[發明專利]抗4G干擾的北斗、GPS多模收發一體化導航通信模塊

有效

• 申請號: 201410655877.4
• 申請日: 2014-11-17
• 公開（公告）號: CN104483685A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: 余華偉;張文;孫小鵬;陳偉榮
• 申請（專利權）人: 江蘇博納雨田通信電子有限公司
• 主分類號: G01S19/33
• 分類號: G01S19/33
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

1.一種抗4G干擾的北斗、GPS多模收發一體化導航通信模塊，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、收發處理通道、功率放大器及基帶處理模塊；外部信號經低噪聲放大器后、再經收發處理通道傳到基帶處理模塊；輸出信號為：基帶處理模塊的輸出信號經收發處理通道后，再經功率放大器即得北斗一代RDSS單元的輸出信號；

所述北斗二代RNSS/GPS單元包括：BDS-B1/GPS-L1雙模導航模塊和第二低噪聲放大器；外部的BDS-B1信號和GPS-L1信號經過第二低噪聲放大器傳入DBS-B1/GPS-L1雙模導航模塊；

所述金屬盒體包括殼體和隔腔筋條；PCB板裝在殼體內；隔腔筋條在殼體內壁和PCB表面之間，且與殼體內壁和PCB表面的接地焊盤密貼；隔腔筋條有多個，各個隔腔筋條把PCB表面與殼體內壁之間的空間隔成多個隔腔，所述第一低噪聲放大器、收發處理射通道、功率放大器、基帶處理模塊、BDS-B1/GPS-L1雙模導航模塊和第二低噪聲放大器分別在一個隔腔內；

所述連接器露出金屬盒體表面；連接器包括一個板對板連接器和三個射頻連接器；板對板連接器焊接在所述PCB板上；三個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；

所述收發處理通道采用的是抗4G干擾射頻收發電路，包括依次連接的低噪聲放大器LNA、第一級混頻器Mixer1、第一低通濾波器LPF、第二級混頻器Mixer2、帶通濾波器BPF、可變增益放大器VGA和第二低通濾波器LPF；第二低通濾波器LPF的信號輸出端連接基帶處理模塊；

所述第一級混頻器Mixer1輸出的射頻信號IF1OUT到第一中頻聲表面波濾波器IF1SAW，IF1SAW輸出射頻信號IF1IN到第一低通濾波器LPF的輸入端；

還包括小數分頻鎖相環回路，該鎖相環的輸出的給Mixer1的本振頻率為2704.92MHz，輸出給Mixer2的本振頻率為225.41MHz。

2.根據權利要求1所述的北斗、GPS多模收發一體化導航通信模塊，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、收發處理通道和基帶處理模塊供電；

DBS-B1/GPS-L1雙模導航模塊的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板連接器上。

3.根據權利要求1所述的北斗、GPS多模收發一體化導航通信模塊，其特征是所述金屬盒體的兩邊設有定位孔，該定位孔是螺孔或通孔。

4.根據權利要求3所述的北斗、GPS多模導航通信模塊，其特征是所述定位孔有四個，定位孔兩兩對稱分布在金屬盒體左右兩邊；四個定位孔圍成長方形；位于同一邊的兩個定位孔距離金屬盒體中心的距離相同，且兩個定位孔的孔距作為長方形的一邊長為30mm；長方形的另一邊長為50mm；

板對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.根據權利要求1所述的北斗、GPS多模收發一體化導航通信模塊，其特征是板對板連接器是25pin板對板連接器，其接口定義如下表1：

表1：

6.根據權利要求1所述的北斗、GPS多模收發一體化導航通信模塊，其特征是抗4G干擾射頻收發電路的設計過程如下：

1)4G信號對RDSS終端造成干擾的技術分析：

北斗一代區域RDSS系統，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RDSS終端的干擾；

從頻域上來講，4G信號屬于本RDSS的帶外干擾信號，最直接有效的手段就是通過射頻濾波器濾除，但是射頻濾波器無法完全濾除干擾信號的影響，所以需要結合終端射頻前端濾波器和射頻接收電路的性能，達到抗4G信號的效果，從而保證RDSS終端正常工作；

本RDSS的信號落地電平較低，信號功率多數在噪底內，有用信號是噪聲功率在帶內的積分，按照-100dBm評估，頻帶為2491.75±4.08MHz；4G干擾信號按照-40dBm進行評估，頻帶為2510-2590MHz；則4G干擾信號大于有用信號60dB；

