[发明专利]抗4G干扰的北斗、GPS多模收发一体化导航通信模块

权利要求书

1.一种抗4G干扰的北斗、GPS多模收发一体化导航通信模块，其特征是包括北斗一代RDSS单元、北斗二代RNSS/GPS单元、电源处理单元、连接器和金属盒体；

北斗一代RDSS单元和北斗二代RNSS/GPS单元都载在一块PCB板上；电源处理单元为北斗一代RDSS单元和北斗二代RNSS/GPS单元供电；

所述北斗一代RDSS单元包括：第一低噪声放大器、收发处理通道、功率放大器及基带处理模块；外部信号经低噪声放大器后、再经收发处理通道传到基带处理模块；输出信号为：基带处理模块的输出信号经收发处理通道后，再经功率放大器即得北斗一代RDSS单元的输出信号；

所述北斗二代RNSS/GPS单元包括：BDS-B1/GPS-L1双模导航模块和第二低噪声放大器；外部的BDS-B1信号和GPS-L1信号经过第二低噪声放大器传入DBS-B1/GPS-L1双模导航模块；

所述金属盒体包括壳体和隔腔筋条；PCB板装在壳体内；隔腔筋条在壳体内壁和PCB表面之间，且与壳体内壁和PCB表面的接地焊盘密贴；隔腔筋条有多个，各个隔腔筋条把PCB表面与壳体内壁之间的空间隔成多个隔腔，所述第一低噪声放大器、收发处理射通道、功率放大器、基带处理模块、BDS-B1/GPS-L1双模导航模块和第二低噪声放大器分别在一个隔腔内；

所述连接器露出金属盒体表面；连接器包括一个板对板连接器和三个射频连接器；板对板连接器焊接在所述PCB板上；三个射频连接器分别连接第一低噪声放大器、第二低噪声放大器和功率放大器；

所述收发处理通道采用的是抗4G干扰射频收发电路，包括依次连接的低噪声放大器LNA、第一级混频器Mixer1、第一低通滤波器LPF、第二级混频器Mixer2、带通滤波器BPF、可变增益放大器VGA和第二低通滤波器LPF；第二低通滤波器LPF的信号输出端连接基带处理模块；

所述第一级混频器Mixer1输出的射频信号IF1OUT到第一中频声表面波滤波器IF1SAW，IF1SAW输出射频信号IF1IN到第一低通滤波器LPF的输入端；

还包括小数分频锁相环回路，该锁相环的输出的给Mixer1的本振频率为2704.92MHz，输出给Mixer2的本振频率为225.41MHz。

2.根据权利要求1所述的北斗、GPS多模收发一体化导航通信模块，其特征是所述电源处理单元包括第一电源模块、第二电源模块和基带电源模块；第一电源模块为第一低噪声放大器和第二低噪声放大器供电；第二电源模块为功率放大器、收发处理通道和基带处理模块供电；

DBS-B1/GPS-L1双模导航模块的UART接口、基带处理模块的UART接口和GPIO接口连接在板对板连接器上；第一、二电源模块的电源输入接口分别连接在板对板连接器上。

3.根据权利要求1所述的北斗、GPS多模收发一体化导航通信模块，其特征是所述金属盒体的两边设有定位孔，该定位孔是螺孔或通孔。

4.根据权利要求3所述的北斗、GPS多模导航通信模块，其特征是所述定位孔有四个，定位孔两两对称分布在金属盒体左右两边；四个定位孔围成长方形；位于同一边的两个定位孔距离金属盒体中心的距离相同，且两个定位孔的孔距作为长方形的一边长为30mm；长方形的另一边长为50mm；

板对板连接器的中心位置偏离金属盒体竖直中心线距离为3.82mm，偏离金属盒体水平中心线距离为23.62mm。

5.根据权利要求1所述的北斗、GPS多模收发一体化导航通信模块，其特征是板对板连接器是25pin板对板连接器，其接口定义如下表1：

表1：

6.根据权利要求1所述的北斗、GPS多模收发一体化导航通信模块，其特征是抗4G干扰射频收发电路的设计过程如下：

1)4G信号对RDSS终端造成干扰的技术分析：

北斗一代区域RDSS系统，载波中心频率为2491.75MHz，码速率4.08MHz，信息速率8000bps，地面接收功率-149dBW；

4G信号的S频段为2510MHz-2590MHz，与本RDSS频段接近，且落地电平较大，容易造成对RDSS终端的干扰；

从频域上来讲，4G信号属于本RDSS的带外干扰信号，最直接有效的手段就是通过射频滤波器滤除，但是射频滤波器无法完全滤除干扰信号的影响，所以需要结合终端射频前端滤波器和射频接收电路的性能，达到抗4G信号的效果，从而保证RDSS终端正常工作；

