CN111431584B - 一种基于射频收发芯片模块的卫星移动通信终端 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于射频收发芯片模块的卫星移动通信终端，属于卫星移动通信技术领域。本发明的射频收发芯片模块采用高集成度、一次变频的设计架构，片内全集成低噪声放大器、混频器、压控振荡器、小数分频锁相环、中频滤波器、可变带宽模数转换器和高速数模转换器，收发接口采用串行数字接口具备数字接口，支持可变带宽、多调制方式S频段信号的射频收发处理。通过采用射频收发芯片模块，降低了卫星多模终端的体积、成本和功耗，减少了卫星移动通信的多种终端型谱的重复性设计，使得本终端可用作包含卫星和导航定位模式在内的多模卫星移动终端。
Description
技术领域
本发明涉及卫星移动通信技术领域，特别是指一种基于射频收发芯片模块的卫星移动通信终端。
背景技术
卫星移动通信系统作为陆地移动通信网和固定通信网的补充和延伸，具有机动性强、覆盖范围大、可靠性好、传输效率高等特点，在应对突发事件、应急救灾、海洋开发、矿山开发、极地开发及特殊行业应用中有不可替代的作用，是无线通信系统的一个重要组成部分。卫星移动通信终端是卫星通信系统能否实现产业化应用的关键，而终端的技术瓶颈在于对终端芯片及终端解决方案的研究。
卫星移动通信系统受卫星发射成本、芯片流片费用及用户数量的限制，目前研发其射频收发芯片的公司很少，芯片大多都是针对专有系统进行设计，不能支持可变带宽或多模式功能，而基于其的终端解决方案也难以适应多种形式的卫星移动多模终端的应用需求。
发明内容
本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种基于射频收发芯片模块的卫星移动通信终端。本发明体系结构更加优化，具有较好的通用性，可适应手持、便携、载体、模块等多种形式的卫星移动终端设计应用，减小了重复设计成本。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于射频收发芯片模块的卫星移动通信终端，包括射频开关A、发端声表滤波器B、功放芯片C、收端声表滤波器D、基带处理芯片F、外部存储器G、电源管理和CODEC芯片H、卫通晶振I、接口模块J、导航接收声表滤波器K和导航晶振L；此外，还包括射频收发芯片模块E；其中，
射频开关A的输入输出端口A1与外部射频天线连接，射频开关A的第一输入端口A2与发端声表滤波器B的输出端口B1连接，射频开关A的第二输入端口A4与基带处理芯片F的输出端口F4连接，射频开关A的输出端口A3与收端声表滤波器D的输入端口D1连接，
发端声表滤波器B的输入端口B2与功放芯片C的输出端口C1连接，
功放芯片C的第一输入端口C2与射频收发芯片模块E的第一输出端口E1连接，功放芯片C的第二输入端口C3与射频收发芯片模块E的第二输出端口E12连接，
收端声表滤波器D的输出端口D2与射频收发芯片模块E的第一输入端口E2连接，
导航接收声表滤波器K的输入端口K1与外部GNSS天线连接，导航接收声表滤波器K的输出端口K2与射频收发芯片模块E的第二输入端口E3连接，
导航晶振L的输出端口L1与射频收发芯片模块E的第三输入端口E8连接，
卫通晶振I的输出端口I1与射频收发芯片模块E的第四输入端口E5连接，卫通晶振I的第一输入端口I3与射频收发芯片模块E的第三输出端口E7连接，卫通晶振I的第二输入端口I2与电源管理和CODEC芯片H的第一输出端口H4连接，
射频收发芯片模块E的第五输入端口E6与电源管理和CODEC芯片H的第二输出端口H2连接，射频收发芯片模块E的第一、第二、第四输入输出端口E4、E9、E11通过数据总线分别与基带处理芯片F的第一、第二、第四输入输出端口F1、F6、F8连接，射频收发芯片模块E的第三输出端口E10通过数据总线与基带处理芯片F的第三输入端口F7连接，
电源管理和CODEC芯片H的第三输出端口H3与外部存储器G的输入端口G2连接，
接口模块J的第一输入输出接口J1与基带处理芯片F的第六输入输出端口F5连接，接口模块J的第二输入输出端口J2与外部主机连接，
射频发送时，接口模块J接收外部主机输入的业务或信令数据，并把业务或信令数据输出至基带处理芯片F的第六输入输出端口F5，基带处理芯片F根据卫星移动通信物理层协议栈的规范，完成输入的业务或信令数据的组帧、编码调制和成形滤波和并/串转换，得到数字基带串行信号，并经基带处理芯片F第一输入输出端口F1输出至射频收发芯片模块E，射频收发芯片模块E在基带处理芯片F第二输入输出端口F6输入的发射频率、发射时间和功率的控制下，把来自基带处理芯片F第一输入输出端口F1的数字基带串行信号进行串/并变换、数/模变换以及正交调制，得到S频段射频信号，并将该射频信号通过射频收发芯片模块E第一输出端口E1输出至功放芯片C,功放芯片C在射频收发芯片模块E第二输出端口E12输入的功放开关使能和功率模拟电压的控制下，对输入的射频信号进行功率放大，并将放大后的射频信号经功放芯片C输出端口C1输出至发端声表滤波器B，发端声表滤波器B将输入的射频信号进行模拟带通滤波后，通过发端声表滤波器B输出端口B1输出至射频开关A，射频开关A在基带处理芯片F输入的收/发切换控制信号的控制下，打开发送通道，将来自发端声表滤波器B的射频信号输出至外部射频天线的输入输出端口，从而将射频信号发射出去；
