(57)【要約】      （修正有）【課題】簡単で且つ経済的な構成の多帯域ＧＮＳＳ受信機を提供する。【解決手段】単一のチップ（４５）と少数の外部構成部分とで構成されているＧＮＳＳ信号（ＧＰＳ、Ｇａｌｉｌｅｏ、Ｇｌｏｎａｓｓ）用無線周波数受信機（４０）に、各々が別個の中間周波数段と基底帯域周波数逓降変換器（１６０）とを含む一群の独立している信号経路（１８０ａ−１８０ｃ）がある。外部中間周波数フィルタの選択によって各信号経路が特定の中間周波数帯域に同調されている。中間周波数への変換は共通の局部搬送波発生器（１０２）を必要とする。【選択図】図２
2007159106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
航法衛星用受信機（４０）であって、
搬送波周波数及び帯域幅と関連づけられている決められた衛星無線信号（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ５、ＧＬ１、ＧＬ２、Ｅ６、Ｅ５ｂ）の受信に各信号経路が適合されている複数の信号経路（１８０ａ−１８０ｃ）と、
共通の局部搬送波信号（ＲＦ−ＬＯ）を前記受信機に供給するための局部搬送波源（１０２）とを具備しており、
各信号経路（１８０ａ−１８０ｃ）が、
前記衛星無線信号が中間周波数信号への変換のために前記局部搬送波源（１０２）の前記信号（ＲＦ−ＬＯ）と結合される第一の周波数逓降変換段（１０９）と、
前記中間信号が低周波数信号へ、例えば基底帯域信号（Ｉ、Ｑ）へ、変換される第二の周波数逓降変換段（１６０）とを具備する、受信機（４０）。
【請求項２】
各信号経路（１８０ａ、１８０ｃ）が少なくとも一つの中間周波数増幅器（１１６、１２０）を更に具備しており、この中間周波数増幅器（１１６、１２０）と前記信号経路の前記第一（１０９）及び第二（１６０）の周波数逓降変換段とがモノリシック集積回路（４５）に存する、請求項１に記載の受信機（４０）。
【請求項３】
前記衛星無線信号（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ５、ＧＬ１、ＧＬ２、Ｅ６、Ｅ５ｂ）用の無線周波数フィルタ（１０６ａ−１０６ｃ）及び／または前記中間周波数信号用の中間周波数フィルタ（１１０ａ−１１０ｃ、１１２ａ−１１２ｃ）を前記信号経路が更に具備する、請求項２に記載の受信機（４０）。
【請求項４】
前記無線周波数フィルタ（１０６ａ−１０６ｃ）及び／または前記中間周波数フィルタ（１１０ａ−１１０ｃ、１１２ａ−１１２ｃ）が前記集積回路（４５）の外部にある、請求項３に記載の受信機（４０）。
【請求項５】
前記衛星無線信号（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ５、ＧＬ１、ＧＬ２、Ｅ６、Ｅ５ｂ）を含む周波数範囲の中点に前記局部搬送波信号（ＲＦ−ＬＯ）の周波数が選択されている、請求項１に記載の受信機（４０）。
【請求項６】
前記無線信号フィルタ（１０６ａ−１０６ｃ）及び／または前記中間周波数フィルタ（１１０ａ−１１０ｃ、１１２ａ−１１２ｃ）を特定の寸法に合わせて作ることによって特定の衛星無線信号（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ５、ＧＬ１、ＧＬ２、Ｅ６、Ｅ５ｂ）に各信号経路（１８０ａ−１８０ｃ）を同調させることができる、請求項３に記載の受信機（４０）。
【請求項７】
他の信号経路の前記中間周波数段とは異なる中間周波数に同調されている中間周波数段が各信号経路（１８０ａ−１８０ｃ）にあるという事実を特徴とする、請求項１に記載の受信機（４０）。
【請求項８】
前記無線周波数チップ（４５）の外部の数値構成部分を選択することによって各信号経路（１８０ａ−１８０ｃ）の各中間周波数段が決められた中間周波数帯域に同調されている、請求項１に記載の受信機（４０）。
【請求項９】
無線周波数処理半導体チップ（４５）であって、
搬送波周波数及び帯域幅と関連づけられている決められた衛星無線信号（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ５、ＧＬ１、ＧＬ２、Ｅ６、Ｅ５ｂ）の受信に各信号経路が適合されている複数の信号経路（１８０ａ−１８０ｃ）と、
前記衛星無線信号が中間周波数信号へ変換される第一の周波数逓降変換段（１０９）と、
前記中間信号が低周波数信号へ、例えば一対の基底帯域直角位相信号（Ｉ、Ｑ）へ、変換される第二の周波数逓降変換段（１６０）とを具備しており、
外部構成部分（１０６ａ−ｃ、１１０ａ−ｃ、１１２ａ−ｃ）を接続することのできる外部構成部分接続ピンが各信号経路毎にあり、前記外部構成部分（１０６ａ−ｃ、１１０ａ−ｃ、１１２ａ−ｃ）の選択に各信号経路の周波数応答が依存していることを特徴とする、無線周波数処理半導体チップ（４５）。
【請求項１０】
共通の局部搬送波信号（ＲＦ−ＬＯ）を受信機へ供給するための局部搬送波源（１０２）と、各信号経路（１８０ａ、１８０ｃ）中の中間周波数段とを具備しており、各信号経路（１８０ａ、１８０ｃ）の各中間周波数段中に同調フィルタ（１０６ａ−ｃ、１１０ａ−ｃ、１１２ａ−ｃ）を挿入し、それによって決められた中間周波数帯域に各中間周波数段が同調される様に、前記外部構成部分接続ピンが構成されている、請求項９に記載の無線周波数処理半導体チップ（４５）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）用の多帯域受信機に関するものである。もっと具体的に言うと、本発明は、例えばＧＰＳ群、Ｇａｌｉｌｅｏ群及びＧＬＯＮＡＳＳ群からの衛星の様な異なる特性及び異なる周波数帯域を有する異なるＧＮＳＳ源から同時に受信することのできる集積無線周波数処理装置を含んでいる。
