ПРИЕМНИК С МНОГОЧАСТОТНЫМ ДИАПАЗОНОМ
MULTI-FREQUENCY BAND RECEIVER

Модификации, в соответствии с изобретением, относятся к беспроводной передаче данных, в частности к приемнику с многочастотным диапазоном, и к способу получения сигналов с использованием приемника с многочастотным диапазоном.
Допустимые конструкции ввода или входные каскады (входной каскад: компонент первичной стороны) для приемников Глобальной Навигационной Спутниковой Системы (приемники ГНСС) предназначены для получения только одной полосы частот в каждом случае. Однако для высокоточных приемников ГНСС именно прием нескольких частотных диапазонов имеет жизненно важное значение, так как только таким образом могут, к примеру, вычитаться неточности, вызванные ионосферическими эффектами.
Отдельные частотные диапазоны с входных каскадов или внешних интерфейсов для приемников ГНСС с многочастотным диапазоном в настоящее время обрабатываются отдельно. Таким образом, для каждого диапазона частот требуются отдельные входные каскады или внешние интерфейсы. Это часто также приводит к тому, что для каждого диапазона частот необходим специальный каскад основной полосы и определенный этап осциллятора/генератора колебаний. Следовательно, требуется большое количество компонентов и соответственно много места. Таким же образом, потребление электроэнергии на стадиях входа различных частотных диапазонов в значительной мере складывается так, что зачастую имеет решающее значение, например, для мобильных спутниковых навигационных приемников, а также и во многих других областях.
Отдельный входной каскад, который является достаточно широкоподиапазонным для нескольких частотных полос или достаточно широкодиапазонным входным каскадом, очень дорого обходится и требует большого количества тока из-за высокой пропускной способности. Однако высокая пропускная способность необходима, так как полосы частот часто находятся на расстоянии друг от друга. Например, в ГНСС "Галилео", полоса Е1 примерно на 380 МГц выше диапазона частот Е5а/б. Потребуется пропускная способность порядка 430 МГц.
Обработка нескольких частотных полос только в одном широкодиапазонном входном каскаде не только сильно увеличивает потребление тока, но и предъявляет высокие требования к различным компонентам, так как компоненты должны быть рассчитаны для широкой частотной полосы.
Другие подходы используют конструкции ввода или входные каскады, которые, в соответствии с пожеланиями могут быть переключены на другие полосы частот. Однако это не дает никаких преимуществ для ионосферической коррекции, например, так как для этой цели, по крайней мере две полосы частот должны быть доступны одновременно. Таким образом, при любом применении, требующем информацию в реальном времени от нескольких частотных полос, переключаемая структура ввода, обрабатывающая различные частотные полосы одну за другой, бесполезна.
В заявке US 2007/0096980 А1 описан приемник радиочастот для ГНСС сигналов, состоящий из одного чипа и небольшого числа внешних компонентов и имеющий ряд независимых сигнальных каналов, причем каждый канал имеет отдельную фазу ПЧ (промежуточных частот) и базовый диапазон понижающих преобразователей. Каждый сигнальный канал сочетается с конкретной полосой ПЧ (промежуточных частот) в соответствии с выбором внешнего фильтра ПЧ. Гетеродинный сигнал в приемнике находится в центре всех частотных полос приемника, подлежащих обработке.
Кроме того, патент СА 2542702 А1 демонстрирует многополосный приемник для использования в системах удаленных спутников.
WO 2006/038050 А1 показывает двухчастотный приемник для сигналов, имеющих обширный спектр, входящий сигнал в процессе получения, который включает первый сигнал, имеющий центр основной/низшей частоты, и второй сигнал, имеющий центр второй частоты. Обработка осуществляется в одном канале.
Кроме того, в патенте US 6038248 демонстрируется метод и устройство для приема и преобразования сигнала, имеющего обширный спектр. И снова обработка осуществляется в одном канале.
Из WO 2008/000383 А1 известен формирователь сигналов/блок для формирования сигналов для обработки принимаемого сигнала, имеющего первую используемую частотную полосу и вторую используемую полосу частот. Обработка полос частот осуществляется в одном канале.
Кроме того, WO 01/39364 А1 демонстрирует многополосный приемник. Опять же, обработка сигналов осуществляется только в одном канале.
Кроме того, в работе Пиццарули А. и др. «Перестраиваемая и синхронизированная двухдиапазонная /двухполосная система «Галилео» /навигационный приемник с входным каскадом в 0,13 РЧКМОП» показывает перестраиваемую и синхронизированную двухдиапазонную систему «Галилео»/навигационный приемник с входным каскадом, реализуемый в 0,13 µm устройстве RFCMOS (Радио Частотном Комплементарном Металло-Оксидном Полупроводнике). Входной каскад использует только одну фиксированную систему фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) и генератор, управляемый напряжением (ГУН) с супергетеродинной структурой для преобразования с понижением двух РЧ (радиочастотных) сигналов в два сигнала ПЧ (промежуточной частоты) в диапазоне от 50 МГц до 150 МГц. Сигналы L1 и Е1 непосредственно преобразуются в канале с одним смесителем. Сигналы L2, Е6, Е5, Е5а, E5b преобразуется с понижением посредством двухступенчатого преобразования (двумя смесителями).