射频接收时，射频开关A在基带处理芯片F输入的收/发切换控制信号控制下，打开接收通道，将来自外部射频天线输入输出端口的S频段射频信号输入至收端声表滤波器D，收端声表滤波器D对输入的S频段射频信号进行模拟带通滤波后，经收端声表滤波器D输出端口D2输出至射频收发芯片模块E，射频收发芯片模块E在基带处理芯片F第二输入输出端口F6输入的接收频率控制信号、接收时间控制信号以及接收增益控制信号的控制下，把来自收端声表滤波器D的S频段射频信号进行正交解调、模/数变换、并/串转换，得到数字基带串行信号，并经射频收发芯片模块E第一输入输出端口E4输出至基带处理芯片F，基带处理芯片F对输入的数字基带串行信号进行串/并变换、定时和载波同步、解调、译码、解密、解帧和数据解析，恢复出业务或信令数据，并将业务或信令数据经接口模块J输出至外部主机；
导航定位时，导航接收声表滤波器K对自外部GNSS天线的导航射频信号进行模拟带通滤波后，经导航接收声表滤波器K输出端口K2输出至射频收发芯片模块E，射频收发芯片模块E在来自基带处理芯片F第四输入输出端口F8的导航应用模式控制信号的控制下，把导航接收声表滤波器K输入的导航射频信号进行正交解调、模/数变换，得到低中频数字信号，并经射频收发芯片模块E第三输出端口E10输出至基带处理芯片F，基带处理芯片F对输入的低中频数字信号进行快速捕获、跟踪以及位置、速度和时间解算，得到导航定位信息，并将导航定位信息经接口模块J输出至外部主机；
此外，基带处理芯片F的第七输入输出端口F2与外部存储器G的输入输出端口G1连接，用于实现基带处理芯片F与外部存储器G的数据交换；基带处理芯片F的第五输入输出端口F3与电源管理和CODEC芯片H的输入输出端口H1连接，基带处理芯片F通过I2C总线对电源管理和CODEC芯片H进行电源管理参数配置，电源管理和CODEC芯片H在基带处理芯片F输入的电源管理参数控制下，生成相应模块所需的工作电压，并分别输出至外部存储器G的输入端口G2、卫通晶振I的第二输入端口I2、射频收发芯片模块E的第五输入端口E6以及基带处理芯片F的第五输入输出端口F3，同时，电源管理和CODEC芯片H将主机的电池电量、电池充电状态参数经电源管理和CODEC芯片H输入输出端口H1输出至基带处理芯片F；另外，电源管理和CODEC芯片H对业务信道的话音数据进行音频编码，将编码后的音频数据经电源管理和CODEC芯片H输入输出端口H1输出至基带处理芯片F，同时，电源管理和CODEC芯片H对自基带处理芯片F第五输入输出端口F3输入的恢复后的话音编码数据进行音频译码，恢复出话音数据流；
卫通晶振I用于产生卫星移动通信所需的参考频率源，并经卫通晶振I输出端口I1输出至射频收发芯片模块E；导航晶振L用于产生导航信号接收处理所需的参考频率源，并经导航晶振L输出端口L1输出至射频收发芯片模块E；
所述射频收发芯片模块E包括导航信号低噪声放大器Ea、导航信号下变频混频器Eb、导航信号频率合成器Ec、导航信号带通滤波器Ed、导航信号可变增益放大器Ee、导航信号A/D变换器Ef、卫星通信信号低噪声放大器Eg、下变频混频器Eh、收频率合成器Ei、收带通滤波器Ej、卫星通信信号A/D变换器Ek、数字低中频/基带信号变换器El、信道滤波器Em、数字AGC及直流偏移校正器En、I/Q数据复接器Eo、控制逻辑单元Ep、D/A变换器Eq、发低通滤波器Er、上变频混频器Es、发频率合成器Et、卫星通信信号可变增益放大器Eu、变压器Ev、PA功率控制器Ew和AFC控制器Ex；其中，
导航信号低噪声放大器Ea将自导航接收声表滤波器K输出端口K2输入的模拟带通滤波后的微弱导航射频信号进行放大，并输出至导航信号下变频混频器Eb，导航信号频率合成器Ec在来自基带处理芯片F第四输入输出端口F8的定位模式参数的控制下，对导航晶振L输入的参考频率源进行频率合成得到本振信号，并将该本振信号输出至导航信号下变频混频器Eb，导航信号下变频混频器Eb把导航信号低噪声放大器Ea输入的放大后的射频信号与导航信号频率合成器Ec输入的本振信号进行正交混频，将信号频谱搬移到低频段，得到解调后的低中频导航信号，并将解调后的低中频导航信号输出至导航信号带通滤波器Ed，导航信号带通滤波器Ed对输入的低中频导航信号进行模拟带通滤波，然后输出至导航信号可变增益放大器Ee，导航信号可变增益放大器Ee将输入的带通滤波后的信号进行线性放大，将线性放大后的信号输出至导航信号A/D变换器Ef，导航信号A/D变换器Ef对输入的线性放大后的信号进行模/数变换，得到低中频数字信号，并将该低中频数字信号经数据总线送至基带处理芯片F的第三输入端口F7；卫星通信信号低噪