Übersicht

Die Satellitennavigationstechnologie hat sich zu einer weit verbreiteten Ortungstechnologie für menschliche Aktivitäten entwickelt und ist zu einem aufstrebenden Industriezweig geworden - der Satellitennavigations- und Ortungsindustrie. Die Vereinigten Staaten und Russland haben erfolgreich globale Satellitennavigationssysteme, GPS bzw. GLONASS, aufgebaut, und die Europäische Union baut derzeit das GALILEO-System auf. Im Jahr 2000 startete China zwei Satelliten für sein Beidou-Navigationssatellitensystem (BDS), was einen Durchbruch in der chinesischen Satellitennavigationstechnologie bedeutete. Damit war China das dritte Land der Welt, das über ein unabhängiges Satellitennavigationssystem verfügte.

Im Gegensatz zu GPS verwendet das Beidou-Satellitennavigationssystem ein aktives Zwei-Wege-Navigationssystem. Das Beidou-System besteht aus zwei geostationären Satelliten, einem zentralen Kontrollsystem, einem Kalibrierungssystem und verschiedenen Benutzergeräten. Das zentrale Kontrollsystem sendet Abfragesignale an die beiden Satelliten, die dann an die Nutzer im Versorgungsgebiet weitergesendet werden. Die Nutzer antworten auf das Abfragesignal eines Satelliten und senden eine Antwort an beide Satelliten, die dann an das zentrale Kontrollsystem zurückgesendet wird. Das Kontrollsystem empfängt und entschlüsselt die Signale der Nutzer und verarbeitet sie entsprechend dem angeforderten Dienst.

Das Satellitensystem der Beidou-Generation bietet zwar Kommunikationsmöglichkeiten, aber seine aktive Ortungsmethode schränkt Faktoren wie Nutzerkapazität, Ortungsgenauigkeit, Unauffälligkeit und Häufigkeit der Ortung ein. Dank der Verbesserung des Algorithmus für die Verarbeitung des Basisbands der Beidou-Satellitenpositionierung ist nun eine passive Positionierung mit drei Satelliten möglich. Im Jahr 2005 entwickelte China erfolgreich den ersten passiven Beidou-I-Satelliten-Positionsempfänger, der das Problem der schnellen Echtzeit-Positionierung unabhängig löst. Er bietet allwettertaugliche, hochpräzise Echtzeit-Navigations- und Ortungsdienste für China und die umliegenden Regionen. Die fortschreitende Reife der passiven Positionierung der Beidou-Generation erweitert die Anwendungsmöglichkeiten der Beidou-Endgeräte erheblich.

Eine Schlüsselanwendung der Endgeräte der Beidou-Generation ist die Zeitsynchronisation mit einem einzigen Empfänger, die für viele Industriezweige wie Kommunikationsbasisstationen und den Energiesektor unerlässlich ist. Derzeit verlassen sich diese Branchen auf GPS für die Zeitsynchronisation, aber es wird immer deutlicher, dass die Einführung der Beidou-Zeitsynchronisation der Trend sein wird und eine sehr große Nachfrage besteht.

Der RNC2410 RF-Chip: Eine Schlüsselinnovation für die Beidou-Erzeugung

Um die Nachfrage auf dem Markt für Einzelempfänger der Beidou-Generation zu befriedigen, entwickelte ein chinesisches Unternehmen das Beidou-Generation RF-Einzel-Empfänger-Chip RNC2410. Der RNC2410 bietet überlegene Leistung, geringen Stromverbrauch, hohe Stabilität und eine kompakte Größe. Er benötigt nur wenige externe Komponenten, um die HF-Empfangsfunktion der Beidou-Generation zu erreichen, was das Volumen des Produkts und die Systemkosten erheblich reduziert.

