專利名稱：多組頻帶的可程控直接射頻數(shù)字化接收器及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種射頻接收器，更具體而言，涉及一種用于全球?qū)Ш叫l(wèi)星
系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System, GNSS)以及無線通訊系統(tǒng)(例如手機(jī)和 手機(jī)電視(Digital Video Broadcast- Handheld;簡稱DVBH))的多組射頻頻帶的 直接射頻數(shù)字化接收器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今可利用的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)有很多種，包含了全球定位系統(tǒng) (GPS)、伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(Galileo)以及俄羅斯全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) (GLONASS)等。因此可以預(yù)期，將來一個接收器需要支持多種規(guī)格的適地服 務(wù)(location based service;簡稱LBS)、無線多媒體通訊以及廣播信號等。以多 規(guī)格LBS為例，可支持GNSS信號多模態(tài)接收的接收器將可以增強(qiáng)定位的準(zhǔn) 確度和存取更多的服務(wù)。在GNSS系統(tǒng)中，不同的信號頻帶支持不同的服務(wù)。 為了使用所希望的服務(wù)，需要接收與處理若干個頻帶的信號。
圖1顯示GPS和Galileo系統(tǒng)中頻帶的分布。GPS是一個由衛(wèi)星持續(xù)傳 送高頻無線信號網(wǎng)絡(luò)的美國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，信號承載時間和距離數(shù)據(jù)，該等 數(shù)據(jù)可由GPS接收器來接收，以便使用者可以在地球上精準(zhǔn)定位。Galileo系 統(tǒng)，則是新興的歐洲衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，提供更高的功率信號和更穩(wěn)定的調(diào)制， 能夠讓用者即使在困難的環(huán)境下也能接收到微弱的信號。當(dāng)兩者合并時，Galileo和GPS將提供多達(dá)目前所使用的兩倍的衛(wèi)星來源數(shù)目。如此一來，對 于使用者而言，方便性增加了，但也有頻帶重疊的困擾。如圖所示，除了安 全與救援(SAR)服務(wù)之外，GPS和Galileo的組合基本上會有四個頻帶。GPS 和Galileo系統(tǒng)會共享某些信號頻帶。舉例來說，GPS LI和Galileo E2-L1-E1 通過使用特定的調(diào)制方式來共享相同的頻帶，從而避免干擾，例如使用二進(jìn) 制偏移載波(BOC)調(diào)制。
圖2顯示了現(xiàn)有技術(shù)中用于接收各種頻帶的射頻信號并將信號降頻轉(zhuǎn)換 成基頻信號的射頻信號接收器。在此范例中，接收器用來接收四個頻帶的信 號，此接收器包含了四個射頻前端處理鏈，每一鏈都包含一個用于接收特定 頻帶信號的天線(IOI、 111、 121以及131); —個用于消除噪聲和放大射頻信 號的射頻放大器(103、 113、 123以及133); —個用來將射頻信號降頻轉(zhuǎn)換成 幾乎為基頻的中頻信號的降頻轉(zhuǎn)換單元(105、 115、 125以及135)。需要注意 的是，從降頻轉(zhuǎn)換單元輸出的信號為一種數(shù)字形式，此數(shù)字信號接著經(jīng)過一 個中頻去除單元(109、 119、 129、以及139)用以去除殘留的中頻成分，以使 中頻去除單元輸出的信號為基頻信號。此基頻信號儲存于可以是存儲器或緩 存器的儲存裝置(150)中，以利后續(xù)程序使用。
接收器的降頻轉(zhuǎn)換單元經(jīng)常利用降頻轉(zhuǎn)換方法或是直接數(shù)字化方法來降 頻轉(zhuǎn)換射頻信號。在現(xiàn)有的降頻轉(zhuǎn)換方法中，對于一個頻帶的信號需要一個 本地振蕩器、混頻器和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(Analog to Digital Converter,簡稱 ADC)。此成本相當(dāng)高。如果要使用多個射頻頻帶，則接收器的硬件結(jié)構(gòu)將會 非常復(fù)雜并且巨大。為解決此問題，便采用直接數(shù)字化方法。在直接數(shù)字化 方法中，使用一個模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，并選擇一個取樣頻率以便讓模擬數(shù)字轉(zhuǎn) 換器將射頻信號數(shù)字化至中頻帶。