声放大器Eg将自收端声表滤波器D输入的模拟带通滤波后的微弱卫星射频信号放大后输出至下变频混频器Eh，收频率合成器Ei在控制逻辑单元Ep输入的卫星通信信号接收频率参数的控制下，对来自卫通晶振I的参考频率源进行频率合成得到本振信号，并将该本振信号送至下变频混频器Eh，下变频混频器Eh把卫星通信信号低噪声放大器Eg输入的放大后的射频信号与收频率合成器Ei输入的本振信号进行正交混频，将信号频谱搬移到低频段，得到解调后的低中频卫星通信信号，并将解调后的低中频卫星通信信号送至收带通滤波器Ej，收带通滤波器Ej在控制逻辑单元Ep输入的模拟滤波器带宽参数的控制下，选择相对应的滤波器带宽，对输入的低中频卫星通信信号进行模拟带通滤波，然后输出至卫星通信信号A/D变换器Ek，卫星通信信号A/D变换器Ek对输入的低中频卫星通信信号进行模/数变换得到低中频数字信号，并将该低中频数字信号送至数字低中频/基带信号变换器El，数字低中频/基带信号变换器El在控制逻辑单元Ep输入的变频模式参数的控制下，对卫星通信信号A/D变换器Ek输入的低中频数字信号进行直通或低中频/基带变换，从而得到数字基带或低中频信号，并将数字基带或低中频信号输出至信道滤波器Em，信道滤波器Em在控制逻辑单元Ep输入的信道滤波器带宽参数的控制下，选择相对应的信道滤波器带宽，对输入的数字基带或低中频信号进行低通滤波，然后输出至数字AGC及直流偏移校正器En，数字AGC及直流偏移校正器En对输入的低通滤波后的数字信号进行自动增益调整以及直流偏移校正处理，得到便于后级基带正确处理的数字信号，并将增益调整及直流偏移校正后的信号输出至I/Q数据复接器Eo，I/Q数据复接器Eo在控制逻辑单元Ep输入的接收信号带宽参数的控制下，选择相对应的I、Q数据复接格式，对输入的增益调整及直流偏移校正后的数字并行信号进行I/Q数据复接，得到串行的复接信号，I/Q数据复接器Eo在自基带处理芯片F第一输入输出端口F1输入的数据时钟信号的驱动下，将复接后的I/Q串行数据输出至基带处理芯片F的第一输入输出端口F1；I/Q数据复接器Eo在控制逻辑单元Ep输入的发送信号带宽参数的控制下，选择相对应的I、Q数据复接格式，对自基带处理芯片F第一输入输出端口F1输入的串行复接数据进行I/Q分接，得到数字基带I、Q并行数据，并将并行数据输出至D/A变换器Eq，D/A变换器Eq对输入的数字基带信号进行数/模变换，将数/模变换后的模拟信号输出至发低通滤波器Er，发低通滤波器Er将数/模变换后的基带信号进行模拟低通滤波，将低通滤波后的信号输出至上变频混频器Es，发频率合成器Et在控制逻辑单元Ep输入的卫星通信信号发送频率参数的控制下，对来自卫通晶振I输出端口I1的参考频率源进行频率合成得到本振信号，并将该本振信号输出至上变频混频器Es，上变频混频器Es把发低通滤波器Er输入的低通滤波后的模拟基带信号与发频率合成器Et输入的本振信号进行正交混频，将信号频谱搬移到高频段，得到调制后的射频信号，把调制后的射频信号输出至卫星通信信号可变增益放大器Eu，卫星通信信号可变增益放大器Eu将输入的射频信号进行线性放大，将放大后的射频信号输出至变压器Ev，变压器Ev对输入的放大后的射频信号进行输出阻抗变换，然后输出至功放芯片C的第一输入端口C2，PA功率控制器Ew对来自控制逻辑单元Ep的功放功率控制参数进行数/模变换，将控制逻辑单元Ep输入的数字控制信号转换为模拟电平，把模拟电平输出至功放芯片C的第二输入端口C3,功放芯片C在PA功率控制器Ew输入的功率模拟电压的控制下，对变压器Ev输入的阻抗变换后的射频信号进行功率放大，AFC控制器Ex对来自控制逻辑单元Ep的晶振自动频率校准参数进行数/模变换，将控制逻辑单元Ep输入的数字校准信号转换为模拟电平，把模拟电平输出至卫通晶振I的第一输入端口I3,卫通晶振I在AFC控制器Ex输入的校准模拟电压控制下，对晶振频率进行调节，控制逻辑单元Ep接收来自基带处理芯片F第二输入输出端口F6的频率、功率、滤波器带宽和信号带宽控制参数，并对控制参数进行相关变换，把变换后的控制参数经不同的输出端口分别输送至射频收发芯片模块E内部相应的工作模块中进行模式控制，同时，控制逻辑单元Ep将射频收发芯片模块E内部的工作状态信号传送到基带处理芯片F中。
本发明与背景技术相比具有如下优点：
1.本发明的卫星通信射频收发芯片模块内部集成有可变带宽模数转换器、高速数模转换器和基带处理模块，支持可变带宽、多调制方式S频段信号的射频收发处理，具备与基带芯片的数字接口。
2.本发明的卫星通信射频收发芯片模块采用高集成度和低功耗设计，平均功耗小于300mW，睡眠状态电流小于100uA，同时支持卫星移动和导航定位功能，可与其它地面移动通信终端芯片配合构成多模终端。
3.本发明的卫星通信射频收发芯片模块采用一次变频+低中频方案，不仅可解决直流偏移问题，还可以通过将低中频信号变换到数字域，由数字滤波器来完成通道滤波功能，节省了传统方式中需要增加的中频声表滤波器。