DE 102006029482 А1 показывает приемник и способ получения первой применимой полосы частот и второй применимой полосы частот, применимых полос частот, расположенных независимо друг от друга, и включает в себя полосно-пропускающий фильтр, предназначенный для фильтрации одного или нескольких входных сигналов. Упомянутое устройство полосно-пропускающего фильтра выполнено с возможностью / настроено для работы с комбинированным сигналом, имеющим первую применимую полосу частот и вторую применимую полосу частот, или первым сигналом полосно-пропускающего фильтра, имеющим первую применимую полосу частот, и вторым сигналом полосно-пропускающего фильтра, имеющим вторую применимую полосу частот. Приемник дополнительно содержит устройство смесителя для преобразования комбинированного сигнала или первого сигнала полосно-пропускающего фильтра и второго сигнала полосно-пропускающего фильтра с помощью гетеродинного сигнала, частота которого выбрана так, что первая применимая полоса частот и вторая применимая полоса частот являются, по крайней мере, частично, взаимно-отражающими полосами с учетом частоты гетеродинного сигнала для того, чтобы получить первый сигнал с промежуточной частотой и второй сигнал с промежуточной частотой. Кроме того, приемник имеет устройство - фильтр с промежуточной частотой для фильтрации первого сигнала с промежуточной частотой и второго сигнала с промежуточной частотой сигнала для получения первого отфильтрованного сигнала с промежуточной частотой и второго отфильтрованного сигнала с промежуточной частотой.
Кроме того, известен приемник WO 2006/085255 А1 для одновременного получения различных радиочастотных сигналов в соответствии с различными стандартами: при этом приемник включает каскад преобразования основной частоты для преобразования радиочастотного сигнала в первый сигнал промежуточной частоты и каскад преобразования второй частоты для преобразования первого сигнала промежуточной частоты во второй сигнал промежуточной частоты и включает стадию обработки для восстановления первых информационных данных первого сигнала с промежуточной частотой и вторых информационных данных второго сигнала с промежуточной частотой.
Задачей настоящего изобретения является предоставление приемника с многочастотным диапазоном для обработки сигналов более чем двух частотных полос. Упомянутый приемник требует небольшого количества деталей и имеет низкий уровень потребления тока.
Это достигается с помощью устройства, описанного в пункте 1 заявки, и способа, описанного в пункте 21 заявки.
Одна из модификаций в соответствии с изобретением представляет приемник с многочастотным диапазоном, включающий первую дорожку, адаптированную к обработке первой полосы частот и второй полосы частот, а также вторую дорожку, адаптированную к обработке третьей полосы частот. Первая полоса частот и вторая полоса частот имеют меньшее расстояние, чем первая полоса частот и третья полоса частот, и меньшее расстояние, чем вторая полоса частот и третья полоса частот. Кроме того, приемник с многочастотным диапазоном включает в себя гетеродинную фазу для обеспечения гетеродинного сигнала, имеющего такую частоту, которая располагается между средней частотой первой полосы частот и средней частотой второй полосы частот; первая дорожка включает смеситель, который поддерживается гетеродинным сигналом и вторая дорожка, имеет смеситель, который также может поддерживаться гетеродинным сигналом. Еще одной особенностью приемника с многочастотным диапазоном является каскадом основных полос частот для обработки выходных сигналов первой дорожки и второй дорожки для получения входного сигнала.
Модификации, в соответствии с изобретением, опираются на ключевую идею, что с помощью одного приемника обрабатывается более двух полос частот, количество дорожек, на которых обрабатываются различные частотные полосы значительно меньше, чем количество частотных полос для обработки, и больше, чем 1. В этом контексте, частотные полосы, имеющие небольшую протяженность, обрабатываются на разделенной дорожке, а частотные полосы, имеющие большую протяженность, обрабатываются на разных дорожках.
Таким образом, выбирается средний курс между описанными приемниками, которые имеют только одну дорожку/канал для обработки всех частотных полос и приемниками, которые имеют одну дорожку/канал для обработки каждой полосы.
Посредством ассоциации изобретения полос частот, подлежащих обработке, на отдельных или разделенных дорожках, в зависимости от соответствующей протяженности полос частот, число компонентов и, таким образом, требование к размерам может быть уменьшено, что напрямую ведет к сокращению расходов.
С другой стороны, также снижается потребление тока.
В дополнении к этому требования, предъявляемые к компонентам - при сравнении с приемником, который имеет только одну обрабатывающую дорожку для всех частотных полос, могут быть уменьшены, так как для отдельных дорожек требуются компоненты, имеющие меньшую пропускную способность, что также приводит к снижению стоимости.
Более того, за счет использования одного и того же гетеродинного сигнала на нескольких дорожках требуется ряд гетеродинов/излучателей или может быть уменьшена сложность на этапе излучения, в результате чего может быть сохранено еще больше компонентов.
