[发明专利]一种可编程扩频通信数字信号处理器及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及扩频信号处理，更具体地，本发明涉及一种可编程通用扩频通信数字信号处理器及其实现方法。

背景技术

扩频通信，即扩展频谱通信技术(Spread Spectrum Communication)，它的基本特点是其传输信息所用信号的带宽远大于信息本身的带宽。根据香农公式，当信号的传输速率一定时，信号带宽和信噪比是可以互换的，即增加信号带宽可以降低对信噪比的要求，当带宽增加到一定程度，允许信噪比进一步降低，有用信号功率接近噪声功率甚至淹没在噪声之下也是可能的。扩频通信就是用宽带传输技术来换取信噪比上的好处，这就是扩频通信的基本思想和理论依据。扩频通信是将待传送的信息数据被伪随机编码(扩频序列Spread Sequence)调制，实现频谱扩展后再传输；接收端则采用相同的编码进行解调及相关处理，恢复原始信息数据。扩频通信具有抗干扰、抗噪音、抗多径衰落、具有保密性、能高精密度测距等优点。基于这些优点，扩频通信技术被广泛应用于军事通信、电子对抗以及导航、测量等各个领域。目前，扩频通信更被广泛应用于民用通信领域。为了满足日益增长的民用通信容量的需求和有效地利用频谱资源，各国都纷纷提出在数字峰窝移动通信、卫星移动通信和未来的个人通信中采用扩频技术，扩频技术已广泛应用于蜂窝电话、无绳电话、微波通信、无线数据通信、遥测、监控、报警等系统中。

扩频信号的接收器通常由射频前端模块和基带模块两部分组成。基带模块通常由一个扩频通信基带芯片来实现。射频前端模块将扩频信号转换为中频数字信号或者近零中频信号。基带模块对中频数字信号进行捕获、相关峰检测、跟踪、比特同步，解调及后处理等信号处理。为了得到有用的信息数据，必须解调扩频信号中的载波和伪随机码。这种解调实际上就是相关运算。在捕获和跟踪模块中，相关运算是一个极为重要而且复杂的运算，并且为了减少多普勒效应和本地频偏的影响，需要进行足够次数的相关运算才能捕获到扩频信号。相关运算主要是将中频数字信号和本地伪随机码或者与载波相乘的内积运算，对于同一个频率点，为了搜索出伪随机码的相位偏移量，就有对应成百上千次相关运算。比如对于GPS信号，由于多普勒效应的频率浮动范围在正负12K左右，所以在整个捕获阶段，还需要在正负12K范围内对不同的频率点对信号进行捕获，造成相关运算量极大，同时由于目前扩频通信系统的制式众多，因此，设计出可以兼容各种扩频系统的接收机，提高相关运算的运算速度、整个扩频通信基带处理性能并同时不增加基带芯片的面积，成为扩频通信数字信号处理中尚待解决的问题。

扩频通信基带芯片或集成电路是一个功能复杂的片上系统(SOC，System-On-Chip)。它主要完成的功能包括上述的信号捕获、相关峰检测、跟踪、比特同步、信道处理(估计和均衡)、解调、后处理等，每个信号处理阶段及各个阶段的衔接需要软件和硬件的相配合工作，硬件和软件在其中都承担着重要的任务。现有技术中，对于基带片上系统(SOC)的设计，存在多种架构。其中一种常见的架够就是采用功能单一的专用集成电路(ASIC)实现扩频信号基带数字信号处理的几乎所有功能，这是一种完全以硬件为主导的构架，软件只需要做寄存器配置、上层协议处理等任务，然而这种架构存在有诸多缺点。第一，这种构架虽然对于软件(即通用处理器模块)要求降低了复杂度，但是对整个片上系统来说，硬件的复杂度高，将导致芯片晶圆面积巨大，在新技术激烈竞争的今天，芯片在成本以及功耗方面将会处于劣势。第二，上述专用集成电路(ASIC)中的数字处理芯片由于硬件复杂度高，芯片面积巨大，导致功耗很大。第三，上述专用集成电路(ASIC)中的数字处理芯片，通常只能处理一种类型的扩频信号，并且只能在预设的算法下对扩频信号进行处理，缺乏设计灵活性。第四，这种构架中硬件几乎承担了基带信号处理的所有任务，而其中就有很多任务并非实时性的，它们完全可以由软件(即通用处理器)来完成。

另外的一种构架就是硬件做很少的任务，大部分的运算工作交由软件(即通用处理器)去完成，比较典型做法的就是所谓的“软件无线电”，这种构架可以使芯片的面积减小，但是导致软件的工作量巨大，对通用处理器模块的要求非常高，甚至需要用标准的通用数字信号处理器来实现通用处理器模块以满足系统的需求，因此，从整体看来并没有将系统的成本降低。

发明内容