利用自适应搜索引擎获得GPS信号的设备、方法和计算机程序产品

摘要

一种GPS接收机，包括被配置为接收载波调制信号并提供自适应GPS搜索引擎的数字信号处理器(DSP)，该自适应GPS搜索引擎可操作地在可变化数量的载波计时假设中为GPS信号搜索载波调制信号。一种移动终端包括移动通信收发信机、GPS接收机，以及为移动终端的移动通信收发信机和GPS接收机提供公共频率基准信号的公共频率源。该公共频率源包括自动频率控制(AFC)电路，该电路可操作地响应移动通信收发信机与无线通信系统的交互作用，调整公共频率基准信号的频率。该GPS接收机被配置为定义它的载波计时搜索范围，以适应公共频率基准信号频率的自动调整。

说明书

技术领域

本发明涉及扩频通信，尤其涉及用于获得扩频信号的设备、方法和计算机程序产品。

背景技术

全球定位系统(GPS)是基于空间的导航通信系统，它由美国政府掌控，利用卫星和相关联的基于地面的组件来提供环绕地球的位置信息。这种导航系统与基于地面的系统相比，其优点包括世界范围内和连续覆盖性，这样不论天气状况如何都可达到非常高的精确度。一个相似的系统是由俄罗斯联邦(前苏联)操纵的全球轨道导航卫星系统(GLONASS)，另一个相似的系统是很快将由欧盟和欧洲空间局使用的伽利略系统。

在工作时，GPS卫星环绕地球轨道运行，并且连续地发射GPS无线电信号。GPS接收机，例如具有GPS处理器的便携式装置，从可见卫星接收无线电信号，并且测量无线电信号从GPS卫星传播到CPS接收机天线所花费的时间，由这个信息计算所获得的每个卫星的范围，这个范围可用于确定接收机的陆地位置。独立的GPS接收机被军事力量、船员、徒步旅行者及测量员所广泛使用。也可以在移动通信终端(例如，蜂窝手持机)中提供GPS能力，以便提供可被用于例如基于位置的服务(LBS)的位置定位功能。

GPS卫星无线电信号中提供的星历信息通常描述卫星的轨道和速度，其可用于计算GPS接收机的位置。由GPS接收机生成精确的位置确定通常需要获得来自至少三个GPS卫星的导航数据信号的一组导航参数。

GPS卫星信号的获得过程可以包括检测扩频GPS信号的调制码，这样它可被解调以获得计时和/或卫星星历信息。一般地，检测该码所需搜索的量与GPS接收机在搜索开始时所拥有的先验计时和/或位置信息的量(或精确度)而成比例地降低。例如，如果GPS接收机具有GPS卫星是可看到的先验信息以及关于这些卫星轨道的信息，则接收机可以减少接收机搜索的卫星的数量，以及接收机搜索的多普勒频移的范围和/或码相移。

很多GPS接收机用年历数据编程，该年历数据粗略地描述一直到提前一年的期望的卫星位置。GPS使能装置，如移动台，可被配置为接收帮助数据，该帮助数据使该装置能够粗略地估计它相对于GPS系统的卫星的位置。例如，本地时间和位置估计、卫星星历和时钟信息，以及可看到的卫星列表(它随着移动台的位置而变化)可从例如蜂窝网络的基于陆地设施处发送到这种GPS使能装置。这种帮助数据可使得GPS接收机加速信号获得过程。

通常的GPS使能装置包括无线电处理器，其可将从天线接收到的无线电信号下变换到中频(IF)信号，该信号然后在多个离散I F频率的每一个频率上被解调，该多个离散IF频率对应于一个可能的频率误差范围，该误差可能归因于由于该装置和发射卫星的相对运动而产生的多普勒频移、本地振荡器频率误差以及其它原因。每一个解调的信号然后与卫星分配的扩频码在多个时间偏移的每一个上进行相关，以便生成用于确定卫星扩频信号的计时的相关信息。接收机然后利用该计时信息来进一步解调卫星数据信号，并且确定它的传播时间。

