专利名称：结合了定位装置的无线通信设备和系统的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及定位无线通信设备，特别针对无线通信设备处于干扰区域。更具体地，本发明提供在无线通信系统中结合GPS的方法、设备和系统。
背景技术：
无线通信业务和设备的开发和改进以极快的步骤持续进行。与无线通信设备有关的一个问题涉及确定设备的物理位置。因为各种目的——例如存在一个原因是确信与设备有关的用户正处于紧急情况、或者当设备放错了地方——可能非常希望对无线通信设备定位。必须在无线通信系统和设备的成本、尺寸以及功耗限制之内仔细地考虑这个问题的解决方法。当无线通信设备处于干扰区域(例如建筑物内)中时这个问题还会更加复杂。
确定无线通信设备位置的一种建议解决方案是使用无线通信设备作为转发器，设备将定位信号回声到多个基站。回声信号中的延迟用于确定无线通信设备和多个基站中每一个之间的距离。然后可以从基站的位置以及所确定的距离中确定设备的位置。但是，以足够的精度测量回声信号的延迟是很困难的，特别是当无线通信设备处于干扰区域时更是如此。
第二种建议的解决方案是基于熟知的全球定位卫星(GPS)系统，并使GPS接收机结合到无线通信设备中。在GPS系统中，被监视位置的设备(在这种情况下，无线通信设备，更一般地为船只、飞机、卡车等)配备了GPS接收机。基于GPS卫星发射到接收机的信号，GPS接收机可以将其在地球表面上的位置确定到大约150英尺的精度。在操作中，GPS接收机从第一GPS卫星接收时间编码的定位信号。接收机通过将离开时间(从卫星)与到达时间(到接收机)比较，确定定位信号需要多长时间到达地面。基于这个时间差，并且假设传输速率是(例如)每秒186,000英里，接收机计算出到第一卫星的距离(例如，13,000英里)。基于有关卫星轨道的预编程信息，接收机可以确定在信号发送时刻卫星处于空间中的位置，而且接收机可以使用这个信息确定它的位置在自卫星半径等于确定距离(在本例中为13,000英里)的球面上某处。接收机使用来自其它GPS卫星的定位信号重复这个处理，并基于所得球面的交叉点最终确定它所处的位置。
不幸的是，典型的GPS接收机比典型的无线通信设备大。即使GPS接收机在尺寸上减少，在无线通信设备中结合GPS接收机还是会大大影响设备的尺寸。此外，已知的GPS接收机一般没有足够的性能能力在干扰区域内(例如，建筑物内)确定位置。
在无线设备内包含大量信号处理操作的确定无线通信设备位置问题的任何解决方法都将急剧影响设备的成本、功耗及/或性能。
因此，非常希望能够以不会显著影响无线通信设备的成本、尺寸、性能或功耗的方式，精确地确定无线通信设备的位置，特别是在设备处于干扰区域(例如建筑物内)中时更是如此。
发明概述本发明通过提供确定无线通信设备位置的而并不显著影响设备本身的无线通信系统、设备以及方法、而克服了上述问题，并实现了其它优点。根据示范实施例，给能够在通信信道上与基站通信的无线通信设备提供了一个定位电路，用来接收定位信号(例如，GPS信号)，将接收信号从第一频率转换到第二频率，并将变频后的定位信号在通信信道上发射到定位接收机。定位接收机优选的是与基站关联的GPS接收机。
根据本发明方法的示范实施例，定位(例如，GPS)信号以第一频率上从定位系统发射到无线通信系统。然后定位信号被无线通信设备从第一频率转换到第二频率，变频后的定位信号在第二频率上发射到一个或多个调谐到第二频率的定位接收机。
为了当设备处于干扰区域时能够较好地确定无线设备的位置，并确保定位信号正确接收，变频定位信号的传输可以用在无线设备和控制站之间普通交换的通信信号电平高的电平进行。或者，亦或除了这种特性之外，与定位接收机关联的控制站可以响应接收到变频信号、或者无线设备在发射变频信号之前发射的前导信号，暂缓在第二频率上与其它无线通信设备的通信。