4.本发明的卫星通信射频收发芯片模块内部集成了具有频率切换速度快、精度高、噪声小等特点的小数频率综合器，可实现步进为100Hz的收发本振信号的快速切换。
5.本发明终端充分考虑多种卫星终端的应用需求，采用更优化的体系结构，将射频收发芯片、基带处理芯片及外围配套芯片集成在一个通信模块上，可为卫星移动终端提供天线口以下的设计方案，具有很好的易用性。
6.本发明终端集成化程度高，体积较小，功耗低，性能稳定可靠，能够在较恶劣的环境(-10℃～55℃)条件下正常工作。同时具备丰富的接口，具有很好的通用性，可适应手持、便携、载体、模块等多种形式的卫星移动终端设计应用，具有推广应用价值。
总之，本发明终端基于射频芯片模块实现，该射频收发芯片模块具有体较小、功耗低、成本低的特点，具有可变带宽、多调制方式的S频段信号的射频收发功能，可同时支持卫星移动和导航定位多模应用。在此基础上，本发明终端具有更优化的体系结构，具有较好的通用性，可适应手持、便携、载体、模块等多种形式的卫星移动终端设计应用，减小了重复设计成本。
附图说明
图1是本发明实施例的电原理方框图。
图2是图1中射频收发芯片模块的电原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
参照图1至图2，一种基于射频收发芯片模块的卫星移动通信终端，其包括射频开关A、发端声表滤波器B、功放芯片C、收端声表滤波器D、射频收发芯片E、基带处理芯片F、外部存储器G、电源管理和CODEC芯片H、卫通晶振I、接口模块J、导航接收声表滤波器K和导航晶振L，图1是本发明实施例的电原理方框图，实施例按图1连接线路。
其中，射频开关A的输入输出端口A1与外部天线输入输出端口S连接，射频开关A的输入端口A2与发端声表滤波器B输出端口B1连接，射频开关A的输入端口A4与基带处理芯片F输出端口F4连接，其作用是在基带处理芯片F输入的收/发切换控制信号控制下，打开发送通道，将发端声表滤波器B送来的射频信号输出至外部天线输入输出端口S，并经天线将射频信号发射出去；射频开关A的输出端口A3与收端声表滤波器D的输入端口D1连接，其作用是在基带处理芯片F输入的收/发切换控制信号控制下，打开接收通道，将来自外部天线输入输出端口S的S频段信号输入至收端声表滤波器D中进行模拟带通滤波，以抑制带外干扰。射频开关A其作用就是在基带处理芯片F的控制下，进行收发通道的切换。
本终端中，发端声表滤波器B、收端声表滤波器D、导航接收声表滤波器K的主要作用是完成输入信号的模拟带通滤波，滤除信号在频带外的干扰和杂散。
本终端中，功放芯片C的输入端口C2与射频收发芯片E输出端口E1连接，功放芯片C输入端口C3与射频收发芯片E输出端口E12连接，其作用是在射频收发芯片E的输出端口E12输入的功放开关使能和功率模拟电压控制下，完成输入射频调制信号的功率放大，将射频信号提升至要求的发射功率，最终经天线发射出去。
本发明射频芯片E的主要作用包括对输入的微弱S频段卫星信号进行低噪声放大和正交解调后，经带通滤波、A/D变换、数字低中频/基带变换、数字低通滤波、自动增益控制、直流偏移校正和并/串变换后，输出数字基带串行信号，以及对输入的数字基带串行信号进行串/并变换、D/A变换、模拟低通滤波得到模拟基带信号，然后对模拟基带信号进行正交混频后调制到射频频段，并经放大和阻抗转换后输出S频段卫星射频信号；同时，还对输入的微弱导航射频信号进行低噪声放大和正交解调后，经带通滤波、放大和A/D变换后输出数字低中频信号。它包括导航信号低噪声放大器Ea、导航信号下变频混频器Eb、导航信号频率合成器Ec、导航信号带通滤波器Ed、导航信号可变增益放大器Ee、导航信号A/D变换器Ef、卫星通信信号低噪声放大器Eg、下变频混频器Eh、收频率合成器Ei、收带通滤波器Ej、卫星通信信号A/D变换器Ek、数字低中频/基带信号变换器El、信道滤波器Em、数字AGC及直流偏移校正器En、I/Q数据复接器Eo、控制逻辑Ep、D/A变换器Eq、发低通滤波器Er、上变频混频器Es、发频率合成器Et、卫星通信信号可变增益放大器Eu、变压器Ev、PA功率控制器Ew和AFC控制器Ex。
图2是本终端中射频收发芯片实施例的电原理图，实施例按图2连接线路。其中，导航信号低噪声放大器Ea、卫星通信信号低噪声放大器Eg的作用是将输入的微弱射频信号放大到通信所需的大信号，完成功率放大。导航信号下变频混频器Eb、下变频混频器Eh的作用是使输入的射频信号和本振信号进行正交混频得到低中频解调信号。导航信号频率合成器Ec、收频率合成器Ei的作用是对输入的参考频率源进行频率合成得到正交混频所需要的本振信号，并送正交解调器进行信号的解调。发频率合成器Et的作用是对输入的参考频率源进行频率合成得到正交混频所需要的本振信号，并送正交调制器进行信号的调制。导航信号带通滤波器Ed、收带通滤波器Ej的作用是完成输入信号的模拟带通滤波，滤除信号在频带外的干扰和杂散。导航信号可变增益放大器Ee、卫星通信信号可变增益放大器Eu的作用是的作用是完成输入信号的可变增益放大，将射频信号的幅度控制在需要的范围内输出，从而使进入后级A/D转换器的信号变得相对平稳，使接收端具有较大的动态范围。