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專利名稱：利用現(xiàn)成的全球定位系統(tǒng)的數(shù)字式蜂窩電話的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種綜合式定位系統(tǒng)，例如全球定位系統(tǒng)(GPS)的接收機，和電話發(fā)送接收機，例如數(shù)字式蜂窩電話發(fā)送接收機，其中數(shù)字式蜂窩電話的處理資源也用于實現(xiàn)全球定位系統(tǒng)接收機的功能。
在導航和運動目標定位方面已經(jīng)得到應用的一種系統(tǒng)是NAVSTAR全球定位系統(tǒng)。除了NAVSTAR以外，根據(jù)衛(wèi)星信號的其它系統(tǒng)例如GEOSTAR和GLONASS已經(jīng)或正在開發(fā)。使用全球信號的系統(tǒng)例如為LORAN系統(tǒng)。
遺憾的是，為了使用這些信號，GPS和其它無線電定位系統(tǒng)在接收設備方面需要大量的投資。特別是，GPS需要L-頻帶天線以及裝在室內(nèi)的GPS接收系統(tǒng)，它們一般是費用較高的。
為了向一個基站提供位置信息，已經(jīng)將GPS接收機與蜂窩式移動裝置結合起來，然而，在這樣的系統(tǒng)中正像以前提出的一樣，只得到很小的或沒有得到成本效益。在專利號為5043736的美國專利中介紹這樣一種系統(tǒng)，其中將GPS接收機和蜂窩式電話結合起來，使得由GPS接收機產(chǎn)生的位置信息能夠利用蜂窩式發(fā)送接收機發(fā)送到基站。由其所示，GPS接收機和蜂窩電話各是獨立的系統(tǒng)，其構成使GPS接收機產(chǎn)生的位置信息能夠通向蜂窩式電話，以及使控制和同步信息可以由蜂窩式電話通向GPS接收機。
本發(fā)明提供一種綜合定位系統(tǒng)(例如GPS)接收機和無線電電話例如數(shù)字式蜂窩電話發(fā)送接收機，其中數(shù)字式蜂窩電話的處理資源也可以用于實現(xiàn)作為全球定位系統(tǒng)接收機的功能。
本發(fā)明作為一個電話系統(tǒng)其特征在于可以采用一個天線、定位系統(tǒng)接收機、電話發(fā)送接收機以及處理器。該天線接收位置信號和電話信號，最好包括電氣上機械上獨立耦合的天線，其調(diào)諧用于接收這些信號的每一種信號。特別是，最好將L-頻帶天線用于接收GPS信號，UHF天線用于接收電話信號。該天線連接到全球定位系統(tǒng)接收機和蜂窩電話發(fā)送接收機上。
全球定位系統(tǒng)接收機利用GPS解調(diào)器對構成GPS信號的第一位置信號、第二位置信號和第三位置信號解調(diào)。第一、第二和第三位置信號是分別由第一、第二和第三地球軌道衛(wèi)星發(fā)送的，GPS解調(diào)器產(chǎn)生響應于這些信號的解調(diào)的數(shù)字數(shù)據(jù)流。
蜂窩電話發(fā)送接收機具有一接收信道、發(fā)送信道和接口電路。接收信道連接到天線，對蜂窩信號的來向部分解調(diào)并產(chǎn)生響應于這種解調(diào)的中(間)頻(率)的來向信號。與之相似，同樣耦合到天線的發(fā)送信道對去向中頻信號調(diào)制并產(chǎn)生響應于這種調(diào)制的蜂窩信號的去向部分。
接口電路耦合到接收信道和發(fā)送信道。接口電路將來向的中頻信號變換為來向數(shù)字信號，以及將去向數(shù)字信號變換為去向的中頻信號。
