CN1768277B - 通过使用第二频率源改进移动定位的方法和设备 - Google Patents

Abstract

包括通信功能块(120)和卫星定位功能块(130)的双模设备(110)，均包括相应的基带(BB)功能块(123，132)和晶体或频率源(122，1312)。通信晶体(122)为卫星定位功能块(130)提供蜂窝时钟信号(FS1)，其监视晶体产生的频率(FS1，FS2)的差，利用佛纳姆内插获得大于一个时钟周期的分辨率。定位晶体(1312)独立于蜂窝晶体使用，以解调卫星信号。利用从监视中产生的信息，定位BB(132)跟踪解调后的卫星信号，补偿由定位晶体信号(FS2)向解调引起的任何误差。通信晶体用于基于网络校准，而且定位BB能补偿由此在蜂窝时钟信号(FS1)中引起的波动。

Description

通过使用第二频率源改进移动定位的方法和设备

技术领域

本发明涉及移动定位。本发明尤其，但不唯一地涉及借助于无线电信网络提高基于卫星的移动定位的可靠性和能力。

背景技术

诸如全球定位系统(GPS)的卫星定位是基于为接收机提供包含码分多址(CDMA)编码数据的射频序列，通过解码该射频序列接收机能够非常精确地确定相对于卫星的无线电传播延迟。利用至少4个不同卫星的信号，GPS接收机能够确定其位置。

GPS接收机在接通时，首先利用所谓的捕获过程搜索卫星。在成功捕获中，GPS接收机非常精确地确定，例如4个卫星相对于其自己的GPS本地振荡器或时钟的频率，并解码它们的信号。在捕获之后，接收机必须能够跟踪卫星。这涉及连续从卫星接收信号。当然，接收卫星信号的频率取决于卫星和GPS接收机的相互移动，因此GPS接收机需要补偿该变化以保持跟踪。

GPS卫星在大约2万公里的高度环绕地球飞行，因此它们的无线电信号覆盖了一个很大的表面。相反，尤其与例如能够从移动通信网络接收的信号的功率相比，这些信号在海平面被GPS接收机接收时的功率非常小。此外，GPS信号越弱，发现它们的频率就更难了。

在GPS接收机中通常使用不同的晶体作为时钟。晶体对于此用途具有有利的精度和价格平衡。然而晶体提供的频率取决于其温度。更坏的是，温度的关系曲线可能不是线性的，而是可能遵循一条曲线，该曲线在-20～+60摄氏度的范围内随着温度的升高具有极易变的正、负和再次正的梯度。在某些温度下，该梯度可以忽略，因此一些高精度的设备包含一个恒温器，控制该恒温器以保持一个高于环境温度的常温，来避免源于温度变化的时钟漂移。还已知使用复杂而昂贵的温度补偿晶体(TCXO)或甚至更为复杂的温度补偿压控振荡器(TCVCXO)，其中可以进一步调节时钟的频率以保持足够稳定。然而，这些时钟在技术上越先进就越昂贵和复杂。使用非补偿的普通晶体作为时钟更为有利。

用作GPS接收机时钟的不同类型的晶体的共性在于，都具有比接收GPS信号的频率低得多的频率。因此通常需要借助锁相环(PLL)和压控振荡器(VCO)来进行频率倍增。通常GPS接收机时钟频率为10～30MHz，相反，需要大约50～160的乘数来产生接近能够用于解调GPS信号的GPS射频的信号。在理论上，解调信号的精度应该与GPS接收机时钟具有相同的相对精度，而与GPS接收机时钟的频率无关。如果GPS接收机时钟精确到百万分之一(ppm)或1/10ppm，那么解调信号应该分别精确到1或1/10ppm。比较起来，在GPS卫星中使用的时钟非常精确。它们使用原子钟基准，因此应该具有优于0.01ppb(即0.00001ppm)的稳定性。

JP 11174170公开了一种安装在车辆上的GPS接收机，其中VCO输出标准频率。在电源接通之后，标准频率之间的差值被检测到，并且用于控制VCO，以便精确地输出标准频率。

US 5,739,786公开了一种GPS传输初始化系统，其中GPS导引的武器或者带有GPS接收机的炮弹可以被初始化，以便能够快速地获取GPS信号。30到300GHz的超高频无线电链路也用于校准GPS接收机中的时间以及频率记录。借助于超高频无线电链路的帮助，GPS接收机可以在很少几秒内锁定到GPS系统，并且精确地操控到其目标坐标。

US 6,067,503公开了一种在GPS接收机中，通过利用震动检测器或者温度晶体管检测器来补偿没有预测到的频率偏移。检测器可以与GPS接收机一起使用，以便提供信号来调整信号搜索算法。该信号搜索算法在由振动检测器调整时，可以更快地获取或者重新获取卫星信号。该接收机可以用于被导引的武器以及对于温度晶体管以及机械振 动敏感的其他车辆。可以基于丢失其频率的参考振荡器或者利用压控振荡器的相位锁定而执行所述检测。

