CN102033233A

CN102033233A - 整合蓝牙技术的全球定位系统接收机

Info

Publication number: CN102033233A
Application number: CN2009101906417A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: SHENZHEN HIVISION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN HIVISION TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2009-09-28
Filing date: 2009-09-28
Publication date: 2011-04-27

Abstract

本发明提供了一种整合蓝牙技术的全球定位系统接收机，所述接收机包括含有接收GPS射频信号的天线的天线组、与所述接收GPS射频信号的天线连接并进行GPS射频信号接收的射频芯片，天线组还包括收发蓝牙射频信号的天线，射频芯片与收发蓝牙射频信号的天线相连，用于进行蓝牙射频信号的收发，接收机还包括与射频芯片连接并对GPS数字采样信号进行基带处理的集成芯片，集成芯片包括对导航电文进行译码和位置计算以得到位置信息的中央处理单元，以及与射频芯片及中央处理单元相连的蓝牙模块，蓝牙模块接收所述射频芯片发送的蓝牙基带数字采样信号以及将位置信息无线传送到外部设备。采用本发明，能降低制作成本，且能与多种蓝牙设备连接，使用便利。

Description

整合蓝牙技术的全球定位系统接收机

技术领域

本发明涉及卫星定位技术，更具体地说，涉及一种整合蓝牙技术的全球定位系统接收机。

背景技术

全球定位系统(Global Positioning System，简称“GPS”)的导航应用现已逐步走向成熟。而GPS接收机用于捕获跟踪的卫星信号，并测量天线至卫星的伪距离和距离的变化率，解调出卫星轨道参数等数据，以及根据这些数据计算出用户的位置信息。由于GPS技术具有精度高、速度快、成本低等显著优点，因而成为目前世界上应用范围最广泛、实用性最前的全球精密授时、测距、导航、定位系统。

随着单片微波集成电路、微带滤波器、声表面波滤波器技术的成熟和电路制作工艺的进步，GPS射频前端的集成度大大提高，现已集成了低噪声放大器(Low Noise Amplifier，简称“LNA”)、温补晶振(Temperature CompensateX′tal Oscillator，简称“TCXO”)和滤波器的射频前端芯片，射频芯片(即射频前端芯片)用于将接收到的射频信号转换为数字信号。而对于GPS的数字信号处理部分，通常将数字信号传送给基带芯片，由基带芯片进行数字信号处理，再将数字信号处理的结果传送到处理器芯片进行定位计算。得到位置信息后，通过外设接口将位置信息传送到外部设备。由于基带处理过程采用两块芯片实现，使得GPS在各种产品的应用中均需增加两块芯片，且每块芯片采用单独的内部存储器，因此现有的GPS接收机制作成本高。

发明内容

基于此，有必要提供一种能降低成本的整合蓝牙技术的全球定位系统接收机。

所述全球定位系统接收机，包括含有接收GPS射频信号的天线的天线组、与所述接收GPS射频信号的天线连接并进行所述GPS射频信号接收的射频芯片，所述天线组还包括收发蓝牙射频信号的天线，所述射频芯片与所述收发蓝牙射频信号的天线相连，用于进行所述蓝牙射频信号的收发，所述全球定位系统接收机还包括与所述射频芯片连接并对GPS数字采样信号进行基带处理的集成芯片，所述集成芯片包括对导航电文进行译码和位置计算以得到位置信息的中央处理单元，以及与所述射频芯片及中央处理单元相连的蓝牙模块，所述蓝牙模块用于接收所述射频芯片发送的蓝牙基带数字采样信号以及将所述位置信息无线传送到外部设备。

优选地，所述集成芯片还包括：GPS基带处理单元，用于对所述数字信号进行载波剥离及码剥离，对码剥离后的数据进行积分，存储所述积分得到的结果并发送中断指令至中央处理单元；所述中央处理单元进一步用于接收所述GPS基带处理单元发送的中断指令，并根据所述积分得到的结果产生载波相位增量及码相位增量；所述蓝牙模块还用于将解调后的信号发送至所述中央处理单元。

优选地，所述全球定位系统接收机还包括存储所述GPS基带处理单元积分得到的结果的内部存储器和/或外部存储器。

优选地，所述GPS基带处理单元包括载波数控振荡器，所述载波数控振荡器利用所述载波相位增量产生复现的载波信号，所述GPS基带处理单元将所述复现的载波信号分别正弦和余弦映射函数相关，产生同相和正交相采样数据。