處理器耦合到全球定位系統(tǒng)接收機和蜂窩電話發(fā)送接收機并由它們共用。實際上，處理器由一固件系統(tǒng)所調(diào)節(jié)，并且在這種固件系統(tǒng)的控制下確定蜂窩電話系統(tǒng)所在的近似位置。這種確定是基于由GPS接收機提供的數(shù)字數(shù)據(jù)流中包含的位置信息作出的。此外，處理器對去向聲音信息信號進行編碼，產(chǎn)生去向中頻信號。處理器還對來向的中頻信號進行解碼，產(chǎn)生來向的聲音信息信號。像在現(xiàn)有技術中已知的一樣，聲音信息信號用于向蜂窩電話系統(tǒng)殼體內(nèi)部的揚聲器以及麥克風輸入和輸出模擬量的聲音信息。
因此，在上述實施例中，設有一蜂窩電話系統(tǒng)，其中數(shù)字式蜂窩電話的處理資源也用實現(xiàn)作為全球定位系統(tǒng)接收機的功能。處理資源的共用導致比現(xiàn)有的定位接收機與電話發(fā)送接收機的結合在設計的成本效果方面更優(yōu)越。
作為一種變型，上述實施例具有一個顯示器，例如液晶顯示器。顯示器連接到處理器，以根據(jù)顯示信號顯示信息。顯示信號是由處理器根據(jù)所確定的蜂窩電話系統(tǒng)的近似位置而產(chǎn)生，顯示的信息指示該近似的位置。例如顯示的信息可以是所確定的近似位置的緯度、經(jīng)度和海撥高度。
在這種變型方案中，蜂窩電話系統(tǒng)的操作人員可使用將本發(fā)明以可見方式顯示蜂窩電話系統(tǒng)的位置。在已經(jīng)顯示該信息之后，例如操作人員就可以將顯示的信息，例如汽車事故、犯罪物證或汽車墜落等情況以話音方式通報給緊急事件的緊急救援人員。
由結合附圖
表示的如下對本發(fā)明更具體的介紹，將會使本發(fā)明的上述和其它方面、特征及優(yōu)點變得更加明顯，其中該圖是根據(jù)本發(fā)明一個實施例構成的、全球定位系統(tǒng)(GPS)接收機和數(shù)字式蜂窩電話發(fā)送接收機的組合裝置的方塊圖。
對目前認為是實現(xiàn)本發(fā)明的最佳方式的如下介紹不應從限定的意義上去理解，它的目的只不過是為介紹本發(fā)明的總的原理。本發(fā)明的保護范圍應參照權利要求來確定。
參閱該圖，所示全球定位系統(tǒng)(GPS)接收機的前端10連接到L-頻帶天線和數(shù)字信號處理器14(DSP控制器)。此外示有蜂窩電話的前端16(或蜂窩式發(fā)送接收機)連接到UHF天線18以及DSP控制器14。DSP控制器14連接到用戶顯示器20，例如發(fā)光二極管(LED)顯示器或液晶顯示器(LCD)。GPS接收機10、蜂窩發(fā)送接收機16、DSP控制器14和用戶顯示器12全部容納在蜂窩發(fā)送接收機的殼體22內(nèi)部，正像在現(xiàn)有技術中公知的那樣。應注意，蜂窩發(fā)送接收機殼體22實際上可以使用兩個殼體，一個用于容納射頻元件和某些數(shù)字元件，另一個用于容納其余的數(shù)字元件以及用作蜂窩電話手機，正像現(xiàn)有技術中公知的那樣。當使用兩個殼體時，使用螺旋形＂電話手機＂電纜將在兩個殼體內(nèi)部的各元件連接在一起。
在GPS接收機10內(nèi)部，L-頻帶天線12連接到射頻電路前端24。射頻電路前端24是L-頻帶射頻接收機，其產(chǎn)生分別響應于由第一、第二、第三和第四地球軌道衛(wèi)星34、36、38、40接收的第一、第二、第三和第四位置信號26、28、30、32的中頻信號(IF)。應注意，雖然4個位置信號是優(yōu)選的，但地面位置可以僅根據(jù)三個這種信號來確定。然而假如需要海拔高度信息，為了確定該信息則第四位置信號也是必須的。在兩個L-頻帶，頻率1575.42兆赫和1227.6兆赫上接收上述位置信號。1.023兆赫寬的偽隨機(PRN)擴展碼的同步需要在1575.42兆赫的頻率上。來自4個地球軌道衛(wèi)星34、36、38和40的每一的信號以上述L-頻帶頻率到達全球定位系統(tǒng)接收機前端10。每個位置信號26、28、30、32具有不同的偽隨機擴展碼。(在本實施例中并不排除對10.23兆赫寬的擴展碼的同步能力)。
