直扩定位中频数字接收机实现几个关键问题

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1、直扩定位中频数字接收机实现几个关键问题

2、第1...摘　要：介绍了直接扩频序列扩频定位系统的中频数字接收机的设计和实现，讨论了该中频数字化接收机的几个关键问题，包括中频数字化、数字下变频、PN码捕获和载波同步，并给出了他们的FPGA的解决方案。关键词：中频数字化；数字下变频；PN码捕获；载波同步随着卫星定位系统的发展，对定位系统接收机的性能要求日益提高，实现信号的数字接收变得非常重要。FPGA器件具有速度快、密度高、功耗低、可配置性强等特点，可以简化系统设计、提高系统的稳定性和缩短开发周期，已经广泛地应用于复杂电路

3、的设计中。根据某系统的设计要求，研制了适合于低信噪比条件下，直扩的软件无线电接收机设备。系统要求灵敏度为－30dBm(mS/s的采样速率、80dB的SFDR，他的所有差分模拟输入阶段具有300MHz输入带宽特征，直接采样的中频频率可以高达70MHz。该芯片在5V供电的时候，功耗仅为710mHz的PN码，系统取32．64MHz的采样频率。1．2　数字下变频通过数字下变频(DigitalDoouseg(this)">数控本振由三部分组成：相位累加器、相位加法器及正弦表只读存储器。相位累加器的作用就是将数字本振频率和本

4、振偏移频率之和转换成相位，每来一个时钟脉冲，相位在原来的基础上增加一个相位增量，相位加法器的功能是设置一定的初始相位以满足某些应用的需要。相位的正弦值用查正弦表(LookUpTable，LUT)的方法实现。过程如下：500)this.style.ouseg(this)">其中：n是输入的LUT的地址，N是LUT的采样数，sin［n］是在点2πn/N处的正弦值，cos［n］是在点2πn/N处的余弦值。当n从0到N改变的时候，LUT会输出一个完整的正余弦值。考虑到正弦信号的对称性，只存放1/4的波形，其余3个象限的波

5、形通过简单换算完成。如果采样速率刚好是数字中频的4倍，那么乘以正弦波就相当于乘以0，1，0和－1，乘以余弦波就相当于乘以1，0，－1和0。Actel公司ProASICPlus系列FPGA产品中有丰富的IPCORE，正弦/余弦信号查找表、滤波器等都可以用IPCORE简单、方便地实现，性能也能满足要求。在FPGA中实现并行乘法，占用内部资源较多，乘法器的速度成为系统的瓶颈。考虑采用流水线结构设计，在各部分乘积的加法运算之间插入寄存器，将漫长的进位过程分摊到各级寄存器之间去执行并注意各级的时延均化。乘法器的速度由两级寄

6、存器间的延时决定，这样做有利于提高系统时钟。由于FPGA是寄存器增强型器件，这种方法所付出的面积代价并不大。1．3　PN码捕获PN码的捕获与跟踪式直扩系统的关键处理过程直接影响系统的性能。PN码的捕获主要有以下几种方法：单步进搜索法、滑动相关法、序列估计法、多驻留式搜索、复码法、双门限法和匹配滤波器法等。上述几种方法有的实现起来虽然简单但捕获时间太长(如单步进和滑动相关法)，有些对噪声过于敏感不适用于扩频通信系统(如序列估计法和复码法)；有些虽然捕获时间较单步进有一定的缩短但电路也复杂了许多，付出的代价太大(如多

7、驻留式搜索和双门限判决法)；另一些则受限于实现所必须的元器件扩频益做不高(如匹配滤波器法)。在本系统中，用本地匹配滤波器h(n)对一个信息符号中的采样数据做循环相关，找出所有相关值中的最大值的位置，即为伪码同步点。而两信号的循环相关可以通过FFT运算完成，从而节省大量运算时间，其原理如下：设x(n)，h(n)的长度均为N(N为2的整数次幂)，对他们分别做N点FFT，记：500)this.style.ouseg(this)">通过FPGA编程，利用ProASICPlus系列芯片的以下3个特点：(1)利用内部的IPC

8、ORE存取速度快的性能特点，采用“双蝶形”结构并行处理。(2)采用了块浮点算法解决精度问题。(3)利用模块化的设计、易于扩展的特点，在对数据实现FFT运算前对数据进行去支流、加窗以及FFT运算后进行求模平方。采用FPGA实现FFT，完成系统的伪码同步捕获，运算时间只有常规串行捕获的百分之一，满足性能要求。1．4　载波同步PSK信号实质上就是恒包络的抑载双边带信号。基于这一特点，一般采用相干检测的方法解调。因此，必须在接收端恢复出与发送载波同频同相的相干载波，这一过程称为载波同步，也称为载波提取。实现载波同步是PS

9、K信号相干解调得以进行的前提和基础。直扩接收机一般在解扩后通过锁相环(如科斯塔斯环(costas))来实现载波同步。信号载频的偏移主要包括多普勒频移和收发端本振固有频差两部分，后者一般比较稳定且绝对值较小，在高动态环境下，多普勒效应的影响会使接收机输入信号产生了较大的频移。本设计采用同相正交环又称科斯塔斯环，其组成如图3所示。500)this.style.ouseg(th