US5,841,396公开了一种组合式移动电话和GPS接收机，其中将移动电话的时钟用于产生相对精确的GPS解调信号。通过利用从基站接收的无线电信号，移动电话的时钟还与基站的高精度时钟同步，这基于以下事实：基站使其无线电发射的频率和其通常具有±0.05ppm大小的稳定性的高精度时钟结合。移动电话的频率稳定性通常被标准化为优于±0.05ppm。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种移动通信和定位设备，包括：

能够产生温度补偿的第一频率信号的第一频率源；

能够产生具有与第一频率源无关的频率的第二频率信号的第二频率源；

能够基于第二频率信号解调卫星发射的无线电信号的卫星定位解调器；

用于以高于第二频率信号的一个时钟周期的分辨率，通过利用内插，检测第一频率信号和第二频率信号之间的频率差的变化的检测器；以及

用于解码解调后的卫星无线电信号的解码器，该解码器被配置用于考虑频率差的变化来补偿由于第二频率信号中的频移引起的解调误差。

有利的是，产生一个与第一频率信号无关的第二频率信号，而且使用检测器通过利用内插来补偿由于第二频率信号引起的误差，能提供比US5,841,396所公开的解码更可靠和灵敏的解码。本发明人认识到，当解调信号被锁定为如同US5,841,396中的基站信号的频率时，它们只可能被确定为接近±0.5ppm的精度。当捕获或跟踪到一个弱的GPS信号时，GPS引擎可能需要±0.01ppm量级或更好的稳定性。此外，可以使用一种简单和便宜的非温度补偿的晶体作为第二频率源。 第二频率信号于是将自由偏移，使得卫星信号的解调将相应的波动，但这种波动可以通过解码器来精确地纠正。内插使得第一和第二信号之间的差能够通过一种分辨率来检测，该分辨率好于被比较的第一和第二信号中任何一个的单个周期。由于通常第一和第二频率信号具有比卫星信号低得多的频率，这将更为有用，因此仅仅比较第一和第二信号与单个时钟周期分辨率将导致解调器中出现较大误差。因此，在例如10MHz频率与单个第二频率信号时钟周期的比较可能引起在1575MHz频率出现多个Hz的误差。

本发明人还认识到，如果第一频率信号以诸如0.5～1Hz的相对低的速率进行更新，则US5,841,396中的设备在GPS可靠性上容易出错。在此情况下，第二频率信号在两个后续更新之间可能偏移，尤其是在第一或第二频率源实质上依赖于温度冲击的温度范围内时。本发明人发现在第一频率信号中出现的任何偏移也将流入到第二频率信号。

本发明人还认识到，可能有利的是，第二频率源不同于第一频率源，为温度非补偿类型，使得温度冲击将引起这两个频率源的操作上的差别，并允许更为可靠地确定这种冲击的效果，因为这两个频率源将不会都以相同的方式改变它们的操作。作为选择，第一和第二频率源都可以是相同类型，但是对于温度冲击具有不同的频率响应。

第一频率信号可能适用于移动通信。该移动通信设备可进一步包括能够基于第一频率信号将用于无线电发射的信息信号调制到陆地基站的移动通信调制器。因此，第一频率信号还便于控制无线发射频率。

检测器还可以配置用于应用佛纳姆(Vernier)方法内插频率差。连续的内插结果的平均可用于进一步提高对于第一和第二频率信号之间的频率变化的确定精度。

通过利用相对稳定的频率源用于与用作频率源的固有较慢温度补偿晶体进行蜂窝通信，该内插通过增强精度和/或稳定性较差的第二频率源的分辨率改善了卫星接收。

检测器可能已经被配置用于仅检测第一和第二频率信号之间的 频率差的变化或这些频率之间的绝对关系。作为选择，检测器可以配置用于同时检测该绝对关系和频率差的变化。

检测频率差的变化足以在解码器成功解码卫星信号之后保持卫星跟踪。

第一频率源可能已经被配置用于反复自我校准以利用基站收发器的频率源提供相当稳定的第一频率信号。检测器可以配置用于确定通过基于基站的频率源控制第一频率源已经引起的第一频率信号的变化。所确定的由于频率控制引起的第一频率信号的变化可以被随后补偿以便使解码稳定，例如通过使用于补偿由第二频率信号中的变化引起的解调误差的频率差稳定。

使用基站校准第一频率源可以提供对于第一频率源的温度补偿。此外，第一频率源可以是温度补偿类型，使得其能试图补偿与任何基站控制的校准无关的温度变化。

通过使第二频率信号偏移而不试图用第一频率信号进行调整以及检测该差值，有可能确定在第一频率信号中由基站控制引起的变化，而不需要在解码器和负责第一频率信号校准的电路之间提供一个非常快速的接口。

令人惊讶的是，通过使用第二频率源，可能确定第一频率信号中的突然变化，即使第二频率源比第一频率源的稳定性差很多，因为相比诸如自动频率控制(AFC)步骤的控制步骤例如在第一频率信号中可能引起的变化，基于正常温度冲击的偏移变化相对要慢。因此，由于第一频率信号的波动能够被补偿，就可能为定位无线电电路的操作提供平滑范围。例如，即使第一频率信号的更新以诸如0.5～1或2秒的间隔相互之间距离较远也能可靠地跟踪卫星信号。

