CN1304216A - 具有搜索频带切换功能的gps接收机及终端设备 - Google Patents

Abstract

一种终端设备具有接收来自GPS卫星的GPS信号的接收机。该终端设备具有一个用于指示GPS接收机操作模式的操作单元,GPS接收机包括一个时钟单元、一个射频单元以及一个数据提取单元。数据提取单元通过在搜索频带上扫描每种频率的信噪比,以提取GPS数据。当频带校正单元是由操作单元指示时,数据提取单元将其搜索频带从第一频带切换到第二频带,第一频带是根据时钟信号频率中依赖于温度的最大变化而确定的,第二频带是根据时钟信号频率中依赖于老化的最大变化而确定的。

Description

具有搜索频带切换功能的GPS接收机及终端设备

本发明是基于并且参考1999年12月3日申请的日本专利申请No.11-344689。

本发明涉及一种GPS(全球定位系统)接收机，该接收机通过在搜索频带上扫描中频的GPS信号的信噪比，并且通过检测在信噪比高于门限的最大值时的频率，来从中频的GPS卫星信号中提取GPS数据。本发明还涉及一种利用GPS接收机的终端设备。

GPS接收机以及利用该GPS接收机的便携式终端设备被用于通信。如图7中的方框图所示，每个GPS接收机1一般包括一个包含时钟脉冲发生器的时钟单元2，射频(RF)单元3，数据提取单元4，数据存储器单元5，数据计算单元6以及天线7。时钟单元2在固定频率上产生一个基准时钟信号，以便射频(RF)单元3，数据提取单元4，数据计算单元6与该基准时钟信号同步地工作。

具体地说，RF单元3将由天线7从GPS卫星(未示出)上接收的射频GPS信号与其本地振荡信号相混合，以产生中频的GPS信号。如图8所示，数据提取单元4设置其中心频率f1，该中心频率与基准频率f0相差一个对应于GPS卫星的估计多普勒频移的频率。它也根据中心频带f1以及时钟信号频率中的最大变化(误差)，来设置一个搜索频带fW1，该时钟信号频率中的变化是由于时钟脉冲发生器的温度变化引起的。

数据提取单元4在搜索频带fW1上扫描从RF单元3接收到的GPS信号的信噪比，并且检测提供了高于预定门限信噪比的最大信噪比的频率。这样，数据提取单元4从中频的GPS信号中提取GPS数据。所提取的数据暂时存储于数据存储单元5中，并且用于数据计算单元6。数据提取单元4的上述操作是由来自数据计算单元6的控制指令来控制的。

应该注意的是，由于时钟脉冲发生器的老化，时钟单元2的时钟信号也会改变。随着时钟信号频率变化或误差(老化误差)的增加，提供高于GPS信号门限Th的最大信噪比的频带不同于该搜索频带fW1，该GPS信号门限Th是由RF单元所产生。如图9所示，在提供最大信噪比的频率f2大大地不同于搜索频带fW1的情况下，最大信噪比的频率不能被检测到，导致了适当提取GPS数据的失败。

如果搜索频带的设置与最大老化误差相一致，则搜索频带将不得不被设置得很宽。结果，数据提取单元4要求更长的周期，以在加宽的搜索频带上扫描信噪比。与利用GPS接收机的终端设备消耗更少电能的要求相反，该GPS接收机1需要更多的电能。

因此，本发明的目的在于提供一种GPS接收机以及一种利用该GPS接收机的便携式终端设备，即使当基准时钟信号的频率变化时，它也能够从中频的GPS信号中精确地提取GPS数据。

根据本发明的一个方面，GPS接收机包括一个时钟单元、一个射频单元以及一个数据提取单元。数据提取单元在搜索频带上扫描由射频单元所产生的GPS信号的信噪比，并且在所搜索的频带中检测出GPS信号的信噪比高于门限比时的频率，以从该GPS信号中提取GPS数据。数据提取单元在正常模式中将该搜索频带设置成第一频带，在频带校正模式中将该搜索频带设置成第二频带。第一频带具有根据GPS卫星的估计多普勒频移而确定的第一中心频率，以及根据基准时钟信号频率中依赖于温度的最大变化而确定的带宽。第二频带具有根据基准时钟信号频率中依赖于老化的最大变化而确定的带宽。

而且，在频带校正模式之后，数据提取单元还将该搜索频带设置成第三频带。第三频带具有在第二中心频率附近的中心频率，由于在第二校正模式的第二搜索频带上扫描信噪比的结果，该第三频带提供了高于门限的最大检测信噪比。第三搜索频带具有与第一搜索频带相同的带宽，或者比第一搜索带宽窄的带宽。

