CN101799550A - 基于数字中频信号串行传输的卫星导航接收机和方法 - Google Patents

Abstract

一种数字中频信号串行传输的方法，其特征在于，射频电路单元将射频电路输出的多路并行数字中频信号进行编码形成一组或几组串行数字中频信号；基带电路单元通过串行接口接收射频电路单元输出的串行数字中频信号，再通过分频及解码运算将串行数字中频信号还原为并行数字中频信号进行数据处理。该方法将多路并行的数字中频信号转换成串行数字中频信号，提高了信号传输效率，减少了射频电路与基带电路间硬件接口个数，有利于卫星导航接收机的小型化。本发明还提供一种基于数字中频信号串行传输的卫星导航接收机，包括天线、射频电路单元和基带电路单元，射频电路单元包括多路射频电路和编码器，基带电路单元具有串行接口，还包括分频解码器。

Description

基于数字中频信号串行传输的卫星导航接收机和方法

技术领域

本发明涉及卫星导航领域，特别是一种基于数字中频信号串行传输的卫星导航接收机和方法，可以提高接收机内部数字信号的传输效率，同时减少射频电路与基带电路间硬件接口的个数，减小电路板的复杂度，有利于卫星导航接收机的小型化。

背景技术

卫星导航系统是由空间部分、地面监控部分、用户接收机三大部分组成的具备定位、导航、授时功能的系统，应用于航海、航空、测量测绘、精密定位等行业领域。卫星导航系统空间部分由分布在不同轨道平面上的多颗卫星组成，以保证地面接收机在任何时间、覆盖范围内的任何地点都可以接收到足够多卫星的信号，并通过运算得到准确的位置、时间、速度等信息。

目前，全球卫星导航系统(GNSS，Global Navigation Satellite System)主要包括美国的GPS、俄罗斯的GLONASS，中国的北斗系统，以及欧洲正在建设部署中的GALILEO系统。随着卫星数量和信号种类的增加，用户对接收机终端兼容性和抗干扰性的要求也逐步提高。

卫星导航接收机的组成原理如图1所示，卫星导航接收机通常包括硬件部分和软件部分，硬件部分包括天线、射频部分和基带处理部分。卫星导航接收机的工作原理是：由天线部分将空间中的导航卫星电磁波转换为电信号；然后由射频部分将导航卫星信号放大、下变频、滤波、数模转换，最后输出数字中频信号；接着由基带处理部分通过信号相关、中频载波生成、码时钟生成等部分完成对数字中频信号的处理。接收机的软件部分包含信号处理和解算两部分，根据基带处理部分的结果进行运算，同时将控制参数写入基带处理部分。

一般的多模卫星导航接收机的每一路卫星信号都对应一路射频电路，每一路射频电路输出一路数字中频信号，每一路数字中频信号主要由时钟线(CLK)和多比特的数据信号线(BIT0...BITn-₁)组成，多路信号对应的多根信号线并行送给基带电路。并行传输的数字中频信号的工作原理图如图2所示。图中m表示接收机的射频路数，n表示每路信号对应的数据位数，相应的基带电路需要提供(n+1)×m位硬件接口接收数字中频信号。在多模卫星导航接收机或抗干扰卫星导航接收机中，m和n都可能较大，这样的设计使硬件电路板复杂，接口占用较多，空间利用率较低，成本较高，传输频率较低，不利于设备的小型化。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺陷和不足，优化卫星导航接收机的内部结构，提出一种基于数字中频信号串行传输的卫星导航接收机和方法，将多路并行的数字中频信号转换成串行数字中频信号，提高了信号传输效率，减少了射频电路与基带电路间硬件接口个数，有利于卫星导航接收机的小型化。

本发明的技术方案是：

一种数字中频信号串行传输的方法，其特征在于，射频电路单元将射频电路输出的多路并行数字中频信号进行编码形成一组或几组串行数字中频信号；基带电路单元通过串行接口接收射频电路单元输出的串行数字中频信号，再通过分频及解码运算将串行数字中频信号还原为并行数字中频信号进行数据处理。

所述编码是指将时钟频率相同的k路并行数字中频信号，合并成一组串行数字中频信号，每组串行数字中频信号由时钟(MCLK)、字头定位信号(CLK-FS)以及数据(DATA)组成。

编码后的串行数字中频信号的时钟频率为原并行数字中频信号的kn倍，编码后的串行数字中频信号的传输速率也为原并行数字中频信号的kn倍，n为每路并行数字中频信号对应的数据位数。

