基于SoC的抗窄带干扰和自适应门限的基带捕获IP设计

在GPS接收机基带处理器中，扩频信号的捕获及定位的快速、精确和实时性的需求成为整个处理器的核心，不但是影响接收性能指标和数据解算的重要因素之一，而且指引着基带处理芯片设计的新方向。本文针对影响基带处理性能的窄带干扰和固定捕获门限无法适应移动信道下信号的快衰落和动态变化两个突出问题，基于电路可实现性和算法处理时间开销两方面考虑，提出抑制窄带干扰自适应能量判决门限的频域滤波和双门限自适应调整的PN码捕获模块的IP。采用基于ARM7的SoC设计，通过AMBA总线使CPU快速捕获。最后，结合ARM公司的Integrator/AP ASIC Development Board实现整个SoC基带处理器的协调工作，在加入窄带干扰信号的条件下对测试点进行监测发现，即使在信噪比大幅度变化的情况下，也可以保证多次捕获的时间和失锁概率在一个很小的范围内。
1 系统模型
　　窄带干扰抑制和双门限自适应调整PN码捕获的系统模型如图1所示，其中IP设计部分为系统的核心，主要由抗窄带干扰滤波电路、去重叠电路、双门限自适应码捕获电路组成。相应的码偏移调整电路、窗口滤波电路、FFT和IFFT电路实现频域变换，使各频域分量收敛速度和电路处理更快。下面详细分析设计中的两个核心部分。

2 基带处理SoC的捕获IP设计
2.1 抗窄带干扰滤波模块
　　基于BPSK调制的直接序列扩频（DSSS）基带接收系统中主要有时域处理和频域处理两种主要的抗窄带干扰技术。在接收信号中，相对于宽带扩频信号窄带干扰的带宽只占很小的频带，而且具有较高的功率谱密度，只需对窄带干扰严重的部分带宽限幅并保持其相位即可抑制窄带干扰的大部分能量。频域处理各频域分量具有独立收敛性，因此对窄带干扰抑制的效果更优。
　　因此，基于频域干扰滤波设计的核心是干扰检测门限，根据接收频谱特征动态，设定各个子带的能量判决门限的算法来实现电路[1]。对于窄带干扰信号可以通过多个正弦波之和来模拟[2]，因此一个完整的接收信号可以表示如下：

右边第1项为接收的C/A码调制信号，PC/A为信号的平均功率，C(t)为C/A码序列，fL1为基带接收信号的载频，θ为载波初始相位；模拟的窄带干扰信号为n个叠加。
　　在图1中1/e(n)，yp(n)，yl(n)为下变频信号和本地码相关后的信号，相关信号经过步长为n的累加积分求和运算得到频域滤波前的能量值

对频域转换后的信号首先进入功率密度运算单元处理，提取各子带的功率密度，并存储到功率密度矢量FIFO中，记为B0，同时输入到能量判决门限模块。能量判决门限单元经过判决器和信道中的窄带干扰的功率密度对比模拟，从而得到矢量的自适应子带能量判决门限，记为AH=k×B0+σ2，对于n个子带也就对应着一个n维的矢量值。因此对于每个子带来说，根据各自的功率谱密度，通过遗忘因子和收敛因子的动态设定，可以得到不再是固定常数的能量判决门限。设计原理如图2所示。