CN100389542C - 移动无线终端接收定位系统信号的装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
一种移动无线终端接收定位系统信号的装置，包括CDMA天线和开关电路、GPS接收天线、与开关电路和GPS接收天线连接的接收前置电路、与接收前置电路连接的中频解调电路、与CDMA天线和开关电路连接的调制器、与中频解调电路和调制器连接的信号处理控制器、与上述电路相连的小数分频锁相环电路，信号处理控制器根据网络接收信号的I/Q信号的相位变化量计算出频率的偏差，对网络信号时隙的频率偏差进行补偿，对GPS时隙的频率偏差的补偿值设置为零，能够把GPS接收机灵敏度大大提高，从而极大的提高了定位精度，满足移动终端位置定位的要求。
Description
技术领域
本发明涉及移动无线终端进行位置定位的技术领域，具体涉及到移动无线终端应用接收卫星定位信号和网络定位信号两种信号进行综合定位的解决方案。
背景技术
近年来，随着移动用户的快速增加，对位置服务的需求也大大增加，在蜂窝系统中，基于位置的服务有很多种类，如公共安全、基于位置的记费服务、跟踪服务增强呼叫的路由选择服务等。实现蜂窝电话定位的方法目前技术有以下几种。一种方法是在蜂窝手机上安装一台GPS接收机。这种方案在户外运转良好，但在室内或其它卫星信号无法覆盖的地方，效果很差。何况，如果少于3颗卫星，基于GPS的解决方案无法从冷启动状态进行定位。另一种方法则依靠网络，利用地面信号为移动设备进行三角定位。在蜂窝基站几何条件或蜂窝基站覆盖条件差的地区，这一方案的效果也不能令人满意。为了克服GPS和网络解决方案的弱点，需要通过综合定位方式集上述两种方案之长。使无线移动终端在各种情况下都能工作，并能够大大提高了准确性。移动终端综合定位解决方案利用了混合方式，既需要GPS信息，又需要CDMA网络信息。使之不论在城市，乡村，户内，户外都能提供精确的定位服务。
利用网络提供的GPS时间，手机将其内置时钟与GPS卫星时间调至精确同步，从而获得了诸多优势，包括：没有卫星亦可完成定位；基于卫星及时更新定位数据；网络和GPS解决方案取长补短，可以提高了灵敏度，而且减少了子系统成本比如天线、射频链路等，从而削减实现定位的成本。移动终端可以大大增强了室内的灵敏度，并可以实现实时定位。具有综合定位功能的移动终端的基本原理是利用了GPS和网络的信息实现了定位服务。
现在无线移动终端射频电路中的频率合成单元可以采用整数分频锁相环技术或者是小数分频锁相环技术，小数分频锁相环技术具备相位噪声低，杂散低和开关时间快等优点。但是目前具有综合定位功能的无线移动终端均采用整数分频锁相环电路，本发明具有综合定位功能的无线移动终端应用了小数分频锁相环电路，无线移动终端具备了小数分频锁相环技术所具有的相位噪声低，杂散低和开关时间快等优点，但是在综合定位应用中又存在很多问题。经过实际测试，发现接收到的GPS信号平均基带载噪比很低，平均多普勒频偏大，方差也很大，(具体试验数据见表格)从而直接导致GPS接收机灵敏度很低，定位精度低，无法满足移动终端定位的需要。
通过测量设备进行测试，数据结果如下表所示：
| 测试项目 | 测试结果 |
| Average baseband C/No(平均基带载噪比) | 25.0900dBHz |
| Std deviation(标准差) | 0.7628 |
| Average Doppler(平均多普勒频偏) | 184.8200Hz |
| Std deviation(标准差) | 11.7187 |
| Average SV code phase(平均GPS卫星码相位) | -10.1944(GPS chips) |
| Std deviation(标准差) | 0.0627(GPS chips) |
发明内容
