CN103713294A - 全频带gnss接收器 - Google Patents

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Abstract

本发明的一些实施例涉及全频带GNSS接收器。本发明的一个实施例提供一种信号记录系统。在操作期间，该系统接收多个射频(RF)信号，分离RF信号以获得在第一RF频带中的第一组RF信号和在第二RF频带中的第二组RF信号，并且同时将第一组RF信号降频转换至在第一IF频带中的第一组低中频(低IF)信号而将第二组RF信号降频转换至在第二IF频带中的第二组低IF信号。该系统还将第一组低IF信号和第二组低IF信号转换至数字域并且同时处理所有经转换的低IF信号。

Description

全频带GNSS接收器
技术领域
本公开内容主要地涉及一种卫星信号接收系统。更具体而言，本公开内容涉及一种能够从所有四个全球导航卫星系统(GNSS)接收信号的系统。
背景技术
近年来，便携卫星信号接收设备的盛行已经造成卫星导航的使用从军方领域向市民生活的各种方面扩张。例如如今多数智能电话配备有实现实时位置跟踪和方向指导的内置全球定位系统(GPS)接收器。
目前有可以提供全球覆盖的四个全球导航卫星系统(GNSS)，这些系统包括两个全操作系统(美国的NAVSTAR GPS和俄罗斯Globalnaya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema(GLONASS))以及两个部分开发的系统(中国的指南针导航系统和欧盟的伽利略定位系统)。
发明内容
本发明的一个实施例提供一种信号记录系统。在操作期间，该系统接收多个射频(RF)信号、分离RF信号以获得在第一RF频带中的第一组RF信号和在第二RF频带中的第二组RF信号并且同时将第一组RF信号降频转换至在第一IF频带中的第一组低中频(低IF)信号而第二组RF信号降频转换至在第二IF频带中的第二组低IF信号。该系统还将第一组低IF信号和第二组低IF信号转换至数字域并且同时处理所有经转换的低IF信号。
在关于这一实施例的变化中，同时处理所有经转换的低IF信号包括基于IF载波频率选择相应低IF信号并且处理所选择的低IF信号。
在关于这一实施例的变化中，同时处理所有经转换的低IF信号包括数字信号处理器(DSP)，该DSP包括多个处理单元。
在关于这一实施例的变化中，在第一RF频带与第二RF频带之间的频率间距大于在第一IF频带与第二IF频带之间的频率间距。
在又一变化中，在第一RF频带与第二RF频带之间的频率间距至少为200MHz。
在关于这一实施例的变化中，RF信号包括来自多个全球导航卫星系统的卫星信号。
在关于这一实施例的变化中，该系统基于来自多个全球导航卫星系统的卫星信号生成组合的定位输出。
在关于这一实施例的变化中，多个全球导航卫星系统包括：全球定位系统(GPS)；Globalnaya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema(GLONASS)；指南针导航系统；以及伽利略定位系统。
在关于这一实施例的变化中，接收的RF信号的带宽超过400MHz。
附图说明
图1呈现了图示了GNSS信号占用的两个RF频率频带的图。
图2呈现了图示了根据本发明一个实施例的示例双频带卫星信号接收器的架构的图。
图3呈现了图示了根据本发明一个实施例的两个经降频转换的中频(IF)频带的图。
图4呈现了图示了根据本发明一个实施例的示例多频带数字信号处理器(DSP)的架构的图。
图5呈现了图示了根据本发明一个实施例的接收多频带RF信号的示例过程的图。
具体实施方式
呈现以下描述以使本领域任何技术人员能够实现和使用本发明，并且在具体应用及其要求的背景中提供以下描述。对公开的实施例的各种修改将容易为本领域技术人员所清楚，并且这里限定的一般原理可以应用于其它实施例和应用而未脱离本发明的精神实质和范围。因此，本发明不限于所示实施例而是将被赋予与这里公开的原理和特征一致的最广范围。
概述
本发明的一些实施例提供一种能够接收占用两个频率频带的卫星信号的双频带卫星信号接收器。双频带卫星信号接收器包括宽带天线；各自用于一个频率频带的两组滤波器/降频转换器；模数转换器(ADC)；以及多基带数字信号处理器(DSP)。更具体而言，每组滤波器/降频转换器包括带通滤波器(BPF)、一个或者多个低噪声放大器(LNA)和将卫星信号从RF频带转换至低中频(IF)的混合器。在降频转换之后，在向处理所有四个GNSS信号的多基带DSP发送之前组合并且AD转换来自两个RF频带的卫星信号。
GNSS接收器