В некоторых модификациях, например, будет опущено подавление зеркальной частоты из-за соответствия гетеродинного сигнала в фазе излучения полосам частот, обрабатываемым на разделенной дорожке, так как в этом случае полоса частот будет представлять зеркальную частоту другой полосы частот. Как следствие, сложность и, таким образом, количество необходимых компонентов может быть сокращено.
В некоторых других модификациях, из-за соответствия сигналов фазы излучения полосам частот, подлежащим обработке, приемник может обойтись только одной фазой излучения и только одной фазой базового диапазона, что приводит к сокращению необходимых компонентов и, следовательно, повышает эффективность в отношении пространства, стоимости и энергопотребления.
В некоторых модификациях в соответствии с изобретением, по крайней мере, две частотные полосы, обрабатываемые на разделенной дорожке, модулируются так, что при обработке сигналов, фильтр верхних частот может подавлять помехи, такие как шум 1/F или постоянное напряжение смещения.
Некоторые воплощения в соответствии с изобретением содержат комбинатор, который адаптирован для наложения сигнала на выходе первой дорожки и сигнала на выходе второй дорожки, а также для обеспечения наложенного сигнала на входе стадии основных частот. Сигнал на выходе первой дорожки и сигнал на выходе второй дорожки адаптированы таким образом, что информационные данные отдельных сигналов могут быть разделены снова, несмотря на наложение. Таким образом, приемник с многочастотным диапазоном может быть исполнен только с одной фазой основных частот.
Некоторые модификации в соответствии с изобретением позволяют одновременный прием трех частотных полос при использовании минимального количества компонентов и только одну фазу однократного излучения, или только один одночастотный синтезатор, что приводит к комбинированной, компактной и маломощной конструкции (строению).
Некоторые модификации в соответствии с изобретением относятся к входной структуре или структуре входного каскада для приемника с многочастотным диапазоном ГНСС (Глобальной навигационной спутниковой системы).
Модификации в соответствии с изобретением должны быть разъяснены ниже более подробно со ссылками на прилагаемые фигуры.
Фиг.1 показывает блок-схему приемника с многочастотным диапазоном.
Фиг.2 показана блок-схема антенны приемника с многочастотным диапазоном.
Фиг.3 представляет в схематичном виде диаграмму плотности мощности / частоты сети сигналов.
Фиг.4 представляет в схематичном виде границу между первой и второй дорожкой с одной стороны и основную полосу частот с другой стороны приемника с многочастотным диапазоном.
Фиг.5 показывает блок-схему фазы излучения приемника с многочастотным диапазоном.
Фиг.6 показывает блок-схему приемника с многочастотным диапазоном.
Фиг.7 представляет в схематичном виде диаграмму плотности мощности / частоты сети или спектральное распределение плотности мощности комплексного сигнала основной полосы частот.
Фиг.8 показывает схему работы способа приема сигналов с помощью приемника с многочастотным диапазоном.
Фиг.9 показывает блок-схему комбинатора приемника с многочастотным диапазоном.
Фиг.1 представляет блок-схему приемника с многочастотным диапазоном 100 в соответствии с модификацией изобретения. Приемник 100 включает в себя первую дорожку 110 для обработки первой полосы частот 102 и второй полосы частот 104 и вторую дорожку 120 для обработки третьей полосы частот 106. Первая полоса частот 102 и вторая полоса частот 104 имеют меньшую протяженность, чем первая полоса частот 102 и третья полоса частот 106 и меньшую протяженность, чем вторая полоса частот 104 и третья полоса частот 106. Кроме того, приемник включает в себя фазу излучения 130 для выработки гетеродинного сигнала 132. Частота гетеродинного сигнала 132 находится между центральной частотой первой полосы частот 102 и центральной частотой второй полосы частот 104. Кроме того, поскольку первая дорожка 110 и вторая дорожка 120 имеют по одному смесителю 112, 122 каждая, для смесителей 112, 122 возможно предоставление одного и того же гетеродинного сигнала 132. При этом приемник 100 включает в себя основную полосу частот 140, предназначенную для обработки выходных сигналов 114 первой дорожки 110 и выходных сигналов 124 второй дорожки 120 в целях получения входного сигнала 142.
В связи с тем, что полосы частот, имеющие небольшую протяженность, обрабатываются на одной и той же дорожке обработки сигналов, и что полосы частот, имеющих большую протяженность обрабатываются отдельно на разных дорожках обработки сигналов, необходимая пропускная способность для каждой дорожки может оставаться небольшой, что к примеру приводит к уменьшению потребления тока/энергии. Кроме того, требования, предъявляемые к компонентам - по сравнению с приемником, имеющим только один обрабатываемую дорожку для всех диапазонов частот - могут быть снижены, так как для отдельных дорожек требуются компоненты, имеющие меньшую пропускную способность, что также приводит к снижению затрат.
Кроме того, приемник 100 может быть настроен таким образом, что требуется только одна фаза излучения 130 и одна основная полоса частот 140, в силу чего снижается количество необходимых компонентов.