由L-頻帶天線12接收的信號送到射頻電路前端24。適當?shù)纳漕l電路前端的設計在本技術領域是公知的。在射頻電路前端內(nèi)部，一低噪聲放大器(LNA)連在L-頻帶預選濾波器后。一包括頻率合成器、混頻器和中頻(IF)放大器的下變頻器設計具有適當?shù)妮o助電路，以便保持系統(tǒng)的噪音指數(shù)(NF)和形成預期的轉播點(IP)。這種下變頻器的設計在本技術領域是公知的。級聯(lián)的下變頻器、多級下變頻器或具有多IF輸出的下變頻器可以用于提高性能。(能夠通過10.23兆赫寬的PRN碼的中頻輸出是本發(fā)明人所考慮的)。
選擇取樣和分選電路46工作所適用的中頻(IF)。中頻的選擇取決于用于實施本實施例的具體實施方案，特別是取樣和分選電路46。
在GPS接收機10中，射頻電路前端24連接到帶通濾波器42，使中頻(IF)信號由其中通過。
帶通濾波器42是一較低頻率的中頻(IF)帶通濾波器42，用于在IF信號進行數(shù)字化以前衰減噪聲。帶通濾波器42的中心頻率小于30兆赫，帶寬約1兆赫(對于較低分辨率的GPS C/A碼信號)或約10兆赫(對于較高分辨率的GPS P碼信號)。
在GPS接收機10內(nèi)，帶通濾波器42連接到自動增益控制器44，其根據(jù)需要放大或衰減IF信號，以便設置一適當?shù)男盘枖?shù)字化的閾值。
自動增益控制器44連接到取樣和分選電路46，該電路對來自自動增益控制器44的徑放大或衰減的IF信號進行數(shù)字取樣和濾波。取樣和分選電路46接收在最佳閾值的位置信號26、28、30、32用于操作，并且由該位置信號26、28、30、32產(chǎn)生位置信號26、28、30、32的同相和正交的取樣信號。取樣和分選電路46最好采用至少為Nyquist取樣速率的取樣速率。
取樣和分選電路46連接到全球定位系統(tǒng)(GPS)專用集成電路48(ASIC)。GPS ASIC 48由取樣和分選電路46接收數(shù)字化的和數(shù)字濾波的IF信號。GPS ASIC48利用很高精度的時間基準對來自衛(wèi)星34、36、38、40的擴展的偽隨機碼進行去擴展，在本技術領域這是公知的。在GPS ASIC 48的設計中，通常能夠同時對3到8個信道的信號進行去擴展。
GPS ASIC 48跟蹤衛(wèi)星信號并且測量參照其當?shù)貢r間的到達時間(Time of Arrival)(TOA)以及對置入擴展頻譜信號中的DPS(每秒位數(shù))數(shù)據(jù)進行解調(diào)。GPS ASIC 48的結構設計的公知的，它的一實例表示在1990的Colorado NAVSYS公司的＂TIDGET-低價的GDS模塊＂中。一種適當?shù)腉PS ASIC 48是公知的通用的集成電路。然而，本發(fā)明最好使用一種簡化的GPS ASIC來從數(shù)字化和數(shù)字濾波的IF信號擴展頻譜調(diào)制中提取GPS信息。簡化的GPS ASIC可以比目前市售的GPS ASIC更價廉地生產(chǎn)，因此，利用本實施例可以進一步改進性能價格比。
GPS ASIC 48還連接到自動增益控制電路，并且按照從取樣和分選電路接收的數(shù)字化和數(shù)字濾波的IF信號的幅值的函數(shù)調(diào)節(jié)由自動增益控制電路44提供的信號的增益或衰減。因此，GPSASIC 48與自動增益控制電路44一起作為一個閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，以便響應于數(shù)字濾波的IF信號幅值的增加或降低，減小和增加由自動增益控制電路44提供的幅值(或增加和降低衰減)。
