專(zhuān)利名稱(chēng)：個(gè)人通訊用戶(hù)終端的衛(wèi)星控制的功率控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般是關(guān)于衛(wèi)星通訊系統(tǒng)，更具體而言是關(guān)于在地球同步軌道(GSO)和非地球同步軌道(non-GSO)衛(wèi)星通訊系統(tǒng)內(nèi)的RF功率控制技術(shù)。
固定的和移動(dòng)通訊的衛(wèi)星電話系統(tǒng)作為新的全球業(yè)務(wù)而顯露出來(lái)，這些系統(tǒng)使用由一個(gè)衛(wèi)星或許多衛(wèi)星組確定線路的許多單獨(dú)的電路去影響通訊。衛(wèi)星電話系統(tǒng)的價(jià)值在于，它提供了處處復(fù)蓋地球的大的面積而沒(méi)有許多小的地面站的結(jié)構(gòu)。由于衛(wèi)星服務(wù)的分配頻率，大量的建議已經(jīng)被提出以發(fā)展衛(wèi)星通訊系統(tǒng)，一般而言，這些建議已經(jīng)涉及了不是涉及時(shí)分多路存取(TDMA)技術(shù)就是涉及碼分多路存取技術(shù)(CDMA)。
進(jìn)而，對(duì)于衛(wèi)星操作的本身而言，這里已經(jīng)有了兩類(lèi)一般的提議。第一類(lèi)提議是移動(dòng)處理設(shè)計(jì)，它涉及了處理和多路通訊，以求衛(wèi)星本身的饋送連接帶寬的減少。移動(dòng)處理涉及減少上傳鏈路通訊信號(hào)到基帶(即到數(shù)字位)，和然后通過(guò)衛(wèi)星間的鏈接盡可能去轉(zhuǎn)換信號(hào)，到提供下行鏈路的另一個(gè)衛(wèi)星。第二種提議使用“彎曲”管道衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器作為經(jīng)典的重發(fā)器去接收，頻移，和傳送(重發(fā))信號(hào)而沒(méi)有任何在衛(wèi)星上的處理或任何減少對(duì)基帶的信號(hào)。
使用第一類(lèi)型的系統(tǒng)(即移動(dòng)處理系統(tǒng))，其作用作為公共轉(zhuǎn)換電話網(wǎng)絡(luò)(PSTN)插入點(diǎn)的地域的通路可以位于任何任意的地方。信號(hào)的移動(dòng)處理具有相對(duì)“彎曲管道”重發(fā)器的簡(jiǎn)單性而交替使用的許多的優(yōu)點(diǎn)。移動(dòng)處理的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是，用戶(hù)的通訊電訊信號(hào)(例如聲音或數(shù)據(jù))，和控制用戶(hù)終端和其它裝置的任何需要的信號(hào)可以在衛(wèi)星上建立和處理。進(jìn)而，在CDMA系統(tǒng)中，下傳鏈路的自干擾可以避免，這樣增加了系統(tǒng)的容量。進(jìn)而，值得歡迎的是，通過(guò)衛(wèi)星間的鏈接，各種衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)之間的信號(hào)間的定向能受到作用，因此在呼叫連接時(shí)允許極大量的靈活性。最后，通過(guò)使用由于“彎曲管道”結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)效率差而未被使用的頻譜部分能夠影響保留的頻譜。
這應(yīng)該歡迎的是，移動(dòng)處理的優(yōu)點(diǎn)在于，達(dá)到或從衛(wèi)星發(fā)送出的信號(hào)在衛(wèi)星上能被控制，這是由在衛(wèi)星上收到的信息或從衛(wèi)星到控制點(diǎn)的中繼實(shí)現(xiàn)的，典型的這種控制點(diǎn)是地面站。
這進(jìn)而應(yīng)該歡迎的是，這后者技術(shù)要求控制點(diǎn)(即，地面站)必須做得更復(fù)雜以參與控制環(huán)路。那么，所希望的是，簡(jiǎn)化整個(gè)系統(tǒng)和控制點(diǎn)的復(fù)雜性。
關(guān)于這些點(diǎn)所參考的美國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)是4,991,199 Saam，“Uplink powerControl Mechanism For Maintaining Constant Output Power From SatelliteTransponder”；4,752,967，Bustamante et al.，“Power Control System ForSatellite Communications”；5,339,330，Mallinckrodt，“Integrated CellularCommunications System”；4,752,925，Thompson et al.，“Two-Hop CollocatedSatellite Communications System”；5,126,748，Ames et al.，“Dual SatelliteNavigation System and Method”；5,109,390，Gilhousen et al.，“Diversity ReceiverIn A CDMA Cellular Telephone System”；and 5,138,631，Taylor，”SatelliteCommunication Network”。
