专利名称：基带模块和北斗信号接收系统的制作方法
技术领域：
本实用新型主要涉及北斗信号接收处理领域，尤其是涉及ー种基带模块和ー种北斗信号接收系统。
背景技术：
北斗卫星系统目前越来越得到广泛的应用，其終端设备的种类越来越多。由于卫星信号采用的是数字传输方式，相对比与传送的模拟传输方式，有受干扰和容易改进的优点。在实际使用中，但是由于设备的精度不够，特别是帧头之间的时间间隔，精度只有20ns，不符合IOns的指标要求，因此为了提高时差測量精度，就必须进行修正。
实用新型内容本实用新型解决的技术问题是提供一种基带模块和一种北斗信号接收系统，其能够解决北斗卫星终端设备时差的精度不够的问题。为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是提供ー种基带模块，包括数字下变频单元、解扩单元、载波跟踪解调単元、帧同步単元、译码单元、PN码捕获跟踪单元、时差计算单元和AFC频率控制単元，所述数字下变频单元的输入端接收外部的中频数字信号，输出端与解扩单元的输入端相连接，解扩单元的输出端分别连接载波跟踪解调单元和PN码捕获跟踪单元的输入端，所述载波跟踪解调单元的输出端分别连接所述AFC频率控制单元和帧同步単元的输入端，帧同步単元的输出端分别连接译码单元和时差计算单元的输入端相连接，所述译码単元、时差计算单元的输出端与外置的ARM単元的输入端相连接，所述AFC频率控制単元与外置的射频模块相连接。其中，所述载波跟踪解调单元包括科斯塔斯环电路，所述科斯塔斯环电路包括鉴相器，环路滤波器和数字控制振荡器，所述鉴相器与所述环路滤波器相连接，所述数字控制振荡器与所述鉴相器相连接，并与所述环路滤波器相连接。为解决上述技术问题，本实用新型还提供一种北斗信号接收系统，包括天线、低噪放模块、射频下变频模块、AD模块和基带模块，所述天线、低噪放模块、射频下变频模块、AD模块和基带模块顺序连接，所述基带模块包括数字下变频单元、解扩单元、载波跟踪解调单元、巾贞同步单元、译码单元、PN码捕获跟踪单元、时差计算单元和AFC频率控制单元,所述数字下变频单元的输入端接收外部的中频数字信号，输出端与解扩单元的输入端相连接，解扩单元的输出端分别连接载波跟踪解调単元和PN码捕获跟踪单元的输入端，所述载波跟踪解调単元的输出端分别连接所述AFC频率控制単元和帧同步単元的输入端，帧同步単元的输出端分别连接译码单元和时差计算单元的输入端相连接，所述译码単元、时差计算单元的输出端与外置的ARM単元的输入端相连接，所述AFC频率控制単元与外置的射频模块相连接。其中，所述载波跟踪解调单元包括科斯塔斯环电路，所述科斯塔斯环电路包括鉴相器，环路滤波器和数字控制振荡器，所述鉴相器与所述环路滤波器相连接，所述数字控制振荡器与所述鉴相器相连接，并与所述环路滤波器相连接。采用上述技术方案，与现有技术相比对，它能够解决现有的时差精度不够的问题，本实用新型达到的有益效果是所述基带模块包括数字下变频单元、解扩单元、载波跟踪解调单元、巾贞同步单元、译码单元、PN码捕获跟踪单元、时差计算单元和AFC频率控制单元，数字下变频单元可以将中频信号转为零中频信号，而解扩単元可以将零中频信号与本地PN码异或得到的信号送到PN码捕获跟踪单元与载波跟踪解调単元，PN码捕获跟踪单元对解扩后的信号进行处理，使得PN码同步，对PN码进行最小二乗法等处理，得到本地PN码与信号PN码之间的相位差作为修正值，将得到的双通道时差修正值送往时差计算单元，时差计算单元根据两个通道帧头与时差修正值得到最終时差值，通过这种方式对时差进行修正，提高精确度。
图I为本实用新型提供的基带模块的一个实施例的结构图；图2为本实用新型提供的北斗信号接收系统的结构图；图3为本实用新型提供的科斯塔斯环的结构图；图4为本实用新型提供的时差计算单元涉及的自相关函数图；图5为本实用新型提供的滤波器基本结构图。
具体实施方式
