基于分层位宽设计的模拟源1-bit数字输出方法及系统

本申请涉及卫星导航信号模拟与测试，特别是涉及一种基于分层位宽设计的模拟源1-bit数字输出方法及系统。

背景技术：

1、随着卫星导航技术的发展，导航信号模拟源在接收机测试、产线验证等领域得到广泛应用。导航信号模拟源通常由数字基带处理和模拟输出链路两部分构成。数字基带部分由fpga/soc生成多颗卫星的数字中频信号并合路；模拟输出链路将合路数字信号转换为模拟信号后馈入被测接收机。常见的模拟输出链路通常采用多bit并行数字中频信号，经高速多bit dac、模拟滤波、放大或衰减后输出。该类方案具有较好的幅度分辨率和频谱纯度，但需要dac及其时钟、基准源、放大和滤波等外围电路，bom成本、pcb面积、功耗和多通道扩展成本较高。

2、现有低位宽处理方案通常从降低基带通道内部位宽入手，以减少lut/ff等逻辑资源消耗；也有方案采用σ-δ调制或低位宽dac，以过采样换取等效分辨率。上述方案可降低部分数字逻辑或dac分辨率要求，但通常仍需模拟转换链路，且内部位宽降低时会影响载波nco、码nco及合路计算的数值精度。因此，如何在保持载波相位、码相位、多普勒和多星合路计算精度的同时，利用导航扩频信号的相关处理增益和传导测试的c/n0余量，取消片外高速dac，成为需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够取消片外高速dac、降低成本和功耗，同时保持内部高精度模拟能力的基于分层位宽设计的模拟源1-bit数字输出方法及系统。

2、一种基于分层位宽设计的模拟源1-bit数字输出方法，所述方法包括：

3、步骤1：在基带通道内部以高位宽运算方式，生成多颗卫星各自的高位宽数字中频信号；

4、步骤2：在内部高位宽域内，对多颗卫星的高位宽数字中频信号进行加权求和，得到高位宽多星合路信号；

5、步骤3：对高位宽多星合路信号进行末级单比特量化，将高位宽多星合路信号截断为一路1-bit二值信号；

6、步骤4：将一路1-bit二值信号通过fpga的单路数字输出端口输出至片外；

7、步骤5：将fpga输出的1-bit二值信号经模拟调理网络处理后，馈入被测接收机的传导测试端口；当传导测试端口为射频输入端口时，经频率搬移后馈入；其中，末级单比特量化仅发生在多星合路之后，且不在多星合路之前对各单星的高位宽数字中频信号分别进行1-bit截断。

8、一种基于分层位宽设计的模拟源1-bit数字输出系统，所述系统包括：

9、高位宽数字基带生成模块，用于在基带通道内部以高位宽运算方式生成多颗卫星各自的高位宽数字中频信号，其中，载波nco的相位输出位宽和码nco的相位累加器位宽均独立于最终输出位宽；

10、高位宽多星合路模块，用于在内部高位宽域内对多颗卫星的高位宽数字中频信号进行加权求和，得到高位宽多星合路信号；

11、末级单比特量化模块，用于对高位宽多星合路信号进行末级单比特量化，将其截断为一路1-bit二值信号；

12、fpga单路数字输出端口，用于将一路1-bit二值信号输出至片外，无需经过数模转换器dac；

13、模拟调理网络，连接于fpga单路数字输出端口与被测接收机之间，用于将fpga输出的1-bit二值信号进行调理后馈入被测接收机的传导测试端口；

14、其中，末级单比特量化模块仅设置于高位宽多星合路模块之后，且系统中不设置对各单星高位宽数字中频信号分别进行1-bit截断的模块。

15、上述基于分层位宽设计的模拟源1-bit数字输出方法及系统，本申请在基带通道内部采用高位宽运算独立生成各卫星的数字中频信号，并在内部高位宽域内完成多星信号的加权求和与相位叠加，使载波nco和码nco的相位分辨率不受输出端位宽截断的影响，维持了伪距和多普勒的模拟精度，解决了低位宽处理会损失核心参数分辨率的问题；仅在多星合路之后的末级输出端对合路信号单比特量化，截断为一路1-bit二值信号，并通过fpga单路数字输出端口输出，无需片外dac，省去了片外高速dac及其时钟、基准源、放大滤波等外围电路，降低了bom成本、pcb面积和功耗；单比特量化设置在合路之后，而非单星支路之前，使各卫星的码相位、多普勒和功率数字加权系数先在高位宽域内完成线性叠加再整体截断，避免了在多星合路之前对各单星支路分别做1-bit截断所导致的星间功率比例破坏和相位叠加正交性受损，使接收机仍能通过相关处理分离各卫星信号；将前述内部高精度运算与外部低成本1-bit输出分层解耦，利用传导测试场景下按50db-hz工程评估门限计算仍充足的c/n0余量吸收约1.96db的量化信噪比退化，以较小的性能代价简化了硬件架构，满足低成本、大批量导航接收机传导测试场景下对模拟源成本、功耗和体积的需求，同时保持接收机正常的捕获、跟踪和定位解算功能。

1.一种基于分层位宽设计的模拟源1-bit数字输出方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高位宽运算方式包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在内部高位宽域内，对所述多颗卫星的高位宽数字中频信号进行加权求和，得到高位宽多星合路信号，包括：

4.根据权利要求1至3任意一项所述的方法，其特征在于，所述末级单比特量化的量化函数为：，其中为量化后的1-bit二值信号，为高位宽多星合路信号，为可配置的量化门限，为符号函数。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模拟调理网络包括以下至少一种：阻抗匹配网络、低通滤波器或带通滤波器、固定衰减器或可调衰减器、隔直电容；所述模拟调理网络中不包含有源放大器件，仅由无源器件构成。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括多星功率校准步骤，多星功率校准步骤包括在所述加权求和中，为每颗卫星设置独立的数字功率权重，通过参考接收机实测各卫星的载噪比c/n0或相关峰强度，建立数字加权系数到等效输出c/n0的校准查找表，并以迭代方式更新数字加权系数，直至星间功率比例达到设定值。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传导测试端口为被测接收机的中频测试输入端口或经频率搬移后馈入的射频输入端口。

9.一种基于分层位宽设计的模拟源1-bit数字输出系统，其特征在于，所述系统包括：