卫星信号接收芯片系统的制作方法

本公开涉及卫星通信与集成电路设计，具体涉及一种卫星信号接收芯片系统。

背景技术：

1、风云四号（fy-4）系列卫星是新一代静止轨道气象卫星系统，其ewaib通道用于向地面终端播发气象监测信息、重大灾害预警信息以及可扩展的导航增强信息。由于该类业务面向广域广播服务，其接收终端往往需要部署于山区、海岛、边远农区、无人值守监测点以及移动平台，因而对接收系统的功耗、体积、成本、可靠性和长期运行能力提出了极高要求

2、已有技术中，ewaib（紧急天气警信息广播(emergency weather alarminformation broadcast, ewaib）或类似卫星广播信号的地面终端大多采用分立式设备实现方式，典型结构为“射频单元+fpga基带处理板+嵌入式主机”。该方案能够完成信号接收与协议处理，但存在如下问题：首先，多块板卡级联导致系统体积较大、外围器件较多、布线复杂，难以嵌入小型化终端；其次，fpga与通用处理器长时间处于高频工作状态，整体功耗一般处于瓦特级甚至更高，不适于太阳能供电或电池供电的长期无人值守应用；再次，多芯片和多板卡结构使bom成本、装配成本、测试成本和维护成本较高，不利于终端的规模化部署。

3、另一方面，如果采用重新设计专用asic芯片的方式来适配风云四号ewaib信号体制，则虽然可以在理论上实现更高集成度，但又会带来新的问题。首先，ewaib信号在工作频点、扩频码型、同步序列、帧结构以及信道编码方式上具有自身特点，无法直接套用现有面向其它窄带卫星业务设计的专用芯片；其次，为该信号体制重新设计芯片需要经历体系结构设计、前端与后端实现、验证、流片、封装和测试等完整流程，研发周期长，非重复性工程费用高，一旦设计偏差还存在重新流片的技术和经济风险；再次，专用芯片一旦固化完成，后续在不同应用场景下对算法和流程的适配能力较弱，不利于产品快速迭代和多场景推广。

4、另外，基于通用服务器、工控机或者板卡化软件无线电平台的实现方式，虽然能够通过软件升级实现不同算法的切换，但此类方案的信号处理通常运行于操作系统或高层应用环境，其处理链条依赖较大的外部存储器带宽、总线传输和多级软件调度。该实现方式本质上面向“系统级功能实现”，而非面向“片上物理层实时闭环处理”。在卫星弱信号接收场景中，载波同步、码同步、相关检测、均衡与译码等环节对时序确定性、处理延迟和资源响应速度要求极高，服务器或板卡方案难以在毫秒级乃至更短时间尺度内，对前端滤波、基带积分长度、均衡器参数和译码复杂度进行紧耦合调节。因此，这类方案并不仅仅是体积大、功耗高的问题，更重要的是其实现路径无法形成面向物理层信号处理流程的片上实时重构能力。

5、此外，现有多数接收系统采用固定处理流水线。无论信道质量优良还是恶化，系统往往使用同样的滤波带宽、同步窗口、均衡强度和译码复杂度。在信道条件较好时，该固定流程会产生不必要的能耗；在低信噪比、频偏波动、多径干扰或突发干扰场景下，固定流程又往往难以兼顾检测灵敏度、同步稳定性和误码性能。尤其对于风云四号ewaib这类静止卫星广播业务，终端虽然通常不高速移动，但实际应用中仍会遇到终端本振误差、环境温漂、遮挡、天线姿态变化、建筑物反射、邻频干扰以及本地电磁噪声变化等问题，导致接收信道并非恒定不变，而是表现为多种典型场景之间的切换。因此，需要一种不是单纯“把设备做成芯片”，而是能够在现有芯片平台上对信号处理流程进行实时调控和自适应重构的技术方案。

