專利名稱：Gsm網(wǎng)絡輔助的全球定位系統(tǒng)接收機的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及衛(wèi)星定位技術(shù)，更具體地說，涉及一種GSM網(wǎng)絡輔助的全球定位系統(tǒng) 接收機。
背景技術(shù)：
全球定位系統(tǒng)(GlcAal Positioning System，簡稱“GPS”)的導航應用現(xiàn)已逐步 走向成熟。而GPS接收機用于捕獲跟蹤的衛(wèi)星信號，并測量天線至衛(wèi)星的偽距離和距離的 變化率，解調(diào)出衛(wèi)星軌道參數(shù)等數(shù)據(jù)，以及根據(jù)這些數(shù)據(jù)計算出用戶的位置信息。由于GPS 技術(shù)具有精度高、速度快、成本低等顯著優(yōu)點，因而成為目前世界上應用范圍最廣泛、實用 性最前的全球精密授時、測距、導航、定位系統(tǒng)。
隨著單片微波集成電路、微帶濾波器、聲表面波濾波器技術(shù)的成熟和電路制作 工藝的進步，GPS射頻前端的集成度大大提高，現(xiàn)已集成了低噪聲放大器(Low Noise Amplifier，簡稱 “LNA，，)、溫補晶振 CTemperature CompensateX ‘ tal Oscillator，簡稱 “TCX0”)和濾波器的射頻前端芯片，射頻芯片(即射頻前端芯片)用于將接收到的射頻信號 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。而對于GPS的數(shù)字信號處理部分，通常將數(shù)字信號傳送給基帶芯片，由基 帶芯片進行數(shù)字信號處理，再將數(shù)字信號處理的結(jié)果傳送到處理器芯片進行定位計算。得 到位置信息后，通過外設接口將位置信息傳送到外部設備。由于基帶處理過程采用兩塊芯 片實現(xiàn)，使得GPS在各種產(chǎn)品的應用中均需增加兩塊芯片，且每塊芯片采用單獨的內(nèi)部存 儲器，因此現(xiàn)有的GPS接收機制作成本高。發(fā)明內(nèi)容
基于此，有必要提供一種能降低成本的GSM網(wǎng)絡輔助的全球定位系統(tǒng)接收機。
所述GSM網(wǎng)絡輔助的全球定位系統(tǒng)接收機包括含有接收GPS射頻信號的天線的天 線組、與所述接收GPS射頻信號的天線連接并進行所述GPS射頻信號接收的射頻芯片，所述 天線組還包括收發(fā)GSM射頻信號的天線，所述射頻芯片與所述收發(fā)GSM射頻信號的天線相 連，并用于進行所述GSM射頻信號的收發(fā)，所述全球定位系統(tǒng)接收機還包括與所述射頻芯 片連接并對GPS數(shù)字采樣信號進行基帶處理的集成芯片，所述集成芯片包括對導航電文進 行譯碼和位置計算以得到位置信息的中央處理單元、與所述射頻芯片相連的GSM模塊，所 述GSM模塊用于接收所述射頻芯片傳送的GSM基帶數(shù)字采樣信號，并將所述位置信息無線 傳送到外部網(wǎng)絡。
優(yōu)選地，所述集成芯片還包括GPS基帶處理單元，與所述中央處理單元相連，用 于對所述數(shù)字信號進行載波剝離及碼剝離，對碼剝離后的數(shù)據(jù)進行積分，存儲所述積分得 到的結(jié)果并發(fā)送中斷指令至中央處理單元；所述中央處理單元進一步用于接收所述GPS基 帶處理單元發(fā)送的中斷指令，并根據(jù)所述積分得到的結(jié)果產(chǎn)生載波相位增量及碼相位增 量；所述GSM模塊用于通過所述射頻芯片獲取GPS輔助信息，并將所述GPS輔助信息送入所 述GPS基帶處理單元。
進一步優(yōu)選地，所述GPS輔助信息包括GPS衛(wèi)星的星歷信息、時間信息、碼相位和 多普勒偏移。