本RDSS的信号落地电平较低，信号功率多数在噪底内，有用信号是噪声功率在带内的积分，按照-100dBm评估，频带为2491.75±4.08MHz；4G干扰信号按照-40dBm进行评估，频带为2510-2590MHz；则4G干扰信号大于有用信号60dB；

2)抗4G干扰信号的RDSS终端解决方案制定：

根据本RDSS频段周围存在的干扰信号的频段分布，一次变频方案会有干扰信号落入带内，本RDSS终端解决方案采用高本振二次变频架构；

本RDSS终端解决方案集中在外置射频前端和射频收发电路两个部分；其中，外置射频前端的滤波特性使本方案达到2520MHz处抑制40dBc；

射频收发电路的设计，采用两次变频结构方案，此方案采用高本振2704.92MHz将信号混频到第一中频213MHz，经过滤波后，将第一中频信号再下变频到中频频率12.24MHz，同时接收部分仅需要一个锁相环结构；

本方案中由4G信号产生的干扰源是直接混频的信号以及由谐波混频后产生的干扰，例如4G信号2586MHz频段产生12.43MHz的带内干扰：(2704.92-2586)×2＝237.84，237.84-225.41＝12.43MHz；2530MHz频段产生50.49MHz的带外干扰，(2704.92-2530)*1-225.41＝50.49MHz；4G信号形成的干扰源分布测试数据表明，2584-2588MHz之间形成的干扰落在中频带内，其它的频率均离中心频率较远的中频带外；产生二次谐波分量的射频频率(2586MHz±4MHz)相对本RDSS信号频带远，片外射频滤波器可以对其进行足够的抑制，；

由于4G信号是宽带信号，三阶交调会落入射频收发芯片，例如2520MHz、2548MHz进入射频收发芯片的功率均为-50dBm，这就要求射频收发芯片带外IIP3达到-15dBm；

在射频收发电路方面，由于干扰信号不可能被完全滤除，同时4G信号带宽因素决定会产生交调信号，所以要求射频收发电路保持良好的线性度。另一方面，中频滤波器采用SAW滤波器及片内滤波器共同配合，对带宽外的信号进行抑制，同时具有良好的高低温全温度范围内的稳定特性；

考虑到本RDSS终端与4G终端配合使用，信号功率会更大，则射频收发电路在保证噪声系数的同时，具有良好的线性；例如假定进入射频收发芯片前端的干扰功率为-40dBm，经过天线及片外低噪声放大器增益30dB，即进入射频收发芯片的最大干扰信号强度为-10dBm，为了保证在强干扰信号输入时不发生非线性失真，同时对整机信噪比恶化3dB以内，就要求射频接收芯片的输入1dB压缩点至少达到-10dBm，噪声系数小于15dB以内；

3)射频接收芯片的实现

通过分析干扰信号的频谱与强度，得出从射频滤波器的带外抑制及射频收发芯片的抗干扰能力两方面来实现4G干扰信号的抑制；对于射频接收电路来讲，着重放在射频前端的高线性度指标特性和模拟中频的滤波特性、噪声系数的折中上；通道的三个主要指标：增益、噪声系数、线性度是相互制约的，需要在充分考虑他们的关系以及芯片可实现性基础上进行全面考虑；

1、射频部分

射频前端的设计侧重点在于高线性度和噪声系数的设计；

低噪声放大器的一般设计步骤是：首先选择好LNA的结构，其次调整LNA合适的偏置点，接下来就是LNA的输入输出匹配，完成输入匹配后，要调整电路的各项参数使得增益和噪声满足指标要求，最后，对电路进行完善，保证电路稳定工作，线性范围足够大；

第一级低噪声放大器采用cascode结构，提供20dB的高增益状态和10dB的低增益状态；高增益状态下可以实现噪声系数1.8dB以内；低增益状态下实现10dB的噪声系数，输入1dB压缩点-8dBm；

2、模拟部分

模拟部分要考虑滤波特性及噪声系数的折中；本方案采用的架构是二次变频接收机结构，第一混频输出滤波器特性由片外滤波器完成，中频滤波器抑制达到40dB以上；这对后级的模拟电路是一个很好的帮助，后级模拟中频部分二次变频后需要带通滤波器的作用，将谐波分量抑制，同时要求具有低噪声特性，因为即便存在大信号干扰状态的情况下，通道灵敏度及信噪比仍然需要符合整机要求。