Фиг.2 представляет блок-схему антенны 200 приемника с многочастотным диапазоном в соответствии с модификацией изобретения. Антенна 200 включает в себя антенну 210, первое устройство вывода 220 и второе устройство вывода 230. Первое устройство вывода 220 включает фильтр первой полосы частот 222, а второе устройство вывода 230 включает в себя фильтр второй полосы частот 232. Фильтр первой полосы частот 222 настроен на диапазон частот, составляющих первую полосу частот 102 и вторую полосу частот 104, а фильтр второй полосы частот 232 настроен на диапазон частот, составляющих третью полосу частот 106. Первая полоса частот 102 и вторая полоса частот 104 не располагаются в пределах верхней и нижней граничной частоты фильтра второй полосы частот 232. Кроме того, третья полоса частот 106 не лежит в пределах верхней и нижней граничной частоты фильтра первой полосы частот 222.
Из-за описанного выше соответствия граничных частот фильтров частотных полос 222, 232, возможно сделать доступными, на выходе из первого устройства вывода 220, сигналы первой частотной полосы 102 и второй частотной полосы 104, но нельзя сделать доступными сигналы третьей частотной полосы 106. Соответственно, на выходе второго устройства вывода 230 сигналы третьей частотной полосы 106 могут быть доступными, а сигналы первой частотной полосы 102 и второй частотной полосы 104 не могут.
Фиг.3 представляет в схематичном виде диаграмму плотности мощности и частоты сети 300 сигналов, которые могут возникнуть, например, в первой частотной полосе 102 и во второй частотной полосе 104. Диаграмма 300 отображает возможный спектр частот первой частотной полосы 102 и второй частотной полосы 104, которые могут быть модулированы таким образом, что, по крайней мере, хотя бы 50%, однако предпочтительно, более чем 90% модулированной мощности каждой из обеих частотных полос находились в рамках диапазона частот, абсолютная величина которого выше, чем величина модуляции граничной частоты 330. Пунктирная линия 312 в районе первой частотной полосы 102 отмечает частоту, при которой 50% модулированной мощности первой частотной полосы 102 находится в диапазоне более высоких частот, и 50% модулированной мощности первой частотной полосы 102 находится в диапазоне низких частот. Соответственно, вторая пунктирная линия 322 в районе второй частотной полосы 104 отмечает частоту, при которой 50% модулированной мощности второй частотной полосы 104 находится в диапазоне более высоких частот и 50% модулированной мощности второй частотной полосы 104 лежит в диапазоне низких частот. Как пример, пунктирные линии отмечают значение частоты модуляции граничной частоты 330.
В некоторых модификациях изобретения, в случае наличия спектра частот, как это показано на фиг.2, фильтр верхних частот с граничными частотами, пропущенными через фильтр верхних частот, которые соответствуют модуляции граничных частот 330, может быть использован для подавления любых помех, таких как 1/F шум или смещение постоянного напряжения (ПН). Например, с помощью оригинального отбора частоты гетеродинного сигнала, который поддерживает смеситель 112 на первой дорожке 110, может быть создан частотный спектр, как это показано на фиг.3, и, соответственно, может быть использован фильтр верхних частот в описанной форме.
Фиг.4 представляет в схематичном виде границу раздела 400 между первой дорожкой 110 и второй дорожкой 120, с одной стороны, и основную полосу частот 140 с другой стороны, приемника с многочастотным диапазоном в соответствии с модификацией изобретения. Граница раздела 400 состоит из комбинатора 450, который накладывает выходной сигнал первой дорожки 110 на выходной сигнал второй дорожки 120 и обеспечивает наложение/совпадение входящего сигнала с основной полосой частот 140. Например, первая дорожка 110, вторая дорожка 120 и основная полоса частот 140 могут быть настроены в совпадающей по фазе фазе квадратуры конструкции. С этой целью, первая дорожка 110 и вторая дорожка 120 включают в себя совпадающий по фазе выход 412, 422 и один выход в фазе квадратуры 414, 424, соответственно, и основная полоса частот 140 состоит из одного совпадающего по фазе входа 442 и одного входа в фазе квадратуры 444. Комбинатор 450 накладывает сигналы совпадающего по фазе выхода 412 первой дорожки 110 с сигналами совпадающего по фазе выхода 422 второй дорожки 120, и таким образом делает наложенные сигналы доступными для основной полосы частот 140 на совпадающем по фазе входе 442. Соответственно, комбинатор 450 накладывает сигналы выхода в фазе квадратуры первой дорожки 110 на сигналы выхода в фазе квадратуры второй дорожки 120 и таким образом делает наложенные сигналы доступными для основной полосы частот 140 на входе в фазе квадратуры 444. Сигналы на выходах 412, 414 первой дорожки 110 и сигналы на выходах 422, 424 второй дорожки 120 настроены таким образом, что информацию отдельных сигналов можно снова отделить, несмотря на наложение. Это может быть достигнуто, например, в совпадающей по фазе фазе квадратуры конструкции. Кроме того, сигналы в различных диапазонах частот могут модулироваться посредством временного уплотнения (ВУ), уплотнения по частоте (ЧУ) или кодового уплотнения (КУ). Они способствуют тому, что информация различных сигналов не разделялась до цифровой части основной полосы частот 140 или цифровой части последующих компонентов.
