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在GPS接收機(jī)基帶處理器中，擴(kuò)頻信號的捕獲及定位的快速、精確和實(shí)時(shí)性的需求成為整個處理器的核心，不但是影響接收性能指標(biāo)和數(shù)據(jù)解算的重要因素之一，而且指引著基帶處理芯片設(shè)計(jì)的新方向。本文針對影響基帶處理性能的窄帶干擾和固定捕獲門限無法適應(yīng)移動信道下信號的快衰落和動態(tài)變化兩個突出問題，基于電路可實(shí)現(xiàn)性和算法處理時(shí)間開銷兩方面考慮，提出抑制窄帶干擾自適應(yīng)能量判決門限的頻域?yàn)V波和雙門限自適應(yīng)調(diào)整的PN碼捕獲模塊的IP。采用基于ARM7的SoC設(shè)計(jì)，通過AMBA總線使CPU快速捕獲。最后，結(jié)合ARM公司的Integrator/AP ASIC Development Board實(shí)現(xiàn)整個SoC基帶處理器的協(xié)調(diào)工作，在加入窄帶干擾信號的條件下對測試點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，即使在信噪比大幅度變化的情況下，也可以保證多次捕獲的時(shí)間和失鎖概率在一個很小的范圍內(nèi)。
1 系統(tǒng)模型
窄帶干擾抑制和雙門限自適應(yīng)調(diào)整PN碼捕獲的系統(tǒng)模型如圖1所示，其中IP設(shè)計(jì)部分為系統(tǒng)的核心，主要由抗窄帶干擾濾波電路、去重疊電路、雙門限自適應(yīng)碼捕獲電路組成。相應(yīng)的碼偏移調(diào)整電路、窗口濾波電路、FFT和IFFT電路實(shí)現(xiàn)頻域變換，使各頻域分量收斂速度和電路處理更快。下面詳細(xì)分析設(shè)計(jì)中的兩個核心部分。
2 基帶處理SoC的捕獲IP設(shè)計(jì)
2.1 抗窄帶干擾濾波模塊
基于BPSK調(diào)制的直接序列擴(kuò)頻（DSSS）基帶接收系統(tǒng)中主要有時(shí)域處理和頻域處理兩種主要的抗窄帶干擾技術(shù)。在接收信號中，相對于寬帶擴(kuò)頻信號窄帶干擾的帶寬只占很小的頻帶，而且具有較高的功率譜密度，只需對窄帶干擾嚴(yán)重的部分帶寬限幅并保持其相位即可抑制窄帶干擾的大部分能量。頻域處理各頻域分量具有獨(dú)立收斂性，因此對窄帶干擾抑制的效果更優(yōu)。
因此，基于頻域干擾濾波設(shè)計(jì)的核心是干擾檢測門限，根據(jù)接收頻譜特征動態(tài)，設(shè)定各個子帶的能量判決門限的算法來實(shí)現(xiàn)電路[1]。對于窄帶干擾信號可以通過多個正弦波之和來模擬[2]，因此一個完整的接收信號可以表示如下：
右邊第1項(xiàng)為接收的C/A碼調(diào)制信號，PC/A為信號的平均功率，C(t)為C/A碼序列，fL1為基帶接收信號的載頻，θ為載波初始相位；模擬的窄帶干擾信號為n個疊加。
在圖1中1/e(n)，yp(n)，yl(n)為下變頻信號和本地碼相關(guān)后的信號，相關(guān)信號經(jīng)過步長為n的累加積分求和運(yùn)算得到頻域?yàn)V波前的能量值對頻域轉(zhuǎn)換后的信號首先進(jìn)入功率密度運(yùn)算單元處理，提取各子帶的功率密度，并存儲到功率密度矢量FIFO中，記為B0，同時(shí)輸入到能量判決門限模塊。能量判決門限單元經(jīng)過判決器和信道中的窄帶干擾的功率密度對比模擬，從而得到矢量的自適應(yīng)子帶能量判決門限，記為AH=k×B0+σ2，對于n個子帶也就對應(yīng)著一個n維的矢量值。因此對于每個子帶來說，根據(jù)各自的功率譜密度，通過遺忘因子和收斂因子的動態(tài)設(shè)定，可以得到不再是固定常數(shù)的能量判決門限。設(shè)計(jì)原理如圖2所示。
2.2 雙門限自適應(yīng)調(diào)整門限模塊
偽碼的捕獲是以本地?cái)U(kuò)頻序列與所接收信號的相位誤差在一個碼片之內(nèi)為標(biāo)準(zhǔn)，然而固定門限法在低信噪比下判決的虛警概率很高，對于快變信號的快衰落和動態(tài)變化的捕獲效果不佳，因此使用動態(tài)捕獲門限是必要的。
在進(jìn)入捕獲模塊之前，信號經(jīng)過加窗和干擾抑制濾波器后，在FFT邊緣的有用信號會失真并且能量損失較多。因此增加兩路碼片偏移處理,一路延遲1/2碼片長，一路超前1/2碼片長，原路即時(shí)傳輸。
作者：西北大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 張帆，田澤，黃鵬 來源：現(xiàn)代電子技術(shù)
