CN100338477C - Gps接收机 - Google Patents

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Abstract

用于接收和处理全球定位系统(GPS)信号的GPS接收机，包括用于接收和处理数字音频广播(DAB)信号的装置。为了实现对DAB和GPS信号的同步处理，所提供的接收机具有一个接收机前端、一个混频级、滤波装置以及模拟-数字转换装置与数字DAB和GPS信号通路耦合，包括用于从所述数字GPS信号通路中有选择地消除DAB信号的DAB信号消除装置。

Description

GPS接收机
发明背景
本发明涉及用于接收以及处理GPS信号的一种全球定位系统(GPS)接收机，该装置包括用于接收和处理数字音频广播(DAB)信号的装置。例如可以从1991年11月Microwave Journal内出版的、由G.K.Noreen先生撰写的文章“Mobile Satellite Communications forConsumers”，第24-34页中，了解到这种接收机。已知的接收机公开了在一个接收机外壳中使用了DAB接收机以及GPS接收机。在本文中，对即将到来的具有单点对多点传输能力以及位置信息的优点进行解释。
但是，在一个外壳中使用用于DAB和GPS信号的一个完整的接收机，这种做法不仅花费成本，而且还在处理接收到的DAB以及GPS信号的过程中，产生了相互干扰。
发明概述
本发明的一个目的是减少实现这种接收机的费用，同时保持甚至是改善DAB和GPS特性的性能。因此，依据本发明的用于接收和处理GPS信号的一个GPS接收机，包括用于接收和处理数字音频广播(DAB)信号的装置，该GPS接收机的特征在于一个接收机前端、一个混频级、滤波装置以及模拟-数字转换装置与数字DAB以及GPS信号通路耦合，所述信号通路包括DAB信号消除装置，用于从所述数字GPS信号通路内有选择地消除DAB信号。
本发明是基于对以下情况的认识而作出的，即GPS信号的适当的相关性，不必要求具有可连续获得的或从DAB信号完全分离的GPS信号。这允许在载有DAB信号的信号片段期间，中断对GPS信号的处理，在后文中，DAB信号的信号段被称作非零DAB数据段，这或者还允许DAB信号出现在接收机的GPS信号通路内，因而能合并对GPS信号的处理以及对DAB信号的处理，并能使用通常对GPS和DAB两者处理的某种接收机电路。通过采用依据本发明的上述措施，可以使用用于GPS和DAB信号处理的某种RF电路，但是，至少在数字化之后GPS信号处理完全与DAB信号处理分离。这允许降低实现该方案的费用，同时还能避免在GPS和DAB信号处理之间出现相互干扰。
本发明提供一种用于接收和处理全球定位系统(GPS)信号的接收机，包括用于接收和处理数字音频广播(DAB)信号的装置，包括一个接收机前端、一个混频级、滤波装置以及与数字音频广播(DAB)和全球定位系统(GPS)信号通路相耦合的模拟至数字转换装置，包含数字音频广播(DAB)信号消除装置，用于有选择地消除来自所述数字全球定位系统(GPS)信号通路的数字音频广播(DAB)信号，所述接收机包括一个压控振荡器，向所述混频级提供一个可调谐本机振荡器信号；所述数字音频广播(DAB)信号消除装置包括与所述数字音频广播(DAB)信号通路内包含的一个数字音频广播(DAB)解调器相耦合的控制装置，该控制装置向压控振荡器同时还有一个切换装置提供一个控制信号；所述切换装置一方面连接在模拟至数字转换装置与所述数字音频广播(DAB)信号通路之间，另一方面连接在模拟至数字转换装置与全球定位系统(GPS)信号通路之间；所述控制装置对接收机进行调谐以接收全球定位系统(GPS)信号，同时在出现非零电平数字音频广播(DAB)数据段时，控制开关，切断滤波装置与全球定位系统(GPS)信号通路的连接，并将滤波装置连接到数字音频广播(DAB)信号通路上。