对本发明的更有利的是，可以使用基于普通和价格适当的晶体的时钟用于解调，以取代由第一频率信号控制的频率合成器。此外，可以在移动通信电路执行有限的操作时，例如在无源或睡眠模式时使用卫星定位，在无源或睡眠模式时，移动通信电路以比方说±0.75ppm的降低的频率精度接收基站信号。

移动通信设备可包括接收机，用于从基站接收卫星控制和通信信号用于网络辅助的卫星定位。

根据本发明的第二方面，提供一种操作移动通信和定位设备的方法，该方法包括：

产生温度补偿的第一频率信号；

产生具有与第一频率源无关的频率的第二频率信号；

基于第二频率信号解调卫星发射的无线电信号；

以高于第二频率信号的一个时钟周期的分辨率，通过使用内插，检测第一频率信号和第二频率信号之间的频率差的变化；以及

考虑频率差的变化解码解调后的卫星无线电信号，以补偿由第二频率信号中的频移引起的解调误差。

根据本发明的第三方面，提供一种用于控制移动通信和定位设备的计算机程序产品，该移动通信和定位设备包括：能够产生温度补偿的第一频率信号的第一频率源；能够产生具有与第一频率源无关的频率的第二频率信号的第二频率源；能够基于第二频率信号解调卫星发射的无线电信号的卫星定位解调器；该计算机程序产品包括：

计算机可执行程序代码，用于使移动通信设备以高于第二频率信号的一个时钟周期的分辨率，通过利用内插，检测第一频率信号和第二频率信号之间的频率差的变化；以及

计算机可执行程序代码，用于使移动通信设备解码解调后的卫星无线电信号，以考虑频率差的变化来补偿由于第二频率信号中的频移引起的解调误差。

该移动通信设备可包含用于根据用户的请求接收计算机程序产品的装置。用于接收计算机程序的装置可包括用于至少部分从无线电发射中接收计算机程序产品的装置。

该移动通信设备可包括中央处理器，用于使移动通信设备同时执行检测和在解码卫星信号时考虑频率差的变化。作为选择，移动通信设备可包括分布式处理器，其包含两个或多个处理器。

移动通信设备可包含用于存储计算机程序产品的存储器。

计算机程序产品可以存储在诸如固态存储器介质或动态存储器介质的存储介质中，如光、磁或磁光存储介质，包括磁盘、盒式磁带、磁带、硬盘以及诸如紧致盘(CD)-只读介质(ROM)或数字通用盘(DVD)-ROM。计算机程序产品可包括载波信号和其中携带的计算机可执行指令。

有利的是，通过允许解调沿第二频率信号的频率变化波动，可以使用相对便宜的组件来提供卫星信号解调和解码上的足够稳定性，同时通过自适应解码和使用第一和第二频率信号之间的内插差值仍可以有效补偿这些频率变化。内插使得能够快速和精确地补偿由于本地频率源信号和接收的第一层卫星无线电信号的大小差的量级所需的频率变化。例如，在GPS中，第一层卫星无线电信号具有接近1575MHz的频率，而本地频率源信号的频率通常在1～20MHz的范围之内。

应理解，任何一个方面的实施例在与其他不同方面结合时可以产生相应的优点，而且它们能够在适用的情况下进行组合。

附图说明

现在参考附图仅借助例子描述本发明，其中：

图1是根据本发明的优选实施例的系统的示意图；

图2是图1的本地卫星振荡器补偿或校准功能块的示意图；

图3是根据本发明的优选实施例使用佛纳姆内插的示意图；

图4是示意图1所示的GPS本地振荡器校准功能块的操作的流程图；

图5是示意图1的蜂窝和GPS本地振荡器的假想输出的曲线图，用于支持对图1中的设备的操作的描述；

图6是本优选实施例的移动设备的示意图。

具体实施方式

图1是根据本优选发明的系统10的简化示意图。图1示意了用于描述本发明的系统的组件，即基站100、包含蜂窝通信功能块120 和卫星定位功能块130的移动设备110以及两个卫星发射机141和142。

基站100包括基站频率源，该基站频率源应当控制基站，使其无线电信号的频率精确到±0.05ppm。

通信功能块120包括用于与蜂窝基站通信的典型装置，其中包含蜂窝射频(RF)功能块121，用于产生用以控制RF功能块121的频率的第一频率信号的蜂窝功能块122，和蜂窝基带(BB)功能块123。通信功能块120已经与卫星定位功能块130相连，并且能够通过无线电通信信道与基站100通信。通信功能块120可以包含典型的用户接口设备，如图1中未示出的扬声器，麦克风，显示器以及一个或多个按键。

卫星定位功能块130包括卫星RF功能块131和卫星BB功能块132。卫星RF功能块131包括用于接收和解调卫星信号的装置，其中包含用于放大卫星信号的低噪放大器1311，用于产生第二频率信号FS2的本地卫星振荡器1312，通过使用第二频率源解调卫星信号的卫星解调器1313，以及用于为卫星BB功能块132数字化解调后的卫星信号的模数变换器(ADC)。卫星BB功能块包括卫星引擎环路滤波器控制功能块1321，用于信道n的解码器1322，第一数控振荡器(NCO)1326，第一混频器1327以及本地卫星振荡器补偿或校准功能块1328。控制功能块1321可包括运行软件算法的专用硬件引擎或DSP或主控单元(MCU)，这些软件算法能够产生控制输出并获取控制输入。

