CN101174840B - 多组频带的可程控直接射频数字化接收器及其方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于多组射频信号频带(例如全球导航卫星系统频带和其它无线通讯频带)的可程控直接射频数字化接收器。此接收器具有一可程控的频率提供单元，此可程控频率提供单元依据所选择的频带可提供共享的取样频率或各自的取样频率，以使此接收器可以利用此一个或多个取样频率执行数字化操作，从而将所选择的频带的接收信号降频转换。通过使用本发明的接收器，对于不同的频带组合的支持将具有更大的弹性。另外，信噪比(SNR)等性能可以通过调整降频转换后的中频频带的分隔而进行细微调整。

Description

多组频带的可程控直接射频数字化接收器及其方法
技术领域
本发明涉及一种射频接收器，更具体而言，涉及一种用于全球导航卫星系统(GlobalNavigation Satellite System，GNSS)以及无线通讯系统(例如手机和手机电视(Digital VideoBroadcast-Handheld；简称DVBH))的多组射频频带的直接射频数字化接收器。
背景技术
现今可利用的全球导航卫星系统(GNSS)有很多种，包含了全球定位系统(GPS)、伽利略卫星导航系统(Galileo)以及俄罗斯全球导航卫星系统(GLONASS)等。因此可以预期，将来一个接收器需要支持多种规格的适地服务(location based service；简称LBS)、无线多媒体通讯以及广播信号等。以多规格LBS为例，可支持GNSS信号多模态接收的接收器将可以增强定位的准确度和存取更多的服务。在GNSS系统中，不同的信号频带支持不同的服务。为了使用所希望的服务，需要接收与处理若干个频带的信号。
图1显示GPS和Galileo系统中频带的分布。GPS是一个由卫星持续传送高频无线信号网络的美国卫星导航系统，信号承载时间和距离数据，该等数据可由GPS接收器来接收，以便使用者可以在地球上精准定位。Galileo系统，则是新兴的欧洲卫星导航系统，提供更高的功率信号和更稳定的调制，能够让用者即使在困难的环境下也能接收到微弱的信号。当两者合并时，Galileo和GPS将提供多达目前所使用的两倍的卫星来源数目。如此一来，对于使用者而言，方便性增加了，但也有频带重叠的困扰。如图所示，除了安全与救援(SAR)服务之外，GPS和Galileo的组合基本上会有四个频带。GPS和Galileo系统会共享某些信号频带。举例来说，GPS L1和Galileo E2-L1-E1通过使用特定的调制方式来共享相同的频带，从而避免干扰，例如使用二进制偏移载波(BOC)调制。
图2显示了现有技术中用于接收各种频带的射频信号并将信号降频转换成基频信号的射频信号接收器。在此范例中，接收器用来接收四个频带的信号，此接收器包含了四个射频前端处理链，每一链都包含一个用于接收特定频带信号的天线(101、111、121以及131)；一个用于消除噪声和放大射频信号的射频放大器(103、113、123以及133)；一个用来将射频信号降频转换成几乎为基频的中频信号的降频转换单元(105、115、125以及135)。需要注意的是，从降频转换单元输出的信号为一种数字形式，此数字信号接着经过一个中频去除单元(109、119、129、以及139)用以去除残留的中频成分，以使中频去除单元输出的信号为基频信号。此基频信号储存于可以是存储器或缓存器的储存装置(150)中，以利后续程序使用。
接收器的降频转换单元经常利用降频转换方法或是直接数字化方法来降频转换射频信号。在现有的降频转换方法中，对于一个频带的信号需要一个本地振荡器、混频器和模拟数字转换器(Analog to Digital Converter，简称ADC)。此成本相当高。如果要使用多个射频频带，则接收器的硬件结构将会非常复杂并且巨大。为解决此问题，便采用直接数字化方法。在直接数字化方法中，使用一个模拟数字转换器，并选择一个取样频率以便让模拟数字转换器将射频信号数字化至中频带。
