CN1545768A - Gps和蜂窝天线组合使用的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于改善兼容性GPS接收机和蜂窝电话机的方法，其中GPS接收机和蜂窝电话机一般在同一单元中。本发明解决了GPS接收机和蜂窝电话机共享同一天线的问题，并公开了一种实施例，其中将第二分集天线用于GPS接收机。在这两种情况下，提供开关电路，以便在蜂窝电话机正在发射时将GPS接收机从主天线断开。

Description

GPS和蜂窝天线组合使用的方法和设备

发明领域

本发明涉及移动电话机，并且尤其涉及能够使用全球定位卫星(GPS)***来确定其位置的移动电话机。

发明背景

对于蜂窝电话机来说，需要一种蜂窝电话操作来获知它所位于的小区。在蜂窝电话***中，小区是指由单个蜂窝基站天线塔所覆盖的区域，并可以互相重叠。通常，蜂窝电话机将监视具有最强信号的蜂窝天线塔的控制信道。因此，蜂窝电话机基本上知道它的位置。

然而，除了蜂窝电话机的普通话音通信能力之外，存在可能要求更精确地获知该电话机在小区内位置的应用。例如，这些应用包括在蜂窝电话机上提供位置敏感的广告业务的应用，其中可以将目标广告发送给在广告商位置的一定相邻区域内的蜂窝电话用户。其它这样的应用将是从使用蜂窝电话机进行的呼叫中根据当前的位置提供导游业务以及增强的911紧急业务。

安装有GPS的蜂窝电话机的蜂窝话音通信和GPS能力都需要一个天线。通常位于塔顶的蜂窝天线用于从蜂窝网络内的小区接收或向蜂窝网络内的小区发射。GPS天线从多个GPS卫星接收信号。理想地，蜂窝天线和GPS天线都位于单元的顶部。而且，在移动单元中安装GPS天线的最佳位置与蜂窝天线的安装位置相同。

可以将同一天线同时用于蜂窝通信和GPS定位。这种结构的一个问题是GPS天线要求与蜂窝天线大约15dB的隔离才能正常工作。否则，蜂窝电话机的发射功率将使GPS接收机饱和。还可以使用一个滤波器，然而，因为滤波器的***损耗、其物理大小和成本，这并不是一个理想的选择。

因为单天线设计上的困难，所以典型的解决方法是使用一种双天线结构，具有用于蜂窝和GPS应用的独立天线。然而，这种解决方法同样有问题。除非两个天线的隔离超过15db，否则它们将互相影响。连接到一个天线的电路可能吸收从一个相邻天线耦合到其上的功率，因此降低了相邻天线的效率。如果此电路反射而非吸收所耦合的功率，则可能导致相邻天线的辐射方向图明显失真。

在天线设计领域中正在努力在两个天线之间提供足够的隔离。当前，解决方法是最佳地在移动单元上安装这两个天线，通常以相互垂直的结构进行安装，从而使天线之间的隔离最大化。然而，随着典型的蜂窝电话机不断变小，实现适当的隔离正变得越来越困难。而且，如果在移动单元的最佳位置(例如在顶部)上安装蜂窝天线，则必须在比该理想位置稍差的位置上安装GPS天线(即，与蜂窝天线垂直)。

因此，希望提供一种在提供必要隔离的同时允许两个天线最佳安装的解决方法。

另一个问题是典型的GPS***在城市环境即所谓的“城市峡谷”环境内不能有效地工作，在这种环境下由于高层建筑等的影响可能不存在主要的直接GPS信号，而由反射的GPS信号起着主要作用。在这种情况下，单独的主天线不足以接收所需要的GPS信号。

