专利名称：片上集成gsm技术的全球定位系统接收机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及卫星定位技术，更具体地说，涉及一种片上集成GSM技术的全球 定位系统接收机。
背景技术：
全球定位系统(Global Positioning System，简称“GPS”)的导航应用现已逐步 走向成熟。而GPS接收机用于捕获跟踪的卫星信号，并测量天线至卫星的伪距离和距离的 变化率，解调出卫星轨道参数等数据，以及根据这些数据计算出用户的位置信息。由于GPS 技术具有精度高、速度快、成本低等显著优点，因而成为目前世界上应用范围最广泛、实用 性最前的全球精密授时、测距、导航、定位系统。随着单片微波集成电路、微带滤波器、声表面波滤波器技术的成熟和电路制作 工艺的进步，GPS射频前端的集成度大大提高，现已集成了低噪声放大器(Low Noise Amplifier，简称 “LNA，，)、温补晶振(Temperature CompensateX' tal Oscillator，简称 “TCX0”)和滤波器的射频前端芯片，射频芯片(即射频前端芯片)用于将接收到的射频信号 转换为数字信号。而对于GPS的数字信号处理部分，通常将数字信号传送给基带芯片，由基 带芯片进行数字信号处理，再将数字信号处理的结果传送到处理器芯片进行定位计算。得 到位置信息后，通过外设接口将位置信息传送到外部设备。由于基带处理过程采用两块芯 片实现，使得GPS在各种产品的应用中均需增加两块芯片，且每块芯片采用单独的内部存 储器，因此现有的GPS接收机制作成本高。
实用新型内容基于此，有必要提供一种能降低成本的片上集成GSM技术的全球定位系统接收 机。所述片上集成GSM技术的全球定位系统接收机包括电源模块、含有接收GPS射频 信号的天线的天线组、与所述接收GPS射频信号的天线连接并将进行所述GSP射频信号接 收的射频芯片，所述天线组还包括收发GSM射频信号的天线，所述射频芯片与所述收发GSM 射频信号的天线相连，用于进行所述GSM射频信号的收发，所述全球定位系统接收机还包 括与所述射频芯片连接并对GPS数字采样信号进行基带处理的集成芯片，所述集成芯片包 括对导航电文进行译码和位置计算以得到位置信息的中央处理单元、与所述射频芯片相连 的GSM模块，所述GSM模块用于接收所述射频芯片传送GSM基带数字采样信号，并将所述位 置信息无线传送到外部网络，所述电源模块与所述射频芯片及集成芯片相连以提供电源。优选地，所述集成芯片还包括与所述中央处理单元相连、对所述数字信号进行载 波剥离及码剥离，对码剥离后的数据进行积分，存储所述积分得到的结果并发送中断指令 至中央处理单元的GPS基带处理单元，所述中央处理单元与所述GPS基带处理单元相连， 接收所述中断指令，并根据所述积分得到的结果产生载波相位增量及码相位增量，所述GSM 模块用于通过所述射频芯片获取GPS辅助信息，并将所述GPS辅助信息送入所述GPS基带处理单元。进一步优选地，所述GPS辅助信息包括GPS卫星的星历信息、时间信息、码相位和 多普勒偏移。优选地，所述全球定位系统接收机还包括与所述GSM模块及GPS基带处理单元相 连、存储GSM模块接收和发送的数据信息及所述GPS基带处理单元积分得到的结果的内部 存储器和/或外部存储器。优选地，所述全球定位系统接收机还包括与所述集成芯片相连并将所述位置信息 传送到外部设备的外设接口单元。上述片上集成GSM技术的全球定位系统接收机，将现有的GPS基带芯片、处理器芯 片以及GSM模块集成到一块集成芯片上，射频芯片转换后的GPS数字采样信号由集成芯片 来实现GPS基带处理及定位计算，得到的位置信 息通过GSM模块传送给外部网络，不仅减少 了芯片的尺寸，降低了制作成本，还能从GSM模块上得到准GPS辅助用来辅助GPS定位计 算，提高了 GPS定位的速度和精度。