【背景技術】
【０００２】
全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）は、米国によって運用されている全地球測位システム（ＧＰＳ）、ロシア連邦によって運用されている全地球周回航法衛星システム（ＧＬＯＮＡＳＳ）、及び欧州連合によって作られることになっている計画されているＧａｌｉｌｅｏ測位システムを、総称的に含んでいる。
【０００３】
ＧＮＳＳ無線信号は、１ＧＨｚ超の無線スペクトルの一部に位置しており、地表での出力レベルが−１２０ｄＢｍ以下程度であり、一般に、測位及び航法用の受信機中で使用されている疑似ランダム符号二進系列によって変調されている直接系列拡散スペクトル信号である。ＧＰＳ信号の信号構造は、例えば、本出願人の名義の国際特許出願ＷＯ０５００３８０７号中に記載されており、この出願が参照によって本明細書中に組み入れられている。
【特許文献１】国際特許出願ＷＯ０５００３８０７号明細書
【０００４】
ＧＰＳ（全地球測位システム）、ＧＬＯＮＡＳＳまたはＧａｌｉｌｅｏの様な衛星無線位置特定システムは、一群の周回衛星から放送される無線信号の受信に依存しており、受信機からその受信された衛星の各々までの間隔つまり距離を決定するためにこれらの信号中に含まれている情報を使用している。衛星の軌道が知られているので、絶対時刻とＧＰＳ受信機の位置とを幾何学的に決定することができる。
【０００５】
本発明の文脈中では、『受信機』という用語や『ＧＰＳ受信機』という用語は、完全な自己充足的な受信機装置だけでなく、複合物中に含まれているモジュール、例えば携帯電話、自動車警報装置、ＰＤＡ（携帯情報端末）等の中のＧＰＳモジュール、を意味することもある。上記の用語は、適切なバス、例えばＧＰＳ  ＰＣ−カード、によってホスト装置と接続されることがある差し込み可能モジュールを指すこともある。
【０００６】
『受信機』という用語や『ＧＰＳ受信機』という用語は、本発明の文脈中では、上記に定義されている様な完全なＧＰＳ受信機または完全なＧＰＳモジュールを実現する様に構成されている一つ以上の集積回路をも含むと理解されるべきである。
【０００７】
ＧＮＳＳ中の衛星システムの各々には異なる信号搬送波周波数があり、ＧＰＳ衛星は現在のところＬ１帯域及びＬ２帯域を使用していてＬ５帯域の拡張を予定しているが、Ｌ１信号の受信は基本的な機能を提供するのに十分である。ＧａｌｉｌｅｏはＬ１帯域、Ｅ１帯域、Ｅ２帯域、Ｅ５帯域及びＥ６帯域中の異なる搬送波を予定している（表１を参照）。ＧＬＯＮＡＳＳ信号も帯域Ｌ１及び帯域Ｌ２に位置している。これらの周波数の各々は特有に設計された無線周波数受信回路を必要とする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
Ｇａｌｉｌｅｏシステムが完全に作動すれば、将来の受信機はいつでも見える衛星の数を増加させることができるかもしれず、高緯度におけるサービス区域が改善されるであろう。しかし、このことを利用するためには、将来の受信機は総ての周波数帯域かまたは少なくとも幾つかの周波数帯域から来る信号を扱うことができなければならないであろう。
【０００９】
簡単で且つ経済的な構成の多帯域ＧＮＳＳ受信機を提供することが、本発明の目的である。
【００１０】
選択された組のＧＮＳＳ帯域中で信号を受信する様に容易に適合させることのできる多帯域ＧＮＳＳ受信機を提供することが、本発明の更なる目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によると、これらの目的は、請求項１の特徴の組合せ、好ましくは従属請求項によって導入されている任意的な特徴、を具備するＧＮＳＳ受信機によって達成される。
【００１２】
本発明は、実施例として与えられており且つ図面によって図解されている実施形態の記載の助けによって一層十分に理解される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、異なるＧＮＳＳ衛星から放射される無線信号と結合することを可能にする一つ以上のアンテナ３０を含む総称的ＧＮＳＳ装置１０の配置を概略的に示している。
【００１４】
図１によると、本発明の無線位置特定装置１０は無線周波数受信機または無線周波数モジュール４０を含んでおり、その機能は、更に詳細に述べられるであろうが、アンテナ３０によって無線位置特定衛星から受信される信号を処理することである。無線周波数回路は、単一または複数の変換ヘテロダイン無線受信機を含んでおり、アナログもしくはデジタルの基底帯域信号の様な低周波数の航法信号、または低−中間周波数信号、例えば４．０９２ＭＨｚの低−中間周波数信号を、その出力４７に供給する。
【００１５】
受信された衛星群の変調体系によって、出力４５はその信号の幾つかの角度成分を含む。ＧＰＳの場合には、例えば、９０°だけ偏移されている二つの成分が、必要であって、従来からＩ（同相）成分及びＱ（直角位相）成分と呼ばれている。その他の変調体系、例えばＧＡＬＩＬＥＯシステム用に提案されている変調は、二よりも多い角度成分を必要とする。
【００１６】
無線周波数モジュール４０は、無線位置特定装置１０用の安定な時刻基準、例えば３２．７３４ＭＨｚの時刻基準、を供給する主時刻基準発生器５５に接続されている。時刻基準発生器５５はＧＰＳ信号の捕捉及び追尾を可能にするために比較的正確で且つ安定していなければならず、この時刻基準発生器５５は通常は高品質な温度補償された水晶発振器つまりＴＣＸＯを含んでいる。
【００１７】
