專利名稱：片上集成gsm技術(shù)的全球定位系統(tǒng)接收機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及衛(wèi)星定位技術(shù)，更具體地說，涉及一種片上集成GSM技術(shù)的全球 定位系統(tǒng)接收機(jī)。
背景技術(shù)：
全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System，簡稱“GPS”)的導(dǎo)航應(yīng)用現(xiàn)已逐步 走向成熟。而GPS接收機(jī)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(diǎn)，因而成為目前世界上應(yīng)用范圍最廣泛、實(shí)用 性最前的全球精密授時、測距、導(dǎo)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(jìn)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(bǔ)晶振(Temperature 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(jìn)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(jìn)行定位計算。得 到位置信息后，通過外設(shè)接口將位置信息傳送到外部設(shè)備。由于基帶處理過程采用兩塊芯 片實(shí)現(xiàn)，使得GPS在各種產(chǎn)品的應(yīng)用中均需增加兩塊芯片，且每塊芯片采用單獨(dú)的內(nèi)部存 儲器，因此現(xiàn)有的GPS接收機(jī)制作成本高。

實(shí)用新型內(nèi)容基于此，有必要提供一種能降低成本的片上集成GSM技術(shù)的全球定位系統(tǒng)接收 機(jī)。所述片上集成GSM技術(shù)的全球定位系統(tǒng)接收機(jī)包括電源模塊、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將進(jìn)行所述GSP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，用于進(jìn)行所述GSM射頻信號的收發(fā)，所述全球定位系統(tǒng)接收機(jī)還包 括與所述射頻芯片連接并對GPS數(shù)字采樣信號進(jìn)行基帶處理的集成芯片，所述集成芯片包 括對導(dǎo)航電文進(jìn)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(luò)，所述電源模塊與所述射頻芯片及集成芯片相連以提供電源。優(yōu)選地，所述集成芯片還包括與所述中央處理單元相連、對所述數(shù)字信號進(jìn)行載 波剝離及碼剝離，對碼剝離后的數(shù)據(jù)進(jìn)行積分，存儲所述積分得到的結(jié)果并發(fā)送中斷指令 至中央處理單元的GPS基帶處理單元，所述中央處理單元與所述GPS基帶處理單元相連， 接收所述中斷指令，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(jìn)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(jī)還包括與所述GSM模塊及GPS基帶處理單元相 連、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，所述全球定位系統(tǒng)接收機(jī)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(shè)備的外設(shè)接口單元。上述片上集成GSM技術(shù)的全球定位系統(tǒng)接收機(jī)，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(shí)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(luò)，不僅減少 了芯片的尺寸，降低了制作成本，還能從GSM模塊上得到準(zhǔn)GPS輔助用來輔助GPS定位計 算，提高了 GPS定位的速度和精度。

圖1是一個實(shí)施例中片上集成GSM技術(shù)的全球定位系統(tǒng)接收機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是一個實(shí)施例中集成芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是一個實(shí)施例中集成芯片對數(shù)字信號進(jìn)行基帶處理的示意圖；圖4是一個實(shí)施例中GPS基帶處理單元實(shí)現(xiàn)載波剝離及碼剝離的示意圖；圖5是一個實(shí)施例中中央處理單元實(shí)現(xiàn)碼和載波跟蹤環(huán)的示意圖。
具體實(shí)施方式
圖1示出了一個實(shí)施例中的片上集成GSM技術(shù)的全球定位系統(tǒng)接收機(jī)，該全球定 位系統(tǒng)接收機(jī)包括天線組1、射頻芯片2、集成芯片3及外設(shè)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(jìn)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(shí)現(xiàn)，其內(nèi)部可設(shè)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(jìn)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(jìn)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(luò)；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(dǎo)航電文進(jìn)行譯碼和位置計算以得到位置信息。外設(shè)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(shè)備。在一個實(shí)施例中，該接收機(jī)還可包括與射頻芯片2及集成芯片3相連的電源模塊 (圖中未示出)，該電源模塊用于給射頻芯片2及集成芯片3提供電源。在一個實(shí)施方式中，GPS基帶處理單元32還用于對數(shù)字信號進(jìn)行載波剝離及碼剝離，并對碼剝離后的數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)施例中的集成芯片3對GPS數(shù)字采樣信號進(jìn)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(jìn)入到GPS基帶處理單元32中，在 GPS基帶處理單元32中進(jìn)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(jìn)行載波剝離、碼剝離及相關(guān)操作將在下述內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)闡述。存 儲器5可以是內(nèi)部存儲器或外部存儲器。當(dāng)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(jìn) 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(jìn)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(jìn)行詳細(xì)闡述。在一個實(shí)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(shí)施方式中，中央處理單元33進(jìn)行導(dǎo)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(luò)傳送到外部網(wǎng)絡(luò)。GSM 模塊31通過GPS網(wǎng)絡(luò)要接收和發(fā)送的信息可根據(jù)用戶的應(yīng)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。