基于SoC的抗窄帶干擾和自適應(yīng)門(mén)限的基帶捕獲IP設(shè)計(jì)

在GPS接收機(jī)基帶處理器中，擴(kuò)頻信號(hào)的捕獲及定位的快速、精確和實(shí)時(shí)性的需求成為整個(gè)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(duì)影響基帶處理性能的窄帶干擾和固定捕獲門(mén)限無(wú)法適應(yīng)移動(dòng)信道下信號(hào)的快衰落和動(dòng)態(tài)變化兩個(gè)突出問(wèn)題，基于電路可實(shí)現(xiàn)性和算法處理時(shí)間開(kāi)銷兩方面考慮，提出抑制窄帶干擾自適應(yīng)能量判決門(mén)限的頻域?yàn)V波和雙門(mén)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(guò)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(gè)SoC基帶處理器的協(xié)調(diào)工作，在加入窄帶干擾信號(hào)的條件下對(duì)測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)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(gè)很小的范圍內(nèi)。
1 系統(tǒng)模型
　　窄帶干擾抑制和雙門(mén)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(mén)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(gè)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(hào)中，相對(duì)于寬帶擴(kuò)頻信號(hào)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(duì)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(duì)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(cè)門(mén)限，根據(jù)接收頻譜特征動(dòng)態(tài)，設(shè)定各個(gè)子帶的能量判決門(mén)限的算法來(lái)實(shí)現(xiàn)電路[1]。對(duì)于窄帶干擾信號(hào)可以通過(guò)多個(gè)正弦波之和來(lái)模擬[2]，因此一個(gè)完整的接收信號(hào)可以表示如下：

右邊第1項(xiàng)為接收的C/A碼調(diào)制信號(hào)，PC/A為信號(hào)的平均功率，C(t)為C/A碼序列，fL1為基帶接收信號(hào)的載頻，θ為載波初始相位；模擬的窄帶干擾信號(hào)為n個(gè)疊加。
　　在圖1中1/e(n)，yp(n)，yl(n)為下變頻信號(hào)和本地碼相關(guān)后的信號(hào)，相關(guān)信號(hào)經(jīng)過(guò)步長(zhǎng)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(duì)頻域轉(zhuǎn)換后的信號(hào)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(chǔ)到功率密度矢量FIFO中，記為B0，同時(shí)輸入到能量判決門(mén)限模塊。能量判決門(mén)限單元經(jīng)過(guò)判決器和信道中的窄帶干擾的功率密度對(duì)比模擬，從而得到矢量的自適應(yīng)子帶能量判決門(mén)限，記為AH=k×B0+σ2，對(duì)于n個(gè)子帶也就對(duì)應(yīng)著一個(gè)n維的矢量值。因此對(duì)于每個(gè)子帶來(lái)說(shuō)，根據(jù)各自的功率譜密度，通過(guò)遺忘因子和收斂因子的動(dòng)態(tài)設(shè)定，可以得到不再是固定常數(shù)的能量判決門(mén)限。設(shè)計(jì)原理如圖2所示。