本发明能够确定无线通信设备的位置，并不显著影响无线通信设备的尺寸、成本、性能或功耗。
附图的简要描述结合附图阅读如下优选实施例的详细描述时，可以更完整地理解本发明，其中
图1是根据本发明实施例的无线通信系统的框图；图2是根据本发明实施例的无线通信设备中发射机电路的框图；以及图3是描述根据本发明实施例的无线通信设备中定位步骤的流程图。
优选实施例的详细描述图1表示根据本发明的示范无线通信设备。系统包括多个移动通信终端，例如移动终端10，以及多个基站，例如基站12。移动终端10以常规方式与基站12交换通信信号。为了解释的目的，将假设移动终端10和基站12根据码分多址(CDMA)原理交换信号来描述本发明。CDMA信号带宽大约1.2MHz，GPS信号带宽大约1MHz。但是，应该理解发明不限于CDMA系统，而且发明的原理可以很容易地适配于其它类型的通信系统。
图1的系统与定位系统(在本例中为GPS系统)结合操作。GPS系统包括GPS卫星14以及一个或多个GPS接收机16。每个GPS接收机16优选地关联于基站12，或者直接地或者通过可选的互连装置18。每个GPS接收机优选地包括至少两个完整的GPS接收机，其中一个通过基站12从移动终端10接收信号，另一个直接从卫星14接收GPS信号。可以只使用一个GPS接收机并在两种功能之间复用它。但是，这种配置需要数据处理器进行测量之间时间偏差的校正。
在操作中，当需要确定移动终端10的位置时，例如当与移动终端10关联的用户已经发送了表示用户正处于紧急情况的语音或数据消息时，一个或多个GPS卫星14在1575.42MHz上发射定位GPS信号。这个信号被移动终端10接收，将GPS信号从原始频率变频到适于在常规CDMA信道上传输的第二频率，并将变频的GPS信号发射到基站12。移动终端的变频电路将在下面针对图2更详细地描述。基站12将变频GPS信号中继到有关的GPS接收机16，或者直接地或者通过可选的互连装置18。互连装置18将变频GPS信号从CDMA信道频率转换到它的原始频率，而且可能就是移动终端10变频电路的简单逆版本。如果不使用互连装置18，GPS接收机16可以调谐到直接在CDMA信道接收信号。GPS接收机16使用通过基站12接收的GPS信号，优选地结合从其它GPS卫星接收的GPS信号，确定移动终端的位置。
应该理解，如果接收机16包括两个独立的GPS接收机，那么可以完成两个附加的任务。第一，以常规模式用常规GPS信号电平操作的两个接收机中的一个可以进行正确定位所必需的所有功能，即解调GPS信号得到定位和定时信息。这样允许第二个接收机(信号从远端单元10馈入)具有相对长的积分时间。长积分时间会阻碍第二接收机进行数据解调，但是使第二接收机能够在非常弱信号(干扰)条件下进行码同步，同时可以访问寻找位置所需的其余信息。其次，这种这种设计能够使系统进行差分GPS，这是一种去掉残余误差的方法。根据差分GPS，第一接收机产生的GPS-预测位置与前面的而且精确测量的位置相比较，以便确定校正因子。然后将确定的校正因子提供给第二接收机产生的定位数据，以便确定无线通信设备的位置。
图2是根据本发明的示范无线通信设备发射机部分的框图。发射机部分包括定位电路路径以及发射机电路路径。定位电路路径包括天线20、连接到天线20以便对天线20接收的定位信号滤波的滤波器22、以及连接以便接收滤波器22的滤波输出以及振荡器26提供的振荡器信号并提供中频输出信号(近似与源34的输出同频，下面将讨论)的混频器24。发射机还包括连接到混频器24输出、为中频滤波的第二滤波器28。放大器30连接到滤波器28，并放大滤波的中频。滤波的中频作为一个输入提供给开关32。
