CN114421983B - 卫星接收机的信号发射处理电路、芯片、接收机及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卫星接收机的信号发射处理电路，包括扩频调制器、信号映射调制器、数字低通滤波器、增采样倍数固定的CIC内插滤波器、数模转换电路和模拟低通滤波器，数字低通滤波器滤除映射调制报文中旁瓣信号，输出第一数字报文；CIC内插滤波器对第一数字报文增采样，滤除第一镜像信号，输出第二数字报文；数模转换电路将第二数字报文转换为第一模拟报文，产生第二镜像信号；模拟低通滤波器滤除第二镜像信号，且通带截止频率为有用信号的截止频点，阻带截止频率为第二镜像信号中频率为N*Fs镜像信号的起始频点，过渡带为通带截止频率和阻带截止频率的距离。过渡带增大，模拟低通滤波器设计简单，发射处理电路设计简化，功耗、面积和成本也随之降低。

Description

卫星接收机的信号发射处理电路、芯片、接收机及方法

技术领域

本发明涉及卫星通信领域，具体涉及一种卫星接收机的信号发射处理电路、芯片、接收机及方法。

背景技术

中国自主研制的北斗卫星导航系统，不仅可以提供传统的卫星无线电导航系统(Radio Navigation Satellite System，RNSS)定位服务，还提供卫星无线电测定业务(Radio Determination Satellite Service，RDSS)，能够进行无源定位服务、有源定位服务、短报文通信服务，支持RDSS的接收机应具备射频信号接收与发射功能模块，与导航卫星进行双向通信。

现有的通信技术领域中，公开了在模拟电路之前设计相关的数字电路来执行相关处理的技术，例如，CN101388681B和CN204272168U。

CN101388681B中公开了一种TETRA收发信机，解决了现有技术中对于不同载频的信道，均需占用一套单独的射频收发信机和基带处理设备接收的问题，具体是，不同载频的信道的低频窄带数字信号经过处理后通过混频处理成宽带中频数字信号，再经过高速DAC进行数模转换后，经过模拟中频滤波器等处理后发射。其中，收发信道均在FPGA中实现，发射信道中的RRC滤波器、低通滤波器、多级HB内插滤波器、CIC内插滤波器和数字正交上变频器对信号的处理最终是为了得到宽带中频数字信号，从而可以实现不同载频的信道的信号组合后，只使用一个射频收发信机即可。由于经过DAC后得到的是宽带中频模拟信号，导致发射通道中的中频滤波器设计仍然很复杂。

CN204272168U中公开了一种多制式数字基带发生调制装置，涉及的是电子测试领域中的数字基带发生调制装置，解决了数字调制格式单一化、滤波器参数固定化和载波信号过窄的问题。其中，可变时钟输出单元、伪随机码产生映射单元、有限长单位冲击响应滤波单元、查正余弦单元和插值滤波单元也都是设置在现场可编程门阵列内。由于基带信号的码元速率变化范围很大，要滤除DAC工作时钟信号但不影响基带输出的可变带宽信号，就需要非常复杂的模拟低通滤波器，该专利中通过增加CIC插值滤波单元，使DAC的采样时钟工作在一定的频率范围内，以便模拟低通滤波器滤除DAC工作时钟，实现大跨度码元速率范围内频谱的干净。

上述现有技术都未涉及北斗卫星导航系统中接收机的RDSS发射模块的设计，CN101388681B中数字电路处理后得到的是宽带中频数字信号，从而可以实现不同载频的信道的信号组合后，只使用一个射频收发信机，CN204272168U中通过增加CIC插值滤波单元，使DAC的采样始终工作在一定的频率范围内，以便模拟低通滤波器滤除DAC工作时钟，实现大跨度码元速率范围内频谱的干净，两技术方案也都不适用于接收机的RDSS发射。

发明内容

基于上述现状，本发明的主要目的在于提供一种卫星接收机的信号发射处理电路及方法，可以降低模拟低通滤波器设计复杂度，进而降低卫星接收机信号发射电路的功耗、面积和成本。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种卫星接收机的信号发射处理电路，包括扩频调制器、信号映射调制器、数字低通滤波器、增采样倍数固定的CIC内插滤波器、数模转换电路和模拟低通滤波器；

所述扩频调制器用于依据输入的扩频码序列对输入的待发送的报文符号序列进行扩频调制，输出扩频调制报文序列；所述信号映射调制器用于对所述扩频调制报文序列进行信号映射调制，输出映射调制报文序列；所述数字低通滤波器用于滤除所述映射调制报文序列频域上干扰相邻频带信道的旁瓣信号，输出采样率为Fs的第一数字报文信号；所述CIC内插滤波器用于对所述第一数字报文信号进行N倍增采样，并滤除第一镜像信号，输出采样频率为N*Fs的第二数字报文信号，所述第一镜像信号为对所述第一数字报文信号增采样产生的，所述N为大于等于2的正整数；

所述数模转换电路用于将所述第二数字报文信号转换为第一模拟报文信号，并产生频率为K*N*Fs的第二镜像信号，所述K为大于等于1的正整数数列；

所述模拟低通滤波器用于滤除所述第二镜像信号，输出第二模拟报文信号，所述模拟低通滤波器的通带截止频率为有用信号的截止频点，阻带截止频率为所述第二镜像信号中在频率为N*Fs处的镜像信号的起始频点，过渡带为所述通带截止频率和所述阻带截止频率之间的频带，频率位于所述过渡带的频率范围内的旁瓣信号被所述数字低通滤波器滤除。

