专利名称：利用现成的全球定位系统的数字式蜂窝电话的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种综合式定位系统，例如全球定位系统(GPS)的接收机，和电话发送接收机，例如数字式蜂窝电话发送接收机，其中数字式蜂窝电话的处理资源也用于实现全球定位系统接收机的功能。
在导航和运动目标定位方面已经得到应用的一种系统是NAVSTAR全球定位系统。除了NAVSTAR以外，根据卫星信号的其它系统例如GEOSTAR和GLONASS已经或正在开发。使用全球信号的系统例如为LORAN系统。
遗憾的是，为了使用这些信号，GPS和其它无线电定位系统在接收设备方面需要大量的投资。特别是，GPS需要L-频带天线以及装在室内的GPS接收系统，它们一般是费用较高的。
为了向一个基站提供位置信息，已经将GPS接收机与蜂窝式移动装置结合起来，然而，在这样的系统中正像以前提出的一样，只得到很小的或没有得到成本效益。在专利号为5043736的美国专利中介绍这样一种系统，其中将GPS接收机和蜂窝式电话结合起来，使得由GPS接收机产生的位置信息能够利用蜂窝式发送接收机发送到基站。由其所示，GPS接收机和蜂窝电话各是独立的系统，其构成使GPS接收机产生的位置信息能够通向蜂窝式电话，以及使控制和同步信息可以由蜂窝式电话通向GPS接收机。
本发明提供一种综合定位系统(例如GPS)接收机和无线电电话例如数字式蜂窝电话发送接收机，其中数字式蜂窝电话的处理资源也可以用于实现作为全球定位系统接收机的功能。
本发明作为一个电话系统其特征在于可以采用一个天线、定位系统接收机、电话发送接收机以及处理器。该天线接收位置信号和电话信号，最好包括电气上机械上独立耦合的天线，其调谐用于接收这些信号的每一种信号。特别是，最好将L-频带天线用于接收GPS信号，UHF天线用于接收电话信号。该天线连接到全球定位系统接收机和蜂窝电话发送接收机上。
全球定位系统接收机利用GPS解调器对构成GPS信号的第一位置信号、第二位置信号和第三位置信号解调。第一、第二和第三位置信号是分别由第一、第二和第三地球轨道卫星发送的，GPS解调器产生响应于这些信号的解调的数字数据流。
蜂窝电话发送接收机具有一接收信道、发送信道和接口电路。接收信道连接到天线，对蜂窝信号的来向部分解调并产生响应于这种解调的中(间)频(率)的来向信号。与之相似，同样耦合到天线的发送信道对去向中频信号调制并产生响应于这种调制的蜂窝信号的去向部分。
接口电路耦合到接收信道和发送信道。接口电路将来向的中频信号变换为来向数字信号，以及将去向数字信号变换为去向的中频信号。
处理器耦合到全球定位系统接收机和蜂窝电话发送接收机并由它们共用。实际上，处理器由一固件系统所调节，并且在这种固件系统的控制下确定蜂窝电话系统所在的近似位置。这种确定是基于由GPS接收机提供的数字数据流中包含的位置信息作出的。此外，处理器对去向声音信息信号进行编码，产生去向中频信号。处理器还对来向的中频信号进行解码，产生来向的声音信息信号。像在现有技术中已知的一样，声音信息信号用于向蜂窝电话系统壳体内部的扬声器以及麦克风输入和输出模拟量的声音信息。
因此，在上述实施例中，设有一蜂窝电话系统，其中数字式蜂窝电话的处理资源也用实现作为全球定位系统接收机的功能。处理资源的共用导致比现有的定位接收机与电话发送接收机的结合在设计的成本效果方面更优越。
作为一种变型，上述实施例具有一个显示器，例如液晶显示器。显示器连接到处理器，以根据显示信号显示信息。显示信号是由处理器根据所确定的蜂窝电话系统的近似位置而产生，显示的信息指示该近似的位置。例如显示的信息可以是所确定的近似位置的纬度、经度和海拨高度。