無線周波数モジュール４０の出力４７は疑似距離エンジン５０とも呼ばれている信号処理装置５０へ送り込まれ、この信号処理装置５０は今度は無線周波数回路４０へ制御命令４６を供給する。疑似距離エンジン５０の機能は、受信された各衛星毎に、受信信号に正確に時刻合わせされている変調符号（商用ＧＰＳ受信機の場合にはＣ／Ａコード（粗捕捉符号））の局部複製を発生させることによって、衛星から受信された信号を復元することである。疑似距離エンジン５０によって発生された符号偏移つまり疑似距離７７は航法エンジン６０へ送られ、この航法エンジン６０は位置決定座標及び時間座標ｘ、ｙ、ｚ、ｔを計算する。航法エンジンは適切な探索命令７８によって疑似距離エンジン２０の操縦も行う。位置決定は通常は反復カルマンフィルタによって得られ、満足な解が見つかるまで航法エンジンは幾つかの符号期間を通して疑似距離データ７７を追跡する必要があるかもしれない。
【００１８】
疑似距離エンジン５０及び無線周波数モジュール４０は、二つの別個の集積回路としてまたは単一の共通の集積回路として実現されていることが好ましい。
【００１９】
本発明の好ましい変形では、航法エンジン６０はホストシステム１００の一部であり、このホストシステム１００は応用航法ソフトウェア７０及び使用者との相互作用のための適切な周辺機器８０をも含んでいる。本発明の無線位置特定装置１０は、この場合、例えば、携帯電話、ＰＤＡ、ゲーム機、パーソナルコンピュータまたはその他の任意の適切なホスト装置用の拡張カードまたは拡張モジュールの形態での、ホストシステムの拡張である。しかし、本発明は、航法エンジン、応用ソフトウェア及び周辺機器並びに無線周波数モジュール及び疑似距離エンジンを組み入れている独立型装置をも含んでいる。
【００２０】
多規格ＧＮＳＳ無線位置特定装置の場合には、受信された衛星は、幾つかの衛星群、例えばＧＰＳ群、Ｇａｌｉｌｅｏ群、またはＧＬＯＮＡＳＳ群、に属していて、幾つかの無線帯域内で送るかもしれない。下記の表１は、主な現存する無線ＧＮＳＳ信号及び計画されている無線ＧＮＳＳ信号と、夫々の周波数中心及び帯域幅との、一覧表である。
【表１】
2007159106.tif 000003
【００２１】
無線位置特定のためにＧＰＳ  Ｌ１信号しか使用しない多くの商用ＧＰＳ装置とは違って、本発明のＧＮＳＳ装置は、ＧＰＳ信号とＧａｌｉｌｅｏ信号とに対処することができる様に、幾つかの異なる帯域内の、例えばＬ１帯域、Ｌ２帯域、及びＬ５／Ｅ５帯域内の、ＧＮＳＳ測位信号を受信及び処理することができる。受信機４０はその製造後に所望のＧＮＳＳ信号で同調可能であることが好ましい。
【００２２】
ＧＮＳＳ信号の周波数帯域は、部分的に重なっており、図３の周波数図に示されている。下記の表２中に示されている様に、同じ周波数帯域かまたは近くの周波数帯域は色々な種類の妨害源信号によっても占領されている。
【表２】
2007159106.tif 000004
【００２３】
ＤＡＢ、ＰＤＣ及び種々の無線通信規格に由来する最も関連のある妨害源信号は、図３中のハッチングを付された矩形によっても示されている。
【００２４】
携帯電話信号は携帯電話内の搭載ＧＮＳＳ受信機にとって特に強い妨害源であり、例えば、これらのシステムでは携帯電話源とＧＮＳＳ受信機とが同じ基板上で同時に作動していなければならない。衛星の通信システムからの強い妨害信号にＧＮＳＳ受信機が曝される衛星搭載アプリケーションで、同じ問題が発生する。その他の知られている妨害源は、レーダーと、電子レンジと、ＵＨＦテレビ信号の高調波である。
【００２５】
ＧＮＳＳ受信機４０の構成が、図２のブロック図中に図解されている。単一のモノリシック無線周波数チップ４５と少数の外部構成部分とに存することが好ましいこの受信機４０は一群の独立している信号経路１８０ａ、１８０ｂ、１８０ｃを含んでおり、これらの信号経路の各々はＧＮＳＳ信号の決められた帯域の処理に専用である。一つの経路を例えばＬ１帯域専用にし、一つをＬ２帯域専用にし、一つをＬ５帯域及びＥ５帯域専用にすることができる。この配置は、総てのＧＰＳ信号と最も重要なＧａｌｉｌｅｏ信号とを含むことを可能にするであろう。しかし、その他の組み合わせが、可能であって、本発明の範囲に含まれている。独立している信号経路の数は三に限定されず、本発明は二、四または任意の数の独立している信号経路を有するＧＮＳＳ受信機及び装置をも含んでいる。
【００２６】
各信号経路は、例えば特定の信号周波数及び帯域幅に同調されている非励振アンテナにすることができる、独立している外部アンテナ３１ａ、３１ｂ、３１ｃに接続されていることが好ましい。しかし、費用及び簡単さのために、もっと少ない数のアンテナかまたは共通の広帯域のアンテナを使用してもよい。最高の感度が必要な何らかの応用では、低雑音増幅器を含む能動アンテナに非励振アンテナを取り替えることができる。
【００２７】
受信機は、チップ４５の各信号経路に、低雑音Ｌ−帯域増幅器１０５と同調無線周波数フィルタ１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃとを含んでいることが好ましい。無線周波数フィルタ１０６ａ、１０６ｂ及び１０６ｃは、チップ４５の外部の帯域通過ＳＡＷフィルタであることが好ましく、所望の周波数帯域に従って選択することができる。
【００２８】
低雑音増幅器１０５は、無線周波数チップ４５内に実現されており且つＳｉＧｅトランジスタ系であることが好ましい。代替手段として、内部低雑音増幅器１０５を外部ＧａＡｓ低雑音増幅器に取り替えることができる。
【００２９】
何らかの応用では、共通のアンテナと、幾つかのチャンネル用の、例えば隣接するＬ２チャンネル及びＬ５チャンネル用の、低雑音増幅器とを、使用することが望ましいかもしれない。その様な場合には、適切な回線コネクタとＳＡＷフィルタとを介して、単一の低雑音増幅器の出力をチップ４５の二つの信号経路に接続することができる。
【００３０】