GPS ASIC 48連接到DPS控制器14，并將由數(shù)字化的和數(shù)字濾波的IF信號提取的GPS信息送到DSP控制器14。
數(shù)字信號處理器14提取來向的GPS信息數(shù)據(jù)、TOA測量值和衛(wèi)星定位消息并根據(jù)三角測量執(zhí)行位置測定算法。數(shù)字信號處理器14還用于根據(jù)卡爾曼濾波技術執(zhí)行位置更新和校正算法，并對此響應產(chǎn)生位置信號。卡爾曼濾波器設計在本技術領域中是公知的。高精度的位置更新可以每秒進行一次或者更快。為了得到一個位置坐標所需的冷起動探測時間通常在15到20秒之間。對于3至5個信道的GPS接收機來說，丟失瞬時信號之后，重新獲得該位置坐標所需時間小于5秒。
在按這種方式產(chǎn)生位置信號之后，DSP控制器14將位置信號送用戶顯示器20，該顯示器選擇性地按照緯度、經(jīng)度以及最好還有海拔高度顯示GPS接收機和蜂窩電話發(fā)送接收機的綜合裝置的位置。這種顯示器最好僅當SPST瞬時開關(例如，＂位置＂按鈕，或＂第二功能＂鍵與數(shù)字鍵一起，例如蜂窩電話手機上的鍵盤49上通常可以找到)閉合時，才顯示該位置。鍵盤49連接到DSP控制器24。通過按照這種方式選擇性地操作顯示器，帶來的好處是，GPS接收機和蜂窩電話發(fā)送接收機的綜合裝置從連接到GPS接收機和蜂窩電話發(fā)送接收機上的電源51消耗的功率量值會降低。電源51還連接到DSP控制器14、鍵盤49和顯示器20。
在SPST瞬時開關釋放之后，顯示器20可以在預定的時間內(nèi)，如10秒連續(xù)顯示位置信息以及經(jīng)過時間的指示。經(jīng)過時間的指示表示由利用本實施例確定最后的位置坐標起已經(jīng)過的時間。在不選擇全球定位系統(tǒng)功能期間，禁止顯示位置信息和經(jīng)歷時間的指示。
應注意，在某些實施例中，所確定的緯度、經(jīng)度和海拔高度不是顯示在顯示器20或者除了顯示在顯示器20上以外，可以利用蜂窩發(fā)送接收器16發(fā)送到基站54，下面將介紹。這種發(fā)送可以根據(jù)在鍵盤49上的＂位置＂按鈕被按下來進行，或者根據(jù)由基站54發(fā)出的請求信號發(fā)出。然而，這些實施例不是優(yōu)選的，因為它們要求對已有的蜂窩基本設施進行重大的改造。
在蜂窩發(fā)送接收機16的內(nèi)部，UHF天線18連接到雙工器50。雙工器50向UHF天線18轉送去向射頻信號52(或去向蜂窩信號)，以便發(fā)送到基站54。此外，雙工器50接收由基站54發(fā)送的和由UHF天線18接收的來向射頻信號56(或來向蜂窩信號)。雙工器50連接到接收信道58，該信道包括由射頻到中頻的混頻器及解調(diào)器。接收信道58連接到綜合的本地振蕩器60，其將調(diào)制/解調(diào)信號提供到接收信道58，在本技術領域這是公知的。
接收電路58還連接到接口專用集成電路62(ASIC)。接口ASIC62用于實現(xiàn)FM移頻鍵控(FSK)接收器、FM消息處理器、發(fā)送和接收定時發(fā)生器、到CODEC、緩沖、衰減檢測、FEC編碼和解碼的接口、定點分頻元件(語音編碼器)、鎖相電路(用于產(chǎn)生CODEC時鐘)、混合的輸入/輸出電路以及用于處理器接口的膠合(glue)邏輯電路。