图1是一个实施例中片上集成GSM技术的全球定位系统接收机的结构示意图；图2是一个实施例中集成芯片的内部结构示意图；图3是一个实施例中集成芯片对数字信号进行基带处理的示意图；图4是一个实施例中GPS基带处理单元实现载波剥离及码剥离的示意图；图5是一个实施例中中央处理单元实现码和载波跟踪环的示意图。
具体实施方式
图1示出了一个实施例中的片上集成GSM技术的全球定位系统接收机，该全球定 位系统接收机包括天线组1、射频芯片2、集成芯片3及外设接口单元4，其中天线组1用于接收射频信号，天线组1包括接收GPS射频信号的天线和收发GSM 射频信号的天线，可采用半球形增益覆盖的右旋圆极化天线。射频芯片2与天线组1连接，用于进行GPS射频信号的接收和GSM射频信号的收 发。射频芯片2可采用现有常规的射频芯片实现，其内部可设置低噪声前置放大器，射频信 号经低噪声前置放大器放大，被放大的射频信号可被来自本地振荡器的混频信号下变频到 中频，然后进行模拟信号到数字信号的转换以及自动增益控制即产生数字信号。集成芯片3与射频芯片2连接并对GPS数字采样信号进行基带处理。如图2所示， 集成芯片3包括GSM(Global System for Mobile Communications，全球移动通讯系统)模 块31、GPS基带处理单元32和中央处理单元33，其中GSM模块31用于将位置信息无线传 送到外部网络；GPS基带处理单元32与GSM模块31相连，用于基带处理；中央处理单元33 与GPS基带处理单元32相连，用于对导航电文进行译码和位置计算以得到位置信息。外设接口单元4与集成芯片3相连，用于将位置信息传送到外部设备。在一个实施例中，该接收机还可包括与射频芯片2及集成芯片3相连的电源模块 (图中未示出)，该电源模块用于给射频芯片2及集成芯片3提供电源。在一个实施方式中，GPS基带处理单元32还用于对数字信号进行载波剥离及码剥离，并对码剥离后的数据进行积分，存储积分得到的结果后发送中断指令到中央处理单元33;中央处理单元(Central Process Unit，简称“CPU”)33与GPS基带处理单元32相连， 用于接收基带处理单元32发送的中断指令，并根据积分得到的结果产生载波相位增量及 码相位增量。图3示出了一个实施例中的集成芯片3对GPS数字采样信号进行基带处理的过 程。如图3所示，射频芯片2输出的GPS数字采样信号进入到GPS基带处理单元32中，在 GPS基带处理单元32中进行载波剥离、码剥离及相关操作后，将数据存储到存储器5中。关 于GPS基带处理单元32进行载波剥离、码剥离及相关操作将在下述内容进行详细阐述。存 储器5可以是内部存储器或外部存储器。当数据存储完毕后，GPS基带处理单元32则发送 一个中断指令到中央处理单元33，中央处理单元33则读取存储器5中的数据，对该数据进 行处理后反馈到GPS基带处理单元32。关于中央处理单元33对存储器5中的数据进行处 理并反馈至GPS基带处理单元32的过程将在下述内容进行详细阐述。在一个实施例中，可 通过更新GPS基带处理单元32的载波相位增量寄存器及码相位增量寄存器来反馈中央处 理单元33的输出。在一个实施方式中，中央处理单元33进行导航电文译码和位置计算，所得到的位 置信息传送到GSM模块31，由GSM模块31将位置信息通过GPRS网络传送到外部网络。GSM 模块31通过GPS网络要接收和发送的信息可根据用户的应用确定，这些信息可存储在存储 器5中。射频芯片2将GSM基带数字采样信号传送给GSM模块31。另外，GSM模块31获取 GPS的辅助信息，该辅助信息包括GPS卫星的星历信息和较为精确的时间信息、码相位和多 普勒偏移等，并将这些辅助信息传送到GPS基带处理单元32。