総ての到来無線信号が、混合器１０９によって、同じ周波数領域の、例えば１５０−２５０ＭＨｚの領域の、中間周波数信号へ変換される。単一の局部発振器１０２が、総ての受信されたＵＨＦ信号を変換するために使用される無線周波数局部発振器信号ＲＦ−ＬＯを供給する。この実施例では、局部発振器１０２は、ＰＬＬ回路４８とループフィルタ４７とを介して主クロック５５に同期されている電圧制御発振器に存する。この場合、必ずしもではないが、ループフィルタ４７は無線周波数受信機チップ４５の外部にある。図２中に示されている混合器は、より高い線形性及びより好ましい雑音指数という利点を有する平衡差動混合器である。
【００３１】
局部発振器１０２の周波数は、考えられる総てのＧＮＳＳ信号を含む周波数範囲の中点に、実際にはＬ１帯域とＬ５帯域との中程に、置かれていることが有利である。例えば図３中に示されている様に１４２４ＭＨｚにＲＦ−ＬＯ周波数を固定することができる。
【００３２】
中間周波数帯域幅ＩＦＢに存する中間周波数信号へ総てのＧＮＳＳ周波数が変換され、より低いかまたはより高い周波数の信号へ妨害源が変換されて除去されることを、この選択が確実にする。
【００３３】
中間周波数信号は、中間周波数増幅器１１６、１２０によって増幅されることが好ましい。この実施例では、この特徴が本発明の限定であるとは考えられなくても、二つの中間周波数利得段が予定されている。自動利得制御機能を実現するために疑似距離エンジン５０によって連続的な方法で外部から制御される可変利得増幅器１２０を、第二段が含んでいる。本発明の変形では、総ての中間周波数段の利得を同時に調節することができる。更なるより簡単な変形では、利得段のスイッチを入れたり切ったりすることによって、所望の利得変動を得ることができる。
【００３４】
無線周波数チップ４５内に含まれている中間周波数増幅器の帯域幅は、総ての所望の中間周波数、例えば１５０−２５０ＭＨｚ、を含むのに十分である。しかし、外部中間周波数フィルタ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ及び１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃを特定の寸法に合わせて作ることによって、特定の周波数と信号帯域幅とに各信号経路を同調させることができる。
【００３５】
中間周波数フィルタ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ及び１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃは、図３中に簡単なＲＣセルとして示されている。しかし、実際には適切でなくても、この実現は本発明の限定的特徴ではなく、示されていない変形では、もっと複雑なＬＣ回路によってかまたはＳＡＷ装置を含むフィルタによって、中間周波数フィルタが取り替えられてよい。
【００３６】
総ての中間周波数増幅器は同じ型であり且つ中間周波数フィルタは非常に似通っているので、チャンネル間の良好な位相コヒーレンスが達成されている。
【００３７】
有用な周波数帯域の両極端であるＬ１とＬ２／Ｌ５との中程に局部発振器周波数ＲＦ−ＬＯを置くことによって、強い妨害源が存在しない同じＬ１及びＬ２／Ｌ５帯域に中間周波数段内の映像周波数も入り、その結果、映像信号の抑制を簡単にする。中間周波数フィルタ１０６ａ−１０６ｃはこれらの映像信号の除去に有用である。
【００３８】
各信号経路１８０ａ−１８０ｃ毎に、一対の直角位相基底帯域アナログ信号Ｉ及びＱを各信号毎に供給する直角位相周波数逓降変換器１６０内で、第二の周波数変換が行われる。各周波数逓降変換器１０６は、基底帯域への変換のために第二の局部発振器４３を使用する。
【００３９】
示されている実施例がアナログ基底帯域出力の受信機４０に関係していても、これは、デジタル出力の受信機をも含んでおり無線周波数チップ４５上のＡ／Ｄ変換器のバンクと中間周波数信号よりも低周波数で且つデジタルまたはアナログ種類の低−中間周波数出力の受信機とを含んでいることが好ましい本発明の限定的特徴ではない。
【００４０】
局部発振器４３は集積回路４５上に実現されていることが好ましい。しかし、本発明は、局部発振器が中間周波数チップ４５の完全に外部にある場合と、中間周波数チップ４５の外部の構成部分、例えば外部タンクインダクタまたは外部タンク回路、を局部発振器が含む中間的な場合とを、含んでいる。
【００４１】
局部発振器４３は、ＰＬＬ４９及びループフィルタ４２によって主クロック信号５５に同期されている。この局部発振器の周波数は基底帯域への変換のために中間周波数信号の中心周波数に等しくなければならず、この中心周波数はプログラマブルＩ／Ｑ分周器４４によって得られる。
【００４２】
各信号経路の各中間周波数段を他の信号経路の中間周波数帯域とは異なる個々の中間周波数帯域に同調させるために、無線周波数フィルタ１０６ａ−１０６ｃや中間周波数フィルタ１１０ａ−１１０ｃ及び１１２ａ−１１２ｃの様な外部構成部分を選択することによって、異なる信号用に各信号経路を容易に構成することができるという点で、受信機４０は極めて適応性がある。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】ＧＮＳＳ無線位置特定装置の構造の概略図である。
【図２】本発明に従う無線周波数受信機の概略図である。
【図３】関連するＧＮＳＳ無線チャンネルと幾つかの最も重要な妨害源信号との周波数配置図である。
【図１】
2007159106.tif 000005
【図２】
2007159106.tif 000006
【図３】
2007159106.tif 000007
【外国語明細書】
