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Récepteur GNSS<br />
Partie RF (Hardware)<br />Réception et numérisation des signaux I et Q :<br />Les antennes<br />Les 2 types d’antennes<br ...
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La carte HORUS2000OpenGNSS<br />Universal GPS Receiver : MAX2769<br /><ul><li>Fabricant : MAXIM
Prix : 3.79€
Récepteur couvrant les systèmes de navigation par satellite GPS, GALILEO et GLONASS.</li></ul>Applications :<br /><ul><li>...
Logiciels GPS
Ordinateurs portables
Appareils Photo Numériques</li></li></ul><li>La carte HORUS2000OpenGNSS<br />La carte HORUS2000 permet d’extraire les sign...
GPS L1, GALILEO E1
Les signaux sur la bande L5
GPSL5 , GALILEO E5a, GALILEO E5b</li></li></ul><li>La carte HORUS2000OpenGNSS<br />Le composant MAX2769 est programmable a...
Antenne Passive<br />Antenne Active<br />LNA<br />Convertisseur de fréquences (IF)<br />FPB<br />Câble RF<br />Filtre IF<b...
a. Les 2 types d’antenne <br />Antenne active<br /><ul><li>Passives
Actives</li></ul>Les ondulations électromagnétiques des signaux (espace) se transforment en un courant électrique (câble d...
b. Leurs Caractéristiques<br />Antenne active<br />Antenne passive<br />	Elle convient aux applications GPS où la distance...
d’un filtre sur le récepteur GPS</li></ul>Elle possède : <br /><ul><li>un ampli (LNA) qui compense les pertes du câble coa...
un filtre.
Système évolué
Elle coûte plus cher
Elle nécessite une alimentation, généralement fournie au travers du cable coaxial d’antenne</li></li></ul><li>Avec  HORUS2...
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But : Amplifierle signal reçutout en ajoutant le minimum de bruit.<br />
Avec  HORUS2000 …<br />LNA1 pour Antenne passive : 19dB / 0.8dB (amplification / bruit) <br />LNA2 pour Antenne active : 1...
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Caractéristiques d’un filtre<br />Un filtre est un appareil qui permet de sélectionner une plage de fréquences tout en att...
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a. La transposition de fréquences<br />Pourquoi? <br />Fréquence des signaux reçus : ≈1 milliard d’oscillations /s.<br />L...
b. L’oscillateur local<br /><ul><li>Un synthétiseur de fréquence à PLL :
Un oscillateur à quartz fournissant une fréquence de référence RF.
Un « ∑-∆ and N-fractionnal synthesizer » permettant de diviser la fréquence du VCO par N (                      ).
Un Voltage Controlled Oscillator qui, en fonction de la tension appliquée en entrée, fournit un signal sinusoïdal dans une...
b. L’oscillateur local<br />Qu’est ce que la synthèse de fréquence?<br />Générer un signal (de sortie) dont la fréquence e...
c. Récapitulatif<br />Synthétiseur de fréquence à PLL<br />
Réception GPS<br />
Avec  HORUS2000 …<br />52<br />1571<br />PLL Rapport Division entier :<br />	Diviseur de référence :RDIV=10Décimal.<br />D...