GPS基带处理单元32得到星 历和时间信息，可以不必从GPS信号中获得星历信息，并根据准确的时间信息就可推断出 此时接收机上空GPS卫星的伪随机序列码、码相位和多普勒偏移等，则可加快定位时间和 提高定位精度。图4示出了一个实施例中GPS基带处理单元32实现载波剥离及码剥离的过程。如 图4所示，GPS基带处理单元32包括正弦函数生成器321、余弦函数生成器322、载波数控振 荡器323，其中载波数控振荡器323在闭环工作时由中央处理单元33的载波跟踪环控制， 在用锁相环时，载波跟踪环能保持复现的载波信号与进入接收机的卫星载波信号之间的相 位误差为零。载波数控振荡器323接收每时钟周期的载波相位增量，产生一个周期是复现 的载波信号加多普勒的周期的阶梯函数，该阶梯函数进入到正弦生成器321及余弦函数生 成器322中，正弦及余弦函数则将阶梯函数的每个离散幅度各自变换为相应的正弦和余弦 函数离散幅度，从而产生复现的载波信号。进入到GPS基带处理单元32的数字信号分别与 复现的载波信号相关，分别得到同相(I)和正交相(Q)采样数据。I、Q采样数据随后进行 码剥离。如图4所示，GPS基带处理单元32还包括码发生器324、码数控振荡器325及移位 寄存器326，其中码数控振荡器325由中央处理单元33的码跟踪环控制，接收每时钟周期 的码相位增量，产生码发生器324的时钟速率。在一个实施例中，当捕获信号时，产生两倍 的码发生器324时钟速率；当跟踪时，则产生3倍的码发生器324时钟速率。码发生器324 的输出经移位寄存器326后产生相位延时，得到三种复现码，分别为超前(E)复现码、即时 (P)复现码和滞后(L)复现码，其中，E复现码与L复现码的相位相差一个码片，而P复现码的相位位于两者的正中间。GPS基带处理单元32还包括相关器及与相关器连接的积分器 327，I、Q信号与上述产生的三种复现码进行相关，相关结果则进入积分器327，积分后的结 果为I_e、I_p、I_l、Q_e、Q_p*Q_l各分量，可将积分结果存储在存储器5中。在一个实施 例中，存储器5是外部存储器。I、Q信号相对于卫星的被检测的载波信号来说具有一定的 相位关系。在一个实施例中，I和Q信号分量的相位相差90度，所产生信号的幅度可以由 I、Q分量的矢量和算出，而其相对于I轴的相位角可以由Q/I的反正切确定。图5示出了一个实施例中中央处理单元33实现码和载波跟踪环的过程，该实施例为闭环工作模式下的码和载波跟踪环。如图5所示，中央处理单元33包括积分器331、包 络检测器332、误差检测器333及码滤波器334，中央处理单元33从存储器5中读取上述 I_e、Q_e、1_1和Q_1分量，经包络检测器332、误差检测器333及码滤波器334后的数据与 码数控振荡器325的偏差进行相加，得到每时钟周期的码相位增量，所得到的码相位增量 进入到码数控振荡器325中(如图4所示)。在一个实施例中，中央处理单元33还包括载 波环鉴别器335、载波环滤波器336及比例因子337，中央处理单元33从存储器5中读取上 述I_p和Q_p分量，经载波环鉴别器335及载波环滤波器336后的数据与载波数控振荡器 325的偏差进行相加，得到每时钟周期的载波相位增量，所得到的载波相位增量进入到载波 数控振荡器325中(如图4所示)。上述片上集成GSM技术的全球定位系统接收机，由于将基带处理、定位计算及GSM 模块集成到了一块集成芯片3上，从而减少了芯片尺寸和封装尺寸，也降低了芯片的功耗， 减少了制作成本。GPS基带处理单元32处理后的数据(如I_e、I_p、1_1、Q_e、Q_p和Q_1 分量)可存储在外部存储器中，从而节省了集成芯片3内部的面积，进一步减少了成本。