发明内容

在本发明的一些实施例中，提供了获得GPS信号的方法。利用例如基于数字信号处理器(DSP)的搜索引擎，搜索第一搜索空间以获得第一GPS信号，该第一搜索空间跨越第一数量的载波计时(例如，频率/周期)假设和第一数量的码计时(例如，频率和/或相位)假设。响应第一GPS信号的获得，定义第二搜索空间，该第二搜索空间跨越第二数量的载波计时假设和第二数量的码计时假设，其中载波计时假设的第二数量与频率假设的第一数量不同。搜索第二搜索空间以获得第二GPS信号。例如，载波计时假设的第二数量可以大于载波计时假设的第一数量，码计时假设的第二数量可以小于码计时假设的第一数量。根据附加实施例，第二搜索空间可以被定义为包括与频移相对应的至少一个载波频率范围，该频移归因于本地频率源，例如与移动通信收发信机共享并具有改变公共源频率的自动频率控制(AFC)电路的公共频率源(例如，晶体振荡器)。

在本发明的附加实施例中，GPS使能移动终端包括公共频率源，该公共频率源为移动终端的移动通信收发信机和GPS接收机提供公共频率基准信号。频率基准信号的频率响应移动通信收发信机和无线通信系统的交互作用而被调整。GPS接收机的载波计时搜索范围被定义为适应频率基准信号频率的自动调整。例如，频率基准信号的频率可以以离散的增量而被调整，并且GPS接收机的载波计时搜索范围可被定义为包括对应于频率基准信号的频率中增量变化的载波计时搜索范围。GPS接收机的载波计时搜索范围可以进一步响应AFC电路而被调整，例如，通过从AFC电路接收指示和/或通过检测系统的频率误差。

在本发明的一些实施例中，GPS接收机包括被配置为接收载波调制信号并提供自适应GPS搜索引擎的数字信号处理器(DSP)，该搜索引擎可操作地在可变数量的载波计时假设上为GPS信号搜索载波调制信号。该GPS搜索引擎可操作地在第一搜索空间上进行搜索，该第一搜索空间跨越第一数量的载波计时假设和第一数量的码计时假设。该GPS搜索引擎进一步可操作地响应第一GPS信号的获得，定义第二搜索空间，该第二搜索空间跨越第二数量的载波计时假设和第二数量的码计时假设，载波计时假设的第二数量与载波计时假设的第一数量不同，并且搜索第二搜索空间以获得第二GPS信号。

根据本发明进一步的实施例，移动终端包括移动通信收发信机、GPS接收机，以及公共频率源，该公共频率源为移动终端的移动通信收发信机和GPS接收机提供公共频率基准信号。该公共频率源包括自动频率控制(AFC)电路，其可操作地响应移动通信收发信机和无线通信系统的交互作用而调整公共频率基准信号的频率。GPS接收机被配置为定义它的载波计时搜索范围，以适应公共频率基准信号频率的自动调整。AFC电路可操作地以离散的增量调整公共频率基准信号的频率，GPS接收机可操作地将载波计时搜索范围定义为包括对应于公共频率基准信号的频率中增量变化的载波计时搜索范围。GPS接收机可操作地响应AFC电路来调整载波计时搜索范围。

在本发明进一步的实施例中，提供了用于获得GPS信号的计算机程序产品。计算机程序产品包括在计算机可读存储介质中实现的计算机程序代码，该计算机程序代码包括被配置为在第一搜索空间上进行搜索以获得第一GPS信号的代码，该第一搜索空间跨越第一数量的载波计时假设和第一数量的码计时假设；以及被配置为响应第一GPS信号的获得，定义第二搜索空间的代码，该第二搜索空间跨越第二数量的载波计时假设和第二数量的码计时假设，载波计时假设的第二数量与载波计时假设的第一数量不同；以及被配置为搜索第二搜索空间以获得第二GPS信号的代码。