也應(yīng)參考的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)是Serial No.80/467,209，filingdate6/6/95，entitled”Closed Loop Power Control For Low Earth Orbit SatelliteCommunications System”，by Robert A.Wiedeman and Michael J.Sites。
本發(fā)明的目的是提供從衛(wèi)星系統(tǒng)自動(dòng)施加控制的功率控制技術(shù)，這樣簡(jiǎn)化了地面站和減少了系統(tǒng)的復(fù)雜性。
通過(guò)本發(fā)明的實(shí)施例的方法和裝置克服了前述和其它問(wèn)題實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的目標(biāo)。
本發(fā)明是關(guān)于包括non-GSO衛(wèi)星的衛(wèi)星通訊系統(tǒng)。本發(fā)明使用滿足每一個(gè)用戶(hù)終端的單獨(dú)的功率控制的功率控制環(huán)路，這是通過(guò)衛(wèi)星移動(dòng)處理，不是集中的而是基于地面通路的地面站實(shí)現(xiàn)的。
依照本發(fā)明的方面，這里公開(kāi)了在包括地面段的類(lèi)型的衛(wèi)星通訊系統(tǒng)內(nèi)控制用戶(hù)終端的傳送功率的方法，該方法包括至少一個(gè)用戶(hù)終端和至少一段地面通路和由多個(gè)衛(wèi)星組成的空間段。該方法包括的步驟為(a)從用戶(hù)終端發(fā)送上傳鏈路信號(hào)同時(shí)到空間段的至少兩個(gè)衛(wèi)星和(b)至少兩個(gè)衛(wèi)星的每一個(gè)接收上傳鏈路信號(hào)。該方法進(jìn)一步包括步驟為(c)在空間段確定表示至少兩個(gè)衛(wèi)星的每一個(gè)的接收信號(hào)強(qiáng)度指示和希望的接收的信號(hào)強(qiáng)度指示之間差的差值；(d)響應(yīng)該差值，在空間段產(chǎn)生供用戶(hù)終端使用的至少一個(gè)功率控制命令；(e)從空間段到用戶(hù)終端傳送至少一個(gè)產(chǎn)生的功率控制命令；和(f)依照至少一個(gè)功率控制命令調(diào)整上行鏈路信號(hào)的發(fā)送功率。
通過(guò)結(jié)合附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明使本發(fā)明的上述提出的和其它特點(diǎn)將變得更加明顯。


圖1的簡(jiǎn)化圖示出了非地球同步軌道(NGSO)衛(wèi)星和GSO衛(wèi)星相對(duì)于地球和相互間的關(guān)系；圖2是圖1的更詳細(xì)的視圖和示出了各種用戶(hù)終端，non-GSO通路，GSO通路，和這些部件之間的各種通訊鏈接；圖3A示出了在非重疊NGSO衛(wèi)星復(fù)蓋區(qū)域內(nèi)的兩用戶(hù)終端被操作的情況；圖3B示出了在兩個(gè)NGSO衛(wèi)星復(fù)蓋區(qū)域之間的重疊區(qū)域內(nèi)的兩用戶(hù)終端被操作的情況；圖3C是用戶(hù)終端簡(jiǎn)化的框圖；圖3D是NGSO諸衛(wèi)星的一個(gè)的簡(jiǎn)化的框圖；圖4進(jìn)一步詳細(xì)地示出了圖3B重疊復(fù)蓋區(qū)域的情況；圖5進(jìn)一步示出了圖3B和4的重疊復(fù)蓋區(qū)域情況，進(jìn)一步示出了GSO諸衛(wèi)星的一個(gè)的簡(jiǎn)化的框圖；圖6是運(yùn)用于減少接收的用戶(hù)發(fā)送到基帶的電路的簡(jiǎn)化的框圖；和圖7是依照本發(fā)明方法的邏輯流程圖。
參看圖1，通過(guò)介紹的方式，依照本發(fā)明的教導(dǎo)這里描述了用第二個(gè)較高軌道衛(wèi)星(中地球軌道(MEO)和/或GSO衛(wèi)星(S))來(lái)補(bǔ)充第一或初始NGSO衛(wèi)星，例如低地球軌道(LEO)衛(wèi)星以改善控制用戶(hù)終端和衛(wèi)星功率損耗的技術(shù)。