中频数字下变频方法、电路、基带芯片及卫星导航接收机
阅读说明：本技术 中频数字下变频方法、电路、基带芯片及卫星导航接收机 (Intermediate frequency digital down-conversion method, circuit, baseband chip and satellite navigation receiver ) 是由 王东会 郑彬 向为 易文鑫 于 2020-12-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种中频数字下变频方法,包括获取输入的AD数据；进行格式变换和频点选择；进行混频和宽带滤波；进行降采样得到最终的宽带零频信号；进行窄带滤波得到最终的窄带零频信号。本发明还公开了一种包括所述中频数字下变频方法的电路。本发明还公开了一种包括所述中频数字下变频方法和电路的基带芯片。本发明还公开了一种包括所述中频数字下变频方法、电路和基带芯片的卫星导航接收机。本发明降低了资源消耗和芯片面积,提高了对射频前端的适应性和芯片设计开发测试的效率；而且本发明占用硬件资源较少、兼容性好、可靠性高且适用性好。(The invention discloses an intermediate frequency digital down-conversion method, which comprises the steps of obtaining input AD data; carrying out format conversion and frequency point selection; performing frequency mixing and broadband filtering; performing down-sampling to obtain a final broadband zero-frequency signal; and carrying out narrow-band filtering to obtain a final narrow-band zero-frequency signal. The invention also discloses a circuit comprising the intermediate frequency digital down-conversion method. The invention also discloses a baseband chip comprising the intermediate frequency digital down-conversion method and the intermediate frequency digital down-conversion circuit. The invention also discloses a satellite navigation receiver comprising the intermediate frequency digital down-conversion method, the circuit and the baseband chip. The invention reduces the resource consumption and the chip area, and improves the adaptability to the radio frequency front end and the efficiency of chip design development and test; the invention occupies less hardware resources, and has good compatibility, high reliability and good applicability.)
技术领域
本发明属于卫星导航定位领域，具体涉及一种中频数字下变频方法、电路、基带芯片及卫星导航接收机。
背景技术
随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，卫星导航定位技术已经广泛应用于人们的生产和生活当中，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。
目前，世界上有四大卫星导航系统，分别为：GPS、BDS(北斗系统)、 GLONASS和Galileo。每个系统均有多个频点，每个频点包含1个或多个信号分量，而不同系统不同频点信号分量之间往往具有不同的信号带宽等参数。按照目前各大卫星导航系统公开信号的参数，基带芯片需要具备12个数字下变频通道，才能实现全星座全频点的信号接收。12个通道分别为B1、B2宽带、B2 窄带、L1宽带、L1窄带、L2宽带、L2窄带、G1、G2、B3、L5宽带、L5窄带。射频芯片输出的AD采样数据位数和格式是可配置参数，AD数据位数常用的有 2bit、4bit、10bit等；输出的形式可能有I支路单路或I、Q双路；编码方式可能是二进制补码或偏移二进制码。上述不同的参数都需要中频数字下变频通道做相应调整。
