CN103412317A - 实现gnss卫星信号转换为基带信号功能的射频电路结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种实现全球导航卫星***的卫星信号转换为基带信号功能的射频电路结构，其中包括分路功能模块、数个变频功能模块、数个本振信号模块和数个模数转换模块，所述的分路功能模块用以将所述的全球导航卫星***的卫星信号经天线接收后分为数个信道的卫星信号，各个所述的变频功能模块用以将所对应的信道的卫星信号变频为近零频信号，各个所述的本振信号模块用以生成本振信号并输出至所述的变频功能模块。采用该种结构的实现全球导航卫星***的卫星信号转换为基带信号功能的射频电路结构，可以实现每个频段的卫星信号均单独进行变频及后续的信号处理，保证了信号质量，为基带处理电路提供足够的信噪比，具有更广泛的应用范围。

Description

实现GNSS卫星信号转换为基带信号功能的射频电路结构
技术领域
本发明涉及全球导航卫星***领域，尤其涉及全球导航卫星***接收机的射频电路领域，具体是指一种实现全球导航卫星***的卫星信号转换为基带信号功能的射频电路结构。
背景技术
北斗卫星导航***（特指北斗二代卫星导航***）、GPS（Global Navigation SatelliteSystem，全球定位***）、GLONASS（格洛纳斯，俄语中全球导航卫星***的缩写）和Galileo（伽利略，欧洲卫星导航***）是分别由中国、美国、俄罗斯和欧盟建立的全球卫星导航定位***。
目前主流的导航定位方法是指将导航数据提供给接收机，以确定卫星在发射信号时的位置，而测距码使用户接收机能够确定信号的传输延时，从而确定卫星到用户的距离。因此，GNSS（Global Navigation Satellite System，全球卫星导航***）接收机是至关重要的用户设备。
目前实际应用的GNSS接收机电路一般由天线单元、射频单元、基带数字信号处理单元等部分组成。其中射频单元的作用就是将GNSS多模多频卫星信号从环境噪声中滤出，并提供适当的增益，以满足后续基带数字信号处理单元的需求。理论上我们可以直接在L波段滤出所需的GNSS多模多频卫星信号，然后经过放大再进行数字采样。但是这要求A/D转换（模数转换）的采样频率达到1GHz以上，并且对基带电路的处理速度有很高要求，在目前的技术条件下很难实现且成本极高。因此，通常的方法是使用混频器对GNSS多模多频卫星信号进行下变频。这样可以大大降低对A/D转换电路和基带处理电路的技术指标需求。
现有的一种设计方案类似常规超外差无线电结构，采用了两级变频，通过混频将卫星信号的载波频率逐级降低，在低中频进行低通或带通采样。这种设计方案具有极为复杂的电路结构，处理现在高达8个频段的GNSS多模多频卫星信号时，必须配以众多的本振电路以及混频电路。这给***的调试带来很大困难，并导致整个***在成本、功耗和体积上显著增加，与GNSS接收机便携应用的需求背道而驰。还有一种零中频方案，采用一次变频将GNSS多模多频卫星信号从1.15～1.65GHz频段直接下变频到零频率，电路结构比前一种方案简单，但是存在直流偏移信号的问题，给后续的基带处理带来很大困难。而本案的近零中频方案则很好的解决了这些问题。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种能够实现降低***复杂程度、降低各卫星信号之间的串扰、保证信号质量、为基带处理电路提供足够的信噪比、具有更广泛应用范围的实现全球导航卫星***的卫星信号转换为基带信号功能的射频电路结构。
为了实现上述目的，本发明的实现全球导航卫星***的卫星信号转换为基带信号功能的射频电路结构具有如下构成：
该实现全球导航卫星***的卫星信号转换为基带信号功能的射频电路结构，其主要特点是，所述的电路结构包括：
分路功能模块，用以将所述的全球导航卫星***的卫星信号按载波频率不同分为数个信道的卫星信号；
数个变频功能模块，所述的变频功能模块与所述的分路功能模块输出信号的信道一一对应，各个所述的变频功能模块用以将所对应的分路功能模块输出信道的信号变频为近零频信号；
数个本振信号模块，所述的本振信号模块与所述的变频功能模块一一对应，各个所述的本振信号模块用以生成本振信号并输出至所对应的变频功能模块；
数个模数转换模块，所述的模数转换模块与所述的变频功能模块一一对应，各个所述的模数转换模块用以将所对应的变频功能模块的输出信号进行处理并输出相应的数字信号。
较佳地，各个所述的变频功能模块包括带通滤波器和混频电路，各个所述的变频功能模块所对应的分路功能模块输出信道的信号经所述的带通滤波器后输出至所述的混频电路的一输入端，所述的混频电路的另一输入端与所对应的本振信号模块的输出端相连接，所述的混频电路输出近零频信号至所对应的模数转换模块。