技术实现思路

1、本公开实施例提供一种卫星信号接收芯片系统。

2、第一方面，本公开实施例中提供了一种卫星信号接收芯片系统，包括：射频前端模块、模数转换模块、数字下变频模块、基带处理模块和片上控制单元；

3、所述射频前端模块用于接收卫星射频信号以及对所述卫星射频信号进行前端处理，输出模拟中频信号；

4、所述模数转换模块用于对所述模拟中频信号进行模数转换，输出数字中频信号；

5、所述数字下变频模块用于对所述数字中频信号进行数字下变频和抽取滤波处理，输出符号级复基带数据序列；

6、所述基带处理模块对所述符号级复基带数据序列进行基带处理，输出解调译码后的业务数据和基带处理状态信息；

7、所述片上控制单元根据所述基带处理模块输出的基带处理状态信息识别当前信道场景，并基于所述当前信道场景确定参数调整策略；所述参数调整策略用于调整底层处理参数并进行存储，以供所述射频前端模块、所述数字下变频模块和所述基带处理模块中的至少之一处理后续输入信号时使用。

8、进一步地，所述底层处理参数包括以下至少之一：nco频率控制字、数字低通滤波器参数、farrow插值系数、基带同步与跟踪参数、同步相关参数、动态门限、判决反馈均衡器参数和译码参数。

9、进一步地，所述基带处理模块包括帧同步单元、扩频解扩单元、解调单元和信道译码单元，用于对所述符号级基带复数据序列依次完成同步、解扩、解调和译码，并恢复出业务数据的基带处理。

10、进一步地，所述帧同步单元采用三级同步机制，分别为：基于载波同步码的粗同步检测、基于扩频码引导序列的精同步检测以及基于独特码的帧头有效性校验。

11、进一步地，所述帧同步单元采用三级同步机制包括：

12、将接收的符号级复基带数据序列与本地预存的载波同步码逐点进行相关匹配，得到粗同步候选位置；

13、根据所述粗同步候选位置确定扩频码搜索窗口；

14、在所述扩频码搜索窗口内，将接收的符号级复基带数据序列与本地预存的扩频码引导序列进行相关匹配，得到扩频码精同步位置；

15、根据所述扩频码精同步位置确定独特码候选位置；

16、从所述独特码候选位置处开始读取所述符号级复基带数据序列中与本地预测的独特码等长的序列，并与独特码进行相关匹配，确定有效帧头位置。

17、进一步地，所述扩频解扩单元将帧同步后的符号级复基带数据序列与本地预测的扩频码进行相关积分，其中，所述片上控制单元依据当前信道场景动态调整相关积分的积分长度。

18、进一步地，所述解调单元用于针对被所述扩频解扩单元扩频解扩后的符号级复基带数据序列的每一比特输出带置信度的判决信息。

19、进一步地，所述数字下变频模块包括：数控振荡器，其根据所述数字中频信号产生数字本振信号，所述片上控制单元根据所述基带处理状态信息中的残余频偏估计值和相位补偿量动态修正所述数控振荡器的频率控制字。

20、进一步地，所述数控振荡器的频率控制字如下动态修正：

21、基带处理模块估计残余频偏估计值和相位补偿量；

22、片上控制单元将所述残余频偏估计值转换为所述频率控制字的修正量，写入数控振荡器的配置寄存器；

23、所述数控振荡器在下一符号周期或下一处理窗口根据经过所述频率控制字的修正量更新后的频率控制字产生数字本振信号，所述数字下变频模块的数字混频器利用所述数字本振信号对后续输入信号进行复数混频，实现载波频偏补偿。

24、进一步地，所述基带处理模块还包括频偏和相位校正单元，所述频偏和相位校正单元包括残余频偏估计单元、相位误差估计单元以及复数乘法器或相位旋转器；

25、所述残余频偏估计单元根据帧头中的同步序列和/或连续多个输入信号的相位变化，得到残余频偏估计值；

26、所述相位误差估计单元根据同步序列与输入信号之间的相位差得到相位偏差估计值；其中，所述残余频偏估计值和相位误差估计值，被所述片上控制单元用于更新所述数控振荡器的频率控制字和相位补偿量；

27、所述复数乘法器或相位旋转器利用所述数字本振信号和相位补偿量，对帧同步后的符号级复基带数据序列进行逐点旋转补偿，得到频偏和相位校正后的符号级复基带数据序列，并将其输入后续扩频解扩单元。

28、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。