抗4g干擾的北斗、gps多模收發(fā)一體化導(dǎo)航通信模塊的制作方法
【專利摘要】一種抗4G干擾的北斗、GPS多模收發(fā)一體化導(dǎo)航通信模塊，包括北斗一代RDSS單元、北斗二代RNSS/GPS單元、電源處理單元、連接器和金屬盒體；北斗一代RDSS單元和北斗二代RNSS/GPS單元都載在一塊PCB板上；電源處理單元為北斗一代RDSS單元和北斗二代RNSS/GPS單元供電；收發(fā)處理通道采用的是抗4G干擾射頻收發(fā)電路，包括依次連接的低噪聲放大器LNA、第一級(jí)混頻器Mixer1、第一低通濾波器LPF、第二級(jí)混頻器Mixer2、帶通濾波器BPF、可變?cè)鲆娣糯笃鱒GA和第二低通濾波器LPF；第二低通濾波器LPF的信號(hào)輸出端連接基帶處理模塊；所述第一級(jí)混頻器Mixer1輸出的射頻信號(hào)IF1OUT到第一中頻聲表面波濾波器IF1SAW，IF1SAW輸出射頻信號(hào)IF1IN到第一低通濾波器LPF的輸入端。本發(fā)明解決了4G信號(hào)對(duì)北斗一代RDSS接收干擾問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】抗4G干擾的北斗、GPS多模收發(fā)一體化導(dǎo)航通信模塊

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種北斗GPS多模收發(fā)一體化導(dǎo)航通信模塊，屬于射頻通信器件

【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)RDSS是利用地球同步衛(wèi)星為用戶提供快速定位、簡(jiǎn)短數(shù)字報(bào)文通 信和授時(shí)服務(wù)的一種全天候、區(qū)域性的衛(wèi)星定位系統(tǒng)。但北斗一代RDSS的定位系統(tǒng)存在一 定的缺陷，即它采用主動(dòng)式定位方式，使得用戶機(jī)不能自主解算出自己的坐標(biāo)值，而且用戶 容量有限，定位精度不高，易暴露用戶目標(biāo)位置等。
[0003] 北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，在導(dǎo)航原理上采用與GPS系統(tǒng)類似的被動(dòng)三維定位原 理，衛(wèi)星星座的有效范圍不是全球性的，而是區(qū)域性；可以支持用戶級(jí)以中國(guó)為中信的一定 范圍內(nèi)的自主實(shí)時(shí)三維定位。
[0004]GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已有30多年的發(fā)展歷史，技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛，在目前的衛(wèi)星導(dǎo) 航系統(tǒng)市場(chǎng)中占有主導(dǎo)地位。并且GPS屬于國(guó)外軍方控制，且GPS對(duì)不同等級(jí)用戶提供不 同精度的定位服務(wù)。
[0005] 在一些應(yīng)用領(lǐng)域，應(yīng)用終端所得到的位置信息無(wú)法及時(shí)與外部進(jìn)行共享，通信具 有一定的滯后性。北斗一代RDSS，可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)短數(shù)字報(bào)文通信的功能可以解決這一問(wèn)題。
[0006] 單一模式的定位導(dǎo)航系統(tǒng)無(wú)法全面解決上述問(wèn)題，因此如何將北斗一代RDSSdt 斗二代及GPS有效的集成起來(lái)，顯得十分必要。