通过采用这种措施，分别依据DAB信号中所出现的非零电平数据载有段，和出现的零电平NULL码元，将接收机从GPS接收模式切换到DAB接收模式下，或反之亦然，由此允许使用全部接收机电路，既对DAB也对GPS信号进行接收和处理。电路的这种共用允许进一步减少制造费用。
本发明还提供一种用于接收和处理全球定位系统(GPS)信号的接收机，包括用于接收和处理数字音频广播(DAB)信号的装置，包括一个接收机前端、一个混频级、滤波装置以及与数字音频广播(DAB)和全球定位系统(GPS)信号通路相耦合的模拟至数字转换装置，包含数字音频广播(DAB)信号消除装置，用于有选择地消除来自所述数字全球定位系统(GPS)信号通路的数字音频广播(DAB)信号，所述接收机前端包括相互分离的数字音频广播(DAB)和全球定位系统(GPS)接收机前端，这两个前端分别与数字音频广播(DAB)和全球定位系统(GPS)混频级相连，这些数字音频广播(DAB)以及全球定位系统(GP5)混频级的输出端分别经由数字音频广播(DAB)和全球定位系统(GPS)滤波装置耦合到一个加法器，该加法器的输出耦合至所述数字音频广播(DAB)和全球定位系统(GPS)信号通路，所述数字音频广播(DAB)和全球定位系统(GPS)混频级对数字音频广播(DAB)和全球定位系统(GPS)信号进行频率转换，将它们转换到彼此不同的频段中。
本发明还提供一种用于接收和处理全球定位系统(GPS)信号的接收机，包括用于接收和处理数字音频广播(DAB)信号的装置，包括一个接收机前端、一个混频级、滤波装置以及与数字音频广播(DAB)和全球定位系统(GPS)信号通路相耦合的模拟至数字转换装置，包含数字音频广播(DAB)信号消除装置，用于有选择地消除来自所述数字全球定位系统(GPS)信号通路的数字音频广播(DAB)信号，所述接收机包括信号再现装置，用于从已解码的数字音频广播(DAB)信号中再现出所接收到的数字音频广播(DAB)信号，所述数字音频广播(DAB)信号消除装置包括一个补偿装置，用于从全球定位系统(GPS)信号通路内的全球定位系统(GPS)信号中减去所再现的数字音频广播(DAB)信号。
通过采用这种措施，可通过相互频率分离，而从所述数字GPS信号通路中有选择地消除DAB信号。于是，就可阻止非零DAB信号进入GPS信号通路。
最好是，该实施例的特征在于：DAB信道选择装置，用于选择具有处于GPS信号频率范围之外的一个频率范围的一个DAB信道，所述DAB信道选择装置受DAB信道选择控制设备的控制。
这种措施允许进一步地抑制处于GPS信号的频率范围内的DAB信号，同时还能改善对DAB信道的选择。
依据本发明的GPS接收机的另一个最佳实施例的特征在于：信号再现装置，用于从已解码的DAB信号中再现出所接收的DAB信号，同时补偿装置，用于从GPS信号通路内的GPS信号中，减去所再现的DAB信号。
这种措施导致了对GPS信号通路内的DAB信号的前馈补偿，该补偿通过对DAB再现信号的相位以及幅度的适当调节，允许从GPS信号通路内完全消除DAB信号。
附图的简要说明
通过例子来说明本发明，本发明并不受附图中的图片的限制，在附图中，相似的参考号表示相似的元件，其中：
图1是依据本发明的组合的GPS/DAB接收机的第一实施例的框图；
图2是依据本发明的组合的GPS/DAB接收机的第二实施例的框图；
图3是依据本发明的组合的GPS/DAB接收机的第三实施例的框图；
图4显示了一个DAB信号的典型结构。
最佳实施例的详细说明