从正常模式到频带校正模式的模式切换可以由用户手工实现，或者根据在正常模式中扫描到的信噪比或时钟脉冲发生器的使用周期来自动切换。

本发明的上述以及其他目的，特征和优点通过下文的详细描述并参照附图而变得清楚。其中：

图1是示出根据本发明一个实施例的利用GPS接收的便携式终端设备的方框图；

图2是示出正常模式下在GPS信号的频率与GPS信号的信噪比之间相互关系的特性图；

图3是示出频带校正模式下在GPS信号的频率与GPS信号的信噪比之间相互关系的特性图；

图4是示出当频带校正模式被实现时，在GPS信号的频率与GPS信号的信噪比之间相互关系的特性图；

图5是示出在频带校正模式之后，当模式返回道正常模式时，在GPS信号的频率与GPS信号的信噪比之间相互关系的特性图；

图6是示出在频带校正模式之后，当模式返回道正常模式时，在GPS信号的频率与GPS信号的信噪比之间另一种相互关系的特性图；

图7是示出根据相关现有技术的GPS接收机的方框图；

图8是示出在相关现有技术中，在GPS信号的频率与GPS信号的信噪比之间相互关系的特性图；

图9是示出当在相关现有技术中发生老化误差时，在GPS信号的频率与GPS信号的信噪比之间相互关系的特性图。

本发明将参照一个实施例进行描述，如图1所示，GPS接收机1结合于便携式终端设备11中。GPS接收机1以与图7中现有技术类似的方式构成。GPS接收机1基本上以如参照现有技术所描述的类似方式工作，并且施加数据到CPU 12。

便携式终端设备11的构成还带有中央处理器(CPU 12)，手工操作单元14，显示单元15，用于与蜂窝电话(未示出)连接的接口(IF)单元16，用于与其他外部设备连接的接口(IF)单元17，以及存储器单元18 。

当操作单元14的按键由用户操作时，操作单元14向CPU 12施加按键操作信号。操作单元14用于控制操作模式，即GPS接收机的正常模式以及频带校正模式。CPU 12根据来自于操作单元14的按键操作检测信号，利用解码按键操作来执行程控处理。显示单元15在接收到来自于CPU 12的显示命令时显示信息。IF单元16具有用于蜂窝电话的接口功能，并且在该蜂窝电话被连接时，控制与该蜂窝电话的通信。IF单元17具有用于诸如个人电脑的其他外部终端设备的接口功能，并且控制与外部终端设备的通信。存储器单元18存储各种信息，诸如地图数据，个人数据，时间表数据或者类似数据。

在操作时，CPU 12确定正常模式或者频带校正模式是否由操作单元所指示。当操作单元14没有做出特定操作时，CPU 12可以确定该模式为正常模式。

在正常模式中，数据计算单元6将正常操作模式命令施加到数据提取单元4。如图2所示，数据提取单元4设置一个第一中心频率f1，该中心频率与基准频率f0相差一个预定频率，该预定频率对应于GPS卫星的估计多普勒频移。数据提取单元4还设置一个第一搜索频带fW1，以使第一中心频率f1位于第一搜索频带fW1的中心。

搜索频带fW1可以以如下公式计算，假定由时钟脉冲发生器的与温度相关的变化所引起的最大误差α1为±0.05ppm。

fW1=1575.42MHz×0.5ppm×2=1575.42Hz

这样，数据提取单元4在搜索频带fW1上扫描从RF单元3接收到的中频的GPS信号的信噪比，并且检测出高于门限Th的频率以及最大值。该频率被示为图2搜索频带fW1的中心频率。数据提取单元4接着从检测频率的GPS信号中提取数据。

在操作单元14以预定方式操纵的校正模式中，CPU 12向数据计算单元6施加校正命令，该数据计算单元6又控制数据提取单元，以校正搜索频带。如图3所示，数据提取单元4设置一个中心频率f1，该中心频率与基准频率f0相差一个预定频率，该预定频率对应于GPS卫星的估计多普勒频移。数据提取单元4还设置一个第二搜索频带fW2，以使第一中心频率f1位于搜索频带fW2的中心。在频带校正模式中，第二搜索频带fW2不是由时钟脉冲发生器的依赖于温度的误差确定的，而是由老化误差确定的，即由时钟脉冲发生器的使用周期的误差或变化确定的。

搜索频带fW2可以以如下公式计算，假定由时钟脉冲发生器的与时间相关的变化所引起的最大误差α2为±2.0ppm。该频带fW2大约是第一频带fW1的四倍。

FW2=1575.42MHz×2.0ppm×2=6301.68Hz

这样，数据提取单元4在搜索频带fW2上扫描从RF单元3接收到的中频的GPS信号的信噪比，并且检测出提供高于门限Th的最大值信噪比的频率。该频率被示为图2搜索频带fW2的中心频率。数据提取单元4接着从检测频率的GPS信号中提取数据。

当由于时钟脉冲发生器的老化而使由时钟单元2所产生的基准时钟的频率发生变化时，提供最大信噪比的频率将不同于第二频率f2，例如如图4所示。然而，当搜索频带宽得足以容纳这种频偏时，频率f2可以在第二搜索频带fW2上扫描信噪比而检测到。

