CN103226202B

CN103226202B - 反向频率和时间辅助

Info

Publication number: CN103226202B
Application number: CN201310073258.XA
Authority: CN
Inventors: D·巴比奇; S·A·格罗恩迈耶
Original assignee: Qualcomm Technologies International Ltd
Current assignee: Qualcomm Technologies International Ltd
Priority date: 2012-01-05
Filing date: 2013-01-05
Publication date: 2017-08-08
Anticipated expiration: 2033-01-05
Also published as: US9151845B2; CN103226202A; US20130176170A1; EP2613177A1

Abstract

本系统涉及一种GNSS接收器，其包括处理器。所述处理器被配置为从温度传感器接收指示谐振器的工作温度的温度信号。所述处理器还被配置为基于所述温度和所述谐振器的频率模型计算所述谐振器的频率和频率校正数据。然后所述处理器将所述频率校正数据传送到RF接收器，所述RF接收器使用所述频率校正数据和所述谐振器来接收RF信号。

Description

反向频率和时间辅助

技术领域

本申请总地涉及一种方法和系统，其中在全球导航卫星系统(GNSS)接收器和射频(RF)接收器之间共享谐振器。更具体地，所述系统执行从所述GNSS接收器到所述RF接收器的反向(reverse)频率和时间辅助。

背景技术

传统移动设备(例如移动电话)可以包括GNSS接收器和RF接收器(例如蜂窝调制解调器)。通常，移动电话可以包括压控温度补偿晶体振荡器(VCTCXO)和温度补偿晶体振荡器(TCXO)，由蜂窝调制解调器使用所述VCTCXO来接收蜂窝信号，由GNSS接收器使用所述TCXO来接收卫星信号。由于这些传统系统具有用于GNSS接收器和蜂窝调制解调器的两个分开的昂贵的温度补偿振荡器，这些传统系统通常遭受成本和尺寸的增加。

发明内容

为了满足这个和其他需求，并且鉴于本发明的目的，本发明提供一种包括全球导航卫星系统(GNSS)接收器的系统，所述GNSS接收器包括处理器。所述处理器从温度传感器接收指示谐振器的工作温度的温度信号，然后基于所述温度信号和所述谐振器的频率模型计算所述谐振器的频率和频率校正数据。所述处理器然后将所述频率校正数据传送到射频(RF)接收器。所述RF接收器使用所述频率校正数据和所述谐振器来接收RF信号。可以理解前面的概括描述和以下的详细描述是例示本发明，而不是限制本发明。

附图说明

图1为根据本发明的实施例的反向频率和时间辅助系统的框图，所述系统包括集成到公共外壳中的谐振器和温度传感器；

图2为根据本发明的实施例的、所述温度传感器在谐振器外部的反向频率和时间辅助系统的部分采用示意图形式的框图；

图3为根据本发明的实施例的、包括集成到所述GNSS接收器中的温度传感器的反向频率和时间辅助系统的部分采用示意图形式的框图。

具体实施方式

如将要被描述的，示例实施例提供一种包括GNSS接收器和RF接收器(例如蜂窝调制解调器)的反向频率和时间辅助系统，所述GNSS接收器和RF接收器共享公共谐振器。在一个示例中，在TSX设备中，所述谐振器可以是与温度传感器一起封装的裸谐振器(例如石英晶体、硅MEMs谐振器等)。在另一示例中，在TSXO设备中，所述谐振器可以与温度传感器和未温度补偿的振荡器电路封装在一起。在另一示例中，在TCXO设备中，所述谐振器可以与温度传感器和温度补偿振荡电路封装在一起。注意，在TSX、TSXO和TCXO设备中，温度传感器可以或可以不直接与与所述谐振器封装在一起，只要所述传感器和所述谐振器被热耦合。

在一个示例中，所述反向辅助系统可以包括被耦接到蜂窝调制解调器的GNSS接收器。所述谐振器还由所述GNSS接收器和所述蜂窝调制解调器两者共享，以便提供频率信号，所述频率信号被用作用于接收卫星和蜂窝信号的本地振荡器。所述GNSS接收器还可以被耦接到另一较低频率的谐振器，所述较低频率的谐振器由实时时钟(RTC)使用来计算GNSS位置和执行时间盖戳操作。

通常，所述GNSS接收器基于各个谐振器的频率计算频率和/或时间误差校正数据。可以在GNSS接收器中使用这个误差校正数据来校正频率和时间，以便改善GNSS信号获取和跟踪。这个信息还可以被传送到所述蜂窝调制解调器，以便所述蜂窝调制解调器能够执行用于接收蜂窝信号的频率和时间的校正。