优选地，所述扩频调制器包括异或数字电路，所述扩频调制器依据所述扩频码序列对所述待发送的报文符号序列进行扩频调制包括：所述异或数字电路将所述报文符号序列和所述扩频码序列进行异或计算。

优选地，所述扩频码序列速率为4.08Mcps或1.6376Mcps；

优选地，所述信号映射调制器包括BPSK信号映射调制器，所述BPSK信号映射调制器将所述扩频调制报文序列进行数值映射。

优选地，所述数字低通滤波器采用系数对称的线性相位低通FIR滤波器。

优选地，所述低通FIR滤波器的采样率至少为所述扩频码序列速率的2倍。

优选地，根据带外抑制性能确定所述数字低通滤波器的系数，使得所述数字低通滤波器滤除所述旁瓣信号，所述带外抑制性能包括通带截止频率、带内平坦度、带外抑制比和采样率。

优选地，所述通带截止频率大于等于4.08MHz且小于等于8.16MHz、带内平坦度小于等于1dB、带外抑制比是40dB、采样率大于等于15MHz且小于等于40MHz。

优选地，根据所述CIC内插滤波器的输入采样率、带外抑制比和所述模拟低通滤波器的性能确定所述增采样倍数N；所述模拟低通滤波器的性能包括所述模拟低通滤波器的幅频响应特性。

优选地，所述CIC内插滤波器的输入采样率大于等于15MHz且小于等于40MHz；所述带外抑制比为40dB；所述模拟低通滤波器为二阶模拟低通滤波器；所述增采样倍数N为8。

优选地，根据所述CIC内插滤波器的输入采样率、输出采样率和带外抑制比确定所述CIC内插滤波器的级数M。

优选地，所述CIC内插滤波器的输入采样率大于等于15MHz且小于等于40MHz、输出采样率是所述输入采样率的8倍，所述带外抑制比为40dB，所述CIC内插滤波器的级数M为3。

优选地，所述CIC内插滤波器输入端包括M个级联的梳状滤波器，所述CIC内插滤波器输出端包括M个级联的积分器。

优选地，所述模拟低通滤波器的通带截止频率大于等于4.08MHz且小于等于8.16MHz；所述阻带截止频率大于等于(N*Fs-8.16)MHz且小于等于(N*Fs-4.08)MHz；所述过渡带的带宽为大于等于((N*Fs-8.16)-8.16)MHz且小于等于((N*Fs-4.08)-4.08)MHz。

优选地，还包括：

混频器，用于将所述第二模拟报文信号调制到射频，输出报文射频信号；

功率放大器，用于对所述报文射频信号进行功率放大，以将所述射频信号功率放大到卫星能够接收。

优选地，所述数字报文信号处理电路采用专用集成电路实现。

本发明还提供一种基带芯片，包括本发明的卫星接收机的信号发射处理电路，以完成对待发送报文信息的预处理。

本发明还提供一种卫星接收机，包括本发明的基带芯片，实现向卫星发射报文信息的功能。

本发明还提供一种卫星接收机的信号发射方法，包括步骤：

S100:接收待发送的报文符号序列和扩频码序列，依据所述扩频码序列对所述待发送的报文符号序列进行扩频调制，输出扩频调制报文序列；

S200:对所述扩频调制报文序列进行信号映射调制，输出映射调制报文序列；

S300:滤除所述映射调制报文序列频域上干扰相邻频带信道的旁瓣信号，输出采样率为Fs的第一数字报文信号；

S400:对所述第一数字报文信号进行增采样，并滤除第一镜像信号，输出采样率为N*Fs的的第二数字报文信号，其中，所述第一镜像信号为对所述第一数字报文信号增采样产生的，所述N为大于等于2的正整数；

S500:对所述第二数字报文信号进行数模转换，输出第一模拟报文信号，并产生频率为K*N*Fs的第二镜像信号，所述K为大于等于1的正整数数列；

S600:通过模拟低通滤波器滤除所述第二镜像信号，输出第二模拟报文信号，其中，所述模拟低通滤波器的通带截止频率为有用信号的截止频点，阻带截止频率为所述第二镜像信号中在频率为N*Fs处的镜像信号的起始频点，过渡带为所述通带截止频率和所述阻带截止频率之间的频带，频率位于所述过渡带的频率范围内的旁瓣信号被所述步骤S300滤除。