如果采用直接射频数字化，在现有的接收器中，各降频转换单元的特定射频频带都必须要有各自的模拟数字转换器，此模拟数字转换器配有特定的取样频率以便将该射频频带的信号数字化，进而转换成中频信号。如果要使用到许多射频频带，那就需要许多的模拟数字转换器。此外，每一链的模拟数字转换器的取样频率都固定，所以接收器能够处理的射频频带也固定。换句话讲，接收器的应用频带范围缺少弹性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于多组信号频带的可程控直接射频数字化接收器及其方法。
根据本发明的接收器，其包括一个用以接收所有频带信号的宽带天线、一个放大器、一个允许让所选择的多个特定频带的信号通过的频带筛选单元、一个利用一取样频率将经由频带过滤单元之后的多个特定频带信号数字化以利于将该多个特定频带射频信号转换成多个中频信号的数字化单元，以及一个用于去除信号中频成分的中频去除单元。此接收器还包括一个可程控频率提供单元，此可程控频率提供单元根据所选择的频带提供该取样频率。此外，可程控频率提供单元提供中频去除单元所必需的中频频率。可程控频率提供单元可以细微调整所提供的频率以达到所需的特定接收器性能，例如信噪比(signal tonoise ratio；简称SNR)。
根据本发明的用于多组射频信号频带的信号处理方法，包含如下步骤：筛选通过多个特定频带信号；根据该已通过的多个特定频带信号计算出一取样频率，并提供计算出的该取样频率；以及利用该取样频率将该已通过的多个的特定频带信号数字化，从而降频转换至多个中频信号。
通过使用本发明的接收器及其方法，对于支持不同的射频频带(例如全球导航卫星系统频带和其它无线通讯频带)组合将有着更大的弹性，另外信噪比等性能可以经由调整经降频转换的中频(IF)频带的分隔而进行细微调整。
附图说明
图1是说明GPS和Galileo的频带分布的简略示意图。
图2是说明现有技术中用于多组GNSS频带的接收器的简略示意图。
图3是简略显示根据本发明的第一个实施例的接收器的方块图。
图4是简略显示根据本发明的第二个实施例的接收器的方块图。
图5是简略显示根据本发明的第三个实施例的接收器的方块图。
具体实施方式
直接射频数字化是一种可在同一时间将多组信号频带降频转换的合适方式。直接射频数字化不需要大量的模拟组件(例如本地振荡器(LO)、混频器等)。在直接射频数字化中，模拟数字转换器用来取样具有样本频率的射频信号，以将该射频信号降频转换成中频信号。一般而言，经降频转换之后的中频信号几乎可视为基频，而在经过中频去除处理后将成为实际上的基频信号。
为了将多组频带的信号同时利用直接射频数字化降频转换，共享模拟数字转换器利用通过众频带所计算出来的最佳取样频率来取样该等若干频带的射频信号，通过利用在该共享模拟数字转换器中的最佳取样频率，所有输入的信号射频频带可同时无相互重叠的被转换成中频频带。
图3是根据本发明的实施例的接收器方块图，此图仅显示射频电路，因为本发明的特征和接收器的后级较无关联，因此相关图例和描述在此省略。在接收器中，天线301用于接收卫星的射频信号，此天线301可使用单一用于接收各种频带信号的宽带天线，或者也可选择利用一组接收各自频带信号的天线来实行。所接收的射频信号通过射频放大器303放大。该等信号接着通过射频反失真宽带滤波器310滤除或减少噪声和失真。该等信号再通过一个放大器312放大后被传送至一频带筛选单元。频带筛选单元可以是一个多频带带通滤波器320，以允许预先设定的多个频带的信号通过，预先设定的频带可以是GPS L1、L2以及Galileo E1、E5、E6等。在一较佳具体实施例中，多频带带通滤波器320有数个模式，在每一种模式中，会选定一个或多个特定的频带，换句话讲，一种模式可表示一特定频带组合。举例来说，当多频带带通滤波器320在某个模式下，将采用GPS L1+L2的频带组合。而当多频带带通滤波器320在另一种模式下，将采用GPS L1+Galileo E5的频带组合。因此任何频带的组合都是有可能的。
通过多频带带通滤波器320的多个特定频带信号将通过数字化单元(例如模拟数字转换器330)数字化，以降频转换成接近于基频的中频带。该等数字信号会暂存于储存装置340(可为存储器或缓存器)中。接着通过中频去除单元350执行中频去除作业以移除这些数字信号里所残留的中频成分。这些从中频去除单元350输出的信号已是真正的基频信号。该等基频信号被传送至接收器的后级以作后级处理，例如相关性计算和解调制，其说明在此省略。