下述的美國(guó)專(zhuān)利給出了LEO衛(wèi)星的各個(gè)方面，和相關(guān)的通訊系統(tǒng)它們是U.S.Patent NO.5,552,798，issued 9/3/96，entitled”Antenna for Multipath SatelliteCommunication Links”，by F.J.Dietrich and P.A.Monte；U.S.PatentNO.5,422,647，issued 6/6/95，entitled“Mobile Communication SatellitePayload”，by E.Hirshfield and C.A.Tsao；U.S.Patent No.5,504,493，issued4/2/96，entitled“Active Transmit Phased Array Antenna with Amplitude Taper”，by E.Hirshfield；U.S.Patent Nos.5,448,623，issued 9/5/95，and 5,526,404，issued6/11/96，“Satellite Telecommunications System Using Network CoordinatingGateways Operative with a Terrestrial Communication System”，by R.A.Wiedeman and P.A.Monte；and U.S.Patent No.5,233,626，issued 8/3/93，entitled“Repeater Diversity Spread Spectrum Communication System”，by SA.Ames.這些公開(kāi)的美國(guó)專(zhuān)利全部在此作為參考。正如下面做的明顯的是，這些教義將被修改，以在一些實(shí)施例中提供接收的用戶(hù)終端發(fā)送的移動(dòng)衛(wèi)星處理和衛(wèi)星之間的鏈接。
在本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例中，LEO衛(wèi)星星座10包括在8個(gè)園面偏置45°高度為≈1400km的在每一平面帶有6個(gè)衛(wèi)星的相對(duì)于赤道傾斜52°的諸衛(wèi)星10a(這里可以稱(chēng)為Walker星座)。為了最佳化復(fù)蓋的效果，使用路徑差異，以減輕局部障礙物例如樹(shù)，建筑物，和山脈。路徑差異要求，在地面上的用戶(hù)終端在水平面大約10°的高程可以同時(shí)看到兩個(gè)或更多的衛(wèi)星，該上述的LEO星座提供多個(gè)衛(wèi)星復(fù)蓋。
圖1提供了依本發(fā)明給出的衛(wèi)星系統(tǒng)1的一般配置。衛(wèi)星通訊系統(tǒng)1包括非地球同步軌道(NGSO)衛(wèi)星，或大量NGSO衛(wèi)星2，它們可以共同參照為衛(wèi)星星座。該衛(wèi)星星座可以類(lèi)似于前述的美國(guó)專(zhuān)利描述的那些星座，雖然本發(fā)明的教義不應(yīng)讀為僅局限這特殊類(lèi)型的LEO系統(tǒng)。該NGSO衛(wèi)星2在非同步軌道12上繞地球旋轉(zhuǎn)，多于一個(gè)衛(wèi)星2并不是必需的，然而，優(yōu)選的配置包含多個(gè)衛(wèi)星。每一個(gè)衛(wèi)星2具有相關(guān)的地球復(fù)蓋區(qū)域21。圖1也示出了在同步軌道11上繞地球旋轉(zhuǎn)的同步(GSO)衛(wèi)星3作為優(yōu)選的實(shí)施例。同步軌道是這樣一個(gè)軌道，其中衛(wèi)星3并不相對(duì)地球上的諸點(diǎn)明顯的移動(dòng)。該GSO衛(wèi)星3具有相關(guān)的地球復(fù)蓋區(qū)域22，由于相對(duì)于non-GSO衛(wèi)星2的高度差，該復(fù)蓋地球面積22顯著地大于復(fù)蓋面積21。
應(yīng)當(dāng)注意的是，衛(wèi)星3是在GSO軌道上并不是必需的，但在事實(shí)上也可以在非同步軌道上。例如，衛(wèi)星3可以在中地球軌道(MEO)上。同樣，這里存在著典型地多于一個(gè)衛(wèi)星3以為NGSO衛(wèi)星2提供整個(gè)地球或接近整個(gè)地球的支持。然而，在許多情況下，衛(wèi)星3應(yīng)當(dāng)比衛(wèi)星2有較大的高度。該NGSO星座和較高高度軌道的星座可以共同參考為衛(wèi)星通訊系統(tǒng)的空間段。
參看圖2，這里示出了鏈接系統(tǒng)1在一起的各種部件。用戶(hù)終端5和共同構(gòu)成衛(wèi)星通訊系統(tǒng)地面段全部或部分的地面站或通路(GM)7和8位于在地面上或靠近地面的表面。在NGSO衛(wèi)星2的復(fù)蓋區(qū)域21內(nèi)，這里至少有一個(gè)，但典型地是有多個(gè)用戶(hù)終端5，它們是能夠進(jìn)行聲音和/或數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的可以是固定的，手持的或者是移動(dòng)的終端。用戶(hù)終端5使用上傳鏈接31和下傳鏈接32并通過(guò)鏈接到NGSO衛(wèi)星2。這些信號(hào)在NGSO衛(wèi)星2的復(fù)蓋區(qū)域21內(nèi)能在NGSO衛(wèi)星2上被定向到NGSO通路(GW-NGSO)8，或在GSO衛(wèi)星3的復(fù)蓋區(qū)域22內(nèi)通過(guò)GSO衛(wèi)星3定向到到通路(GW-GSO)7。鏈接到GW-NGS08提供了到公共開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)(PSTN)6和/或到私用網(wǎng)絡(luò)的連接性用戶(hù)終端5通過(guò)用戶(hù)鏈接31和32和NGSO衛(wèi)星2，和用在NGSO衛(wèi)星2和GW-NGSO8之間的上傳鏈路35和下傳鏈路36連接到GW-NGSO8。替換地，用戶(hù)終端5通過(guò)NGSO衛(wèi)星2能相互間直接連接它們自己，和不定向到通路。進(jìn)而，用戶(hù)終端5在GSO衛(wèi)星3的復(fù)蓋區(qū)域22內(nèi)可以連接到GW-GSO7。該GW-GSO7也可以連接到PSTN6和/或私用網(wǎng)絡(luò)。