优选地，所述步骤S100中，进行扩频调制包括：将所述报文符号序列和所述扩频码序列进行异或计算，以输出所述扩频调制报文序列。

优选地，所述扩频码序列速率为4.08Mcps或1.6376Mcps。

优选地，所述步骤S200中，对所述扩频调制报文序列进行信号映射调制包括：对所述扩频调制报文序列进行BPSK信号映射调制。

优选地，还包括步骤：

S700:将所述第二模拟报文信号调制到载波频率处，输出报文射频信号；

S800:将所述报文射频信号进行功率放大，并发射所述功率放大后的报文射频信号。

本发明的卫星接收机的信号发射处理电路，先通过数字低通滤波器以较低的采样率滤除映射调制报文序列频域上每个频带中干扰相邻频带的的旁瓣信号，再通过CIC内插滤波器对第一数字报文信号进行增采样，同时滤除增采样产生的镜像信号，得到较高采样率的第二数字报文信号，增采样后的第二数字报文信号被送入数模转换电路后，由于第二数字报文信号的采样频率相对第一数字报文信号的采样频率提高了，第一模拟报文信号中数模转换电路产生的镜像信号频率至有用信号之间的频率间隔增大了(相较于第一数字报文信号直接输入数模转换电路时，数模转换电路产生的镜像信号频率至有用信号之间的频率间隔)，频率间隔增大，可以使得模拟低通滤波器的过渡带增大。数字低通滤波器对报文信号的旁瓣抑制、CIC内插滤波器增采样以及对镜像信号的抑制，使得第一模拟报文信号中不包含所述旁瓣信号，也不包含增采样带来的所述第一镜像信号，更由于增采样使得由数模转换电路产生的镜像信号频率至有用信号之间的频率间隔增大了，这些共同的特性使得模拟低通滤波器的阻带截止频率距离通带截止频率更远，过渡带就随之增大，过渡带越大，模拟低通滤波器的电路设计越简单，可以选择低阶的模拟低通滤波器即可满足需求，降低了发射处理电路的设计复杂度，功耗、面积和成本也随之降低。

通过采用本发明的卫星接收机的信号发射处理电路，本发明的基带芯片中RDSS模块的发射电路设计得到极大简化，使得基带芯片面积、功耗减小、成本降低。

本发明的卫星接收机的信号发射方法，先滤除映射调制报文序列中的旁瓣信号，再对第一数字报文信号进行增采样，并滤除由于增采样产生的第一镜像信号，增采样后的第二数字报文信号进行数模转换后，由于采样率增大，使得第二镜像信号频率与有用信号频率通常相距较远，这便极大简化了对第一模拟报文信号的处理过程，无需对第一模拟报文信号进行旁瓣抑制，也无需滤除增采样的第一镜像信号，只需滤除数模转换产生的、距离有用信号较远的镜像信号即可。也就是提供了较大的过渡带给模拟低通滤波器，过渡带越大，模拟低通滤波器电路设计越简单，阶数越低，越容易实现。

本发明的其他有益效果，将在具体实施方式中通过具体技术特征和技术方案的介绍来阐述，本领域技术人员通过这些技术特征和技术方案的介绍，应能理解所述技术特征和技术方案带来的有益技术效果。

附图说明

以下将参照附图对根据本发明的卫星接收机的信号发射处理电路的优选实施方式进行描述。图中：

图1为根据本发明的一种优选实施方式的卫星接收机的信号发射处理电路框图；

图2为根据本发明的一种优选实施方式的数字低通滤波器的数字电路示意图；

图3为根据本发明的一种优选实施方式的CIC内插滤波器的数字电路示意图；

图4为根据本发明的又一种优选实施方式的卫星接收机的信号发射处理电路框图；

图5为根据本发明的一种优选实施方式的卫星接收机的信号发射方法流程图；

图6为根据本发明的又一种优选实施方式的卫星接收机的信号发射方法流程图。

具体实施方式

北斗卫星系统接收机的RDSS信号发射模块中，通常，是将BPSK方波数字信号直接变换为模拟信号进行处理。由于，BPSK方波信号具有较高的旁瓣信号能量，需要模拟低通滤波器进行滤除，否则会对相邻频带信道信号产生干扰，同时，在将BPSK方波数字信号转换为模拟信号时，还会产生大量镜像信号，该模拟低通滤波器设计复杂度非常高，芯片面积大，设计成本高。为了简化模拟低通滤波器的设计复杂度，降低芯片面积和设计成本，现有的数字通信领域相关的方案并不能直接使用到RDSS信号发射模块中。本发明为了实现上述目的，提出了一种适用于北斗卫星系统接收机的RDSS信号发射模块的信号发射处理电路，使得接收机的RDSS模块中信号发射电路设计复杂度降低，特别是其中的模拟低通滤波器设计复杂度降低，从而实现了降低芯片面积和设计成本。

图1为根据本发明的一种优选实施方式的卫星接收机的信号发射处理电路框图，包括扩频调制器10、信号映射调制器20、数字低通滤波器30和增采样倍数固定的CIC内插滤波器40，数模转换电路50和模拟低通滤波器60，扩频调制器10用于依据输入的扩频码序列对输入的待发送的报文符号序列进行扩频调制，输出扩频调制报文序列；信号映射调制器20用于对扩频调制报文序列进行信号映射调制，输出映射调制报文序列；数字低通滤波器30用于滤除映射调制报文序列频域上干扰相邻频带信道的旁瓣信号，输出采样率为Fs的第一数字报文信号；CIC内插滤波器40用于对第一数字报文信号进行N倍增采样，并滤除第一镜像信号，输出采样频率为N*Fs的第二数字报文信号，第一镜像信号为对第一数字报文信号增采样产生的，N为大于等于2的正整数；通常，增采样产生的第一镜像信号与原信号频率幅度相同；数模转换电路50用于将第二数字报文信号转换为第一模拟报文信号，并产生频率为K*N*Fs的第二镜像信号，K为大于等于1正整数数列；模拟低通滤波器60用于滤除第二镜像信号，输出第二模拟报文信号，且，模拟低通滤波器的通带截止频率为有用信号的截止频点，阻带截止频率为第二镜像信号中在频率为N*Fs处的镜像信号的起始频点，过渡带为所述通带截止频率和所述阻带截止频率之间的频带，频率位于过渡带的频率范围内的旁瓣信号被数字低通滤波器滤除。本发明中，有用信号的截止频点是指待发送的报文符号序列经过处理后得到的模拟信号的截止频点。

通常，报文符号序列是由报文信息生成器对待发送的消息进行信源和信道编码，生成待发送的二进制符号序列，即0/1序列；扩频码序列是由扩频码生成器生成，以对报文信息进行扩频调制。