接口ASIC 62連接到發(fā)送信道64，該信道產(chǎn)生去向射頻信號52(去向蜂窩信號)。發(fā)送信道64連接到雙工器50，向其提供去向射頻信號52，用于經(jīng)過UHF天線18進行發(fā)射。發(fā)送信道包括由發(fā)射器的中頻到射頻混頻器以及調(diào)制器。發(fā)送信道64連接到綜合的本(地)振蕩器60，該振蕩器產(chǎn)生調(diào)制/解調(diào)信號。發(fā)送器的中頻到射頻混頻器利用調(diào)制/解調(diào)信號對去向射頻信號52進行調(diào)制。
接口ASIC 62還連接到DSP控制器14，DSP控制器14用于在蜂窩發(fā)送接收機16內(nèi)執(zhí)行如下的功能聲碼器(語音信號編碼器)分析/合成、免提開關、數(shù)字信道解調(diào)/均衡、FM音頻發(fā)送/接收、FM SAT檢測和產(chǎn)生、FM FSK發(fā)送、FM消息處理/呼叫處理、數(shù)字呼叫處理/控制、用戶接口監(jiān)視/診斷/測試、SACCH編碼/解碼/排隊、鑒別和密鑰發(fā)生、信令加密、聲音識別和聲音應答。DSP控制器14還連接到合成的本地振蕩器60，借助蜂窩發(fā)送接收器16對由合成的本地振蕩器60產(chǎn)生的調(diào)制/解調(diào)信號的定時和頻率進行分析和調(diào)節(jié)，例如需要校正定時的誤差或時鐘速率的誤差。
DSP控制器14還利用連接到其上的用戶顯示器20顯示與蜂窩發(fā)送接收機16相關的信息。例如用戶顯示器20用于顯示由蜂窩發(fā)送接收機16所拔的電話號碼，和/或顯示指示來向射頻信號56的強度的信號強度計量值。
按照這種方式，GPS接收機10和蜂窩式發(fā)送接收機16組合在蜂窩電話殼體22中，共享一共同的DSP控制器14和用戶顯示器20。
蜂窩式電話殼體，DSP控制器14和用戶顯示器20通常是包含在GPS接收機10或蜂窩式發(fā)送接收機16中的兩個成本較高的部件，通過將這兩裝置組合以及共享DSP控制器14和用戶顯示器20則得到明顯商業(yè)利益。此外，另一個優(yōu)點是通過將L-頻帶天線12與UHF天線18相結合，因而不再需要兩個天線。這種結合可以包括使各天線構成為單一的天線，調(diào)諧到在位置信號26、28、30、32的頻率和射頻信號52、56的頻率中間的一個頻率上。然而，天線12、18最好在電氣上是分開的，如在附圖上所示，以便在進行接收的特定頻率范圍可以實現(xiàn)對每個天線的最佳調(diào)諧，并且機械上連接成單一的機械部件，以便降低安裝的復雜程度和最大程度體現(xiàn)美感。
雖然已在數(shù)字式蜂窩電話的范圍內(nèi)對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行介紹，其通常包括強有力的DSP，例如在附圖中的DSP控制器14，它同樣適用于其它型式的電話系統(tǒng)，包括模擬式蜂窩電話、移動式衛(wèi)星電話系統(tǒng)、個人通訊服務(PCS)系統(tǒng)、包括數(shù)字式專用移動無線電設備(DSMR)的中繼、分組無線設備、批處理和專用移動無線電系統(tǒng)(以及很多其它雙向通訊系統(tǒng)。移動衛(wèi)星電話系統(tǒng)通常使用便攜或移動用戶單元直接通過衛(wèi)星與另一個便攜或移動單元或交換電話網(wǎng)的固定網(wǎng)關進行通信。很多不同的系統(tǒng)正在開發(fā)(例如Inmarsaf-P或ICO-Global、Iridium，亞洲-太平洋移動電話)，而且有些，例如美國移動衛(wèi)星公司(AMSC)和Inmarsaf-M和C系統(tǒng)已經(jīng)投入使用。此外，雖是在GPS接收機的范圍內(nèi)已經(jīng)對該優(yōu)選實施例進行了介紹，但也可以利用許多不同類型的無線電系統(tǒng)的組合，例如GLONASS或LORAN。