Фиг.5 представляет блок-схему платформы излучателя 130 приемника с многочастотным диапазоном в соответствии с модификацией изобретения. Платформа излучателя 130 включает единственный генератор опорной частоты 510 и единственный генератор, управляемый напряжением (ГУН) 520, который может управляться системой ФАПЧ 522. Генератор, управляемый напряжением (ГУН) 520, производит базовый сигнал генератора, от которого может быть выработан гетеродинный сигнал 132, например, с помощью распределителя 530. Кроме того, еще один гетеродинный сигнал 542 может быть получен из базового сигнала генератора последующим распределителем 540.
Благодаря настройке частоты опорного генератора 510 и генератора, управляемого напряжением 520 на частотный диапазон частотных полос приемником с многочастотным диапазоном, приемник с многочастотным диапазоном может обходиться единственной платформой излучателя в соответствии с принципом, описанным здесь. Эта единственная платформа излучателя 130 затем может обеспечить все сигналы излучателя, которые необходимы приемнику с многочастотным диапазоном.
Фиг.6 представляет блок-схему приемника с многочастотным диапазоном 600 в соответствии с модификацией изобретения. В качестве примера, модификация показывает значения для различных частотных диапазонов, которые встречаются в ГНСС "Галилео". Первая полоса частот 102 представлена частотной полосой Е5а, вторая полоса частот 104 представлена частотной полосой E5b и третья полоса частот 106 представлена частотной полосой Е1. Однако описанный приемник с многочастотным диапазоном 600 также может быть настроен на другие полосы частот. В этой модификации ВЧ (высокочастотная) дорожка, и/или антенна 200, состоит из антенны 210, имеющей широкий диапазон, малошумящий усилитель (МШУ) 602 и фильтры частотных полос 222, 232. Для низкого общего коэффициента шума приемника, а также для снижения требования к коэффициенту шума размещенного на внешнем каскаде или входном каскаде (входной каскад: вход со стороны компонента), полезно иметь МШУ 602 непосредственно на антенне 210. За этим следуют два фильтра частотных полос 222, 232, например, El (средняя частота 1,575.42 МГц; пропускная способность 14 МГц, 3 дБ) и Е5а/b (средняя частота 1,191.795 МГц и пропускная способность 51 МГц 3 дБ).
Т.к. совместный МШУ для Е1 и Е5а/b должен быть очень широкодиапазонным, что приведет к высокому энергопотреблению, также вместо этого возможно использовать, например, МШУ 604 для Е1 и МШУ 606 для Е5а/b, соответственно.
Первая дорожка 110, или Е5 дорожка, настроена как "нуль-ПЧ" (нуль-ПЧ: нулевая промежуточная частота) структура. Гетеродин 132, имея, к примеру 1,192 МГц, помещается централизованно между частотами Е5а и E5b. Таким образом, Е5а является зеркальной частотой E5b, в пределах той же полосы диапазона. К примеру, используется в совпадающем по фазе смесителе с фазой квадратуры 112. С помощью, например, модуляции ПБСН (Переменное Бинарное Смещение Несущей) в частотном диапазоне Е5 "Галилео", вряд ли содержится какая-либо полезная мощность сигнала в рамках спектра полосы частот порядка 0 до 5 МГц, который показан на фиг.7, например. Вот почему указанные частоты фильтруются с помощью фильтра верхних частот 608 (ПТ блок, блок постоянного тока). В результате, типичные мешающие эффекты низкой ПЧ (низкой промежуточной частоты), такие как 1/f-шум и смещения ПТ (постоянный ток), например, могут быть устранены без заметного ухудшения полезного сигнала.
На второй дорожке 120, или Е1 дорожке, сигнал ВЧ (высокой частоты) изначально смешивается с помощью одной и той же частоты гетеродина 132, как и на первой дорожке 110, или Е5 дорожке, и, таким образом, преобразовывается в первую промежуточную частоту (ПЧ) около 383.42 МГц. Подавление зеркальной частоты осуществляется фильтром частотных полос Е1 232. Начиная с этой первой промежуточной частоты, или ПЧ, за основной полосой низких ПЧ в значении 13.91 МГц следует дальнейшее преобразование частоты на частоте гетеродина 542 (частота гетеродина), напр., в значении 397.33 МГц. Оба смесителя 122, 610 снова настроены на совпадающую по фазе и фазу квадратуры конструкцию.
В общей основной полосе частот, в совпадающей по фазе и фазе квадратуры ответвления дорожек Е1 и Е5 соответственно, соединяются и, к примеру, аддитивно накладываются. Например, на фиг.7 изображена комплексная основная полоса частот. За этим следует фильтр защиты от наложения спектров нижних частот 612 (защита от наложения спектров: анти-отражение) при граничной частоте 30 МГц. Впоследствии, обе дорожки зависят от усилителя с переменным коэффициентом усиления 614, и отбираются с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 616. Частота выборки АЦП может отбираться непосредственно из кварцевой частоты или из частоты опорного генератора 510.