在衛(wèi)星上的操作功率是必需被控制的寶貴的資源，這是因?yàn)樵谌魏谓o定的時(shí)間只有確定量的功率才行。一般而言，使用NGSO衛(wèi)星系統(tǒng)，從衛(wèi)星星座可獲得的功率直接和在最忙或峰值小時(shí)內(nèi)能被支持的大量通訊電路成正比，而且峰值小時(shí)繞著地球從一個(gè)時(shí)區(qū)到另外一個(gè)時(shí)區(qū)。如果是這樣，在任何恒定情況下，越過(guò)區(qū)域的在軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星可以傳送特定量通訊電路到該區(qū)域取決于功率系統(tǒng)的狀態(tài)，復(fù)蓋區(qū)域的大量衛(wèi)星和大量能被利用的頻譜。如果假定，大量頻譜不是限制因素，那么大量可使用的衛(wèi)星和可利用的定量的功率是兩個(gè)主要的因素。
參看圖3A和3B，這里示出了NGSO系統(tǒng)的兩個(gè)不同的實(shí)施例。在星座A(圖3A)內(nèi)，NGSO衛(wèi)星2的復(fù)蓋區(qū)域或地區(qū)21實(shí)質(zhì)上并不重疊，在復(fù)蓋區(qū)域21內(nèi)的用戶(hù)終端并不從一個(gè)NGSO衛(wèi)星競(jìng)爭(zhēng)資源，在一個(gè)時(shí)間內(nèi)每一個(gè)用戶(hù)終端從一個(gè)衛(wèi)星抽取所使用的功率。然而，在星座B(圖3B)，復(fù)蓋區(qū)域21實(shí)質(zhì)上相互重疊，在重疊復(fù)蓋區(qū)域內(nèi)的用戶(hù)終端5從兩個(gè)或多個(gè)NGSO衛(wèi)星2處競(jìng)爭(zhēng)資源，在其一時(shí)刻對(duì)于給定的用戶(hù)終端，功率能從多于1個(gè)衛(wèi)星2處被抽取。
對(duì)于圖3A和3B的兩種情況的配置，在兩個(gè)方向的鏈接的功率損耗是重要的。
簡(jiǎn)單地參看3c，在汽車(chē)或便攜式配置的用戶(hù)終端5具有電池5a，它提供功率到包括用戶(hù)終端控制處理器的數(shù)字部分5b和包括發(fā)身機(jī)，接收機(jī)，和相關(guān)的RF信號(hào)處理部件的RF部分5c。這些各個(gè)部分的功能是通過(guò)天線5d確保建立和維持鏈接31和32以發(fā)送和接收聲音和/或數(shù)據(jù)通訊。
也參看3D，NGSO衛(wèi)星2具有電池2a，它通過(guò)功率控制單元2c從一個(gè)或多個(gè)太陽(yáng)能板2b進(jìn)行充電。當(dāng)太陽(yáng)能板2b不提供功率(在被遮蔽)時(shí)，必需通過(guò)功率控制單元2c從電池2a向數(shù)字部分2d和RF部分2e提供操作功率，以通過(guò)適當(dāng)?shù)奶炀€2f建立和維持鏈接31，32，35，36，37和38。
在圖3C和3D的情況下，重要的是仔細(xì)地控制從電池5a和2a抽取的電流量，同時(shí)也最小化電池的重量和尺寸。對(duì)于NGSO衛(wèi)星2而言，重要的是最小化太陽(yáng)能板2b的重量和大小，由于太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)典型地花費(fèi)很大去構(gòu)造和去發(fā)射。由于發(fā)射衛(wèi)星的費(fèi)用很大取決于能被舉起的重量，以便用可觀大小的電池獲得的以瓦特為單位的可獲得的功率和瓦特一小時(shí)，和太陽(yáng)能板在很大程度決定了衛(wèi)星通訊系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)壽命。
為了最小化用戶(hù)終端5的電池5a的重量和最小化衛(wèi)星功率系統(tǒng)(2a-2c)的費(fèi)用和重量，僅發(fā)送必要的最小功率去逼近RF鏈接31和32到用戶(hù)終端5是有用的。由于鏈接31和32經(jīng)歷了各種各樣的減損，功率的可調(diào)量是必要的，以克服減損。減損的特定性質(zhì)取決于操作的性質(zhì)，被發(fā)射的系統(tǒng)調(diào)制類(lèi)型和用戶(hù)終端5和衛(wèi)星2(S)之間的傾斜幅度。
值得注意的是，當(dāng)衛(wèi)星2移動(dòng)到(離開(kāi)地面)上升時(shí)，在NGSO衛(wèi)星系統(tǒng)中的傾斜幅度是持續(xù)變化的。一些但不是全部可以體驗(yàn)的各種減損包括由于簇葉吸收和繞射引起的減損，包括建筑物的阻礙和其它障礙在一些頻帶內(nèi)引起的減損和由于雨水衰減在5MHz以上頻帶引起的減損。