雖然利用特定的實施例及其應用對已公開的本發(fā)明已經(jīng)介紹，但對于本技術領域的普通技術人員在不脫離權利要求中所述的本發(fā)明的保護范圍內(nèi)能夠進行很多的改進和變化。
權利要求
1.一種蜂窩式無線電通訊和定位的綜合系統(tǒng)，其特征在于包含天線系統(tǒng)，用于接收射頻信號，電話接收機，連接到天線系統(tǒng)，用于發(fā)送接收無線電話信號，例如地面蜂窩電話信號；定位系統(tǒng)接收機，連接到天線系統(tǒng)，用于接收定位系統(tǒng)的無線信號，例如GPS、GLONASS、LORAN和GEOSTAR信號；控制器，根據(jù)控制程序工作，連接到電話接收機，用于根據(jù)控制程序控制電話接收機的工作；也連接到定位系統(tǒng)接收機，用于控制定位系統(tǒng)接收機的工作；數(shù)字信號處理器，連接到控制器，用于處理無線電話信號和用于處理接收的定位系統(tǒng)無線信號以及產(chǎn)生響應該信號響應的指示該綜合系統(tǒng)位置的信號；控制器還連接到數(shù)字信號處理器，用于接收指示該綜合系統(tǒng)位置的信號并響應該信號產(chǎn)生位置信號，例如該綜合系統(tǒng)的經(jīng)度、緯度和海拔高度；以及顯示器，連接到控制器，用于顯示根據(jù)位置信號的信息和與無線電話信號有關的信息。
2.根據(jù)權利要求1的系統(tǒng)，其中數(shù)字信號處理器利用來自定位系統(tǒng)接收機的定位系統(tǒng)無線信號執(zhí)行位置確定算法，進行位置更新和位置校正。
3.根據(jù)前述任一個或更多權利要求的系統(tǒng)，其中位置信號的發(fā)送是響應在電話呼叫期間電話接收機接收并且從遠端位置輸送到控制器的詢問而執(zhí)行的。
4.根據(jù)前述任一個或更多權利要求的系統(tǒng)，其中電話接收機還包含接收信道，連接到天線系統(tǒng)，用于對無線電話信號的來向部分進行解調(diào)并對該信號響應產(chǎn)生來向中間信號；發(fā)送信道，連接到該天線，用于對去向中間信號進行調(diào)制并用于響應該信號產(chǎn)生無線電話信號的去向部分；其中數(shù)字處理器還包含用于對去向聲音信號編碼和產(chǎn)生去向中間信號的裝置；用于對來向中間信號解碼和產(chǎn)生來向聲音信號的裝置。
5.根據(jù)前述任一個或更多權利要求的系統(tǒng)，其中控制器連接到在電話接收機中的至少一個振蕩器并控制振蕩器的定時和頻率。
全文摘要
一種峰窩電話系統(tǒng)，具有用于接收定位系統(tǒng)信號和蜂窩的信號的天線；連接到天線上的定位系統(tǒng)接收機和移動電話發(fā)送接收機；以及連接到全球定位系統(tǒng)接收機和蜂窩電話發(fā)送接收機的處理器。全球定位系統(tǒng)接收機使用GPS解調(diào)器，對來自第一、第二和第三地球軌道衛(wèi)星的第一、第二和第三位置信號進行解調(diào)。蜂窩電話發(fā)送接收機利用接收信道，解調(diào)蜂窩信號的來話部分并產(chǎn)生來向中間信號；利用發(fā)送信道，對去向中間信號進行調(diào)制，產(chǎn)生去向部分。
文檔編號G01S1/00GK1155663SQ9611006
公開日1997年7月30日 申請日期1996年5月30日 優(yōu)先權日1996年5月30日
發(fā)明者法沙德·穆哈邁德, 詹姆斯·F·坎托夫, 喬納森·Y·錢, 博瑞迪·卡洛 申請人:休斯電子公司