如果采用直接射頻數(shù)字化，在現(xiàn)有的接收器中，各降頻轉(zhuǎn)換單元的特定 射頻頻帶都必須要有各自的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，此模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器配有特定的 取樣頻率以便將該射頻頻帶的信號數(shù)字化，進(jìn)而轉(zhuǎn)換成中頻信號。如果要使 用到許多射頻頻帶，那就需要許多的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。此外，每一鏈的模擬 數(shù)字轉(zhuǎn)換器的取樣頻率都固定，所以接收器能夠處理的射頻頻帶也固定。換 句話講，接收器的應(yīng)用頻帶范圍缺少彈性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于多組信號頻帶的可程控直接射頻數(shù)字化 接收器及其方法。
根據(jù)本發(fā)明的接收器，其包括一個用以接收所有頻帶信號的寬帶天線、 一個放大器、 一個允許讓所選擇頻帶的信號通過的頻帶篩選單元、 一個利用 取樣頻率將經(jīng)由頻帶過濾單元之后的信號數(shù)字化以利于將射頻信號轉(zhuǎn)換成中 頻信號的數(shù)字化單元，以及一個用于去除信號中頻成分的中頻去除單元。此 接收器還包括一個可程控頻率提供單元，此可程控頻率提供單元根據(jù)所選擇 的頻帶提供取樣頻率。此外，可程控頻率提供單元提供中頻去除單元所必需 的中頻頻率?？沙炭仡l率提供單元可以細(xì)微調(diào)整所提供的頻率以達(dá)到所需的
特定接收器性能，例如信噪比(signal to noise ratio;簡稱SNR)。
根據(jù)本發(fā)明的用于多組射頻信號頻帶的信號處理方法，包含如下步驟 篩選至少一特定頻帶信號；根據(jù)該等通過的特定頻帶信號提供至少一取樣頻 率；以及，利用該等取樣頻率將該等篩選的特定頻帶信號數(shù)字化，從而降頻 轉(zhuǎn)換至中頻信號。
通過使用本發(fā)明的接收器及其方法，對于支持不同的射頻頻帶(例如全球
導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)頻帶和其它無線通訊頻帶)組合將有著更大的彈性，另外信噪比
等性能可以經(jīng)由調(diào)整經(jīng)降頻轉(zhuǎn)換的中頻(IF)頻帶的分隔而進(jìn)行細(xì)微調(diào)整。


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圖1是說明GPS和Galileo的頻帶分布的簡略示意圖。 圖2是說明現(xiàn)有技術(shù)中用于多組GNSS頻帶的接收器的簡略示意圖。 圖3是簡略顯示根據(jù)本發(fā)明的第一個實施例的接收器的方塊圖。 圖4是簡略顯示根據(jù)本發(fā)明的第二個實施例的接收器的方塊圖。 圖5是簡略顯示根據(jù)本發(fā)明的第三個實施例的接收器的方塊圖。
具體實施例方式
直接射頻數(shù)字化是一種可在同一時間將多組信號頻帶降頻轉(zhuǎn)換的合適方 式。直接射頻數(shù)字化不需要大量的模擬組件(例如本地振蕩器(LO)、混頻器等)。 在直接射頻數(shù)字化中，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器用來取樣具有樣本頻率的射頻信號， 以將該射頻信號降頻轉(zhuǎn)換成中頻信號。 一般而言，經(jīng)降頻轉(zhuǎn)換之后的中頻信 號幾乎可視為基頻，而在經(jīng)過中頻去除處理后將成為實際上的基頻信號。
為了將多組頻帶的信號同時利用直接射頻數(shù)字化降頻轉(zhuǎn)換，共享模擬數(shù) 字轉(zhuǎn)換器利用通過眾頻帶所計算出來的最佳取樣頻率來取樣該等若干頻帶的 射頻信號，通過利用在該共享模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器中的最佳取樣頻率，所有輸入 的信號射頻頻帶可同時無相互重疊的被轉(zhuǎn)換成中頻頻帶。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例的接收器方塊圖，此圖僅顯示射頻電路，因 為本發(fā)明的特征和接收器的后級較無關(guān)聯(lián)，因此相關(guān)圖例和描述在此省略。 在接收器中，天線301用于接收衛(wèi)星的射頻信號，此天線301可使用單一用于接收各種頻帶信號的寬帶天線，或者也可選擇利用一組接收各自頻帶信號
的天線來實行。所接收的射頻信號通過射頻放大器303放大。該等信號接著 通過射頻反失真寬帶濾波器310濾除或減少噪聲和失真。該等信號再通過一 個放大器312放大后即被傳送至一頻帶篩選單元。頻帶篩選單元可以是一個 多頻帶帶通濾波器320，以允許預(yù)先設(shè)定的頻帶的信號通過，預(yù)先設(shè)定的頻 帶可以是GPSL1、 L2以及Galileo El、 E5、 E6等。在一較佳具體實施例中， 多頻帶帶通濾波器320有數(shù)個模式，在每一種模式中，會選定一個或多個特 定的頻帶，換句話講， 一種模式可表示一特定頻帶組合。舉例來說，當(dāng)多頻 帶帶通濾波器320在某個模式下，將采用GPS Ll+L2的頻帶組合。而當(dāng)多頻 帶帶通濾波器320在另一種模式下，將采用GPS Ll+Galileo E5的頻帶組合。 因此任何頻帶的組合都是有可能的。
