Design of RF Front-end for High Precision GNSS Receiver

고정밀 위성항법 수신기용 RF 수신단 설계

This paper describes the development of RF front.end equipment of a wide band high precision satellite navigation receiver to be able to receive the currently available GPS navigation signal and the GALILEO navigation signal to be developed in Europe in the near future. The wide band satellite navigation receiver with high precision performance is composed of L - band antenna, RF/IF converters for multi - band navigation signals, and high performance baseband processor. The L - band satellite navigation antenna is able to be received the signals in the range from 1.1 GHz to 1.6 GHz and from the navigation satellite positioned near the horizon. The navigation signal of GALILEO navigation satellite consists of L1, E5, and E6 band with signal bandwidth more than 20 MHz which is wider than GPS signal. Due to the wide band navigation signal, the IF frequency and signal processing speed should be increased. The RF/IF converter has been designed with the single stage downconversion structure, and the IF frequency of 140 MHz has been derived from considering the maximum signal bandwidth and the sampling frequency of 112 MHz to be used in ADC circuit. The final output of RF/IF converter is a digital IF signal which is generated from signal processing of the AD converter from the IF signal. The developed RF front - end has the C/N0 performance over 40dB - Hz for the - 130dBm input signal power and includes the automatic gain control circuits to provide the dynamic range over 40dB.

본 논문에서는 기존의 GPS 항법 신호와 유럽에서 새롭게 추진되고 있는 갈릴레오 위성 항법 신호를 동시에 수신할 수 있는 광대역 고정밀 위성 항법 수신기의 RF 수신단 장치 설계 및 제작 결과에 대하여 기술하고 있다. 고정밀 광대역 위성 항법 수신기는 L - 대역 안테나, 항법 신호별 RF/IF 변환부, 그리고 고성능 기저대역 신호 처리부로 구성되어진다. L - 대역 안테나는 $1.1GHz{\sim}1.6\;GHz$를 수신할 수 있어야 하며, 항법 위성이 지평선 가까이에 있을 경우의 항법 신호를 수신할 수 있어야 한다. 갈릴레오 위성 항법 신호는 L1, E5, E6의 서로 다른 대역의 신호를 가지고 있으며, 신호 대역폭이 20MHz 이상으로 기존의 GPS위성 항법 신호보다 광대역이며, 따라서 수신기의 IF 주파수가 높아지며, 수신기의 처리 속도도 빨라져야 한다. 본 연구에서 개발한 수신기의 RF/IF 변환부는 단일 하향 변환기 구조의 디지털 IF 기술로 설계되었으며, IF 주파수는 위성 항법 신호의 최대 대역폭과 표본화 주파수 등을 고려하여 140MHz로 설정하였으며, 표본화 주파수는 112MHz로 설정하였다. RF/IF 변환부의 최종 출력은 디지털 IF 신호로서, IF 신호를 AD 변환기로 처리하여 얻게 된다. 본 연구에서 설계된 위성 항법용 고정밀 수신기 RF 수신단은 - 130 dBm의 입력 신호에 대하여 40dB Hz 이상의 C/N0 특성을 가지며, 40dB 이상의 동적 범위를 갖도록 자동 이득조절 장치가 포함되어 있다.