優(yōu)選地，所述全球定位系統(tǒng)接收機還包括與所述GSM模塊及GPS基帶處理單元相 連，用于存儲GSM模塊接收和發(fā)送的數(shù)據(jù)信息及所述GPS基帶處理單元積分得到的結(jié)果的 內(nèi)部存儲器和/或外部存儲器。
優(yōu)選地，所述GPS基帶處理單元包括載波數(shù)控振蕩器，所述載波數(shù)控振蕩器利用 所述載波相位增量產(chǎn)生復現(xiàn)的載波信號，所述基帶處理單元將所述復現(xiàn)的載波信號分別正 弦和余弦映射函數(shù)相關(guān)，產(chǎn)生同相和正交相采樣數(shù)據(jù)。
進一步優(yōu)選地，所述GPS基帶處理單元還包括碼數(shù)控振蕩器、與所述碼數(shù)控振蕩 器相連的碼發(fā)生器和移位寄存器，所述數(shù)控振蕩器利用所述碼相位增量產(chǎn)生所述碼發(fā)生器 的時鐘速率，所述碼發(fā)生器的輸出經(jīng)所述移位寄存器進行相位延時后產(chǎn)生復現(xiàn)碼。
進一步優(yōu)選地，所述移位寄存器產(chǎn)生的復現(xiàn)碼包括超前復現(xiàn)碼、即時復現(xiàn)碼和滯 后復現(xiàn)碼，所述超前復現(xiàn)碼與所述滯后復現(xiàn)碼的相位之間相差一個碼片，所述即時復現(xiàn)碼 的相位位于所述超前復現(xiàn)碼和滯后復現(xiàn)碼的相位的正中間。
優(yōu)選地，所述GPS基帶處理單元還包括相關(guān)器及與所述相關(guān)器相連的積分器，所 述相關(guān)器將所述同相和正交相采樣數(shù)據(jù)與所述復現(xiàn)碼相關(guān)，所述積分器對所述相關(guān)結(jié)果進 行積分，以及存儲所述積分得到的結(jié)果。
優(yōu)選地，所述中央處理單元包括積分器、載波環(huán)鑒別器、載波環(huán)濾波器、包絡檢測 器、誤差檢測器及碼環(huán)濾波器，所述中央處理單元從內(nèi)或外部存儲器中讀取所述積分得到 的結(jié)果，經(jīng)所述載波環(huán)鑒別器及載波環(huán)濾波器后產(chǎn)生載波相位增量，所述中央處理單元從 內(nèi)/外部存儲器中讀取所述積分得到的結(jié)果，經(jīng)所述包絡檢測器、誤差檢測器及碼環(huán)濾波 器后產(chǎn)生碼相位增量。
優(yōu)選地，所述全球定位系統(tǒng)接收機還包括與所述集成芯片相連并將所述位置信息 傳送到外部設備的外設接口單元。
上述全球定位系統(tǒng)接收機，將現(xiàn)有的GPS基帶芯片、處理器芯片以及GSM模塊集成 到一塊集成芯片上，射頻芯片轉(zhuǎn)換后的GPS數(shù)字采樣信號由集成芯片來實現(xiàn)GPS基帶處理 及定位計算，得到的位置信息通過GSM模塊傳送給外部網(wǎng)絡，不僅減少了芯片的尺寸，降低 了制作成本，還能從GSM模塊上得到GPS輔助信息用來輔助GPS定位計算，提高了 GPS定位 的速度和精度。


圖1是一個實施例中GSM網(wǎng)絡輔助的全球定位系統(tǒng)接收機的結(jié)構(gòu)示意圖2是一個實施例中集成芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖3是一個實施例中集成芯片對數(shù)字信號進行基帶處理的示意圖4是一個實施例中GPS基帶處理單元實現(xiàn)載波剝離及碼剝離的示意圖5是一個實施例中中央處理單元實現(xiàn)碼和載波跟蹤環(huán)的示意圖。
具體實施方式
圖1示出了一個實施例中的GSM網(wǎng)絡輔助的全球定位系統(tǒng)接收機，該接收機包括天線組1、射頻芯片2、集成芯片3及外設接口單元4，其中
天線組1用于接收射頻信號，天線組1包括接收GPS射頻信號的天線和收發(fā)GSM 射頻信號的天線，可采用半球形增益覆蓋的右旋圓極化天線。