本发明的卫星接收机的信号发射处理电路，先通过数字低通滤波器30滤除映射调制报文序列频域上每个频带中干扰相邻频带的的旁瓣信号，再通过CIC内插滤波器40对第一数字报文信号进行增采样，同时滤除增采样产生的镜像信号，得到第二数字报文信号，增采样后的第二数字报文信号被送入数模转换电路后，由于第二数字报文信号的采样频率相对第一数字报文信号的采样频率提高了，第一模拟报文信号中数模转换电路50产生的镜像信号频率至有用信号之间的频率间隔增大了(相较于第一数字报文信号直接输入数模转换电路50时，数模转换电路50产生的镜像信号频率至有用信号之间的频率间隔)，频率间隔增大，可以使得模拟低通滤波器60的过渡带增大，数字低通滤波器30对报文信号的旁瓣抑制、CIC内插滤波器增采样以及对镜像信号的抑制，使得第一模拟报文信号中不包含所述旁瓣信号，也不包含增采样带来的所述第一镜像信号，更由于增采样使得由数模转换电路产生的镜像信号频率至有用信号之间的频率间隔增大了，这些共同的特性使得模拟低通滤波器的阻带截止频率距离通带截止频率更远，过渡带就随之增大，过渡带越大，模拟低通滤波器的电路设计越简单，可以选择低阶的模拟低通滤波器即可满足需求。例如，二阶模拟低通滤波器或三阶模拟低通滤波器。

现有技术中，由于未对旁瓣信号和第一镜像信号进行滤除，会导致模拟低通滤波器的阻带截止频率距离通带截止频率很近，就需要在很窄的频段范围内设计过渡带，过渡带越小，模拟低通滤波器设计越复杂，难度越高，通常需要相对高阶的模拟低通滤波器才能满足需求，电路设计非常复杂，使得整个电路面积增大，芯片面积也随之增大，功耗、成本等也很高。

本发明中，由于采用的数字低通滤波器30和CIC内插滤波器40的复杂度非常低，同时，模拟低通滤波器60的电路设计复杂度也得到极大简化，模拟低通滤波器60大小可仅约为现有方案模拟低通滤波器的20％，增加的数字低通滤波器30和CIC内插滤波器40也极其简单，所以，整体上降低了发射处理电路的设计复杂度，功耗、面积和成本也随之降低。

需要说明的是，上述“不包含”的旁瓣信号是指数字低通滤波器30滤除的旁瓣信号。“不包含”的第一镜像信号是指CIC内插滤波器40滤除的镜像信号。

第二镜像信号频率与有用信号频率间隔之所以增大，是因为第二镜像信号频率通常在采样率的整数倍处，例如，有用信号是0～4.08MHz、原本采样率是50，4倍增采样后采样率是200，那么，数模转换产生的第一个镜像信号频率在200MHz附近，距离有用信号约50个有用信号带宽，第二个镜像信号频率在400MHz附近，依次类推。而现有技术中，数模转换产生的第一个镜像信号频率会在50MHz附近，距离有用信号约为12个有用信号带宽，第二个镜像信号频率在100MHz附近，依次类推。显然，本方案中第二镜像信号频率与有用信号频率间隔增大。优选地，模拟低通滤波器的阻带截止频率为通带截止频率的20倍时，模拟低通滤波器的设计复杂度会得到很大降低，通常，选用二阶模拟低通滤波器即可。

在一实施方式中，扩频调制器10可包括异或数字电路，异或数字电路将报文符号序列和扩频码序列进行异或计算，得到扩频调制报文序列。

在具体实施方式中，扩频码序列速率可以是4.08Mcps(码片速率)或1.6376Mcps。北斗卫星导航系统分二代和三代，也分区域导航和全球导航，采用的扩频码速率不同，这是北斗规范协议中确定的，本发明支持北斗二代、北斗三代、北斗全球RDSS服务，RDSS服务规范已经确定了扩频码序列以及扩频码速率，RDSS通过规范中给定的扩频码序列进RDSS信号接收，并用规范中给定的扩频码序列进行扩频调制和发射。

在一实施方式中，信号映射调制器20可以是BPSK信号映射调制器，BPSK信号映射调制器将扩频调制报文序列进行数值映射。一般情况下，0映射成+1，1映射为-1，也可以是0映射成-1，1映射成-1。这里主要是把扩频后的0、1序列映射成+1、-1序列，因为只发射一路信号，所以采用BPSK信号映射调制即可，如果分I/Q两路，则可采用QPSK映射调制。如果是4.08Mcps的扩频码序列，则信号调制器20输出的是4.08MHz的调制报文序列，如果是1.6376Mcps的扩频码序列，则信号调制器20输出的是1.6376MHz的调制报文序列。

在一实施方式中，数字低通滤波器30可采用系数对称的线性相位低通FIR滤波器。采用线性相位低通FIR滤波器，保证相位线性，滤波后没有群延时，系数对称可以保证相位线性。

在具体实施方式中，低通FIR滤波器的采样率至少应该为扩频码速率的2倍。例如，扩频码速率为4.08Mcps，满足低通奈奎斯特采样定理，则采样率不能低于8.16MHz，但是，如果用8.16MHz，会导致CIC滤波器增采样后的镜像信号与有用信号太近，会导致CIC对镜像信号滤除的同时，也影响有用信号，带内衰减较大同时考虑到如果低通FIR滤波器的采样率过高，又增加运算量、功耗增大。因此，优选的，低通FIR滤波器的采样率可设置为15～40MHz，既保证低通FIR滤波器的运算量不大、功耗不高，也保证CIC滤波器增采样后的镜像信号频率与有用信号频率之间的频率距离(间隔)较远、容易滤除。同时，采样率选择15MHz～40MHz，有利于设计阶数较小的LPF，一般采用30～40阶线性相位FIR滤波器，即可以获得较好的旁瓣抑制性能。本发明中，低通FIR滤波器的采样率与扩频码序列速率的倍数关系并不局限于整数倍。