Все необходимые частоты гетеродина 132, 542 для смесителей 112, 122, 610 дорожек Е5 и El получены из того же синтезатора частоты и/или одного и того же излучателя 130. Частота гетеродина Е5 (также упоминается как F_LO_E5 на фиг.6) соответствует первой частоте гетеродина Е1 (также упоминается как F_LO1-_E1 на фиг.6). Вторая частота гетеродина Е1 (также упоминается как F_LO2_E1 на фиг.6) составляет, к примеру, ровно одну треть первой, и таким образом может быть получены с помощью простого цифрового распределителя частоты 540. С помощью этого отбора частоты, синтезатор частоты или платформа излучателя 130 фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) 522 может быть создана простым и экономичным способом. Кроме того, можно настроить распределитель частоты таким образом, что, например, потребуются только цифровые распределители, «разделенные на два», которые легко объединяются и требуют меньше энергии.
В дополнение к уже описанным компонентам первая дорожка 110, или дорожка Е1, имеет один усилитель 618 в совпадающем по фазе ответвлении и ответвлении в фазе квадратуры соответственно, нисходя из смесителя 112 в направлении обработки сигналов. Аналогично, вторая дорожка 120, или дорожка Е1, имеет один усилитель 620, 622, в совпадающем по фазе ответвлении и ответвлении в фазе квадратуры, соответственно, восходя из каждого из двух смесителей 122, 610. Усилители 618, 620, 622 могут настраиваться как усилители, имеющие переменные величины коэффициентов усиления, например, таким образом, чтобы быть в состоянии задать уровни мощности между первой дорожкой 110 и второй дорожкой 120, например.
К тому же, основная полоса частот 140 включает в ответвлениях в совпадающем по фазе и в фазе квадратуры один буфер 624, соответственно, который нисходит из аналого-цифровых преобразователей 616 в направлении обрабатываемого сигнала.
Гетеродин 130, или синтезатор частот, обеспечивает все необходимые сигналы излучателя 132, 542. С этой целью, гетеродин 130 состоит из опорного генератора 510, который имеет частоту, например, 74.5 МГц, и чей сигнал опорного генератора 626 может быть непосредственно использован для управления аналого-цифровыми преобразователями 616 на основной полосе частот. Кроме того, опорный генератор 510 подключен к буферу 628, от которого сигнал опорного генератора передается на фазовый детектор 629, который является частью ФАПЧ 522 генератора, управляемого напряжением 520. Сигнал гетеродина генератора, управляемого напряжением (ГУН) 520, который ранее был разделен на 32 (как это показано на фиг.6 двумя распределителями 630 и 632), находится на втором входе фазового детектора 629. Ниже от фазового детектора 629 располагаются подкачивающий насос 634 и ФНЧ (синхронного детектора), 636, которые обеспечивают сигнал, которым контролируется ГУН 520. ГУН 520 обеспечивает базовый сигнал гетеродина с частотой, например, 2,384 МГц. С одной стороны, начиная с этой базовой частоты, может быть произведен первый гетеродинный сигнала 132 (F_LO_E5, F_LO_E1) с частотой, например, 1,192 МГц, "разделенным на два" распределителем 530; с другой стороны, начиная с базового сигнала гетеродина, базовые частоты гетеродина могут быть разделены на шесть (как это показано на фиг.6 двумя делителями 540, 638) в другом ответвлении, и, таким образом, можно произвести второй гетеродинный сигнал 542 (F_LO2_E1) с частотой, например, 397.33 МГц. Оба гетеродинных сигнала 132, 542 могут быть доступны благодаря гетеродину 130, или синтезатору частоты, для смесителей в совпадающей фазе и фазе квадратуры 112, 122, 610 в качестве совпадающего по фазе сигнала и в качестве сигнала, сдвинутого по фазе на 90°, например (как это показано на фиг.6 двумя фазовращателями 640, 642).
В гетеродине 130, показанном на фиг.6, или в представленном синтезаторе частоты "разделенные на 2" разделители 530, 632, 638 могут быть сохранены при использовании генератора, управляемого напряжением 520, который имеет базовую частоту, соответственно поделенную пополам. Однако это полезно только тогда, когда доступен недорогой генератор, управляемый напряжением 520 достаточного высокого качества, и когда фазовый сдвиг достигается по-разному для сдвинутого по фазе гетеродинного сигнала.
Сложный сигнал основной полосы частот, показанный на фиг.7, например, может быть разделен снова в цифровой области благодаря выполненному преобразованию, совпадающему по фазе и в фазе квадратуры. Однако дальнейшая обработка возможна также без такого разделения в случае, например, сигналов спектра прямой последовательности распространения, например, ГНСС "Галилео". Например, искомый сигнал может быть получен при помощи взаимной корреляционной функции. Наложенный сигнал здесь ведет себя, как почти белый шум с равномерным спектром. Из-за высокораспространенного фактора сигналов спектра прямой последовательности распространения, дополнительные помехи могут быть легко компенсированы.
Например, приемника с многочастотным диапазоном, как показано на фиг.6, может использоваться как приемник ГНСС "Галилео" с 3-полосной частотой.