导航信号A/D变换器Ef、卫星通信信号A/D变换器Ek的作用是对接收信号进行A/D变换，将模拟信号转变为数字信号。数字低中频/基带信号变换器El的作用是将对接收信号进行正交数字下变频，将低中频信号转换为基带信号，或对低中频信号进行直通功能。信道滤波器Em、发低通滤波器Er的作用是滤除输入信号中高频部分的杂散和干扰。数字AGC及直流偏移校正器En的作用是检测输入的信号功率并完成自动增益调整，从而获得稳定的输出信号功率；同时对本振泄漏后自混频出现的直流偏移进行自校正，消除直流偏移以保证后级电路的正常工作。I/Q数据复接器Eo的作用是对输入的I、Q两路正交数字信号进行复接处理，从而形成一路串行复接信号输出，或对输入的一路串行复接数据进行I、Q分接处理，形成I、Q两路正交数字信号。控制逻辑Ep的作用是接收自基带处理芯片F输入的频率、功率、滤波器带宽和信号带宽等控制参数，并对参数进行相关变换，把变换后的控制参数经不同的输出端口分别输出至收频率合成器Ei、收带通滤波器Ej、数字低中频/基带信号变换器El、信道滤波器Em、I/Q数据复接器Eo、发频率合成器Et、PA功率控制器Ew和AFC控制器Ex中进行工作模式控制；同时，也将将射频收发芯片E内部工作状态信号传送到基带处理芯片F中。D/A变换器Eq的作用是对接收信号进行D/A变换，将数字信号转变为模拟信号。变压器Ev的作用是对输入的射频信号进行阻抗变换，使其输出阻抗和后级功放芯片C的输入阻抗匹配。PA功率控制器Ew的作用是把输入的功放功率控制参数进行数/模变换，形成模拟控制电平，并通过模拟电平来控制功放芯片C的放大增益，使射频信号提升至要求的发射功率。AFC控制器Ex的作用是把输入的晶振自动频率校准参数进行数/模变换，形成模拟控制电平，并通过模拟电平来控制卫通晶振I进行自动频率校准，以消除移动终端和信关站之间的频率偏差。实施例本发明导航信号低噪声放大器Ea、导航信号下变频混频器Eb、导航信号频率合成器Ec、导航信号带通滤波器Ed、导航信号可变增益放大器Ee、导航信号A/D变换器Ef、卫星通信信号低噪声放大器Eg、下变频混频器Eh、收频率合成器Ei、收带通滤波器Ej、卫星通信信号A/D变换器Ek、数字低中频/基带信号变换器El、信道滤波器Em、数字AGC及直流偏移校正器En、I/Q数据复接器Eo、控制逻辑Ep、D/A变换器Eq、发低通滤波器Er、上变频混频器Es、发频率合成器Et、卫星通信信号可变增益放大器Eu、变压器Ev、PA功率控制器Ew和AFC控制器Ex各个功能模块全集成在单颗射频收发芯MSR01A内，采用基于0.13um CMOS工艺实现，芯片大小为7X7毫米。
本终端中，基带处理芯片F的主要作用是根据卫星移动通信物理层协议栈的规范，完成自接口模块J输入的业务或信令数据的组帧、编码调制、频谱成形和并/串转换，输出数字基带串行信号，以及对自射频收发芯片E输入的数字基带串行信号进行串/并变换、定时和载波同步、解调、译码、解密、解帧和数据解析，最终恢复出业务或信令数据。
外部存储器G由NAND FLASH和SDRAM存储器构成，主要连接到基带芯片处理芯片F的NANDFLASH控制器和MEMCTL1控制器，其作用是实现卫星终端决解决方案通信模块与外部存储器之间的数据交换。
电源管理和CODEC芯片H由电源管理电路和CODEC电路构成，其作用是实现卫星终端决解决方案通信模块的电源管理和供电，以及完成通信模块音频数据的CODEC编解码功能。
卫通晶振I的作用是为卫星移动通信收发处理及通信协议栈提供所需的参考频率源。
接口模块J是由UART接口、USB接口、USIM接口、PCM接口、SDMMC接口、电源信号接口、地信号接口、控制信号接口、状态指示信号接口等构成，其主要作用是实现卫星终端决解决方案的通信模块与终端主机之间的信息交互。上述接口均由基带处理芯片F进行控制，其中UART接口是与主机的通讯接口，基于16550标准要求设计。USB接口遵循USB 2.0协议规范设计，既可以工作在SLAVE模式，也可以工作在DMA模式。USIM接口符合ISO/IEC 7816标准要求。PCM接口可实现通信模块与终端主机之间的音频通信。SDMMC接口采用4比特数据宽度设计，支持符合SD3.0协议的SD存储器、符合SDIO3.0协议的SDIO及符合MMC4.41协议的MMC/eMMC存储卡等多种类型的数据卡。模块配备了多个电源信号和地信号接口，以适应卫星通信模块中功放的大功耗需求。终端主机通过实现电源信号接口为通信模块提供3.6V～4.2V电源。控制信号接口采用四根GPIO线实现，可完成模块的睡眠唤醒。状态指示信号接口采用普通IO接口实现，可完成通信模块工作状态的实时上报。
导航晶振L的作用是为导航信号接收处理提供所需的参考频率源。