在本发明的一些实施例中，提供了用于操作GPS使能移动终端中GPS接收机的计算机程序产品，该GPS使能移动终端包括公共频率源，该公共频率源为移动通信收发信机和GPS接收机生成公共频率基准信号，并且响应移动通信收发信机与无线通信系统的交互作用而自动地调整公共频率基准信号的频率。计算机程序产品包括在计算机可读存储介质中实现的计算机程序代码，该计算机程序代码包括被配置为定义GPS接收机的载波计时搜索范围，以适应公共频率基准信号频率的自动调整的代码。

附图说明

图1是说明根据本发明一些实施例的GPS使能设备的示意图。

图2和3是说明根据本发明进一步实施例的GPS使能设备的示例性操作的流程图。

图4是根据本发明一些实施例的GPS使能移动终端的示意图。

图5-7是说明根据本发明进一步实施例的GPS使能移动终端的示例性操作的流程图。

具体实施方式

下文参考显示本发明实施例的附图，将更加全面地描述本发明。然而，本发明不应被理解为对这里所述的实施例的限制。而是，提供这些实施例以便更彻底和完整地进行揭示，并且将本发明的范围更全面地传达给本领域技术人员。在整个文件中，同样的数字指同样的元件。

还应该明白，如这里所使用的词语“包括”、“包含”是开放式的，即指一个或更多声明的元件、步骤和/或功能，而不排除一个或更多未声明的元件、步骤和/或功能。还应该明白，这里所使用的词语“和/或”是指并且包括一个或更多相关联的列出项目的任意及所有可能的组合。还应该进一步地明白，当传输、通信或其它交互作用被描述为发生在元件“之间”时，这样的传输、通信或其它交互作用可以是单向的和/或双向的。

下面，参考根据本发明各实施例的方法和无线终端的框图和/或操作实例，对本发明进行描述。应该明白，框图中的每一个框和/或操作实例，以及框图中的多个框和/或操作实例的组合可以由射频、模拟和/或数字硬件和/或计算机程序指令来实施。这些计算机程序指令可被提供给通用计算机、专用计算机、ASIC和/或其它可编程数据处理设备的处理器，使得经由计算机和/或其它可编程数据处理设备执行的这些指令产生用于实现由框图和/或操作实例所指定的功能/行为的手段。在一些替换的实施中，图中注释的功能/行为可以以框图和/或操作实例所注释的以外的顺序来发生。例如，被表示为连续发生的两个操作实际上可以基本上同时执行，或者操作有时可以以相反的顺序执行，这取决于有关的功能/行为。

根据本发明的一些实施例，电子设备可以包括被配置为提供这里描述的操作的无线电通信电路。这种设备可以包括任意的多种类型的装置，包括但不局限于：蜂窝手持机、与电信装置和/或计算机一起使用的无线耳机、包括无线电接口的计算机以及外设、可以将蜂窝无线终端与数据处理、传真及数据通信能力相结合的个人通信终端、能够包括无线收发信机、寻呼机、因特网/内联网接入、局域网接口、广域网接口、网页浏览器、组织器和/或日历的个人数据助理(PDA)。

用于执行本发明操作的计算机程序代码可以用如Java^、Smalltalk或C++的面向对象的编程语言、如“C”编程语言的常规程序编程语言，或者如汇编语言和/或微码的低级代码来编写。程序代码可以全部在单独的处理器上执行，和/或作为一个独立的软件包或作为其它软件包的一部分而跨越多个处理器执行。

