善通信質(zhì)量。

2 彈性波多徑信號(hào)的RAKE接收方案的設(shè)計(jì)

彈性波在地層中傳播時(shí)，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的多徑衰落，本文采用路徑分集技術(shù)進(jìn)行分離，采用最大比合并技術(shù)來(lái)進(jìn)行接收合并處理，然后設(shè)計(jì)基于路徑分集與最大比合并的RAKE接收機(jī)。

2.1 彈性波多徑信號(hào)的RAKE接收原理

彈性波多徑信號(hào)的RAKE接收實(shí)現(xiàn)框圖如圖1所示。假設(shè)RAKE接收機(jī)搜索到N條多徑信號(hào)，其中傳輸時(shí)延最小的直達(dá)波信號(hào)首先到達(dá)，隨后其它N-1條多徑信號(hào)依次到達(dá)。通過(guò)電路檢測(cè)得到每條多徑信號(hào)的到達(dá)時(shí)間，假設(shè)以第1條多徑信號(hào)（即直達(dá)波）到達(dá)時(shí)間為基準(zhǔn)，設(shè)為t，即Δt1=0，第2條多徑信號(hào)與第1條多徑信號(hào)的時(shí)延差為Δt2，第3條多徑信號(hào)的相對(duì)時(shí)延差為Δt3，依次類(lèi)推，第N條多徑信號(hào)的相對(duì)時(shí)延差為ΔtN，此時(shí)有：ΔtN>ΔtN-

N條多徑信號(hào)經(jīng)過(guò)解調(diào)后，然后分別進(jìn)入并行相關(guān)器中進(jìn)行處理，然后得到最小的多徑時(shí)延c（t），其余N-1條多徑時(shí)延為c（t-Δt2），c（t-Δt3），…，c（t-ΔtN），多徑時(shí)延信號(hào)經(jīng)過(guò)相位同步后加入到積分器中，每次積分時(shí)間為T(mén)b，第N個(gè)多徑時(shí)延信號(hào)在Tb時(shí)刻末尾進(jìn)入電平保持電路，直到Tb+ΔtN。這樣所有的相關(guān)器于Tb+ΔtN時(shí)刻產(chǎn)生輸出，通過(guò)相加求和電路，再經(jīng)過(guò)判決電路產(chǎn)生數(shù)據(jù)輸出。

2.2 彈性波RAKE接收仿真模型及結(jié)果分析

利用MATLAB對(duì)彈性波的RAKE接收方案進(jìn)行了仿真，多徑信號(hào)的條數(shù)對(duì)接收系統(tǒng)誤碼率的影響如圖2所示。

從圖2可以看出，誤碼率隨信噪比的增加而降低；在同一信噪比下，隨著合并有效多徑信號(hào)條數(shù)的增加，誤碼率逐漸降低；且在仿真中，合并三路多徑信號(hào)已經(jīng)顯著的改善了系統(tǒng)的誤碼率性能，第四路的能力已經(jīng)損耗到很低，對(duì)系統(tǒng)誤碼率的改善并不是十分明顯。

參考文獻(xiàn)：

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