图1显示了依据本发明的组合的GPS/DAB接收机的第一实施例，它包括：接收和处理GPS信号的一个全球定位系统(GPS)接收机1-6，8；用于接收和处理数字音频广播(DAB)信号1-7的装置，包括具有一个低噪声放大器(LNA)1的一个共用接收机前端，该LNA接收来自天线ANT的RF GPS和DAB信号，随后将这些信号耦合到混频级2；IF滤波装置4以及模拟-数字(AD)转换装置5。由可调谐振荡器3向混频级2提供一个本机振荡信号。AD转换装置5通过可控切换元件6，既可以耦合到一个数字DAB信号通路，也可以耦合到一个GPS信号通路。数字DAB和GPS信号通路分别包括一个DAB解调器7以及一个GPS信号处理器8。DAB解调器7与一个控制信号发生器9相连，所述控制信号发生器9包括一个检测设备(未示出)，用于检测所接收到的DAB信号内出现的所谓无效码元，所述无效码元具有零或接近零电平的信号能量，如图4所示。至此，上述电路都是本领域普通人员所知晓的，不需要对其进行进一步的说明，就可以理解本发明。在IEEE Journalof Solid-State Circuits，1998年11月，第11期，卷33，所出版的，由Jos A.Huisken等所写的“A Power-Efficent Single-Chip OFDMDemodulator and Channel Decoder for Multimedia Broadcasting”一文中，对此有详细的记载。
依据本发明，控制信号发生器9耦合到可调谐振荡器3的一个控制输入端，以同时伴随可控切换元件6，改变本机振荡信号的频率。在对DAB解调器7的已解调DAB信号内的任何码元进行检测除无效码元外的其它例如是作为PRS和FIC码元的非零电平码元以及符号1到72时，接收机都工作于DAB信号接收模式。在这种DAB信号接收模式中，AD转换装置5经由可控切换元件6连接到DAB解调器7，由此，振荡器3的频率被调节到一个值，以允许在混频级内，将所接收到的RF DAB信号变频为IF DAB信号，该IF DAB信号具有在IF滤波装置4的通带内的一个频率范围。
在检测无效码元时，接收机被从DAB接收模式切换到GPS接收模式。在这种GPS信号接收模式中，AD转换装置5经由可控切换元件6连接到GPS信号处理器8，由此，可将振荡器3的频率调节到一个值，以允许在混频级内，将所接收到的RF GPS信号变频为IF GPS信号，该IF GPS信号具有在IF滤波装置4的通带内的一个频率范围。控制信号发生器9，和振荡器3以及可控切换元件6一起构成了DAB信号消除装置，用于有选择地消除所述数字GPS信号通路内的DAB信号。
天线ANT所接收的RF DAB信号位于1452-1492MHz的频段内。DAB信道被设置在16kHz的光栅内。多个DAB信道相隔1.728MHz。在所述频段的中心频率处的信道位于1471.792MHz附近。DAB信号的带宽为1.536MHz。RF GPS信号是由处于1575.42MHz的RF载波频率附近的、1.024MHz的带宽内的天线ANT接收的。
在混频级2中，通过使用一个适当频率的本机振荡器信号，将这些RF信号下变频为DAB和GPS中频(IF)信号。在DAB接收模式中，本机可调谐振荡器3被用于提供DAB信道选择。
在所谓的零IF(ZIF)接收机中，选择本机振荡器信号的频率，分别使得在DAB接收模式中，它与所接收的RF DAB信号的RF载波频率相应，而在GPS接收模式中，它与所接收的RF GPS信号的RF载波频率相应。这使得所述RF信号被直接转换到基带，这样所获得的IF信号也被称为ZIF信号。当对该ZIF接收机在DAB和GPS接收模式之间进行切换时，本机振荡器信号的频率必须在RF DAB信号的RF载波频率以及上述RF GPS信号的RF载波频率之间变化。
在所谓的非零IF(NZIF)接收机中，对本机振荡器信号的频率进行选择，使其超过某个IF频率值，从而在DAB接收模式中，它不同于所接收的RF DAB信号的RF载波频率，而在GPS接收模式中，它不同于所接收的RF GPS信号的RF载波频率，所述某个IF频率值在两种模式下是相同的。这使得所述RF信号被转换为NZIF信号，该NZIF信号在两种接收模式中，都具有与所述IF频率值相应的一个NZIF频率。当对这种NZIF接收机在DAB和GPS接收模式之间进行切换时，本机振荡器信号的频率必须在超过所述IF频率值的一个值以及超过同一IF频率值的另一个值之间变化，前一个值不同于RF DAB信号的RF载波频率，后一个值不同于RF GPS信号的RF载波频率。