带外抑制性能是滤波器的性能指标，可最大限度的压制带外信号，减少对其它频带的干扰，数字滤波器设计时，需要综合考虑多个性能指标。数字低通滤波器设计考虑的指标主要包括通带截止频率(表示从0至该频率为有用信号带宽，此带内信号需要保留，不被滤波器滤除)、带内平坦度(带内幅度变化不要太大)、带外抑制比和采样率等。

在一实施方式中，可根据要达到的带外抑制性能确定数字低通滤波器30的系数，例如，根据通带截止频率、带内平坦度、带外抑制比和采样率确定数字低通滤波器的系数。具体的，由于扩频码的主瓣范围是0～4.08MHz，所以，通带截止频率可以是大于等于4.08MHz且小于等于8.16MHz，带内平坦度可以是小于等于1dB，北斗卫星RDSS业务通常要求带外抑制比是40dB、采样率大于等于15MHz且小于等于40MHz。

目前，滤波器的具体参数设计有完整的理论体系和自动化设计工具，只要给定需要的各项性能指标，自动化设计工具就会自动生成对应的滤波器系数。例如，设计31阶低通滤波器，通带截止频率是4.08MHz，带内平坦度小于等于1dB，基本保证带内平坦，对带内信号不产生明显影响，带外抑制比为40dB，采样率为20MHz。将这些参数输入到自动化设计工具中，自动化设计工具就会计算出滤波器系数。通常，自动化设计工具给出具体数值后，可根据精度进行合理量化截断，获得整数系数，自动化设计工具也可以自动完成。

具体设计过程中，可根据上述参数选择的选取去设计数字低通滤波器30的系数，通常，通带截止频率、带内平坦度和带外抑制比是固定的，而采样率是可变的范围内的，所以，可以根据不同采样率设计数字低通滤波器30系数。

图2是一优选实施例中，数字低通滤波器30的数字电路示意图，为31阶数字低通滤波器，映射调制报文序列输入到数字低通滤波器30，经过数字低通滤波器30的处理后，输出第一数字报文信号。

对数字信号直接进行增采样，比如8倍、16倍等等，会产生镜像信号，比如信号x(n)从Fs增采样至16*Fs，增采样信号的频率会以Fs为周期产生16个镜像信号。采用CIC滤波器进行增采样，还可以抑制各个镜像信号，同时也可以使得数模转换电路产生的镜像信号频率与有用信号频率相距较远，可降低模拟低通滤波器60的电路设计复杂度。

在一实施方式中，可根据CIC内插滤波器40的输入采样率、带外抑制比和模拟低通滤波器60的性能设计CIC内插滤波器40的增采样倍数N，其中，模拟低通滤波器60的性能包括幅频响应特性。

在具体实施方式中，CIC内插滤波器40的输入采样率与数字低通滤波器30的采样率相同，例如，可以是大于等于15MHz且小于等于40MHz的采样率，北斗卫星RDSS业务通常要求带外抑制比是40dB，模拟低通滤波器的阶数越低，设计起来越简单，所以，可选取二阶模拟低通滤波器，其幅频响应特性为，在0～4.08Mhz内比较平坦，120MHz时可以压制到24dB左右，同时DAC镜像信号幅度较有用信号低约20dB左右，此时，CIC内插滤波器40的增采样倍数N可设计为8，那么CIC内插滤波器输出采样率范围为大于等于120MHz且小于等于320Mhz，120MHz-320Mhz的采样率范围刚好满足二阶模拟低通滤波器的幅频响应特性，CIC内插滤波器40和模拟低通滤波器60共同实现40dB的带外抑制比，同时二阶模拟低通滤波器设计也是非常简单，也就是说，设计CIC滤波器40的增采样倍数N为8，再结合使用一个简单的二阶模拟低通滤波器，就可以满足要求带外抑制比40dB的需求。这大大简化了现有技术中对模拟低通滤波器的电路设计复杂度，降低了成本，节省了芯片面积。

在一实施方式中，可根据CIC内插滤波器40的输入采样率、输出采样率和带外抑制比确定CIC内插滤波器40的级数M。CIC内插滤波器级数越高，对镜像信号抑制效果越好，但是级数过高对有用信号也会产生影响。北斗RDSS业务中，发射信号带宽为4.08MHz，当带外抑制比不低于40dB时，确定CIC内插滤波器输入、输出采样率后，可通过仿真工具分析不同级数的CIC内插滤波器频率响应，将满足带外抑制要求的最小级数确定为CIC内插滤波器级数M即可。通常，采样率变化会造成CIC内插滤波器特性变化，本发明在测试时针对输入采样率为15-40MHz、输出采样率为120-320MHz的信号进行的仿真，结论是，1级CIC内插滤波器对镜像信号抑制不够，达不到40dB的带外抑制要求，2级CIC内插滤波器在采样率25MHz左右可满足要求，3级CIC内插滤波器在采样率15MHz可以满足要求，3级满足15MHz，那么高于15MHz的也会满足。因此，可选择3级的CIC内插滤波器。