经常向各种类型的智能手机中构建的便携卫星信号接收器的流行已经驱使开发许多对位置敏感的应用，诸如导航、对最近兴趣点定位、位置获知的社交媒体应用、锻炼等。多数可用卫星信号接收器是GPS接收器，这意味着它们从美国的GPS卫星接收信号。由于GPS在20世纪90年代中期变成全球可用，所以它已经是世界上的利用最多的卫星导航系统。然而有也可以提供定位信息的包括GLONASS、指南针和伽利略的其它全球导航卫星系统。希望通过同时从所有系统接收信号来利用所有可用全球定位系统以便实现最好的定位结果，该定位结果包括城市峡谷中的改进覆盖和更快响应时间。可以从多个GNSS系统接收信号的目前可用系统经常依赖于各自用于从一个系统接收信号的多个单独接收器。使用单独接收器不仅增加制造成本和总体系统复杂性而且也可能造成增加的功率消耗和减少的系统可靠性。为了解决这一问题，本发明的实施例提供一种使用单个接收器以从所有GNSS系统获得信号的卫星信号接收系统。
GPS系统中的所有卫星在1575.42MHz(所谓的L1信号)和1227.60MHz(所谓的L2信号)这相同两个频率广播。GLONASS卫星在1602MHz或者1246MHz广播。指南针卫星被设计成在1561.098MHz、1589.742MHz、1207.14MHz和1268.52MHz广播。另一方面，伽利略占用在1164-1215MHz、1260-1300MHz和1559-1592MHz之间的频率频带。概括而言，来自所有GNSS系统的卫星信号占用两个频率频带，其中一个从1176.45MHz延伸至1298.75MHz(在本公开内容中称为FSpan_1)而另一个从1559.052MHz延伸至1610MHz(在本公开内容中称为FSpan_2)。图1呈现了图示了GNSS信号占据的两个RF频率频带的图。注意，这两个频带占用大于400MHz的频率范围，而在两个频带之间的间距大于200MHz。
为了接收所有GNSS信号，接收器可能需要从FSpan_1频带和FSpan_2频带二者接收信号。一种简单直接的解决方案是使用能够接收范围从FSpan_1频带的下沿至FSpan_2频带的上沿的信号的宽带接收器。然而，这意味着也接收在两个频带之间的间距中的任何信号，这可能引起对所接收的卫星信号的干扰。另外，这样的解决方案要求接收器中的所有部件接收大于400MHz的带宽，这对于RF设计者而言可能是挑战。
图2呈现了图示了根据本发明一个实施例的示例双频带卫星信号接收器的架构的图。在图2中，双频带卫星信号接收器200包括宽带天线202、FSpan_1接收路径204、FSpan_2接收路径206、组合器208、模数转换器(ADC)210和多基带数字信号处理器(DSP)212。
在操作期间，宽带天线202从所有四个GNSS系统接收卫星信号。所接收的信号被发送至两个接收路径，每个接收路径继而滤波、放大并且降频转换来自对应频率频带的接收的RF卫星信号。更具体而言，FSpan_1接收路径204滤波、放大并且降频转换FSpan_1频带中的信号至一个中频(IF)；而FSpan_2接收路径206滤波、放大并且降频转换FSpan_2频带中的信号至不同中间频率(IF)。注意，仔细选择这两个IF以防止在两个原有频率频带中的信号之间的、在频域中的任何交叠。
FSpan_1接收路径204包括带通滤波器(BPF)214、RF低噪声放大器(LNA)216、混合器218、BPF220和IF放大器222。选择FSpan_1RF频带中的信号的BPF214先滤波由天线202接收的RF卫星信号而又拒绝其它带外信号、比如来自FSpan_2频带的信号。滤波的信号然后在由混合器218降频转换至低IF信号之前由RFLNA216放大。仔细选择IF以保证降频转换的FSpan_1频带保持远离DC以防止干扰、比如闪烁噪声。注意出于简化的目的，在图2中未示出本地振荡器，这些本地振荡器提供将与RF信号混合的正弦波。BPF220滤除求和频率信号以及其它非所需信号从而仅留下所需低IF信号。IF放大器222放大IF信号。在一个实施例中，IF放大器222也实施自动增益控制(AGC)以实现最优放大效果。
在FSpan_2接收路径206中的部件除了滤波器224选择FSpan_2频带中的信号并且混合器226将FSpan_2频带信号降频转换至不同IF频率之外与在FSpan_1接收路径204中的部件相似。注意，仔细选择FSpan_2接收路径206中的IF频率以保证在两个IF频带之间无交叠。组合器208组合来自两个IF频带的信号。在一个实施例中，组合器208是简单加法器。图3呈现了图示了根据本发明一个实施例的两个降频转换的IF频带的图。
如图3中所示，FSpan_1’频带是用于原有FSpan_1频带的降频转换的IF频带，并且FSpan_2’频带是用于原有FSpan_2频带的降频转换的IF频带。与图1中所示频谱相比，在IF频带中的信号具有低得多的载波频率，并且在两个IF频带之间的间距与在两个原有RF频带之间的间距相比小得多。在一个实施例中，所有IF信号的带宽约为200MHz，该频率比图1中所示400MHz带宽小得多。
