專利名稱：衛(wèi)星通信中的負(fù)荷共享的制作方法
相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求2004年3月17日提交的題目為“LINKDEGRADATION COMPENSATION THROUGH CAPACITYALLOCATION ADJUSTMENT”的U.S.臨時(shí)申請(qǐng)No.60/554,307以及2004年3月17日提交的題目為“RAIN BURDEN SHARING IN KaBAND MULTIBEAM SATELLITE DOWNLINKS”的U.S.臨時(shí)申請(qǐng)No.60/554,308的權(quán)益，在這里將這兩個(gè)臨時(shí)申請(qǐng)中的任何一個(gè)完全合并于此。
背景技術(shù)：
通常，需要高速、寬帶服務(wù)的因特網(wǎng)用戶可以在世界的許多地方使用DSL。在存在數(shù)字電纜容量的區(qū)域中，電纜調(diào)制解調(diào)器提供了另一種選擇。但是世界上甚至是在發(fā)達(dá)國(guó)家中還存在大面積的區(qū)域在可預(yù)測(cè)的未來(lái)中不存在上述兩種選擇。這些區(qū)域是人口密度相對(duì)稀疏的區(qū)域。在這些區(qū)域內(nèi)，從電話中心局引出的電纜的長(zhǎng)度往往很長(zhǎng)，這樣，就減慢了DSL的速度，并且進(jìn)而阻礙了DSL使用。同樣地，由于每個(gè)用戶的高昂成本，所以稀疏的人口密度也阻礙了數(shù)字電纜的安裝。據(jù)估計(jì)，在美國(guó)大概1億家庭中，有大約30％的家庭居住在這種區(qū)域。
衛(wèi)星服務(wù)看上去將是對(duì)該類人口進(jìn)行服務(wù)的簡(jiǎn)單自然的方式，并且實(shí)際上已經(jīng)開(kāi)展了某些這種業(yè)務(wù)。迄今為止的典型嘗試已經(jīng)使用了現(xiàn)存的Ku頻帶衛(wèi)星。這些衛(wèi)星具有大的大陸型波束(continental sizedbeams)，而不是多個(gè)小的波束。如果想要使用大波束來(lái)提供高速服務(wù)，那么每單位MHz可以服務(wù)的用戶數(shù)目變小，不經(jīng)濟(jì)實(shí)用。糾正該問(wèn)題的方式是眾所周知的。通過(guò)轉(zhuǎn)到多波束衛(wèi)星，可以獲得帶寬的有效復(fù)用，其中，多波束衛(wèi)星利用多個(gè)小的波束而不是一個(gè)大的波束來(lái)覆蓋大陸型區(qū)域?？梢栽诓煌牟ㄊ隙啻沃貜?fù)使用給定的頻帶，使得通過(guò)波束數(shù)目除以重用因子來(lái)對(duì)帶寬進(jìn)行有效復(fù)用。此外，這種多波束操作有效地避免了功率損耗。將具有相同功率的兩種不同衛(wèi)星進(jìn)行比較，第一種衛(wèi)星具有一個(gè)大的大陸型波束，而另一種衛(wèi)星具有多個(gè)小的波束，其覆蓋了與大的波束相同的區(qū)域，兩種衛(wèi)星產(chǎn)生相同的EIRP。
但是在所有其它情況相等的情況下，提供多個(gè)小的波束需要大幅增加衛(wèi)星孔徑尺寸。如果考慮數(shù)十個(gè)波束(比方說(shuō)40-60個(gè)波束)，那么孔徑尺寸將比當(dāng)今認(rèn)為實(shí)用的大多數(shù)Ku頻帶內(nèi)的孔徑尺寸大。因此，不得不使用Ka頻帶，其中，Ka頻帶是為FSS操作保留的、Ku頻帶之上的下一個(gè)頻帶。
然而，Ka頻帶引入了其自身的問(wèn)題，即高得多的雨致降級(jí)(degradation)。在Ku頻帶中雨致降級(jí)固然也很重要，但是在大多數(shù)情況下，通過(guò)使用若干dB的余量來(lái)提供足夠的可用性。然而，在Ka頻帶中，10dB或者更多dB的雨致降級(jí)并不是罕見(jiàn)的事件，并且簡(jiǎn)單地通過(guò)提供余量來(lái)克服雨致降級(jí)看起來(lái)是不切實(shí)際的。為在小于10％時(shí)間內(nèi)可能發(fā)生的雨致降級(jí)情況提供數(shù)十dB的功率余量是不切實(shí)際的并且是不經(jīng)濟(jì)的。期望可以在幾乎所有的環(huán)境情況下始終如一地提供通信鏈路，而無(wú)需借助于強(qiáng)迫應(yīng)用足夠克服環(huán)境降級(jí)的功率余量。

發(fā)明內(nèi)容
公開(kāi)了在結(jié)合了雨致負(fù)荷共享的網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)中對(duì)下行鏈路業(yè)務(wù)進(jìn)行處理的系統(tǒng)、裝置和方法。該系統(tǒng)和方法將時(shí)分復(fù)用、在大的動(dòng)態(tài)范圍上的可變速率編碼與來(lái)自用戶設(shè)備的恰當(dāng)反饋相結(jié)合。用戶設(shè)備可以將諸如信噪比的信號(hào)量度報(bào)告給諸如陸地網(wǎng)關(guān)的集線器。系統(tǒng)處理以信道上增加的時(shí)間部分對(duì)具有被降低的數(shù)據(jù)速率的用戶進(jìn)行補(bǔ)償。當(dāng)雨水穿過(guò)波束時(shí)，雨致負(fù)荷共享的效果是波束容量的減少，但是幾乎所有的用戶接收到恰好相同的服務(wù)質(zhì)量。
被公開(kāi)的是一種在通信信道中進(jìn)行負(fù)荷共享的方法，包括對(duì)相應(yīng)于多個(gè)用戶中的每個(gè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，為多個(gè)用戶中的每個(gè)取回幾乎相等數(shù)目的數(shù)據(jù)比特，確定相應(yīng)于多個(gè)用戶中的每個(gè)的編碼速率，以相應(yīng)于多個(gè)用戶中的每個(gè)的編碼速率對(duì)數(shù)據(jù)比特進(jìn)行編碼，以及在無(wú)線通信信道上將被編碼的比特時(shí)間復(fù)用到多個(gè)用戶。
同時(shí)公開(kāi)的是一種在通信信道中進(jìn)行負(fù)荷共享的方法，包括為第一個(gè)用戶緩存數(shù)據(jù)，取回至少部分被緩存的數(shù)據(jù)，為被取回的緩存數(shù)據(jù)部分確定編碼速率，以編碼速率對(duì)被取回的緩存數(shù)據(jù)部分進(jìn)行編碼以便生成被編碼的數(shù)據(jù)，至少部分基于編碼速率來(lái)確定時(shí)隙持續(xù)時(shí)間，以及將被編碼的數(shù)據(jù)與用于不同于第一個(gè)用戶的用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間復(fù)用。
在另一方面中，在通信信道中進(jìn)行負(fù)荷共享的方法包括對(duì)相應(yīng)于多個(gè)用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存；訪問(wèn)其中存儲(chǔ)了用于第一個(gè)用戶的數(shù)據(jù)的第一個(gè)緩沖器；確定將要從第一個(gè)緩沖器中被取回?cái)?shù)據(jù)的數(shù)據(jù)塊大??；從第一個(gè)緩沖器取回相應(yīng)于數(shù)據(jù)塊大小的數(shù)據(jù)；部分基于信號(hào)量度來(lái)確定將要應(yīng)用于取回?cái)?shù)據(jù)的編碼速率，其中從第一個(gè)用戶所接收到的Ka頻帶衛(wèi)星信號(hào)得到所述信號(hào)量度；對(duì)被取回的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼以便生成被編碼的數(shù)據(jù)；將被編碼的數(shù)據(jù)與用于其他用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間復(fù)用，以便生成時(shí)間復(fù)用數(shù)據(jù)；以及將時(shí)間復(fù)用的數(shù)據(jù)發(fā)送到衛(wèi)星，其中將所述衛(wèi)星配置為在多個(gè)衛(wèi)星波束的一個(gè)波束中將Ka頻帶前向鏈路信號(hào)發(fā)送到第一個(gè)用戶。
在另一方面中，所公開(kāi)的內(nèi)容包括用于在通信信道中進(jìn)行負(fù)荷共享的裝置，包括多個(gè)緩沖器，將每個(gè)緩沖器配置為存儲(chǔ)用于多個(gè)用戶中相應(yīng)一個(gè)用戶的數(shù)據(jù)；編碼器，將該編碼器配置為以時(shí)間復(fù)用的方式從多個(gè)緩沖器的每個(gè)中取回對(duì)應(yīng)于額定數(shù)據(jù)塊大小的數(shù)據(jù)，并且基于控制信號(hào)以多種編碼速率中的一種對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，以便生成時(shí)間復(fù)用編碼數(shù)據(jù)；速率控制模塊，將其連接到編碼器，并且將其配置為從多個(gè)用戶中的每個(gè)取回信號(hào)量度，并且基于所接收的信號(hào)量度為編碼器生成控制信號(hào)。