因此，希望解决上述问题，同时还有助于GPS在“城市峡谷”型环境下的操作。

发明概述

所公开的发明以非常实际的方式解决了GSM(全球移动通信***)或TDMA(时分多址)***的这些问题。在第一实施例中，结合使用单个四频带(quadruple band)(800、1500、1800和1900Mhz)天线和一个提供时间同步天线切换的控制电路。第二实施例将四频带天线用作蜂窝与主GPS天线，并将第二GPS天线用作分集天线。因为第二GPS天线是一个分集天线，所以其位置和性能不是关键性的。因此，第二GPS天线可以远离主天线安装，以提供必要的隔离。

附图简要描述

图1以示意图的形式图示一个现有技术电路；

图2以示意图的形式图示本发明的第一实施例；

图3a图示图2所示电路的蜂窝发射机/接收机的传输函数的时间图；

图3b图示图2所示电路的开关在时间上与图3a相关的开关位置的时间图；

图4以示意图的形式图示本发明的优选实施例；

图5图示图4的实施例的时序图。

本发明的具体实施方式

图1图示现有技术的典型的蜂窝电话机和GPS天线结构。该单元具有两个独立天线。第一天线是用于为蜂窝收发信机16发送和接收蜂窝信号的双频带或三频带天线10。第二天线是用于为GPS接收机14接收GPS卫星信号的主GPS天线12。线路18是蜂窝收发信机16和GPS接收机14之间的RS-232连接。线路20提供参考时钟和时间标记信号。假设通过天线的物理隔离和定向来提供隔离，但是，这种解决方法并非最佳的。

图2图示本发明的第一实施例的示意图。在这个实施例中，GPS接收机14和蜂窝收发信机16共享主要的三频带天线30。因为仅使用一个天线，所以仅存在一个输出，因此不存在现有技术的双天线情况下可能存在的天线耦合。在蜂窝电话机正在发射时GPS接收机14饱和的问题已经通过使用电子开关34来解决，所述电子开关安装在GPS接收机14的输入路径上。开关34由蜂窝收发信机16的发射控制信号32来控制。当蜂窝收发信机16发射时，开关34从天线30断开GPS接收机14，所以GPS接收机14的输入与天线30完全隔离。

图3a和图3b图示发射控制信号32和开关34的位置之间的关系。当蜂窝收发信机16正在发射时，发射控制信号32导致开关34切换到“B”位置，因此天线30通过一个阻抗匹配电路接地，从而能够维持一个恒定的天线负载。当没有发射时，开关34处于“A”位置，并且GPS接收机14连接到天线30。

TDMA蜂窝电话机发射20ms毫秒周期的大约1/3的时间，或者每20ms毫秒时隙(1时隙***)中的大约6.7ms毫秒。这意味着GPS输入信号在每20毫秒的时隙内被阻断(blank)大约6.7毫秒。测试表明在这种情况下存在1db的信号恶化。对于2时隙***，实验室的测试表明存在2db的损耗。当GPS接收机14在跟踪时，6.7毫秒的阻断不存在问题，但是，这可能在GPS接收机14开机或者初始化时在寻找第一定位过程中产生问题。GPS接收机14的相关器一初始地以2毫秒的间隔执行一个快速搜索。绝对的快速搜索时间取决于GPS芯片的实施方式，而对于本发明来说，这并不是主要问题。如果因为6.7毫秒的信号阻断而导致第一GPS卫星快速搜索丢失，则GPS接收机14切换到一个更长的搜索模式，这是多个6毫秒的搜索。当第一快速(短)搜索丢失时，需要花费长得多的时间来固定卫星位置。因此，由于6.7毫秒的GPS信号阻断而导致丢失第一次定位可能是一个问题。所推荐的本发明通过使快速搜索的开始和发射控制信号32同步解决了这个问题。通过在发射控制信号32的下降沿(正好在蜂窝电话机发射时隙之后)上开始卫星快速搜索，GPS接收机14将不会丢失第一次卫星搜索。发射控制信号32可以用作GPS接收机14的搜索引擎的中断信号，即，用作一个搜索开始信号。由于GPS信号在6.7毫秒的发射时隙期间被完全阻断的事实，所以这种解决方法导致大约1db的信号恶化和稍微变长的第一次定位(大约长1秒)。