射頻芯片2與天線組1連接，用于進行GPS射頻信號的接收和GSM射頻信號的收 發(fā)。射頻芯片2可采用現(xiàn)有常規(guī)的射頻芯片實現(xiàn)，其內(nèi)部可設置低噪聲前置放大器，射頻信 號經(jīng)低噪聲前置放大器放大，被放大的射頻信號可被來自本地振蕩器的混頻信號下變頻到 中頻，然后進行模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換以及自動增益控制即產(chǎn)生數(shù)字信號。
集成芯片3與射頻芯片2連接并對GPS數(shù)字采樣信號進行基帶處理。如圖2所示， 集成芯片3包括GSM(Global System for Mobile Communications，全球移動通訊系統(tǒng))模 塊31、GPS基帶處理單元32和中央處理單元33，其中GSM模塊31用于將位置信息無線傳 送到外部網(wǎng)絡；GPS基帶處理單元32與GSM模塊31相連，用于基帶處理；中央處理單元33 與GPS基帶處理單元32相連，用于對導航電文進行譯碼和位置計算以得到位置信息。
外設接口單元4與集成芯片3相連，用于將位置信息傳送到外部設備。
在一個實施方式中，GPS基帶處理單元32還用于對數(shù)字信號進行載波剝離及碼剝 離，并對碼剝離后的數(shù)據(jù)進行積分，存儲積分得到的結(jié)果后發(fā)送中斷指令到中央處理單元 33;中央處理單元(Central Process Unit，簡稱“CPU”)33與GPS基帶處理單元32相連， 用于接收基帶處理單元32發(fā)送的中斷指令，并根據(jù)積分得到的結(jié)果產(chǎn)生載波相位增量及 碼相位增量。
圖3示出了一個實施例中的集成芯片3對GPS數(shù)字采樣信號進行基帶處理的過 程。如圖3所示，射頻芯片2輸出的GPS數(shù)字采樣信號進入到GPS基帶處理單元32中，在 GPS基帶處理單元32中進行載波剝離、碼剝離及相關(guān)操作后，將數(shù)據(jù)存儲到存儲器5中。關(guān) 于GPS基帶處理單元32進行載波剝離、碼剝離及相關(guān)操作將在下述內(nèi)容進行詳細闡述。存 儲器5可以是內(nèi)部存儲器或外部存儲器。當數(shù)據(jù)存儲完畢后，GPS基帶處理單元32則發(fā)送 一個中斷指令到中央處理單元33，中央處理單元33則讀取存儲器5中的數(shù)據(jù)，對該數(shù)據(jù)進 行處理后反饋到GPS基帶處理單元32。關(guān)于中央處理單元33對存儲器5中的數(shù)據(jù)進行處 理并反饋至GPS基帶處理單元32的過程將在下述內(nèi)容進行詳細闡述。在一個實施例中，可 通過更新GPS基帶處理單元32的載波相位增量寄存器及碼相位增量寄存器來反饋中央處 理單元33的輸出。
在一個實施方式中，中央處理單元33進行導航電文譯碼和位置計算，所得到的位 置信息傳送到GSM模塊31，由GSM模塊31將位置信息通過GPRS網(wǎng)絡傳送到外部網(wǎng)絡。GSM 模塊31通過GPS網(wǎng)絡要接收和發(fā)送的信息可根據(jù)用戶的應用確定，這些信息可存儲在存儲 器5中。射頻芯片2將GSM基帶數(shù)字采樣信號傳送給GSM模塊31。GSM模塊31通過射頻 芯片2獲取GPS的輔助信息，該輔助信息包括GPS衛(wèi)星的星歷信息和較為精確的時間信息、 碼相位和多普勒偏移等，并將這些輔助信息傳送到GPS基帶處理單元32。GPS基帶處理單 元32得到星歷和時間信息，可以不必從GPS信號中獲得星歷信息，并根據(jù)準確的時間信息 就可推斷出此時接收機上空GPS衛(wèi)星的偽隨機序列碼、碼相位和多普勒偏移等，則可加快 定位時間和提高定位精度。
