Comment Fonctionne l'étage RF d'un récepteur GNSS. Exemple d'application avec le composant Max2769

1. www.OpenGNSS.org OpenGNSSwww.OpenGNSS.org vous propose gratuitement ce cours OpenGNSS est un projet co-financé par HELILEO (www.HELILEO.com), TECNALIA (www.TECNALIA.es), le conseil régional d’Aquitaine et le gouvernement Basque

2. www.OpenGNSS.org Fonctionnement de la partie Radio Fréquence du récepteur GNSS

3. Récepteur GNSS

4. Partie RF (Hardware) Réception et numérisation des signaux I et Q : Les antennes Les 2 types d’antennes Leurs caractéristiques Préamplification Le Filtrage RF Le « mixage » ou mélangeur La transposition de fréquences L’oscillateur local Récapitulatif Le Filtrage IF Choix du filtre Les contraintes sur la bande passante Le filtrage après la transposition de fréquence (RF->IF) La numérisation des signaux I et Q

5. Schéma fonctionnel d’un récepteur GPS Antenne Passive Antenne Active LNA Convertisseur de fréquences (IF) FPB Câble RF LNA Filtre IF Filtre RF Signal Inphase Convertisseur analogique-numérique Signal en Quadrature FPB : Filtre Passe Bande

6. La carte HORUS2000OpenGNSS

8. Prix : 3.79€

10. Logiciels GPS

11. Ordinateurs portables

13. GPS L1, GALILEO E1

14. Les signaux sur la bande L5

16. Antenne Passive Antenne Active LNA Convertisseur de fréquences (IF) FPB Câble RF Filtre IF LNA Filtre RF Signal Inphase Convertisseur analogique-numérique Signal en Quadrature

18. ActivesLes ondulations électromagnétiques des signaux (espace) se transforment en un courant électrique (câble de sortie de l’antenne) Fréquence centrale : 1575.42Mhz Bande passante : ±3Mhz Atténuation : Fréquence centrale ±100MHZ>30db Impédance: 50Ω

21. un filtre.

22. Système évolué

23. Elle coûte plus cher

25. Antenne Passive Antenne Active LNA Convertisseur de fréquences (IF) FPB Câble RF LNA Filtre IF Filtre RF Signal Inphase Convertisseur analogique-numérique Signal en Quadrature

26. But : Amplifierle signal reçutout en ajoutant le minimum de bruit.

27. Avec HORUS2000 … LNA1 pour Antenne passive : 19dB / 0.8dB (amplification / bruit) LNA2 pour Antenne active : 13dB/1.2dB LNA-gated mode : entrée des amplis reliée. -> Détection automatique du type d’antenne Configuration 1 : LNAMODE = 00.

28. Antenne Passive Antenne Active LNA Convertisseur de fréquences (IF) FPB Câble RF Filtre RF Filtre IF LNA Signal Inphase Convertisseur analogique-numérique Signal en Quadrature

30. Antenne Passive Antenne Active LNA Convertisseur de fréquences (IF) FPB Câble RF Filtre BF LNA Filtre HF Signal Inphase Convertisseur analogique-numérique Signal en Quadrature

31. a. La transposition de fréquences Pourquoi? Fréquence des signaux reçus : ≈1 milliard d’oscillations /s. Le signal est modulé avec l’oscillateur local (OL) pour être ramené à une fréquence intermédiaire (IF) basse voire nulle. OL L1=1575.42Mhz IF (<10Mhz)

33. Un oscillateur à quartz fournissant une fréquence de référence RF.

34. Un « ∑-∆ and N-fractionnal synthesizer » permettant de diviser la fréquence du VCO par N ( ).

36. b. L’oscillateur local Qu’est ce que la synthèse de fréquence? Générer un signal (de sortie) dont la fréquence est un multiple programmable d’une fréquence d’entrée fixe. Système de feedback (contre-réaction) pour contrôler la fréquence : la PLL. Obtenir un signal de sortie à très bonne pureté spectrale

37. c. Récapitulatif Synthétiseur de fréquence à PLL

38. Réception GPS

39. Avec HORUS2000 … 52 1571 PLL Rapport Division entier : Diviseur de référence :RDIV=10Décimal. Diviseur fréquence VCO : fVCO/fCOMP=1 571.52Mhz/1Mhz=1 571.52 PLL Rapport Division entier : Diviseur partie entière : NDIV=1571Décimal PLL Rapport Division : Diviseur partie décimale : FDIV=0.52Décimal

40. Antenne Passive Antenne Active LNA Convertisseur de fréquences (IF) FPB Câble RF Filtre IF LNA Filtre RF Signal Inphase Convertisseur analogique-numérique Signal en Quadrature

41. a. Choix du filtre Passe-bas si IF=0Hz Passe-bande si IF≠0Hz L’information étant redondante, cette partie du signal suffit pour décrypter l’information. Si la IF est basse (mais ≠0), on filtre l’information « symétrique » du signal. IF=0Hz IF≠0Hz

43. Plus on récupère d’information sur le signal.

44. Après reconstitution, le signal filtré sera plus proche du signal d’entrée

46. c. Le filtrage après la transposition de fréquence D’où vient la « soustraction » de fréquences lors du mixage? Filtre IF (basse fréquence)

48. Facteur de qualité : Q = fcentrale/BP Un filtre qui capturerait le lob principal du spectre de GPS, qui s’étend sur 2x1.023=2.046Mhz, aurait un facteur de qualité Q=1575.42/2.046≈770. Typiquement, Q=50 pour un filtre du commerce. Il permet de limiter la bande passante du bruit.

50. FBW=10 ↔Bande passante de 4.2Mhz (±2.1Mhz)

55. Complément à 2

58. Avec HORUS2000 … 011 010 001 000 100 101 110 111 Quantification par valeur supérieure et non centrée

59. Avec HORUS2000 … 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 MSB 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 2ND 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 LSB 1 1 1 Sortie I 3bits Format Signe/Amplitude

60. Conclusion Merci et rendez-vous sur www.OpenGNSS.org pour participer au développement OpenSource d’un récepteur GNSS AQUITAINE and DAX : center of excellence for GALILEO applications