ADC210将来自两个IF频带的组合信号转换至数字域。在一个实施例中，ADC210是具有400MHz采样率的3位ADC。也有可能使用更低分辨率的ADC，诸如1位ADC或者2位ADC。然而，3位ADC增强系统可靠性。注意，ADC210的采样率取决于IF信号的带宽。在图3中所示例子中，IF信号具有约200MHz的带宽，这意味着需要至少400MHz的采样率。
然后向多基带DSP212发送包括来自所有四个GNSS系统的信号的数字化信号用于处理。多基带DSP212能够同时处理多个频道的信号或者在多个载波频率上的信号。图4呈现了图示了根据本发明一个实施例的示例多频带DSP的架构的图。
在图4中，多基带DSP400包括滤波器组402和处理器组404。滤波器组402包括多个数字BPF，诸如BPF406、BPF408、BPF410和BPF412。处理器组404包括多个处理器，诸如处理器414、处理器416、处理器418和处理器420。在操作期间，数字BPF406-412各自从ADC接收数字化IF信号并且选择在对应频道的信号。例如，将BPF406的中心频率调谐至GPS L1频率(1575.42MHz)以选择GPS L1信号，而可以将BPF408的中心频率调谐至1602MHz以选择GLONASS信号。然后向处理器发送经滤波的输出以用于进一步处理，诸如数字降频转换、解码和定位计算。在一个实施例中，处理器可以相互配合以基于来自所有四个卫星系统的信号生成输出。
图5呈现了图示了根据本发明一个实施例的接收多频带RF信号的示例过程的图。在操作期间，宽带天线接收多频带RF信号(操作502)。在一个实施例中，RF信号占据其中有频率间距的两个单独RF频带。在又一实施例中，频率间距至少为200MHz。然后基于接收的RF信号属于的频率频带在空间上分离它们(操作504)。在一个实施例中，具有不同通带的在空间上分离的BPF用来实现这一目标。
随后将每个频带的RF信号降频转换至对应IF信号(操作506)。仔细选择IF频率以保证在IF频带之间有频率交叠。在一个实施例中，以保持在两个相邻IF频带之间的间距为最小的方式选择IF频率。在降频转换之后，组合所有IF频带(操作508)，并且在适当采样率运行的单个ADC将组合的IF信号转换至数字域(操作510)。向多基带DSP发送数字信号，该多基带DSP(使用数字滤波器)基于每个个别信号的载波频率对它滤波，然后处理每个个别信号(操作512)。这里注意载波频率是IF载波而不是原有RF载波，并且在RF载波频率与IF载波频率之间有一对一的对应。在一个实施例中，可以执行数字转换以将每个IF信号转换至基带。系统还基于所有信号产生组合的输出(操作514)。例如，如果多频带信号是来自所有四个GNSS系统的卫星信号，则组合的输出可以是基于从所有GNSS系统收集的信息来计算的地理位置。
一般而言，与依赖于多个接收器以从不同GNSS系统接收卫星信号的传统方案相比，在本发明的一些实施例中，来自不同GNSS系统的信号由单个接收器接收，该接收器包括各自用于特定频率频带的两个接收路径。注意每个频率频带包括来自不同GNSS系统的信号，每个GNSS系统在不同载波频率上。另外，两个接收路径共享多个共同部件，诸如天线、ADC和DSP，因此显著减少功率消耗和系统复杂性。
注意，图2和图4中所示架构仅为举例而不应限制本公开内容的范围。例如在图2中，频率混合器用来将RF信号降频转换至IF。在实践中，其它降频转换方案，诸如正交降频转换也是可能的。此外，图4图示了包括用于处理数字化卫星信号的多个处理器的处理器组。在实践中，处理器数目可以变化。在一些实施例中，单个强大处理器用来处理来自所有GNSS系统的信号。在一些实施例中，为来自特定卫星系统的信号分配专用处理器。
也注意本公开内容使用卫星信号作为例子。在实践中，本发明的实施例公开的单个及授权也可以接收其它类型的多频带信号，这些其它类型的多频带信号包括但不限于：有线或者卫星TV信号；或者其它无线电信号、比如广播无线电、WiFi和移动电话信号。例如广播无线电可以包括多个频率频带：短波频带、AM频带和FM频带。假如可能需要三个接收路径而不是两个，本发明的实施例公开的单个接收器可以被配置成同时从所有三个无线电频带接收信号。
可以实现在具体实施方式章节中描述的方法和过程为可以在如上文描述的计算机可读存储介质中存储的代码和/或数据。当计算机系统读取并且执行计算机可读存储介质上存储的代码和/或数据时，计算机系统执行实现为数据结构和代码并且存储于计算机可读存储介质内的方法和过程。
另外，可以在硬件模块中包括下文描述的方法和过程。例如硬件模块可以包括但不限于专用集成电路(ASIC)芯片、现场可编程门阵列(FPGA)和现在已知或者以后开发的其它可编程逻辑器件。当激活硬件模块时，硬件模块执行在硬件模块内包括的方法和过程。