发射机电路路径包括源34，提供传输话音、数据或控制信息的调制中间通信信号，从无线通信设备发射到基站。调制中间通信信号实际上与混频器24输出的中频信号同频。源34输出中间通信信号，作为开关32的第二输入。可以由用户(例如，通过操作开关或向无线通信设备输入一条命令)或系统(例如，通过基站12向无线通信设备发送一个控制信号)控制的开关32的状态确定发射机发射定位电路路径或是发射机电路路径产生的信号。开关32的输出作为第二混频器36的第一输入提供，混频器36将开关32的开关输出与第二振荡器信号38混频。混频器36输出所需的传输信号，在此例中是CDMA通信信道频率上的CDMA通信信号。传输信号然后被滤波器40滤波、被放大器42放大，并通过发射机天线44发射到控制站。应该理解的是图2的发射机电路路径实际上与常规无线通信设备的发射机路径相同。
在操作中，处于初始状态的发射机操作以便通过发射机路径向一个或多个基站发射通信信号(即，话音、数据或控制信号)。在这种初始状态下，开关32处于接收源34输出并将源34输出提供给第二混频器36的位置。如果设备置于定位模式，那么定位信号(例如，1575.42MHz的GPS信号)由天线20来接收，这种定位信号由单元22-30接收并变频，开关32的状态从初始状态改变，以便开关32在中频上向第二混频器36提供定位信号。在这种定位模式中，第二混频器36将来自中频(混频器26输出的中频信号频率，带宽大约1MHz)处理的定位信号变频到适于在通信信道(例如，带宽大约1.2MHz的CDMA通信信道)上传输的第二频率。在这种定位模式中，无线通信设备基站之间建立的通信链路暂时被中断。
在结合3图2电路中的无线通信设备中，假设放大器30提供恰当的增益，定位信号不是具有不同的频率，而是实际上不变地由发射机辐射到一个或多个基站。发射机可以首先发送一个前导信号，向基站表示定位信号即将到来。然后基站使用定位接收机(例如GPS接收机16)确定无线设备的位置。定位接收机可以调谐到无线通信信道频率，而不是定位信号最初的频率，或者可以在互连装置18(图1)这样的电路将定位信号从通信信道频率重新转换到初始频率之后，在初始频率上接收定位信号。应该理解具有图2电路的无线通信设备使设备能够结合一个定位装置，而不必在设备本身中执行信号处理、检测或位置计算。
图3表示一个流程图，描述根据本发明的无线通信设备确定位置的过程。在步骤100，在无线通信设备和基站之间建立一条通信链路。当建立了这条通信链路时，通信信号(即，话音、数据或控制信号)以常规方式在设备和基站之间交换。在步骤102，设备确定是否已经收到了定位信号，或者是(例如)来自设备上开关的信号，或者是通过通信链路来自基站的命令。如果没有，过程就返回步骤100并维持常规通信链路。如果无线通信设备已经收到了定位信号，设备就在步骤104改变模式而且开关32选择定位电路路径而不是标准发射机路径。由于这种模式改变，常规通信链路就被挂起。在步骤106，变频的定位信号在步骤106中从无线通信设备发射到基站。定位信号传输完毕(使定位接收机能够进行合适的定位计算)之后，过程就返回步骤100，重新建立常规的通信链路。
从前述显然得见，本发明提供了在无线通信系统中确定设备位置的方法、系统和设备。发明的特殊优点在于设备本身不需要进行大量的信号处理功能。
尽管前面的描述包含很多细节和特殊性，但是应该理解这些细节和特殊性不是发明的限制，而是仅为说明的目的而引入的。上面公开的例子，在不背离如下权利要求和它们的合法等效所定义的发明精神和范围前提下的很多修改对于本领域一般技术人员是显然的。
权利要求
1.一种确定无线通信设备位置的方法，包括如下步骤以第一频率从定位系统向无线通信设备发射定位信号；将定位信号从第一频率转换到第二频率；在第二频率上向调谐到第二频率的一个或多个定位接收机发射转换的定位信号；并且在一个或多个定位接收机中确定无线通信设备的位置。