蜂窝RF功能块121已经被配置用于将蜂窝时钟信号FS1馈送到本地卫星振荡器补偿功能块1328，以用作卫星定位功能块130中的基准时钟信号。蜂窝时钟FS1信号优选具有与第一频率信号相同的频率，但作为选择，蜂窝时钟信号FS1可以具有与第一频率信号有预定关系的频率。例如，蜂窝时钟信号FS1的频率可以等于第一频率信号乘以或除以一个预定的整数或非整数系数后的频率。

蜂窝BB功能块123已经被配置用于与卫星引擎环路滤波器控制 功能块1321交换卫星控制和通信信号，以便向卫星定位功能块130提供网络辅助的卫星定位数据。网络辅助的卫星定位是本发明的一项可选功能，其可以大大缩短首次定位时间(Time-To-First-Fix)，但不是强制性的，因为卫星信息也可以通过其他方式获得或者从卫星自身获得，例如，从GPS系统就可以了解卫星信息。

卫星BB功能块132包括一个闭合控制环路，该环路由卫星引擎滤波器环路控制功能块1321，第一NCO 1326，混频器1327和解码器1322构成。卫星BB功能块132优选包括多个解码器，如总共12或16个解码器，尽管在图1中只详细画出了其中一个解码器，而且只必需一个解码器。因此，卫星BB功能块132将还包含对应于使用解码器1322的闭合控制环路的12或16个并行的闭合控制环路。解码器1322与第二NCO 1323，第二混频器1324和卫星引擎1325一起构成一个内部控制环路。控制功能块1321已经被配置用于控制第二NCO1323，第二NCO 1323已经被配置用于产生一个将与第一混频器1327的输出进行混频的信号。第二混频器1324的输出与卫星引擎1325相连。如前(闭合控制环路)所述，卫星引擎1325为环路控制功能块1321提供信息。环路控制功能块1321进一步被配置用于从本地振荡器补偿功能块1328接收输入。补偿功能块1328具有用于蜂窝时钟信号FS1和用于第二频率信号FS2的输入端。补偿功能块1328已经被配置用于检测第二频率信号FS2频率相对于蜂窝时钟信号的变化，以及为环路控制功能块1321相应地提供补偿或校准信息CD。由于拥有补偿信息CD，环路控制功能块1321就能考虑到本地卫星振荡器1312中出现的漂移并通过第一NCO 1327控制解码器的操作，以便使提供给解码器的第一混频器1327的输出稳定。

作为控制第一NCO 1326以补偿第二频率信号FS2的频率漂移的选择和/或补充，环路控制功能块1321可以被配置用于通过控制第二NCO 1323的操作控制解码器1322的卫星引擎1325的操作。这可能不需要第一NCO 1326和第一混频器1327，尤其是在只实现了一个信道的情况下。卫星引擎1325负责解码来自一个或多个卫星141，142 的信号，而且第一和第二NCO 1323和1327通过试图稳定解调后的卫星信号或补偿例如因多普勒偏移和第二频率信号FS2的漂移引起的变化来帮助卫星引擎。

图2是图1的本地卫星振荡器补偿功能块1328的示意图。补偿功能块1328包括用于产生第三频率信号FS3的诸如PLL&VCO电路的频率变化功能块201，以及配置用于接收第三频率信号FS3的周期校准功能块202。频率变化功能块201优选通过将第二频率信号FS2的频率乘以诸如1.000001～1.2的一个预定频率变化系数来产生第三频率信号FS3。补偿功能块1328还包括配置用于接收蜂窝时钟信号FS1以及在每预定数量的蜂窝时钟信号FS1周期通知周期校准功能块202的周期计数器203，在此该数量是一个选定的数字，使得能够在给定的时间周期内以足够的精度执行足够频繁的漂移检验。在本优选实施例中，所述数量是根据蜂窝时钟信号FS1频率选定的，使得蜂窝时钟信号FS1具有以10ms～500ms为间隔的该多个计数。20ms间隔尤为有用，因为这样便于通过对应于GPS系统的最佳相干积分时间简化GPS接收机的数值运算。周期校准功能块202还配置用于，除了接收来自频率变化功能块201和周期计数器203的信号，还接收第二频率信号FS2(其是本地卫星振荡器1312的输出)。周期校准功能块202已经被配置用于校准蜂窝时钟信号FS1和第二频率信号FS2的频率之间的关系或关系的变化，以及将对应的补偿数据CD输出到环路控制功能块1321。补偿功能块1328的任务是监视或检测蜂窝时钟信号FS1和第二频率信号FS2的频率关系。该任务优选通过利用诸如佛纳姆内插的内插法完成，这将参考图3进行描述。频率变化功能块201通常在周期计数器203指示一个开始事件时启动，然后在一次或两次重合后停止，在周期计数器已经计数了预定数量的蜂窝时钟信号FS1周期时再次重新启动(该事件是由内插法确定的用于一个时间周期的停止事件，而且还可以是用于下一个这样的时间周期的开始事件)。

