專利名稱：基帶模塊和北斗信號(hào)接收系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型主要涉及北斗信號(hào)接收處理領(lǐng)域，尤其是涉及ー種基帶模塊和ー種北斗信號(hào)接收系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
北斗衛(wèi)星系統(tǒng)目前越來越得到廣泛的應(yīng)用，其終端設(shè)備的種類越來越多。由于衛(wèi)星信號(hào)采用的是數(shù)字傳輸方式，相對比與傳送的模擬傳輸方式，有受干擾和容易改進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際使用中，但是由于設(shè)備的精度不夠，特別是幀頭之間的時(shí)間間隔，精度只有20ns，不符合IOns的指標(biāo)要求，因此為了提高時(shí)差測量精度，就必須進(jìn)行修正。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型解決的技術(shù)問題是提供一種基帶模塊和一種北斗信號(hào)接收系統(tǒng)，其能夠解決北斗衛(wèi)星終端設(shè)備時(shí)差的精度不夠的問題。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是提供ー種基帶模塊，包括數(shù)字下變頻單元、解擴(kuò)單元、載波跟蹤解調(diào)単元、幀同步単元、譯碼單元、PN碼捕獲跟蹤單元、時(shí)差計(jì)算單元和AFC頻率控制単元，所述數(shù)字下變頻單元的輸入端接收外部的中頻數(shù)字信號(hào)，輸出端與解擴(kuò)單元的輸入端相連接，解擴(kuò)單元的輸出端分別連接載波跟蹤解調(diào)單元和PN碼捕獲跟蹤單元的輸入端，所述載波跟蹤解調(diào)單元的輸出端分別連接所述AFC頻率控制單元和幀同步単元的輸入端，幀同步単元的輸出端分別連接譯碼單元和時(shí)差計(jì)算單元的輸入端相連接，所述譯碼単元、時(shí)差計(jì)算單元的輸出端與外置的ARM単元的輸入端相連接，所述AFC頻率控制単元與外置的射頻模塊相連接。其中，所述載波跟蹤解調(diào)單元包括科斯塔斯環(huán)電路，所述科斯塔斯環(huán)電路包括鑒相器，環(huán)路濾波器和數(shù)字控制振蕩器，所述鑒相器與所述環(huán)路濾波器相連接，所述數(shù)字控制振蕩器與所述鑒相器相連接，并與所述環(huán)路濾波器相連接。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型還提供一種北斗信號(hào)接收系統(tǒng)，包括天線、低噪放模塊、射頻下變頻模塊、AD模塊和基帶模塊，所述天線、低噪放模塊、射頻下變頻模塊、AD模塊和基帶模塊順序連接，所述基帶模塊包括數(shù)字下變頻單元、解擴(kuò)單元、載波跟蹤解調(diào)單元、巾貞同步單元、譯碼單元、PN碼捕獲跟蹤單元、時(shí)差計(jì)算單元和AFC頻率控制單元,所述數(shù)字下變頻單元的輸入端接收外部的中頻數(shù)字信號(hào)，輸出端與解擴(kuò)單元的輸入端相連接，解擴(kuò)單元的輸出端分別連接載波跟蹤解調(diào)単元和PN碼捕獲跟蹤單元的輸入端，所述載波跟蹤解調(diào)単元的輸出端分別連接所述AFC頻率控制単元和幀同步単元的輸入端，幀同步単元的輸出端分別連接譯碼單元和時(shí)差計(jì)算單元的輸入端相連接，所述譯碼単元、時(shí)差計(jì)算單元的輸出端與外置的ARM単元的輸入端相連接，所述AFC頻率控制単元與外置的射頻模塊相連接。其中，所述載波跟蹤解調(diào)單元包括科斯塔斯環(huán)電路，所述科斯塔斯環(huán)電路包括鑒相器，環(huán)路濾波器和數(shù)字控制振蕩器，所述鑒相器與所述環(huán)路濾波器相連接，所述數(shù)字控制振蕩器與所述鑒相器相連接，并與所述環(huán)路濾波器相連接。