圖4示出了一個實施例中GPS基帶處理單元32實現(xiàn)載波剝離及碼剝離的過程。如 圖4所示，GPS基帶處理單元32包括正弦函數(shù)生成器321、余弦函數(shù)生成器322、載波數(shù)控振蕩器323，其中載波數(shù)控振蕩器323在閉環(huán)工作時由中央處理單元33的載波跟蹤環(huán)控制， 在用鎖相環(huán)時，載波跟蹤環(huán)能保持復現(xiàn)的載波信號與進入接收機的衛(wèi)星載波信號之間的相 位誤差為零。載波數(shù)控振蕩器323接收每時鐘周期的載波相位增量，產(chǎn)生一個周期是復現(xiàn) 的載波信號加多普勒的周期的階梯函數(shù)，該階梯函數(shù)進入到正弦生成器321及余弦函數(shù)生 成器322中，正弦及余弦函數(shù)則將階梯函數(shù)的每個離散幅度各自變換為相應的正弦和余弦 函數(shù)離散幅度，從而產(chǎn)生復現(xiàn)的載波信號。進入到GPS基帶處理單元32的數(shù)字信號分別與 復現(xiàn)的載波信號相關(guān)，分別得到同相(I)和正交相(Q)采樣數(shù)據(jù)。I、Q采樣數(shù)據(jù)隨后進行 碼剝離。
如圖4所示，GPS基帶處理單元32還包括碼發(fā)生器324、碼數(shù)控振蕩器325及移位 寄存器326，其中碼數(shù)控振蕩器325由中央處理單元33的碼跟蹤環(huán)控制，接收每時鐘周期 的碼相位增量，產(chǎn)生碼發(fā)生器324的時鐘速率。在一個實施例中，當捕獲信號時，產(chǎn)生兩倍 的碼發(fā)生器3 時鐘速率；當跟蹤時，則產(chǎn)生3倍的碼發(fā)生器3 時鐘速率。碼發(fā)生器3 的輸出經(jīng)移位寄存器3 后產(chǎn)生相位延時，得到三種復現(xiàn)碼，分別為超前(E)復現(xiàn)碼、即時 (P)復現(xiàn)碼和滯后(L)復現(xiàn)碼，其中，E復現(xiàn)碼與L復現(xiàn)碼的相位相差一個碼片，而P復現(xiàn)碼 的相位位于兩者的正中間。GPS基帶處理單元32還包括相關(guān)器及與相關(guān)器連接的積分器 327，I、Q信號與上述產(chǎn)生的三種復現(xiàn)碼進行相關(guān)，相關(guān)結(jié)果則進入積分器327，積分后的結(jié) 果為I_e、I_p、I_l、Q_e、Q_p*Q_l各分量，可將積分結(jié)果存儲在存儲器5中。在一個實施 例中，存儲器5是外部存儲器。I、Q信號相對于衛(wèi)星的被檢測的載波信號來說具有一定的 相位關(guān)系。在一個實施例中，I和Q信號分量的相位相差90度，所產(chǎn)生信號的幅度可以由 I、Q分量的矢量和算出，而其相對于I軸的相位角可以由Q/I的反正切確定。
圖5示出了一個實施例中中央處理單元33實現(xiàn)碼和載波跟蹤環(huán)的過程，該實施例 為閉環(huán)工作模式下的碼和載波跟蹤環(huán)。如圖5所示，中央處理單元33包括積分器331、包 絡檢測器332、誤差檢測器333及碼濾波器334，中央處理單元33從存儲器5中讀取上述 I_e、Q_e、1_1和Q_1分量，經(jīng)包絡檢測器332、誤差檢測器333及碼濾波器334后的數(shù)據(jù)與 碼數(shù)控振蕩器325的偏差進行相加，得到每時鐘周期的碼相位增量，所得到的碼相位增量 進入到碼數(shù)控振蕩器325中(如圖4所示)。在一個實施例中，中央處理單元33還包括載 波環(huán)鑒別器335、載波環(huán)濾波器336及比例因子337，中央處理單元33從存儲器5中讀取上 述I_p和Q_p分量，經(jīng)載波環(huán)鑒別器335及載波環(huán)濾波器336后的數(shù)據(jù)與載波數(shù)控振蕩器 325的偏差進行相加，得到每時鐘周期的載波相位增量，所得到的載波相位增量進入到載波 數(shù)控振蕩器325中(如圖4所示)。