同时参考图1和图2，应理解，卫星RF功能块131优选依赖于本地卫星振荡器1321为卫星BB功能块132解调卫星信号，而且本地 振荡器补偿功能块1328监视与蜂窝时钟信号FS1有关的第二频率信号FS2。环路控制功能块1321持续接收和利用补偿数据CD以适应解码器1322，这样就能够补偿第二频率信号FS2中的变化。当然，蜂窝时钟信号FS1也可能偏移，因此，即使本地卫星振荡器1312保持稳定，蜂窝时钟信号FS1和第二频率信号FS2之间的差值也可以变化，但通常本地蜂窝振荡器122比本地卫星振荡器1312更为稳定，因此该差值的变化主要是由本地卫星振荡器1312引起的。本发明的优选实施例另外允许检测和补偿蜂窝时钟信号FS1中的某些变化，这将参考图3、4和5进一步详细说明。

图3示意了利用佛纳姆内插法来确定第二频率信号FS2和蜂窝时钟信号FS1之间的关系。图3示出了由周期计数器203提供给周期校准功能块202的两个连续信号，在时间轴上标记为“开始事件”和“停止事件”，共同表示蜂窝时钟信号FS1，第二频率信号FS2和第三频率信号FS3，以及指示第二频率信号FS2和第三频率信号FS3之间的重合。图3还示意了两个计数器的推导，开始(ST)计数器和停止(SP)计数器。每当第三频率信号FS3在第二频率信号的上升沿为高时，第二和第三频率信号FS2和FS3有一次重合。注意，如果，使用例如PLL从第二频率信号FS2中推导出第三频率信号FS3，第二和第三频率信号FS2和FS3通常与一个特定的周期基本上同时上升。第二和第三频率之间的关系应该是稳定的。这种关系可以通过图3所示意的自校准周期来进一步验证。该关系可以固定或根据例如临时需要进行修改。开始和停止事件基于计数到预定数量(在此为14)的蜂窝时钟信号FS1周期。

图3中的频率变化系数为1.2，或者在第二频率信号FS2具有10个周期时第三频率信号FS3具有12个时钟周期。因此，第二和第三频率信号FS2和FS3在第二和第三频率信号FS2和FS3上分别每隔5和6个周期重合。应理解，图3是一个非常简化的草图，而且在本优选实施例中开始和停止事件相互之间将隔开几十或几千个时钟周期以便提供高精度的监控。

现在参考图4连同图3，本地振荡器补偿功能块1328的程序从步骤401开始。在步骤402，清除计数器或将计数器的值设置为0。在步骤403，检查是否存在开始事件。在本优选实施例中，该步骤是指周期校准功能块202从周期计数器功能块203接收一个信号。由于在本优选实施例中，周期计数器203在每预定数量的蜂窝时钟周期之后发送一个信号，开始和停止事件实际上是由两个连续的周期计数器203信号组成的。作为选择，周期计数器203可以以不同的方式向周期校准功能块指示开始和停止事件。在任何一种情况下，开始事件启动第三频率信号FS3的周期计数，以确定开始和停止事件之间的周期或间隔。因此，开始事件和第三频率信号FS3以如图3所示的共同相位启动。

在步骤404，频率变化功能块201启动以产生第三频率信号FS3和通过ST计数器为周期校准功能块202计数FS3周期以确定在第一次重合之前有多少个FS3周期。在第一次重合时，周期校准功能块202存储ST计数器并停止计数FS3周期。应理解，从开始事件到第一次重合的延迟是整数个FS3周期。在已经发现开始事件之后的第一次重合之后，可以停止频率变化功能块201以省电，尽管频率变化功能块201优选一直运行到第二或第三次重合，以便为第二和第三频率信号FS2和FS3验证频率比，如步骤405b所示。

接着在步骤405a，周期校准功能块202利用计数器M开始计数第二频率信号FS2周期。

在某个时间之后，停止事件步骤406触发步骤407，步骤407重新启动频率变化功能块201以产生FS3。周期校准功能块202通过SP计数器开始计数FS3周期直到停止事件之后的第一次重合。在步骤408b继续计数FS3周期另外两次连续的重合，以确定第二和第三频率信号FS2和FS3之间的关系(以确定频率比Cal)。

在停止事件之后的第一次重合的同时，步骤408a停止或锁存FS2周期的计数，计数器M。

FS3/FS2关系可以通过在开始和停止事件之间的周期期间(例如 步骤405b)，在开始事件之前或在停止事件之后(例如步骤408b)，为至少两次重合测量在FS3和FS2中的周期数。可以在步骤409确定FS3和FS2的周期数之间的比，而不管用于测量的周期是什么。基于两个重合周期进行确定能够验证确切的比值，而在其他情况下可能要误解一个周期。作为选择，可以基于一个或两个以上重合周期进行确定或者根本不进行确定，但取而代之认为频率变化功能块202是可靠的，使得假设已经实现了预期的比值。开始和停止事件之间的第二频率信号FS2周期的间隔或持续时间通过以下公式计算：

周期＝M计数器+[(ST计数器-SP计数器)/Cal](1)