在这种变型方案中，蜂窝电话系统的操作人员可使用将本发明以可见方式显示蜂窝电话系统的位置。在已经显示该信息之后，例如操作人员就可以将显示的信息，例如汽车事故、犯罪物证或汽车坠落等情况以话音方式通报给紧急事件的紧急救援人员。
由结合附图
表示的如下对本发明更具体的介绍，将会使本发明的上述和其它方面、特征及优点变得更加明显，其中该图是根据本发明一个实施例构成的、全球定位系统(GPS)接收机和数字式蜂窝电话发送接收机的组合装置的方块图。
对目前认为是实现本发明的最佳方式的如下介绍不应从限定的意义上去理解，它的目的只不过是为介绍本发明的总的原理。本发明的保护范围应参照权利要求来确定。
参阅该图，所示全球定位系统(GPS)接收机的前端10连接到L-频带天线和数字信号处理器14(DSP控制器)。此外示有蜂窝电话的前端16(或蜂窝式发送接收机)连接到UHF天线18以及DSP控制器14。DSP控制器14连接到用户显示器20，例如发光二极管(LED)显示器或液晶显示器(LCD)。GPS接收机10、蜂窝发送接收机16、DSP控制器14和用户显示器12全部容纳在蜂窝发送接收机的壳体22内部，正像在现有技术中公知的那样。应注意，蜂窝发送接收机壳体22实际上可以使用两个壳体，一个用于容纳射频元件和某些数字元件，另一个用于容纳其余的数字元件以及用作蜂窝电话手机，正像现有技术中公知的那样。当使用两个壳体时，使用螺旋形＂电话手机＂电缆将在两个壳体内部的各元件连接在一起。
在GPS接收机10内部，L-频带天线12连接到射频电路前端24。射频电路前端24是L-频带射频接收机，其产生分别响应于由第一、第二、第三和第四地球轨道卫星34、36、38、40接收的第一、第二、第三和第四位置信号26、28、30、32的中频信号(IF)。应注意，虽然4个位置信号是优选的，但地面位置可以仅根据三个这种信号来确定。然而假如需要海拔高度信息，为了确定该信息则第四位置信号也是必须的。在两个L-频带，频率1575.42兆赫和1227.6兆赫上接收上述位置信号。1.023兆赫宽的伪随机(PRN)扩展码的同步需要在1575.42兆赫的频率上。来自4个地球轨道卫星34、36、38和40的每一的信号以上述L-频带频率到达全球定位系统接收机前端10。每个位置信号26、28、30、32具有不同的伪随机扩展码。(在本实施例中并不排除对10.23兆赫宽的扩展码的同步能力)。
由L-频带天线12接收的信号送到射频电路前端24。适当的射频电路前端的设计在本技术领域是公知的。在射频电路前端内部，一低噪声放大器(LNA)连在L-频带预选滤波器后。一包括频率合成器、混频器和中频(IF)放大器的下变频器设计具有适当的辅助电路，以便保持系统的噪音指数(NF)和形成预期的转播点(IP)。这种下变频器的设计在本技术领域是公知的。级联的下变频器、多级下变频器或具有多IF输出的下变频器可以用于提高性能。(能够通过10.23兆赫宽的PRN码的中频输出是本发明人所考虑的)。
选择取样和分选电路46工作所适用的中频(IF)。中频的选择取决于用于实施本实施例的具体实施方案，特别是取样和分选电路46。
在GPS接收机10中，射频电路前端24连接到带通滤波器42，使中频(IF)信号由其中通过。
带通滤波器42是一较低频率的中频(IF)带通滤波器42，用于在IF信号进行数字化以前衰减噪声。带通滤波器42的中心频率小于30兆赫，带宽约1兆赫(对于较低分辨率的GPS C/A码信号)或约10兆赫(对于较高分辨率的GPS P码信号)。