結(jié)合附圖，從下文的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的實(shí)施例的特征、目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加顯見(jiàn)，其中，類似的部件具有類似的參考標(biāo)號(hào)。
圖1A是實(shí)現(xiàn)負(fù)荷共享的無(wú)線通信系統(tǒng)的實(shí)施例的功能性方框圖；圖1B是衰落斜率統(tǒng)計(jì)曲線圖；圖2是配置為用于負(fù)荷共享的衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)的實(shí)施例的功能性方框圖；圖3是用于負(fù)荷共享的過(guò)程的實(shí)施例的流程圖；圖4是用于在負(fù)荷共享系統(tǒng)中確定編碼速率的過(guò)程的實(shí)施例的流程圖；圖5是被測(cè)量的雨致衰減的曲線圖；圖6是波束容量變化的曲線圖；圖7是雨速率分布的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
公開(kāi)了用于實(shí)現(xiàn)雨致負(fù)荷共享的系統(tǒng)、裝置和方法。雨致負(fù)荷共享系統(tǒng)可以在幾乎無(wú)余量的Ka頻帶衛(wèi)星的下行鏈路上提供高可用性、高速的服務(wù)。
通信系統(tǒng)可以在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)負(fù)荷共享，其中，在所述系統(tǒng)中，多個(gè)用戶在通信信道上進(jìn)行時(shí)分復(fù)用?？梢詫⑾到y(tǒng)配置為為每個(gè)用戶改變數(shù)據(jù)的編碼速率。可以將系統(tǒng)配置為以足夠提供預(yù)定編碼增益量的量來(lái)改變編碼速率。
對(duì)于特定的用戶，系統(tǒng)基于該用戶經(jīng)歷的信號(hào)質(zhì)量調(diào)節(jié)編碼速率。為了對(duì)抗增加的編碼增益對(duì)用戶所經(jīng)歷的數(shù)據(jù)速率的不利影響，還可以將系統(tǒng)配置為改變分配給每個(gè)用戶的時(shí)隙持續(xù)時(shí)間。這樣，系統(tǒng)可以以與應(yīng)用于信道的編碼增益成反比例的方式分配時(shí)隙持續(xù)時(shí)間。也就是說(shuō)，系統(tǒng)可以分配時(shí)隙持續(xù)時(shí)間，該時(shí)隙持續(xù)時(shí)間與編碼速率的倒數(shù)線性地成比例。因?yàn)樗械臅r(shí)間復(fù)用用戶共享信道了，所以分配給任何特定用戶的增加的持續(xù)時(shí)間稍微降低了所有其他用戶的性能。因此，由其他多個(gè)用戶對(duì)由一個(gè)用戶引起的性能降級(jí)有效地進(jìn)行補(bǔ)償，使得信道的所有時(shí)間復(fù)用用戶所經(jīng)歷的性能總變化最小。
圖1A是衛(wèi)星通信系統(tǒng)100的實(shí)施例的功能性方框圖，將該衛(wèi)星通信系統(tǒng)100配置為提供負(fù)荷共享。衛(wèi)星通信系統(tǒng)100包括陸地基站，這里被稱為網(wǎng)關(guān)120。網(wǎng)關(guān)120可以提供到網(wǎng)絡(luò)150的接口，該網(wǎng)絡(luò)150可以在衛(wèi)星通信系統(tǒng)100的外部。網(wǎng)關(guān)120和網(wǎng)絡(luò)150之間的接口可以包括有線鏈路以及無(wú)線鏈路。例如，網(wǎng)絡(luò)150可以是局域網(wǎng)(LAN)或諸如因特網(wǎng)的廣域網(wǎng)(WAN)。
還可以將網(wǎng)關(guān)120配置為與衛(wèi)星130接口。在一些實(shí)施例中，可以將網(wǎng)關(guān)120配置為與多個(gè)衛(wèi)星接口。網(wǎng)關(guān)120在第一個(gè)通信頻帶內(nèi)的通信鏈路上與衛(wèi)星130進(jìn)行通信。例如，第一個(gè)通信頻帶可以是Ka頻帶、Ku頻帶、S頻帶、L頻帶、或者某些其它通信頻帶。
被連接到網(wǎng)絡(luò)150的源(未示出)可以將信息提供給網(wǎng)關(guān)120，網(wǎng)關(guān)120將該信息中繼到用戶設(shè)備110。網(wǎng)關(guān)120在第一個(gè)前向鏈路信道上將信息傳送到衛(wèi)星130，并且衛(wèi)星130在第二個(gè)前向鏈路信道上將該信息中繼到用戶設(shè)備110。
可以將衛(wèi)星130配置為具有一個(gè)或多個(gè)波束，每個(gè)波束輻射了相應(yīng)的區(qū)域140a-140g。圖1A示出了由衛(wèi)星130支持的多個(gè)區(qū)域140a-140g，但是為了清楚起見(jiàn)，僅對(duì)一個(gè)波束進(jìn)行了說(shuō)明。
可以將衛(wèi)星130配置為將前向鏈路信息中繼到位于區(qū)域之一140b內(nèi)的用戶設(shè)備110。例如，從衛(wèi)星130到用戶設(shè)備110的前向鏈路通信可以在Ka或Ku頻帶內(nèi)，或者在被分配的某些其它頻譜部分內(nèi)。
例如，用戶設(shè)備110可以是計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、終端、電話、個(gè)人數(shù)字助理、以及類似的或者某些其它通信設(shè)備。用戶設(shè)備110可以是靜止的或者可以是移動(dòng)的，并且可以在區(qū)域140a-140g之間移動(dòng)。
用戶設(shè)備110可以在反向鏈路信道上與連接到網(wǎng)絡(luò)150的設(shè)備(未示出)進(jìn)行通信，該反向鏈路信道通過(guò)衛(wèi)星將用戶設(shè)備110連接到網(wǎng)關(guān)120。用戶設(shè)備110可以生成數(shù)據(jù)、對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、或者從外部設(shè)備(未示出)接收數(shù)據(jù)，并且可以使用所分配頻帶內(nèi)的反向鏈路信道將信息發(fā)送到衛(wèi)星130，例如，所述反向鏈路信道可以在Ka或Ku頻帶內(nèi)。用戶設(shè)備110可以使用內(nèi)部收發(fā)機(jī)與衛(wèi)星進(jìn)行通信。然而，在更典型的情況下，收發(fā)機(jī)位于用戶設(shè)備110外部的小型地球站內(nèi)(未示出)。用戶設(shè)備110可以使用諸如有線鏈路與收發(fā)機(jī)進(jìn)行通信，并且收發(fā)機(jī)可以直接與衛(wèi)星130進(jìn)行通信。衛(wèi)星130進(jìn)而將反向鏈路信號(hào)中繼到網(wǎng)關(guān)120。
衛(wèi)星通信系統(tǒng)100可以將幾乎相同的帶寬分配給前向和反向鏈路，或者可以將不同的帶寬分配給這兩個(gè)鏈路。例如，可以將諸如因特網(wǎng)訪問(wèn)的應(yīng)用的特征歸結(jié)為前向鏈路通信占主要優(yōu)勢(shì)，反向鏈路信息量相對(duì)較低。在這種系統(tǒng)中，可以為前向鏈路分配比反向鏈路更大的帶寬。
可以將網(wǎng)關(guān)120和衛(wèi)星130配置為同時(shí)支持位于區(qū)域140a-140g內(nèi)的多個(gè)用戶設(shè)備110。在任何給定時(shí)間，例如，在區(qū)域140b內(nèi)的用戶設(shè)備110可能經(jīng)歷信號(hào)衰落，該信號(hào)衰落歸因于諸如雨天的環(huán)境狀況。然而，其它用戶設(shè)備(未示出)可能不受同樣雨致衰落的影響，并且可能經(jīng)歷完全不同的環(huán)境狀況。
通過(guò)改變被提供給正在經(jīng)歷衰落的用戶設(shè)備110的信息的編碼速率，網(wǎng)關(guān)120可以繼續(xù)支持到用戶設(shè)備的通信，所述用戶設(shè)備包括受雨致衰落影響的任何用戶設(shè)備110。通過(guò)為到正在經(jīng)歷衰落的用戶設(shè)備110的信息傳輸分配更多的時(shí)間，網(wǎng)關(guān)120可以同時(shí)在多個(gè)用戶上對(duì)衰落負(fù)荷進(jìn)行共享。通過(guò)在所有用戶之間對(duì)負(fù)荷進(jìn)行共享并且使用不同的編碼增益，可以使衛(wèi)星130所需的功率余量達(dá)到最優(yōu)化。