而 通过中央处理单元33处理基带处理后的信号，基带数据运算软件及算法都可进行升级替 换，无需重新制作芯片，进一步降低了成本。另外，GSM模块可将计算得到的位置信息传送 到外部网络，使用更便利，能够实现老人、小孩位置监控等多种应用，且GSM模块得到的辅 助信息能进一步用于GPS定位，提高GPS定位时间和定位精度。本实用新型还支持多种全 球定位模式，包括独立的GPS定位模式和A-GPS (利用网络基站信息和GPS信息共同定位) 定位模式。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本 实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型 的保护范围之内。
权利要求一种片上集成GSM技术的全球定位系统接收机，包括电源模块、含有接收GPS射频信号的天线的天线组、与所述接收GPS射频信号的天线连接并进行所述GPS射频信号接收的射频芯片，其特征在于，所述天线组还包括收发GSM射频信号的天线，所述射频芯片与所述收发GSM射频信号的天线相连，用于进行所述GSM射频信号的收发，所述全球定位系统接收机还包括与所述射频芯片连接并对GPS数字采样信号进行基带处理的集成芯片，所述集成芯片包括对导航电文进行译码和位置计算以得到位置信息的中央处理单元、与所述射频芯片相连的GSM模块，所述GSM模块用于接收所述射频芯片传送的GSM基带数字采样信号，并将所述位置信息无线传送到外部网络，所述电源模块与所述射频芯片及集成芯片相连以提供电源。
2.根据权利要求1所述的片上集成GSM技术的全球定位系统接收机，其特征在于，所述 集成芯片还包括与所述中央处理单元相连、对所述数字信号进行载波剥离及码剥离，对码 剥离后的数据进行积分，存储所述积分得到的结果并发送中断指令至中央处理单元的GPS 基带处理单元，所述中央处理单元与所述GPS基带处理单元相连，接收所述中断指令，并根 据所述积分得到的结果产生载波相位增量及码相位增量，所述GSM模块用于通过所述射频 芯片获取GPS辅助信息，并将所述GPS辅助信息送入所述GPS基带处理单元。
3.根据权利要求2所述的片上集成GSM技术的全球定位系统接收机，其特征在于，所述 GPS辅助信息括GPS卫星的星历信息、时间信息、码相位和多普勒偏移。
4.根据权利要求2所述的片上集成GSM技术的全球定位系统接收机，其特征在于，所述 全球定位系统接收机还包括与所述GSM模块及GPS基带处理单元相连、存储GSM模块接收 和发送的数据信息及GPS基带处理单元积分得到的结果的内部存储器和/或外部存储器。
5.根据权利要求1所述的片上集成GSM技术的全球定位系统接收机，其特征在于，所述 全球定位系统接收机还包括与所述集成芯片相连并将所述位置信息传送到外部设备的外 设接口单元。
专利摘要本实用新型提供了一种片上集成GSM技术的全球定位系统接收机，包括电源模块、含有接收GPS射频信号的天线的天线组、与该天线连接并进行GPS射频信号接收的射频芯片，天线组还包括收发GSM射频信号的天线，射频芯片与收发GSM射频信号的天线相连，进行GSM射频信号的收发，该接收机还包括对GPS数字采样信号进行基带处理的集成芯片，集成芯片包括对导航电文进行译码和位置计算以得到位置信息的中央处理单元、与射频芯片相连的GSM模块，GSM模块接收射频芯片传送的GSM基带数字采样信号，并将位置信息无线传送到外部网络，电源模块与射频芯片及集成芯片相连以提供电源。采用本实用新型，能节省制作成本，降低功耗。
文档编号G01S5/14GK201562048SQ20092020570
公开日2010年8月25日 申请日期2009年9月28日 优先权日2009年9月28日
发明者不公告发明人 申请人:深圳市海威讯科技有限公司