另外，GSM模塊31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(zhǔn)確的時間信息就可推斷出 此時接收機(jī)上空GPS衛(wèi)星的偽隨機(jī)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(shí)施例中GPS基帶處理單元32實(shí)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(fù)現(xiàn)的載波信號與進(jìn)入接收機(jī)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(fù)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(jìn)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(yīng)的正弦和余弦 函數(shù)離散幅度，從而產(chǎn)生復(fù)現(xiàn)的載波信號。進(jìn)入到GPS基帶處理單元32的數(shù)字信號分別與 復(fù)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(jìn)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(shí)施例中，當(dāng)捕獲信號時，產(chǎn)生兩倍 的碼發(fā)生器324時鐘速率；當(dāng)跟蹤時，則產(chǎn)生3倍的碼發(fā)生器324時鐘速率。碼發(fā)生器324 的輸出經(jīng)移位寄存器326后產(chǎn)生相位延時，得到三種復(fù)現(xiàn)碼，分別為超前(E)復(fù)現(xiàn)碼、即時 (P)復(fù)現(xiàn)碼和滯后(L)復(fù)現(xiàn)碼，其中，E復(fù)現(xiàn)碼與L復(fù)現(xiàn)碼的相位相差一個碼片，而P復(fù)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(fù)現(xiàn)碼進(jìn)行相關(guān)，相關(guān)結(jié)果則進(jìn)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(shí)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(shí)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(shí)施例中中央處理單元33實(shí)現(xiàn)碼和載波跟蹤環(huán)的過程，該實(shí)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(luò)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(luò)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(jìn)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(jìn)入到碼數(shù)控振蕩器325中(如圖4所示)。在一個實(shí)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(jìn)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(jìn)入到載波 數(shù)控振蕩器325中(如圖4所示)。上述片上集成GSM技術(shù)的全球定位系統(tǒng)接收機(jī)，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(jìn)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(yùn)算軟件及算法都可進(jìn)行升級替 換，無需重新制作芯片，進(jìn)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(luò)，使用更便利，能夠?qū)崿F(xiàn)老人、小孩位置監(jiān)控等多種應(yīng)用，且GSM模塊得到的輔 助信息能進(jìn)一步用于GPS定位，提高GPS定位時間和定位精度。本實(shí)用新型還支持多種全 球定位模式，包括獨(dú)立的GPS定位模式和A-GPS (利用網(wǎng)絡(luò)基站信息和GPS信息共同定位) 定位模式。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本 實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型 的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種片上集成GSM技術(shù)的全球定位系統(tǒng)接收機(jī)，包括電源模塊、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(jìn)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，用于進(jìn)行所述GSM射頻信號的收發(fā)，所述全球定位系統(tǒng)接收機(jī)還包括與所述射頻芯片連接并對GPS數(shù)字采樣信號進(jìn)行基帶處理的集成芯片，所述集成芯片包括對導(dǎo)航電文進(jìn)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(luò)，所述電源模塊與所述射頻芯片及集成芯片相連以提供電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的片上集成GSM技術(shù)的全球定位系統(tǒng)接收機(jī)，其特征在于，所述 集成芯片還包括與所述中央處理單元相連、對所述數(shù)字信號進(jìn)行載波剝離及碼剝離，對碼 剝離后的數(shù)據(jù)進(jìn)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的GPS 基帶處理單元，所述中央處理單元與所述GPS基帶處理單元相連，接收所述中斷指令，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所述的片上集成GSM技術(shù)的全球定位系統(tǒng)接收機(jī)，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所述的片上集成GSM技術(shù)的全球定位系統(tǒng)接收機(jī)，其特征在于，所述 全球定位系統(tǒng)接收機(jī)還包括與所述GSM模塊及GPS基帶處理單元相連、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1所述的片上集成GSM技術(shù)的全球定位系統(tǒng)接收機(jī)，其特征在于，所述 全球定位系統(tǒng)接收機(jī)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(shè)備的外 設(shè)接口單元。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種片上集成GSM技術(shù)的全球定位系統(tǒng)接收機(jī)，包括電源模塊、含有接收GPS射頻信號的天線的天線組、與該天線連接并進(jìn)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，進(jìn)行GSM射頻信號的收發(fā)，該接收機(jī)還包括對GPS數(shù)字采樣信號進(jìn)行基帶處理的集成芯片，集成芯片包括對導(dǎo)航電文進(jìn)行譯碼和位置計算以得到位置信息的中央處理單元、與射頻芯片相連的GSM模塊，GSM模塊接收射頻芯片傳送的GSM基帶數(shù)字采樣信號，并將位置信息無線傳送到外部網(wǎng)絡(luò)，電源模塊與射頻芯片及集成芯片相連以提供電源。采用本實(shí)用新型，能節(jié)省制作成本，降低功耗。
文檔編號G01S5/14GK201562048SQ20092020570
公開日2010年8月25日 申請日期2009年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月28日
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