將衛(wèi)星通信系統(tǒng)100配置為為到諸如因特網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)通信提供支持，該衛(wèi)星通信系統(tǒng)100可以包括下行鏈路，將該下行鏈路與從給定信道進(jìn)行接收的各個(gè)用戶所用的不同時(shí)間段進(jìn)行時(shí)分復(fù)用。這些時(shí)間段可以由IP分組或這些分組的子部分組成。術(shù)語(yǔ)“時(shí)分復(fù)用”不是想要指時(shí)隙之間的任何固定關(guān)系。相反，時(shí)隙可長(zhǎng)可短，并且可以以自由混合的方式尋址到不同的用戶。
除了當(dāng)發(fā)送隊(duì)列為空時(shí)、當(dāng)發(fā)送零功率或低功率時(shí)之外，可以將每個(gè)信道的功率配置為保持不變。當(dāng)沒(méi)有業(yè)務(wù)要發(fā)送時(shí)，以全功率進(jìn)行發(fā)送(例如，通過(guò)發(fā)送無(wú)效字符)將對(duì)正在重新使用該頻率的其它波束造成不必要的干擾。為了克服雨致降級(jí)效應(yīng)，改變編碼速率。
通過(guò)實(shí)現(xiàn)編碼速率的自動(dòng)變化以便克服降級(jí)，衛(wèi)星通信系統(tǒng)100使用可變速率以便克服雨天的影響。有利地，編碼速率變化足夠大以便創(chuàng)建非常大動(dòng)態(tài)范圍的編碼增益。
通過(guò)在用戶設(shè)備110處對(duì)諸如信噪比(SNR)的信號(hào)量度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)并且在反向鏈路上周期性地將該信息發(fā)回網(wǎng)關(guān)120，確保編碼速率的自動(dòng)變化。網(wǎng)關(guān)使用該信號(hào)量度，以便允許其確定對(duì)應(yīng)于最低編碼開(kāi)銷的最高編碼速率，該最高編碼速率將確保符合錯(cuò)誤率需求。
可以將用戶設(shè)備110配置為周期性地確定來(lái)自前向鏈路數(shù)據(jù)的信號(hào)量度，并且可以將該信號(hào)量度返回到網(wǎng)關(guān)120。信號(hào)量度不限制于SNR，而可以是與服務(wù)質(zhì)量相關(guān)的任何信號(hào)量度。例如，信號(hào)量度可以是諸如誤符號(hào)率或者誤比特率的誤數(shù)據(jù)率。
因?yàn)樵诜聪蜴溌沸诺郎蟼魉托盘?hào)量度消耗了部分可用反向鏈路帶寬，所以最好對(duì)信號(hào)量度中所提供的信息量進(jìn)行最小化。然而，最好以足夠補(bǔ)償期望變化環(huán)境影響的時(shí)間周期傳送信號(hào)量度。
圖1B示出了雨致衰落斜率(fade slope)統(tǒng)計(jì)的曲線圖。數(shù)據(jù)來(lái)自在美國(guó)弗吉尼亞州的雷斯頓(Reston Va.USA)，運(yùn)行在20GHz的接收機(jī)上對(duì)雨致降級(jí)進(jìn)行5年測(cè)量的有價(jià)值的數(shù)據(jù)。統(tǒng)計(jì)可以代表當(dāng)從衛(wèi)星130到用戶設(shè)備110的前向鏈路信號(hào)大約是20GHz時(shí)，圖1A中衛(wèi)星通信系統(tǒng)100內(nèi)的用戶設(shè)備110所經(jīng)歷的雨致衰落統(tǒng)計(jì)。
曲線圖示出了雨致衰落斜率(dB/秒)足夠小，使得可以以大約每1/2秒的周期發(fā)送信號(hào)量度信息。使用該被更新的周期，信號(hào)量度精確到小于一個(gè)dB余量的可能性很高。由于由信號(hào)降級(jí)在用于報(bào)告信號(hào)量度的往返時(shí)間上的變化以及改變編碼速率所引起的信息“陳舊”，信號(hào)量度可能是不準(zhǔn)確的。將SNR用作信號(hào)量度，并且使用大約1/2秒的更新周期，時(shí)隙內(nèi)由低于期望的SNR引起的錯(cuò)誤概率非常小。
實(shí)際上，允許十分之幾dB的余量以便允許信號(hào)量度判決中的錯(cuò)誤，例如SNR測(cè)量中的錯(cuò)誤，這可以是有利的。但是總共大約1dB的余量將足夠了，并且在衛(wèi)星通信系統(tǒng)100中通常是足夠的余量。
如上文所指出的，衛(wèi)星通信系統(tǒng)100可能需要提供大動(dòng)態(tài)范圍的編碼速率以便提供高可用性。例如，可以將網(wǎng)關(guān)120配置為提供15dB范圍的編碼增益。然而，一旦編碼速率下降到0.2或0.25，對(duì)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，進(jìn)行符號(hào)重復(fù)可以是更有效率的。合并了符號(hào)重復(fù)的系統(tǒng)以簡(jiǎn)單成比例的方式用較長(zhǎng)的時(shí)隙換取較低的SNR。然而，通過(guò)改變高于0.2的編碼速率來(lái)改變編碼增益可以比符號(hào)重復(fù)更加有效率。用戶設(shè)備110可以經(jīng)歷相當(dāng)大范圍的瞬時(shí)數(shù)據(jù)速率(與編碼速率不同)。但是數(shù)據(jù)速率變化通常小于編碼速率增益內(nèi)15dB的范圍。
改變編碼增益提供了高級(jí)別的可用性。然而，在大雨期間由于編碼增益的增加，數(shù)據(jù)速率顯著地減緩。如之前所討論的，衛(wèi)星通信系統(tǒng)100實(shí)行雨致負(fù)荷共享，以便防止任何單一用戶經(jīng)歷服務(wù)質(zhì)量的顯著下降。
衛(wèi)星通信系統(tǒng)100，特別是為鏈路傳輸卸載發(fā)送隊(duì)列的網(wǎng)關(guān)120，與數(shù)據(jù)速率的減少成比例地增加用戶時(shí)隙。如果為沒(méi)有因?yàn)橛晏煲鸾导?jí)的用戶分配了長(zhǎng)度為T(mén)的時(shí)隙，那么如果由因子β造成了速率減少，就為同一個(gè)用戶分配擴(kuò)展到持續(xù)時(shí)間βT的時(shí)隙。
為了理解這對(duì)系統(tǒng)內(nèi)用戶的影響，回憶起前向信道是時(shí)間共享的并且被許多用戶所共享?？梢詫⑿诺琅渲脼椴辉谟晏鞎r(shí)以幾十Mbps進(jìn)行發(fā)送。通常，沒(méi)有一個(gè)用戶曾經(jīng)占用鏈路上的一小部分時(shí)間。如用戶所感知到的，在數(shù)據(jù)速率中經(jīng)歷十倍減少并且在時(shí)隙長(zhǎng)度中經(jīng)歷十倍增加的用戶在性能上沒(méi)有經(jīng)歷任何變化。衛(wèi)星通信系統(tǒng)100依賴這樣一種可能性，即在時(shí)間內(nèi)的任何一個(gè)時(shí)刻上，在任何衛(wèi)星波束中僅一小部分用戶經(jīng)歷暴雨。
考慮下列假定的例子。假定一個(gè)波束內(nèi)信道的99％的用戶未受到雨天的影響，并且假定1％的用戶由雨水引起的降級(jí)足夠大以致需要時(shí)隙成十倍增加。因?yàn)榫幋a增益不是編碼速率的線性函數(shù)，所以時(shí)隙中的該差異可以對(duì)應(yīng)于實(shí)際上大于10dB的降級(jí)。這樣，將負(fù)荷共享系統(tǒng)中這1％的用戶配置為將負(fù)荷施加到系統(tǒng)上，其中，該負(fù)荷等價(jià)于未受雨天影響的10％的用戶將施加到系統(tǒng)上的負(fù)荷。
因?yàn)橥ㄟ^(guò)對(duì)受雨天影響的用戶的時(shí)隙進(jìn)行擴(kuò)展使得他們變?yōu)橐粋€(gè)整體，所以所有的用戶幾乎經(jīng)歷相同的服務(wù)速度，但是系統(tǒng)響應(yīng)的進(jìn)行類似于系統(tǒng)未經(jīng)歷雨天，而是增加了大約10％(實(shí)際上9＝10-1％)的用戶。對(duì)其進(jìn)行等價(jià)看待的方式為用戶都具有相同的服務(wù)，并且波束的容量被有效地減少了10％。通過(guò)使相對(duì)未受雨天影響的用戶為了那些受雨天負(fù)面影響的用戶的利益而放棄容量，從而使得所有用戶獲得幾乎相同的服務(wù)速度，因此使雨致負(fù)荷共享起作用。通過(guò)當(dāng)雨水移動(dòng)穿過(guò)波束時(shí)出現(xiàn)的波束容量的減少，他們放棄該容量。典型地，在時(shí)間內(nèi)的任何時(shí)刻上，僅相對(duì)一小部分用戶受到雨天非常負(fù)面的影響，即大雨是非常局部的，并且雨越大受影響的區(qū)域越小。
隨著雨致負(fù)荷共享方法的實(shí)施，所有用戶獲得幾乎相同的服務(wù)速度，但是他們?cè)诓ㄊ蛐诺郎蠈?duì)服務(wù)進(jìn)行共享，而所述波束或信道本身的容量具有波動(dòng)。如果雨致降級(jí)超過(guò)了最大范圍，那么可能中斷對(duì)某些用戶的服務(wù)。隨著雨水通過(guò)波束，總?cè)萘繉p少，但是典型地，不會(huì)減少很多。