在该校正模式一旦已经被设置之后，模式被切换回正常模式时，数据提取单元4将搜索频带的中心频率设置到第二频率f2，该频率在校正模式中提供最大信噪比。而且，数据提取单元4将第三频带fW3设置在第二中心频率f2附近，如图5所示。第三搜索频带的宽度是根据时钟信号频率中依赖于时间的最大误差来确定的，该时钟信号频率中依赖于时间的最大误差是由时钟脉冲发生器中温度的变化引起的。

这样，数据提取单元4在搜索频带fW3上扫描从RF单元3接收到的中频的GPS信号的信噪比(SNR)，并且检测出提供高于门限Th的最大信噪比的频率。该频率被示为图5搜索频带fW1的中心频率。数据提取单元4接着从检测频率的GPS信号中提取数据。

根据本发明的一个方面，不仅依赖于老化的误差可以由频带校正模式补偿，而且信噪比扫描时间以及电能都可以被节省，因为频带校正模式只有在被指示时才实现。而且，一旦频带校正模式已经被运行，可以利用较少的时间以及电能来精确实现信噪比扫描，因为在频带校正模式之后，搜索频带是根据依赖于温度的误差而再次设置的。

在上述实施例中，可以实现多种变化。

例如，第三频带fW3可以设置成较窄的频带fW3，如图6所示，该第三频带fW2与由温度变化所引起的频率中的最大误差相一致。CPU 12可以被编程为自动设置校正模式，而无需操纵操作单元14，例如通过监视时钟脉冲发生器的使用周期或者通过监视信噪比的幅度。时钟信号可以通过数据提取单元4提供给数据计算单元6。GPs数据可以从一个频率中提取，该频率不同于提供最大信噪比的频率，只要在搜索频带上扫描到的信噪比超过门限Th。当提供最大信噪比的频率不能在搜索频带中检测到时，即当该频率位于搜索频带之外时，这尤其有利。

而且，第一搜索频带fW1可以被设置成使其中心频率在第一中心频率f1附近，第三搜索频带可以被设置成使其中心频率在第二中心频率f2附近，该第二中心频率提供高于门限Th的最大信噪比。最大误差α1和α2可以根据时钟脉冲发生器的类型来设置。

Claims (10)

1．一种GPS接收机，用于接收从GPS卫星所发送的GPS信号，其包括：

用于产生一个基准时钟信号的时钟脉冲发生器；

与时钟信号可同步地操作的射频装置，其接收从GPS卫星发送的射频的GPS信号，并且产生中频的GPS信号；

数据提取单元，用于在搜索频带上扫描所产生的GPS信号的信噪比，并且在所搜索的频带中检测出所产生的GpS信号的信噪比高于门限比时的频率，以从所产生的GPS信号中提取GPS数据；

其中数据提取单元在正常模式中将该搜索频带设置成第一频带，在频带校正模式中将该搜索频带设置成第二频带；第一频带具有根据GPS卫星的估计多普勒频移而确定的第一中心频率，以及根据基准时钟信号频率中依赖于温度的最大变化而确定的带宽；第二频带具有根据基准时钟信号频率中依赖于老化的最大变化而确定的带宽。

2．根据权利要求1的GPS接收机，其中：

在频带校正模式之后，数据提取单元还将该搜索频带设置成第三频带，第三频带具有在第二中心频率附近的中心频率，由于在频带校正模式的第二搜索频带上扫描信噪比的结果，该第二中心频率提供了高于门限的最大检测信噪比。

3．根据权利要求2的GPS接收机，其中：

第三搜索频带具有与第一搜索频带相同的带宽。

4．根据权利要求2的GPS接收机，其中：

第三搜索频带具有比第一搜索频带窄的带宽。

5．根据权利要求1的GPS接收机，其中：

第一频带的带宽是根据基准时钟信号的频率中依赖于温度的最大变换来确定的，第二频带的带宽是根据基准时钟信号的频率中依赖于老化的最大变换来确定的。

6．根据权利要求1的GPS接收机，还包括：

用于手工指示模式从正常模式切换到频带校正模式的手工操作装置。

7．根据权利要求1的GPS接收机，还包括：

根据在正常模式中扫描到的信噪比，自动指示模式从正常模式切换到频带校正模式的自动操作装置。

8．根据权利要求1的GPS接收机，还包括：

根据时钟脉冲发生器的使用周期，自动指示模式从正常模式切换到频带校正模式的自动操作装置。

9．根据权利要求1的GPS接收机，其中：

射频装置，其将接收的GPS接收机与本地振荡信号相混合，以产生生成的GPS信号。

10．一种具有权利要求1的GPS接收机的终端设备，其包括：

数据处理装置，其连接到数据提取装置，用以处理所提取的GPS数据。

Images