Overzicht

Satellietnavigatietechnologie is uitgegroeid tot een breed toegepaste positiebepalingstechnologie in menselijke activiteiten en heeft zich snel ontwikkeld tot een opkomende industrie - de satellietnavigatie- en positiebepalingsindustrie. De Verenigde Staten en Rusland hebben met succes wereldwijde satellietnavigatiesystemen gebouwd, respectievelijk GPS en GLONASS, en de Europese Unie bouwt momenteel aan het GALILEO-systeem. In 2000 lanceerde China twee satellieten voor zijn Beidou Navigation Satellite System (BDS), wat een doorbraak betekende in China's satellietnavigatietechnologie. Hierdoor werd China het derde land ter wereld met een onafhankelijk satellietnavigatiesysteem.

In tegenstelling tot GPS maakt het Beidou satellietnavigatiesysteem gebruik van een actief tweewegs navigatiesysteem. Het Beidou-systeem bestaat uit twee geostationaire satellieten, een centraal besturingssysteem, een kalibratiesysteem en verschillende gebruikersapparaten. Het centrale besturingssysteem stuurt vragensignalen naar de twee satellieten, die vervolgens worden doorgezonden naar gebruikers in het dekkingsgebied. Gebruikers reageren op het vragensignaal van één satelliet en sturen een antwoord naar beide satellieten, dat vervolgens wordt teruggestuurd naar het centrale besturingssysteem. Het besturingssysteem ontvangt en decodeert de signalen van de gebruiker en verwerkt ze op basis van de gevraagde dienst.

Hoewel het satellietsysteem van de Beidou-generatie communicatiemogelijkheden biedt, beperkt de actieve positioneringsmethode factoren zoals gebruikerscapaciteit, positioneringsnauwkeurigheid, onzichtbaarheid en positioneringsfrequentie. Dankzij verbeteringen in het basisbandverwerkingsalgoritme voor plaatsbepaling van de Beidou-satellietgeneratie is nu passieve plaatsbepaling met drie satellieten mogelijk. In 2005 ontwikkelde China met succes de eerste Beidou I satellietontvanger voor passieve plaatsbepaling, die het probleem van snelle plaatsbepaling in realtime onafhankelijk oploste. Het biedt realtime navigatie- en plaatsbepalingsdiensten in alle weersomstandigheden en met hoge precisie voor China en de omliggende regio's. De voortschrijdende volwassenheid van de Beidou generatie passieve plaatsbepaling breidt de potentiële toepassingen van de Beidou generatie eindproducten enorm uit.

Een belangrijke toepassing van Beidou generatie terminalproducten is tijdsynchronisatie met één ontvanger, wat essentieel is voor veel industrieën, zoals communicatiebasisstations en energiesectoren. Momenteel vertrouwen deze industrieën op GPS voor tijdsynchronisatie, maar het wordt steeds duidelijker dat de Beidou-tijdsynchronisatie de trend zal zijn, met een zeer grote vraag.

De RNC2410 RF Chip: Een belangrijke innovatie voor de Beidou-generatie

Om aan de vraag in de Beidou-generatiemarkt voor enkele ontvangers te voldoen, ontwikkelde een Chinees bedrijf de Beidou generatie RF single-ontvanger chip RNC2410. De RNC2410 biedt superieure prestaties, laag energieverbruik, hoge stabiliteit en een compact formaat. Er zijn slechts een paar externe componenten nodig om de RF-ontvangstfunctie van de Beidou-generatie te realiseren, waardoor het volume van het product en de systeemkosten aanzienlijk worden verlaagd.

Belangrijkste kenmerken van de RNC2410

De RNC2410 is een radiofrequentie (RF) ontvangerchip ontworpen voor het Beidou Generatie satellietnavigatiesysteem. De chip integreert alle ontvangerkanaalmodules en frequentiesynthesizers. Het ontvangerkanaal biedt zowel een analoge signaaluitgang als een ADC-gekwantiseerde signaaluitgang, samen met een bemonsteringsklokuitgang. Met een paar externe componenten kan de chip de ontvangstfunctie bereiken die nodig is voor Beidou-gebruikersapparaten. De chip gebruikt het standaard SPI interface protocol voor communicatie.

De chip heeft een tweefasige frequentieconversiestructuur. De ontvanger zet eerst het RF-signaal om naar de eerste middenfrequentie (IF) via het RF-front-end circuit en zet vervolgens de eerste IF om naar de uiteindelijke IF-uitgang via een tweede mixer. Met de juiste frequentieplanning verbetert dit de beeldonderdrukking en kanaalselectiviteit van de ontvanger aanzienlijk. Om de integratie van de chip te verbeteren en het aantal externe componenten te verminderen, bevat de chip een frequentiesynthesizer en bijbehorende spanningsgestuurde oscillatoren (VCO's), evenals een fasevergrendelde lus (PLL) die wordt gebruikt om de ADC-sampleklok te genereren. Deze PLL levert ook de referentieklok voor het basisbandgedeelte.

Een variabele versterker met 1dB-stappenregeling wordt gebruikt in de IF-trap, die ervoor zorgt dat het uitgangssignaalniveau op een piek-tot-piek differentiële spanning van 1V blijft via een automatische versterkingsregeling (AGC). De RNC2410 kan zowel analoge IF-signalen als 2-bit gekwantiseerde signalen leveren.

Toepassingen van de RNC2410

Dankzij de hoge mate van integratie vereenvoudigt de RNC2410 chip het systeemontwerp doordat er slechts minimale randapparatuur nodig is voor de ontvangstfunctie. Figuur 1 toont het systeemschema van een Beidou-generatie ontvangstterminal die de RNC2410 gebruikt.

In het schema levert de BDI LNA (Low Noise Amplifier) voor Beidou I een versterking van meer dan 42 dB met een ruisgetal onder 1,3 dB. De ADC kan afkomstig zijn van ADI's AD9283 of vergelijkbare producten. De BDI Baseband kan worden geïmplementeerd met een speciale chip of FPGA.

Aangezien de RF-ingang van de RNC2410 differentieel is en de uitgangsimpedantie van de LNA eenzijdig (50 ohm), zijn er ingangsaanpassingsschakelingen nodig. Een balun van 50 ohm naar 100 ohm wordt gebruikt samen met een differentieel T-netwerk voor een goede afstemming tussen de balun en de chip.

Om de beeldonderdrukking en kanaalselectiviteit te verbeteren, wordt een SAW-filter met hoge selectiviteit gebruikt bij de eerste IF en dienovereenkomstig aangepast. De RNC2410 heeft twee interfaces voor het basisbandgedeelte: de ene biedt analoge IF-uitvoer, die door een externe ADC wordt gesampled om een gekwantiseerd signaal voor de basisband te produceren, terwijl de andere gekwantiseerde IF-uitvoer met 2-bits resolutie levert, die rechtstreeks naar de basisband wordt gestuurd.

De testresultaten van een Beidou I-terminal met de RNC2410 laten een ontvangstgevoeligheid zien die hoger is dan -157,6dBm.

Conclusie

De RNC2410 is een onafhankelijk ontwikkelde RF-chip voor het Beidou satellietnavigatiesysteem. Hij biedt aanzienlijke besparingen in afmetingen en kosten in vergelijking met traditionele producten. De prestaties van de module voldoen volledig aan de eisen van het algemene systeem en wordt momenteel getest. Grootschalige productie wordt binnenkort verwacht, wat de snelle ontwikkeling van China's Beidou satellietnavigatie-industrie zal stimuleren.