1  Title of Invention
Multiband GNSS receiver
2  Detailed Description of Invention
Field of the invention
The present invention concerns a multiband receiver for global
navigation satellite systems (GNSS). More specifically the present invention
includes an integrated radiofrequency processor which is able to simultaneously
receive from Different GNSS sources having different characteristics and
different frequency bands, like for example satellites from the GPS, Galileo
and GLONASS constellations.
Background of the invention and description of relate art
The Global Navigation Satellite Systems (GNSS) generically include
the General Positioning System (GPS), operated by the United States, the Global
Orbiting Navigation Satellite System (GLONASS) operated by the Russian
Federation and the projected Galileo positioning system, to be built by the
European Union,
GNSS radio signals are located in the portion of the radio spectrum
above 1 GHz, have power level, at ground, of the order of -120 dBm or less and
are generally direct-sequence spread-spectrum signals modulated by
pseudo-random code binary sequences, which are used in the receiver for
positioning and navigation. The signal structure of GPS signals is described,
for example, in international patent application WO05003807, in the name of the
applicant, which is hereby incorporated by reference.
Satellite radiolocalization systems, such as GPS (Global Positioning
System), GLONASS or Galileo rely on the reception of radio signals broadcast
from a number of orbiting satellites and use the information contained in these
signals to determine the distances, or ranges, from the receiver to each of the
received satellites. The orbits of the satellites being known, absolute time
and the location of the GPS receiver can then be determined geometrically.
In the context of the present invention the terms
"receiver" and "GPS receiver" can designate a complete
self-contained receiver device, but also a module, included in a complex
entity, for example a GPS module in a cellular phone, a car alarm, a PDA
(Portable Digital Assistant) and so forth. The terms above may also indicate a
pluggable module, which may be connected with a hosting device by means of an
appropriate bus, for example a GPS PC-card.
The terms "receiver" and "GPS receiver" should
also be understood, in the context of the present invention, as including one
of more integrated circuits, arranged to realize a complete GPS receiver or a
complete GPS module, as defined above.