在ZIF和NZIF接收机概念中都有具有这样一种通带特性的滤波装置4，该特性至少具有DAB信号带宽的一个带宽，从而允许使用同一滤波装置来选择DAB和GPS的IF信号。
由于在DAB解调器内使用了PLL(未示出)，所以即便不向DAB解调器7连续提供DAB信号，也不影响DAB信号的连续处理。这种PLL在工作时，即便是停止提供的DAB信号超过一个或多个码元，也能保持与输入的DAB信号的同步。这使得可以对DAB信号连续解调。有关PLL的功能的详细信息，请参见上述在IEEE Journal of Solid-StateCircuits，1998年11月，第11期，卷33，所出版的，由Jos A.Huisken等所写的“A Power-Efficent Single-Chip OFDM Demodulator andChannel Decoder for Multimedia Broadcasting”一文。实际上，即便是提供给GPS信号处理器8的GPS信号的停止时间，超过DAB码元的持续时间而不是无效码元的持续时间，对于可靠的位置确定所需的、对GPS编码的正确去卷积来说，无效码元的持续时间也是足够长的。
图2显示了依据本发明的组合GPS/DAB的第二实施例的一个框图，它包括含有相互分离的DAB以及GPS接收机前端的一个接收机前端，所述DAB以及GPS接收机前端分别包括DAB以及GPS RF LNA的1’以及1”。DAB以及GPS RF LNA的1’和1”分别耦合至DAB和GPS混频级2’和2”，以及DAB和GPS滤波设备4’和4”。这种接收机的本机振荡器3用于提供给DAB和GPS混频级2’和2”一个振荡器信号，该振荡器信号具有一种频率选择，使得所转换的DAB以及GPS信号的IF的频段并列，并都靠近零IF值。DAB和GPS滤波设备4’和4”的输出被连接到加法器11，加法器11的输出又经由AD转换器5，而耦合到DAB解调器7以及GPS信号处理器8。DAB滤波设备4’包括一个可调谐信道选择器件，它可以由另一个混频级10构成，用于从DAB混频级2’的输出端所能得到的DAB信号中，选出所需的一个DAB信道。所选出的DAB信道与GPS滤波设备4”输出端上的GPS信号，在频率上是分离的，因而阻止了DAB信号通过进入GPS信号通路。
与图1中的接收机相比，图2所示的接收机内没有发生切换。在加法器11内，对所获得的DAB和GPS信号的相加导致了信号的组合，其中GPS信号在频率上与DAB信号分离。本机振荡器3与滤波装置4’和4”一起，构成了DAB信号消除装置，用于有选择地消除所述数字GPS信号通路内的DAB信号。DAB信号频段内最后剩余的GPS信号分量，仅仅在这些DAB信号的噪声电平内，产生了非常小的、可忽略的增加，从而由于GPS信号频段内最后剩余的DAB信号，与这些GPS信号无关，因此它们不影响这些GPS信号。这使得可以在DAB解调器7内，对DAB信号进行正确解调，同时，在GPS信号处理器8内，对GPS信号进行正确处理。现在，控制信号发生器9通过将一个适当的振荡信号提供给另一个混频级10并提供了对DAB解调器的相应的调节，从而，在DABIF滤波装置4”中，提供了对所需DAB信号的一种正确选择。
图3显示了依据本发明的组合GPS/DAB接收机的第三实施例，其中，选择本机振荡器3的频率，以便提供对DAB和GPS信号的频率都能被转换为基本相同的中频。组合DAB/GPS信号是在滤波装置4内进行IF选择的，之后，在AD转换器5内，执行模拟至数字转换。由于出现所有码元，但没有出现无效码元期间，GPS信号的信号能量基本小于DAB信号的信号能量，所以，在DAB解调器7内的来自AD转换器5的输出端上的这一组合DAB/GPS信号中的解调DAB信号几乎不受GPS信号影响。由于在DAB和GPS信号之间没有相关性，所以GPS信号处理器8内对GPS信号的去卷积，不受DAB信号的影响。依据本发明，在编码电路13内，对解调的DAB信号进行编码，并在GPS处理器8内，减去GPS信号，以便消除GPS处理器8内所处理的GPS信号中的DAB信号分量。