本终端将卫星移动通信射频收发芯片、基带处理芯片及外围配套芯片集成在一个通信模块上，可通过外接卫星通信天线，与卫星进行全双工的信息传输，实现实时的话音、短消息和数据业务通信；通过外接卫星导航天线，还可以完成兼容北斗/GPS/Glonass的导航定位功能。该终端可为卫星移动终端/导航定位多模终端提供天线口以下的设计方案，具有很好的通用性和易用性。
本终端的安装结构如下：
把图2中所有电路部件采用0.13um CMOS工艺集成制作成一块长×宽为7×7毫米的集成电路芯片结构，并把图1中所有电路部件安装在一块长×宽为50×29毫米的印制板上即可。
总之，本发明的射频收发芯片模块采用高集成度、一次变频的设计架构，片内全集成低噪声放大器、混频器、压控振荡器、小数分频锁相环、中频滤波器、可变带宽模数转换器和高速数模转换器，收发接口采用串行数字接口具备数字接口，支持可变带宽、多调制方式S频段信号的射频收发处理。该射频收发芯片可同时支持卫星移动和导航定位功能，采用基于0.13um CMOS工艺的单颗芯片实现。通过采用这种卫星射频收发芯片模块，本发明降低了卫星多模终端的体积、成本和功耗，减少了卫星移动通信的多种终端型谱的重复性设计，可用作包含卫星和导航定位模式在内的多模卫星移动终端。
Claims (1)
1.一种基于射频收发芯片模块的卫星移动通信终端，包括射频开关(A)、发端声表滤波器(B)、功放芯片(C)、收端声表滤波器(D)、基带处理芯片(F)、外部存储器(G)、电源管理和CODEC芯片(H)、卫通晶振(I)、接口模块(J)、导航接收声表滤波器(K)和导航晶振(L)；其特征在于：还包括射频收发芯片模块(E)；其中，
射频开关(A)的输入输出端口(A1)与外部射频天线连接，射频开关(A)的第一输入端口(A2)与发端声表滤波器(B)的输出端口(B1)连接，射频开关(A)的第二输入端口(A4)与基带处理芯片(F)的输出端口(F4)连接，射频开关(A)的输出端口(A3)与收端声表滤波器(D)的输入端口(D1)连接，
发端声表滤波器(B)的输入端口(B2)与功放芯片(C)的输出端口(C1)连接，
功放芯片(C)的第一输入端口(C2)与射频收发芯片模块(E)的第一输出端口(E1)连接，功放芯片(C)的第二输入端口(C3)与射频收发芯片模块(E)的第二输出端口(E12)连接，
收端声表滤波器(D)的输出端口(D2)与射频收发芯片模块(E)的第一输入端口(E2)连接，
导航接收声表滤波器(K)的输入端口(K1)与外部GNSS天线连接，导航接收声表滤波器(K)的输出端口(K2)与射频收发芯片模块(E)的第二输入端口(E3)连接，
导航晶振(L)的输出端口(L1)与射频收发芯片模块(E)的第三输入端口(E8)连接，
卫通晶振(I)的输出端口(I1)与射频收发芯片模块(E)的第四输入端口(E5)连接，卫通晶振(I)的第一输入端口(I3)与射频收发芯片模块(E)的第三输出端口(E7)连接，卫通晶振(I)的第二输入端口(I2)与电源管理和CODEC芯片(H)的第一输出端口(H4)连接，
射频收发芯片模块(E)的第五输入端口(E6)与电源管理和CODEC芯片(H)的第二输出端口(H2)连接，射频收发芯片模块(E)的第一、第二、第四输入输出端口(E4、E9、E11)通过数据总线分别与基带处理芯片(F)的第一、第二、第四输入输出端口(F1、F6、F8)连接，射频收发芯片模块(E)的第三输出端口(E10)通过数据总线与基带处理芯片(F)的第三输入端口(F7)连接，
电源管理和CODEC芯片(H)的第三输出端口(H3)与外部存储器(G)的输入端口(G2)连接，
接口模块(J)的第一输入输出接口(J1)与基带处理芯片(F)的第六输入输出端口(F5)连接，接口模块(J)的第二输入输出端口(J2)与外部主机连接，
射频发送时，接口模块(J)接收外部主机输入的业务或信令数据，并把业务或信令数据输出至基带处理芯片(F)的第六输入输出端口(F5)，基带处理芯片(F)根据卫星移动通信物理层协议栈的规范，完成输入的业务或信令数据的组帧、编码调制和成形滤波和并/串转换，得到数字基带串行信号，并经基带处理芯片(F)第一输入输出端口(F1)输出至射频收发芯片模块(E)，射频收发芯片模块(E)在基带处理芯片(F)第二输入输出端口(F6)输入的发射频率、发射时间和功率的控制下，把来自基带处理芯片(F)第一输入输出端口(F1)的数字基带串行信号进行串/并变换、数/模变换以及正交调制，得到S频段射频信号，并将该射频信号通过射频收发芯片模块(E)第一输出端口(E1)输出至功放芯片(C),功放芯片(C)在射频收发芯片模块(E)第二输出端口(E12)输入的功放开关使能和功率模拟电压的控制下，对输入的射频信号进行功率放大，并将放大后的射频信号经功放芯片(C)输出端口(C1)输出至发端声表滤波器(B)，发端声表滤波器(B)将输入的射频信号进行模拟带通滤波后，通过发端声表滤波器(B)输出端口(B1)输出至射频开关(A)，射频开关(A)在基带处理芯片(F)输入的收/发切换控制信号的控制下，打开发送通道，将来自发端声表滤波器(B)的射频信号输出至外部射频天线的输入输出端口，从而将射频信号发射出去；