Each of the satellite system in the GNSS has different signal carrier
frequency; GPS satellites currently use the L1 and L2 bands, with a foreseen
extension in the L5 band, but reception of the L1 signal is sufficient for
providing basic functionality. Galileo foresees different carriers in the L1,
E1, E2, E5 and E6 bands (see table 1). GLONASS signals are also located in
bands L1 and L2. Each of these frequencies requires a specifically designed RF
receiving circuit.
Once the Galileo system is fully operational, future receiver may be
able to increase the number of visible satellites at any time and the coverage
at high latitudes will be improved. To take advantage of this, however, future
receiver will have to be able to deal with signals coming from all or at least
several frequency bands.
It is an aim of the present invention to provide a multiband GNSS
receiver of simple and economical construction.
It is a further aim of the present invention to provide a multiband
GNSS receiver which can be easily adapted for receiving signal in a selected
set of GNSS bands.
Brief summary of the invention
According to the invention, these aims are achieved by means of a
GNSS receiver comprising the combination of features of claim l, preferred
optional features being introduced by the dependent claims.
The invention will be better understood with the aid of the description
of an embodiment given by way of example and illustrated by the figures.
Detailed Description of possible embodiments of the Invention
Figure l represents schematically the layout of a generic GNSS
device 10 comprising one or more antennas 30 which allow coupling with radio
signals radiated from different GNSS satellites.
According to figure l, the radiolocalization device 10 of the present
invention comprises a RF-receiver or radiofrequency module 40, whose function,
which will be discussed in detail further on, is to process the signals
received from the radiolocalization satellites by the antenna 30. The
radiofrequency circuit comprises a single- or multiple-conversion heterodyne
radio receiver and provides at his output 47 a navigation signal of low
frequency, like a baseband signal, analogue or digital, or a low-IF signal, for
example a low-IF signal at 4.092 MHz.
According to the modulation scheme of the received satellite constellation,
the output 45 will comprise several angular component of the signal. In the
case of GPS, for example, two components shifted by 90°are needed, and are
conventionally referred to as the I (In-phase) and Q (Quadrature) component.
Other modulation schemes, for example the modulation proposed for the GALILEO
system, call for more than two angular components.
The RF module 40 is connected to a main timebase generator 55,
which provides a stable timebase reference for the radiolocalization device 10,
for example a 32.734 MHz timebase. Since timebase generator 55 must be
relatively precise and stable to allow acquisition and tracking of the GPS
signal, it comprises generally a high-quality temperature compensated crystal
oscillator or TCXO.
The output 47 of the RF module 40 is fed to a signal processor 50,
also called pseudo-range engine 50 which, in turn, provides control instructions
46 to the RF circuit 40. The function of the pseudo-range engine 50 is to
de-spread the signals received from the satellites, by generating, for each
received satellite, a local replica of the modulation code (the C/A code in the
case of a commercial GPS receiver) which is precisely time-aligned with the
received signal. The code shifts, or pseudo-ranges 77, generated by the
pseudo-range engine 50 are transmitted to the navigation engine 60, which
calculates a fix for position and time coordinates x, y, z, t. The navigation
engine also steers the pseudo-range engine 20 by appropriate search
instructions 78. The positional fix is usually obtained by iterative Kalman
filters, and the navigation engine may need to follow the pseudo-range data 77
along several code periods until a satisfactory solution is found.
Preferably the pseudo-range engine 50 and the RF module 40 are
realized as two separate integrated circuits or as a single common integrated
circuit.
In a preferred variant of the invention the navigation engine 60
is part of a host system 100, which also comprises application navigation software
70 and appropriate peripherals 80 for interaction with a user. The radiolocalization
device 10 of the invention is, in this case, an extension of the host system,
for example in the form of an extension card or module for a cellular phone, a
PDA, a game console, a personal computer or any other suitable host device. The
invention comprises however also standalone apparatuses which incorporate
navigation engine, application software and peripherals together with the RF
module and pseudo-range engine.
In the case of a multi-standard GNSS radiolocalization device, the
received satellites may belong to several satellite constellations, for example
to the GPS, Galileo, or GLONASS constellations, and emit in several radio bands,
The table l below gives a list of the main existing and projected radio GNSS
signals, together with the respective center frequencies and bandwidth.
2007159106.tif 000008
In
contrast to many commercial GPS devices, which use only the GPS L1 signal for
the radiolocalization, the GNSS device of the invention is able to receive and
process GNSS positioning signal in several different bands, for example in the
L1, L2 and L5/E5 bands, in order to be able to cope with GPS and Galileo
signals. Preferably the receiver 40 can be tuned in the desired GNSS signals
after its manufacturing.
The frequency bands of the GNSS signals partially overlap and are
shown on the frequency diagram of figure 3. The same or nearby frequency bands are
also occupied by interferer signals of various nature as shown in table 2
below.
2007159106.tif 000009
The
most relevant interferer signals, deriving from DAB, PDC and various wireless
communication standards, are also represented by the hatched rectangles in
figure 3.