進(jìn)而，如果所有用戶(hù)終端傳送被控制到特定的水平，特定類(lèi)型信號(hào)操作最有效，并不依賴(lài)減耗，傾斜幅度，和其它變化。以這樣方式舉止的一類(lèi)型信號(hào)調(diào)制是使用碼分多路存取或SS/CDMA的擴(kuò)展頻譜，在SS/CDMA系統(tǒng)中，目標(biāo)是使所有用戶(hù)終端5在某一特定頻道內(nèi)發(fā)射的上傳鏈路信號(hào)31，在由衛(wèi)星接收天線2接收后，近似具有相同功率密度。保持用戶(hù)終端5在相同或者在最小功率電平的功率控制系統(tǒng)，在衛(wèi)星天線接收后，是獨(dú)立于調(diào)制方案，減損或選取的頻帶。
考慮在使用圖3B示出的配置的SS/CDMA系統(tǒng)內(nèi)的28GHz的Ka頻帶內(nèi)的雨水衰減作為實(shí)例。該原理應(yīng)用到一些頻率，鏈接，減損的類(lèi)型，和系統(tǒng)調(diào)制技術(shù)。
就這一點(diǎn)參看圖4，系統(tǒng)企圖用用戶(hù)終端5鏈接兩個(gè)NGSO衛(wèi)星NGSOSAT-1和NGSO SAT-2。如圖4所示，用戶(hù)終端5正在發(fā)射同時(shí)指向兩個(gè)衛(wèi)星的功率為P的信號(hào)。從兩個(gè)衛(wèi)星來(lái)的在用戶(hù)終端5接收的信號(hào)在用戶(hù)終端5內(nèi)進(jìn)行相干地組合以形成單一的組合的信號(hào)。關(guān)于這一點(diǎn)必需參考U.S PatentNo.5,233,626，issued 8/3/93，entitled“Repeater Diversity Spread SpectrumCommunication System，by S.A.Ames。從用戶(hù)終端5來(lái)的發(fā)射到兩個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)的最終目的可以是GSO衛(wèi)星3，NGSO通路8，GSO的通路7(通過(guò)GSO衛(wèi)星3)，或其它的用戶(hù)終端5。在任何情況下這里存在著，在NGSO衛(wèi)星2必須質(zhì)量(保證)的接收信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)在最終目的希望結(jié)果。
如圖4所示，上傳鏈路31a和或許也是下傳鏈路32a的一個(gè)受雨水單元33的影響而衰減。在NGSO SAT-1處接收的功率P(NGSO SAT-1)比希望的電平少，這里由于雨水衰減(可以這樣理解，NGSO SAT-1也同時(shí)接收從其它的用戶(hù)終端5來(lái)的上傳鏈接，它可以是或者不是減損的)。通過(guò)知道該減損正在發(fā)生，減損的電平，系統(tǒng)能僅補(bǔ)償該鏈接(即僅僅鏈接31a)，而使所有其它用戶(hù)終端不受影響。通過(guò)選擇性地功率控制終端，或鏈接-鏈接為基礎(chǔ)的終端，這樣節(jié)省能量和衛(wèi)星的費(fèi)用和重量可被最小化。
通常的方法，例如在各種美國(guó)專(zhuān)利敘述的作為本專(zhuān)利申請(qǐng)的背景部分的所描述的方法中，用戶(hù)鏈接之一的衰減的補(bǔ)償，使用了由地面控制的功率控制環(huán)路和要求位于地面設(shè)置的遙控接收機(jī)測(cè)量從地面發(fā)射的諸信號(hào)。這種通常的方法具有大量的不利之處和缺點(diǎn)。
依照本發(fā)明的一個(gè)方面，系統(tǒng)使用單獨(dú)控制每一個(gè)用戶(hù)終端5的功率的功率控制環(huán)路(開(kāi)環(huán)和/或閉環(huán))，這是通過(guò)衛(wèi)星通訊系統(tǒng)空間段內(nèi)執(zhí)行的處理和發(fā)布的功率控制命令來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
圖5示出了控制用戶(hù)終端5發(fā)送功率的本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)。從用戶(hù)終端5傳送的功率P從上傳鏈路31a和31b分別被兩個(gè)不同的NGSO衛(wèi)星NGSO SAT-1和NGSO SAT-2所接收。如前面注釋的，每一個(gè)上傳鏈路的諸信號(hào)由于各種不同的減損(例如由于雨水單元33的存在)具有不同的強(qiáng)度。
這里有完成本發(fā)明的兩個(gè)呈現(xiàn)的優(yōu)選的實(shí)施例。一個(gè)實(shí)施例假定，衰減是用戶(hù)終端5正在接收和正在發(fā)送的兩個(gè)不同頻帶的相互作用，這里僅需要單個(gè)補(bǔ)償鏈路(開(kāi)環(huán))。第二個(gè)實(shí)施例在每一個(gè)頻帶上單獨(dú)地控制上傳鏈路31和下傳鏈路32，這樣不需要假定在上傳鏈路和下傳鏈路之間的衰減深度的相關(guān)性(閉環(huán))。值得注意的是閉環(huán)和開(kāi)環(huán)控制可以一塊使用。首先描述閉環(huán)控制實(shí)施例，隨后是開(kāi)環(huán)功率控制實(shí)施例。