采用上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比對，它能夠解決現(xiàn)有的時(shí)差精度不夠的問題，本實(shí)用新型達(dá)到的有益效果是所述基帶模塊包括數(shù)字下變頻單元、解擴(kuò)單元、載波跟蹤解調(diào)單元、巾貞同步單元、譯碼單元、PN碼捕獲跟蹤單元、時(shí)差計(jì)算單元和AFC頻率控制單元，數(shù)字下變頻單元可以將中頻信號(hào)轉(zhuǎn)為零中頻信號(hào)，而解擴(kuò)単元可以將零中頻信號(hào)與本地PN碼異或得到的信號(hào)送到PN碼捕獲跟蹤單元與載波跟蹤解調(diào)単元，PN碼捕獲跟蹤單元對解擴(kuò)后的信號(hào)進(jìn)行處理，使得PN碼同步，對PN碼進(jìn)行最小二乗法等處理，得到本地PN碼與信號(hào)PN碼之間的相位差作為修正值，將得到的雙通道時(shí)差修正值送往時(shí)差計(jì)算單元，時(shí)差計(jì)算單元根據(jù)兩個(gè)通道幀頭與時(shí)差修正值得到最終時(shí)差值，通過這種方式對時(shí)差進(jìn)行修正，提高精確度。
圖I為本實(shí)用新型提供的基帶模塊的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖；圖2為本實(shí)用新型提供的北斗信號(hào)接收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；圖3為本實(shí)用新型提供的科斯塔斯環(huán)的結(jié)構(gòu)圖；圖4為本實(shí)用新型提供的時(shí)差計(jì)算單元涉及的自相關(guān)函數(shù)圖；圖5為本實(shí)用新型提供的濾波器基本結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
為詳細(xì)說明本實(shí)用新型的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實(shí)現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實(shí)施方式并配合附圖詳予說明。請參閱圖1，本實(shí)用新型提供ー種基帶模塊，包括數(shù)字下變頻單元、解擴(kuò)單元、載波跟蹤解調(diào)單元、幀同步単元、譯碼單元、PN碼捕獲跟蹤單元、時(shí)差計(jì)算單元和AFC頻率控制単元，所述數(shù)字下變頻單元的輸入端接收外部的中頻數(shù)字信號(hào)，輸出端與解擴(kuò)單元的輸入端相連接，解擴(kuò)單元的輸出端分別連接載波跟蹤解調(diào)単元和PN碼捕獲跟蹤單元的輸入端，所述載波跟蹤解調(diào)單元的輸出端分別連接所述AFC頻率控制単元和幀同步単元的輸入端，幀同步単元的輸出端分別連接譯碼單元和時(shí)差計(jì)算單元的輸入端相連接，所述譯碼単元、時(shí)差計(jì)算單元的輸出端與外置的ARM単元的輸入端相連接，所述AFC頻率控制単元與外置的射頻模塊相連接。在本實(shí)施例中，所述的基帶模塊采用的是FPGA芯片實(shí)現(xiàn)的。其中，各個(gè)單元的功能如下a)數(shù)字下變頻單元在中頻信號(hào)上乘以ー個(gè)同頻載波，將中頻信號(hào)轉(zhuǎn)為零中頻信號(hào)，送往解擴(kuò)模塊。b)解擴(kuò)單元零中頻信號(hào)與本地PN碼異或得到的信號(hào)一路送往載波跟蹤解調(diào)模塊，另一路送往PN摘獲跟蹤ホ旲塊。、[0020]c)PN碼捕獲跟蹤單元對解擴(kuò)后的信號(hào)進(jìn)行處理，使PN碼同歩，并得到雙通道時(shí)差修正值送往時(shí)差計(jì)算模塊。d)時(shí)差計(jì)算單元根據(jù)兩個(gè)通道幀頭與時(shí)差修正值得到最終時(shí)差值，送往ARM。