GPS接收机中的高频通道模拟

目前，GPS系统已广泛应用于人们生活的各个领域. 随着GPS定位理论研究的不断深入和硬件的不断完善，GPS定位系统也日益完善. 本文将从软件实验的角度分析GPS接收机高频通道的工作原理. 基于此，设计了一种增益分配方案来分析下变频电路的噪声特性. 系统仿真结果.

1天线和的传输损耗

由于GPS信号使用符号率为fb1 = 1.023MHz的扩频码（C / A码），因此调制信号将占用2.046MHz的带宽. 图1显示了L1频段（1575.42MHz）信号的功率谱密度. 扩展后的信号带宽为fL1 = 1575.42MHz. 中心频率的带宽为2.046MHz. 天线的带宽覆盖范围至少应满足fL1±fb1 =

1 575.42±1.023MHz.

接收的最小功率必须大于-160dBW（-130dBm）. 为了确保这一点，具有C / A码调制的L1载波卫星的发射功率必须达到21.9W（13.4dBW或43.4dBm）. 如果根据最小输入电平-130dBm计算出的输出功率为43.4dBm，即在天线上感应的最小信号电平为-130dBm，则假定以下模拟中列出的实验数据传输损耗为173.4dB.

2接收机高频通道设计

2.1接收通道的工作原理

GPS经过滤波和预放大后，对L1波段粗码（C / A码）调制的扩频信号进行滤波，然后将其发送到后置放大器以进行重新放大. 这样gps接收机基本工作原理，在下变频之后，中心频率从fL1移到中频fIF，但是频谱中各分量之间的比较关系没有改变. 以三级下变频为例，接收通道的框图如图2所示，其中天线，滤波器和放大器1组成了动态天线部分.

RF载波下变频后形成的中频信号的中心频率:

fIF3 ＝ f1-fLO1-fLO2-fLO3 ＝ 1575.42-1400-140-31.111 ＝ 4.309MHz. 其中，fLO1，fLO2和fLO3是三级本振频率. 混合的相关频率如表1所示.

2.2接收通道增益设计

现在计算从输入到第二次混音的总增益. 当第三混合输入正弦电压的有效值达到20mV时，达到硬极限. 根据的最小最小输入电平-160dBW（-130dBm）计算，50Ω输入阻抗上的电压为:

根据从输入端到通道限制器前端的总增益大于109dB计算得出. 每个级别的增益分布如下:

前置放大器增益: 19dB；

2m电缆损耗: -2.5dB；

后置放大器增益: 50dB；

第二混音增益: -10 +（-7）= -17dB;

IF放大器的增益: 80dB；

总总增益: 129.5dB. 考虑到在动态下信号强度下降了8dB，因此限制器输入的总增益输入为121.5dB. 这样设计的通道的总增益可以满足整机的灵敏度要求.

大多数混频转换增益（75dB）发生在第三次混频期间-将第二个35.42MHz IF信号转换为4.3MHz的IF输出频率. 因此，SAW（表面声波）滤波器的输出是IF链路对为60dB.

2.3信道噪声特性的分析与计算

GPS中整个RF前端的噪声特性（NF）如公式（1）所示:

其中: F 1: 动态天线LNA的噪声特性（dB）；

F 2: RF-IF转换模块（除IF滤波器以外的所有电路模块）的噪声特性（dB）；

G1: 动态天线LNA的射频信号增益（dB）；

L1: 由于RF滤波和电缆引入，LNA之后的RF信号丢失.

这里，动态天线LNA的增益为+ 26dB，噪声特性为1.5dB. RF-IF转换器模块（例如GP2015）的噪声特性为9dB；同轴电缆长度引起的损耗是可变的. 假设电缆长度为2m，则带通滤波器的插入损耗（考虑到总损耗L1）为2.5dB. 因此gps接收机基本工作原理，可以从公式（1）获得:

接收机高频通道的噪声特性为1.6dB.

对于给定动态天线的LNA噪声特性，LNA增益越高，在RF-IF转换部分中整体接收到的噪声特性越不独立. 就噪声特性而言，GPS最好使用具有低噪声放大特性的动态天线. 该天线具有适当的高LNA增益（> 19dB）和非常小的电缆损耗（<-2dB）.

3高频通道电路的系统仿真

根据图2中的高频通道，并通过较早地分析增益分布和噪声特性，构建System View系统仿真电路.

3.1信号源

这里的信号源使用一种简单的方法，仅模拟一个C / A代码，然后通过模2将其添加到数据信号D代码中，然后调制到L1载波上. 传输损耗之后，它到达接收天线并接收. 天线接收的信号是会引入噪声的扩频信号. 噪声和干扰仿真是通过将假设的噪声或干扰信号添加到仿真系统来实现的. 在这里，使用温度噪声: 阻抗=50Ω，噪声温度= 300K. C / A代码调制的C / A代码和D代码模式如图3所示. 其中，C / A代码调制的D代码被延迟5μs.

图4所示为L1载波调制扩频信号和接收机的射频前端接收的RF信号. 从图中可以看出，射频前端接收的GPS信号为淹没在噪音中.

收到3.2中频信号

由第一级混频产生的中频输出信号的频谱如图5所示. 其中，RF滤波器的通带中心频率设置为1575.42MHz，通带设置为2MHz（-3dB） 第一个IF滤波器的中心频率为175.42MHz，这是具有0.1dB纹波的两极切比雪夫响应. 混频器是有源双平衡混频器.

从图5可以看出，第一级中频的输出频率约为175.42MHz.

由第二级混频产生的中频输出信号的频谱如图6（a）所示. 其中，第二个IF滤波器是SAW带通滤波器. 中心频率为35.42MHz，通带为2MHz（±1dB），插入损耗为14-18dB，阻带为> 10dB（±2M），群延迟纹波为<300ns（34.62〜36.22MHz），并且最大组延迟<1.7ns. SAW的通带纹波为0.8dB；用普通的有限脉冲响应滤波器（FIR）模拟了声表面波滤波器的频率响应特性.

如图6（b）所示，图6的放大频谱如图6所示. 可以看出，第二级中频的输出频率约为35.42MHz.

在第三级混合之前使用限制器将第三级混合输入电压的限制器限制在20mV以内. 由第三级混频产生的中频输出信号的频谱如图7所示. 从图中可以看出，第三级中频的输出频率接近4.309MHz. 第三个IF滤波器的中心频率为4.3MHz.

从软件实验的角度分析了GPS接收机高频通道的工作原理. 设计了一种高频通道增益分配方案，并分析了其噪声特性. 进行系统仿真. 在实际使用中，可以根据所需的干扰容差，增益和其他要求进行适当调整. 该研究对于开展相关领域的研究工作具有重要意义. 我将更加注意接收链接中的频道特征.

参考

GP2015的1个数据表: GPS射频前端.

2 GP2000: GPS接收机硬件设计应用笔记.

QuickMount微型GPS贴片天线AN-PC-131的3个数据表.

4罗维冰，张华，张杰. System View动态系统分析和通信系统仿真设计. 西安: 西安电子科技大学出版社，2001

5卡普兰E.D. （美国），邱志和，王万义译. GPS原理和应用. 北京: 电子工业出版社，2002

6王普德. GPS接收机的高频通道和频率合成器的设计. 导航，1992年； （2）

本文来自电脑杂谈，转载请注明本文网址：
http://www.pc-fly.com/a/shumachanpin/article-147367-1.html