更进一步而言，根据本发明的接收器，其具有一个可程控频率提供单元360，此可程控频率提供单元360提供适当的至少一取样频率fs给模拟数字转换器330，以用于多频带带通滤波器320所指定的特定频带组合。此模拟数字转换器330通过取样频率fs将信号数字化，以将特定的频带信号分别降频转换至相对应的中频频带。对于多频带带通滤波器320来说，不同的模式对应不同的频带组合。一般来讲，在每一种模式下共享的模拟数字转换器330所需要使用的取样频率都不一样。在一具体实施例中，可程控频率提供单元360可内建一个查询表，预先计算各种频带组合的最佳取样频率，并将其储存在查询表中。因此可程控频率提供单元360能够通过选取内建于查询表中的特定的频率组合的取样频率，为所选择使用的频带提供一个适合的取样频率。在另一具体实施例中，可程控频率提供单元360为选择通过多频带带通滤波器320的频带计算出取样频率fs，并提供计算出的取样频率fs给模拟数字转换器330，在此情况下，较佳的，可程控频率提供单元360可包含专用计算逻辑电路或处理器。
可程控频率提供单元360也提供中频频率至中频去除单元350以使中频去除单元350可以移除信号中残余的中频成分而将信号转换成真正的基频信号。在本实施例中；中频去除单元350对于不同的频带采用时分复用(time division multiplex；简称TDM)方式，因此只需用到一个中频去除单元。如上所述，模拟数字转换器330的数据流储存于储存装置340，并等候由时分复用的中频去除单元350处理，假如某些中频去除单元采用同时处理各自频带的信号时，则储存装置340可被省略。
基于性能(例如信噪比)考虑，用于数字化和中频去除的合适取样频率及中频频率可通过可程控频率提供单元360来调整。
图4显示根据本发明的另一实施例的接收器的方块图。与图3相同，此图仅显示射频电路。根据本发明另一实施例的接收器具有一天线401、一射频放大器403、一射频反失真宽带滤波器410以及一放大器412。放大器412输出的信号会通过一宽带带通滤波器420，此宽带带通滤波器420允许所有频带的信号通过。换句话讲，此宽带带通滤波器420除用以滤除噪声外，并没有选择特定的频带。通过宽带带通滤波器420的信号接着由模拟数字转换器430加以数字化。此模拟数字转换器430将射频信号数字化以降频转换至中频信号，而自模拟数字转换器430输出的数据流则储存于储存装置440中以利后续程序使用。在本实施例中，该接收器具有一可调式带通滤波器445，该可调式带通滤波器445具有可调整的滤波器参数以滤除不同频带的中频信号，将储存装置440储存的从数字化单元(在本实施例中为模拟数字转换器430)输出的数字信号过滤并允许特定的中频频带的数字信号通过。其中可调式带通滤波器445可通过一有限脉冲响应(Finite Impulse Response；简称FIR)滤波器仅允许所选择的频带信号通过。此可调式带通滤波器445可预先设定如时分复用方式操作。换句话讲，此可调式带通滤波器445允许各自频带的信号在不同周期时间内通过。举例来说，假设所选择的频带为GPS L1和L2，在第一个周期里，可调式带通滤波器445允许L1的信号通过，而在第二个周期里，可调式带通滤波器445允许L2的信号通过。
通过可调式带通滤波器445的中频信号将遇到由中频去除单元450执行的中频去除作业。如前一个实施例所示，此中频去除单元450对于不同的频带采用时分复用方式，因此仅需要单一中频去除单元。
图4的接收器也具有可程控频率提供单元460，如第一个实施例所示，该可程控频率提供单元460提供适当的取样频率至模拟数字转换器430，并提供中频频率至中频去除单元450。由于模拟数字转换器430在未选择的情形下将所有接收器可接收的频带信号数字化，因此取样频率fs大致上已固定。无论如何，基于获得性能(例如信噪比)的考虑，该取样频率可通过可程控频率提供单元460来调整。该可程控频率提供单元460也提供参数至可调式带通滤波器445以使可调式带通滤波器445能够输出所选择的频带信号。