請參閱圖4，由于雙通道幀頭之間的時(shí)間間隔，精度只有20ns，不符合IOns的指標(biāo)要求。因此為了提高時(shí)差測量精度，就必須進(jìn)行修正。本領(lǐng)域技術(shù)人員一般采用的方式是對PN碼相關(guān)值進(jìn)行最小二乗法處理，得到本地PN碼與信號(hào)PN碼之間的相位差作為修正值，其采用方法有多種，是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的，具體舉例如下PN碼自相關(guān)函數(shù)r(t)如圖4，Tc為碼寬，當(dāng)兩路PN碼相位一致時(shí),相關(guān)值達(dá)到最大值,相差超過ー個(gè)Tc時(shí),相關(guān)值基本為零，0到Tc之間近似ー個(gè)線性關(guān)系。r (t) = t/Tc+1 -Tc ^ t ^ 0-t/Tc+1 0 彡 t 彡 Tc0t < -Tc 或 t > Tcr (t-Tc) = t/Tc 0 ^ t ^ Tc -t/Tc+2 Tc ^ t ^ 2*Tc0t < 0 或 t > 2*Tcr (t) ~Y (t-Tc) = t/Tc+1 -Tc ^ t ^ 0-2*t/Tc+l0 ^ t ^ Tct/Tc-2Tc ^ t ^ 2*Tc0t < -Tc 或 t > 2*Tc取出函數(shù)的第二段;r(t)_r(t-Tc)=-2*t/Tc+l 0 ^ t ^ Tc,用y O ) = r (x+ T ) -r (x+ T -Tc), t = x+ x 帶入，x 為兩路 PN 碼的相位差，t 為變量，假設(shè)X的取值范圍為-Tc/6到Tc/6，則T的取值范圍為Tc/6到5*Tc/6，可得，y ( T ) = -2*(x+ x ) /Tc+1 = 2* x /Tc+(2*x/Tc+l)令 a = 2/Tc, b = 2*x/Tc+l, y ( x ) = a* t +b,T 分別取 Tc/6，2*Tc/6，3*Tc/6，4*Tc/6，5*Tc/6，由最小誤差準(zhǔn)則可算出X = 1/32*[2*y(Tc/6)+y(2*Tc/6)-y(4*Tc/6)_2*y(5*Tc/6)]/[y(Tc/6)+y (2*Tc/6)+y (3*Tc/6)+y(4*Tc/6)+y(5*Tc/6)]*Tc/12，由此得出的PN碼相位誤差作為時(shí)差測量的修正值，可大大增加時(shí)差測量精確度。e)載波跟蹤解調(diào)単元所述載波跟蹤解調(diào)單元包括科斯塔斯環(huán)電路，所述科斯塔斯環(huán)電路包括鑒相器，環(huán)路濾波器和數(shù)字控制振蕩器，所述鑒相器與所述環(huán)路濾波器相連接，所述數(shù)字控制振蕩器與所述鑒相器相連接，并與所述環(huán)路濾波器相連接。請參閱圖3，由于BPSK解調(diào)存在180°相位模糊，容易造成環(huán)路不穩(wěn)定，為了提高載波跟蹤的穩(wěn)定度和精確度，采用ニ階科斯塔斯環(huán)。其中，各個(gè)功能模塊的功能以及處理方法如下，所述的模塊的功能及實(shí)現(xiàn)方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟悉的，而本實(shí)用新型主要是對科斯塔斯環(huán)的結(jié)構(gòu)做出改進(jìn)。鑒相器U1 (t) = Al* O (t)—小(t)), Al為鑒相增益,單位為V/rado環(huán)路濾波器U2(S) = F (S) *U1 (S)，U2 (S)，Ul (S)分別是 U2 (t)，Ul (t)的拉普拉斯變換，F(xiàn)(S)是環(huán)路濾波器的系統(tǒng)函數(shù)。數(shù)字控制振蕩器(NCO) : (Mt)=ア(A2*U2 (t) +小0) dt，小0為NCO固有振蕩頻率，A2為NCO靈敏度，單位為rad/ (s*V)，由此可得開環(huán)傳遞函數(shù)為Ho (S) = Al A2F (S) /S，閉環(huán)傳遞函數(shù)為H(S) = Ho(S)/(l+Ho(S)) =Al A2F(S)/(S+A1 A2F⑶)。