服務(wù)中的該波動(dòng)就是因特網(wǎng)訪問(wèn)所經(jīng)歷和預(yù)期的那種服務(wù)。從其本質(zhì)來(lái)看，因特網(wǎng)訪問(wèn)是一種“盡力而為”的服務(wù)。由于在用戶進(jìn)行尋址的服務(wù)器上的擁塞或者由于在客戶和服務(wù)器之間的中間鏈路上的阻塞，用戶可能經(jīng)歷延遲。與通過(guò)波束的雨水有關(guān)的所增加的延遲以及伴隨而來(lái)的容量減少僅是無(wú)規(guī)則延遲的一個(gè)附加源，并且對(duì)于任何特定的用戶，很難在完成處理過(guò)程中通常的延遲變化內(nèi)對(duì)其進(jìn)行辨別。
圖2是網(wǎng)關(guān)120的實(shí)施例的功能性方框圖，可以將其實(shí)現(xiàn)為圖1A的衛(wèi)星通信系統(tǒng)100中的網(wǎng)關(guān)120。將網(wǎng)關(guān)120配置為在前向鏈路信道中實(shí)現(xiàn)如上文所討論的雨致負(fù)荷共享以及相關(guān)的編碼速率變化。
網(wǎng)關(guān)120包括多個(gè)緩沖器210a-210n，將該多個(gè)緩沖器210a-210n配置為存儲(chǔ)將要發(fā)送給多個(gè)用戶設(shè)備的前向鏈路數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施例中，例如，網(wǎng)關(guān)120將緩沖器210a動(dòng)態(tài)地分配給每個(gè)用戶設(shè)備，為該用戶設(shè)備建立通信鏈路并且為該用戶設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行排隊(duì)。這樣，隨著用戶設(shè)備通過(guò)網(wǎng)關(guān)120連接到網(wǎng)絡(luò)或遠(yuǎn)程設(shè)備或者與網(wǎng)絡(luò)或遠(yuǎn)程設(shè)備斷開(kāi)連接，網(wǎng)關(guān)120可以分配或者移除緩沖器210a-210n。網(wǎng)關(guān)120可以在每個(gè)緩沖器210a-210n內(nèi)分配恒定的空間數(shù)量，或者可以基于進(jìn)行發(fā)送排隊(duì)的信息量來(lái)分配空間。
網(wǎng)關(guān)120可以對(duì)緩沖器210a-210n進(jìn)行時(shí)間復(fù)用，并且因此根據(jù)預(yù)定的時(shí)間復(fù)用過(guò)程或方法訪問(wèn)前向鏈路通信信道。在一個(gè)實(shí)施例中，可以將網(wǎng)關(guān)120配置為以循環(huán)方式連續(xù)地提供到前向鏈路信道的訪問(wèn)。在其他實(shí)施例中，可以為用戶設(shè)備分配優(yōu)先級(jí)，并且網(wǎng)關(guān)120可以部分基于優(yōu)先級(jí)來(lái)提供到前向鏈路通信信道的訪問(wèn)。例如，可以為與第一個(gè)緩沖器210a相關(guān)的第一個(gè)用戶設(shè)備分配更高的優(yōu)先級(jí)，該優(yōu)先級(jí)高于與第二個(gè)緩沖器210b相關(guān)的第二個(gè)用戶設(shè)備以及與第三個(gè)緩沖器210c相關(guān)的第三個(gè)用戶設(shè)備?？梢詫⒕W(wǎng)關(guān)120配置為從第一個(gè)緩沖器210a取回?cái)?shù)據(jù)，并且提供第一個(gè)用戶設(shè)備到前向鏈路信道的訪問(wèn)，該訪問(wèn)比第二個(gè)或第三個(gè)用戶設(shè)備到前向鏈路信道的訪問(wèn)更加頻繁。例如，可以將網(wǎng)關(guān)120配置為訪問(wèn)第一個(gè)緩沖器210a、第二個(gè)緩沖器210b，隨后，在訪問(wèn)第三個(gè)緩沖器210c之前再次訪問(wèn)第一個(gè)緩沖器210a。網(wǎng)關(guān)120還可以實(shí)現(xiàn)某些其它時(shí)間復(fù)用過(guò)程或方法。
網(wǎng)關(guān)120包括多路復(fù)用器220，可以對(duì)該多路復(fù)用器220進(jìn)行控制以便有選擇地連接緩沖器210a-210n中的一個(gè)緩沖器。將多路復(fù)用器220的輸出連接到編碼器230，可以對(duì)該編碼器230進(jìn)行配置以便使用多個(gè)編碼速率之一對(duì)被選擇的緩沖器數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。最好將編碼器230配置為具有編碼速率選擇，以便提供足夠?qū)︽溌分蓄A(yù)期范圍的降級(jí)或衰落進(jìn)行補(bǔ)償?shù)木幋a增益范圍?？蛇x地，可以將編碼器230配置為提供符號(hào)重復(fù)，作為采用低編碼速率的替換方法。將編碼器230的輸出連接到發(fā)射機(jī)242，將該發(fā)射機(jī)242配置為將前向鏈路信號(hào)發(fā)送到衛(wèi)星，以將前向鏈路信號(hào)傳送到被衛(wèi)星波束所輻射區(qū)域內(nèi)的相應(yīng)用戶設(shè)備。
網(wǎng)關(guān)120還包括接收機(jī)244，將該接收機(jī)244配置為對(duì)由衛(wèi)星中繼的反向鏈路信號(hào)進(jìn)行接收。與網(wǎng)關(guān)120進(jìn)行通信的每個(gè)用戶設(shè)備可以確定諸如SNR的信號(hào)量度，并且可以在反向鏈路信道上通過(guò)衛(wèi)星將該信號(hào)量度發(fā)送回網(wǎng)關(guān)120。
可以將接收機(jī)244配置為對(duì)信號(hào)量度進(jìn)行解調(diào)，并且將信號(hào)量度提供給速率控制模塊250。可以將速率控制模塊250配置為部分基于信號(hào)量度來(lái)確定合適的編碼速率?？梢詫⑺俾士刂颇K250配置為將合適的控制信號(hào)或消息提供給編碼器230，以對(duì)編碼器230進(jìn)行配置以便以合適的編碼速率對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。還可以將接收機(jī)244配置為將反向鏈路數(shù)據(jù)耦合到目的設(shè)備。然而，為清楚起見(jiàn)，在圖2中沒(méi)有示出這種反向鏈路處理。
網(wǎng)關(guān)120還可以包括處理器262，將該處理器262連接到存儲(chǔ)器264。存儲(chǔ)器264可以包括一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備，并且可以將其配置為以軟件的形式存儲(chǔ)處理器可讀指令。可以將處理器262配置為對(duì)存儲(chǔ)器264進(jìn)行訪問(wèn)并且執(zhí)行軟件。
與存儲(chǔ)器264結(jié)合的處理器262可以執(zhí)行對(duì)緩沖器數(shù)據(jù)的時(shí)間復(fù)用進(jìn)行控制的過(guò)程。另外，可以將處理器262和存儲(chǔ)器264配置為實(shí)現(xiàn)某些其它模塊的部分或全部功能，該某些其它模塊包括但是不限制于緩沖器210a-210n、多路復(fù)用器220、編碼器230、以及速率控制模塊250。
在圖2的網(wǎng)關(guān)120的實(shí)施例的例子中，可以將n個(gè)緩沖器210a-210n配置為對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，其中，將要在前向鏈路上將所述數(shù)據(jù)傳送到n個(gè)相應(yīng)的用戶設(shè)備，所述n個(gè)相應(yīng)的用戶設(shè)備運(yùn)行在由衛(wèi)星支持的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域內(nèi)，所述衛(wèi)星與網(wǎng)關(guān)120進(jìn)行通信。網(wǎng)關(guān)120以循環(huán)的方式訪問(wèn)緩沖器210a-210n，在第二次訪問(wèn)另一個(gè)緩沖器之前至少訪問(wèn)了每個(gè)緩沖器一次。
將網(wǎng)關(guān)120配置為在接收機(jī)244處對(duì)來(lái)自反向鏈路信道上的第一個(gè)用戶設(shè)備的信號(hào)量度進(jìn)行接收。例如，信號(hào)量度可以是在用戶設(shè)備處所確定的前向鏈路信號(hào)的SNR。接收機(jī)244可以將信號(hào)量度耦合到速率控制模塊250。速率控制模塊250可以確定相應(yīng)的編碼速率，將該編碼速率用于被發(fā)送到第一個(gè)用戶設(shè)備的前向鏈路數(shù)據(jù)的下一個(gè)時(shí)隙。在一個(gè)實(shí)施例中，速率控制模塊250可以包括編碼速率以及對(duì)應(yīng)于每個(gè)編碼速率的SNR范圍的查找表。