在一个示例中，所述GNSS接收器包括执行频率和时间误差计算的处理器。可以基于所述GNSS接收器已知的谐振器频率模型执行所述频率和时间误差计算。通常，可以基于所测量的所述谐振器的温度和可以在GNSS接收器上的存储器中存储的频率模型计算所述频率和时间误差校正数据。

高频谐振器和/或RTC谐振器的频率模型可由所述GNSS接收器开发，然后由所述GNSS接收器周期性地调整(谐振器学习)，使得所述GNSS接收器能够基于所述谐振器的工作温度更精确地预测所述谐振器的频率。所述谐振器频率模型最初可以在制造期间被编程到GNSS接收器中。然后，可以在给定的工作温度处基于在所述谐振器的频率和接收的卫星信号之间计算的频率误差，周期性地调整所述谐振器频率模型(即，执行谐振器学习)。

示例频率模型可以被实现为具有P个系数的多项式，其中P为至少一。所述多项式代表关于由所述谐振器经受的环境温度的、所估计的所述谐振器的工作频率。所述GNSS接收器然后可以使用所计算的频率误差(例如，所述谐振器频率和基于所接收的卫星信号计算的频率之间的误差)来调整所述多项式的系数，从而减小频率误差以进行进一步的频率估计。在通过引用合并于此的美国7,466,209中教导了上述多项式实现的细节。

注意，所述高频谐振器114和RTC谐振器120都可以有执行谐振器学习的频率模型。然后，可以与各个谐振器的工作温度一起使用这些频率模型来计算频率和时间误差校正数据，所述频率和时间误差校正数据由所述GNSS接收器和所述蜂窝调制解调器使用来校正频率和时间数据。

尽管图1、2和3示出所述GNSS接收器被耦接到单个蜂窝调制解调器并与所述单个蜂窝调制解调器通信，但是注意，多个蜂窝调制解调器或其他RF接收器也可以被耦接到所述GNSS接收器。例如，所述GNSS接收器可以对于多个RF接收器计算频率和时间误差校正数据，所述多个RF接收器可以是在移动设备内部或在共享公共谐振器的其他移动设备中。

图1中示出反向辅助系统的示例。所述反向辅助系统可以包括GNSS接收器100，该GNSS接收器100包括：模数转换器(ADC)102，其将来自温度传感器的模拟电压转换成代表谐振器工作温度的数字值；处理器104，其计算频率和时间误差校正数据；本地通信端口106，其允许到其他设备的通信；以及实时时钟RTC108，其基于谐振器的频率和计数器(未示出)计算时间值。

所述系统还可以包括晶体/传感器封装(package)110，所述晶体/传感器封装110包括高频谐振器114和温度传感器112。还包括另一晶体/传感器封装116，其包括较低频谐振器120和温度传感器118。此外，所述系统还可以包括诸如蜂窝调制解调器122的RF接收器，所述RF接收器还包括用于与GNSS接收器通信的本地通信端口124以及用于执行频率和时间误差校正的处理器126。

在图1中示出的示例中，封装110和116可以被实现为上述的TSX、TSXO和TCXO封装。温度传感器112和118可以被实现为用于分别检测所述谐振器的工作温度的硅二极管。由于封装内部的环境温度(即，由所述谐振器经受的温度)而由所述硅二极管产生的模拟电压可以由ADC102数字化，然后由处理器104分析。所述封装内部的环境温度可以归因于在所述移动设备内的电路(功率放大器等)的工作。通常，处理器104可以具有将硅二极管电压映射到特定的谐振器工作温度的图表/模型，所述谐振器工作温度对应于谐振器工作频率。此外，诸如热敏电阻器、与绝对温度成比例的设备(PTAT)或热电偶(thermocouple)之类的其他温度传感器也可用作温度传感器。

这个配置只是通过使用简单的温度传感器和简单的谐振器来简化和减小系统成本的一个示例。然而，注意，也可以在各种实施例中使用诸如TXO和TCXO的其他封装以便提高精度。

通常，未补偿的谐振器频率信号被输入到GNSS接收器100和蜂窝调制解调器122两者中。由所述GNSS接收器计算的频率和时间校正数据通常由处理器104和126使用来执行软件校正，以便正确地接收所述卫星和RF信号(即，GNSS接收器100和蜂窝调制解调器122能够使用所述频率和时间误差校正数据来补偿谐振器的关于其工作温度的偏斜的(skewed)频率)。还注意到，在另一实施例中，可以用硬件校正实际频率信号。