請參閱圖5，一般說來環(huán)路濾波器采用理想積分濾波器，系統(tǒng)函數(shù)F (S) = (1+S T I) / (S T 2),[0052]代入系統(tǒng)函數(shù)得H(S) = (2 4 wnS+wn2)/(S2+2 ^ wnS+wn2),其中《n = Al A2/ x 1,2 wn = Al A2 t 2/t 1，這兩個(gè)系數(shù)關(guān)系到環(huán)路的性能。以上是在模擬電路中分析得來的，要在數(shù)字電路中實(shí)現(xiàn)，就要對環(huán)路濾波器系統(tǒng)函數(shù)做雙線性變換，把拉普拉斯變換轉(zhuǎn)成Z變換，S = (2* (1-z-l)) / (T* (1+z-l))，T 為采樣周期，代入F⑶得 F(z) = a + > / (1-z-l),其中a = T 2/ T I-T/ x I, = T/ t I。要確定這樣環(huán)路參數(shù)就有a，0，Al，A2。鑒相器與NCO確定后，Al，A2也就確定了。一般說來在通信系統(tǒng)中(取0.707，再根據(jù)我們這個(gè)系統(tǒng)的實(shí)際要求取快捕帶Acoc=2 4 wn = 2500Hz = 15700rad/s，由此可算出 a = 355，^ = 0. 058，為了 FPGA 實(shí)現(xiàn)方便取a = 256，^ = 0.03125，濾波器框圖如下圖6所示。 f) AFC頻率控制單元根據(jù)AFC控制字得到AFC電壓，對射頻本振頻率進(jìn)行微調(diào)。g)幀同步単元對13bit巴克碼幀頭進(jìn)行識(shí)別判決，從而確定幀頭，送往時(shí)差計(jì)算模塊與譯碼模塊。h)譯碼單元對于卷積碼采用viterbi譯碼，把譯碼之后的數(shù)據(jù)送往ARM。請參閱圖2，本實(shí)用新型還提供一種北斗信號(hào)接收系統(tǒng)，包括天線、低噪放模塊、射頻下變頻模塊、AD模塊和基帶模塊，所述天線、低噪放模塊、射頻下變頻模塊、AD模塊和基帶模塊順序連接。在一實(shí)施例中，所述基帶模塊包括數(shù)字下變頻單元、解擴(kuò)單元、載波跟蹤解調(diào)單元、巾貞同步單元、譯碼單元、PN碼捕獲跟蹤單元、時(shí)差計(jì)算單元和AFC頻率控制單元,所述數(shù)字下變頻單元的輸入端接收外部的中頻數(shù)字信號(hào)，輸出端與解擴(kuò)單元的輸入端相連接，解擴(kuò)單元的輸出端分別連接載波跟蹤解調(diào)単元和PN碼捕獲跟蹤單元的輸入端，所述載波跟蹤解調(diào)単元的輸出端分別連接所述AFC頻率控制単元和幀同步単元的輸入端，幀同步単元的輸出端分別連接譯碼單元和時(shí)差計(jì)算單元的輸入端相連接，所述譯碼単元、時(shí)差計(jì)算單元的輸出端與外置的ARM単元的輸入端相連接，所述AFC頻率控制単元與外置的射頻模塊相連接。在一實(shí)施例中，所述載波跟蹤解調(diào)單元包括科斯塔斯環(huán)電路，所述科斯塔斯環(huán)電路包括鑒相器，環(huán)路濾波器和數(shù)字控制振蕩器，所述鑒相器與所述環(huán)路濾波器相連接，所述數(shù)字控制振蕩器與所述鑒相器相連接，并與所述環(huán)路濾波器相連接。所述北斗信號(hào)接收系統(tǒng)的基帶模塊，其特征已經(jīng)在上述內(nèi)容描述過，這里不做贅述。以上所述僅為本實(shí)用新型的實(shí)施例，并非因此限制本實(shí)用新型的專利范圍，凡是利用本實(shí)用新型說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.