[0007] 2013年4G移動(dòng)通信技術(shù)正式投入使用，進(jìn)入大范圍的信號(hào)覆蓋階段。4G信號(hào)的 頻帶為2510-2590MHZ，極其鄰近北斗RDSS的接收頻段，同時(shí)4G信號(hào)功率較大，因此對(duì)RDSS 終端造成了強(qiáng)信號(hào)干擾，經(jīng)常導(dǎo)致北斗終端無(wú)法正常工作。因此克服4G干擾問(wèn)題，使北斗 應(yīng)用能順利拓展，顯的尤為重要。
[0008] 北斗RDSS衛(wèi)星定位通信系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于漁業(yè)、地質(zhì)災(zāi)害、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，具有 定位及短報(bào)文通信的作用，其終端通過(guò)衛(wèi)星系統(tǒng)及總站，與另一終端用戶機(jī)進(jìn)行通信。然 而，在地面接收衛(wèi)星信號(hào)時(shí)會(huì)遇到各種形式的干擾，尤其是移動(dòng)通訊4G信號(hào)的干擾。4G信 號(hào)的頻帶為2510-2590MHZ，極其鄰近北斗RDSS的接收頻段，同時(shí)4G信號(hào)功率較大，因此對(duì) RDSS終端造成了強(qiáng)信號(hào)干擾，經(jīng)常導(dǎo)致北斗終端無(wú)法正常工作。
[0009] 北斗衛(wèi)星系統(tǒng)是我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的導(dǎo)航定位通信系統(tǒng)，已經(jīng)深入應(yīng)用于國(guó) 民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防安全的各個(gè)領(lǐng)域，是國(guó)家重要的基礎(chǔ)建設(shè)設(shè)施和空間信息產(chǎn)業(yè)的重大技術(shù)支 撐系統(tǒng)。國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU)將S頻段2483. 35-2500MHZ的頻段分配給無(wú)線電測(cè)定衛(wèi)星系 統(tǒng)（RDSS)，同時(shí)該頻段也可以用于衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)。北斗一代采用直接序列擴(kuò)頻通信體制，具 有一定的抗干擾能力，但落地信號(hào)功率小，因此一般的北斗用戶機(jī)容易受到其他頻率的干 擾。4G信號(hào)頻帶2510-2590MHZ接近于北斗一代頻帶，接收機(jī)射頻前端不易濾除，并且具有 較大功率，容易對(duì)北斗一代終端的造成干擾，圖1-1和1-2是4G信號(hào)對(duì)北斗一代終端定位 通信成功率的影響示意圖，測(cè)試結(jié)果表明4G信號(hào)會(huì)導(dǎo)致北斗一代終端無(wú)法正常使用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)出一種集成北斗一代RDSS、北斗二代RNSS及GPS、低功耗、 小體積的北斗GPS多模收發(fā)一體化導(dǎo)航通信模塊，以解決單模式導(dǎo)航定位模塊的不足，及 解決4G信號(hào)對(duì)一代RDSS終端的干擾問(wèn)題。
[0011] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：
[0012] 一種抗4G干擾的北斗GPS多模收發(fā)一體化導(dǎo)航通信模塊，包括北斗一代RDSS單 元、北斗二代RNSS/GPS單元、電源處理單元（電源處理單元可采用電源管理芯片實(shí)現(xiàn)）、連 接器和金屬盒體；
[0013] 北斗一代RDSS單元和北斗二代RNSS/GPS單元都載在一塊PCB板上；電源處理單 元為北斗一代RDSS單元和北斗二代RNSS/GPS單元供電；