Hauptmerkmale des RNC2410

Der RNC2410 ist ein Hochfrequenz-Empfängerchip, der für das Satellitennavigationssystem der Beidou-Generation entwickelt wurde. Der Chip integriert alle Empfängerkanalmodule und Frequenzsynthesizer. Der Empfängerkanal bietet sowohl einen analogen Signalausgang und einen ADC-quantisierten Signalausgang als auch einen Abtasttaktausgang. Mit wenigen externen Komponenten kann der Chip die für Beidou-Benutzergeräte erforderliche Empfangsfunktion erreichen. Für die Kommunikation wird das standardmäßige SPI-Schnittstellenprotokoll verwendet.

Der Chip verfügt über eine zweistufige Frequenzumwandlungsstruktur. Der Empfänger wandelt das HF-Signal zunächst über den HF-Front-End-Schaltkreis auf die erste Zwischenfrequenz (ZF) ab und wandelt dann die erste ZF über einen zweiten Mischer auf den endgültigen ZF-Ausgang ab. Bei geeigneter Frequenzplanung verbessert dies die Bildunterdrückung und Kanalselektivität des Empfängers erheblich. Um die Integration des Chips zu verbessern und die Anzahl der externen Komponenten zu reduzieren, sind auf dem Chip ein Frequenzsynthesizer und entsprechende spannungsgesteuerte Oszillatoren (VCOs) sowie ein Phasenregelkreis (PLL) zur Erzeugung des ADC-Abtasttakts integriert. Diese PLL liefert auch den Referenztakt für den Basisbandteil.

In der ZF-Stufe wird ein Verstärker mit variabler Verstärkung und 1dB-Stufenregelung verwendet, der dafür sorgt, dass der Ausgangssignalpegel durch eine automatische Verstärkungsregelschleife (AGC) bei einer Spitze-Spitze-Differenzspannung von 1V bleibt. Der RNC2410 kann sowohl analoge ZF-Signale als auch quantisierte 2-Bit-Signale liefern.

Anwendungen des RNC2410

Dank seiner hohen Integration vereinfacht der RNC2410-Chip das Systemdesign, da er nur minimale periphere Schaltungen für die Empfangsfunktion benötigt. Abbildung 1 zeigt das Systemschema eines Empfangsterminals der Beidou-Generation mit dem RNC2410.

Im Schaltplan bietet der BDI LNA (Low Noise Amplifier) für Beidou I eine Verstärkung von mehr als 42 dB mit einer Rauschzahl unter 1,3 dB. Der ADC kann aus dem AD9283 von ADI oder ähnlichen Produkten stammen. Das BDI-Basisband kann mit einem speziellen Chip oder FPGA implementiert werden.

Da der HF-Eingang des RNC2410 differenziell und die Ausgangsimpedanz des LNA unsymmetrisch (50 Ohm) ist, sind Eingangsanpassungsschaltungen erforderlich. Ein unsymmetrischer 50-Ohm-zu-differentiellen 100-Ohm-Balun wird zusammen mit einem differentiellen T-Netzwerk für die richtige Anpassung zwischen Balun und Chip verwendet.

Um die Bildunterdrückung und die Kanalselektivität zu verbessern, wird ein hochselektiver SAW-Filter an der ersten ZF verwendet und entsprechend angepasst. Der RNC2410 bietet zwei Schnittstellen zum Basisbandteil: eine bietet einen analogen ZF-Ausgang, der von einem externen ADC abgetastet wird, um ein quantisiertes Signal für das Basisband zu erzeugen, während die andere einen quantisierten ZF-Ausgang mit 2-Bit-Auflösung bietet, der direkt an das Basisband gesendet wird.

Die Testergebnisse eines Beidou I Terminals mit dem RNC2410 zeigen eine Empfangsempfindlichkeit von mehr als -157,6dBm.

Schlussfolgerung

Der RNC2410 ist ein unabhängig entwickelter RF-Chip für das Satellitennavigationssystem Beidou. Er bietet im Vergleich zu herkömmlichen Produkten eine erhebliche Größen- und Kostenreduzierung. Die Leistung des Moduls entspricht voll und ganz den Anforderungen des Gesamtsystems und befindet sich derzeit im Probebetrieb. Es wird erwartet, dass es bald in großem Maßstab produziert wird, was die rasche Entwicklung der chinesischen Beidou-Satellitennavigationsindustrie vorantreiben wird.