编码后的所有串行数字中频信号的个数小于射频电路输出的所有并行数字中频信号的个数。

编码后的串行数字中频信号的时钟(MCLK)、字头定位信号(CLK-FS)以及数据(DATA)为单端信号或差分信号。

所述信号的电平包括但不限于TTL或CMOS或LVDS。

一种基于数字中频信号串行传输的卫星导航接收机，其特征在于，包括天线、射频电路单元和基带电路单元，所述射频电路单元包括多路射频电路和编码器，每一路射频电路分别与编码器连接，所述编码器将射频电路输出的多路并行数字中频信号编码形成一组或几组串行数字中频信号；所述基带电路单元具有串行接口，还包括分频解码器，所述射频电路单元的编码器与基带电路单元的分频解码器通过串行接口相连接，基带电路单元通过串行接口接收射频电路单元输出的串行数字中频信号，再通过分频解码器将串行数字中频信号还原为并行数字中频信号进行数据处理。

每组串行数字中频信号由时钟频率相同的k路并行数字中频信号编码合并而成；每组串行数字中频信号由时钟(MCLK)、字头定位信号(CLK-FS)以及数据(DATA)组成；串行数字中频信号的时钟频率为原并行数字中频信号的kn倍，串行数字中频信号的传输速率也为原并行数字中频信号的kn倍，n为每路并行数字中频信号对应的数据位数。

所述所有串行数字中频信号的个数小于射频电路输出的所有并行数字中频信号的个数。

所述卫星导航接收机为单系统终端或多系统终端；所述卫星导航系统包括美国的GPS系统，俄罗斯GLONASS系统，中国的北斗系统，欧洲的GALILEO系统，以及以后可能出现的新的卫星导航系统。

本发明的技术效果在于，优化了卫星导航接收机的内部结构，将射频电路输出的多路并行的数字中频信号转换成一组或几组串行的数字中频信号，因此基带电路仅需要提供一组或几组串行硬件接口接收串行数字中频信号，这样，射频电路与基带电路之间传输的数字中频信号线个数就大大减少，因此缩减了硬件接口的尺寸大小，即提高了信号传输效率，也提高了空间利用率，减小了电路板的复杂度，降低了生产成本，有利于卫星导航接收机的小型化。

附图说明

图1为卫星导航接收机组成原理框图。

图2为数字中频信号并行传输原理示意图。

图3为数字中频信号串行传输原理示意图。

图4为串行数字中频信号传输时序图。

具体实施方式

一种数字中频信号串行传输的方法，其特征在于，射频电路单元将射频电路输出的多路并行数字中频信号进行编码形成一组或几组串行数字中频信号；基带电路单元通过串行接口接收射频电路单元输出的串行数字中频信号，再通过分频及解码运算将串行数字中频信号还原为并行数字中频信号进行数据处理。

本发明的数字中频信号串行传输原理示意图如图3所示，在射频电路单元中，m路卫星信号对应的m个射频信号经模数转换后形成m路并行的数字中频信号，每一路数字中频信号主要由时钟线(CLK)和多比特的数据信号(BIT0...BITn-₁)组成，这m路并行的数字中频信号经过编码形成一组或几组串行数字中频信号，每组串行数字中频信号由时钟(MCLK)、字头定位信号(CLK-FS)以及数据(DATA)组成，图中i表示编码形成的串行数字中频信号的组数，一般而言，编码后的信号总数小于编码前的信号总数。

时钟频率相同的k组并行信号，共kn个信号，可以合并成一组串行信号，n表示每路并行信号对应的数据位数，每组串行信号由时钟(MCLK)、数据(DATA)、字头定位信号(CLK-FS)组成；串行信号的时钟频率为原时钟的kn倍，串行信号的传输速率也为原并行信号的kn倍，原来同时传输的kn个比特变为一路高速串行传输数据，这kn个比特组成一个字；CLK-FS为串行信号字头定位信号，以确定串行信号中每个字的第一个比特的位置，信号时序如图4所示。由于MCLK、CLK-FS、DATA是高速信号，因此也可以采用差分的方式进行传输。

编码后的串行数字中频信号的时钟(MCLK)、字头定位信号(CLK-FS)以及数据(DATA)可以是单端信号，也可以是差分信号。所述信号的电平包括但不限于TTL或CMOS或LVDS。

基带电路单元具有i组串行接口，接收来自射频电路单元的串行数字中频信号，再通过分频解码器将串行数字中频信号恢复成原多路的并行数字中频信号，再进行相应的数据处理。

基带电路单元对串行数字中频信号的数据处理要经过分频解码，高频时钟用来采样串行数据，同时高频时钟被分频得到原有的并行时钟，字头定位信号标识字的起始位置，串行信号经串并变换后得到原有的并行信号，以进行后续处理。