可以將多路復(fù)用器220配置為將第一個(gè)緩沖器210a連接到編碼器230?？梢詫⒕幋a器230配置為基于之前所接收到的信號(hào)量度以多種編碼速率之一對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。還可以將多路復(fù)用器220配置為繼續(xù)將第一個(gè)緩沖器210a連接到編碼器230一段時(shí)期，該段時(shí)期至少部分取決于編碼器230所采用的編碼速率。因此，如果將編碼器230配置為提供大約是標(biāo)稱編碼速率一半的編碼速率，那么可以將多路復(fù)用器220配置為將第一個(gè)緩沖器210a連接到編碼器230大約兩倍于標(biāo)稱時(shí)隙持續(xù)時(shí)間。通常，可以將多路復(fù)用器220配置為分配等于標(biāo)稱時(shí)隙持續(xù)時(shí)間的時(shí)隙持續(xù)時(shí)間，該時(shí)隙持續(xù)時(shí)間反比于在時(shí)隙期間所采用的編碼速率。
可以將多路復(fù)用器220配置為通過(guò)根據(jù)某時(shí)間參考對(duì)訪問(wèn)進(jìn)行同步來(lái)提供所分配的持續(xù)時(shí)間的訪問(wèn)。在另一個(gè)實(shí)施例中，多路復(fù)用器220可以為存儲(chǔ)在諸如210a的緩沖器中的預(yù)定數(shù)目的比特或符號(hào)提供訪問(wèn)。因此，如果編碼器230取回x數(shù)目的比特，那么無(wú)論編碼速率是多少，發(fā)送x數(shù)目的比特所需要的時(shí)間大約與編碼速率成比例。由于可能的開(kāi)銷比特或者由于碼字的特殊結(jié)構(gòu)，所以時(shí)間可以完全或者大約與編碼速率成比例。
根據(jù)相關(guān)的編碼速率僅大概確定了時(shí)隙持續(xù)時(shí)間。例如，如果緩沖器210a幾乎為空并且緩沖器210a中剩余的數(shù)據(jù)小于標(biāo)稱時(shí)隙內(nèi)比特或符號(hào)的某個(gè)預(yù)定比例分?jǐn)?shù)，那么處理器262可以對(duì)多路復(fù)用器220進(jìn)行配置，以便提供到特定緩沖器210a的連續(xù)訪問(wèn)。在其它情況下，如果緩沖器存儲(chǔ)了少于填充時(shí)隙所需的比特或符號(hào)，那么時(shí)隙可以短于標(biāo)稱時(shí)隙持續(xù)時(shí)間的整數(shù)倍。可替換地，為了允許開(kāi)銷比特的傳輸，處理器262可以對(duì)多路復(fù)用器220進(jìn)行配置，以便提供小于標(biāo)稱時(shí)隙持續(xù)時(shí)間整數(shù)倍的時(shí)隙持續(xù)時(shí)間。
因此，在例如只有與第一個(gè)緩沖器210a相關(guān)的單一用戶經(jīng)歷雨致衰落的情況下，可以將網(wǎng)關(guān)120配置為連續(xù)地提供到每個(gè)緩沖器210b-210n訪問(wèn)標(biāo)稱時(shí)隙持續(xù)時(shí)間，并且可以將網(wǎng)關(guān)120配置為提供到第一個(gè)緩沖器210a訪問(wèn)更長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間，該更長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間由所接收的信號(hào)量度部分確定。
圖3是用于在時(shí)間復(fù)用通信信道中進(jìn)行負(fù)荷共享的過(guò)程300的實(shí)施例的流程圖。例如，可以通過(guò)圖1A或圖2中所示的網(wǎng)關(guān)120來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)程300。
過(guò)程300開(kāi)始于方框310，其中.使用諸如與多路復(fù)用器相連的處理器和存儲(chǔ)器的網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度設(shè)置為默認(rèn)的數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度。默認(rèn)的數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)于從每個(gè)緩沖器取回的比特或符號(hào)的標(biāo)稱數(shù)目?；跇?biāo)稱編碼速率，默認(rèn)的數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度還對(duì)應(yīng)于標(biāo)稱時(shí)隙。
在設(shè)置了標(biāo)稱數(shù)據(jù)塊數(shù)目之后，網(wǎng)關(guān)緊接著訪問(wèn)第一個(gè)緩沖器312?？梢詫⒍嗦窂?fù)用器配置為將第一個(gè)緩沖器連接到編碼器。在方框320中，網(wǎng)關(guān)確定編碼速率，將該編碼速率應(yīng)用到來(lái)自第一個(gè)緩沖器的數(shù)據(jù)。如果數(shù)據(jù)代表了被發(fā)送到相關(guān)用戶設(shè)備的初始前向鏈路數(shù)據(jù)，那么網(wǎng)關(guān)可以選擇標(biāo)稱編碼速率?？商鎿Q地，如果網(wǎng)關(guān)已經(jīng)從第一個(gè)用戶設(shè)備接收了信號(hào)量度，那么網(wǎng)關(guān)可以基于被接收的信號(hào)量度來(lái)確定編碼速率。
在確定信號(hào)量度之后，網(wǎng)關(guān)繼續(xù)進(jìn)行到方框330并且確定將要被發(fā)送的實(shí)際數(shù)據(jù)塊大小。如上文所討論的，由于開(kāi)銷比特或緩沖器內(nèi)容，實(shí)際數(shù)據(jù)塊大小可以與標(biāo)稱數(shù)據(jù)塊大小不同。
網(wǎng)關(guān)繼續(xù)進(jìn)行到方框340并且取回足夠構(gòu)成之前所確定的數(shù)據(jù)塊大小的數(shù)據(jù)。例如，編碼器可以以比發(fā)送數(shù)據(jù)速率高得多的某個(gè)速率從緩沖器取回?cái)?shù)據(jù)，使得可以在將時(shí)隙分配給被編碼的數(shù)據(jù)之前對(duì)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼。
網(wǎng)關(guān)繼續(xù)進(jìn)行到方框350，并且使用之前處理步驟中所確定的碼字和編碼速率利用編碼器對(duì)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼。在對(duì)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼之后，網(wǎng)關(guān)繼續(xù)進(jìn)行到方框352并且使用發(fā)射機(jī)將被編碼的數(shù)據(jù)塊發(fā)送到衛(wèi)星。衛(wèi)星進(jìn)而將被編碼的數(shù)據(jù)塊發(fā)送到相關(guān)的用戶設(shè)備。
網(wǎng)關(guān)繼續(xù)進(jìn)行到判決方框360，以便確定是否有更多具有排隊(duì)數(shù)據(jù)的用戶。如果有，網(wǎng)關(guān)繼續(xù)進(jìn)行到方框362并且訪問(wèn)被分配給用戶設(shè)備的下一個(gè)緩沖器。隨后，網(wǎng)關(guān)返回方框320并且對(duì)存儲(chǔ)在緩沖器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
返回判決方框360，如果網(wǎng)關(guān)確定已經(jīng)訪問(wèn)了所有的用戶，即網(wǎng)關(guān)確定已經(jīng)訪問(wèn)了所有的緩沖器，那么網(wǎng)關(guān)繼續(xù)進(jìn)行到判決方框370。
在判決方框370中，網(wǎng)關(guān)確定是否所有的緩沖器為空。即網(wǎng)關(guān)確定是否存在排隊(duì)在任何緩沖器中的任何額外數(shù)據(jù)。如果是，網(wǎng)關(guān)繼續(xù)進(jìn)行到方框380并且完成過(guò)程300。
返回判決方框370，如果并非所有的緩存器都是空的，那么網(wǎng)關(guān)返回方框312并且訪問(wèn)第一個(gè)緩沖器。因?yàn)檎谠L問(wèn)系統(tǒng)的用戶設(shè)備可以改變并且某些緩沖器可以清空，所以對(duì)于過(guò)程300的每個(gè)循環(huán)，與每個(gè)緩沖器有關(guān)的緩沖器和用戶設(shè)備的數(shù)目可以改變。
