Обзор

Технология спутниковой навигации стала широко распространенной технологией определения местоположения в человеческой деятельности и быстро превратилась в развивающуюся отрасль - индустрию спутниковой навигации и позиционирования. Соединенные Штаты и Россия успешно создали глобальные спутниковые навигационные системы GPS и ГЛОНАСС, соответственно, а Европейский союз в настоящее время создает систему GALILEO. В 2000 году Китай запустил два спутника для своей навигационной спутниковой системы "Бейдоу" (BDS), что стало прорывом в развитии китайских технологий спутниковой навигации. Благодаря этому Китай стал третьей страной в мире, обладающей независимой спутниковой навигационной системой.

В отличие от GPS, в спутниковой навигационной системе Beidou используется активная навигационная система с двусторонней дальностью. Система Beidou состоит из двух геостационарных спутников, центральной системы управления, системы калибровки и различных пользовательских устройств. Центральная система управления посылает сигналы запроса на два спутника, которые затем ретранслируются пользователям в зоне обслуживания. Пользователи отвечают на запрос одного спутника и посылают ответ на оба спутника, который затем передается обратно в центральную систему управления. Система управления принимает и декодирует сигналы пользователей, обрабатывая их в соответствии с запрошенной услугой.

Хотя спутниковая система поколения Beidou обладает коммуникационными возможностями, ее активный метод позиционирования ограничивает такие факторы, как емкость пользователя, точность позиционирования, скрытность и частота позиционирования. Благодаря усовершенствованию алгоритма обработки базовой полосы спутникового позиционирования поколения Beidou, в настоящее время достигнуто пассивное позиционирование с помощью трех спутников. В 2005 году Китай успешно разработал первый спутниковый приемник пассивного позиционирования Beidou I, который самостоятельно решил проблему быстрого позиционирования в реальном времени. Он обеспечивает всепогодную, высокоточную навигацию и позиционирование в режиме реального времени для Китая и прилегающих регионов. Постоянное совершенствование пассивного позиционирования поколения Beidou значительно расширяет возможности применения терминальных продуктов поколения Beidou.

Ключевым применением терминальных продуктов поколения Beidou является синхронизация времени с одним приемником, которая необходима для многих отраслей промышленности, таких как базовые станции связи и энергетика. В настоящее время эти отрасли полагаются на GPS для синхронизации времени, но становится все более очевидным, что принятие синхронизации времени Beidou будет тенденцией, с очень большим спросом.

Радиочастотный чип RNC2410: Ключевая инновация для генерации Beidou

Чтобы удовлетворить спрос на рынке одиночных приемников поколения Beidou, китайская компания разработала Чип RNC2410 с одним приемником радиочастот поколения Beidou. RNC2410 обладает превосходной производительностью, низким энергопотреблением, высокой стабильностью и компактными размерами. Для реализации функции радиоприема поколения Beidou требуется всего несколько внешних компонентов, что значительно снижает объем изделия и стоимость системы.

Ключевые особенности RNC2410

RNC2410 - это микросхема радиочастотного (РЧ) приемника, предназначенная для спутниковой навигационной системы поколения Beidou. В микросхеме интегрированы все модули каналов приемника и синтезаторы частоты. Канал приемника обеспечивает выход аналогового сигнала и выход квантованного сигнала АЦП, а также выход тактового генератора выборки. С помощью небольшого количества внешних компонентов микросхема может выполнять функции приема, необходимые для пользовательских устройств Beidou. Для связи используется стандартный протокол интерфейса SPI.

Микросхема имеет двухступенчатую структуру преобразования частоты. Сначала приемник понижает радиочастотный сигнал до первой промежуточной частоты (ПЧ) через схему переднего фронта радиочастоты, а затем еще понижает первую ПЧ до конечной ПЧ на выходе через второй смеситель. При правильном частотном планировании это значительно улучшает подавление изображения и селективность канала приемника. Для повышения степени интеграции и уменьшения количества внешних компонентов в микросхему интегрирован синтезатор частоты и соответствующие генераторы с регулировкой напряжения (VCO), а также фазовращающий цикл (PLL), используемый для генерации тактового генератора выборки АЦП. Этот PLL также обеспечивает опорный генератор для секции базовой полосы.

В каскаде ПЧ используется усилитель с переменным коэффициентом усиления и ступенчатой регулировкой 1 дБ, который обеспечивает поддержание уровня выходного сигнала на уровне пикового дифференциального напряжения 1 В с помощью контура автоматической регулировки усиления (AGC). RNC2410 может выдавать как аналоговые сигналы ПЧ, так и 2-битные квантованные сигналы.

Области применения RNC2410

Благодаря высокой степени интеграции чип RNC2410 упрощает проектирование системы, поскольку для выполнения функции приема требуется лишь минимальное количество периферийных схем. На рисунке 1 показана системная схема приемного терминала поколения Beidou с использованием RNC2410.

В схеме BDI LNA (малошумящий усилитель) для Beidou I обеспечивает коэффициент усиления более 42 дБ при коэффициенте шума менее 1,3 дБ. В качестве АЦП можно использовать AD9283 от ADI или аналогичные продукты. Базовая полоса BDI может быть реализована с помощью специализированной микросхемы или ПЛИС.

Поскольку ВЧ-вход RNC2410 является дифференциальным, а выходной импеданс МШУ - односторонний (50 Ом), необходимы входные согласующие цепи. Для согласования между балуном и микросхемой используется односторонний 50-омный и дифференциальный 100-омный балун, а также дифференциальная Т-сеть.

Для улучшения подавления изображения и селективности каналов на первой ПЧ используется SAW-фильтр с высокой селективностью, который соответствующим образом согласовывается. RNC2410 предоставляет два интерфейса для подключения к секции базовой полосы: один обеспечивает аналоговый выход ПЧ, который дискретизируется внешним АЦП для получения квантованного сигнала для базовой полосы, а другой обеспечивает квантованный выход ПЧ с 2-битным разрешением, напрямую передаваемый в базовую полосу.

Результаты тестирования терминала Beidou I с использованием RNC2410 показывают чувствительность приема выше -157,6 дБм.

Заключение

RNC2410 - это радиочастотный чип независимой разработки для спутниковой навигационной системы Beidou. Он обеспечивает значительное уменьшение размеров и стоимости по сравнению с традиционными продуктами. Характеристики модуля полностью соответствуют требованиям всей системы и в настоящее время проходят опытную эксплуатацию. В скором времени ожидается крупномасштабное производство, что будет способствовать быстрому развитию китайской индустрии спутниковой навигации Beidou.