图4图示本发明的第二优选实施例。这个实施例需要添加GPS分集天线28。在蜂窝收发信机16的发送时隙期间并不切断GPS接收机14的输入信号，而将GPS接收机14的天线输入电路切换到分集天线28。GPS分集天线28并不是主天线，并且在本申请中不是关键性的，所以可以使用一个直线性、隙缝或贴片(patch)天线将其安装在电话机的侧面、背面或底面。

天线开关34通过一个或逻辑作用同时受发射控制信号32和RSSI(接收信号强度指示)信号38的控制，其中受发射控制信号32的控制与本发明第一实施例中的情况相同。GPS单元比较来自主天线和分集天线的GPS信号强度，并将具有最强信号的天线用于下一次GPS读取。因此，只要蜂窝收发信机16正在发射，并且当在蜂窝接收时隙期间在分集天线28上所接收的信号强度大于主天线30上接收的信号强度时，将GPS接收机14的天线输入切换到分集天线28。这种方案的优点在于，在蜂窝收发信机16的发射时隙期间从不完全切断GPS信号。分集天线的GPS信号可能很弱，但是GPS接收机14并未完全丢失GPS信号。而且，在“城市峡谷”的情况下，来自GPS卫星的信号可能经过反射，导致分集天线上的信号强度强于主天线上的信号强度，分集天线28可以切入并提供帮助。而且，因为从不完全切断来自GPS接收机的GPS信号，所以其损耗将低于第一实施例。

注意到，天线切换出现在GPS测量边界期间，而不是在中间测量期间。首先，GPS接收机14使用主天线30跟踪GPS卫星并测量来自它的信号强度。然后，根据通过主天线30获得的卫星位置数据，随后使用分集天线28来跟踪信号。因此，第二次信号强度的测量将会更快。这两次信号强度的测量将确定使用哪一个天线进行下一次GPS测量。随后将使用具有较高信号强度测量值的天线。如果通过主天线30的第一次测量失败，则下一次测量将使用分集天线28。

在图5a-d中图示了该优选实施例的时序。在图5a中图示发射控制信号。至于第一实施例，至GPS接收机14的天线输入从天线30切断(位置“A”)并连接到分集天线28(位置“B”)。图5d图示用于卫星搜索开始的中断。注意：这个信号在图5a中从发射到不发射的转变的下降沿上触发。这是为了避免先前讨论的丢失第一次定位卫星搜索时间的问题。在图5b中图示基于RSSI信号电平的优选天线的选择。可以看出，当来自分集天线28的GPS信号强于来自主天线30的信号时，如图5c中所示，开关位置切换到位置“B”(分集天线28)。注意：这是在先前讨论的天线实时切换的情况下RSSI信号38对开关34的位置的影响的理想化。RSSI信号38在每个GPS测量边界上切换，而不是在实时操作期间随机地切换。

在两个实施例中，本发明的所有特征都可以以软件或硬件来实现，并可以内置在该单元的任何组件中，其中包括蜂窝收发信机、GPS接收机、开关或者独立于其它所有组件的电路。实际的实现在本领域任一普通技术人员的能力范围内，并且本发明的范围并不受所公开特征的任何具体实现方式的限制。

Claims (16)