圖4是用于確定碼速率的過(guò)程320的實(shí)施例的流程圖，所述編碼速率是諸如圖3的流程圖中所示或者圖1A或圖2的網(wǎng)關(guān)中所執(zhí)行的編碼速率。過(guò)程開(kāi)始于判決方框410，其中諸如速率控制模塊中的網(wǎng)關(guān)確定數(shù)據(jù)塊是否代表了被發(fā)送到用戶設(shè)備的初始數(shù)據(jù)塊。如果代表，那么網(wǎng)關(guān)繼續(xù)進(jìn)行到方框420，并且將編碼速率設(shè)置為默認(rèn)或標(biāo)稱編碼速率。隨后，網(wǎng)關(guān)繼續(xù)進(jìn)行到方框460并且過(guò)程完成。
返回判決方框410，如果網(wǎng)關(guān)確定數(shù)據(jù)塊不代表被發(fā)送到用戶終端的初始數(shù)據(jù)塊，那么網(wǎng)關(guān)繼續(xù)進(jìn)行到方框430并且對(duì)信號(hào)量度進(jìn)行接收。例如，網(wǎng)關(guān)中的接收機(jī)可以從反向鏈路信道上的用戶終端接收SNR，并且使用SNR作為信號(hào)量度。
網(wǎng)關(guān)繼續(xù)進(jìn)行到方框440并且將信號(hào)量度與編碼速率進(jìn)行相關(guān)。例如，速率控制模塊可以存儲(chǔ)可用編碼速率以及對(duì)應(yīng)于每種編碼速率的SNR值的查找表。速率控制模塊可以通過(guò)使用查找表和所接收的SNR值來(lái)確定編碼速率?？商娲?，可以將速率控制模塊配置為基于從用戶設(shè)備接收的誤比特率來(lái)計(jì)算編碼速率。隨后，速率控制模塊將編碼速率四舍五入到多個(gè)可用編碼速率中最接近的編碼速率。在其它實(shí)施例中，速率控制模塊可以使用某些其它技術(shù)將信號(hào)量度與編碼速率進(jìn)行相關(guān)。
隨后，網(wǎng)關(guān)繼續(xù)進(jìn)行到方框450并且確定編碼速率，并且將編碼器配置為將編碼速率應(yīng)用于數(shù)據(jù)。例如，速率控制模塊可以基于查找表來(lái)確定編碼速率，并且生成一個(gè)或多個(gè)控制信號(hào)或消息，將該控制信號(hào)或消息耦合到編碼器以便將編碼器配置為采用所期望的編碼速率。隨后，網(wǎng)關(guān)繼續(xù)進(jìn)行到方框460并且過(guò)程完成。
可以使用當(dāng)前可利用的雨天數(shù)據(jù)對(duì)Ka頻帶雨致負(fù)荷共享網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的例子進(jìn)行分析。在例子中，雨水在波束區(qū)域上如何分布的數(shù)據(jù)來(lái)源是美國(guó)國(guó)家氣象局(NWS)。NWS在橫跨美國(guó)大陸(CONUS)上設(shè)置了一系列氣象雷達(dá)站。每個(gè)雷達(dá)每15分鐘進(jìn)行一次全360度掃描，并且從反射率數(shù)據(jù)對(duì)雨速率(區(qū)域的函數(shù))進(jìn)行估計(jì)。由NWS提供的降雨量數(shù)據(jù)以459×915像素柵格的形式每15分鐘給出橫跨CONUS的降雨快照，在該459×915像素柵格中，每個(gè)像素代表了8km×8km的區(qū)域。在每個(gè)像素中，將雨速率量化成從0mm/hr到超過(guò)150mm/hr的值的一系列數(shù)據(jù)倉(cāng)(data bin)。NWS每15分鐘對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行分類編目并且可以根據(jù)要求利用該數(shù)據(jù)。橫跨西歐存在類似的設(shè)備。
為了計(jì)算容量的減少，可以考慮來(lái)自CONUS的像素子集組成波束。系統(tǒng)模型可以將一個(gè)用戶設(shè)備定位在每個(gè)這種像素的中心，將其作為代表用戶的均勻分布。對(duì)于每個(gè)這種用戶，可以計(jì)算從用戶到固定軌跡(slot)位置處同步衛(wèi)星的路徑。在每個(gè)15分鐘時(shí)間間隔的整數(shù)倍上，可以通過(guò)使用標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)模型來(lái)確定每個(gè)這種用戶的雨致衰減，其中，對(duì)于路徑通過(guò)的所有像素，所述標(biāo)準(zhǔn)ITU模型將衰減與雨速率進(jìn)行相關(guān)。為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，對(duì)于每個(gè)像素來(lái)說(shuō)，假定雨水作為高度的函數(shù)是恒定的，直到ITU模型中所給定的最大高度的。
一旦確定了雨致衰減，就可以確定每個(gè)用戶噪聲溫度的上升?？梢詫?duì)衰減和噪聲溫度上升的影響進(jìn)行累加，以便給出每個(gè)用戶的總路徑降級(jí)。如果降級(jí)超過(guò)了補(bǔ)償動(dòng)態(tài)范圍(在下文的例子中是15dB)，那么認(rèn)為該用戶在服務(wù)之外或者在該時(shí)刻不可用，并且不將該用戶包括在計(jì)算中。在該簡(jiǎn)化的例子中，我們已經(jīng)假定數(shù)據(jù)速率的減少與降級(jí)成比例(例如10dB的降級(jí)將產(chǎn)生1/10的數(shù)據(jù)速率)。因此，每個(gè)可用用戶的數(shù)據(jù)速率是已知的，并且可以將容量計(jì)算為波束內(nèi)所有可用用戶之間的平均數(shù)據(jù)速率。然而，應(yīng)該注意，平均不是算術(shù)平均而是調(diào)和平均(即，找到數(shù)據(jù)速率倒數(shù)的平均值并且隨后取該平均值的倒數(shù))。如果允許所有用戶以雨天允許他們進(jìn)行發(fā)送的速率持續(xù)相同長(zhǎng)度的時(shí)間進(jìn)行發(fā)送，那么算術(shù)平均是平均波束數(shù)據(jù)速率。如果所有用戶以雨天允許他們進(jìn)行發(fā)送的速率進(jìn)行發(fā)送并且每個(gè)用戶發(fā)送相同數(shù)目的數(shù)據(jù)字節(jié)，那么調(diào)和平均是平均波束數(shù)據(jù)速率。在這里所應(yīng)用的是后一種情況，其中，對(duì)時(shí)隙時(shí)間進(jìn)行擴(kuò)展以便對(duì)降低的速率進(jìn)行補(bǔ)償。調(diào)和平均總是小于算術(shù)平均。
當(dāng)然，該計(jì)算是近似的。在兩個(gè)主要的簡(jiǎn)化假設(shè)中，一個(gè)假設(shè)趨向于給出更加樂(lè)觀的結(jié)果，而另一個(gè)假設(shè)生成更加保守的結(jié)果。模型假定雨速率沿著穿越一個(gè)給定像素(在雨水截止的高度以下)的路徑部分是恒定的，然而實(shí)際上它沿著那部分路徑變化。因?yàn)橛曛陆导?jí)(dB/km)是雨速率的凸函數(shù)，所以沿著雨速率在其上發(fā)生變化的路徑的總降級(jí)大于來(lái)自降雨在其上恒定的路徑的降級(jí)，并且等于路徑上的平均雨速率，因此在這方面是最樂(lè)觀的。然而，分析還假定數(shù)據(jù)速率以恰好與降級(jí)成比例的方式減少，并且由于它忽略了在較高編碼速率上出現(xiàn)的編碼增益，所以這是保守的。
在下文的例子中，大約是CONUS的1/60區(qū)域的波束大小瞄準(zhǔn)在弗吉尼亞州的雷斯頓。選擇雷斯頓是由于存在從ACTS實(shí)驗(yàn)中得出的用于該地區(qū)雨致衰減的5年有價(jià)值的統(tǒng)計(jì)。我們的目標(biāo)是對(duì)我們可以找到的最差衰減周期附近的若干小時(shí)寸周期內(nèi)的波束容量變化進(jìn)行檢測(cè)。圖5中示出了研究期間的衰減。
注意到存在一些時(shí)間周期，在這些時(shí)間周期上，衰減超過(guò)35dB。對(duì)于該時(shí)間周期，我們使用上文的方法每15分鐘對(duì)容量進(jìn)行計(jì)算，并且在圖6中示出結(jié)果。第二條曲線示出了波束區(qū)域?qū)嶋H上受雨水影響的百分比。圖7示出了在當(dāng)受雨水影響的波束區(qū)域的百分比最大時(shí)的特定時(shí)刻上的雨速率分布。注意到在該暴風(fēng)雨期間，如雷斯頓的接收機(jī)處所記錄的，在整個(gè)區(qū)域存在降雨的強(qiáng)烈變化。因此，最低波束容量時(shí)期不一定是在波束中特定點(diǎn)處降雨最多的時(shí)期，這就不足為奇了。
在該若干小時(shí)期間所計(jì)算的容量最低值大約是45％?，F(xiàn)在事實(shí)是在雷斯頓的單一接收機(jī)處的信號(hào)降級(jí)是我們?cè)?年數(shù)據(jù)時(shí)期的若干小時(shí)時(shí)期內(nèi)可以找到的最差的信號(hào)降級(jí)，該事實(shí)不能保證45％是在5年時(shí)期上容量將要到達(dá)的最低值。但是我們認(rèn)為很顯然它不可能差得太遠(yuǎn)。當(dāng)在雷斯頓處存在明顯的雨致降級(jí)時(shí)，我們?yōu)槠渌鼤r(shí)期進(jìn)行類似的計(jì)算，該類似的計(jì)算顯示了低得多的容量減少。