本发明的目的，就在于解决移动终端的GPS接收机灵敏度低，定位精度低的问题，提供一种移动无线终端接收定位系统信号的装置和方法，发明人克服了技术偏见，进行长期的研究思考，并通过大量的测试试验和试验数据分析，在采用小数分频锁相环电路的定位移动无线终端中应用对CDMA时隙的频率偏差进行自动补偿，对GPS时隙的频率偏差补偿值设置为零的基本设计思路，对移动终端的定位精度取得了显著地意想不到的效果，本发明能够将移动终端接收GPS信号的灵敏度大幅度提高，平均多普勒偏移大大降低，多普勒偏移方差显著降低，从而极大的提高了定位精度，满足移动终端位置定位的要求。
一种移动无线终端接收定位系统信号的装置，包括通信网络信号天线和开关电路、GPS接收天线、与开关电路和GPS接收天线连接的接收前置电路、与接收前置电路连接的中频解调电路、与通信网络信号天线和开关电路连接的调制器、与中频解调电路和调制器连接的信号处理控制器，与上述电路连接的小数分频锁相环电路，根据网络接收信号的I/Q信号的相位变化量计算出频率的偏差，对网络信号时隙的频率偏差进行补偿，对GPS时隙的频率偏差的补偿值设置为零的信号处理控制器，接收信号处理控制器传送的频率偏差补偿，对频率进行修正的小数分频锁相环。
所述的通信网络是使用直接扩频系统的CDMA蜂窝系统。
所述的小数分频锁相环的频率合成器是国家半导体公司的LMX2522型号的集成电路。
所述的信号处理控制器是高通公司的MSM5100型号的集成电路。
一种移动无线终端接收定位系统信号的方法，包括通信网络信号天线和开关电路、GPS接收天线、与开关电路和GPS接收天线连接的接收前置电路、与接收前置电路连接的中频解调电路、与通信网络信号天线和开关电路连接的调制器、与中频解调电路和调制器连接的信号处理控制器，与上述电路连接的小数分频锁相环电路，包括如下步骤：
信号处理控制器接收网络接收信号中的I/Q信号，根据信号的相位变化量计算出频率的偏差；
网络信号时隙时，对频率偏差进行补偿，GPS时隙时，频率偏差的补偿值设置为零；
小数分频锁相环接收信号处理控制器传送的频率偏差补偿值，对频率进行修正。
所述的通信网络是使用直接扩频系统的CDMA蜂窝系统。
所述的小数分频锁相环的频率合成器是国家半导体公司的LMX2522型号的集成电路。
所述的信号处理控制器是高通公司的MSM5100型号的集成电路。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1为本发明的系统硬件连接方框图；
图2为本发明的软件控制流程图。
具体实施方式
移动无线终端将移动电话反向信道的基带CDMA信号通过发射电路调制变换，以824MHz～849MHz从天线端发射出去；将天线端接收的869MHz～894MHz的基站发射的无线信号通过接收电路的解调处理，得到前向信道基带CDMA信号；将天线端接收的GPS信号(1575.42MHz)通过接收电路的解调处理，得到基带GPS信号；同时为移动电话提供稳定的可控的19.68MHz频率源。
如图1所示，本发明硬件包括CDMA天线1和开关电路2、GPS接收天线3、与开关电路和GPS接收天线连接的接收前置电路4、与接收前置电路连接的中频解调电路5、与CDMA天线和开关电路连接的调制器6、与中频解调电路和调制器连接的信号处理控制器7、与上述电路连接的小数分频锁相环电路8，由CDMA天线1与开关电路2和GPS接收天线3接收的信号经接收前置电路4的滤波、放大和混频后，进入中频解调电路5进行中频放大和解调，最后经A/D转换送入信号处理控制器7。发射信号则由信号处理控制器7经D/A转换后送解调器6解调，经滤波器后再经功率放大器放大输出，最后送到天线和开关电路发送出去。小数分频锁相环频率合成器是一个信号相位的负反馈系统，它与基准频率源一起产生精确的频率信号。小数分频锁相环频率合成器采用国家半导体公司的LMX2522型号的集成电路。
信号处理控制器7是高通公司的MSM5100型号的集成电路。
频率合成器由MSM5100通过串行总线接口(SBI)控制，内置1个PLL+VCO组成RF-LO本振源，RF-LO本振直接作为接收单元下变频器的本振输入RF-LO，通过低噪声放大器和混频器中的本振缓存器作为发射上变频器电路本振输入。
GPS接收信号经GPS选择接收频带滤波器，进入低噪声放大器，放大后经高带外衰减GPS接收射频声表面波滤波器选频后，再通过混频器混频，变换为中频信号(183.6MHz)，接收中频信号进入中频处理器IFR3500，将接收中频信号进行合适的相应增益的放大。