图1和2说明了根据本发明一些实施例的示例性的设备和它们的操作。更特别地，图1说明了一种GPS使能装置100，它包括提供自适应GPS搜索引擎130的GPS接收机110，如这里所示的它在数字信号处理器120中实施。该自适应GPS搜索引擎30可以利用所描述的基于软件的载波解调技术，例如在共同未决的美国专利申请中有所描述，其序列号为------，标题为Apparatus，Methods And ComputerProgram Products For Signal Acquisition Using  CommonDemodulation Templates(代理人案号U040115/9314-85)，在这里同时提出申请并其全部内容在此引用作为参考。在前面所述的申请中，搜索算法可以包括通过向信号采样施加公共的载波解调模板，为多个载波频率假设进行载波解调，这些信号采样被适当地处理以解决模板的基准载波频率与各个载波频率假设之间的计时差。

这种基于软件的方法可以利用完全自适应的载波计时维度生成搜索空间，即频率假设的数量和分辨率可以容易地变化，这与利用固定数量频率假设的常规接收机对比。这样，例如，所检测的多普勒假设的数量可以随着更多的GPS信号被获得而增加。

如图2所示，在一些实施例中，搜索引擎130可被配置为在第一搜索空间上搜索以获得第一GPS信号(方框210)，该第一搜索空间跨越第一数量的载波计时假设和第一数量的码计时假设。响应第一GPS信号的获得，GPS搜索引擎定义第二搜索空间，该第二搜索空间跨越第二数量的载波计时假设和第二数量的码计时假设，其中载波计时假设的第二数量与载波计时假设的第一数量不同，例如大于载波计时假设的第一数量(方框220)。GPS搜索引擎130可操作地搜索第二搜索空间以获得第二GPS信号(方框230)。将会理解，一般来说，载波计时假设的数量、码计时假设的数量以及在其上进行搜索的积分时间(例如，在这个时间上相关矩阵被累积)被选择，以优化特定的性能参数，如初始定位时间、平均定位时间和/或精确度。

为了几个原因而增加载波计时假设的数量是所希望的。例如，当初始的GPS信号被获得后，同时搜索多个附加GPS信号是所希望的。在对这些信号的每一个进行搜索时，通常需要在载波计时(多普勒)搜索范围内搜索，载波计时假设的总数量会增加。另外，当搜索越来越弱的GPS信号时，提供更精细的多普勒分辨率是所希望的，这样增加了载波计时假设的数量。

本领域技术人员将会明白，GPS信号的获得包括射频(RF)信号(例如L1信号)的接收、将接收到的信号下变换为中频(IF)信号，以及解调IF信号以获得其中的GPS信号。图3说明了根据本发明进一步实施例，利用自适应方法在这种IF信号中搜索GPS信号的示例性操作。

GPS搜索引擎在基于例如假定的IF频率误差(例如，多普勒频移和/或本地振荡器误差)的第一数量中频(IF)假设以及第一数量码相位假设上搜索(方框310)。例如，对于试图获得第一GPS信号并将其作为生成初始位置定位的一部分的装置，GPS搜索引擎可能拥有来自年历和/或来自帮助数据信道(例如，来自蜂窝基站或其它陆地GPS帮助数据源)的星历数据，并且可能使用这个信息以确定多普勒频移的范围，其可以应用于获得来自特定GPS卫星的信号。第一数量的IF频率假设可以被定义为覆盖这个多普勒频移的范围。该IF频率假设可以也被定义为解决频率源的已知误差，该频率源被该装置用于解调接收的无线电信号。

响应第一GPS信号的获得，GPS搜索引擎然后可以获得例如更精确的关于GPS系统相对于终端本身内部时基的计时和/或终端相对于GPS卫星的位置的信息(方框320)。利用自适应的基于DSP的结构，响应来自第一获得信号的信息，GPS搜索引擎的搜索空间可被适应，以提供更多数量的IF频率假设和更少数量的码相位假设(方框330)，它们被用来搜索第二GPS信号(方框340)。以这种方式，例如，可以为第二GPS信号(以及为连续的信号)提供IF频率维度的精细得多的搜索。