值得注意的是，這里存在著許多完成依本發(fā)明的這方面的閉環(huán)功率控制的不同的實(shí)施例。
第一個(gè)閉環(huán)實(shí)施例使用在每一個(gè)NGSO衛(wèi)星2上完成的用戶(hù)終端5上傳鏈路信號(hào)的功率控制和然后通過(guò)上傳鏈路33中繼到GSO衛(wèi)星3。在這種情況下，現(xiàn)假定通路31a是減損的和以比希望功率電平低的功率電平在NGSO SAT-1上被接收。在NGSO SAT-1上接收的信號(hào)可以是完全解調(diào)的或部分解調(diào)的提取的信號(hào)強(qiáng)度信息。當(dāng)信號(hào)是完全被解調(diào)時(shí)，該信號(hào)強(qiáng)度信息能被位誤差率或幀誤差率加以測(cè)量或指示。對(duì)于信號(hào)不是完全解調(diào)的情況，信號(hào)強(qiáng)度信息可以基于接收的信號(hào)強(qiáng)度的測(cè)量。
一般而言，對(duì)于本發(fā)明的目的，當(dāng)由正在接收的NGSO衛(wèi)星2的給定的一個(gè)被接收時(shí)，信號(hào)雖度信息可考慮為由上傳鏈路31的功率和質(zhì)量來(lái)指示。對(duì)于本發(fā)明的直接順序(DS)CDMA實(shí)施例，所希望的等于發(fā)送到NGSO衛(wèi)星2的給定的一個(gè)的從每一個(gè)用戶(hù)終端5所接收的上傳鏈路信號(hào)31的功率。
如果信號(hào)是完全地解調(diào)和解碼的，它由圖6所示的數(shù)字接收機(jī)鏈40所處理。數(shù)字接收機(jī)鏈可以是通常的結(jié)構(gòu)，現(xiàn)假定DS-CDMA信號(hào)，包括混合上傳鏈路RF信號(hào)和本機(jī)振蕩器(LO)信號(hào)的混頻器40a，以產(chǎn)生IF信號(hào)，消擴(kuò)展器40b結(jié)合偽隨機(jī)(PN)碼發(fā)生器40c操作以產(chǎn)生相關(guān)并且提取用戶(hù)終端的發(fā)送，然后到解調(diào)器40d和解碼器40e。解碼器40e的輸出是基帶信號(hào)。在這種情況下，解碼輸出的強(qiáng)度或由解碼器40d做出的軟決定可以被使用作為接收信號(hào)功率的測(cè)量。如果發(fā)送的信號(hào)僅僅是在衛(wèi)星2部分地再產(chǎn)生，任何塊40d和40e可被省略，在塊40b輸出的信號(hào)功率電平可以被使用作為接收的信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量。應(yīng)當(dāng)理解，至少圖6所示的一些電路為在相同的頻帶上發(fā)送不同的擴(kuò)展信號(hào)的每一用戶(hù)終端被復(fù)制。
再參看圖5，如圖6所描述的獲得的用戶(hù)終端5的信號(hào)強(qiáng)度的指示通過(guò)鏈路33a和33b由每一NGSO衛(wèi)星2再傳送到GSO衛(wèi)星3。在GSO衛(wèi)星3內(nèi)上傳鏈路31a和31b的信號(hào)強(qiáng)度指示通過(guò)天線3b由RF單元3a所接收和傳給處理器3c。在處理器3c中，兩個(gè)信號(hào)強(qiáng)度指示(或更多，這取決于正在接收用戶(hù)終端發(fā)送的NGSO衛(wèi)星2的數(shù)目)相互比較。即，通過(guò)NGSO衛(wèi)星2的不同路徑來(lái)的信號(hào)強(qiáng)度在GSO衛(wèi)星3上加以比較。在圖5的例中，通過(guò)NGSO SAT-1接收的上傳鏈路信號(hào)31a發(fā)現(xiàn)相對(duì)于由于下雨部分33沒(méi)有經(jīng)歷衰減的上傳鏈路信號(hào)31b有減損。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，從NGSO SAT1和2接收的信號(hào)強(qiáng)度指示的和與某些希望的閥值功率或信號(hào)強(qiáng)度電平加以比較。和該閥值比較的差或虧空S然后通過(guò)鏈路34a和/或34b由GSO衛(wèi)星3發(fā)送到NGSO衛(wèi)星2。該信息然后通過(guò)下傳鏈路32a和/或32b發(fā)送到用戶(hù)終端5。作為響應(yīng)，用戶(hù)終端5的數(shù)字部分5b然后可以根據(jù)虧空S確定的量可以增強(qiáng)指向NGSO SAT-1和/或指向NGSO SAT-2的發(fā)送功率。如果發(fā)現(xiàn)S大于一預(yù)定值例如10dB，那末，對(duì)于非減損的NGSOSAT-2路徑增加例如3dB，使得多的功率更有效，而不是企圖用更多的傳送功率穿過(guò)減損路徑到達(dá)NGSO SAT-1。