射频接收时，射频开关(A)在基带处理芯片(F)输入的收/发切换控制信号控制下，打开接收通道，将来自外部射频天线输入输出端口的S频段射频信号输入至收端声表滤波器(D)，收端声表滤波器(D)对输入的S频段射频信号进行模拟带通滤波后，经收端声表滤波器(D)输出端口(D2)输出至射频收发芯片模块(E)，射频收发芯片模块(E)在基带处理芯片(F)第二输入输出端口(F6)输入的接收频率控制信号、接收时间控制信号以及接收增益控制信号的控制下，把来自收端声表滤波器(D)的S频段射频信号进行正交解调、模/数变换、并/串转换，得到数字基带串行信号，并经射频收发芯片模块(E)第一输入输出端口(E4)输出至基带处理芯片(F)，基带处理芯片(F)对输入的数字基带串行信号进行串/并变换、定时和载波同步、解调、译码、解密、解帧和数据解析，恢复出业务或信令数据，并将业务或信令数据经接口模块(J)输出至外部主机；
导航定位时，导航接收声表滤波器(K)对自外部GNSS天线的导航射频信号进行模拟带通滤波后，经导航接收声表滤波器(K)输出端口(K2)输出至射频收发芯片模块(E)，射频收发芯片模块(E)在来自基带处理芯片(F)第四输入输出端口(F8)的导航应用模式控制信号的控制下，把导航接收声表滤波器(K)输入的导航射频信号进行正交解调、模/数变换，得到低中频数字信号，并经射频收发芯片模块(E)第三输出端口(E10)输出至基带处理芯片(F)，基带处理芯片(F)对输入的低中频数字信号进行快速捕获、跟踪以及位置、速度和时间解算，得到导航定位信息，并将导航定位信息经接口模块(J)输出至外部主机；
此外，基带处理芯片(F)的第七输入输出端口(F2)与外部存储器(G)的输入输出端口(G1)连接，用于实现基带处理芯片(F)与外部存储器(G)的数据交换；基带处理芯片(F)的第五输入输出端口(F3)与电源管理和CODEC芯片(H)的输入输出端口(H1)连接，基带处理芯片(F)通过I2C总线对电源管理和CODEC芯片(H)进行电源管理参数配置，电源管理和CODEC芯片(H)在基带处理芯片(F)输入的电源管理参数控制下，生成相应模块所需的工作电压，并分别输出至外部存储器(G)的输入端口(G2)、卫通晶振(I)的第二输入端口(I2)、射频收发芯片模块(E)的第五输入端口(E6)以及基带处理芯片(F)的第五输入输出端口(F3)，同时，电源管理和CODEC芯片(H)将主机的电池电量、电池充电状态参数经电源管理和CODEC芯片(H)输入输出端口(H1)输出至基带处理芯片(F)；另外，电源管理和CODEC芯片(H)对业务信道的话音数据进行音频编码，将编码后的音频数据经电源管理和CODEC芯片(H)输入输出端口(H1)输出至基带处理芯片(F)，同时，电源管理和CODEC芯片(H)对自基带处理芯片(F)第五输入输出端口(F3)输入的恢复后的话音编码数据进行音频译码，恢复出话音数据流；
卫通晶振(I)用于产生卫星移动通信所需的参考频率源，并经卫通晶振(I)输出端口(I1)输出至射频收发芯片模块(E)；导航晶振(L)用于产生导航信号接收处理所需的参考频率源，并经导航晶振(L)输出端口(L1)输出至射频收发芯片模块(E)；
所述射频收发芯片模块(E)包括导航信号低噪声放大器(Ea)、导航信号下变频混频器(Eb)、导航信号频率合成器(Ec)、导航信号带通滤波器(Ed)、导航信号可变增益放大器(Ee)、导航信号A/D变换器(Ef)、卫星通信信号低噪声放大器(Eg)、下变频混频器(Eh)、收频率合成器(Ei)、收带通滤波器(Ej)、卫星通信信号A/D变换器(Ek)、数字低中频/基带信号变换器(El)、信道滤波器(Em)、数字AGC及直流偏移校正器(En)、I/Q数据复接器(Eo)、控制逻辑单元(Ep)、D/A变换器(Eq)、发低通滤波器(Er)、上变频混频器(Es)、发频率合成器(Et)、卫星通信信号可变增益放大器(Eu)、变压器(Ev)、PA功率控制器(Ew)和AFC控制器(Ex)；其中，
导航信号低噪声放大器(Ea)将自导航接收声表滤波器(K)输出端口(K2)输入的模拟带通滤波后的微弱导航射频信号进行放大，并输出至导航信号下变频混频器(Eb)，导航信号频率合成器(Ec)在来自基带处理芯片(F)第四输入输出端口(F8)的定位模式参数的控制下，对导航晶振(L)输入的参考频率源进行频率合成得到本振信号，并将该本振信号输出至导航信号下变频混频器(Eb)，导航信号下变频混频器(Eb)把导航信号低噪声放大器(Ea)输入的放大后的射频信号与导航信号频率合成器(Ec)输入的本振信号进行正交混频，将信号频谱搬移到低频段，得到解调后的低中频导航信号，并将解调后的低中频导航信号输出至导航信号带通滤波器(Ed)，导航信号带通滤波器(Ed)对输入的低中频导航信号进行模拟带通滤波，然后输出至导航信号可变增益放大器(Ee)，导航信号可变增益放大器(Ee)将输入的带通滤波后的信号进行线性放大，将线性放大后的信号输出至导航信号A/D变换器(Ef)，导航信号A/D变换器(Ef)对输入的线性放大后的信号进行模/