CIC内插滤波器通常用于增加信号采样率，抑制镜像信号是其特点。CIC内插滤波器级数越高，镜像信号抑制效果更好。本发明可采用2～4级即可满足要求，同时对带内信号影响较小。

在具体实施方式中，CIC内插滤波器40的输入端可包括M个级联的梳状滤波器，输出端可包括M个级联的积分器。如图3所示，是3阶CIC内插滤波器的数字电路示意图。第一数字报文信号经过左侧3个级联的梳状滤波器后，经过插值器MUX，以实现插入N-1个0，达到N倍增采样的目的，增采样后经过右侧3个级联的积分器后输出第二数字报文信号，第二数字报文信号的采样率是第一数字报文信号采样率的N倍。输出采样率越高，对应数模转换电路输出信号的镜像信号频率离有用信号频率越远，进而对模拟低通滤波器设计要求越低，不必在镜像信号频率至有用信号频率之间的狭窄频率范围内设计过渡带，相反，可以在镜像信号频率至有用信号频率之间的较宽频率范围内设计过渡带，因而越容易设计，CIC内插滤波器通过增采样提高信号采样率，降低了有用信号带宽与采样率的比值，镜像信号频率更远离有用信号频率，有利于简单的模拟低通滤波器设计。

在一实施方式中，模拟低通滤波器60的通带截止频率可以为大于等于4.08MHz且小于等于8.16MHz，阻带截止频率可以是大于等于(N*Fs-8.16)MHz且小于等于(N*Fs-4.08)MHz，过渡带的带宽可以为大于等于((N*Fs-8.16)-8.16)MHz且小于等于((N*Fs-4.08)-4.08)MHz。现有的RDSS发射模块，一般直接将BPSK信号进行DAC转换成模拟信号，对BPSK信号旁瓣进行抑制，BPSK信号第1旁瓣较主瓣仅低十几dB，再压制二十几dB才可以达到40dB，第1旁瓣紧挨着信号主瓣，想要达到该性能，需要高阶模拟低通滤波器，设计非常复杂。本发明的卫星接收机的信号发射处理电路先通过数字低通滤波器30对BPSK信号旁瓣进行有效抑制，进一步增加CIC内插滤波器40，CIC内插滤波器40本身对增采样产生的镜像信号进行有效的抑制，同时，增采样后的信号使得数模转换电路50引入的镜像频率与有用信号频率相距较远，这样，模拟低通滤波器60只需要抑制数模转换电路引入的离主瓣较远的镜像信号即可，通过仿真，采用简单的二阶或三阶模拟低通滤波器即可达到40dB的带外抑制，本设计中的模拟低通滤波器60大小仅约为现有方案模拟低通滤波器的20％，有效降低了模拟低通滤波器设计复杂度，由于采用的两个数字滤波器复杂度也非常低，所以，整体上降低了RDSS发射模块的在芯片中的大小。

在一实施方式中，如图4所示，卫星接收机的信号发射处理电路还可包括混频器70和功率放大器80，混频器70将第二模拟报文信号调制到射频，即将基带信号搬移到载波频率处，北斗RDSS信号载波频率为2491.75MHz；功率放大器80对射频信号进行功率放大，发射信号功率大小需要满足使得卫星能够接收到该信号，从而进行发射。

在具体实现中，可采用专用集成电路来设计数字报文信号处理电路，目前只有北斗系统的RDSS业务支持与卫星的双向通信，即，接收机可以向北斗卫星发送信息，RDSS通常是个子模块，是集成到RNSS系统中的，通常也是集成在接收机的基带芯片中的，作为一个子模块，使用专用集成电路实现，与其他功能更容易集成使用，且专用集成电路尺寸、功耗、成本都更低。

本发明还提供一种基带芯片，包括本发明的卫星接收机的信号发射处理电路，从而完成对待发送报文信息的预处理。通过采用本发明的卫星接收机的信号发射处理电路，本发明的基带芯片中RDSS模块的发射电路设计得到极大简化，模拟低通滤波器大小仅约为现有方案模拟低通滤波器的20％，增加的数字低通滤波器和CIC内插滤波器也极其简单，使得基带芯片面积、功耗减小、成本降低。北斗卫星接收到用户接收机信号后，可以进行用户位置计算，向用户报告位置信息，实现短报文通信。

本发明还提供一种卫星接收机，包括本发明的基带芯片，实现向卫星发射报文信息的功能。

本发明还提供一种卫星接收机的信号发射方法，如图5所示，包括，S100:接收待发送的报文符号序列和扩频码序列，依据所述扩频码序列对待发送的报文符号序列进行扩频调制，输出扩频调制报文序列；通常，报文符号序列是由报文信息生成器对待发送的消息进行信源和信道编码，生成待发送的二进制符号序列，即0/1序列；扩频码序列是由扩频码生成器生成，以对报文信息进行扩频调制；S200:对扩频调制报文序列进行信号映射调制，输出映射调制报文序列；S300:滤除映射调制报文序列频域上干扰相邻频带信道的旁瓣信号，输出采样率为Fs的第一数字报文信号；S400:对第一数字报文信号进行增采样，并滤除第一镜像信号，输出采样率为N*Fs的第二数字报文信号，第一镜像信号为对所述第一数字报文信号增采样产生的，N为大于等于2的正整数；S500:将第二数字报文信号进行数模转换，输出第一模拟报文信号，并产生频率为K*N*Fs的第二镜像信号，K为大于等于1的正整数数列；S600:通过模拟低通滤波器滤除第二镜像信号，输出第二模拟报文信号，模拟低通滤波器的通带截止频率为有用信号的截止频点，阻带截止频率为所述第二镜像信号中频率在N*Fs镜像信号处的起始频点，过渡带为通带截止频率和阻带截止频率的频带，频率位于过渡带的频率范围内的旁瓣信号被步骤S300滤除。

