全频带GNSS接收器.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103713294 A (43)申请公布日 2014.04.09 CN 103713294 A (21)申请号 201310025062.3 (22)申请日 2013.01.11 13/645,249 2012.10.04 US G01S 19/13(2010.01) (71)申请人 美国频顺通讯科技公司 地址 美国加利福尼亚州 (72)发明人 王航 李涛 张丙雷 莫世雄 (74)专利代理机构 北京市金杜律师事务所 11256 代理人 王茂华 张宁 (54) 发明名称 全频带 GNSS 接收器 (57) 摘要 本发明的一些实施例涉及全频带 GNSS 接收 器。 本发明。

2、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。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 5 页 (19)中华人民共和国国家知识产权。

3、局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书5页 附图5页 (10)申请公布号 CN 103713294 A CN 103713294 A 1/2 页 2 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。

4、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 。

5、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，。

6、 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 ； 。

7、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 权 利 要 求 书 CN 103713294 A 2 2/2 页 3 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。

8、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(GLO。

9、NASS) ； 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。 权 利 要 求 书 CN 103713294 A 3 1/5 页 4 全频带 GNSS 接收器 技术领域 0001 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 0002 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。

10、 (GPS) 接收器。 0003 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 0004 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。

11、 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。 0005 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。 0006 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。 0007 在关于这一实施例的变化中， 在第一 。

12、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。 0008 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。 0009 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。 0010 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。 0011 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(GLO。

13、NASS) ； 指南针导航系统 ； 以及 伽利略定位系统。 0012 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 说 明 书 CN 103713294 A 4 2/5 页 5 0013 图 1 呈现了图示了 GNSS 信号占用的两个 RF 频率频带的图。 0014 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。 0015 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。 0016 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。 0017 图5呈。

14、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 0018 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。 0019 概述 0020 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。

15、 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。 0021 GNSS 接收器 0022 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。

16、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。

17、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。 0023 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 GN。

18、SS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 说 明 书 CN 103713294 A 5 3/5 页 6 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。 0024 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。

19、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。 0025 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)21。

20、0 和多基带数字信号处理器 (DSP)212。 0026 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。 0027 FSpan_。

21、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 RF LNA216 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。

22、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。 0028 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。

23、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。 0029 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。 003。

24、0 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 说 明 书 CN 103713294 A 6 4/5 页 7 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。 0031 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 D。

25、SP212 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。 0032 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。

26、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。 0033 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 20。

27、0MHz。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。 0034 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(。

28、 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。 0035 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。

29、， 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。 0036 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。

30、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。 0037 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 ： 说 明 书 CN 103713294 A 7 5/5 页 8 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。

31、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。 0038 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。 0039 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。

32、执行在硬件模块内包括的方法和过程。 0040 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。 说 明 书 CN 103713294 A 8 1/5 页 9 图 1 说 明 书 附 图 CN 103713294 A 9 2/5 页 10 图 2 说 明 书 附 图 CN 103713294 A 10 3/5 页 11 图 3 说 明 书 附 图 CN 103713294 A 11 4/5 页 12 图 4 说 明 书 附 图 CN 103713294 A 12 5/5 页 13 图 5 说 明 书 附 图 CN 103713294 A 13 。