进一步优选地，所述GPS基带处理单元还包括码数控振荡器、与所述码数控振荡器相连的码发生器和移位寄存器，所述数控振荡器利用所述码相位增量产生所述码发生器的时钟速率，所述码发生器的输出经所述移位寄存器进行相位延时后产生复现码。

进一步优选地，所述移位寄存器产生的复现码包括超前复现码、即时复现码和滞后复现码，所述超前复现码与所述滞后复现码的相位之间相差一个码片，所述即时复现码的相位位于所述超前复现码和滞后复现码的相位的正中间。

优选地，所述GPS基带处理单元还包括相关器及与所述相关器相连的积分器，所述相关器将所述同相和正交相采样数据与所述复现码相关，所述积分器对所述相关结果进行积分，以及存储所述积分得到的结果。

优选地，所述中央处理单元包括积分器、载波环鉴别器、载波环滤波器、包络检测器、误差检测器及码环滤波器，所述中央处理单元从内或外部存储器中读取所述积分得到的结果，经所述载波环鉴别器及载波环滤波器后产生载波相位增量，所述中央处理单元从内/外部存储器中读取所述积分得到的结果，经所述包络检测器、误差检测器及码环滤波器后产生码相位增量。

优选地，所述全球定位系统接收机还包括与所述集成芯片相连并将所述位置信息传送到外部设备的外设接口单元。

上述全球定位系统接收机，将现有的GPS基带芯片、处理器芯片以及蓝牙模块集成到一块集成芯片上，射频芯片转换后的GPS数字采样信号由集成芯片来实现GPS基带处理及定位计算，得到的位置信息通过蓝牙模块传送给外部设备，不仅减少了芯片的尺寸，降低了制作成本，同时也减少了芯片的功耗。

附图说明

图1是一个实施例中整合蓝牙技术的全球定位系统接收机的结构示意图；

图2是一个实施例中集成芯片的内部结构示意图；

图3是一个实施例中集成芯片对数字信号进行基带处理的示意图；

图4是一个实施例中GPS基带处理单元实现载波剥离及码剥离的示意图；

图5是一个实施例中中央处理单元实现码和载波跟踪环的示意图。

具体实施方式

图1示出了一个实施例中的整合蓝牙技术的全球定位系统接收机，该接收机包括天线组1、射频芯片2、集成芯片3及外设接口单元4，其中：

天线组1用于接收射频信号，天线组1包括接收GPS射频信号的天线和收发蓝牙射频信号的天线，可采用半球形增益覆盖的右旋圆极化天线。

射频芯片2与天线组1连接，用于进行GPS射频信号的接收和蓝牙射频信号的收发。射频芯片2可采用现有常规的射频芯片实现，其内部可设置低噪声前置放大器，射频信号经低噪声前置放大器放大，被放大的射频信号可被来自本地振荡器的混频信号下变频到中频，然后进行模拟信号到数字信号的转换以及自动增益控制即产生数字信号。

集成芯片3与射频芯片2连接并对GPS数字采样信号进行基带处理。如图2所示，集成芯片3包括蓝牙(BlueTooth，简称“BT”)模块31、GPS基带处理单元32和中央处理单元33，其中：蓝牙模块31用于将位置信息无线传送到外部设备；GPS基带处理单元32与蓝牙模块31相连，用于基带处理；中央处理单元33与GPS基带处理单元32相连，用于对导航电文进行译码和位置计算以得到位置信息。

外设接口单元4与集成芯片3相连，用于将位置信息传送到外部设备。

在一个实施方式中，GPS基带处理单元32还用于对数字信号进行载波剥离及码剥离，并对码剥离后的数据进行积分，存储积分得到的结果后发送中断指令到中央处理单元33；中央处理单元(Central Process Unit，简称“CPU”)33与GPS基带处理单元32相连，用于接收基带处理单元32发送的中断指令，并根据积分得到的结果产生载波相位增量及码相位增量。

图3示出了一个实施例中的集成芯片3对GPS数字采样信号进行基带处理的过程。如图3所示，射频芯片2输出的GPS数字采样信号进入到GPS基带处理单元32中，在GPS基带处理单元32中进行载波剥离、码剥离及相关操作后，将数据存储到存储器5中。关于GPS基带处理单元32进行载波剥离、码剥离及相关操作将在下述内容进行详细阐述。存储器5可以是内部存储器或外部存储器。当数据存储完毕后，GPS基带处理单元32则发送一个中断指令到中央处理单元33，中央处理单元33则读取存储器5中的数据，对该数据进行处理后反馈到GPS基带处理单元32。关于中央处理单元33对存储器5中的数据进行处理并反馈至GPS基带处理单元32的过程将在下述内容进行详细阐述。在一个实施例中，可通过更新GPS基带处理单元32的载波相位增量寄存器及码相位增量寄存器来反馈中央处理单元33的输出。