其中M是开始和停止事件之间的第二频率信号FS2的周期数，而Cal是第三频率信号FS3和第二频率信号FS2的频率之比(在图3中为1.2)。

因此，在第二频率信号FS2周期的周期中，图3中的周期为：

12+[(2-3)/1.2]＝11.17

从本例可以看出，能够以高于(好于，即，能够显示出更小的变化)第二频率信号的一个时钟周期的精度或分辨率测量第二频率信号FS2和蜂窝时钟信号FS1的频率关系。所实现的分辨率取决于被计数的蜂窝时钟信号FS1的数量和比值Cal。该分辨率比蜂窝时钟信号FS1仅仅与本地卫星时钟相比的情况要好得多。如果没有本发明人建议的内插，时钟信号比较的精度，将在很大程度上取决于蜂窝时钟信号FS1和第二频率信号之间的较低频率。例如，如果蜂窝时钟信号FS1和第二频率信号FS2都具有16MHz频率，而且蜂窝时钟信号FS1具有理想的稳定性，则通过时钟周期比较对于20ms间隔所能实现的最大分辨率将为(1周期/(0.020s×16,000,000)周期/s)ppm＝3.125ppm。这将转化为在GPS卫星信号频率中3.125ppm×1.575GHz＝4.921kHz的误差。即使周期为1s，分辨率将为0.063ppm，转化为98Hz的GPS卫星频率分辨率。虽然这对于用以减少所需的频率搜索和由此减少TTFF的初始校准是足够的，但对于指示卫星频率已经偏移没有什么作用。比较而言，0.3125ppm的百倍分辨率将在理论上通过利用Cal 1.01实现，通过增大校准周期和/或使来自多个连续开始-停止事件间隔的结果平均可以获得甚至更高的分辨率。

在步骤410计算步骤409的过去的结果的平均或移动平均，事实上，在可以被视为开始或停止事件的事件之后的每一次重合，可以只是锁存而不是停止第二频率的计数M和第三频率的St/Sp。这类似于竞赛中的一圈计时。该方法允许连续的周期一起相加而不损失分辨率，使得可以在软件控制之下选择校准周期。该平均所表示的周期被称为比较周期，而该结果被称为比较差。

在步骤410之后，将完成计数器的同时处理(在步骤406、407、408)，并在步骤409计算新的开始-停止周期，在步骤410对其进行平均，以及在步骤410将结果提供给环路控制功能块1321。因此，比较功能块1328继续执行一个连续处理，除非该处理被手动或自动中断。

应理解的是，基准频率信号或蜂窝时钟信号FS1并不保持稳定，因此比较差中的一些变化实际上是由蜂窝时钟的变化引起的。蜂窝时钟信号FS1中的至少一些变化优选在步骤410进行进一步补偿，接下来将参考图5和图6对此进行说明。

当利用前述的这种快速和高分辨率的校准系统时，通常将假设校准所依赖的基准是稳定的。然而，源于本地蜂窝频率源122的蜂窝时钟信号FS1在GPS校准周期期间可能经受有规则的变化(可能因频率控制引起)及内部漂移(热偏移)，即使本地蜂窝频率源将为压控温度补偿晶体振荡器(VCTCXO)。

当蜂窝振荡器122被锁定到蜂窝网络基站100时，可能具有近似±0.38ppm的绝对频率偏差的总规格，但在跟踪或所谓的长捕获期间对于诸如GPS系统的卫星系统来说，这通常不是一个足够的精度。以下效应可能引起蜂窝振荡器122偏移或改变：

●移动设备110中的温度变化；

●移动设备110相对于基站100的移动引起多普勒偏移，该偏移取决于移动设备110的移动速度和方向；

●基站之间的越区切换(基准时钟和/或察觉的多普勒偏移的变化)；以及

●各种频率效应。

基站有关的多普勒偏移可能高达±0.23ppm(以250km/h速度直接朝向或远离基站100)，尽管这是一个不寻常的值。GSM&3GPP规范要求基站100精确到±0.05ppm。在用户静止(无多普勒)时，蜂窝发射机精确到它的±0.1ppm之内，总共±0.15ppm。多普勒偏移有效地增加了一个偏移量，该偏移量在1秒的分数尺度上尤为稳定。因此，多普勒和指定的最大偏移一起可能引起±0.38ppm的最大误差。

应理解的是，典型的蜂窝系统可能试图通过频率控制步骤纠正移动设备110的发射频率，以保持移动设备110有效地锁定到基站100。这可以通过许多种方式实现，其中一些方式可能利用具有蜂窝振荡器的直接控制环路，来提供对于蜂窝RF输出的微调。纠正偏移的理由是无关紧要的，因为这些变化都将以同一方式纠正，而不管它们的来源是什么。因此，除了温度偏移和由于频率控制步骤引起的任何偏移量变化，蜂窝频率基准基本上保持稳定。

图5示意了在6个后续比较周期期间，本地蜂窝振荡器122和本地卫星振荡器1312相对于它们的额定值的变化的影响。在图1中，本地卫星振荡器1312表示为从比较周期1到比较周期6已经偏移了大约0.09ppm。然而，由于蜂窝振荡器中的阶跃变化将测量到大约0.11ppm的变化。必须调整该测量的变化以防止GPS系统被补偿得太多，这将可能导致丢失对卫星的锁定和跟踪。在卫星第一层频率(在GPS中大约1.575GHz)处的20Hz/s的偏移将通常被认为是快速的或过度的变化。这里仅仅是0.013ppm/s。