上述全球定位系統(tǒng)接收機，由于將基帶處理、定位計算及GSM模塊集成到了一塊 集成芯片3上，從而減少了芯片尺寸和封裝尺寸，也降低了芯片的功耗，減少了制作成本。 GPS基帶處理單元32處理后的數(shù)據(jù)(如I_e、I_p、1_1、Q_e、Q_p和Q_1分量)可存儲在外 部存儲器中，從而節(jié)省了集成芯片3內(nèi)部的面積，進一步減少了成本。而通過中央處理單 元33處理基帶處理后的信號，基帶數(shù)據(jù)運算軟件及算法都可進行升級替換，無需重新制作 芯片，進一步降低了成本。另外，GSM模塊可將計算得到的位置信息傳送到外部網(wǎng)絡，使用 更便利，能夠?qū)崿F(xiàn)老人、小孩位置監(jiān)控等多種應用，且GSM模塊得到的輔助信息能進一步用 于GPS定位，提高GPS定位時間和定位精度。本發(fā)明還支持多種全球定位模式，包括獨立的 GPS定位模式和A-GPS (利用網(wǎng)絡基站信息和GPS信息共同定位)定位模式。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種GSM網(wǎng)絡輔助的全球定位系統(tǒng)接收機，包括含有接收GPS射頻信號的天線的天 線組、與所述接收GPS射頻信號的天線連接并進行所述GPS射頻信號接收的射頻芯片，其特 征在于，所述天線組還包括收發(fā)GSM射頻信號的天線，所述射頻芯片與所述收發(fā)GSM射頻 信號的天線相連，并用于進行所述GSM射頻信號的收發(fā)，所述全球定位系統(tǒng)接收機還包括 與所述射頻芯片連接并對GPS數(shù)字采樣信號進行基帶處理的集成芯片，所述集成芯片包括 對導航電文進行譯碼和位置計算以得到位置信息的中央處理單元、與所述射頻芯片相連的 GSM模塊，所述GSM模塊用于接收所述射頻芯片傳送的GSM基帶數(shù)字采樣信號，并將所述位 置信息無線傳送到外部網(wǎng)絡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GSM網(wǎng)絡輔助的全球定位系統(tǒng)接收機，其特征在于，所述集成 芯片還包括GPS基帶處理單元，與所述中央處理單元相連，用于對所述數(shù)字信號進行載波剝離及碼 剝離，對碼剝離后的數(shù)據(jù)進行積分，存儲所述積分得到的結(jié)果并發(fā)送中斷指令至中央處理 單元；所述中央處理單元進一步用于接收所述GPS基帶處理單元發(fā)送的中斷指令，并根據(jù)所 述積分得到的結(jié)果產(chǎn)生載波相位增量及碼相位增量；所述GSM模塊用于通過所述射頻芯片獲取GPS輔助信息，并將所述GPS輔助信息送入 所述GPS基帶處理單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的GSM網(wǎng)絡輔助的全球定位系統(tǒng)接收機，其特征在于，所述GPS 輔助信息括GPS衛(wèi)星的星歷信息、時間信息、碼相位和多普勒偏移。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的GSM網(wǎng)絡輔助的全球定位系統(tǒng)接收機，其特征在于，所述全球 定位系統(tǒng)接收機還包括與所述GSM模塊及GPS基帶處理單元相連，用于存儲GSM模塊接收 和發(fā)送的數(shù)據(jù)信息及GPS基帶處理單元積分得到的結(jié)果的內(nèi)部存儲器和/或外部存儲器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的GSM網(wǎng)絡輔助的全球定位系統(tǒng)接收機，其特征在于，所述GPS 基帶處理單元包括載波數(shù)控振蕩器，所述載波數(shù)控振蕩器利用所述載波相位增量產(chǎn)生復現(xiàn) 的載波信號，所述GPS基帶處理單元將所述復現(xiàn)的載波信號分別正弦和余弦映射函數(shù)相 關(guān)，產(chǎn)生同相和正交相采樣數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的GSM網(wǎng)絡輔助的全球定位系統(tǒng)接收機，其特征在于，所述GPS 基帶處理單元還包括碼數(shù)控振蕩器、與所述碼數(shù)控振蕩器相連的碼發(fā)生器和移位寄存器， 所述數(shù)控振蕩器利用所述碼相位增量產(chǎn)生所述碼發(fā)生器的時鐘速率，所述碼發(fā)生器的輸出 經(jīng)所述移位寄存器進行相位延時后產(chǎn)生復現(xiàn)碼。