Некоторые модификации изобретения представляют собой входную конструкцию, или конструкцию с входным каскадом, которая имеет минимальное количество компонентов для высокоточного приемника с многочастотным диапазоном ГНСС. Например, три частотные полосы приемника ГНСС "Галилео" (Е1, Е5а и E5b), таким образом, могут быть получены в одно и то же время. С соответствующим согласованием частот эта конструкция может также использоваться, например, для частотных полос других приемников ГНСС (например, "Навстар" или "Компас", например) или для одновременного приема частотных полос из различных систем. Небольшое количество необходимых компонентов делает возможным оптимальное интегрирование с малым энергопотреблением.
Последующие модификации изобретения делают возможным прием, например частотных полос Галилео Е1, Е5а, и E5b в одно и то же время. Максимально требуемая пропускная способность высоких частот может быть столь малой, как около 60 МГц. Ширина полосы модулирующих частот, отобранных в конечном счете, - ниже 30 МГц. С помощью изобретательский конфигурации синтезатора частоты или гетеродина, и ее использования, а также путем наложения трехчастотных полос в основной полосе частот расходы на приемник исходя из пространства, стоимости и мощности могут быть сведены к минимуму. Поэтому возможно весьма комплексное, оптимальное решение с низким энергопотреблением.
Некоторые модификации изобретения представляют собой входную структуру или структуру входного каскада для приемника ГНСС"Галилео" с трехчастотной полосой (Е1, Е5а и E5b) и, таким образом, требуют меньшего количества компонентов, как было бы в случае двух или трех независимых приемников.
Дальнейшие модификации изобретения требуют только один синтезатор частоты, или гетеродин, из которого могут быть легко получены все необходимые частоты. Кроме того, распределитель частоты может быть сконструирован на основе простых цифровых «разделенных на 2» устройств.
В некоторых модификациях изобретения, подавление зеркальной частоты может быть полностью отменено на обеих дорожках. На первой дорожке, или дорожке Е5, действительно используется зеркальная частота, на второй дорожке, или дорожке Е1, подавление зеркальной частоты уже обеспечивается предыдущим полосовым фильтром Е1 на антенне высокочастотной дорожки.
В последующих модификациях изобретения существенные недостатки структуры низких промежуточных частот, такие как смещение постоянного тока или 1/f-шум, могут быть исключены, например, пропусканием через фильтр высоких частот в диапазоне основной полосы частот Е5 без значительных потерь информации в применимом сигнале, так как, например, полоса "Галилео" Е5 смодулирована Переменной Бинарной Смещенной Несущей (15, 10).
Некоторые модификации изобретения могут обходиться только с одним АЦП в основной полосе частот для всех трех частотных полос, соответственно, за счет, например, дополнительного наложения дорожек в совпадающей по фазе и в фазе квадратуры.
В дальнейших модификациях изобретения усовершенствования уже позволяют, например, создание высококомплексного приемника для трех частотных полос "Галилео" Е1, Е5а и E5b, который требует лишь минимального количества компонентов, и в то же время может быть эффективным с точки зрения пространства, стоимости и энергопотребления.
Для максимально точной навигации помехи, вызванные ионосферой, например, должны быть исправлены. В этом контексте необходимо наличие, по крайней мере, двух различных частотных полос.
Фиг.7 представляет в схематичном виде диаграмму плотности мощности/частоты сети или спектра плотности мощности комплексного сигнала основной полосы частот, которые могут возникать, например, в приемнике с многочастотным диапазоном, как показано на фиг.6. В направлении снизу вверх диаграмма 700 показывает компонент в совпадающей по фазе плотности мощности и в направлении вниз она показывает компонент в фазе квадратуры плотности мощности, компонент в совпадающей по фазе первой частотной полосы 102 и второй частотной полосы 104, изображенных в виде черных участков, и компонент в совпадающей по фазе третьей частотной полосы 106, изображенной в виде отгороженных участков. Наоборот, компоненты в фазе квадратуры первой частотной полосы 102 и второй частотной полосы 104 изображены в виде отгороженных участков, а компонент в фазе квадратуры третьей частотной полосы 106 изображен в виде черного участка.
В дополнение к основному максимальному значению 712 первая частотная полоса 102 также с основным максимальным значением 712 имеет два дополнительных максимальных значения 714 с левой стороны и одно дополнительное максимальное значение 716 с правой стороны. Методом перевернутого изображения вторая частотная полоса 104 имеет близкие к основному максимальному значению 722 два дополнительных максимальных значения 724 с правой стороны и одно дополнительное максимальное значение 726 с левой стороны. В этом примере третья частотная полоса 106 имеет два основных максимальных значения 732 с тремя дополнительными максимальными значениями 734 с правой стороны и тремя дополнительными максимальными значениями 736 с левой стороны соответственно.
С помощью изобретательного отбора частоты гетеродинного сигнала 132 первая частотная полоса 102, или Е5а, в основной полосе частот приблизительно равна частоте -15.14 МГц, а вторая частотная полоса 104, или E5b, в основной полосе частот приблизительно равна частоте 15,55 МГц. Первый частотная полоса 102, или Е5а, также представлена как зеркальная частота второй частотной полосы 104, или E5b, и, следовательно, подавление зеркальной частоты не является необходимым для этих двух частотных полос. В этом примере третья частотная полоса 106, или Е1, в основной полосе частот приблизительно равна частоте - 13.913 МГц. Путем модуляции частотных полос, используя, например, временное уплотнение, уплотнение по частоте, или кодовое уплотнение, сигналы различных частотных полос могут быть легко разделены.
