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专利名称：一种减小卫星导航接收机中adc量化噪声的方法
技术领域：
本发明涉及通讯技术领域，尤其涉及卫星导航接收机系统以及一种减小卫星导航接收机中ADC量化噪声的方法。
背景技术：
全球卫星导航系统(GNSS)目前有美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯全球卫星导航系统(GL0NASS)、欧洲伽利略卫星定位系统(Galileo)、以及发展中的中国北斗定位系统， 它们能提供全天候、实时、连续的高精度位置信息，已经广泛应用于各类军用和民用目标的定位、导航、授时和精密测量，目前卫星导航产业已经成为全球电子信息产业中，继移动通信和互联网之后又一个发展最快的经济增长点。卫星导航应用技术的进步是以接收机为核心的。20多年来接收机理论和应用技术不断发展，随着半导体技术以摩尔定律发展进步，接收机性能大幅提高的同时，重量显著减轻，成本不断降低，民用接收机技术的发展反过来也大大地促进了军用技术的进步。这期间涌现了大批不同种类的应用终端，如车辆导航仪、个人导航仪(PND)、定位手机、导航手机、 行驶记录仪、监控终端等，种类丰富功能强大。各种各样的应用服务系统，如移动位置服务 (LBS)系统、车辆信息系统(Telematics)、实时智能交通信息系统、不停车收费系统、车队管理系统、物流运输系统，以及多种多样的专业应用系统，日新月异的进入市场和产业，形成明显的生产力，对于提高生产效率，提高服务水平，改善生活质量，推动经济发展，发挥着积极作用。卫星导航接收机中，射频前端输出的中频信号在进入基带处理器之前首先要由模 /数转换器转换为数字信号。为了降低成本，卫星导航接收机通常采用4bit以下的较低精度的数模转换器(ADC)。由此带来的量化噪声，使系统信噪比恶化，灵敏度和定位精度降低。 大多数现有自动增益控制方法都无法对减小ADC的量化噪声起作用。现有的大多数自动增益控制(AGC)方法都是基于接收信号的平均功率。它们从一段时间的样本来估计接收信号的平均功率，并将该估计平均功率和参考功率进行比较，该参考功率是接收信号的期望功率电平。估计功率与参考功率之差用于调节接收机的可变增益放大器的前端功率增益。然而这种传统自动增益控制方法具有以下问题由于模数转换器的限幅效应，这种传统自动增益控制方法受模数变换器的影响。如果输入信号电平比期望功率电平即参考电平高得多，则输入信号幅度将超出模数转换器的动态范围。传统AGC不能准确估计模数转换器后的信号电平，因此更高幅度的信号已被限幅了。因此，当考虑模数转换器引入的限幅效应时，传统AGC不能准确估计信号功率，或者不能准确估计增益误差。另外，因为传统AGC不能准确估计信号功率，所以将逐步调节可变增益放大器的增益，这将导致传统AGC需要更长调节周期。因此需要开发一种新的控制方法和设备，来减小模/数转化过程中的量化噪声， 获得最佳信噪比。

发明内容
一种减小卫星导航接收机中ADC量化噪声的方法，包括以下步骤步骤I、接收到的RF射频输入信号，经过混频、滤波、放大和模/数转化器后，转换为数字化的输入信号；步骤2 :根据接收到的符合高斯分布规律的卫星信号，按照模/数变换器的位数， 计算出使得模/数变换器的量化噪声与输入信号功率之比达到最小值的电平，即最佳匹配电平；步骤3、根据输入信号满足最佳匹配电平时的概率来控制可变增益放大器；即通过计数器统计ADC各输出电平的数量以及最高输出电平的数量，计数器对ADC各输出电平的最大计数量一定，那么计数器统计的最高输出电平数量就反应其在ADC各输出电平中所占的概率；由此根据最高输出电平数量的大小来控制可变增益放大器，最终使得模/数变换器的量化噪声与输入信号功率之比达到最小值，从而减小卫星导航接收机中模/数变换器的量化噪声。进一步地，根据权利要求I所述的减小卫星导航接收机中ADC量化噪声的方法，其特征在于步骤2中，计算由ADC量化噪声造成的卫星导航接收机相关器输出端信噪比的恶化量，并由此推导出使这一恶化量达到最小时的输入信号最佳匹配电平；以及确定此时输入信号的分布，或者输入信号为最佳匹配时的电平值；根据输入信号为最佳匹配时的电平， 或者输入信号的分布和ADC溢出概率，来确定增益误差，控制所述可变增益放大器。进一步地，步骤3中预先计算输入信号为最佳电平时ADC的溢出概率，然后统计实际过程中ADC的溢出概率，计算二者之差。进一步地，其中利用计数器对使得ADC溢出的输入信号的数量进行统计，以获得 ADC溢出概率，并由它与ADC理想溢出概率相比较来计算增益误差。本发明的有益效果是避免了传统自动增益控制方法受模数变换器限幅效应的影响。另外，由于采用信号分布概率控制的方法，提高了 AGC的响应时间。


图I是示出具有自动增益控制装置的接收机结构示意图，用于理解本发明；图2是示出该自动增益控制装置的结构示意图；图3是示出发送给模/数转换器的模拟信号分布的示意图；图4是示出发自模/数转换器的数字信号的分布的说明性图；图5是示出自动增益控制装置确定接收信号分布并估计增益误差c过程的流程图；图6是示出根据本发明实现自动增益控制的过程的流程图。其中，I-A :低噪声放大器、混频器与滤波器；1-B :可变增益放大器；1_C :模/数转换器；1_D :基带；1-E 自动增益控制；2-A :接收装置；2-B :确定装置；2_C :控制装置。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步描述