公開(kāi)了在合并了雨致負(fù)荷共享的因特網(wǎng)訪問(wèn)系統(tǒng)中對(duì)下行鏈路業(yè)務(wù)進(jìn)行處理的系統(tǒng)、裝置和方法。系統(tǒng)和方法將時(shí)分復(fù)用、在大動(dòng)態(tài)范圍上的可變速率編碼與從用戶設(shè)備到集線器的報(bào)告所接收到SNR的恰當(dāng)反饋相結(jié)合。系統(tǒng)處理以信道上增加的時(shí)間部分對(duì)具有被降低數(shù)據(jù)速率的用戶進(jìn)行補(bǔ)償。隨著雨水通過(guò)波束，雨致負(fù)荷共享的效果是波束容量的降低，但是幾乎所有的用戶接收到正好相同的服務(wù)質(zhì)量。如果波束已完全加載了用戶并且在忙時(shí)期間發(fā)生了容量降低，那么該容量降低將對(duì)應(yīng)于所有用戶的下行鏈路傳送速率減少。但與假定系統(tǒng)中受最壞影響的用戶相比，該降低是非常小的，所述假定系統(tǒng)使用可變速率但是不以更大的傳輸時(shí)間對(duì)較低的速率進(jìn)行補(bǔ)償。
可以將雨致負(fù)荷共享方法配置為提供大約15dB的余量。對(duì)于強(qiáng)力功率余量方法來(lái)說(shuō)，提供類似于15dB數(shù)目的功率余量是不切實(shí)際的。即使是可能的，為1％到2％的波束內(nèi)有雨時(shí)間提供無(wú)雨時(shí)所需功率30倍的功率，這看起來(lái)是不經(jīng)濟(jì)的。上文所公開(kāi)的雨致負(fù)荷共享技術(shù)是克服Ka頻帶鏈接內(nèi)雨致問(wèn)題的有效途徑。
可以將結(jié)合這里所公開(kāi)的實(shí)施例所描述的方法、過(guò)程或算法的步驟直接實(shí)施在硬件中、由處理器執(zhí)行的軟件模塊中、或者二者的組合中?？梢砸运镜拇涡蜻M(jìn)行方法或過(guò)程中的各個(gè)步驟或操作，或者可以以另一種次序進(jìn)行方法或過(guò)程中的各個(gè)步驟或操作。
軟件模塊可以駐留在RAM存儲(chǔ)器、閃存、非永久性存儲(chǔ)器、ROM存儲(chǔ)器、EPROM存儲(chǔ)器、EEPROM存儲(chǔ)器、寄存器、硬盤(pán)、可移動(dòng)磁盤(pán)、CD-ROM、或者本領(lǐng)域已知的任何其它類型的存儲(chǔ)媒介中。將示例性存儲(chǔ)媒介連接到處理器，使得處理器可以從存儲(chǔ)媒介讀取信息并且將信息寫(xiě)入存儲(chǔ)媒介?？商鎿Q地，可以將存儲(chǔ)媒介集成到處理器。此外，可以以實(shí)施例中所示的次序執(zhí)行各種方法，或者可以使用被修改的步驟次序執(zhí)行各種方法。另外，可以省略一個(gè)或多個(gè)過(guò)程或方法步驟，或者可以將一個(gè)或多個(gè)過(guò)程或方法步驟添加到多個(gè)方法和過(guò)程中?？梢栽诜椒ê瓦^(guò)程的開(kāi)始、結(jié)束、或者中間現(xiàn)存元素中添加額外的步驟、方框或操作。
提供了已公開(kāi)實(shí)施例的上述說(shuō)明，以便使本領(lǐng)域的任何技術(shù)人員都能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。這些實(shí)施例的各種修改對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是容易顯然的，并且在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，可以將這里定義的一般原理應(yīng)用到其它實(shí)施例。因此，本發(fā)明不是想要受限于這里所示的實(shí)施例，而是要符合與這里公開(kāi)的原理和新特征一致的最寬范圍。
權(quán)利要求
1.一種在通信信道中進(jìn)行負(fù)荷共享的方法，所述方法包括對(duì)相應(yīng)于多個(gè)用戶中的每個(gè)用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存；為所述多個(gè)用戶中的每個(gè)用戶取回幾乎相同數(shù)目的數(shù)據(jù)比特；確定相應(yīng)于所述多個(gè)用戶中的每個(gè)用戶的編碼速率；以相應(yīng)于所述多個(gè)用戶中的每個(gè)用戶的所述編碼速率對(duì)所述數(shù)據(jù)比特進(jìn)行編碼；以及在無(wú)線通信信道上將所述編碼比特時(shí)間復(fù)用到所述多個(gè)用戶。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，取回所述幾乎相等數(shù)目的數(shù)據(jù)比特包括部分基于活動(dòng)用戶的數(shù)目取回所述幾乎相等數(shù)目的比特。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定所述編碼速率包括從所述多個(gè)用戶中的每個(gè)用戶接收信號(hào)量度；以及將每個(gè)信號(hào)量度與多個(gè)編碼速率中的一個(gè)進(jìn)行相關(guān)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，對(duì)所述信號(hào)量度進(jìn)行接收包括通過(guò)衛(wèi)星通信鏈路從所述多個(gè)用戶中的每個(gè)用戶接收所述信號(hào)量度。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，對(duì)所述信號(hào)量度進(jìn)行接收包括對(duì)信噪比(SNR)進(jìn)行接收。
6.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，對(duì)所述信號(hào)量度進(jìn)行接收包括對(duì)從Ka頻帶衛(wèi)星通信鏈路得到的量度進(jìn)行接收。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括將所述時(shí)間復(fù)用編碼比特?zé)o線發(fā)送到所述多個(gè)用戶。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，對(duì)所述時(shí)間復(fù)用編碼比特進(jìn)行無(wú)線發(fā)送包括將所述時(shí)間復(fù)用編碼比特發(fā)送到衛(wèi)星，將該衛(wèi)星配置為在多個(gè)衛(wèi)星波束的至少一個(gè)波束內(nèi)將Ka頻帶信號(hào)廣播到所述多個(gè)用戶。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括將所述時(shí)間復(fù)用編碼比特通過(guò)衛(wèi)星發(fā)送到所述多個(gè)用戶，將該衛(wèi)星配置為將Ka頻帶信號(hào)發(fā)送到所述多個(gè)用戶。
10.一種在使用負(fù)荷共享的通信信道的用戶之間分配資源的方法，所述方法包括在時(shí)間復(fù)用通信系統(tǒng)中，將幾乎相等的持續(xù)時(shí)間時(shí)隙分配給所述通信信道的多個(gè)活動(dòng)用戶中的每個(gè)用戶；以及為降級(jí)的用戶分配延長(zhǎng)的時(shí)隙，該時(shí)隙具有的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)于分配給所述多個(gè)活動(dòng)用戶中的每個(gè)用戶的持續(xù)時(shí)間。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，將所述延長(zhǎng)的時(shí)隙分配給所述降級(jí)的用戶包括確定應(yīng)用于指向所述降級(jí)的用戶的數(shù)據(jù)的編碼速率；以及分配所述延長(zhǎng)的時(shí)隙持續(xù)時(shí)間，該持續(xù)時(shí)間與所述編碼速率的倒數(shù)成比例。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，將所述延長(zhǎng)的時(shí)隙分配給所述降級(jí)的用戶，包括取回?cái)?shù)據(jù)塊，該數(shù)據(jù)塊大小幾乎等于用于所述多個(gè)活動(dòng)用戶中的每個(gè)用戶的數(shù)據(jù)塊大小；以某一編碼速率對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼以便生成編碼數(shù)據(jù)塊，該編碼速率小于用于所述多個(gè)活動(dòng)用戶中的每個(gè)用戶的編碼速率；以及將所述延長(zhǎng)的時(shí)隙分配給所述編碼數(shù)據(jù)塊的持續(xù)時(shí)間。