ー種基帶模塊，其特征在于包括數(shù)字下變頻單元、解擴(kuò)單元、載波跟蹤解調(diào)単元、中貞同步單元、譯碼單元、PN碼捕獲跟蹤單元、時(shí)差計(jì)算單元和AFC頻率控制單元,所述數(shù)字下變頻單元的輸入端接收外部的中頻數(shù)字信號(hào)，輸出端與解擴(kuò)單元的輸入端相連接，解擴(kuò)単元的輸出端分別連接載波跟蹤解調(diào)単元和PN碼捕獲跟蹤單元的輸入端，所述載波跟蹤解調(diào)單元的輸出端分別連接所述AFC頻率控制単元和幀同步単元的輸入端，幀同步単元的輸出端分別連接譯碼單元和時(shí)差計(jì)算單元的輸入端相連接，所述譯碼単元、時(shí)差計(jì)算單元的輸出端與外置的ARM単元的輸入端相連接，所述AFC頻率控制単元與外置的射頻模塊相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基帶模塊，其特征在于所述載波跟蹤解調(diào)單元包括科斯塔斯環(huán)電路，所述科斯塔斯環(huán)電路包括鑒相器，環(huán)路濾波器和數(shù)字控制振蕩器，所述鑒相器與所述環(huán)路濾波器相連接，所述數(shù)字控制振蕩器與所述鑒相器相連接，并與所述環(huán)路濾波器相連接。
3.一種北斗信號(hào)接收系統(tǒng)，其特征在于包括天線、低噪放模塊、射頻下變頻模塊、AD模塊和基帶模塊，所述天線、低噪放模塊、射頻下變頻模塊、AD模塊和基帶模塊順序連接，所述基帶模塊包括數(shù)字下變頻單元、解擴(kuò)單元、載波跟蹤解調(diào)単元、幀同步単元、譯碼單元、PN碼捕獲跟蹤單元、時(shí)差計(jì)算單元和AFC頻率控制単元，所述數(shù)字下變頻單元的輸入端接收外部的中頻數(shù)字信號(hào)，輸出端與解擴(kuò)單元的輸入端相連接，解擴(kuò)單元的輸出端分別連接載波跟蹤解調(diào)單元和PN碼捕獲跟蹤單元的輸入端，所述載波跟蹤解調(diào)單元的輸出端分別連接所述AFC頻率控制単元和幀同步単元的輸入端，幀同步単元的輸出端分別連接譯碼單元和時(shí)差計(jì)算單元的輸入端相連接，所述譯碼単元、時(shí)差計(jì)算單元的輸出端與外置的ARM單元的輸入端相連接，所述AFC頻率控制単元與外置的射頻模塊相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的北斗信號(hào)接收系統(tǒng)，其特征在于所述載波跟蹤解調(diào)單元包括科斯塔斯環(huán)電路，所述科斯塔斯環(huán)電路包括鑒相器，環(huán)路濾波器和數(shù)字控制振蕩器，所述鑒相器與所述環(huán)路濾波器相連接，所述數(shù)字控制振蕩器與所述鑒相器相連接，并與所述環(huán)路濾波器相連接。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種基帶模塊和北斗信號(hào)接收系統(tǒng)，所述基帶模塊包括數(shù)字下變頻單元、解擴(kuò)單元、載波跟蹤解調(diào)單元、幀同步單元、譯碼單元、PN碼捕獲跟蹤單元、時(shí)差計(jì)算單元和AFC頻率控制單元，所述數(shù)字下變頻單元的輸入端接收外部的中頻數(shù)字信號(hào)，輸出端與解擴(kuò)單元的輸入端相連接，解擴(kuò)單元的輸出端分別連接載波跟蹤解調(diào)單元和PN碼捕獲跟蹤單元的輸入端，所述載波跟蹤解調(diào)單元的輸出端分別連接所述AFC頻率控制單元和幀同步單元的輸入端，幀同步單元的輸出端分別連接譯碼單元和時(shí)差計(jì)算單元的輸入端相連接，所述譯碼單元、時(shí)差計(jì)算單元的輸出端與外置的ARM單元的輸入端相連接，所述AFC頻率控制單元與外置的射頻模塊相連接。
文檔編號(hào)G01S19/13GK202393914SQ20112045280
公開日2012年8月22日 申請日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月15日
發(fā)明者曾興榮, 陳孟錟, 陳秀平 申請人:福建星海通信科技有限公司