2)抗4G干擾信號的RDSS終端解決方案制定：

根據本RDSS頻段周圍存在的干擾信號的頻段分布，一次變頻方案會有干擾信號落入帶內，本RDSS終端解決方案采用高本振二次變頻架構；

本RDSS終端解決方案集中在外置射頻前端和射頻收發電路兩個部分；其中，外置射頻前端的濾波特性使本方案達到2520MHz處抑制40dBc；

射頻收發電路的設計，采用兩次變頻結構方案，此方案采用高本振2704.92MHz將信號混頻到第一中頻213MHz，經過濾波后，將第一中頻信號再下變頻到中頻頻率12.24MHz，同時接收部分僅需要一個鎖相環結構；

本方案中由4G信號產生的干擾源是直接混頻的信號以及由諧波混頻后產生的干擾，例如4G信號2586MHz頻段產生12.43MHz的帶內干擾：(2704.92-2586)×2＝237.84，237.84-225.41＝12.43MHz；2530MHz頻段產生50.49MHz的帶外干擾，(2704.92-2530)*1-225.41＝50.49MHz；4G信號形成的干擾源分布測試數據表明，2584-2588MHz之間形成的干擾落在中頻帶內，其它的頻率均離中心頻率較遠的中頻帶外；產生二次諧波分量的射頻頻率(2586MHz±4MHz)相對本RDSS信號頻帶遠，片外射頻濾波器可以對其進行足夠的抑制，；

由于4G信號是寬帶信號，三階交調會落入射頻收發芯片，例如2520MHz、2548MHz進入射頻收發芯片的功率均為-50dBm，這就要求射頻收發芯片帶外IIP3達到-15dBm；

在射頻收發電路方面，由于干擾信號不可能被完全濾除，同時4G信號帶寬因素決定會產生交調信號，所以要求射頻收發電路保持良好的線性度。另一方面，中頻濾波器采用SAW濾波器及片內濾波器共同配合，對帶寬外的信號進行抑制，同時具有良好的高低溫全溫度范圍內的穩定特性；

考慮到本RDSS終端與4G終端配合使用，信號功率會更大，則射頻收發電路在保證噪聲系數的同時，具有良好的線性；例如假定進入射頻收發芯片前端的干擾功率為-40dBm，經過天線及片外低噪聲放大器增益30dB，即進入射頻收發芯片的最大干擾信號強度為-10dBm，為了保證在強干擾信號輸入時不發生非線性失真，同時對整機信噪比惡化3dB以內，就要求射頻接收芯片的輸入1dB壓縮點至少達到-10dBm，噪聲系數小于15dB以內；

3)射頻接收芯片的實現

通過分析干擾信號的頻譜與強度，得出從射頻濾波器的帶外抑制及射頻收發芯片的抗干擾能力兩方面來實現4G干擾信號的抑制；對于射頻接收電路來講，著重放在射頻前端的高線性度指標特性和模擬中頻的濾波特性、噪聲系數的折中上；通道的三個主要指標：增益、噪聲系數、線性度是相互制約的，需要在充分考慮他們的關系以及芯片可實現性基礎上進行全面考慮；

1、射頻部分

射頻前端的設計側重點在于高線性度和噪聲系數的設計；

低噪聲放大器的一般設計步驟是：首先選擇好LNA的結構，其次調整LNA合適的偏置點，接下來就是LNA的輸入輸出匹配，完成輸入匹配后，要調整電路的各項參數使得增益和噪聲滿足指標要求，最后，對電路進行完善，保證電路穩定工作，線性范圍足夠大；

第一級低噪聲放大器采用cascode結構，提供20dB的高增益狀態和10dB的低增益狀態；高增益狀態下可以實現噪聲系數1.8dB以內；低增益狀態下實現10dB的噪聲系數，輸入1dB壓縮點-8dBm；

2、模擬部分

模擬部分要考慮濾波特性及噪聲系數的折中；本方案采用的架構是二次變頻接收機結構，第一混頻輸出濾波器特性由片外濾波器完成，中頻濾波器抑制達到40dB以上；這對后級的模擬電路是一個很好的幫助，后級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，同時要求具有低噪聲特性，因為即便存在大信號干擾狀態的情況下，通道靈敏度及信噪比仍然需要符合整機要求。