现有技术方案，对每个频点每个信号单独设计数字下变频通道，所需数量为12个；针对AD数据的不同参数，往往选定其中一种，而且不兼容其他参数。因此，目前的技术方案不仅需要较多的硬件资源，而且兼容性较差。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种占用硬件资源较少、兼容性好、可靠性高且适用性好的中频数字下变频方法。
本发明的目的之二在于提供一种实现所述中频数字下变频方法的电路。
本发明的目的之三在于提供一种包括了所述中频数字下变频方法和电路的基带芯片。
本发明的目的之四在于提供一种包括了所述中频数字下变频方法、电路和基带芯片的卫星导航接收机。
本发明提供的这种中频数字下变频方法，包括如下步骤：
S1.获取输入的AD数据；
S2.对输入的AD数据进行格式变换和频点选择；
S3.对步骤S2输出的数据进行混频；
S4.对混频后的数据进行宽带滤波；
S5.对宽带滤波后的数据进行降采样，从而得到最终的宽带零频信号；
S6.对降采样后的数据进行窄带滤波，从而得到最终的窄带零频信号。
步骤S2所述的对输入的AD数据进行格式变换和频点选择，具体为根据输入的AD数据的bit位数、IQ形式和编码方式，统一将输入的AD数据变换为IQ 双路10bit的补码数据；同时为了便于后续统一处理，从输入的AD数据中提取出B1、B2、L1、L2、G1、G2、B3和L5八个频点数据；最后，采用如下规则进行输出设置：
若输入的数据为单路I输入的AD数据，则进行格式变换和频点选择后，输出的I路数据为输入的I数据，输出的Q数据为0；
若输入的数据为IQ双路输入的AD数据，则进行格式变换和频点选择后，输出的I路数据为输入的I数据，输出的Q数据为输入的Q数据。
步骤S3所述的对步骤S2输出的数据进行混频，具体为采用如下步骤进行混频：
若输入的数据为单路I输入的AD数据，则采用如下公式进行混频：
式中a为卫星信号相位；b为本振相位；
若输入的数据为IQ双路输入的AD数据，则采用如下公式进行混频：
I:cos(a-b)＝cos(a)cos(b)+sin(a)sin(b)
Q:sin(a-b)＝sin(a)cos(b)-cos(a)sin(b)
式中a为卫星信号相位；b为本振相位。
步骤S4所述的对混频后的数据进行宽带滤波，具体为对混频输出的零频基带数据进行宽带滤波，从而防止混频混叠；滤波器带宽设置为20MHz。
步骤S5所述的对宽带滤波后的数据进行降采样，具体为采用如下步骤进行降采样：
A.设置clka和clkb两个时钟的比例M:N；其中clka为AD数据对应的采样频率；clkb为基带信号处理的工作频率；M和N为正整数；
B.在clka时钟域下，初始化累加值为N；
C.对累加值进行累加计数：
当累加值大于M时，生成进位信号step，同时在累加值中减去M；
D.在进位信号step有效时，采样clka时钟域下的数据，并在采样完成后重置进位信号step；
E.对累加值继续进行累加计数；
F.重复步骤C～E，直至降采样完成，从而完成无损耗的降采样；
G.降采样时，根据输入的数据，采用如下规则设定是否输出宽带信号：
针对B1、G1和G2三个频点的信号，只输出窄带信号；
针对B2、L1、L2、B3和L5五个频点的信号，输出宽带信号和窄带信号。
步骤S6所述对降采样后的数据进行窄带滤波，具体为对降采样输出的数据进行窄带滤波，得到窄带信号；滤波器带宽设置为4MHz。
本发明还提供了一种实现所述中频数字下变频方法的电路，包括参数配置模块、AD数据变换模块、混频模块、宽带滤波模块、降采样模块和窄带滤波模块；AD数据变换模块、混频模块、宽带滤波模块、降采样模块和窄带滤波模块依次串联；参数配置模块的输出端同时连接AD数据变换模块、混频模块和降采样模块；参数配置模块用于给AD数据变换模块、混频模块和降采样模块下发控制参数；AD数据变换模块用于对输入的AD数据进行格式变换和频点选择，并将得到的输出数据上传混频模块；混频模块用于对接收的数据进行混频，并将混频后的输出上传宽带滤波模块；宽带滤波模块用于对接收的数据进行宽带滤波，并将滤波后的数据上传降采样模块；降采样模块用于对接收的数据进行降采样，得到最终的宽带零频信号，并将降采样后的数据上传窄带滤波模块；窄带滤波模块用于对接收的数据进行窄带滤波，从而得到最终的窄带零频信号。
本发明还提供了一种基带芯片，该芯片包括了上述的中频数字下变频方法和电路。
本发明还提供了一种卫星导航接收机，该卫星导航接收机包括了上述的中频数字下变频方法、电路和基带芯片。