1.一种允许一个GPS接收机和一个蜂窝电话收发信机共享一个公用天线的方法，包括以下步骤：

将所述GPS接收机和所述蜂窝电话收发信机耦合到所述天线；和

当所述蜂窝电话收发信机正在发射时，将所述GSP接收机从所述天线断开。

2.权利要求1的方法，其中所述断开步骤包括以下步骤：

提供一个指示所述蜂窝电话收发信机正在发射的信号；

提供一个受所述信号控制的电子开关；和

使用所述开关，将所述GPS接收机从所述天线切换到接地。

3.权利要求1的方法，其中所述天线是一个四频带天线。

4.权利要求3的方法，其中将所述四频带天线调谐到所述蜂窝电话收发信机的发射与接收频率和所述GPS接收机的接收频率。

5.权利要求1的方法，还包括以下步骤：

当所述蜂窝电话收发信机停止发射时，使所述蜂窝电话收发信机提供一个信号给所述GPS接收机；和

当接收到所述信号时，使所述GPS接收机开始搜索卫星信号。

6.在具有一个GPS接收机和一个四频带天线的蜂窝电话机中，一种改进结构，包括：

一个开关，连接所述GPS接收机和所述天线；

其中当受来自所述蜂窝电话机的一个信号控制的所述蜂窝电话机正在发射时，所述开关将所述GPS接收机从所述天线断开。

7.权利要求6的改进结构，还包括：

所述蜂窝电话机和所述GPS接收机之间的连接，用于将有关所述蜂窝电话机的传输周期的信息发送给所述GPS接收机；和

在所述GPS接收机中的装置，用于延迟卫星搜索的开始，直到所述蜂窝电话机的所述传输周期结束。

8.一种用于改善安装有GPS接收机的蜂窝电话机的性能的方法，包括以下步骤：

提供一个四频带天线；

为所述GPS接收机提供一个分集天线；

提供一个能够在所述四频带天线和所述分集天线之间切换所述GPS的可控开关；和

当所述蜂窝电话机正在发射时，将所述GPS接收机从所述四频带天线切换到所述分集天线。

9.权利要求8的方法，其中所述切换步骤包括以下步骤：

当所述蜂窝电话收发信机停止发射时，使所述蜂窝电话机提供一个信号给所述GPS接收机；和

使所述GPS接收机延迟对卫星信号的搜索，直到接收到所述信号。

10.权利要求8的方法，还包括以下步骤：

监视在所述四频带天线上和在所述分集天线上接收到的GPS信号的强度；和

在所述GPS接收机正在接收的时间期间，将所述GPS接收机切换到具有较强信号的天线。

11.权利要求10的方法，其中所述切换步骤包括以下步骤：

当所述蜂窝电话机正在发射时，提供一个第一信号；

当所述GPS接收机从所述分集天线中接收到一个较强信号时，提供一个第二信号；和

对所述第一信号与所述第二信号进行逻辑或运算，以确定何时应当将所述GPS接收机切换到所述分集天线。

12.权利要求11的方法，还包括以下步骤：

当所述蜂窝电话收发信机停止发射时，使所述蜂窝电话机提供一个信号给所述GPS接收机；和

使所述GPS接收机延迟对卫星信号的搜索，直到接收到所述信号。

13.在安装有一个GPS接收机和一个四频带天线的蜂窝电话机中，一种改进结构，包括：

一个开关；和

一个分集天线，通过所述开关耦合到所述GPS接收机；

其中当所述蜂窝电话机正在发射时，所述开关将所述GPS接收机从所述四频带天线切换到所述分集天线。

14.权利要求13的改进结构，其中所述开关是可控制的，并且还包括：

用于控制所述开关的电路；

其中所述电路耦合到所述蜂窝电话机，并且进一步其中当所述蜂窝电话机正在发射时，所述电路从所述蜂窝电话机接收一个信号。

15.权利要求14的改进结构，其中所述GPS接收机耦合到所述蜂窝电话机，并且在所述GPS接收机中还包括装置，用于延迟卫星搜索的开始，直到所述蜂窝电话机的所述传输周期结束。

16.权利要求15的改进结构，还包括：

耦合到所述GPS接收机的电路，用于比较从所述四频带天线和所述分集天线接收到的信号的强度；

其中当所述蜂窝电话机正在发射或者当来自所述分集天线的所述信号强度强于来自所述四频带天线的所述信号强度时，用于控制所述开关的所述电路使所述GPS接收机从所述四频带天线切换到所述分集天线。

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