从CDMA信号处理控制器MSM5100中根据接收信号的I/Q信号的相位变化量检测出频率的偏差。反馈给小数分频锁相环的VC-TCXO温度补偿型晶振的Pin1控制电压，VC-TCXO控制灵敏度：87.5 to 175Hz/V，(0.5 to 2.5V的控制范围)；相位噪声：-100/-120/-130dBc/Hz在偏置为100/1K/10KHz。由此构成的自动频率控制(AFC)功能，以基站的频率为基准，维持移动终端的频率误差在技术标准的范围之内。
如图2所示，信号处理控制器接收CDMA网络接收信号中的I/Q信号，根据信号的相位变化量计算出频率的偏差，在CDMA网络信号时隙时，重新修正搜索窗的中心频率，对频率偏差进行补偿，GPS时隙时，频率偏差的补偿值设置为零，小数分频锁相环接收信号处理控制器传送的频率偏差补偿值，对频率进行修正。
应用测试装置对本发明中的定位移动终端接收GPS信号进行实际测量，得到下表中的试验数据。
| 测试项目 | 测试结果 |
| Average baseband C/No | 51.0000dBHz |
| Std deviation | 0.0000 |
| Average Doppler | 0.7600Hz |
| Std deviation | 11.7187 |
| Average SV code phase | 0.8277(GPS chips) |
| Std deviation | 0.0289(GPS chips) |
上述测试结果表明应用本发明后移动终端接收GPS信号的灵敏度大幅度提高，平均多普勒偏移大大降低，多普勒偏移方差显著降低，从而极大的提高了定位精度。
Claims (7)
1.一种移动无线终端接收定位系统信号的装置，包括通信网络信号天线和开关电路、GPS接收天线、与开关电路和GPS接收天线连接的接收前端电路、与接收前端电路连接的中频解调电路、与通信网络信号天线和开关电路连接的调制器、与中频解调电路和调制器连接的信号处理控制器、与调制器和信号处理控制器相连的锁相环电路，其特征在于锁相环电路是小数分频锁相环，还包括：
根据网络接收信号的I/Q信号相位变化量计算出频率的偏差，对网络信号时隙的频率偏差进行补偿，对GPS时隙的频率偏差的补偿值设置为零的信号处理控制器；
以及接收信号处理控制器传送的频率偏差补偿，对频率进行修正的小数分频锁相环。
2.根据权利要求1所述的移动无线终端接收定位系统信号的装置，其特征在于所述的通信网络是使用直接扩频系统的CDMA蜂窝系统。
3.根据权利要求1所述的移动无线终端接收定位系统信号的装置，其特征在于所述的小数分频锁相环的频率合成器是国家半导体公司的LMX2522型号的集成电路。
4.根据权利要求1至3中的任一项权利要求所述的移动无线终端接收定位系统信号的装置，其特征在于所述的信号处理控制器是高通公司的MSM5100型号的集成电路。
5.一种移动无线终端接收定位系统信号的方法，所述移动无线终端包括通信网络信号天线和开关电路、GPS接收天线、与开关电路和GPS接收天线连接的接收前置电路、与接收前置电路连接的中频解调电路、与通信网络信号天线和开关电路连接的调制器、与中频解调电路和调制器连接的信号处理控制器、与调制器和信号处理控制器连接的小数分频锁相环电路，其特征在于包括如下步骤：
信号处理控制器接收网络接收信号中的I/Q信号，根据信号的相位变化量计算出频率的偏差；
网络信号时隙时，对频率偏差进行补偿，GPS时隙时，频率偏差的补偿值设置为零；
小数分频锁相环接收信号处理控制器传送的频率偏差补偿值，对频率进行修正。
6.根据权利要求5所述的移动无线终端接收定位系统信号的方法，其特征在于所述的通信网络是使用直接扩频系统的CDMA蜂窝系统。
7.根据权利要求5所述的移动无线终端接收定位系统信号的方法，其特征在于所述的小数分频锁相环的频率合成器是国家半导体公司的LMX2522型号的集成电路。
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