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的GSM網(wǎng)絡輔助的全球定位系統(tǒng)接收機，其特征在于，所述移位 寄存器產(chǎn)生的復現(xiàn)碼包括超前復現(xiàn)碼、即時復現(xiàn)碼和滯后復現(xiàn)碼，所述超前復現(xiàn)碼與所述 滯后復現(xiàn)碼的相位之間相差一個碼片，所述即時復現(xiàn)碼的相位位于所述超前復現(xiàn)碼和滯后 復現(xiàn)碼的相位的正中間。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的GSM網(wǎng)絡輔助的全球定位系統(tǒng)接收機，其特征在于，所述GPS 基帶處理單元還包括相關(guān)器及與所述相關(guān)器相連的積分器，所述相關(guān)器將所述同相和正交 相采樣數(shù)據(jù)與所述復現(xiàn)碼相關(guān)，所述積分器對所述相關(guān)結(jié)果進行積分，以及存儲所述積分 得到的結(jié)果。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的GSM網(wǎng)絡輔助的全球定位系統(tǒng)接收機，其特征在于，所述中央處理單元包括積分器、載波環(huán)鑒別器、載波環(huán)濾波器、包絡檢測器、誤差檢測器及碼環(huán)濾波 器，所述中央處理單元從內(nèi)或外部存儲器中讀取所述積分得到的結(jié)果，經(jīng)所述載波環(huán)鑒別 器及載波環(huán)濾波器后產(chǎn)生載波相位增量，所述中央處理單元從內(nèi)/外部存儲器中讀取所述 積分得到的結(jié)果，經(jīng)所述包絡檢測器、誤差檢測器及碼環(huán)濾波器后產(chǎn)生碼相位增量。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GSM網(wǎng)絡輔助的全球定位系統(tǒng)接收機，其特征在于，所述全 球定位系統(tǒng)接收機還包括與所述集成芯片相連并將所述位置信息傳送到外部設備的外設 接口單元。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種GSM網(wǎng)絡輔助的全球定位系統(tǒng)接收機，所述接收機包括含有接收GPS射頻信號的天線的天線組、與所述接收GPS射頻信號的天線連接并進行GPS射頻信號接收的射頻芯片，天線組還包括收發(fā)GSM射頻信號的天線，射頻芯片與收發(fā)GSM射頻信號的天線相連，并用于進行GSM射頻信號的收發(fā)，該接收機還包括與所述射頻芯片連接并對GPS數(shù)字采樣信號進行基帶處理的集成芯片，所述集成芯片包括對導航電文進行譯碼和位置計算以得到位置信息的中央處理單元、與所述射頻芯片相連的GSM模塊，所述GSM模塊接收射頻芯片傳送的GSM數(shù)字采樣信號，并將位置信息無線傳送到外部網(wǎng)絡。采用本發(fā)明，能節(jié)省制作成本，降低功耗。
文檔編號G01S5/02GK102033216SQ200910190640
公開日2011年4月27日 申請日期2009年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月28日
發(fā)明者不公告發(fā)明人 申請人:深圳市海威訊科技有限公司