通常，谐振器学习算法(即，所述谐振器的频率模型)可以在制造期间被开发并加载到所述GNSS接收器中。所述GNSS接收器还可以以多种方式调整各个谐振器的频率模型。

在一个示例中，当由GNSS接收器100接收GPS信号时，进行所述谐振器学习。可以使用所述卫星信号来确定高频谐振器114的频率误差。然后，可以使用这个误差来调整所述频率模型(即，执行谐振器学习)。这个谐振器学习可以对所述高频谐振器和实时时钟谐振器两者执行(即，可以基于接收的卫星信号调整两种谐振器)。注意，基于卫星信号调整所述模型可以被周期性地执行以便在例如SiRFaware^TM中节省功率，所述SiRFaware^TM是用于减少GNSS接收器的功率消耗的功率模式。因此，谐振器学习和SiRFaware^TM功率模式的结合允许所述GNSS接收器提供精确的频率和时间，同时仅需要节制地接收GNSS信号(即，可以维持精确的频率和时间而不浪费功率)。

在另一实施例中，所述RTC谐振器的频率模型可以基于所述高频(更精确的)谐振器114的频率而被调整(执行用于RTC谐振器的谐振器学习)而不接收GPS信号。

例如，所述GNSS接收器可以计算高频谐振器114的频率和较低频谐振器120的频率之间的比率。GNSS接收器然后可以使用所述比率和谐振器114的校正后的频率来估计谐振器120的校正后的频率。

在另一实施例中，所述GNSS接收器可以在测量关于所接收的蜂窝信号的谐振器误差(即，双向辅助)时轮询所述蜂窝调制解调器以寻求帮助。可以计算校正后的谐振器频率和接收的蜂窝信号频率之间的频率误差，并且将该频率误差从所述蜂窝调制解调器传送回所述GNSS接收器。在所述GNSS接收器实现位置修正(fix)之后，所述谐振器的频率模型可以足够改善到随后可以再次使辅助的方向反向(即，所述GNSS接收器最初可以从所述蜂窝调制解调器要求帮助，直到所述频率模型已经基于所述谐振器学习而被充分调整为止)的程度。

通常，所述GNSS接收器可以本地保持所述谐振器模型。所述GNSS接收器可以从N个接收器接收辅助信息(频率误差信息)(即，N-路辅助)，其中N为至少1。可以从所述N个接收器获得这个辅助信息，所述N个接收器可以具有比现有的谐振器模型更低的频率误差不确定性。然后，这个辅助信息可以由所述GNSS接收器使用(前向辅助)以便更新所述谐振器模型(即，执行学习)。一旦所述模型被适当地调整，则辅助可以再次被反向。可以实时执行反向和前向辅助之间的切换。

如上所述，由所述GNSS接收器中的处理器104计算的所述频率和时间误差校正数据可以经由本地通信端口106和124被传送到所述蜂窝调制解调器(或任何其他也使用相同谐振器的RF接收器)。

如果希望，蜂窝调制解调器122还接收所述高频谐振器114的未补偿的频率信号和所述RTC。通常，处理器126(被配置用于执行数字信号处理)使用所述频率和时间误差校正数据以及所述谐振器信号来适当地接收蜂窝信号并且校正时间(即，可以完全用软件执行所述校正，其中没有实际改变XO硬件信号)。能够单独或与软件校正组合而执行蜂窝调制解调器122内的硬件频率校正。

这种基于软件的校正允许所述GNSS接收器将所述频率和时间误差校正数据经由通信端口传送到所述蜂窝调制解调器和其他RF接收器，而不必物理地改变所述谐振器频率。所述蜂窝调制解调器和/或其他RF接收器然后可以能够使用所述校正数据来执行RF信号的接收(即，所述GNSS接收器确定所述频率和时间误差校正数据，并且所述RF接收器独立地执行频率和时间校正)。

在一个示例中，所述GNSS/RF接收器使用所述误差校正数据来用硬件校正所述谐振器信号的频率，以便接收所述卫星/RF信号。在另一示例中，所述GNSS/RF接收器使用所述误差校正数据来执行纯DSP(即，软件)频率校正以便接收所述卫星/RF信号。在又一示例中，可以执行硬件和软件校正两者。