用戶(hù)終端5上傳鏈路信號(hào)31的閉環(huán)功率控制的第二實(shí)施例是在GSO衛(wèi)星3上完成的。在這個(gè)實(shí)施例中，NGSO衛(wèi)星2以線性方式簡(jiǎn)單中繼用戶(hù)終端上傳鏈路信號(hào)31a直接到GSO衛(wèi)星3，這里GSO衛(wèi)星3(a)接收兩個(gè)中繼上傳鏈路信號(hào)和此后解調(diào)全部或部分，(b)比較中繼信號(hào)，(c)計(jì)算完成希望的鏈接質(zhì)量的功率虧空，和(d)通過(guò)一個(gè)或多個(gè)NGSO衛(wèi)星2發(fā)布功率控制指令到用戶(hù)終端5。
對(duì)于該實(shí)施例，可以假定GSO衛(wèi)星3配置有圖6所示一些或全部電路，這取決于完成全部或部分調(diào)制。
在第三閉環(huán)功率控制的實(shí)施例中，用戶(hù)上傳鏈路信號(hào)的功率控制僅在NGSO衛(wèi)星2中完成。如同上述實(shí)例所示，路徑31a假定是減損的，并在低于期望的電平上由NGSO SAT-1接收。該信號(hào)可以是全部或部分解調(diào)的和信號(hào)強(qiáng)度信息的提取如先前第一實(shí)施例所述。
用戶(hù)終端5也發(fā)送它的功率到鏈路31b上的NGSO SAT-2。該鏈路作為好的也可以是減損的，但一般而言，減損較少，這是由于在鏈接方向31a處下雨部分33較集中。在NGSO SAT-2接收的鏈路31b信號(hào)比在NGSO SAT-2接收的相同的信號(hào)有較高的電平。接收的信號(hào)可以是全部或部分解調(diào)的和信號(hào)強(qiáng)度信息的提取如前所述。
在該實(shí)施例中，每一個(gè)NGSO衛(wèi)星2獨(dú)立地確定是否各自上傳鏈路31a或31b的信號(hào)強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)是增加或減少。每一個(gè)NGSO衛(wèi)星2發(fā)送信號(hào)到用戶(hù)終端5以適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)發(fā)送功率。在優(yōu)選的實(shí)施例中，用戶(hù)終端5調(diào)節(jié)它發(fā)送的信號(hào)功率，以響應(yīng)兩個(gè)命令功率電平的減少。作為替換，信號(hào)強(qiáng)度可以調(diào)節(jié)到兩個(gè)命令的功率電平之間的一些中間值。
在這個(gè)實(shí)施例中，NGSO衛(wèi)星2可以通過(guò)鏈路33a和33b中繼功率控制命令到GSO衛(wèi)星3。在這種情況下，GSO衛(wèi)星3的功能作為較慢的較長(zhǎng)的延遲功率控制器。即，NGSO衛(wèi)星2以較短延遲的功率控制環(huán)路(例如，以每幀(例如，20毫秒))中繼功率控制命令到用戶(hù)終端5，和然后再以較長(zhǎng)功率控制環(huán)(例如，每n個(gè)幀周期一次，這里n大于1)，GSO衛(wèi)星3通過(guò)一個(gè)或者兩個(gè)NGSO衛(wèi)星2發(fā)送超越的功率控制命令到用戶(hù)終端5。在從GSO衛(wèi)星3接收的命令值中設(shè)置它的發(fā)送功率后，短延遲控制環(huán)路被使用以調(diào)節(jié)下一n幀周期的較長(zhǎng)時(shí)間值NGSO衛(wèi)星2可以通過(guò)內(nèi)衛(wèi)星鏈路發(fā)送控制信息到其它衛(wèi)星和通過(guò)這樣協(xié)作以確定發(fā)送到用戶(hù)終端5的適當(dāng)?shù)墓β士刂泼睢Ｔ谶@種情況下GSO衛(wèi)星3并不需要。如果不使用NGSO內(nèi)衛(wèi)星鏈路，那么可以使用GSO衛(wèi)星3來(lái)交換正在接收用戶(hù)終端傳送的NGSO衛(wèi)星2之間的信息。
前述的描述已經(jīng)呈現(xiàn)在功率控制用戶(hù)終端上傳鏈路31的上下文中。然而，下傳鏈路32的功率控制也同樣可以實(shí)現(xiàn)。在這種情況下，用戶(hù)終端5檢測(cè)從NGSO SAT-1來(lái)的下傳鏈路32a的衰減，和從NGSO SAT-2來(lái)的下傳鏈路32b接收的較好的質(zhì)量(例如，較大的信號(hào)強(qiáng)度，較小位的幀誤差等等)。用戶(hù)終端5確定從NGSO SAT-1增強(qiáng)必要的功率以補(bǔ)償下傳鏈路32a的衰減(例如，使它等于下傳鏈路32b)，和通訊這個(gè)量直接到NGSO SAT-1，或到通過(guò)GSO衛(wèi)星3到NGSO SAT-1中繼功率增加請(qǐng)求的NGSO SAT-2(或控制信號(hào)交叉鏈接到NGSO SAT-1)。如果衰減是嚴(yán)重的，這最好在“好”鏈接上增強(qiáng)功率，例如3dB，而不企圖使用“壞”鏈接。通過(guò)比較從兩個(gè)鏈路32a和32b接收的信號(hào)電平可以完成該決定。