尽管本发明使用的单一共享模拟数字转换器对于直接射频数字化非常有帮助，但本发明也能使用若干个模拟数字转换器进行直接射频数字化。图5显示根据本发明的另一实施例的接收器方块图。如图所示，此接收器的结构与图3相似。主要差异在于图5的接收器利用一些独立模拟数字转换器531、532、533而不是一共享模拟数字转换器。换句话讲，本发明的数字化单元包含若干个模拟数字转换器。此一实施例的接收器具有一天线501、一射频放大器503、一射频反失真宽带滤波器510、一放大器512、若干个带通滤波器521、522、523、若干个模拟数字转换器531、532、533、一可程控频率提供单元560、一储存装置540以及一中频移除单元550。经过放大器512的信号将输入该等带通滤波器521、522、523，各带通滤波器允许一特定频带通过。模拟数字转换器531、532、533将一特定频带的信号数字化。其中带通滤波器的数量相同于模拟数字转换器的数量，但并不限制于本实施例所示的数量。该取样频率fs1，fs2... fsn由可程控频率提供单元560所提供。另外，如前述实施例所示，此可程控频率提供单元560也提供中频频率至一中频去除单元550，此中频去除单元可以TDM方式操作。
综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，但该较佳实施例并非用以限制本发明，该领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (15)

1.一种用于多组射频信号频带的接收器，其特征在于：该接收器包含：
一频带筛选单元，用以允许多个特定频带信号通过；
一可程控频率提供单元，用以为所述多个特定频带信号计算出一取样频率，并提供计算出的该取样频率；以及
一数字化单元，用以利用该取样频率将该多个特定频带信号数字化以将该多个特定频带信号降频转换至多个中频信号。
2.根据权利要求1所述的接收器，其特征在于：该接收器还包含一中频去除单元，所述中频去除单元利用一特定中频频率移除该多个中频信号里的中频成分，以将该多个中频信号转换成多个基频信号。
3.根据权利要求2所述的接收器，其特征在于：该接收器利用所述可程控频率提供单元提供该特定中频频率。
4.根据权利要求2所述的接收器，其特征在于：所述中频去除单元采用时分复用模式对各个中频信号进行中频去除工作。
5.根据权利要求1所述的接收器，其特征在于：该接收器还包含一储存装置用以储存自所述数字化单元输出的数字信号。
6.根据权利要求1所述的接收器，其特征在于：所述频带筛选单元包含至少一带通滤波器，该带通滤波器用于将信号滤波并允许所选择的射频频带信号通过，且此滤波后的信号而后由该数字化单元数字化。
7.根据权利要求5所述的接收器，其特征在于：该接收器还包含一可调式带通滤波器，具有可供调整的参数的该可调式带通滤波器将所述储存装置储存的从数字化单元输出的数字信号过滤并允许特定的中频频带的数字信号通过。
8.根据权利要求7所述的接收器，其特征在于：所述可程控频率提供单元提供所述可调式带通滤波器用以滤波的参数。
9.根据权利要求8所述的接收器，其特征在于：所述可程控频率提供单元调整所述参数以便达到预定的性能。
10.根据权利要求9所述的接收器，其特征在于：所述性能为信噪比。
11.根据权利要求7所述的接收器，其特征在于：所述可调式带通滤波器是以时分复用模式操作。
12.根据权利要求1所述的接收器，其特征在于：所述数字化单元包含将输入的该多个特定频带信号数字化的单一共享模拟数字转换器，而所述可程控频率提供单元根据输入的该多个特定频带信号提供该取样频率至该单一共享模拟数字转换器以进行数字化处理。
13.一种用于多组射频信号频带的信号处理方法，其特征在于：该方法包含：
筛选通过多个特定频带信号；
为该已通过的多个特定频带信号计算出一取样频率，并提供计算出的该取样频率；及
利用该取样频率将该已通过的多个特定频带信号数字化，从而降频转换至多个中频信号。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：该方法还包含通过使用一特定中频频率移除该多个中频信号里的中频成分，以将该多个中频信号转换成多个基频信号的步骤。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：该多个中频信号的中频去除操作是以时分复用模式进行。
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