[0014] 所述北斗一代RDSS單元包括：第一低噪聲放大器、收發(fā)處理射通道、功率放大器 及基帶處理模塊；外部信號(hào)經(jīng)低噪聲放大器后、再經(jīng)收發(fā)處理通道傳到基帶處理模塊；輸 出信號(hào)為：基帶處理模塊的輸出信號(hào)經(jīng)收發(fā)處理通道后，再經(jīng)功率放大器即得北斗一代 RDSS單元的輸出信號(hào)；
[0015] 所述北斗二代RNSS/GPS單元包括：BDS-B1/GPS-L1雙模導(dǎo)航模塊和第二低噪聲放 大器；外部的BDS-Bl信號(hào)和GPS-Ll信號(hào)經(jīng)過(guò)第二低噪聲放大器傳入BDS-B1/GPS-L1雙模 導(dǎo)航模塊；
[0016] 所述金屬盒體包括殼體和隔腔筋條；PCB板裝在殼體內(nèi)；隔腔筋條在殼體內(nèi)壁和 PCB表面之間，且與殼體內(nèi)壁和PCB表面的接地焊盤密貼；隔腔筋條有多個(gè)，各個(gè)隔腔筋條 把PCB表面與殼體內(nèi)壁之間的空間隔成多個(gè)隔腔，所述第一低噪聲放大器、收發(fā)處理射通 道、功率放大器、基帶處理模塊、BDS-B1/GPS-L1雙模導(dǎo)航模塊和第二低噪聲放大器分別在 一個(gè)隔腔內(nèi)；
[0017] 所述連接器露出金屬盒體表面；連接器包括一個(gè)板對(duì)板連接器和三個(gè)射頻連接 器；板對(duì)板連接器焊接在所述PCB板上；三個(gè)射頻連接器分別連接第一低噪聲放大器、第二 低噪聲放大器和功率放大器。
[0018] 所述收發(fā)處理通道采用的是抗4G干擾射頻收發(fā)電路，包括依次連接的低噪聲放 大器LNA、第一級(jí)混頻器Mixerl、第一低通濾波器LPF、第二級(jí)混頻器Mixer2、帶通濾波器 BPF、可變?cè)鲆娣糯笃鱒GA和第二低通濾波器LPF;第二低通濾波器LPF的信號(hào)輸出端連接 基帶處理模塊；
[0019] 所述第一級(jí)混頻器Mixerl輸出的射頻信號(hào)IFlOUT到第一中頻聲表面波濾波器 IF1SAW，IFlSAW輸出射頻信號(hào)IFlIN到第一低通濾波器LPF的輸入端；
[0020] 還包括小數(shù)分頻鎖相環(huán)回路，該鎖相環(huán)的輸出的給Mixerl的本振頻率為 2704. 92MHz，輸出給Mixer2的本振頻率為225. 41MHz〇
[0021] 所述電源處理單元包括第一電源模塊、第二電源模塊和基帶電源模塊；第一電源 模塊為第一低噪聲放大器和第二低噪聲放大器供電；第二電源模塊為功率放大器、收發(fā)處 理通道和基帶處理模塊供電；
[0022] DBS-B1/GPS-L1雙模導(dǎo)航模塊的UART接口、基帶處理模塊的UART接口、GPIO接口 連接在板對(duì)板連接器上；第一、二電源模塊的電源輸入接口分別連接在板對(duì)板連接器上。
[0023] 所述金屬盒體的兩邊設(shè)有定位孔，該定位孔是螺孔或通孔。所述定位孔有四個(gè)，定 位孔兩兩對(duì)稱分布在金屬盒體左右兩邊；四個(gè)定位孔圍成長(zhǎng)方形；位于同一邊的兩個(gè)定位 孔距離金屬盒體中心的距離相同，且兩個(gè)定位孔的孔距作為長(zhǎng)方形的一邊長(zhǎng)為30mm ;長(zhǎng)方 形的另一邊長(zhǎng)為50mm ;
[0024] 板對(duì)板連接器的中心位置偏離金屬盒體豎直中心線距離為3. 82mm，偏離金屬盒體 水平中心線距離為23. 62mm。
[0025] 板對(duì)板連接器是25pin板對(duì)板連接器，其接口定義如下表1 :
[0026]表1:
[0027]

【權(quán)利要求】