注意，可以由所述蜂窝调制解调器使用从所述GNSS接收器传送到所述蜂窝调制解调器的RTC来对蜂窝信号的传送和接收盖时间戳。例如，可以使用校正后的时间数据来精确地对所述频率和时间校正数据盖时间戳，以便保证所述校正数据的适当应用。校正后的RTC还可以被用于正确地对诸如从蜂窝电话对服务器执行的那些金融交易之类的金融交易盖时间戳。

如图2中所示，所述反向辅助系统可以被配置使得所述温度传感器112和118被配置为在XO和GNSS接收器两者外部(即，所述传感器与XO或GNSS接收器没有集成在一起)。这个配置是可能的，只要在传感器112和118与谐振器114和120之间分别有热耦合(thermalcoupling)。注意，在另一示例中，可以使用单个温度传感器。通常，当所述谐振器物理上彼此靠近，使得两个谐振器的温度能够假定为相似时，可以使用单个传感器。

在图3中示出的另一示例中，所述温度传感器可以被集成到与所述GNSS接收器相同的封装中。在此示例中，因为传感器检测对于两个谐振器公共的GNSS模具温度(dietemperature)，所以可以使用单个温度传感器。在这个示例中，热耦合分别在所述GNSS接收器内部的温度传感器112和118与外部的谐振器114和120之间。

注意，如在说明书中描述的谐振器114和120可以或可以不与振荡器电路封装在一起。还注意，所述温度传感器可以是硅二极管或某种其他无源或有源温度传感器。还注意，GNSS接收器和蜂窝调制解调器122中的处理器104和126可由微处理器、专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)实现，其计算所述频率和时间误差校正数据、执行谐振器学习以及执行其他标准GNSS和蜂窝操作。

总地来说，如上所述的反向时间辅助可以通过提高频率和时间精度，从而提高基于RF接收和定时的操作的性能而有益于系统(例如，包括GNSS接收器和至少一个其他RF接收器的移动设备)。反向时间辅助还可以通过允许更便宜和更基本的未温度补偿的谐振器的实现，从而降低制造成本而有益于这些系统。

尽管参考特定的实施例在此说明和描述了本发明，但无意于将本发明限于所示出的细节。相反，在权利要求的等效物的领域和范围内，并且在不背离本发明的情况下，可以在细节中做出各种修改。

Claims

1.一种全球导航卫星系统GNSS接收器，包括：

处理器，其被配置为：

从温度传感器接收指示谐振器的工作温度的温度信号，

基于所述谐振器的频率与根据所接收的卫星信号确定的频率之间的频率误差来更新所述谐振器的频率模型，

基于所述温度信号和所述谐振器的更新的频率模型计算所述谐振器的频率和频率校正数据，以及

将所述频率校正数据传送到与所述GNSS接收器分开的射频RF接收器，

所述RF接收器使用所述频率校正数据和所述谐振器来接收与卫星信号不同的RF信号，其中所述GNSS接收器使用所述频率校正数据来接收卫星信号。

2.如权利要求1所述的GNSS接收器，其中所述RF接收器和GNSS接收器被配置于移动电话中，所述RF接收器是用于接收和处理蜂窝信号的蜂窝调制解调器。

3.如权利要求1所述的GNSS接收器，其中所述处理器被配置为将所述频率校正数据传送到另一RF接收器，所述另一RF接收器使用所述频率校正数据来接收另一RF信号。

4.如权利要求1所述的GNSS接收器，其中所述处理器被配置为：

从另一温度传感器接收指示另一谐振器的另一工作温度的另一温度信号，

基于所述另一温度信号和所述另一谐振器的另一频率模型计算时间校正数据，以及

将所述时间校正数据传送到所述RF接收器，所述RF接收器基于所述时间校正数据校正时间值，并且对RF信号的接收和传送盖时间戳。

5.如权利要求4所述的GNSS接收器，其中所述处理器被配置为分别基于在从由所述GNSS接收器接收的卫星信号生成的频率和所述谐振器的频率之间以及在从所述卫星信号生成的频率和所述另一谐振器的频率之间计算的频率误差，调整所述频率模型和所述另一频率模型。