在GPS接收机10内，带通滤波器42连接到自动增益控制器44，其根据需要放大或衰减IF信号，以便设置一适当的信号数字化的阈值。
自动增益控制器44连接到取样和分选电路46，该电路对来自自动增益控制器44的径放大或衰减的IF信号进行数字取样和滤波。取样和分选电路46接收在最佳阈值的位置信号26、28、30、32用于操作，并且由该位置信号26、28、30、32产生位置信号26、28、30、32的同相和正交的取样信号。取样和分选电路46最好采用至少为Nyquist取样速率的取样速率。
取样和分选电路46连接到全球定位系统(GPS)专用集成电路48(ASIC)。GPS ASIC 48由取样和分选电路46接收数字化的和数字滤波的IF信号。GPS ASIC48利用很高精度的时间基准对来自卫星34、36、38、40的扩展的伪随机码进行去扩展，在本技术领域这是公知的。在GPS ASIC 48的设计中，通常能够同时对3到8个信道的信号进行去扩展。
GPS ASIC 48跟踪卫星信号并且测量参照其当地时间的到达时间(Time of Arrival)(TOA)以及对置入扩展频谱信号中的DPS(每秒位数)数据进行解调。GPS ASIC 48的结构设计的公知的，它的一实例表示在1990的Colorado NAVSYS公司的＂TIDGET-低价的GDS模块＂中。一种适当的GPS ASIC 48是公知的通用的集成电路。然而，本发明最好使用一种简化的GPS ASIC来从数字化和数字滤波的IF信号扩展频谱调制中提取GPS信息。简化的GPS ASIC可以比目前市售的GPS ASIC更价廉地生产，因此，利用本实施例可以进一步改进性能价格比。
GPS ASIC 48还连接到自动增益控制电路，并且按照从取样和分选电路接收的数字化和数字滤波的IF信号的幅值的函数调节由自动增益控制电路44提供的信号的增益或衰减。因此，GPSASIC 48与自动增益控制电路44一起作为一个闭环反馈控制系统，以便响应于数字滤波的IF信号幅值的增加或降低，减小和增加由自动增益控制电路44提供的幅值(或增加和降低衰减)。
GPS ASIC 48连接到DPS控制器14，并将由数字化的和数字滤波的IF信号提取的GPS信息送到DSP控制器14。
数字信号处理器14提取来向的GPS信息数据、TOA测量值和卫星定位消息并根据三角测量执行位置测定算法。数字信号处理器14还用于根据卡尔曼滤波技术执行位置更新和校正算法，并对此响应产生位置信号。卡尔曼滤波器设计在本技术领域中是公知的。高精度的位置更新可以每秒进行一次或者更快。为了得到一个位置坐标所需的冷起动探测时间通常在15到20秒之间。对于3至5个信道的GPS接收机来说，丢失瞬时信号之后，重新获得该位置坐标所需时间小于5秒。
在按这种方式产生位置信号之后，DSP控制器14将位置信号送用户显示器20，该显示器选择性地按照纬度、经度以及最好还有海拔高度显示GPS接收机和蜂窝电话发送接收机的综合装置的位置。这种显示器最好仅当SPST瞬时开关(例如，＂位置＂按钮，或＂第二功能＂键与数字键一起，例如蜂窝电话手机上的键盘49上通常可以找到)闭合时，才显示该位置。键盘49连接到DSP控制器24。通过按照这种方式选择性地操作显示器，带来的好处是，GPS接收机和蜂窝电话发送接收机的综合装置从连接到GPS接收机和蜂窝电话发送接收机上的电源51消耗的功率量值会降低。电源51还连接到DSP控制器14、键盘49和显示器20。
在SPST瞬时开关释放之后，显示器20可以在预定的时间内，如10秒连续显示位置信息以及经过时间的指示。经过时间的指示表示由利用本实施例确定最后的位置坐标起已经过的时间。在不选择全球定位系统功能期间，禁止显示位置信息和经历时间的指示。