通過多頻帶帶通濾波器320的特定頻帶信號將通過數(shù)字化單元(例如模擬 數(shù)字轉(zhuǎn)換器330)數(shù)字化，以降頻轉(zhuǎn)換成接近于基頻的中頻帶。該等數(shù)字信號 會暫存于儲存裝置340 (可為存儲器或緩存器)中。接著通過中頻去除單元 350執(zhí)行中頻去除作業(yè)以移除這些數(shù)字信號里所殘留的中頻成分。這些從中 頻去除單元350輸出的信號已是真正的基頻信號。該等基頻信號被傳送至接 收器的后級以作后級處理，例如相關(guān)性計算和解調(diào)制，其說明在此省略。
更進(jìn)一步而言，根據(jù)本發(fā)明的接收器，其具有一個可程控頻率提供單元 360，此可程控頻率提供單元360提供適當(dāng)?shù)娜宇l率fs給模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器 330，以用于多頻帶帶通濾波器320所指定的特定頻帶組合。此模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換 器330通過取樣頻率fs將信號數(shù)字化，以將特定的頻帶信號分別降頻轉(zhuǎn)換至 相對應(yīng)的中頻頻帶。對于多頻帶帶通濾波器320來說，不同的模式對應(yīng)不同 的頻帶組合。 一般來講，在每一種模式下共享模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器330所需要使 用的取樣頻率都不一樣。在一具體實施例中，可程控頻率提供單元360可內(nèi) 建一個査詢表，預(yù)先計算各種頻帶組合的最佳取樣頻率，并將其儲存在査詢 表中。因此可程控頻率提供單元360能夠通過選取內(nèi)建于査詢表中的特定的 頻率組合的取樣頻率，為所選擇使用的頻帶提供一個適合的取樣頻率。在另 一具體實施例中，可程控頻率提供單元360為選擇通過多頻帶帶通濾波器320
的頻帶計算出取樣頻率fs，并提供計算出的取樣頻率fs給模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器 330，在此情況下，較佳的，可程控頻率提供單元360可包含專用計算邏輯電 路或處理器。
可程控頻率提供單元360也提供中頻頻率至中頻去除單元350以使中頻 去除單元350可以移除信號中殘余的中頻成分而將信號轉(zhuǎn)換成真正的基頻信 號。在本實施例中；中頻去除單元350對于不同的頻帶釆用時分復(fù)用時分復(fù) 用(time division multiplex;簡稱TDM)方式，因此只需用到一個中頻去除單元。 如上所述，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器330的數(shù)據(jù)流儲存于儲存裝置340，并等候由時 分復(fù)用的中頻去除單元350處理，假如某些中頻去除單元采用同時處理各自 頻帶的信號時，則儲存裝置340可被省略。
基于性能(例如信噪比)考慮，用于數(shù)字化和中頻去除的合適取樣頻率及中 頻頻率可通過可程控頻率提供單元來調(diào)整。
圖4顯示根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的接收器的方塊圖。與圖3相同，此 圖僅顯示射頻電路。根據(jù)本發(fā)明另一實施例的接收器具有一天線401、 一射 頻放大器403、 一射頻反失真寬帶濾波器410以及一放大器412。放大器412 輸出的信號會通過一寬帶帶通濾波器420，此寬帶帶通濾波器420允許所有 頻帶的信號通過。換句話講，此寬帶帶通濾波器420除用以濾除噪聲外，并 沒有選擇特定的頻帶。通過寬帶帶通濾波器420的信號接著由模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換
器430加以數(shù)字化。此模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器430將射頻信號數(shù)字化以降頻轉(zhuǎn)換至 中頻信號，而自模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器430輸出的數(shù)據(jù)流則儲存于儲存裝置440中 以利后續(xù)程序使用。在本實施例中，頻帶篩選單元通過一可調(diào)式帶通濾波器 445來實行，該可調(diào)式帶通濾波器445具有可調(diào)整的濾波器參數(shù)以濾除不同 頻帶的中頻信號。其中可調(diào)式帶通濾波器445可通過一有限脈沖響應(yīng)(Finite Impulse Response;簡稱FIR)濾波器僅允許所選擇的頻帶信號通過。此可調(diào)式 帶通濾波器445可預(yù)先設(shè)定如時分復(fù)用方式操作。換句話講，此可調(diào)式帶通 濾波器445允許各自頻帶的信號在不同周期時間內(nèi)通過。舉例來說，假設(shè)所 選擇的頻帶為GPS Ll和L2，在第一個周期里，可調(diào)式帶通濾波器445允許 Ll的信號通過，而在第二個周期里，可調(diào)式帶通濾波器445允許L2的信號 通過。