13.一種在通信信道中進(jìn)行負(fù)荷共享的方法，所述方法包括為第一個(gè)用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)緩存；取回至少部分所述緩存數(shù)據(jù)；為所述取回的緩存數(shù)據(jù)部分確定編碼速率；以該編碼速率對(duì)所述取回的緩存數(shù)據(jù)部分進(jìn)行編碼，以便生成編碼數(shù)據(jù)；至少部分基于所述編碼速率確定時(shí)隙持續(xù)時(shí)間；以及將所述編碼數(shù)據(jù)與不同于所述第一個(gè)用戶的用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間復(fù)用。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，取回至少部分所述緩存數(shù)據(jù)包括取回?cái)?shù)目幾乎等于標(biāo)稱比特?cái)?shù)目的比特。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，確定所述編碼速率包括通過(guò)衛(wèi)星通信鏈路對(duì)來(lái)自所述第一個(gè)用戶的信號(hào)量度進(jìn)行接收；以及部分基于所述信號(hào)量度確定所述編碼速率。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述信號(hào)量度包括由所述第一個(gè)用戶所接收的Ka頻帶衛(wèi)星信號(hào)的信噪比(SNR)。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述信號(hào)量度包括由所述第一個(gè)用戶所接收的Ka頻帶衛(wèi)星信號(hào)的誤數(shù)據(jù)率。
18.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，確定所述時(shí)隙持續(xù)時(shí)間包括部分基于所述編碼速率的倒數(shù)來(lái)確定時(shí)隙持續(xù)時(shí)間。
19.一種在通信信道中進(jìn)行負(fù)荷共享的方法，所述方法包括對(duì)相應(yīng)于多個(gè)用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存；訪問(wèn)第一個(gè)緩沖器，在該第一個(gè)緩沖器中存儲(chǔ)了第一個(gè)用戶的數(shù)據(jù)；確定將要從所述第一個(gè)緩沖器取回的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)塊大?。粡乃龅谝粋€(gè)緩沖器取回相應(yīng)于所述數(shù)據(jù)塊大小的數(shù)據(jù)；部分基于信號(hào)量度確定應(yīng)用于取回?cái)?shù)據(jù)的編碼速率，其中從所述第一個(gè)用戶所接收的Ka頻帶衛(wèi)星信號(hào)得到所述信號(hào)量度；對(duì)所述取回的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，以便生成編碼數(shù)據(jù)；將所述編碼數(shù)據(jù)與用于其他用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間復(fù)用，以便生成時(shí)間復(fù)用數(shù)據(jù)；以及將所述時(shí)間復(fù)用數(shù)據(jù)發(fā)送到衛(wèi)星，將該衛(wèi)星配置為在多個(gè)衛(wèi)星波束的一個(gè)波束內(nèi)將Ka頻帶前向鏈路信號(hào)發(fā)送到所述第一個(gè)用戶。
20.一種在通信信道中進(jìn)行負(fù)荷共享的裝置，所述裝置包括多個(gè)緩沖器，將每個(gè)緩沖器配置為對(duì)多個(gè)用戶中的相應(yīng)一個(gè)用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)；編碼器，將該編碼器配置為以時(shí)間復(fù)用的方式從所述多個(gè)緩沖器的每個(gè)中取回相應(yīng)于標(biāo)稱數(shù)據(jù)塊大小的數(shù)據(jù)，并基于控制信號(hào)以多個(gè)編碼速率中的一個(gè)對(duì)所述數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，以便生成時(shí)間復(fù)用編碼數(shù)據(jù)；以及速率控制模塊，將該速率控制模塊連接到所述編碼器，并且將該速率控制模塊配置為從所述多個(gè)用戶的每個(gè)中接收信號(hào)量度，并且基于所述接收的信號(hào)量度為所述編碼器生成所述控制信號(hào)。
21.如權(quán)利要求20所述的裝置，還包括多路復(fù)用器，將該多路復(fù)用器配置為基于所述時(shí)間復(fù)用的方式將所述多個(gè)緩沖器中的每個(gè)與所述編碼器進(jìn)行有選擇地連接。
22.如權(quán)利要求20所述的裝置，還包括發(fā)射機(jī)，將該發(fā)射機(jī)配置為將所述時(shí)間復(fù)用編碼數(shù)據(jù)發(fā)送到衛(wèi)星，將該衛(wèi)星配置為使用多個(gè)Ka頻帶波束將所述時(shí)間復(fù)用編碼數(shù)據(jù)廣播到所述多個(gè)用戶。
23.如權(quán)利要求20所述的裝置，還包括接收機(jī)，將該接收機(jī)連接到所述速率控制模塊，并且將該接收機(jī)配置為在衛(wèi)星通信鏈路上從所述多個(gè)用戶中的每個(gè)用戶接收所述信號(hào)量度。
24.如權(quán)利要求20所述的裝置，其中，將所述編碼器配置為進(jìn)行符號(hào)重復(fù)，并且將所述速率控制模塊配置為生成控制信號(hào)，該控制信號(hào)指示所述編碼器對(duì)于預(yù)定范圍的信號(hào)量度值提供符號(hào)重復(fù)。
25.一種或多種存儲(chǔ)設(shè)備，將這些設(shè)備配置為存儲(chǔ)一個(gè)或多個(gè)處理器可用指令，當(dāng)由一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行時(shí)，所述指令完成所述方法，包括為第一個(gè)用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)緩存；取回至少部分所述緩存數(shù)據(jù)；為所述取回的緩存數(shù)據(jù)部分確定編碼速率；以該編碼速率對(duì)所述取回的緩存數(shù)據(jù)部分進(jìn)行編碼，以便生成編碼數(shù)據(jù)；至少部分基于所述編碼速率確定時(shí)隙持續(xù)時(shí)間；以及將所述編碼數(shù)據(jù)與不同于所述第一個(gè)用戶的用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間復(fù)用。
全文摘要
公開(kāi)了用于在基于衛(wèi)星的通信系統(tǒng)中進(jìn)行負(fù)荷共享的系統(tǒng)和方法?；谛l(wèi)星的通信系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)用戶可能經(jīng)歷信號(hào)降級(jí)或信號(hào)衰落，例如當(dāng)衰落是由雨致衰落引起時(shí)，該信號(hào)降級(jí)或信號(hào)衰落可能持續(xù)發(fā)生延長(zhǎng)的時(shí)期。該系統(tǒng)可以通過(guò)改變數(shù)據(jù)速率來(lái)改善與特定用戶的通信鏈路。通過(guò)減少編碼速率可以改變數(shù)據(jù)速率，以便對(duì)低信號(hào)質(zhì)量進(jìn)行補(bǔ)償。在多個(gè)用戶對(duì)可用通信帶寬進(jìn)行時(shí)間復(fù)用的時(shí)間復(fù)用通信系統(tǒng)中，系統(tǒng)可以部分基于編碼速率同時(shí)調(diào)節(jié)分配給用戶的時(shí)間。對(duì)于減少的編碼速率，為了為用戶的每次復(fù)用循環(huán)維持幾乎穩(wěn)定的符號(hào)速率，分配給用戶的時(shí)間可以增加。
文檔編號(hào)H04L1/00GK1954517SQ200580015690
公開(kāi)日2007年4月25日 申請(qǐng)日期2005年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月17日
發(fā)明者倫納德·N·希夫 申請(qǐng)人:高通股份有限公司