此外，如果由于需要搜索额外的弱信号，捕获或跟踪周期很长(例如多于1s)，那么利用快速频率偏移卫星信号能量将被扩散到一个较大的频谱。如果该偏移没有被连续跟踪或补偿，那么这可能防止任何通常的峰值在噪声之上被检测到。因此，在搜索卫星信号的捕获周期期间，同时补偿本地卫星振荡器1312和蜂窝时钟信号FS1中的变化 非常有利。

应理解的是，被锁定到基站100的蜂窝频率的精度需求取决于移动设备110的工作模式。这要用到许多算法，因此频率控制操作根本就不稳定，导致蜂窝时钟信号FS1中出现不同的变化。

在本优选实施例中，补偿功能块1328试图通过统计方式检测蜂窝时钟信号FS1中的频率控制偏移量变化。为便于这种检测，应当用高于频率控制步骤发生的速率的速率，优选以两倍于频率控制步骤发生的速率的速率，反复检测第二频率信号FS2和蜂窝时钟信号FS1之间的差。在图4所示的流程图中，在将所确定的比较差进行平均之前，因此步骤410应当检查该比较差是否由于频率控制步骤在蜂窝时钟信号FS1上引起了冲击而可能已经改变。基于突然的频率控制的变化能够相对于振荡器中的真实变化而被确切检测到是基于以下事实：温度中的任何变化在每一个校准周期都将相当一致，无论该变化是大还是小。因此可以识别两种类型的变化。

应理解的是，利用两个稍微不同的频率信号(第二和第三频率信号FS2和FS3)可以使用佛纳姆内插，以及第二或第三频率信号FS3是否具有较高频率，或者较高还是较低频率信号被用于在确定开始和停止事件只见的间隔时计数时钟周期都是无关紧要的。此外，不希望基准频率有任何突然的阶越变化，基准频率被PLL用来乘以例如1.02倍。PLL必须产生精确和稳定的频率，在其输入中的阶越变化将引起其控制级的较大误差。通过利用本地卫星振荡器1312作为基本源，在其输出中将只有缓慢的(相对于PLL)变化。然后利用蜂窝BB时钟132产生适当的开始/停止周期以借助本地卫星振荡器1312进行测量。

卫星定位功能块130可包括另外一个本地频率源，其是所产生的GPS第一层频率1.575GHz的分频。卫星解调器1313和比较功能块1328已经配置为能够在本地卫星频率源和该另外一个本地频率源之间进行切换。这使得能够利用其相关的VCO和PLL在晶体或在(分频后的)所产生的第一层频率中直接检测到。因此，频率变化功能块201(例如便于佛纳姆内插的PLL&VCO)优选具有适合以两个可选 频率源之一工作的输入频率范围，例如12.5～50MHz。

图6是本优选实施例的移动设备110的示意图，示出了通信功能块120，卫星定位功能块130(具有所示的功能块1321和1328)，与功能块120和130相连的处理器61，以及一个存储器，该存储器与处理器61相连并包含计算机可执行程序代码或软件63，用于在由处理器61执行时控制通信功能块120和卫星定位功能块130的操作。

移动设备110可以是具有卫星定位功能的移动电话，具有数据通信和卫星定位以及任选的具有语音通信能力的数据通信设备，如个人数字助理，模块化通信和卫星定位功能块的组合，或具有通信和卫星定位功能的便携式计算机等等。卫星定位和/或通信功能可以通过外接卡或模块提供，如PC卡、存储介质兼容卡、或可以通过连接器相连的扩展功能块。功能块120和130优选电连接，但作为选择任何其他方法，如基于光学或(优选低功率或短距离)无线电的数据传输，适用于这些功能块之间的通信。由本发明提供的功能可以在生产移动设备之后借助于例如下载软件或软件升级，特征释放功能，外接携带该软件的存储介质等添加或启用。

处理器61由单个计算实体，如中央处理器(CPU)或数字信号处理器(DSP)组成，或者可以包括两个或多个分布式计算单元，如DSPs或CPUs。相应的，存储器62可以由单个存储器件组成，如非易失固态存储器或动态存储器件。作为选择，存储器62可以包含两个或多个这种存储器件。

内插可以是用户选择的或者根据诸如可用功率、从定位卫星和/或基站接收的无线电信号的质量和/或强度、移动设备110的移动等各种因素选择性适用。这种选择性禁用增强定位可以用于节省电池寿命或者尤其在当前不需要卫星定位时为其他任务释放计算能力。尤其是在工作日呆在办公室中的办公室职员携带移动设备时就是这种情况。在这种禁用内插的情况下，移动设备110可能已经配置用于偶尔或反复执行内插以重新检测其位置。

有利的是，可以使用相对低频的频率源与内插的使用相结合而不 用过度危及卫星定位，这转化为在较低时钟频率，较低功耗或较低电池干扰下执行与内插有关的计算的可能性，对于电池操作的和/或手持或便携式设备尤为理想。