通過可調(diào)式帶通濾波器445的中頻信號將遇到由中頻去除單元450執(zhí)行 的中頻去除作業(yè)。如前一個實施例所示，此中頻去除單元450對于不同的頻 帶采用時分復(fù)用方式，因此僅需要單一中頻去除單元。
圖4的接收器也具有可程控頻率提供單元460，如第一個實施例所示， 該可程控頻率提供單元460提供適當(dāng)?shù)娜宇l率至模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器430，并 提供中頻頻率至中頻去除單元450。由于模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器430在未選擇的情 形下將所有接收器可接收的頻帶信號數(shù)字化，因此取樣頻率fs大致上已固定。 無論如何，基于獲得性能(例如信噪比)的考慮，該取樣頻率可通過可程控頻率 提供單元460來調(diào)整。該可程控頻率提供單元460也提供參數(shù)至可調(diào)式帶通 濾波器445以使可調(diào)式帶通濾波器445能夠輸出所選擇的頻帶信號。
盡管本發(fā)明使用的單一共享模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器對于直接射頻數(shù)字化非常有 幫助，但本發(fā)明也能使用若干個模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)行直接射頻數(shù)字化。圖5
顯示根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的接收器方塊圖。如圖所示，此接收器的結(jié)構(gòu)
與圖3相似。主要差異在于圖5的接收器利用一些獨立模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器531、 532、 533而不是一共享模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。換句話講，本發(fā)明的數(shù)字化單元包 含若干個模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。此一實施例的接收器具有一天線501、 一射頻放 大器503、 一射頻反失真寬帶濾波器510、 一放大器512、若干個帶通濾波器 521、 522、 523、若干個模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器531、 532、 533、 一可程控頻率提供 單元560、 一儲存裝置540以及一中頻移除單元550。經(jīng)過放大器512的信號 將輸入該等帶通濾波器521、 522、 523，各帶通濾波器允許一特定頻帶通過。 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器531、 532、 533將一特定頻帶的信號數(shù)字化。其中帶通濾波 器的數(shù)量相同于模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的數(shù)量，但并不限制于本實施例所示的數(shù)量。 該取樣頻率fsl， fs2…fsn由可程控頻率提供單元560所提供。另外，如前述實 施例所示，此可程控頻率提供單元560也提供中頻頻率至一中頻去除單元 550，此中頻去除單元可以TDM方式操作。
綜上所述，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，但該較佳實施例并非 用以限制本發(fā)明，該領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)， 均可作各種更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種用于多組射頻信號頻帶的接收器，其特征在于該接收器包含一頻帶篩選單元，用以允許至少一特定頻帶信號通過；一可程控頻率提供單元，用以提供至少一取樣頻率；以及一數(shù)字化單元，用以利用該取樣頻率將信號數(shù)字化以將此信號降頻轉(zhuǎn)換至中頻信號。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收器，其特征在于該接收器還包含一 中頻去除單元，所述中頻去除單元利用一特定中頻頻率移除中頻信號里 的中頻成分，以將中頻信號轉(zhuǎn)換成基頻信號。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的接收器，其特征在于該接收器利用所述 可程控頻率提供單元提供上述特定的中頻頻率。