本发明的卫星接收机的信号发射方法，先滤除映射调制报文序列中的旁瓣信号，再对第一数字报文信号进行增采样，并滤除由于增采样产生的第一镜像信号，增采样后的第二数字报文信号进行数模转换后，由于采样率增大，使得第二镜像信号频率与有用信号频率通常相距较远，这便极大简化了对第一模拟报文信号的处理过程，无需对第一模拟报文信号进行旁瓣抑制，也无需滤除增采样的第一镜像信号，只需滤除数模转换产生的、距离有用信号较远的镜像信号即可。也就是提供了较大的过渡带给模拟低通滤波器，过渡带越大，模拟低通滤波器电路设计越简单，阶数越低，越容易实现。

在一实施方式中，S100中进行扩频调制可以包括将报文符号序列和扩频码序列进行异或计算，得到扩频调制报文序列。

在具体实施方式中，扩频码序列速率可包括1.6376Mcps(码片速率)或4.08Mcps。北斗卫星导航系统分二代和三代，也分区域导航和全球导航，采用的扩频码速率不同，这是北斗规范协议中确定的，本发明支持北斗二代、北斗三代、北斗全球RDSS服务，RDSS服务规范已经确定了扩频码序列以及扩频码速率，RDSS通过规范中给定的扩频码序列进RDSS信号接收，并用规范中给定的扩频码序列进行扩频调制和发射。

在一实施方式中，S200中对扩频调制报文序列进行信号映射调制可以是BPSK信号映射调制，BPSK信号映射调制将扩频调制报文序列进行数值映射。因为只发射一路信号，所以采用BPSK信号映射调制即可，如果分I/Q两路，则可采用QPSK映射调制。如果是4.08Mcps的扩频码序列，则输出的是4.08MHz的映射调制报文序列，如果是1.6376Mcps的扩频码序列，则输出的是1.6376MHz的映射调制报文序列。

在一实施方式中，如图6所示，本发明的卫星接收机的信号发射方法还进一步包括：S700:将第二模拟报文信号调制到载波频率处，输出报文射频信号；S800:将报文射频信号进行功率放大，并发射功率放大后的报文射频信号。将基带信号调制到载波频率处，即将BPSK调制信号搬移到载波频率处，北斗RDSS信号载波频率为2491.75MHz；对报文射频信号进行功率放大，发射信号功率大小需要满足使得卫星能够接收到该信号，将功率放大后的信号进行发射。北斗卫星接收到用户接收机信号后，可以进行用户位置计算，向用户报告位置信息，实现短报文通信。

需要说明的是，本发明中采用步骤编号(字母或数字编号)来指代某些具体的方法步骤，仅仅是出于描述方便和简洁的目的，而绝不是用字母或数字来限制这些方法步骤的顺序。本领域的技术人员能够明了，相关方法步骤的顺序，应由技术本身决定，不应因步骤编号的存在而被不适当地限制。

本领域的技术人员能够理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。

Claims (22)

1.一种卫星接收机的信号发射处理电路，其特征在于，

包括扩频调制器、信号映射调制器、数字低通滤波器、增采样倍数固定的CIC内插滤波器、数模转换电路和模拟低通滤波器；

所述扩频调制器用于依据输入的扩频码序列对输入的待发送的报文符号序列进行扩频调制，输出扩频调制报文序列；所述信号映射调制器用于对所述扩频调制报文序列进行信号映射调制，输出映射调制报文序列；所述数字低通滤波器用于滤除所述映射调制报文序列频域上干扰相邻频带信道的旁瓣信号，输出采样率为Fs的第一数字报文信号；所述CIC内插滤波器用于对所述第一数字报文信号进行N倍增采样，并滤除第一镜像信号，输出采样频率为N*Fs的第二数字报文信号，所述第一镜像信号为对所述第一数字报文信号增采样产生的，所述N为大于等于2的正整数；

所述数模转换电路用于将所述第二数字报文信号转换为第一模拟报文信号，并产生频率为K*N*Fs的第二镜像信号，所述K为大于等于1的正整数数列；

所述模拟低通滤波器用于滤除所述第二镜像信号，输出第二模拟报文信号，所述模拟低通滤波器的通带截止频率为有用信号的截止频点，阻带截止频率为所述第二镜像信号中在频率为N*Fs处的镜像信号的起始频点，过渡带为所述通带截止频率和所述阻带截止频率之间的频带，频率位于所述过渡带的频率范围内的旁瓣信号被所述数字低通滤波器滤除。

2.根据权利要求1所述的卫星接收机的信号发射处理电路，其特征在于，所述扩频调制器包括异或数字电路，所述扩频调制器依据所述扩频码序列对所述待发送的报文符号序列进行扩频调制包括：所述异或数字电路将所述报文符号序列和所述扩频码序列进行异或计算。

3.根据权利要求1所述的卫星接收机的信号发射处理电路，其特征在于，所述扩频码序列速率为4.08Mcps或1.6376Mcps。

4.根据权利要求1所述的卫星接收机的信号发射处理电路，其特征在于，所述信号映射调制器包括BPSK信号映射调制器，所述BPSK信号映射调制器将所述扩频调制报文序列进行数值映射。