应注意，在某些实施例中，所确定的纬度、经度和海拔高度不是显示在显示器20或者除了显示在显示器20上以外，可以利用蜂窝发送接收器16发送到基站54，下面将介绍。这种发送可以根据在键盘49上的＂位置＂按钮被按下来进行，或者根据由基站54发出的请求信号发出。然而，这些实施例不是优选的，因为它们要求对已有的蜂窝基本设施进行重大的改造。
在蜂窝发送接收机16的内部，UHF天线18连接到双工器50。双工器50向UHF天线18转送去向射频信号52(或去向蜂窝信号)，以便发送到基站54。此外，双工器50接收由基站54发送的和由UHF天线18接收的来向射频信号56(或来向蜂窝信号)。双工器50连接到接收信道58，该信道包括由射频到中频的混频器及解调器。接收信道58连接到综合的本地振荡器60，其将调制/解调信号提供到接收信道58，在本技术领域这是公知的。
接收电路58还连接到接口专用集成电路62(ASIC)。接口ASIC62用于实现FM移频键控(FSK)接收器、FM消息处理器、发送和接收定时发生器、到CODEC、缓冲、衰减检测、FEC编码和解码的接口、定点分频元件(语音编码器)、锁相电路(用于产生CODEC时钟)、混合的输入/输出电路以及用于处理器接口的胶合(glue)逻辑电路。
接口ASIC 62连接到发送信道64，该信道产生去向射频信号52(去向蜂窝信号)。发送信道64连接到双工器50，向其提供去向射频信号52，用于经过UHF天线18进行发射。发送信道包括由发射器的中频到射频混频器以及调制器。发送信道64连接到综合的本(地)振荡器60，该振荡器产生调制/解调信号。发送器的中频到射频混频器利用调制/解调信号对去向射频信号52进行调制。
接口ASIC 62还连接到DSP控制器14，DSP控制器14用于在蜂窝发送接收机16内执行如下的功能声码器(语音信号编码器)分析/合成、免提开关、数字信道解调/均衡、FM音频发送/接收、FM SAT检测和产生、FM FSK发送、FM消息处理/呼叫处理、数字呼叫处理/控制、用户接口监视/诊断/测试、SACCH编码/解码/排队、鉴别和密钥发生、信令加密、声音识别和声音应答。DSP控制器14还连接到合成的本地振荡器60，借助蜂窝发送接收器16对由合成的本地振荡器60产生的调制/解调信号的定时和频率进行分析和调节，例如需要校正定时的误差或时钟速率的误差。
DSP控制器14还利用连接到其上的用户显示器20显示与蜂窝发送接收机16相关的信息。例如用户显示器20用于显示由蜂窝发送接收机16所拔的电话号码，和/或显示指示来向射频信号56的强度的信号强度计量值。
按照这种方式，GPS接收机10和蜂窝式发送接收机16组合在蜂窝电话壳体22中，共享一共同的DSP控制器14和用户显示器20。
蜂窝式电话壳体，DSP控制器14和用户显示器20通常是包含在GPS接收机10或蜂窝式发送接收机16中的两个成本较高的部件，通过将这两装置组合以及共享DSP控制器14和用户显示器20则得到明显商业利益。此外，另一个优点是通过将L-频带天线12与UHF天线18相结合，因而不再需要两个天线。这种结合可以包括使各天线构成为单一的天线，调谐到在位置信号26、28、30、32的频率和射频信号52、56的频率中间的一个频率上。然而，天线12、18最好在电气上是分开的，如在附图上所示，以便在进行接收的特定频率范围可以实现对每个天线的最佳调谐，并且机械上连接成单一的机械部件，以便降低安装的复杂程度和最大程度体现美感。