在一个实施方式中，中央处理单元33进行导航电文译码和位置计算，所得到的位置信息传送到蓝牙模块31，由蓝牙模块31通过将位置信息无线传送到外部设备。射频芯片2将蓝牙基带数字采样信号传送给蓝牙模块31。另外，蓝牙模块将解调后的信号发送到中央处理单元33，这些信号包括蓝牙模块31产生的语音信号、数字信号等。

图4示出了一个实施例中GPS基带处理单元32实现载波剥离及码剥离的过程。如图4所示，GPS基带处理单元32包括正弦函数生成器321、余弦函数生成器322、载波数控振荡器323，其中：载波数控振荡器323在闭环工作时由中央处理单元33的载波跟踪环控制，在用锁相环时，载波跟踪环能保持复现的载波信号与进入接收机的卫星载波信号之间的相位误差为零。载波数控振荡器323接收每时钟周期的载波相位增量，产生一个周期是复现的载波信号加多普勒的周期的阶梯函数，该阶梯函数进入到正弦生成器321及余弦函数生成器322中，正弦及余弦函数则将阶梯函数的每个离散幅度各自变换为相应的正弦和余弦函数离散幅度，从而产生复现的载波信号。进入到GPS基带处理单元32的数字信号分别与复现的载波信号相关，分别得到同相(I)和正交相(Q)采样数据。I、Q采样数据随后进行码剥离。

如图4所示，GPS基带处理单元32还包括码发生器324、码数控振荡器325及移位寄存器326，其中：码数控振荡器325由中央处理单元33的码跟踪环控制，接收每时钟周期的码相位增量，产生码发生器324的时钟速率。在一个实施例中，当捕获信号时，产生两倍的码发生器324时钟速率；当跟踪时，则产生3倍的码发生器324时钟速率。码发生器324的输出经移位寄存器326后产生相位延时，得到三种复现码，分别为超前(E)复现码、即时(P)复现码和滞后(L)复现码，其中，E复现码与L复现码的相位相差一个码片，而P复现码的相位位于两者的正中间。GPS基带处理单元32还包括相关器及与相关器连接的积分器327，I、Q信号与上述产生的三种复现码进行相关，相关结果则进入积分器327，积分后的结果为I_e、I_p、I_l、Q_e、Q_p和Q_l各分量，可将积分结果存储在存储器5中。在一个实施例中，存储器5是外部存储器。I、Q信号相对于卫星的被检测的载波信号来说具有一定的相位关系。在一个实施例中，I和Q信号分量的相位相差90度，所产生信号的幅度可以由I、Q分量的矢量和算出，而其相对于I轴的相位角可以由Q/I的反正切确定。

图5示出了一个实施例中中央处理单元33实现码和载波跟踪环的过程，该实施例为闭环工作模式下的码和载波跟踪环。如图5所示，中央处理单元33包括积分器331、包络检测器332、误差检测器333及码滤波器334，中央处理单元33从存储器5中读取上述I_e、Q_e、I_l和Q_l分量，经包络检测器332、误差检测器333及码滤波器334后的数据与码数控振荡器325的偏差进行相加，得到每时钟周期的码相位增量，所得到的码相位增量进入到码数控振荡器325中(如图4所示)。在一个实施例中，中央处理单元33还包括载波环鉴别器335、载波环滤波器336及比例因子337，中央处理单元33从存储器5中读取上述I p和Q p分量，经载波环鉴别器335及载波环滤波器336后的数据与载波数控振荡器325的偏差进行相加，得到每时钟周期的载波相位增量，所得到的载波相位增量进入到载波数控振荡器325中(如图4所示)。