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LA RF d'un récepteur GNSS par www.OpenGNSS.org

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

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LA RF d'un récepteur GNSS par www.OpenGNSS.org

  1. 1. www.OpenGNSS.org<br />OpenGNSSwww.OpenGNSS.org<br />vous propose gratuitement<br />ce cours<br />OpenGNSS est un projet co-financé par HELILEO (www.HELILEO.com), TECNALIA (www.TECNALIA.es), le conseil régional d’Aquitaine et le gouvernement Basque<br />
  2. 2. www.OpenGNSS.org<br />Fonctionnement de la partie Radio Fréquence du récepteur GNSS<br />
  3. 3. Récepteur GNSS<br />
  4. 4. Partie RF (Hardware)<br />Réception et numérisation des signaux I et Q :<br />Les antennes<br />Les 2 types d’antennes<br />Leurs caractéristiques <br />Préamplification<br />Le Filtrage RF<br />Le « mixage » ou mélangeur<br />La transposition de fréquences<br />L’oscillateur local<br />Récapitulatif<br />Le Filtrage IF<br />Choix du filtre<br />Les contraintes sur la bande passante<br />Le filtrage après la transposition de fréquence (RF->IF)<br />La numérisation des signaux I et Q<br />
  5. 5. Schéma fonctionnel d’un récepteur GPS<br />Antenne Passive<br />Antenne Active<br />LNA<br />Convertisseur de fréquences (IF)<br />FPB<br />Câble RF<br />LNA<br />Filtre IF<br />Filtre RF<br />Signal Inphase <br />Convertisseur analogique-numérique<br />Signal en Quadrature<br />FPB : Filtre Passe Bande<br />
  6. 6. La carte HORUS2000OpenGNSS<br />
  7. 7. La carte HORUS2000OpenGNSS<br />Universal GPS Receiver : MAX2769<br /><ul><li>Fabricant : MAXIM
  8. 8. Prix : 3.79€
  9. 9. Récepteur couvrant les systèmes de navigation par satellite GPS, GALILEO et GLONASS.</li></ul>Applications :<br /><ul><li>Systèmes de navigation embarqués
  10. 10. Logiciels GPS
  11. 11. Ordinateurs portables
  12. 12. Appareils Photo Numériques</li></li></ul><li>La carte HORUS2000OpenGNSS<br />La carte HORUS2000 permet d’extraire les signaux suivants :<br /><ul><li>Les signaux sur la bande L1
  13. 13. GPS L1, GALILEO E1
  14. 14. Les signaux sur la bande L5
  15. 15. GPSL5 , GALILEO E5a, GALILEO E5b</li></li></ul><li>La carte HORUS2000OpenGNSS<br />Le composant MAX2769 est programmable au travers des registres suivants :<br />
  16. 16. Antenne Passive<br />Antenne Active<br />LNA<br />Convertisseur de fréquences (IF)<br />FPB<br />Câble RF<br />Filtre IF<br />LNA<br />Filtre RF<br />Signal Inphase <br />Convertisseur analogique-numérique<br />Signal en Quadrature<br />
  17. 17. a. Les 2 types d’antenne <br />Antenne active<br /><ul><li>Passives
  18. 18. Actives</li></ul>Les ondulations électromagnétiques des signaux (espace) se transforment en un courant électrique (câble de sortie de l’antenne)<br />Fréquence centrale : 1575.42Mhz<br />Bande passante : ±3Mhz<br />Atténuation : Fréquence centrale ±100MHZ>30db <br />Impédance: 50Ω<br />
  19. 19. b. Leurs Caractéristiques<br />Antenne active<br />Antenne passive<br /> Elle convient aux applications GPS où la distance entre l’antenne et le récepteur est courte (2.24->91.44 cm).<br /><ul><li>Peu coûteuse</li></ul>Elle nécessite l’insertion :<br /><ul><li>d’un amplificateur très bas bruit (LNA)
  20. 20. d’un filtre sur le récepteur GPS</li></ul>Elle possède : <br /><ul><li>un ampli (LNA) qui compense les pertes du câble coaxial.
  21. 21. un filtre.