1. 一種抗4G干擾的北斗、GPS多模收發(fā)一體化導(dǎo)航通信模塊，其特征是包括北斗一代 RDSS單元、北斗二代RNSS/GPS單元、電源處理單元、連接器和金屬盒體； 北斗一代RDSS單元和北斗二代RNSS/GPS單元都載在一塊PCB板上；電源處理單元為 北斗一代RDSS單元和北斗二代RNSS/GPS單元供電； 所述北斗一代RDSS單元包括：第一低噪聲放大器、收發(fā)處理通道、功率放大器及基帶 處理模塊；外部信號(hào)經(jīng)低噪聲放大器后、再經(jīng)收發(fā)處理通道傳到基帶處理模塊；輸出信號(hào) 為：基帶處理模塊的輸出信號(hào)經(jīng)收發(fā)處理通道后，再經(jīng)功率放大器即得北斗一代RDSS單元 的輸出信號(hào)； 所述北斗二代RNSS/GPS單元包括：BDS-B1/GPS-L1雙模導(dǎo)航模塊和第二低噪聲放大 器；外部的BDS-B1信號(hào)和GPS-L1信號(hào)經(jīng)過(guò)第二低噪聲放大器傳入DBS-B1/GPS-L1雙模導(dǎo) 航模塊； 所述金屬盒體包括殼體和隔腔筋條；PCB板裝在殼體內(nèi)；隔腔筋條在殼體內(nèi)壁和PCB表 面之間，且與殼體內(nèi)壁和PCB表面的接地焊盤密貼；隔腔筋條有多個(gè)，各個(gè)隔腔筋條把PCB 表面與殼體內(nèi)壁之間的空間隔成多個(gè)隔腔，所述第一低噪聲放大器、收發(fā)處理射通道、功率 放大器、基帶處理模塊、BDS-B1/GPS-L1雙模導(dǎo)航模塊和第二低噪聲放大器分別在一個(gè)隔腔 內(nèi)； 所述連接器露出金屬盒體表面；連接器包括一個(gè)板對(duì)板連接器和三個(gè)射頻連接器；板 對(duì)板連接器焊接在所述PCB板上；三個(gè)射頻連接器分別連接第一低噪聲放大器、第二低噪 聲放大器和功率放大器； 所述收發(fā)處理通道采用的是抗4G干擾射頻收發(fā)電路，包括依次連接的低噪聲放大器LNA、第一級(jí)混頻器Mixerl、第一低通濾波器LPF、第二級(jí)混頻器Mixer2、帶通濾波器BPF、可 變?cè)鲆娣糯笃鱒GA和第二低通濾波器LPF;第二低通濾波器LPF的信號(hào)輸出端連接基帶處 理模塊； 所述第一級(jí)混頻器Mixerl輸出的射頻信號(hào)IF10UT到第一中頻聲表面波濾波器IF1SAW，IF1SAW輸出射頻信號(hào)IF1IN到第一低通濾波器LPF的輸入端； 還包括小數(shù)分頻鎖相環(huán)回路，該鎖相環(huán)的輸出的給Mixerl的本振頻率為2704. 92MHz， 輸出給Mixer2的本振頻率為225. 41MHz。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的北斗、GPS多模收發(fā)一體化導(dǎo)航通信模塊，其特征是所述電源 處理單元包括第一電源模塊、第二電源模塊和基帶電源模塊；第一電源模塊為第一低噪聲 放大器和第二低噪聲放大器供電；第二電源模塊為功率放大器、收發(fā)處理通道和基帶處理 模塊供電； DBS-B1/GPS-L1雙模導(dǎo)航模塊的UART接口、基帶處理模塊的UART接口和GPIO接口連 接在板對(duì)板連接器上；第一、二電源模塊的電源輸入接口分別連接在板對(duì)板連接器上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的北斗、GPS多模收發(fā)一體化導(dǎo)航通信模塊，其特征是所述金屬 盒體的兩邊設(shè)有定位孔，該定位孔是螺孔或通孔。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的北斗、GPS多模導(dǎo)航通信模塊，其特征是所述定位孔有四個(gè)， 定位孔兩兩對(duì)稱分布在金屬盒體左右兩邊；四個(gè)定位孔圍成長(zhǎng)方形；位于同一邊的兩個(gè)定 位孔距離金屬盒體中心的距離相同，且兩個(gè)定位孔的孔距作為長(zhǎng)方形的一邊長(zhǎng)為30mm;長(zhǎng) 方形的另一邊長(zhǎng)為50mm; 板對(duì)板連接器的中心位置偏離金屬盒體豎直中心線距離為3. 82mm，偏離金屬盒體水平 中心線距離為23. 62mm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的北斗、GPS多模收發(fā)一體化導(dǎo)航通信模塊，其特征是板對(duì)板連 接器是25pin板對(duì)板連接器，其接口定義如下表1 : 表1 :