2.权利要求1的方法，包括如下步骤在转换步骤之前，将无线通信设备中的发射机路径从第一发射机路径(在其中，无线通信设备能够在第二频率上向一个或多个控制站发射通信信号)切换到第二发射机路径(在其中，无线通信设备能够将定位信号从第一频率转换到第二频率)。
3.权利要求1的方法，其中定位系统是全球定位卫星(GPS)系统，定位信号是GPS信号，而且定位接收机是GPS接收机。
4.权利要求2的方法，其中定位接收机关联于一个或多个控制站。
5.权利要求1的方法，还包括如下步骤在转换步骤之前，对定位信号滤波；对滤波的定位信号下变频；对下变频的信号滤波；并且对下变频的信号放大。
6.权利要求1的方法，其中第一频率大约为1575.42MHz，第二频率是移动无线电话通信频率。
7.权利要求6的方法，其中移动无线电话通信频率是CDMA信道频率。
8.权利要求2的方法，其中通信信号的传输以第一功率电平进行，而且变频定位信号的传输以大于第一功率电平的第二功率电平进行。
9.权利要求4的方法，还包括如下步骤在发射变频定位信号之前，向与一个或多个定位接收机关联的一个或多个控制站发射前导信号；并且在一个或多个控制站中，暂停在第二频率上与其它无线通信设备的通信链路。
10.权利要求1的方法，其中至少有两个定位接收机而且确定步骤如下进行预测第一定位接收机的位置；将预测位置与第一定位接收机的已知位置比较，确定误差校正因子；并且使用确定的误差校正因子，确定第二定位接收机处无线通信设备的位置。
11.无线通信设备，包括在一条或多条通信信道上与一个或多个控制站通信的无线通信装置；定位装置，从定位发射机接收定位信号，并在一条或多条通信信道上与一个或多个控制站关联的一个或多个定位接收机通信。
12.权利要求11的设备，其中定位装置包括将定位信号从第一频率转换到在一条或多条通信信道上通信的第二频率的装置。
13.权利要求11的设备，其中定位信号是GPS信号，定位接收机是GPS接收机，而且定位发射机是GPS卫星。
14.权利要求12的设备，其中第一频率大约1575.42MHz，而且一条或多条通信信道是CDMA通信信道。
15.权利要求11的设备，其中在与定位接收机通信之前，设备发射前导信号，前导信号使接收前导信号的、与定位接收机有关的每个控制站暂停在第二频率上与其它无线通信设备的通信链路。
16.权利要求11的设备，其中设备以第一功率电平与控制站通信，并以大于第一功率电平的第二功率电平与定位接收机通信。
17.一种通信系统，包括与一个或多个无线通信设备关联的一个或多个控制站，每个无线通信设备能够在一条或多个通信信道上与一个或多个控制站交换通信信号；以及定位设备，能够在定位频率上向无线通信设备发射定位信号，从无线通信设备接收定位信号的变频版本，并从变频版本确定无线通信设备的位置。
18.权利要求17的系统，其中定位设备包括一个或多个发射定位信号的定位发射机，以及一个或多个与一个或多个控制站关联的接收定位信号变频版本的定位接收机。
19.权利要求17的系统，其中定位频率大约1575.42MHz。
20.权利要求17的系统，其特征在于，变频版本具有通信信道之一中的频率。
21.权利要求20的系统，其中变频版本以大于通信信号功率电平的功率电平发射。
22.权利要求18的系统，其中响应定位接收机接收到定位信号的变频版本，与定位接收机关联的每个控制站暂停与在定位信号的变频版本相同信道上通信的无线通信设备的通信。
全文摘要
不需要设备执行大量的信号处理或计算就能够精确地确定无线通信设备位置的设备、方法和系统。无线设备将定位信号从原始频率变频到标准通信信道的频率,并将频率转换信号以常规方式发射到基站。与基站关联的定位接收机接收定义信号并基于定位信号确定无线通信设备的位置。
文档编号H04Q7/34GK1253629SQ98804565
公开日2000年5月17日 申请日期1998年2月20日 优先权日1997年2月27日
发明者小W·O·坎普 申请人:艾利森公司