  22. 22. Système évolué
  23. 23. Elle coûte plus cher
  24. 24. Elle nécessite une alimentation, généralement fournie au travers du cable coaxial d’antenne</li></li></ul><li>Avec HORUS2000 …<br />Connecteur SMA : possibilité de brancher une antenne RF active ou passive.<br />Configuration 1 : ANTEN=1<br />-> Alimentation de l’antenne active.<br />
  25. 25. Antenne Passive<br />Antenne Active<br />LNA<br />Convertisseur de fréquences (IF)<br />FPB<br />Câble RF<br />LNA<br />Filtre IF<br />Filtre RF<br />Signal Inphase <br />Convertisseur analogique-numérique<br />Signal en Quadrature<br />
  26. 26. But : Amplifierle signal reçutout en ajoutant le minimum de bruit.<br />
  27. 27. Avec HORUS2000 …<br />LNA1 pour Antenne passive : 19dB / 0.8dB (amplification / bruit) <br />LNA2 pour Antenne active : 13dB/1.2dB<br />LNA-gated mode : entrée des amplis reliée.<br />-> Détection automatique du type d’antenne<br />Configuration 1 : LNAMODE = 00.<br />
  28. 28. Antenne Passive<br />Antenne Active<br />LNA<br />Convertisseur de fréquences (IF)<br />FPB<br />Câble RF<br />Filtre RF<br />Filtre IF<br />LNA<br />Signal Inphase <br />Convertisseur analogique-numérique<br />Signal en Quadrature<br />
  29. 29. Caractéristiques d’un filtre<br />Un filtre est un appareil qui permet de sélectionner une plage de fréquences tout en atténuant les autres.<br />2 caractéristiques principales :<br />- Perte d’insertion ou atténuation des composantes des fréquences désirées.<br /><ul><li> La bande passante à -3dB.</li></li></ul><li>Avec HORUS2000 …<br />Filtrage signal E5a - GALILEO<br />Filtrage signal L1 - GPS<br />Fréquence centrale F0=1575.42MHz<br />Filtre passe bande<br />Largeur de bande : 2,5MHz<br />Pertes d’insertion < 1.5dB<br />Fréquence centrale E5a Fcen=1176.45MHz<br />Fréquence F0=1166,22MHz<br />Filtre passe bas<br />Largeur de bande : 18MHz<br />Pertes d’insertion < 1.0dB<br />
  30. 30. Antenne Passive<br />Antenne Active<br />LNA<br />Convertisseur de fréquences (IF)<br />FPB<br />Câble RF<br />Filtre BF<br />LNA<br />Filtre HF<br />Signal Inphase <br />Convertisseur analogique-numérique<br />Signal en Quadrature<br />
  31. 31. a. La transposition de fréquences<br />Pourquoi? <br />Fréquence des signaux reçus : ≈1 milliard d’oscillations /s.<br />Le signal est modulé avec l’oscillateur local (OL) pour être ramené à une fréquence intermédiaire (IF) basse voire nulle.<br />OL<br />L1=1575.42Mhz<br />IF (<10Mhz)<br />
  32. 32. b. L’oscillateur local<br /><ul><li>Un synthétiseur de fréquence à PLL :
  33. 33. Un oscillateur à quartz fournissant une fréquence de référence RF.
  34. 34. Un « ∑-∆ and N-fractionnal synthesizer » permettant de diviser la fréquence du VCO par N ( ).
  35. 35. Un Voltage Controlled Oscillator qui, en fonction de la tension appliquée en entrée, fournit un signal sinusoïdal dans une plage de fréquence (pour le VCO du MAX2769, elle est de 1550-1580Mhz pour 0.4V < VTUNE < 2.4V).</li></li></ul><li>b. L’oscillateur local<br />Synthétiseur de fréquence à PLL <br />
  36. 36. b. L’oscillateur local<br />Qu’est ce que la synthèse de fréquence?<br />Générer un signal (de sortie) dont la fréquence est un multiple programmable d’une fréquence d’entrée fixe.<br />Système de feedback (contre-réaction) pour contrôler la fréquence : la PLL.<br />Obtenir un signal de sortie à très bonne pureté spectrale<br />
  37. 37. c. Récapitulatif<br />Synthétiseur de fréquence à PLL<br />
  38. 38. Réception GPS<br />
  39. 39. Avec HORUS2000 …<br />52<br />1571<br />PLL Rapport Division entier :<br /> Diviseur de référence :RDIV=10Décimal.<br />Diviseur fréquence VCO :<br />fVCO/fCOMP=1 571.52Mhz/1Mhz=1 571.52<br />PLL Rapport Division entier :<br /> Diviseur partie entière : NDIV=1571Décimal<br />PLL Rapport Division : <br /> Diviseur partie décimale : FDIV=0.52Décimal<br />
  40. 40. Antenne Passive<br />Antenne Active<br />LNA<br />Convertisseur de fréquences (IF)<br />FPB<br />Câble RF<br />Filtre IF<br />LNA<br />Filtre RF<br />Signal Inphase <br />Convertisseur analogique-numérique<br />Signal en Quadrature<br />
  41. 41. a. Choix du filtre<br />Passe-bas si IF=0Hz<br />Passe-bande si IF≠0Hz<br /> L’information étant redondante, cette partie du signal suffit pour décrypter l’information.<br /> Si la IF est basse (mais ≠0), on filtre l’information « symétrique » du signal. <br />IF=0Hz<br />IF≠0Hz<br />
  42. 42. b. Les contraintes sur la bande passante<br /><ul><li>Plus la bande passante est large :
  43. 43. Plus on récupère d’information sur le signal.