数变换，得到低中频数字信号，并将该低中频数字信号经数据总线送至基带处理芯片(F)的第三输入端口(F7)；卫星通信信号低噪声放大器(Eg)将自收端声表滤波器(D)输入的模拟带通滤波后的微弱卫星射频信号放大后输出至下变频混频器(Eh)，收频率合成器(Ei)在控制逻辑单元(Ep)输入的卫星通信信号接收频率参数的控制下，对来自卫通晶振(I)的参考频率源进行频率合成得到本振信号，并将该本振信号送至下变频混频器(Eh)，下变频混频器(Eh)把卫星通信信号低噪声放大器(Eg)输入的放大后的射频信号与收频率合成器(Ei)输入的本振信号进行正交混频，将信号频谱搬移到低频段，得到解调后的低中频卫星通信信号，并将解调后的低中频卫星通信信号送至收带通滤波器(Ej)，收带通滤波器(Ej)在控制逻辑单元(Ep)输入的模拟滤波器带宽参数的控制下，选择相对应的滤波器带宽，对输入的低中频卫星通信信号进行模拟带通滤波，然后输出至卫星通信信号A/D变换器(Ek)，卫星通信信号A/D变换器(Ek)对输入的低中频卫星通信信号进行模/数变换得到低中频数字信号，并将该低中频数字信号送至数字低中频/基带信号变换器(El)，数字低中频/基带信号变换器(El)在控制逻辑单元(Ep)输入的变频模式参数的控制下，对卫星通信信号A/D变换器(Ek)输入的低中频数字信号进行直通或低中频/基带变换，从而得到数字基带或低中频信号，并将数字基带或低中频信号输出至信道滤波器(Em)，信道滤波器(Em)在控制逻辑单元(Ep)输入的信道滤波器带宽参数的控制下，选择相对应的信道滤波器带宽，对输入的数字基带或低中频信号进行低通滤波，然后输出至数字AGC及直流偏移校正器(En)，数字AGC及直流偏移校正器(En)对输入的低通滤波后的数字信号进行自动增益调整以及直流偏移校正处理，得到便于后级基带正确处理的数字信号，并将增益调整及直流偏移校正后的信号输出至I/Q数据复接器(Eo)，I/Q数据复接器(Eo)在控制逻辑单元(Ep)输入的接收信号带宽参数的控制下，选择相对应的I、Q数据复接格式，对输入的增益调整及直流偏移校正后的数字并行信号进行I/Q数据复接，得到串行的复接信号，I/Q数据复接器(Eo)在自基带处理芯片(F)第一输入输出端口(F1)输入的数据时钟信号的驱动下，将复接后的I/Q串行数据输出至基带处理芯片(F)的第一输入输出端口(F1)；I/Q数据复接器(Eo)在控制逻辑单元(Ep)输入的发送信号带宽参数的控制下，选择相对应的I、Q数据复接格式，对自基带处理芯片(F)第一输入输出端口(F1)输入的串行复接数据进行I/Q分接，得到数字基带I、Q并行数据，并将并行数据输出至D/A变换器(Eq)，D/A变换器(Eq)对输入的数字基带信号进行数/模变换，将数/模变换后的模拟信号输出至发低通滤波器(Er)，发低通滤波器(Er)将数/模变换后的基带信号进行模拟低通滤波，将低通滤波后的信号输出至上变频混频器(Es)，发频率合成器(Et)在控制逻辑单元(Ep)输入的卫星通信信号发送频率参数的控制下，对来自卫通晶振(I)输出端口(I1)的参考频率源进行频率合成得到本振信号，并将该本振信号输出至上变频混频器(Es)，上变频混频器(Es)把发低通滤波器(Er)输入的低通滤波后的模拟基带信号与发频率合成器(Et)输入的本振信号进行正交混频，将信号频谱搬移到高频段，得到调制后的射频信号，把调制后的射频信号输出至卫星通信信号可变增益放大器(Eu)，卫星通信信号可变增益放大器(Eu)将输入的射频信号进行线性放大，将放大后的射频信号输出至变压器(Ev)，变压器(Ev)对输入的放大后的射频信号进行输出阻抗变换，然后输出至功放芯片(C)的第一输入端口(C2)，PA功率控制器(Ew)对来自控制逻辑单元(Ep)的功放功率控制参数进行数/模变换，将控制逻辑单元(Ep)输入的数字控制信号转换为模拟电平，把模拟电平输出至功放芯片(C)的第二输入端口(C3),功放芯片(C)在PA功率控制器(Ew)输入的功率模拟电压的控制下，对变压器(Ev)输入的阻抗变换后的射频信号进行功率放大，AFC控制器(Ex)对来自控制逻辑单元(Ep)的晶振自动频率校准参数进行数/模变换，将控制逻辑单元(Ep)输入的数字校准信号转换为模拟电平，把模拟电平输出至卫通晶振(I)的第一输入端口(I3),卫通晶振(I)在AFC控制器(Ex)输入的校准模拟电压控制下，对晶振频率进行调节，控制逻辑单元(Ep)接收来自基带处理芯片(F)第二输入输出端口(F6)的频率、功率、滤波器带宽和信号带宽控制参数，并对控制参数进行相关变换，把变换后的控制参数经不同的输出端口分别输送至射频收发芯片模块(E)内部相应的工作模块中进行模式控制，同时，控制逻辑单元(Ep)将射频收发芯片模块(E)内部的工作状态信号传送到基带处理芯片(F)中。
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2020
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