Cell-phone signal are particularly strong interferers for the
on-board GNSS receiver in cell-phones, for example, in these system the
cell-phone source and the GNSS receiver must be active simultaneously on the
same board. The same problem occurs in space-borne applications, in which the
GNSS receiver is exposed to a strong interfering signal from the satellite's
communication system. Other known interferers are radar, microwave ovens, and
harmonics of UHF TV signals.
The architecture of the GNSS receiver 40 is illustrated in the
block diagram of figure 2. The receiver 40, which preferably consists in a
single monolithic RF chip 45 plus a small number of external components, comprises
a number of independent signal paths 180a, 180b, 180c, each of which is
dedicated to the processing of a determined band of GNSS signals. One path
could be dedicated, for example to the L1 band, one to the L2 band and one to
the L5 and E5 bands. This allocation would allow covering all the GPS signals
and the most important Galileo signals. Other combinations are however
possible, and comprised in the scope of the present invention. The number of
independent signal paths is not restricted to three either, the invention
comprising also GNSS receiver and devices having two, four or any number of
independent signal paths.
Preferably each signal path is connected to an independent external
antenna 31a, 31b, 31c, which can be, for example passive antennas tuned to a
specific signal frequency and bandwidth. For the sake of cost and simplicity,
however, a lesser number of antennas or a common broadband antenna may also be
used. In some application, where highest sensitivity is needed, the passive
antennas can be replaced by active antennas including a low-noise amplifier.
The receiver comprises preferably, in each signal path of the chip
45, a low-noise L-band amplifier 105 and a tuned RF filter 106a, 106b, 106c. RF
filters 106a, 106b and 106c are preferably band-pass SAW filters external to
the chip 45, and can be selected according to the desired frequency bands.
Low-noise amplifiers 105 are preferably realized in the RF chip 45
and based on SiGe transistors. As an alternative, the internal LNA's 105 can be
replaced by an external GaAs LNA.
In some application it may be desirable to use a common antenna
and LNA for several channels, for example adjacent L2 and L5 channels. In such
cases the output of the single LNA can be connected via appropriate LC and SAW
filters to two signal paths of the chip 45.
All the incoming radio signals are converted by mixers 109 into intermediate
frequency signals in the same frequency region, for example in the region of
150-250 MHz. A single local oscillator 102 provides a RF local oscillator
signal RF-LO which is used to convert all the received UHF signals. In this
example the local oscillator 102 consists in a VCO which is synchronized, via
the PLL circuit 48 and the loop filter 47, with the main clock 55. 1n this
case, but not necessarily, the loop filter 47 is external to the RF receiver
chip 45. The mixers represented in figure 2 are balanced-differential mixers,
which have the advantage of a higher linearity and a more favorable noise
figure.
Advantageously, the frequency of the local oscillator 102 is placed
at the middle point of the frequency span comprising all the possible GNSS
signals; in practice midway between L1 and L5 bands. For example the RF-LO
frequency could be fixed at 1424 MHz, as shown on figure 3.
This choice ensures that all the GNSS frequencies are converted to
an intermediate frequency signal comprised in the intermediate frequency
bandwidth IFB, while the interferers are converted into signals of lower or
higher frequency, and thus rejected.
Preferably, the intermediate frequency signal is amplified by IF amplifiers
116 and 120. In this example two IF gain stages are foreseen, even if this
feature is not to be considered a limitation of the present invention. The
second stage includes variable-gain amplifiers 120, which are externally
controlled in a continuous way by the pseudo-range engine 50 to realize an AGC
function. In a variant of the invention, the gain of all the IF stages could be
regulated at the same time. In a further, simpler, variant the desired gain
variation can be obtained by switching gain stages in and out.
The bandwidth of the IF amplifier, which are included in the RF
chip 45, is sufficient to cover all desired IF frequencies, for example from
150 to 250 MHz. Each signal path, however, can be tuned to a specific frequency
and signal bandwidth by dimensioning the external IF filters 110a, 110b, 110c
and 112a, 112b, 112c.
The IF filters 110a, 110b, 110c and 112a, 112b, 112c are represented
in figure 3 as simple RC cells. This realization, even if practically
appropriate, is not however a limiting feature of the present invention and the
IF filter may be replaced, in variants non represented, by more complex LC
circuits, or by filter comprising SAW devices.
Since all IF amplifiers are of the same type and the IF filters
are very similar, good phase coherence between channels is achieved.
By placing the local oscillator frequency RF-LO midway between L1
and L2/L5, the extremes of the useful frequency bands, the image frequencies in
the IF stage will fall also in the same L1 and L2/L5 band, where no Strong Interferer
exist, thus simplifying the suppression of the image signals. The RF filters
106a-106c are useful for the rejection of these image signals.
A second frequency conversion is done, for each signal path 180a-180c,
in the quadrature down-converters 160, which provide, for each signal, a pair
of quadrature baseband analogue signals I and Q. Each down-converter 106 uses a
second local oscillator 43 for the conversion into baseband.
Even if the presented example concerns a receiver 40 with an analogue
baseband output, this is not a limiting feature of the present invention which
includes as well receivers with digital output, preferably including a bank of
A/D converters on the RF chip 45, and receivers with a low-IF output, of lower
frequency than the IF signal, of digital or analogue nature.