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的北斗、GPS多模收發(fā)一體化導(dǎo)航通信模塊，其特征是抗4G干 擾射頻收發(fā)電路的設(shè)計(jì)過(guò)程如下： 1) 4G信號(hào)對(duì)RDSS終端造成干擾的技術(shù)分析： 北斗一代區(qū)域RDSS系統(tǒng)，載波中心頻率為2491. 75MHz，碼速率4. 08MHz，信息速率 8000bps，地面接收功率-149dBW; 4G信號(hào)的S頻段為2510MHz-2590MHz，與本RDSS頻段接近，且落地電平較大，容易造成 對(duì)RDSS終端的干擾； 從頻域上來(lái)講，4G信號(hào)屬于本RDSS的帶外干擾信號(hào)，最直接有效的手段就是通過(guò)射頻 濾波器濾除，但是射頻濾波器無(wú)法完全濾除干擾信號(hào)的影響，所以需要結(jié)合終端射頻前端 濾波器和射頻接收電路的性能，達(dá)到抗4G信號(hào)的效果，從而保證RDSS終端正常工作； 本RDSS的信號(hào)落地電平較低，信號(hào)功率多數(shù)在噪底內(nèi)，有用信號(hào)是噪聲功率在帶內(nèi)的 積分，按照-lOOdBm評(píng)估，頻帶為2491. 75 ±4. 08MHz;4G干擾信號(hào)按照-40dBm進(jìn)行評(píng)估，頻 帶為2510-2590MHZ;則4G干擾信號(hào)大于有用信號(hào)60dB; 2) 抗4G干擾信號(hào)的RDSS終端解決方案制定： 根據(jù)本RDSS頻段周圍存在的干擾信號(hào)的頻段分布，一次變頻方案會(huì)有干擾信號(hào)落入 帶內(nèi)，本RDSS終端解決方案采用高本振二次變頻架構(gòu)； 本RDSS終端解決方案集中在外置射頻前端和射頻收發(fā)電路兩個(gè)部分；其中，外置射頻 前端的濾波特性使本方案達(dá)到2520MHz處抑制40dBc; 射頻收發(fā)電路的設(shè)計(jì)，采用兩次變頻結(jié)構(gòu)方案，此方案采用高本振2704. 92MHz將信號(hào) 混頻到第一中頻213MHz，經(jīng)過(guò)濾波后，將第一中頻信號(hào)再下變頻到中頻頻率12. 24MHz，同 時(shí)接收部分僅需要一個(gè)鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)； 本方案中由4G信號(hào)產(chǎn)生的干擾源是直接混頻的信號(hào)以及由諧波混頻后產(chǎn)生的 干擾，例如4G信號(hào)2586MHz頻段產(chǎn)生12. 43MHz的帶內(nèi)干擾：（2704. 92-2586)X2 =237. 84, 237. 84-225. 41 = 12. 43MHz;2530MHz頻段產(chǎn)生 50. 49MHz的帶外干擾， (2704. 92-2530) *1-225. 41 = 50. 49MHz;4G信號(hào)形成的干擾源分布測(cè)試數(shù)據(jù)表明， 2584-2588MHZ之間形成的干擾落在中頻帶內(nèi)，其它的頻率均離中心頻率較遠(yuǎn)的中頻帶外； 產(chǎn)生二次諧波分量的射頻頻率（2586MHz±4MHz)相對(duì)本RDSS信號(hào)頻帶遠(yuǎn)，片外射頻濾波器 可以對(duì)其進(jìn)行足夠的抑制，； 由于4G信號(hào)是寬帶信號(hào)，三階交調(diào)會(huì)落入射頻收發(fā)芯片，例如2520MHz、2548MHz進(jìn)入 射頻收發(fā)芯片的功率均為_50dBm，這就要求射頻收發(fā)芯片帶外IIP3達(dá)到-15dBm; 在射頻收發(fā)電路方面，由于干擾信號(hào)不可能被完全濾除，同時(shí)4G信號(hào)帶寬因素決定會(huì) 產(chǎn)生交調(diào)信號(hào)，所以要求射頻收發(fā)電路保持良好的線性度。