为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。请參阅图1，本实用新型提供ー种基带模块，包括数字下变频单元、解扩单元、载波跟踪解调单元、帧同步単元、译码单元、PN码捕获跟踪单元、时差计算单元和AFC频率控制単元，所述数字下变频单元的输入端接收外部的中频数字信号，输出端与解扩单元的输入端相连接，解扩单元的输出端分别连接载波跟踪解调単元和PN码捕获跟踪单元的输入端，所述载波跟踪解调单元的输出端分别连接所述AFC频率控制単元和帧同步単元的输入端，帧同步単元的输出端分别连接译码单元和时差计算单元的输入端相连接，所述译码単元、时差计算单元的输出端与外置的ARM単元的输入端相连接，所述AFC频率控制単元与外置的射频模块相连接。在本实施例中，所述的基带模块采用的是FPGA芯片实现的。其中，各个单元的功能如下a)数字下变频单元在中频信号上乘以ー个同频载波，将中频信号转为零中频信号，送往解扩模块。b)解扩单元零中频信号与本地PN码异或得到的信号一路送往载波跟踪解调模块，另一路送往PN摘获跟踪ホ旲块。、[0020]c)PN码捕获跟踪单元对解扩后的信号进行处理，使PN码同歩，并得到双通道时差修正值送往时差计算模块。d)时差计算单元根据两个通道帧头与时差修正值得到最終时差值，送往ARM。请參阅图4，由于双通道帧头之间的时间间隔，精度只有20ns，不符合IOns的指标要求。因此为了提高时差測量精度，就必须进行修正。本领域技术人员一般采用的方式是对PN码相关值进行最小二乗法处理，得到本地PN码与信号PN码之间的相位差作为修正值，其采用方法有多种，是本领域技术人员所公知的，具体举例如下PN码自相关函数r(t)如图4，Tc为码宽，当两路PN码相位一致时,相关值达到最大值,相差超过ー个Tc时,相关值基本为零，0到Tc之间近似ー个线性关系。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取出函数的第二段;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 带入，x 为两路 PN 码的相位差，t 为变量，假设X的取值范围为-Tc/6到Tc/6，则T的取值范围为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 分别取 Tc/6，2*Tc/6，3*Tc/6，4*Tc/6，5*Tc/6，由最小误差准则可算出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码相位误差作为时差测量的修正值，可大大增加时差测量精确度。e)载波跟踪解调単元所述载波跟踪解调单元包括科斯塔斯环电路，所述科斯塔斯环电路包括鉴相器，环路滤波器和数字控制振荡器，所述鉴相器与所述环路滤波器相连接，所述数字控制振荡器与所述鉴相器相连接，并与所述环路滤波器相连接。请參阅图3，由于BPSK解调存在180°相位模糊，容易造成环路不稳定，为了提高载波跟踪的稳定度和精确度，采用ニ阶科斯塔斯环。其中，各个功能模块的功能以及处理方法如下，所述的模块的功能及实现方法为本领域技术人员所熟悉的，而本实用新型主要是对科斯塔斯环的结构做出改进。鉴相器U1 (t) = Al* O (t)—小(t)), Al为鉴相增益,单位为V/rado环路滤波器U2(S) = F (S) *U1 (S)，U2 (S)，Ul (S)分别是 U2 (t)，Ul (t)的拉普拉斯变换，F(S)是环路滤波器的系统函数。数字控制振荡器(NCO) : (Mt)=ア(A2*U2 (t) +小0) dt，小0为NCO固有振荡频率，A2为NCO灵敏度，单位为rad/ (s*V)，由此可得开环传递函数为Ho (S) = Al A2F (S) /S，闭环传递函数为H(S) = Ho(S)/(l+Ho(S)) =Al A2F(S)/(S+A1 A2F⑶)。请參阅图5，一般说来环路滤波器采用理想积分滤波器，系统函数F (S) = (1+S T I) / (S T 2),[0052]代入系统函数得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，这两个系数关系到环路的性能。以上是在模拟电路中分析得来的，要在数字电路中实现，就要对环路滤波器系统函数做双线性变换，把拉普拉斯变换转成Z变换，S = (2* (1-z-l)) / (T* (1+z-l))，T 为采样周期，代入F⑶得 F(z) = a + > / (1-z-l),其中a = T 2/ T I-T/ x I, = T/ t I。要确定这样环路參数就有a，0，Al，A2。鉴相器与NCO确定后，Al，A2也就确定了。一般说来在通信系统中(取0.707，再根据我们这个系统的实际要求取快捕带Acoc=2 4 wn = 2500Hz = 15700rad/s，由此可算出 a = 355，^ = 0. 058，为了 FPGA 实现方便取a = 256，^ = 0.03125，滤波器框图如下图6所示。 f) AFC频率控制单元根据AFC控制字得到AFC电压，对射频本振频率进行微调。