更佳地，所述的变频功能模块还包括单信道分路功能电路，所述的混频电路包括两个混频器，所述的单信道分路功能模块将所述的带通滤波器的输出信号分成两路同信道信号，所述的两路同信道信号分别输出至所述的两个混频器，所述的两个混频器分别输出第一近零频信号和第二近零频信号至所述的模数转换模块。
更进一步地，所述的本振信号模块包括本振信号电路和相移电路，所述的本振信号电路生成本振信号后经所述的相移电路输出第一本振信号和第二本振信号。
再进一步地，所述的第一本振信号与第二本振信号的相位相差90°。
更进一步地，所述的单信道分路电路为功率分配器。
更进一步地，所述的混频器为镜像抑制混频器。
再进一步地，所述的镜像抑制混频器对镜像干扰的抑制度大于20dB。
更进一步地，各个所述的模数转换模块包括低通滤波器、自动增益控制环路和模数转换电路，所述的第一近零频信号和第二近零频信号经所述的低通滤波器、自动增益控制环路后由所述的模数转换电路转换为数字信号输出。
再进一步地，所述的自动增益控制环路包括两个可变增益放大器，所述的第一近零频信号和第二近零频信号经所述的低通滤波器后分别输出至所述的两个可变增益放大器。
再进一步地，所述的模数转换电路为两个与所述的可变增益放大器一一对应的模数转换器，各个所述的可变增益放大器的输出信号分别经所对应的模数转换器转换成数字信号输出。
较佳地，所述的分路功能模块将所述的全球导航卫星***的卫星信号分为GPS的L1/L2/L5信号、北斗二代的B1/B2/B3信号和格洛纳斯L1/L2信号。
较佳地，所述的分路功能模块为功率分配器。
采用了该发明中的实现全球导航卫星***的卫星信号转换为基带信号功能的射频电路结构，具有如下有益效果：
1、采用近零中频方案，只使用一次变频将GNSS多模多频卫星信号从1.15～1.65GHz频段直接变频到零频率附近，极大的降低了***的复杂程度，减少了***的成本、功耗和体积，并避免了零中频方案的直流偏移问题。
2、采用高性能的镜像抑制混频器，对镜像干扰的抑制度大于20dB，保证了信号质量，采用高隔离度的混频器和功率分配器，使得本振泄漏信号到天线射频口的功率电平低于-102dBm。
3、每个频段的GNSS卫星信号均单独进行变频及后续的信号处理，降低了各卫星信号之间的串扰，保证了信号质量，为基带处理电路提供足够的信噪比，具有更广泛的应用范围。
附图说明
图1为本发明的实现全球导航卫星***的卫星信号转换为基带信号功能的射频电路结构的整体结构示意图。
图2为本发明的变频功能模块和本振信号模块的电路结构示意图。
图3为本发明的模数转换模块的电路结构示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
如图1所示为本发明的实现全球导航卫星***的卫星信号转换为基带信号功能的射频电路结构的整体结构示意图。
采用本发明的电路结构实现将GNSS多模多频卫星信号转换为基带信号包括将GNSS多模多频卫星信号经天线接收后按载波频率不同分为GPS的L1/L2/L5信号、北斗二代的B1/B2/B3信号和GLONASS的L1/L2信号共八路信道的过程；包括将GNSS多模多频卫星信号变频为近零频信号的处理过程；包括近零频信号经过滤波、VGA放大、A/D转换得到I路和Q路数字信号的过程。
如图2所示为本发明的变频功能模块和本振信号模块的电路结构示意图。
变频功能模块和本振信号模块实现了将每个频段的GNSS卫星信号下变频为两路正交近零频信号的过程。每个频段的GNSS卫星信号下变频过程是类似的，在此我们仅以L1频段为例作具体描述。在L1频段，信号300先经过1dB带宽为20MHz的带通滤波器301滤波，得到的信号302再经过功率分配器303分为两路相同幅度和相位的信号304和305。信号304与本振I路信号308经混频器306进行下变频，得到L1的I信号400；信号305与本振Q路信号309经混频器307进行下变频，得到L1的Q信号401。其中本振I路信号308和Q路信号309是由本振电路312产生的本振信号311经过相移网络310得到的，本振I路信号308相位比Q路信号309超前90°。
如图3所示为本发明的模数转换模块的电路结构示意图。
两路正交近零频信号经过滤波、自动增益控制环路、A/D转换得到I路和Q路数字信号的过程。每个频段的GNSS卫星信号处理过程是类似的，在此我们同样仅以L1频段为例作具体描述。L1的I路信号400经过1dB带宽为9MHz的低通滤波器402滤波，得到的信号403经过可变增益放大器405进行放大，获得信号407，再通过A/D转换器409对信号407进行模数转换，获得数字信号411。Q路信号401经过1dB带宽为9MHz的低通滤波器402滤波，得到的信号404经过可变增益放大器406进行放大，获得信号408，再通过A/D转换器410对信号408进行模数转换，获得数字信号412。上述的数字信号411和412都将送入基带处理电路进行进一步处理。
采用了该发明中的实现全球导航卫星***的卫星信号转换为基带信号功能的射频电路结构，具有如下有益效果：