本发明提供的这种中频数字下变频方法、电路、基带芯片及卫星导航接收机，根据不同星座不同频点信号参数的异同，以及AD输入位数、IQ形式、编码方式等异同，提取出共性部分统一设计，差异部分通过参数化的形式进行配置；对于同一个频点的不同信号分量，共用相同的模块以实现最大化的资源优化，可以将原来需要的12个下变频通道减少为8个；同时可适应各种不同形式的AD输入参数，不仅降低了资源消耗和芯片面积，而且大大提高了对射频前端的适应性，同时还给芯片测试带来了便利，大大提高了芯片设计开发测试的效率；而且本发明占用硬件资源较少、兼容性好、可靠性高且适用性好。
附图说明
图1为本发明方法的方法流程示意图。
图2为本发明电路的功能模块图。
具体实施方式
如图1所示为本发明方法的方法流程示意图：本发明提供的这种中频数字下变频方法，包括如下步骤：
S1.获取输入的AD数据；
S2.对输入的AD数据进行格式变换和频点选择；具体为根据输入的AD数据的bit位数、IQ形式和编码方式，统一将输入的AD数据变换为IQ双路10bit 的补码数据；同时为了便于后续统一处理，从输入的AD数据中提取出B1、B2、 L1、L2、G1、G2、B3和L5八个频点数据；最后，采用如下规则进行输出设置：
若输入的数据为单路I输入的AD数据，则进行格式变换和频点选择后，输出的I路数据为输入的I数据，输出的Q数据为0；
若输入的数据为IQ双路输入的AD数据，则进行格式变换和频点选择后，输出的I路数据为输入的I数据，输出的Q数据为输入的Q数据；
S3.对步骤S2输出的数据进行混频；具体为采用如下步骤进行混频：
若输入的数据为单路I输入的AD数据，则采用如下公式进行混频：
式中a为卫星信号相位；b为本振相位；
该路信号经过宽带滤波模块后，滤除和频分量，保留差频分量，得到I、Q 支路信号如下：
I:cos(a-b)＝2*cos(a)cos(b)
Q:sin(a-b)＝-2cos(a)sin(b)
若输入的数据为IQ双路输入的AD数据，则采用如下公式进行混频：
I:cos(a-b)＝cos(a)cos(b)+sin(a)sin(b)
Q:sin(a-b)＝sin(a)cos(b)-cos(a)sin(b)
式中a为卫星信号相位；b为本振相位；
S4.对混频后的数据进行宽带滤波；具体为对混频输出的零频基带数据进行宽带滤波，从而防止混频混叠；滤波器带宽设置为20MHz；
S5.对宽带滤波后的数据进行降采样，从而得到最终的宽带零频信号；具体为采用如下步骤进行降采样：
A.设置clka和clkb两个时钟的比例M:N；其中clka为AD数据对应的采样频率；clkb为基带信号处理的工作频率；M和N为正整数；
B.在clka时钟域下，初始化累加值为N；
C.对累加值进行累加计数：
当累加值大于M时，生成进位信号step，同时在累加值中减去M；
D.在进位信号step有效时，采样clka时钟域下的数据，并在采样完成后重置进位信号step；
E.对累加值继续进行累加计数；
F.重复步骤C～E，直至降采样完成，从而完成无损耗的降采样；
G.降采样时，根据输入的数据，采用如下规则设定是否输出宽带信号：
针对B1、G1和G2三个频点的信号，只输出窄带信号；
针对B2、L1、L2、B3和L5五个频点的信号，输出宽带信号和窄带信号；
S6.对降采样后的数据进行窄带滤波，从而得到最终的窄带零频信号；具体为对降采样输出的数据进行窄带滤波，得到窄带信号；滤波器带宽设置为4MHz。
如图2所示为本发明电路的功能模块图：本发明提供的这种实现所述中频数字下变频方法的电路，包括参数配置模块、AD数据变换模块、混频模块、宽带滤波模块、降采样模块和窄带滤波模块；AD数据变换模块、混频模块、宽带滤波模块、降采样模块和窄带滤波模块依次串联；参数配置模块的输出端同时连接AD数据变换模块、混频模块和降采样模块；参数配置模块用于给AD数据变换模块、混频模块和降采样模块下发控制参数；AD数据变换模块用于对输入的AD数据进行格式变换和频点选择，并将得到的输出数据上传混频模块；混频模块用于对接收的数据进行混频，并将混频后的输出上传宽带滤波模块；宽带滤波模块用于对接收的数据进行宽带滤波，并将滤波后的数据上传降采样模块；降采样模块用于对接收的数据进行降采样，得到最终的宽带零频信号，并将降采样后的数据上传窄带滤波模块；窄带滤波模块用于对接收的数据进行窄带滤波，从而得到最终的窄带零频信号。
此外，本发明还提供了一种基带芯片，该芯片包括了上述的中频数字下变频方法和电路；芯片采用所述的中频数字下变频方法进行下变频，并且包括了实现该下变频方法的电路。
本发明还提供了一种卫星导航接收机，该卫星导航接收机包括了上述的中频数字下变频方法、电路和基带芯片。
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