g)帧同步単元对13bit巴克码帧头进行识别判決，从而确定帧头，送往时差计算模块与译码模块。h)译码单元对于卷积码采用viterbi译码，把译码之后的数据送往ARM。请參阅图2，本实用新型还提供一种北斗信号接收系统，包括天线、低噪放模块、射频下变频模块、AD模块和基带模块，所述天线、低噪放模块、射频下变频模块、AD模块和基带模块顺序连接。在一实施例中，所述基带模块包括数字下变频单元、解扩单元、载波跟踪解调单元、巾贞同步单元、译码单元、PN码捕获跟踪单元、时差计算单元和AFC频率控制单元,所述数字下变频单元的输入端接收外部的中频数字信号，输出端与解扩单元的输入端相连接，解扩单元的输出端分别连接载波跟踪解调単元和PN码捕获跟踪单元的输入端，所述载波跟踪解调単元的输出端分别连接所述AFC频率控制単元和帧同步単元的输入端，帧同步単元的输出端分别连接译码单元和时差计算单元的输入端相连接，所述译码単元、时差计算单元的输出端与外置的ARM単元的输入端相连接，所述AFC频率控制単元与外置的射频模块相连接。在一实施例中，所述载波跟踪解调单元包括科斯塔斯环电路，所述科斯塔斯环电路包括鉴相器，环路滤波器和数字控制振荡器，所述鉴相器与所述环路滤波器相连接，所述数字控制振荡器与所述鉴相器相连接，并与所述环路滤波器相连接。所述北斗信号接收系统的基带模块，其特征已经在上述内容描述过，这里不做赘述。以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
权利要求1.ー种基带模块，其特征在于包括数字下变频单元、解扩单元、载波跟踪解调単元、中贞同步单元、译码单元、PN码捕获跟踪单元、时差计算单元和AFC频率控制单元,所述数字下变频单元的输入端接收外部的中频数字信号，输出端与解扩单元的输入端相连接，解扩単元的输出端分别连接载波跟踪解调単元和PN码捕获跟踪单元的输入端，所述载波跟踪解调单元的输出端分别连接所述AFC频率控制単元和帧同步単元的输入端，帧同步単元的输出端分别连接译码单元和时差计算单元的输入端相连接，所述译码単元、时差计算单元的输出端与外置的ARM単元的输入端相连接，所述AFC频率控制単元与外置的射频模块相连接。
2.根据权利要求I所述的基带模块，其特征在于所述载波跟踪解调单元包括科斯塔斯环电路，所述科斯塔斯环电路包括鉴相器，环路滤波器和数字控制振荡器，所述鉴相器与所述环路滤波器相连接，所述数字控制振荡器与所述鉴相器相连接，并与所述环路滤波器相连接。
3.一种北斗信号接收系统，其特征在于包括天线、低噪放模块、射频下变频模块、AD模块和基带模块，所述天线、低噪放模块、射频下变频模块、AD模块和基带模块顺序连接，所述基带模块包括数字下变频单元、解扩单元、载波跟踪解调単元、帧同步単元、译码单元、PN码捕获跟踪单元、时差计算单元和AFC频率控制単元，所述数字下变频单元的输入端接收外部的中频数字信号，输出端与解扩单元的输入端相连接，解扩单元的输出端分别连接载波跟踪解调单元和PN码捕获跟踪单元的输入端，所述载波跟踪解调单元的输出端分别连接所述AFC频率控制単元和帧同步単元的输入端，帧同步単元的输出端分别连接译码单元和时差计算单元的输入端相连接，所述译码単元、时差计算单元的输出端与外置的ARM单元的输入端相连接，所述AFC频率控制単元与外置的射频模块相连接。
4.根据权利要求3所述的北斗信号接收系统，其特征在于所述载波跟踪解调单元包括科斯塔斯环电路，所述科斯塔斯环电路包括鉴相器，环路滤波器和数字控制振荡器，所述鉴相器与所述环路滤波器相连接，所述数字控制振荡器与所述鉴相器相连接，并与所述环路滤波器相连接。
专利摘要本实用新型提供一种基带模块和北斗信号接收系统，所述基带模块包括数字下变频单元、解扩单元、载波跟踪解调单元、帧同步单元、译码单元、PN码捕获跟踪单元、时差计算单元和AFC频率控制单元，所述数字下变频单元的输入端接收外部的中频数字信号，输出端与解扩单元的输入端相连接，解扩单元的输出端分别连接载波跟踪解调单元和PN码捕获跟踪单元的输入端，所述载波跟踪解调单元的输出端分别连接所述AFC频率控制单元和帧同步单元的输入端，帧同步单元的输出端分别连接译码单元和时差计算单元的输入端相连接，所述译码单元、时差计算单元的输出端与外置的ARM单元的输入端相连接，所述AFC频率控制单元与外置的射频模块相连接。
文档编号G01S19/13GK202393914SQ20112045280
公开日2012年8月22日 申请日期2011年11月15日 优先权日2011年11月15日
发明者曾兴荣, 陈孟锬, 陈秀平 申请人:福建星海通信科技有限公司