虽然已在数字式蜂窝电话的范围内对本发明的优选实施例进行介绍，其通常包括强有力的DSP，例如在附图中的DSP控制器14，它同样适用于其它型式的电话系统，包括模拟式蜂窝电话、移动式卫星电话系统、个人通讯服务(PCS)系统、包括数字式专用移动无线电设备(DSMR)的中继、分组无线设备、批处理和专用移动无线电系统(以及很多其它双向通讯系统。移动卫星电话系统通常使用便携或移动用户单元直接通过卫星与另一个便携或移动单元或交换电话网的固定网关进行通信。很多不同的系统正在开发(例如Inmarsaf-P或ICO-Global、Iridium，亚洲-太平洋移动电话)，而且有些，例如美国移动卫星公司(AMSC)和Inmarsaf-M和C系统已经投入使用。此外，虽是在GPS接收机的范围内已经对该优选实施例进行了介绍，但也可以利用许多不同类型的无线电系统的组合，例如GLONASS或LORAN。
虽然利用特定的实施例及其应用对已公开的本发明已经介绍，但对于本技术领域的普通技术人员在不脱离权利要求中所述的本发明的保护范围内能够进行很多的改进和变化。
权利要求
1.一种蜂窝式无线电通讯和定位的综合系统，其特征在于包含天线系统，用于接收射频信号，电话接收机，连接到天线系统，用于发送接收无线电话信号，例如地面蜂窝电话信号；定位系统接收机，连接到天线系统，用于接收定位系统的无线信号，例如GPS、GLONASS、LORAN和GEOSTAR信号；控制器，根据控制程序工作，连接到电话接收机，用于根据控制程序控制电话接收机的工作；也连接到定位系统接收机，用于控制定位系统接收机的工作；数字信号处理器，连接到控制器，用于处理无线电话信号和用于处理接收的定位系统无线信号以及产生响应该信号响应的指示该综合系统位置的信号；控制器还连接到数字信号处理器，用于接收指示该综合系统位置的信号并响应该信号产生位置信号，例如该综合系统的经度、纬度和海拔高度；以及显示器，连接到控制器，用于显示根据位置信号的信息和与无线电话信号有关的信息。
2.根据权利要求1的系统，其中数字信号处理器利用来自定位系统接收机的定位系统无线信号执行位置确定算法，进行位置更新和位置校正。
3.根据前述任一个或更多权利要求的系统，其中位置信号的发送是响应在电话呼叫期间电话接收机接收并且从远端位置输送到控制器的询问而执行的。
4.根据前述任一个或更多权利要求的系统，其中电话接收机还包含接收信道，连接到天线系统，用于对无线电话信号的来向部分进行解调并对该信号响应产生来向中间信号；发送信道，连接到该天线，用于对去向中间信号进行调制并用于响应该信号产生无线电话信号的去向部分；其中数字处理器还包含用于对去向声音信号编码和产生去向中间信号的装置；用于对来向中间信号解码和产生来向声音信号的装置。
5.根据前述任一个或更多权利要求的系统，其中控制器连接到在电话接收机中的至少一个振荡器并控制振荡器的定时和频率。
全文摘要
一种峰窝电话系统，具有用于接收定位系统信号和蜂窝的信号的天线；连接到天线上的定位系统接收机和移动电话发送接收机；以及连接到全球定位系统接收机和蜂窝电话发送接收机的处理器。全球定位系统接收机使用GPS解调器，对来自第一、第二和第三地球轨道卫星的第一、第二和第三位置信号进行解调。蜂窝电话发送接收机利用接收信道，解调蜂窝信号的来话部分并产生来向中间信号；利用发送信道，对去向中间信号进行调制，产生去向部分。
文档编号G01S1/00GK1155663SQ9611006
公开日1997年7月30日 申请日期1996年5月30日 优先权日1996年5月30日
发明者法沙德·穆哈迈德, 詹姆斯·F·坎托夫, 乔纳森·Y·钱, 博瑞迪·卡洛 申请人:休斯电子公司