作为取代数据电缆的短距离无线通信技术，蓝牙支持点对点以及点对多点的通信，它以无线方式将家庭或办公室中的各种数据和语音设备联成一个微微网，几个微微网还可以进一步实现互联，形成分布式网络，从而能在这些联接的设备之间实现快捷而方便的通信联系。上述全球定位系统接收机，由于将基带处理、定位计算及蓝牙模块集成到了一块集成芯片3上，从而减少了芯片尺寸和封装尺寸，也降低了芯片的功耗，减少了制作成本。GPS基带处理单元32处理后的数据(如I_e、I_p、I_l、Q_e、Q_p和Q_l分量)可存储在外部存储器中，从而节省了集成芯片3内部的面积，进一步减少了成本，降低了芯片的功耗。而通过中央处理单元33处理基带处理后的信号，基带数据运算软件及算法都可进行升级替换，无需重新制作芯片，进一步降低了成本。另外，通过蓝牙模块可将计算得到的位置信息无线传送到外部设备，更容易适合使用在各种场合，在信号不好的环境下，可将带有蓝牙的GPS接收机放置在信号更好的地方，只要蓝牙有效的范围内，都能实现导航，使用更便利。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种整合蓝牙技术的全球定位系统接收机，包括含有接收GPS射频信号的天线的天线组、与所述接收GPS射频信号的天线连接并进行所述GPS射频信号接收的射频芯片，其特征在于，所述天线组还包括收发蓝牙射频信号的天线，所述射频芯片与所述收发蓝牙射频信号的天线相连，用于进行所述蓝牙射频信号的收发，所述全球定位系统接收机还包括与所述射频芯片连接并对GPS数字采样信号进行基带处理的集成芯片，所述集成芯片包括对导航电文进行译码和位置计算以得到位置信息的中央处理单元，以及与所述射频芯片及中央处理单元相连的蓝牙模块，所述蓝牙模块用于接收所述射频芯片发送的蓝牙基带数字采样信号以及将所述位置信息无线传送到外部设备。

2.根据权利要求1所述的整合蓝牙技术的全球定位系统接收机，其特征在于，所述集成芯片还包括：

GPS基带处理单元，用于对所述数字信号进行载波剥离及码剥离，对码剥离后的数据进行积分，存储所述积分得到的结果并发送中断指令至中央处理单元；

所述中央处理单元进一步用于接收所述GPS基带处理单元发送的中断指令，并根据所述积分得到的结果产生载波相位增量及码相位增量；

所述蓝牙模块还用于将解调后的信号发送至所述中央处理单元。

3.根据权利要求2所述的整合蓝牙技术的全球定位系统接收机，其特征在于，所述全球定位系统接收机还包括存储所述GPS基带处理单元积分得到的结果的内部存储器和/或外部存储器。

4.根据权利要求2所述的整合蓝牙技术的全球定位系统接收机，其特征在于，所述GPS基带处理单元包括载波数控振荡器，所述载波数控振荡器利用所述载波相位增量产生复现的载波信号，所述GPS基带处理单元将所述复现的载波信号分别正弦和余弦映射函数相关，产生同相和正交相采样数据。

5.根据权利要求4所述的整合蓝牙技术的全球定位系统接收机，其特征在于，所述GPS基带处理单元还包括码数控振荡器、与所述码数控振荡器相连的码发生器和移位寄存器，所述数控振荡器利用所述码相位增量产生所述码发生器的时钟速率，所述码发生器的输出经所述移位寄存器进行相位延时后产生复现码。

6.根据权利要求5所述的整合蓝牙技术的全球定位系统接收机，其特征在于，所述移位寄存器产生的复现码包括超前复现码、即时复现码和滞后复现码，所述超前复现码与所述滞后复现码的相位之间相差一个码片，所述即时复现码的相位位于所述超前复现码和滞后复现码的相位的正中间。

7.根据权利要求5所述的整合蓝牙技术的全球定位系统接收机，其特征在于，所述GPS基带处理单元还包括相关器及与所述相关器相连的积分器，所述相关器将所述同相和正交相采样数据与所述复现码相关，所述积分器对所述相关结果进行积分，以及存储所述积分得到的结果。

8.根据权利要求7所述的整合蓝牙技术的全球定位系统接收机，其特征在于，所述中央处理单元包括积分器、载波环鉴别器、载波环滤波器、包络检测器、误差检测器及码环滤波器，所述中央处理单元从内或外部存储器中读取所述积分得到的结果，经所述载波环鉴别器及载波环滤波器后产生载波相位增量，所述中央处理单元从内/外部存储器中读取所述积分得到的结果，经所述包络检测器、误差检测器及码环滤波器后产生码相位增量。

9.根据权利要求1所述的整合蓝牙技术的全球定位系统接收机，其特征在于，所述全球定位系统接收机还包括与所述集成芯片相连并将所述位置信息传送到外部设备的外设接口单元。