8.3 前端

前端的基本目标是将天线接收到的L波段信号（加上噪声）放大到合适的幅度。经过下变频和数字转换后，即可数字化。图8.4 说明了实现基本目标及更多目标的高动态范围模拟前端设计。通常GNSS接收机的一个前端对应一个L波段载波频率。

因此，多频段GNSS 接收器需要多个前端。各个前端的设计都比较简单。相同的基本设计可以适用于每个L 波段中心频率点，以形成接收机设计。每个前端具有基本相同的组件（例如，带通滤波器和基于中心频率的主本地振荡器）。然而，设计趋势是最大化通用器件（例如，使用通用IF 和所有后续相关器件）。其他设计目标是实现低噪声系数和高动态范围。后面会介绍如何设计前端，包括8.4节的接收通道描述，以及FDMA信号GLONASS卫星的总体设计。

前端的特征在于其增益计划、频率计划、下变频方案和数字输出信号的类型。参考图8.4，所有放大器增益和混频器级都具有比滤波器更宽的带宽，因此这些滤波器在带宽Bfe、通带平坦度和群延迟方面起着主导作用。这些滤波器通过衰减带外频率来确定阻带抑制。前端的进一步特征在于其性能特征，例如噪声系数和动态范围。这些前端功能在下面开始的功能描述中进行了描述。

图8.4 高动态范围模拟前端框图。

8.3.1 功能说明

参考图8.4，第一级有一个空腔滤波器（高Q、低插入损耗、无源L波段带通预滤波器），通过最小化带外（特别是相邻频段）RF干扰。保护第一级的活动部分。这通常是非线性保护电路（未显示），例如用于将过多（损坏）的RF 信号钳位到地的背靠背PIN 二极管。由于腔体滤波器的物理设计太大，可能会将滤波器移至天线部分组装或重新安置更小的预滤波器，或者如果第一级有源部分的阻带抑制满足设计要求，则可以被取消腔体滤波器。

第一级的有源部分是低噪声放大器(LNA)，用于放大来自天线的射频信号。稍后将描述LNA 在设置接收器噪声系数方面的作用。如果天线距离接收器较远，则必须在天线部分的前置滤波器后添加另一个LNA，用于阻带抑制。本地LNA的增益必须相应地可调，但必须确定步进增益控制(SGC)的状态范围。 LNA 信号必须通过L 波段表面声波带通滤波器(SAW) 滤波器进行带通滤波，使用第一级本地振荡器混频，LO 1=f L -F if ，fL 是L 波段我们关心的频率，然后下变频到中频（IF）F if 。频率合成器（频率合成器的实现见图8.1，但在后面的图中更详细地描述）提供所有需要的本地振荡器，并且这些本地振荡器被锁相到参考振荡器。这些频率是根据接收机的频率规划设计的。每个级别的下变频都需要一个本地振荡器。

本振信号的混频过程产生两个上边带和下边带SV信号（加上噪声和漏通信号）。 IF SAW 带通滤波器选择的下边带是输入L 频带信号与LO 1 之间的差值[即fL - (fL - fIF )=fIF ]。上边带和漏通信号由混频器之后设计的中频SAW 滤波器抑制。在频率规划和SAW 滤波器阶段必须特别考虑，以消除所有潜在的噪声信号源（例如，第一级本地振荡器混频生成时IF 结束时不需要的信号）。信号的多普勒效应和混频过程生成的中频后的伪码（埋在噪声中）被保留。只是载波频率变低了，但每个SV信号的多普勒频移（载波的频率偏差）仍然参考原来的L波段信号。 IF 信号被馈送到数字增益控制放大器(NGCA)，通常称为自动增益控制(AGC)，但本设计专门使用数字增益控制(NGC)。

发送至NGCA 的数字增益控制(NGC) 数字信号位于图8.4 的功能框图之外，但在后面的图中进行了更详细的描述。 NGC 数字信号是离散的，可以精确控制NGCA 增益，从而避免模拟控制偏差。该设计技术展示了60dB 的动态范围[10] 以及稍后描述的支持干扰情况的特性[10-13]。

参考图8.4，上部IF 路径馈送2 个混频器、同相IF 本振频率(I) LO if 和正交相位本振频率(Q) LO if ，将实际IF 信号转换为a 复合基带同相(I) 和正交(Q) 分量。混频过程生成的上边带和漏通信号由相应的低通滤波器抑制，这些低通滤波器也充当抗混叠滤波器，每个滤波器的带宽都是前端的一半。如滤波器图中所示，这些信号中没有载波频率，因为它们的来源现在是直流电路。滤波后的信号被放大并馈送到两个基带ADC。

在图8.4 中，下部路径保持真实的IF，并通过覆盖前端带宽的抗混叠IF 带通滤波器和放大器传递到ADC。请注意，通常实际只使用一条路径或其他路径。该选择通常依赖于设计人员可以使用或不具备数字信号处理能力的ADC 技术，但实现较低真实IF 路径也具有明显的性能优势，如稍后所述。由于不同的GNSS 信号可能有不同的选项，并且开发产品的前端需要大量投资，因此可以在一种设计中同时实现这两种功能，从而提供一种或多种闭合路径的方法。