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的接收器，其特征在于所述中頻去除單元 采用時分復(fù)用模式對各個中頻頻帶信號進(jìn)行中頻去除工作。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收器，其特征在于該接收器還包含一 儲存裝置用以儲存自所述數(shù)字化單元輸出的數(shù)字信號。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收器，其特征在于所述頻帶篩選單元 包含至少一帶通濾波器，該帶通濾波器用于將信號濾波并允許所選擇的 射頻頻帶信號通過，且此濾波后的信號而后由數(shù)字化單元數(shù)字化。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收器，其特征在于所述頻帶篩選單元 包含一可調(diào)式帶通濾波器，具有可供調(diào)整的參數(shù)的該可調(diào)式帶通濾波器 將從數(shù)字化單元輸出的數(shù)字信號過濾并允許特定的中頻頻帶的數(shù)字信號 通過。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的接收器，其特征在于所述可程控頻率提 供單元提供所述可調(diào)式帶通濾波器用以濾波的參數(shù)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的接收器，其特征在于所述可程控頻率提 供單元調(diào)整所述參數(shù)以便達(dá)到預(yù)定的性能。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的接收器，其特征在于所述性能為信噪比。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的接收器，其特征在于所述可調(diào)式帶通 濾波器是以時分復(fù)用模式操作。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收器，其特征在于所述數(shù)字化單元 包含將輸入的若干頻帶的信號數(shù)字化的單一共享模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，而所 述可程控頻率提供單元根據(jù)前述的輸入頻帶提供取樣頻率至共享模擬數(shù) 字轉(zhuǎn)換器以進(jìn)行數(shù)字化處理。
13. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的接收器，其特征在于所述數(shù)字化單元 包含若干個模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，每個模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器將輸入的若千頻帶的 其中一個頻帶的信號數(shù)字化，且該可程控頻率提供單元根據(jù)不同頻帶以 提供不同取樣頻率至不同模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
14. 一種用于多組射頻信號頻帶的信號處理方法，其特征在于該 方法包含篩選通過至少一特定頻帶信號；根據(jù)該等通過的特定頻帶信號提供至少一取樣頻率；及 利用該等取樣頻率將該等篩選的特定頻帶信號數(shù)字化，從而降頻轉(zhuǎn) 換至中頻信號。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于該方法還包含通過 使用一特定中頻頻率移除中頻信號里的中頻成分，以將中頻信號轉(zhuǎn)換成基頻信號的步驟。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于所述中頻信號的中 頻去除操作是以時分復(fù)用模式進(jìn)行。
全文摘要
一種用于多組射頻信號頻帶(例如全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)頻帶和其它無線通訊頻帶)的可程控直接射頻數(shù)字化接收器。此接收器具有一可程控的頻率提供裝置，此可程控頻率提供裝置依據(jù)所選擇的頻帶可提供共享的取樣頻率或各自的取樣頻率，以使此接收器可以利用此一個或多個取樣頻率執(zhí)行數(shù)字化操作，從而將所選擇的頻帶的接收信號降頻轉(zhuǎn)換。通過使用本發(fā)明的接收器，對于不同的頻帶組合的支持將具有更大的彈性。另外，信噪比(SNR)等性能可以通過調(diào)整降頻轉(zhuǎn)換后的中頻頻帶的分隔而進(jìn)行細(xì)微調(diào)整。
文檔編號H04B1/00GK101174840SQ20071014271
公開日2008年5月7日 申請日期2007年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月1日
發(fā)明者陳駿楠, 魏睿民 申請人:聯(lián)發(fā)科技股份有限公司