一种基于数字中频信号串行输入基带电路的卫星导航接收机，包括天线、射频电路单元和基带电路单元，射频电路单元包括m路射频电路和编码器，每一路射频电路分别与编码器连接，m路射频电路输出的并行数字中频信号，通过编码器形成i组串行数字中频信号；基带电路单元具有i组串行接口，还包括分频解码器，射频电路单元的编码器与基带电路单元的分频解码器通过i组串行接口相连接，基带电路单元通过串行接口接收射频电路单元输出的串行数字中频信号，再通过分频解码器将串行数字中频信号还原为并行数字中频信号进行数据处理。

每组串行数字中频信号由时钟频率相同的k路并行数字中频信号编码合并而成；每组串行数字中频信号由时钟(MCLK)、字头定位信号(CLK-FS)以及数据(DATA)组成；串行数字中频信号的时钟频率为原并行数字中频信号的kn倍，编码后的串行数字中频信号的传输速率也为原并行数字中频信号的kn倍，(n为每路并行数字中频信号对应的数据位数)

所有串行数字中频信号的个数小于射频电路输出的所有并行数字中频信号的个数。

本发明中描述的卫星导航接收机包含单系统终端和多系统终端。本发明中的数字中频信号串行传输可以应用于任何卫星导航系统的接收机，包括美国的GPS系统，俄罗斯GLONASS系统，中国的北斗系统，欧洲的GALILEO系统，以及以后可能出现的新的卫星导航系统。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。

Claims (10)

1.一种数字中频信号串行传输的方法，其特征在于，射频电路单元将射频电路输出的多路并行数字中频信号进行编码形成一组或几组串行数字中频信号；基带电路单元通过串行接口接收射频电路单元输出的串行数字中频信号，再通过分频及解码运算将串行数字中频信号还原为并行数字中频信号进行数据处理。

2.根据权利要求1所述的数字中频信号串行传输的方法，其特征在于，所述编码是指将时钟频率相同的k路并行数字中频信号，合并成一组串行数字中频信号，每组串行数字中频信号由时钟(MCLK)、字头定位信号(CLK-FS)以及数据(DATA)组成。

3.根据权利要求2所述的数字中频信号串行传输的方法，其特征在于，编码后的串行数字中频信号的时钟频率为原并行数字中频信号的kn倍，编码后的串行数字中频信号的传输速率也为原并行数字中频信号的kn倍，n为每路并行数字中频信号对应的数据位数。

4.根据权利要求3所述的数字中频信号串行传输的方法，其特征在于，编码后的所有串行数字中频信号的个数小于射频电路输出的所有并行数字中频信号的个数。

5.根据权利要求4所述的数字中频信号串行传输的方法，其特征在于，编码后的串行数字中频信号的时钟(MCLK)、字头定位信号(CLK-FS)以及数据(DATA)为单端信号或差分信号。

6.根据权利要求5所述的数字中频信号串行传输的方法，其特征在于，所述信号的电平包括但不限于TTL或CMOS或LVDS。

7.一种基于数字中频信号串行传输的卫星导航接收机，其特征在于，包括天线、射频电路单元和基带电路单元，所述射频电路单元包括多路射频电路和编码器，每一路射频电路分别与编码器连接，所述编码器将射频电路输出的多路并行数字中频信号编码形成一组或几组串行数字中频信号；所述基带电路单元具有串行接口，还包括分频解码器，所述射频电路单元的编码器与基带电路单元的分频解码器通过串行接口相连接，基带电路单元通过串行接口接收射频电路单元输出的串行数字中频信号，再通过分频解码器将串行数字中频信号还原为并行数字中频信号进行数据处理。

8.根据权利要求7所述的基于数字中频信号串行传输的卫星导航接收机，其特征在于，每组串行数字中频信号由时钟频率相同的k路并行数字中频信号编码合并而成；每组串行数字中频信号由时钟(MCLK)、字头定位信号(CLK-FS)以及数据(DATA)组成；串行数字中频信号的时钟频率为原并行数字中频信号的kn倍，编码后的串行数字中频信号的传输速率也为原并行数字中频信号的kn倍，n为每路并行数字中频信号对应的数据位数。

9.根据权利要求8所述的基于数字中频信号串行传输的卫星导航接收机，其特征在于，所述所有串行数字中频信号的个数小于射频电路输出的所有并行数字中频信号的个数。

10.根据权利要求9所述的基于数字中频信号串行传输的卫星导航接收机，其特征在于，所述卫星导航接收机为单系统终端或多系统终端；所述卫星导航系统包括美国的GPS系统，俄罗斯GLONASS系统，中国的北斗系统，欧洲的GALILEO系统，以及以后可能出现的新的卫星导航系统。

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