1、采用近零中频方案，只使用一次变频将GNSS多模多频卫星信号从1.15～1.65GHz频段直接变频到零频率附近，极大的降低了***的复杂程度，减少了***的成本、功耗和体积，并避免了零中频方案的直流偏移问题。
2、采用高性能的镜像抑制混频器，对镜像干扰的抑制度大于20dB，保证了信号质量，采用高隔离度的混频器和功率分配器，使得本振泄漏信号到天线射频口的功率电平低于-102dBm。
3、每个频段的GNSS卫星信号均单独进行变频及后续的信号处理，降低了各卫星信号之间的串扰，保证了信号质量，为基带处理电路提供足够的信噪比，具有更广泛的应用范围。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (13)

1.一种实现全球导航卫星***的卫星信号转换为基带信号功能的射频电路结构，其特征在于，所述的电路结构包括：
分路功能模块，用以将所述的全球导航卫星***的卫星信号按载波频率不同分为数个信道的卫星信号；
数个变频功能模块，所述的变频功能模块与所述的分路功能模块输出信号的信道一一对应，各个所述的变频功能模块用以将所对应的分路功能模块输出信道的信号变频为近零频信号；
数个本振信号模块，所述的本振信号模块与所述的变频功能模块一一对应，各个所述的本振信号模块用以生成本振信号并输出至所对应的变频功能模块；
数个模数转换模块，所述的模数转换模块与所述的变频功能模块一一对应，各个所述的模数转换模块用以将所对应的变频功能模块的输出信号进行处理并输出相应的数字信号。
2.根据权利要求1所述的实现全球导航卫星***的卫星信号转换为基带信号功能的射频电路结构，其特征在于，各个所述的变频功能模块包括带通滤波器和混频电路，各个所述的变频功能模块所对应的分路功能模块输出信道的信号经所述的带通滤波器后输出至所述的混频电路的一输入端，所述的混频电路的另一输入端与所对应的本振信号模块的输出端相连接，所述的混频电路输出近零频信号至所对应的模数转换模块。
3.根据权利要求2所述的实现全球导航卫星***的卫星信号转换为基带信号功能的射频电路结构，其特征在于，所述的变频功能模块还包括单信道分路功能电路，所述的混频电路包括两个混频器，所述的单信道分路功能模块将所述的带通滤波器的输出信号分成两路同信道信号，所述的两路同信道信号分别输出至所述的两个混频器，所述的两个混频器分别输出第一近零频信号和第二近零频信号至所述的模数转换模块。
4.根据权利要求3所述的实现全球导航卫星***的卫星信号转换为基带信号功能的射频电路结构，其特征在于，所述的本振信号模块包括本振信号电路和相移电路，所述的本振信号电路生成本振信号后经所述的相移电路输出第一本振信号和第二本振信号。
5.根据权利要求4所述的实现全球导航卫星***的卫星信号转换为基带信号功能的射频电路结构，其特征在于，所述的第一本振信号与第二本振信号的相位相差90°。
6.根据权利要求3所述的实现全球导航卫星***的卫星信号转换为基带信号功能的射频电路结构，其特征在于，所述的单信道分路电路为功率分配器。
7.根据权利要求3所述的实现全球导航卫星***的卫星信号转换为基带信号功能的射频电路结构，其特征在于，所述的混频器为镜像抑制混频器。
8.根据权利要求7所述的实现全球导航卫星***的卫星信号转换为基带信号功能的射频电路结构，其特征在于，所述的镜像抑制混频器对镜像干扰的抑制度大于20dB。
9.根据权利要求3所述的实现全球导航卫星***的卫星信号转换为基带信号功能的射频电路结构，其特征在于，各个所述的模数转换模块包括低通滤波器、自动增益控制环路和模数转换电路，所述的第一近零频信号和第二近零频信号经所述的低通滤波器、自动增益控制环路后由所述的模数转换电路转换为数字信号输出。
10.根据权利要求9所述的实现全球导航卫星***的卫星信号转换为基带信号功能的射频电路结构，其特征在于，所述的自动增益控制环路包括两个可变增益放大器，所述的第一近零频信号和第二近零频信号经所述的低通滤波器后分别输出至所述的两个可变增益放大器。
11.根据权利要求10所述的实现全球导航卫星***的卫星信号转换为基带信号功能的射频电路结构，其特征在于，所述的模数转换电路为两个与所述的可变增益放大器一一对应的模数转换器，各个所述的可变增益放大器的输出信号分别经所对应的模数转换器转换成数字信号输出。
12.根据权利要求1所述的实现全球导航卫星***的卫星信号转换为基带信号功能的射频电路结构，其特征在于，所述的分路功能模块将所述的全球导航卫星***的卫星信号分为GPS的L1/L2/L5信号、北斗二代的B1/B2/B3信号和格洛纳斯L1/L2信号。
13.根据权利要求1所述的实现全球导航卫星***的卫星信号转换为基带信号功能的射频电路结构，其特征在于，所述的分路功能模块为功率分配器。
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