已经参照本发明的优选实施例和优选实施例的一些变型解释了能够工作为移动通讯设备和卫星定位设备的双模设备。然而，本发明可以体现于其他特定形式而不偏离其基本属性。应理解，整个详细的说明描述了一个优选实施例，可以通过去除、替代或增加该详细说明的特征自由改变该优选实施例。所述的各种特征是任选的，仅仅是为了说明清楚和简洁，没有对每一个特征进行强调。此外，说明书中(包括权利要求书)公开和/或附图示意的每种特征可以与其他公开和/或示意的特征无关地结合到本发明中。在这一点上，本发明包括任何新颖特征或在这里明确或隐含公开的特征的组合，或者它们的任何概括，而不管该特征是否涉及所要求保护的本发明，或者缓解了任何或所有提出的问题。

随此提交的所附摘要被包含在说明书中作为参考。

Claims (19)

1.一种移动通信和定位设备(110)，包括：

用于产生温度补偿后的第一频率信号(FS1)的第一频率源(122)；

用于产生具有与第一频率源(122)无关的频率的第二频率信号(FS2)的第二频率源(1312)；

基于所述第二频率信号(FS2)，解调卫星发射的无线电信号的卫星定位解调器(1313)；

用于以高于第二频率信号(FS2)一个时钟周期的分辨率，通过利用内插，检测所述第一频率信号(FS1)和所述第二频率信号(FS2)之间的频率差的变化的检测器(1328)；以及

用于解码所述解调后的卫星无线电信号的解码器(1328)，所述解码器被配置成考虑频率差的变化来补偿由于所述第二频率信号(FS2)中的频移引起的解调误差。

2.根据权利要求1的设备(110)，其中所述检测器(1328)已经被配置成将佛纳姆方法应用于内插。

3.根据权利要求1的设备(110)，进一步包括基于所述第一频率信号(FS1)，对用于无线电发射到陆地基站的信息信号进行调制的移动通信调制器(121)。

4.根据权利要求3的设备(110)，其中所述第一频率源(122)被配置成反复自我校准，以利用基站收发器(100)的频率源(101)来提供相当稳定的第一频率信号(FS1)。

5.根据权利要求3或4的设备(110)，其中所述陆地基站(100)是蜂窝网络基站。

6.根据权利要求3或4的设备(110)，其中所述检测器(1328)被配置成确定通过基于基站(101)的频率源控制第一频率源(122)所引起的第一频率信号(FS1)的变化。

7.根据权利要求6的设备(110)，进一步包括用于随后补偿所述确定的由于频率控制导致的第一频率信号(FS1)的变化，以便使解码稳定的装置(1328)。

8.根据权利要求1的设备(110)，其中所述第二频率源(1312)是非温度补偿类型。

9.根据权利要求6的设备(110)，其中所述第二频率源(1312)是非温度补偿类型。

10.根据权利要求1的设备(110)，进一步包括接收机(121)，从基站(100)接收用于网络辅助卫星定位的卫星控制和通信信号。

11.根据权利要求1的设备(110)，进一步包括用于根据预定条件选择性启用或禁用内插的装置。

12.根据权利要求11的设备(110)，其中所述预定条件选自由以下条件构成的组中：可用功率改变到预定级别，从定位卫星接收的比率信号的质量或功率改变到预定级别或改变预定速率或量，从基站接收的比率信号的质量或功率改变到预定级别或改变预定速率或量，移动设备的移动改变到预定级别或改变预定速率或量，以及接收到特定的用户命令。

13.一种用于操作移动通信和定位设备的方法，所述方法包括：

产生温度补偿后的第一频率信号；

产生具有与第一频率源无关的频率的第二频率信号；

基于所述第二频率信号解调卫星发射的无线电信号；

以高于所述第二频率信号的一个时钟周期的分辨率，通过使用内插而检测所述第一频率信号和所述第二频率信号之间的频率差的变化；以及

考虑频率差的变化而解码所述解调后的卫星无线电信号，以补偿由所述第二频率信号中的频移引起的解调误差。

14.根据权利要求13的方法，其中将佛纳姆方法应用于内插。

15.根据权利要求13的方法，进一步包括利用基站收发器的频率源反复校准所述第一频率信号。

16.根据权利要求15的方法，其中进一步包括步骤：确定通过基于基站的频率源来控制第一频率源所引起的第一频率信号的变化。

17.根据权利要求16的方法，进一步包括补偿所述确定的因频率控制而导致的第一频率信号的变化，以便使解码稳定。

18.根据权利要求15的方法，进一步包括从基站接收用于网络辅助卫星定位的卫星控制和通信信号。

19.一种用于控制移动通信和定位设备的设备，所述移动通信和定位设备包括：用于产生温度补偿后的第一频率信号的第一频率源；用于产生具有与所述第一频率源无关的频率的第二频率信号的第二频率源；基于所述第二频率信号解调卫星发射的无线电信号的卫星定位解调器；

所述设备包括：

用于使所述设备以高于第二频率信号的一个时钟周期的分辨率，通过利用内插而检测所述第一频率信号和所述第二频率信号之间的频率差的变化的装置；以及

用于使所述设备解码所述解调后的卫星无线电信号，以考虑频率差的变化来补偿由于第二频率信号中的频移引起的解调误差的装置。

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