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－30 dbm(mw取10log)时，误码率＜10－5，且要求接收机的体积如手机大小的直扩软件无线电的接收机。选取actel公司的proasicplus系列，他是采用flash存储技术的现场可编程门阵列(fpga)的第二代产品，并以该系列芯片为核心，将中频以下的处理功能全部放在fpga中完成。本文介绍的中频数字接收机采用高性能的proasicplus芯片，很好地解决了在低信噪比条件下数字接收机中的几个关键问题。 1　系统设计的几个关键问题 中频数字接收机主要有以下几个关键问题：模数转换模块、数字下变频、pn码的相关捕获跟踪和相关载波提取。图1给出了中频数字相关接收机的总体设计与具体实现结构。 1．1　模数转换模块 中频数字化单元模数转换部分由数控增益放大器与adc的ad6640组成。数控放大电路将输出的信号的峰峰值控制于1．5～2．0 v之间。ad6640是为了宽带和多信道数字无线接收机而推出的12 b中频快速采样adc，他的温度范围为－40～185℃。 ad6640芯片可以提供高达65 ms/s的采样速率、80 db的sfdr，他的所有差分模拟输入阶段具有300 mhz输入带宽特征，直接采样的中频频率可以高达70 mhz。该芯片在5 v供电的时候，功耗仅为710 mw。模数转换所有需要的功能，包括输入缓冲、跟踪保持放大、数字纠错以及2．4 v参考电压都是由ad6620芯片来提供。关于采样速率的选择，该处采用欠采样技术。所谓欠采样技术就是对于带通信号(频率属于fl～fh之间)而言，只要采样频率ft满足： 就可以防止信号频谱听混叠。但为了满足后端伪随机码捕获与同步的需要(一个码片周期内应有不小于3个采样点)，采样速率应大于2b，且为2b的整数倍(b为伪码速率)。对于速率为4．08 mhz的pn码，系统取32．64 mhz的采样频率。 1．2　数字下变频 通过数字下变频(digital down conversion，ddc)，将采样后的载频信号变换成零中频信号是数字中频处理的最终目的。零中频信号就是零载频的信号，也称基带信号。ddc由本地nco、数字混频器和低通fir滤波器组成，图2给出了其实现框图。ddc工作时，每向ddc输出一个信号的采样样本，nco就增加一个2π·flo/fs相位增量，然后，以σ2π·flo/fs相位累加角度作为地址，检查地址上的数值并输出到数字混频器，与样本相乘。乘积样本再经过低通滤波器输出，即完成了数字下变频。 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(look uptable，lut)的方法实现。过程如下：

     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