The local oscillators 43 are preferably realized on the integrated
circuit 45. The invention includes however also the case in which the local
oscillators are totally external to the RF chip 45, and the intermediate case
in which the local oscillator comprise components external to the RF chip 45,
for example an external tank inductor or an external tank circuit.
The local oscillators 43 are synchronized to the main clock signal
55 by PLL 49 and loop filters 42. The frequency of the local oscillator must
equal the center frequency of the IF signal for conversion into baseband, and
this is obtained by the programmable I/Q dividers 44.
The receiver 40 is extremely flexible, in that each signal path
can be easily configured for different signals, by selecting the external components,
like the RF filters 106a-106c and the IF filters 110a-110c and 112a-112c, for
tuning each intermediate frequency stage of each signal path to an individual
IF band, different from the IF band of the other signal paths.
3  Brief Description of Drawings
Fig. 1 shows, in a simplified schematic way, the structure of a
GNSS radiolocalization device.
Figure 2 depicts schematically a RF-receiver according to the
present invention.
Figure 3 illustrates the frequency allocation of the relevant GNSS
radio channels and of some of the most important interferer signals.
1.  A receiver (40) for navigation satellites comprising:
a plurality of signal paths (180a-180c), each path being adapted
for the reception of a determined satellite radio signal (L1, L2, L5, GL1, GL2,
E6, E5b) associated with a carrier frequency and a bandwidth;
a local carrier source (102) for providing a common local carrier
signal (RF-LO) to the receiver;
each signal path (180a-180c) comprising:
a first down-conversion stage (109), in which the satellite radio
signal is combined with the signal (RF-LO) of the local carrier source (102)
for conversion into an intermediate frequency signal;
a second down-conversion stage (160), in which the intermediate
signal is converted into a low-frequency signal, for example into a baseband
signal (I, Q).
2.  The receiver (40) of the preceding claim, wherein each signal path
(180a,180c) further comprises at least one intermediate frequency amplifier
(116, 120), and wherein the intermediate frequency amplifiers (116, 120) and
the first (109) and second (160) down-conversion stages of the signal paths are
comprised in a monolithic integrated circuit (45).
3.  The receiver (40) of the preceding claim, wherein the signal paths
further comprise RF-filters (106a-106c) for the satellite radio signals (L1,
L2, L5, GL1, GL2, E6, E5b) and/or intermediate-frequency filters (110a-110c,
112a-112c) for the intermediate frequency signal.
4.  The receiver (40) of the preceding claim, wherein the RF-filters
(106a-106c) and/or the intermediate-frequency filters (110a-110c, 112a-112c)
are external to the integrated circuit (45).
5.  The receiver (40) of claim l, wherein the frequency of the local
carrier signal (RF-LO) is chosen at the middle point of the frequency span
comprising the satellite radio signals (L1, L2, L5, GL1, GL2, E6, E5b).
6.  The receiver (40) of claim 3, wherein each signal path (180a-180c) can
be tuned to a specific satellite radio signals (L1, L2, L5, GL1, GL2, E6, E5b)
by dimensioning the RF-filters (106a-106c) and/or the intermediate-frequency
filters (110a-110c, 112a-112c).
7.  The receiver (40) of claim l, characterized by the fact that each
signal path (180a-180c) has a intermediate frequency stage tuned to a different
intermediate frequency than the intermediate frequency stages of the other
signal paths.
8.  The receiver (40) of claim l, wherein each intermediate frequency
stage of each signal path (180a-180c) is tuned to a determined IF band by
selecting the values components external to the RF chip (45).
9.  Radio-frequency processing semiconductor chip (45) comprising:
a plurality of signal paths (180a-180c), each path being adapted
for the reception of a determined satellite radio signal (L1, L2, L5, GL1, GL2,
E6, E5b) associated with a carrier frequency and a bandwidth;
a first down-conversion stage (109), in which the satellite radio
signal is converted into an intermediate frequency signal;
a second down-conversion stage (160), in which the intermediate
signal is converted into a low-frequency signal, for example into a pair of baseband
quadrature signals (I, Q);
characterized by having, for each signal path, external component
connection pins, to which external component (106a-c, 110a-c, 112a-c) can be
connected, the frequency response of each signal path being dependent on the
choice of the external components (106a-c, 110a-c, 112a-c).
10.  The radio-frequency processing semiconductor chip (45) of the
preceding claim, comprising a local carrier source (102) for providing a common
local carrier signal (RF-LO) to the receiver, and an intermediate frequency
stage in each signal path (180a, 180c), wherein the external component
connection pins are arranged for inserting tuned filters (106a-c, 110a-c,
112a-c) in each intermediate frequency stage of each signal path (180a, 180c),
whereby each intermediate frequency stage is tuned to a determined IF band.
1  Abstract
RF receiver (40) for GNSS signals, (GPS, Galileo, Glonass), composed
of a single chip (45) and a low number of external components, has a number of
independent signal paths (180a-180c) each including a separate IF stage and
baseband down-converter (160). Each signal path is tuned to a specific IF band
by selection of external IF filters. Conversion to IF involves a common local
carrier generator (RF-LO).
2  Representative Drawing   Fig.2
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