图I示出了具有自动增益控制装置的接收机结构示意图，其中通过自动增益控制装置I-E调节中频信号电平，使其与ADC匹配。下面说明接收机I-X的配置和工作过程。为了说明，此处的卫星导航接收机I-X只是给出了一个最基本的配置，如图I所示，接收机I-X包括低噪声放大器、混频器与滤波器1-A、可变增益放大器(VGA) 1-B、模/数转换器1-C、基带I-D和自动增益控制装置I-E。步骤I、接收到的RF射频输入信号，经过混频、滤波、放大和模/数转化器后，转换为数字化的输入信号；其中接收到的时域卫星导航信号首先通过低噪声放大器、混频器与滤波器1-A， 经过VGA I-B放大以获得中频模拟信号r(n)，然后中频模拟信号r(n)发送给模/数转换器1-C，获得中频数字信号x(n)。中频数字信号X (η)是基带I-D的输入，由基带I-D处理后的信号从接收机I-X输出。步骤2 :根据接收到的符合高斯分布规律的卫星信号，按照模/数变换器的位数， 计算出使得模/数变换器的量化噪声与输入信号功率之比达到最小值的电平，即最佳匹配电平。理论上，通过代表VGA I-B的期望增益(就是满足中频模拟信号电平与ADC匹配时的增益)的目标增益来获得中频模拟信号r (η)。然而，在接收信号的放大过程中，VGA I-B的增益通常不同于目标增益。我们用增益误差c来代表当前增益与目标增益之比。如图I所示，当c = 1，即在期望条件下，模/数转换器的输入为r (η);当在其它条件下，模/数转换器的输入为r’ (n),r(n)和r’ (η)的关系如下r’ (η) = c X r (η)设ADC输入端信号电压为uUstep，其量化值为[u]。u是一个随机变量，其概率密度函数为P (U),则量化噪声方差为of为σ2 = Γ (u -[u])2 p(u)du
J-co通常情况下，卫星导航接收机中，中频信号中的射频前端器件噪声功率是有用信号功率的100倍以上。因此总信号的电压分布几乎就是射频前端器件噪声电压的分布，即均值为O的正态分布,总信号电压的方差为。52，则其概率密度函数为
r2
I--p(u) = J- e 2σ'
Λ/2πσ5图3给出了 r(n)的分布。如果当前增益等于目标增益的时候，即c = 1，则r’(η) 即为期望值r(n);如果当前增益大于目标增益，即c> 1，则r’(η)大于期望值r (η)，即ADC 溢出时某一量化电平的概率要大于预先设定值(匹配时的值)；如果当前增益小于目标增益，即c< 1，则r’ (η)小于期望值r (η)，即ADC的溢出概率要小于预先设定值(匹配时的值)。计算ADC的最佳匹配电平，即为使ADC的量化噪声与输入信号功率之比达到最小时的输入电平。以2位ADC为例，[u]的表达式为
权利要求
1.一种减小卫星导航接收机中ADC量化噪声的方法，包括以下步骤步骤I、接收到的RF射频输入信号，经过混频、滤波、放大和模/数变换器后，转换为数字化的输入信号；步骤2 :根据接收到的信号电平符合高斯分布规律的卫星信号，按照模/数变换器的位数，计算出使得模/数变换器的量化噪声与输入信号功率之比达到最小值的电平，即最佳匹配电平；步骤3、根据输入信号满足最佳匹配电平时的概率来控制可变增益放大器；即通过计数器统计ADC各输出电平的数量以及最高输出电平的数量，计数器对ADC各输出电平的最大计数量一定，那么计数器统计的最高输出电平数量就反应其在ADC各输出电平中所占的概率；由此根据最高输出电平数量的大小来控制可变增益放大器，最终使得模/数变换器的量化噪声与输入信号功率之比达到最小值，从而减小卫星导航接收机中模/数变换器的量化噪声。
2.根据权利要求I所述的减小卫星导航接收机中ADC量化噪声的方法，其特征在于 步骤2中，计算由ADC量化噪声造成的卫星导航接收机相关器输出端信噪比的恶化量，并由此推导出使这一恶化量达到最小时的输入信号最佳匹配电平；以及确定此时输入信号的分布，或者输入信号为最佳匹配时的电平值；根据输入信号为最佳匹配时的电平，或者输入信号的分布和ADC溢出概率，来确定增益误差，控制所述可变增益放大器。
3.根据权利要求I所述的减小卫星导航接收机中ADC量化噪声的方法，其特征在于 步骤3中预先计算输入信号为最佳电平时ADC的溢出概率，然后统计实际过程中ADC的溢出概率，计算二者之差。
4.根据权利要求I所述的减小卫星导航接收机中ADC量化噪声的方法，其特征在于 其中利用计数器对使得ADC溢出的输入信号的数量进行统计，以获得ADC溢出概率，并由它与ADC理想溢出概率相比较来计算增益误差。
全文摘要
本发明涉及一种减小卫星导航接收机中ADC量化噪声的方法，包括以下步骤步骤1接收到的RF射频输入信号，经过混频、滤波、放大和模/数变换器后，转换为数字化的输入信号；步骤2根据该信号电平符合高斯分布规律的特点，按照需要的模/数变换器的位数，计算出使得模/数变换器的量化噪声与输入信号功率之比达到最小值的信号电平，即最佳匹配电平；步骤3根据输入信号满足最佳匹配电平时的概率来控制可变增益放大器；避免了传统自动增益控制方法受模数变换器限幅效应的影响。另外，由于采用信号分布概率控制的方法，提高了AGC的响应时间。
文档编号G01S19/21GK102590828SQ201210033260
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月15日 优先权日2012年2月15日
发明者张步青, 葛健, 赵坤 申请人:北京中科贝银科技有限公司, 贝银(北京)电子科技有限公司