Фиг.8 представляет структурную схему метода 800 получения сигналов, используя приемник с многочастотным диапазоном в соответствии с модификацией изобретения. Метод 800 включает обработку 810 первой частотной полосы 102 и второй частотной полосы 104 на первой дорожке 110 и обработку 820 третьей частотной полосы 106 на второй дорожке 120, причем первая частотная полоса 102 и вторая частотная полоса 104 имеют меньшую протяженность, чем первая частотная полоса 102 и третья частотная полоса 106, и имеют меньшую протяженность, чем вторая частотная полоса 104 и третья частотная полоса 106. Кроме того, этот метод включает предоставление 830 гетеродинного сигнала 132 излучателем 130, причем гетеродинный сигнал 132 имеет частоту, которая находится между средней частотой первой частотной полосы 102 и средней частотой второй частотной полосы 104, а также гетеродинный сигнал 132 поддерживает смеситель 112 на первой дорожке 110 и смеситель 122 на второй дорожке 120. Это сопровождается обработкой 840 выходных сигналов 114, 124 первой дорожки 110 и второй дорожки 120 таким образом, чтобы получить сигнал приемника 142.
Фиг.9 представляет структурную схему комбинатора 450 приемника с многочастотным диапазоном в соответствии с модификацией изобретения. Комбинатор 450 настроен характерным образом. Соответственно, фиг.9 изображает возможную отличительную конфигурацию выходов первой дорожки 110 и второй дорожки 120. Выходы первой дорожки 110 и второй дорожки 120 имеют дифференциальные усилители 912 и 914, 922, 924 для ответвления в совпадающей по фазе I и ответвления в фазе квадратуры Q, соответственно. Каждый дифференциальный усилитель содержит выход для сигнала и обратного сигнала.
В комбинатор 450 входят схема суммирования с первым дифференциальным усилителем 944 и схема суммирования со вторым дифференциальным усилителем 948. Не инвертированный выходной сигнал в совпадающей по фазе первой дорожке 110 и не инвертированный выходной сигнал в совпадающей по фазе второй дорожке 120, каждый из которых соединен с первым входом первого дифференциального усилителя 944 через один регулируемый резистор 942 соответственно. Каждый инвертированный выходной сигнал в совпадающей по фазе первой дорожке 110 и инвертированный выходной сигнал в совпадающей по фазе второй дорожке 120 соединен со вторым входящим сигналом первого дифференциального усилителя 944 через один регулируемый резистор 942 соответственно.
Кроме того, каждый не инвертированный выходной сигнал в фазе квадратуры первой дорожки 110 и не инвертированный выходной сигнал в фазе квадратуры второй дорожки 120 соединен с первым входным сигналом второго дифференциального усилителя 948 через один регулируемый резистор 942 соответственно. Каждый инвертированный выходной сигнал первой дорожки 110 и инвертированный выходной сигнал в фазе квадратуры второй дорожки 120 соединен с вторым входным сигналом второго дифференциального усилителя 948 через один регулируемый резистор 942 соответственно.
В первом дифференциальном усилителе 944 и втором дифференциальном усилителе 948 не инвертированный выход, соответственно, подключен к инвертированному входу через резистивную обратную связь 943, 947, и инвертированный выход, соответственно, подключен к не инвертированному входу через резистивную обратную связь 945, 949.
Комбинатор 450 предназначен для обеспечения наложенного выходного сигнала в совпадающей по фазе I и наложенного выходного сигнала в фазе квадратуры Q сигналов первой дорожки 110 и сигналов второй дорожки 120.
0
1
Вообще, следует указать, что средняя частота f частотной полосы определяется как среднее геометрическое между нижней граничной частотой f и верхней граничной частотой f2 частотной полосы.
<mrow><msub><mi>f</mi><mn>0</mn></msub><mo>=</mo><msqrt><mrow><msub><mi>f</mi><mn>1</mn></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>f</mi><mn>2</mn></msub></mrow></msqrt></mrow>
Те частоты, на которые ссылаются как на граничные частоты - это такие частоты, для которых выходное значение выходной величины, такой как сила напряжения/блок питания, снизился на 3 дБ. Также может быть использовано среднее арифметическое значение.
В частности, следует отметить, что в зависимости от условий, изобретенная схема также может быть реализована в программном обеспечении. Реализация может осуществляться на цифровом носителе информации, в частности компакт-диске или CD, имеющем электронно-читаемые сигналы управления, которые могут взаимодействовать с программируемыми компьютерными системами, таким образом, что выполняется соответствующий метод. Поэтому изобретения, как правило, заключаются в программном продукте, имеющем код программы, хранящиеся на машиночитаемом носителе, когда компьютерный программный продукт используется на компьютере. Следовательно, другими словами, изобретение может быть реализовано в виде компьютерной программы, имеющей программный код для выполнения/осуществления метода, когда компьютерный программный продукт работает на компьютере.