图4显示了所谓模式I中的DAB帧结构，它在一个周期序列内，包括连续出现的无效码元以及非零电平的DAB数据段，这种无效码元具有零或接近零电平的信号能量，而非零电平的DAB数据段包括用于与DAB信号解调同步的一个PRS码元，PRS码元之后跟随有若干所谓的FIC码元以及载有DAB码元1-71的数据。对于详细资料，请参见上述在IEEE Journal of Solid-State Circuits，1998年11月，第11期，卷33，所出版的，由Jos A.Huisken等所写的“A Power-EfficentSingle-Chip OFDM Demodulator and Channel Decoder forMultimedia Broadcasting”一文。

Claims (3)

1.用于接收和处理全球定位系统(GPS)信号的接收机，包括用于接收和处理数字音频广播(DAB)信号的装置，包括一个接收机前端、一个混频级、滤波装置以及与数字音频广播(DAB)和全球定位系统(GPS)信号通路相耦合的模拟至数字转换装置，包含数字音频广播(DAB)信号消除装置，用于有选择地消除来自所述数字全球定位系统(GPS)信号通路的数字音频广播(DAB)信号，所述接收机包括一个压控振荡器，向所述混频级提供一个可调谐本机振荡器信号；所述数字音频广播(DAB)信号消除装置包括与所述数字音频广播(DAB)信号通路内包含的一个数字音频广播(DAB)解调器相耦合的控制装置，该控制装置向压控振荡器同时还有一个切换装置提供一个控制信号；所述切换装置一方面连接在模拟至数字转换装置与所述数字音频广播(DAB)信号通路之间，另一方面连接在模拟至数字转换装置与全球定位系统(GPS)信号通路之间；所述控制装置对接收机进行调谐以接收全球定位系统(GPS)信号，同时在出现非零电平数字音频广播(DAB)数据段时，控制开关，切断滤波装置与全球定位系统(GPS)信号通路的连接，并将滤波装置连接到数字音频广播(DAB)信号通路上。
2.用于接收和处理全球定位系统(GPS)信号的接收机，包括用于接收和处理数字音频广播(DAB)信号的装置，包括一个接收机前端、一个混频级、滤波装置以及与数字音频广播(DAB)和全球定位系统(GPS)信号通路相耦合的模拟至数字转换装置，包含数字音频广播(DAB)信号消除装置，用于有选择地消除来自所述数字全球定位系统(GPS)信号通路的数字音频广播(DAB)信号，所述接收机前端包括相互分离的数字音频广播(DAB)和全球定位系统(GPS)接收机前端，这两个前端分别与数字音频广播(DAB)和全球定位系统(GPS)混频级相连，这些数字音频广播(DAB)以及全球定位系统(GPS)混频级的输出端分别经由数字音频广播(DAB)和全球定位系统(GPS)滤波装置耦合到一个加法器，该加法器的输出耦合至所述数字音频广播(DAB)和全球定位系统(GPS)信号通路，所述数字音频广播(DAB)和全球定位系统(GPS)混频级对数字音频广播(DAB)和全球定位系统(GPS)信号进行频率转换，将它们转换到彼此不同的频段中。
3.依据权利要求2的接收机，其特征在于用于选取一个数字音频广播(DAB)信道的数字音频广播(DAB)信道选择装置具有位于全球定位系统(GPS)信号频段之外的一个频段，所述数字音频广播(DAB)信道选择装置受数字音频广播(DAB)信道选择控制设备的控制。
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