已经仅出于示例和描述的目的而呈现对本发明实施例的前文描述。它们并非旨在于穷举或者限制本公开内容。因而许多修改和变化将为本领域技术人员所清楚。本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (18)

1.一种方法，包括：
接收多个射频(RF)信号；
分离所述RF信号以获得在第一RF频带中的第一组RF信号和在第二RF频带中的第二组RF信号；
同时将所述第一组RF信号降频转换至在第一IF频带中的第一组低中频(低IF)信号而将所述第二组RF信号降频转换至在第二IF频带中的第二组低IF信号；
将所述第一组低IF信号和所述第二组低IF信号转换至数字域；并且
同时处理所有经转换的低IF信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其中同时处理所有经转换的低IF信号包括：
基于IF载波频率选择相应低IF信号；并且
处理所选择的低IF信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其中同时处理所有经转换的低IF信号涉及包括多个处理单元的数字信号处理器(DSP)。
4.根据权利要求1所述的方法，其中在所述第一RF频带与所述第二RF频带之间的频率间距大于在所述第一IF频带与所述第二IF频带之间的频率间距。
5.根据权利要求4所述的方法，其中在所述第一RF频带与所述第二RF频带之间的频率间距至少为200MHz。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述RF信号包括来自多个全球导航卫星系统的卫星信号。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括基于来自所述多个全球导航卫星系统的所述卫星信号生成经组合的定位输出。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述多个全球导航卫星系统包括：
全球定位系统(GPS)；
Globalnaya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema(GLONASS)；
指南针导航系统；以及
伽利略定位系统。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所接收的RF信号的带宽超过400MHz。
10.一种系统，包括：
宽带天线，配置成接收多个射频(RF)信号，所述多个RF信号包括在第一RF频带中的第一组RF信号和在第二RF频带中的第二组RF信号；
两个带通滤波器(BFP)，各自被配置成选择对应组的RF信号；
两个降频转换器，各自用于所选组的RF信号，其中所述降频转换器被配置成同时将所述第一组RF信号降频转换至在第一IF频带中的第一组低中频(低IF)信号而将所述第二组RF信号降频转换至在第二IF频带中的第二组低IF信号；
模数转换器(ADC)，配置成将所述第一组低IF信号和所述第二组低IF信号转换至数字域；以及
数字信号处理器(DSP)，配置成同时处理所有经转换的低IF信号。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述DSP还包括多个数字BPF，其中相应数字BPF被配置成基于IF载波频率选择相应低IF信号，并且其中所述DSP还被配置成处理所选择的低IF信号。
12.根据权利要求10所述的系统，其中所述DSP包括多个处理单元。
13.根据权利要求10所述的系统，其中在所述第一RF频带与所述第二RF频带之间的频率间距大于在所述第一IF频带与所述第二IF频带之间的频率间距。
14.根据权利要求13所述的系统，其中在所述第一RF频带与所述第二RF频带之间的频率间距至少为200MHz。
15.根据权利要求10所述的系统，其中所述RF信号包括来自多个全球导航卫星系统的卫星信号。
16.根据权利要求15所述的系统，还包括：输出生成机构，配置成基于来自所述多个全球导航卫星系统的所述卫星信号生成经组合的定位输出。
17.根据权利要求15所述的系统，其中所述多个全球导航卫星系统包括：
全球定位系统(GPS)；
Globalnaya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema(GLONASS)；
指南针导航系统；以及
伽利略定位系统。
18.根据权利要求10所述的系统，其中所接收的RF信号的带宽超过400MHz。
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