5.根据权利要求1所述的卫星接收机的信号发射处理电路，其特征在于，所述数字低通滤波器采用系数对称的线性相位低通FIR滤波器。

6.根据权利要求5所述的卫星接收机的信号发射处理电路，其特征在于，所述低通FIR滤波器的采样率至少为所述扩频码序列速率的2倍。

7.根据权利要求1所述的卫星接收机的信号发射处理电路，其特征在于，根据带外抑制性能确定所述数字低通滤波器的系数，使得所述数字低通滤波器滤除所述旁瓣信号，所述带外抑制性能包括通带截止频率、带内平坦度、带外抑制比和采样率。

8.根据权利要求7所述的卫星接收机的信号发射处理电路，其特征在于，所述通带截止频率大于等于4.08MHz且小于等于8.16MHz、带内平坦度小于等于1dB、带外抑制比是40dB、采样率大于等于15MHz且小于等于40MHz。

9.根据权利要求1所述的卫星接收机的信号发射处理电路，其特征在于，

根据所述CIC内插滤波器的输入采样率、带外抑制比和所述模拟低通滤波器的性能确定所述增采样倍数N；

所述模拟低通滤波器的性能包括所述模拟低通滤波器的幅频响应特性。

10.根据权利要求9所述的卫星接收机的信号发射处理电路，其特征在于，

所述CIC内插滤波器的输入采样率大于等于15MHz且小于等于40MHz；

所述带外抑制比为40dB；

所述模拟低通滤波器为二阶模拟低通滤波器；

所述增采样倍数N为8。

11.根据权利要求1所述的卫星接收机的信号发射处理电路，其特征在于，根据所述CIC内插滤波器的输入采样率、输出采样率和带外抑制比确定所述CIC内插滤波器的级数M。

12.根据权利要求11所述的卫星接收机的信号发射处理电路，其特征在于，

所述CIC内插滤波器的输入采样率大于等于15MHz且小于等于40MHz、输出采样率是所述输入采样率的8倍，所述带外抑制比为40dB，所述CIC内插滤波器的级数M为3。

13.根据权利要求11所述的卫星接收机的信号发射处理电路，其特征在于，所述CIC内插滤波器输入端包括M个级联的梳状滤波器，所述CIC内插滤波器输出端包括M个级联的积分器。

14.根据权利要求1-13任一项所述的卫星接收机的信号发射处理电路，其特征在于，所述模拟低通滤波器的通带截止频率大于等于4.08MHz且小于等于8.16MHz；所述阻带截止频率大于等于(N*Fs-8.16)MHz且小于等于(N*Fs-4.08)MHz；所述过渡带的带宽为大于等于((N*Fs-8.16)-8.16)MHz且小于等于((N*Fs-4.08)-4.08)MHz。

15.根据权利要求1所述的卫星接收机的信号发射处理电路，其特征在于，还包括：

混频器，用于将所述第二模拟报文信号调制到射频，输出报文射频信号；

功率放大器，用于对所述报文射频信号进行功率放大，以将所述射频信号功率放大到卫星能够接收。

16.一种基带芯片，其特征在于，包括如权利要求1-15任一项所述的卫星接收机的信号发射处理电路，以完成对待发送报文信息的预处理。

17.一种卫星接收机，其特征在于，包括如权利要求16所述的基带芯片，实现向卫星发射报文信息的功能。

18.一种卫星接收机的信号发射方法，其特征在于，包括步骤：

S100:接收待发送的报文符号序列和扩频码序列，依据所述扩频码序列对所述待发送的报文符号序列进行扩频调制，输出扩频调制报文序列；

S200:对所述扩频调制报文序列进行信号映射调制，输出映射调制报文序列；

S300:滤除所述映射调制报文序列频域上干扰相邻频带信道的旁瓣信号，输出采样率为Fs的第一数字报文信号；

S400:对所述第一数字报文信号进行增采样，并滤除第一镜像信号，输出采样率为N*Fs的第二数字报文信号，其中，所述第一镜像信号为对所述第一数字报文信号增采样产生的，所述N为大于等于2的正整数；

S500:对所述第二数字报文信号进行数模转换，输出第一模拟报文信号，并产生频率为K*N*Fs的第二镜像信号，所述K为大于等于1的正整数数列；

S600:通过模拟低通滤波器滤除所述第二镜像信号，输出第二模拟报文信号，其中，所述模拟低通滤波器的通带截止频率为有用信号的截止频点，阻带截止频率为所述第二镜像信号中在频率为N*Fs处的镜像信号的起始频点，过渡带为所述通带截止频率和所述阻带截止频率之间的频带，频率位于所述过渡带的频率范围内的旁瓣信号被所述步骤S300滤除。

19.根据权利要求18所述的卫星接收机的信号发射方法，其特征在于，所述步骤S100中，进行扩频调制包括：将所述报文符号序列和所述扩频码序列进行异或计算，以输出所述扩频调制报文序列。

20.根据权利要求18所述的卫星接收机的信号发射方法，其特征在于，所述扩频码序列速率为4.08Mcps或1.6376Mcps。

21.根据权利要求18所述的卫星接收机的信号发射方法，其特征在于，所述步骤S200中，对所述扩频调制报文序列进行信号映射调制包括：对所述扩频调制报文序列进行BPSK信号映射调制。

22.根据权利要求18-21任一项所述的卫星接收机的信号发射方法，其特征在于，还包括步骤：

S700:将所述第二模拟报文信号调制到载波频率处，输出报文射频信号；

S800:将所述报文射频信号进行功率放大，并发射所述功率放大后的报文射频信号。

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