  44. 44. Après reconstitution, le signal filtré sera plus proche du signal d’entrée
  45. 45. Plus sensible au bruit et aux interférences</li></li></ul><li>b. Les contraintes sur la bande passante<br />Filtre A : <br />- 60% du signal<br />- 0 interférences<br />Filtre B : <br />- 100% du signal<br />- 2 interférences<br />Signal utile<br />Bandes passantes<br />Interférences<br />
  46. 46. c. Le filtrage après la transposition de fréquence<br />D’où vient la « soustraction » de fréquences lors du mixage?<br />Filtre IF (basse fréquence)<br />
  47. 47. c. Le filtrage après la transposition de fréquence<br />La qualité et le coût de l’appareil :<br /><ul><li>Difficulté à fabriquer des filtres à bandes étroites en HF (1.5Ghz)
  48. 48. Facteur de qualité : Q = fcentrale/BP</li></ul> 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.<br />Typiquement, Q=50 pour un filtre du commerce.<br />Il permet de limiter la bande passante du bruit.<br />
  49. 49. Avec HORUS2000 …<br />Filtres passe-bande Butterworth<br />Configuration 1 : <br /><ul><li>FCEN=001101↔ fCENTER=4.092Mhz
  50. 50. FBW=10 ↔Bande passante de 4.2Mhz (±2.1Mhz)
  51. 51. F3OR5=1 (3ème ordre) llF3OR5=0 (5ème ordre)</li></li></ul><li>Antenne Passive<br />Antenne Active<br />LNA<br />Convertisseur de fréquences (IF)<br />FPB<br />Câble RF<br />LNA<br />Filtre IF<br />Filtre RF<br />Signal Inphase <br />Convertisseur analogique-numérique<br />Signal en Quadrature<br />
  52. 52. La numérisation comporte deux activités parallèles : <br /><ul><li>l'échantillonnage
  53. 53. la quantification</li></ul> La qualité du signal numérique dépend de 2 facteurs : <br /><ul><li>Fréquence ou taux d’échantillonnage
  54. 54. Résolution : nombre de bits avec lequel on code</li></li></ul><li>Avec HORUS2000 …<br />3 Formats d’affichage existent :<br /><ul><li>Signe/amplitude
  55. 55. Complément à 2
  56. 56. Binaire non signé</li></ul>Sortie sur 2-bits :<br /><ul><li>2 bits pour la sortie I : I1 et I0
  57. 57. 2 bits pour la sortie Q : Q1 et Q0</li></ul>Sortie sur 3-bits :<br /><ul><li>I uniquement : I1, I0, Q1 (cf. exemple).</li></ul>L’horloge du CAN est un multiple (+petit) de l’horloge d’entrée de référence.<br />
  58. 58. Avec HORUS2000 …<br />011<br />010<br />001<br />000<br />100<br />101<br />110<br />111<br />Quantification par valeur supérieure et non centrée<br />
  59. 59. Avec HORUS2000 …<br />0<br />0<br />0<br />0<br />0<br />0<br />1<br />1<br />1<br />1<br />1<br />1<br />0<br />0<br />0<br />0<br />MSB<br />0<br />0<br />1<br />1<br />0<br />0<br />0<br />1<br />1<br />1<br />1<br />0<br />1<br />1<br />1<br />1<br />2ND<br />0<br />1<br />1<br />0<br />1<br />0<br />0<br />0<br />0<br />1<br />1<br />1<br />0<br />LSB<br />1<br />1<br />1<br />Sortie I 3bits Format Signe/Amplitude<br />
  60. 60. Conclusion<br />Merci et rendez-vous sur www.OpenGNSS.org<br />pour participer au développement OpenSource<br />d’un récepteur GNSS<br />AQUITAINE and DAX : center of excellence for GALILEO applications<br />

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