根据本发明的进一步实施例，移动通信终端可以包括移动通信收发信机和共享公共频率基准的GPS接收机。该GPS接收机可被配置为按照上述线路提供自适应搜索引擎，并且它可被用于补偿与移动通信收发信机相关联的自动频率控制(AFC)。

图4说明了根据本发明一些实施例的GPS使能移动终端400。该终端400包括移动通信收发信机420，它被配置为与无线通信系统的组件(例如，基站20)通信。终端400进一步包括自适应GPS接收机410，例如包括上面所述的基于DSP的自适应GPS搜索引擎的接收机，它可操作地从一个或多个GPS卫星10接收GPS信号。该终端还包括公共频率源430，它生成公共的频率基准信号433，该信号被移动通信收发信机420和自适应GPS接收机410所使用。

例如，公共频率源430可以包括晶体振荡器电路，公共频率基准信号433可以包括标称为13或19.2MHz的时钟信号，它由晶体振荡器电路产生并由移动通信收发信机所使用。该公共频率基准信号433可以被GPS接收机410分开，用作其解调操作的计时基准。

如图4中的实施例所示，该公共频率源430包括AFC电路，它响应由移动通信收发信机420的通信，调整公共频率基准信号433的频率，例如将公共频率基准信号433与基站20的频率同步。这种调整可以以增量的步长来完成。

将会明白，AFC电路432的行为因而可以影响自适应GPS接收机410的操作，例如，会引入由公共频率基准信号的变化带来的频率误差。例如，施加到GPS接收机410的基准频率中的偏移可以造成接收机的搜索空间在载波频率维度上的位移，使得被搜索的该信号的载波频率可能不再在搜索空间之内。根据本发明的进一步实施例，参考图1-3按照上述路线的自适应GPS搜索引擎可被配置以适应这种由AFC引入的影响。

例如，如图5所示，AFC电路432可以响应移动通信收发信机420与无线通信系统的交互作用，调整公共频率基准信号的频率(方框510)。该自适应GPS接收机410可以定义载波计时(例如，频率)搜索范围，以适应公共频率基准信号频率的自动调整，例如通过扩大被搜索的频率假设的范围，以将与AFC引起的可能偏移相关联的假设包含进来(方框520)。例如，如图6所示，该搜索引擎能够定义与频率基准的标称频率相对应的载波计时搜索范围，加上与正被寻找的GPS信号的期望多普勒频移相对应的假设(方框610)，连同载波计时假设的一个或更多辅助范围，这些载波计时假设与这些多普勒频移相对应，这些多普勒频移与GPS接收机的频率基准信号的频率中潜在的步长增加和/或减少相结合(方框620)。这样的辅助范围可以例如通过计算和/或通过访问将AFC增量与载波计时偏移联系起来的查询表而被确定。将会明白，扩展后的搜索空间可以是连续的或者分段的。

如图7所示，可选择地或除图6所示的操作之外，GPS搜索引擎能够定义用于当前标称频率基准信号频率的载波计时搜索范围(710)，并且可以响应在基准信号频率中检测到AFC引起的偏移，然后偏移搜索范围(方框720)。这种偏移例如响应由AFC电路提供给GPS接收机的信息而发生，如图4中虚线所示，和/或当搜索GPS信号时响应检测到系统载波计时误差而发生。

图1-7说明了根据本发明各个不同实施例的设备、方法和计算机程序产品的可能实施方式的结构、功能以及操作。还应该注意的是，在一些可选实施方式中，图中标注的行为可以以图中标注的顺序以外的顺序发生。例如，被表示为连续发生的两个操作实际上可以基本上同时执行，或者操作有时可以以相反的顺序执行，这取决于有关的功能。

在附图和说明书中，揭示了本发明的典型实施例，尽管使用了特定的术语，但是它们只是以广义的且描述性的方式来使用的，而不是为了限制的目的，本发明的范围由后面的权利要求来阐述。