另一方面，中頻濾波器采用SAW 濾波器及片內(nèi)濾波器共同配合，對(duì)帶寬外的信號(hào)進(jìn)行抑制，同時(shí)具有良好的高低溫全溫度 范圍內(nèi)的穩(wěn)定特性； 考慮到本RDSS終端與4G終端配合使用，信號(hào)功率會(huì)更大，則射頻收發(fā)電路在保證噪 聲系數(shù)的同時(shí)，具有良好的線性；例如假定進(jìn)入射頻收發(fā)芯片前端的干擾功率為_40dBm， 經(jīng)過(guò)天線及片外低噪聲放大器增益30dB，即進(jìn)入射頻收發(fā)芯片的最大干擾信號(hào)強(qiáng)度 為-10dBm，為了保證在強(qiáng)干擾信號(hào)輸入時(shí)不發(fā)生非線性失真，同時(shí)對(duì)整機(jī)信噪比惡化3dB 以內(nèi)，就要求射頻接收芯片的輸入ldB壓縮點(diǎn)至少達(dá)到-10dBm，噪聲系數(shù)小于15dB以內(nèi)； 3)射頻接收芯片的實(shí)現(xiàn) 通過(guò)分析干擾信號(hào)的頻譜與強(qiáng)度，得出從射頻濾波器的帶外抑制及射頻收發(fā)芯片的抗 干擾能力兩方面來(lái)實(shí)現(xiàn)4G干擾信號(hào)的抑制；對(duì)于射頻接收電路來(lái)講，著重放在射頻前端的 高線性度指標(biāo)特性和模擬中頻的濾波特性、噪聲系數(shù)的折中上；通道的三個(gè)主要指標(biāo)：增 益、噪聲系數(shù)、線性度是相互制約的，需要在充分考慮他們的關(guān)系以及芯片可實(shí)現(xiàn)性基礎(chǔ)上 進(jìn)行全面考慮； 1、 射頻部分 射頻前端的設(shè)計(jì)側(cè)重點(diǎn)在于高線性度和噪聲系數(shù)的設(shè)計(jì)； 低噪聲放大器的一般設(shè)計(jì)步驟是：首先選擇好LNA的結(jié)構(gòu)，其次調(diào)整LNA合適的偏置 點(diǎn)，接下來(lái)就是LNA的輸入輸出匹配，完成輸入匹配后，要調(diào)整電路的各項(xiàng)參數(shù)使得增益和 噪聲滿足指標(biāo)要求，最后，對(duì)電路進(jìn)行完善，保證電路穩(wěn)定工作，線性范圍足夠大； 第一級(jí)低噪聲放大器采用cascode結(jié)構(gòu)，提供20dB的高增益狀態(tài)和10dB的低增益狀 態(tài)；高增益狀態(tài)下可以實(shí)現(xiàn)噪聲系數(shù)1. 8dB以內(nèi)；低增益狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)10dB的噪聲系數(shù)，輸 入ldB壓縮點(diǎn)-8dBm; 2、 模擬部分 模擬部分要考慮濾波特性及噪聲系數(shù)的折中；本方案采用的架構(gòu)是二次變頻接收機(jī)結(jié) 構(gòu)，第一混頻輸出濾波器特性由片外濾波器完成，中頻濾波器抑制達(dá)到40dB以上；這對(duì)后 級(jí)的模擬電路是一個(gè)很好的幫助，后級(jí)模擬中頻部分二次變頻后需要帶通濾波器的作用， 將諧波分量抑制，同時(shí)要求具有低噪聲特性，因?yàn)榧幢愦嬖诖笮盘?hào)干擾狀態(tài)的情況下，通道 靈敏度及信噪比仍然需要符合整機(jī)要求。
【文檔編號(hào)】G01S19/33GK104483685SQ201410655877
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年11月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月17日
【發(fā)明者】余華偉, 張文, 孫小鵬, 陳偉榮 申請(qǐng)人:江蘇博納雨田通信電子有限公司