6.如权利要求4所述的GNSS接收器，其中所述处理器被配置为基于在所述谐振器的频率和所述另一谐振器的频率之间计算的频率误差来调整所述另一频率模型。

7.一种移动通信设备，包括：

全球导航卫星系统GNSS接收器；以及

蜂窝接收器；

所述GNSS接收器包括处理器，所述处理器被配置为：

从温度传感器接收指示谐振器的工作温度的温度信号，

将所述频率校正数据传送到所述蜂窝接收器；

所述蜂窝接收器包括处理器，该处理器被配置为：

接收所述频率校正数据，以及

使用所述频率校正数据和所述谐振器接收蜂窝信号。

8.如权利要求7所述的移动通信设备，其中，在双向辅助中，所述蜂窝接收器中的处理器被配置为：

基于在所述谐振器的频率和从所接收的蜂窝信号生成的频率之间的频率误差计算其他频率校正数据，以及

将所述其他频率校正数据传送到所述GNSS接收器；

其中所述GNSS接收器中的处理器被配置为基于所述其他频率校正数据更新所述频率模型，以及

其中所述处理器被配置为基于所述频率校正数据的最小不确定性和所述其他频率校正数据更新所述频率模型。

9.如权利要求7所述的移动通信设备，其中所述谐振器包括未温度补偿的石英晶体，并且所述温度传感器为硅二极管。

10.如权利要求7所述的移动通信设备，其中所述处理器被配置为根据在基于所接收的卫星信号生成的频率和所述谐振器的频率之间计算的频率误差来调整所述频率模型。

11.如权利要求7所述的移动通信设备，其中，所述处理器被配置为：

从另一谐振器接收另一频率信号，

从另一温度传感器接收指示所述另一谐振器的另一工作温度的另一温度信号，

基于所述另一温度信号和所接收的卫星信号计算所述另一频率信号的时间校正数据，以及

将所述时间校正数据传送到所述蜂窝接收器，所述蜂窝接收器基于时间校正数据校正时间值，并且对所述蜂窝信号的接收和传送盖时间戳。

12.一种用于提供从全球导航卫星系统GNSS接收器到射频RF接收器的反向辅助的方法，所述方法包括：

由所述GNSS接收器从温度传感器接收指示谐振器的工作温度的温度信号，

由所述GNSS接收器基于所述温度信号和所述谐振器的更新的频率模型计算所述谐振器的频率和频率校正数据，

由所述GNSS接收器将所述频率校正数据传送到与所述GNSS接收器分开的所述RF接收器，

由所述RF接收器接收所述频率校正数据，以及

由所述RF接收器通过使用所述频率校正数据和所述谐振器接收与卫星信号不同的RF信号。

13.如权利要求12所述的方法，还包括，

由所述GNSS接收器从另一谐振器接收另一频率信号，

由所述GNSS接收器从另一温度传感器接收指示所述另一谐振器的工作温度的另一温度信号，

由所述GNSS接收器基于所述另一温度信号和所述另一谐振器的另一频率模型计算所述另一频率信号的时间校正数据，

由所述GNSS接收器将所述时间校正数据传送到所述RF接收器，

由所述RF接收器接收所述时间校正数据，

由所述RF接收器基于所述时间校正数据来校正时间值，以及

由所述RF接收器利用校正后的时间值对所接收和传送的RF信号盖时间戳。

14.如权利要求12所述的方法，还包括：

由所述GNSS接收器基于存储在所述GNSS接收器中的初始模型信息开发所述频率模型，并且在测量的温度处基于在所述谐振器的频率和基于所接收的卫星信号生成的频率之间的频率误差周期性地调整模型。

15.如权利要求13所述的方法，还包括：

由所述GNSS接收器基于存储在所述GNSS接收器中的初始模型信息开发所述另一频率模型，并且基于在所述谐振器的频率和所述另一谐振器的频率之间的频率误差周期性地调整模型。

16.如权利要求12所述的方法，还包括

通过以下过程执行双向辅助：

由所述RF接收器基于在所述谐振器的频率和从所接收的RF信号生成的频率之间的频率误差计算其他频率校正数据，

由所述RF接收器将所述其他频率校正数据传送到所述GNSS接收器，以及

由所述GNSS接收器基于所述其他频率校正数据更新所述频率模型。

17.如权利要求12所述的方法，还包括：

当所述GNSS接收器接收卫星信号时，周期性地调整所述谐振器的频率模型。

18.如权利要求12所述的方法，其中所述RF接收器包括蜂窝调制解调器，所述方法还包括：

由所述蜂窝调制解调器通过基于所述频率校正数据对蜂窝信号执行数字信号处理功能，来接收蜂窝信号。

19.如权利要求12所述的方法，还包括：

由所述RF接收器周期性地轮询所述GNSS接收器，以便请求更新的频率校正数据的传送。