基于GPS信号分析的时域幂律及相位噪声综合

摘要

在无线通讯接收机射频前端的电路设计过程中，借助系统仿真对电路整体性能进行验证尤为重要。为此，在仿真阶段，不仅需要建立相应的数学模型来表达每一个电路模块，而且需要模拟实际应用中的干扰因素，使仿真环境更加真实、仿真结果更加贴近于实际结果，幂律噪声(1/f<'α> Noise)和相位噪声(Phase Noise)是模拟电路中常见的影响因素。其中，幂律噪声是射频接收机和基带模拟电路的重要限制因素。相位噪声在振荡器和锁相环中会引起相位差和多信道之间的干扰，从而导致误码率(bit-error rates，BER’s)增加。本文深入分析了现有的两种幂律噪声产生方法：ⅡR/FIR滤波器对白噪声滤波法和并联低通滤波器组对白噪声滤波法，从相对误差和运行时间角度对两种噪声综合方法进行比较。在此基础上提出了一个新的相位噪声综合模型，该参数化模型的建模原理是利用每一个并联的低通滤波器构造所期望相位噪声功率谱密度特性的一小段，从而使综合输出在整个频段内表现出所期望的特性。由于MATLAB在开发和验证通信算法时有广泛的应用，因此，选择其作为仿真环境对幂律噪声和相位噪声进行建模和仿真。 本文还建立了一个简化的GPS系统中卫星码截获过程的模拟环境，用产生的相位噪声序列来影响粗/截获(coarse/acquisition，C/A)码的截获过程。通过改变相位噪声大小，得到不同频谱特性的相位噪声与C/A码受影响程度之间的关系。 通过对仿真结果的时频域验证表明，本文提出的相位噪声时域模型具有输入信号简单、模型参数化和模块独立的优点，对系统仿真和减噪方法的研究具有很好的辅助作用。

目录

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声明

第一章绪论

1.1背景介绍

1.2概念和定义

1.2.1随机过程

1.2.2数字信号处理

1.2.3幂律噪声和相位噪声

1.2.4 GPS发展概况

1.3仿真环境

1.4论文结构

第二章用IIR和FIR滤波器产生幂律噪声序列

2.1数字滤波器模型

2.2 FIR滤波器和IIR滤波器仿真结果的比较

2.3功率谱密度估计方法的比较

第三章并联低通滤波器组产生幂律噪声序列

3.1若干并联一阶低通滤波器产生1/f噪声

3.1.1并联一阶低通滤波器组的建模原理

3.1.2仿真结果分析与比较

3.2低通滤波器并联模型产生1/f3噪声

3.3多采样率滤波器代替普通低通滤波器

第四章时域相位噪声序列仿真

4.1模拟放大器中噪声的仿真

4.2时域相位噪声仿真

4.3仿真结果的时域验证

第五章相位噪声对GPS C/A码的影响仿真

5.1 GPS信号的特性

5.2 GPS C/A码仿真

5.3卫星信号截获及相位噪声影响仿真

第六章总结与展望

致谢

参考文献

附录

个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果