在依照本發(fā)明的這個(gè)方面已經(jīng)簡(jiǎn)述了閉環(huán)的實(shí)施例以后，將描述開(kāi)環(huán)的實(shí)施例。該實(shí)施例是以這樣假設(shè)為前提，如果密切相關(guān)能在上傳鏈路和下傳鏈路的衰減之間完成，使用相關(guān)可以完成開(kāi)環(huán)功率控制方案。例如，如果發(fā)現(xiàn)，上傳鏈路衰減與下傳鏈路衰減的比率為R(這是由于上傳鏈路和下傳鏈路之間的頻率的差)。該比率R可以用來(lái)完成開(kāi)環(huán)功率控制。例如，用戶(hù)終端5檢測(cè)，從NGSOSAT-1的下傳鏈路32a的衰減。依照在下傳鏈路觀察到的衰減和比率R，用戶(hù)終端5自動(dòng)地增加到NGSO SAT-1的上傳鏈路31a的發(fā)送功率。
值得注意的是，用戶(hù)終端5通過(guò)使用不同擴(kuò)展編碼和/或被插入到數(shù)據(jù)流內(nèi)的源標(biāo)識(shí)區(qū)分這些傳送。可以使用相同的技術(shù)區(qū)別前述閉環(huán)實(shí)施例的不同功率控制命令的諸源。
同樣，如果衰減是嚴(yán)重的，這最好增加未衰減路徑的上傳鏈路功率，例如3dB，而不是企圖使用經(jīng)受衰減的路徑。
應(yīng)當(dāng)清楚，本發(fā)明提出了一方法，和參看圖7，該方法包括諸步驟(A)從用戶(hù)終端同時(shí)發(fā)送上傳鏈路信號(hào)到空間段的至少兩個(gè)衛(wèi)星；(B)至少兩個(gè)衛(wèi)星的的每個(gè)接收上傳鏈路信號(hào)；(C)在空間段確定，表示接收的信號(hào)強(qiáng)度指示和至少兩個(gè)衛(wèi)星的每一個(gè)的希望的接收的信號(hào)強(qiáng)度指示之間的差的差值；(D)響應(yīng)該差值，在空間段產(chǎn)生至少一個(gè)功率控制命令以供用戶(hù)終端使用；(E)傳送至少一個(gè)產(chǎn)生的功率控制命令從空間段到用戶(hù)終端；和(F)依照至少一個(gè)功率控制命令調(diào)整上傳鏈路信號(hào)的發(fā)送功率。
雖然上述基本上是關(guān)于具有低地球軌道和同步地球軌道的衛(wèi)星的空間段的上下文內(nèi)容，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的教義也應(yīng)用到包括低地球軌道和中地球軌道和中地球軌道和同步地球軌道諸衛(wèi)星的衛(wèi)星通訊系統(tǒng)。
這樣，當(dāng)發(fā)明已經(jīng)部分地被示出和結(jié)合優(yōu)選的實(shí)施例加以描述時(shí)，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，各種形式和細(xì)節(jié)的變化可以做出而不脫離發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.在具有至少一個(gè)用戶(hù)終端的地面段和具有大量的非同步地球軌道的空間段構(gòu)成的該類(lèi)型的衛(wèi)星通訊系統(tǒng)中的控制用戶(hù)終端發(fā)送功率的方法，該方法包括步驟為從用戶(hù)終端同時(shí)向空間段的至少兩個(gè)衛(wèi)星發(fā)送上傳鏈路信號(hào)；至少兩個(gè)衛(wèi)星的每一個(gè)接收上傳鏈路信號(hào)；在空間段確定，表示接收信號(hào)強(qiáng)度指示和至少兩個(gè)衛(wèi)星的每一個(gè)的希望的接收的信號(hào)強(qiáng)度指示之間差的差值；響應(yīng)該差值，在空間段產(chǎn)生至少一個(gè)功率控制命令以供用戶(hù)終端使用；從空間段到用戶(hù)終端傳送至少一個(gè)產(chǎn)生的功率控制命令；和依照至少一個(gè)功率控制命令調(diào)節(jié)上傳鏈路信號(hào)的傳送功率。
2.權(quán)利要求1的方法，其中，接收上傳鏈路信號(hào)的步驟包括，解調(diào)到基帶的接收的上傳鏈路信號(hào)的步驟。
3.權(quán)利要求1的方法，其中，接收上傳鏈路信號(hào)的步驟包括，消擴(kuò)展分配給用戶(hù)終端的擴(kuò)展編碼的所接收的上傳鏈路信號(hào)的步驟。
4.權(quán)利要求1的方法，其中，在至少兩個(gè)衛(wèi)星的每一個(gè)完成確定的步驟，進(jìn)而包括從至少兩個(gè)衛(wèi)星的每一個(gè)發(fā)送確定的差值到較高軌道內(nèi)的第三個(gè)衛(wèi)星的步驟。
5.權(quán)利要求4的方法，其中，第三個(gè)衛(wèi)星是中地球軌道或同步地球軌道中的一個(gè)。
6.權(quán)利要求4的方法，其中，產(chǎn)生至少一個(gè)功率控制命令的步驟是由第三個(gè)衛(wèi)星執(zhí)行的。
7.權(quán)利要求1的方法，其中，接收上傳鏈路信號(hào)的步驟包括了中繼接收的上傳鏈路信號(hào)到第三個(gè)衛(wèi)星的步驟和進(jìn)一步包括在第三個(gè)衛(wèi)星中解調(diào)或部分解調(diào)中繼的上傳鏈路信號(hào)，以確定差值的步驟，和其中產(chǎn)生至少一個(gè)功率控制命令的步驟是由第三個(gè)衛(wèi)星執(zhí)行的。
8.權(quán)利要求1的方法，其中，產(chǎn)生和發(fā)送至少一個(gè)功率控制命令的步驟，發(fā)生在第一個(gè)間隔，和進(jìn)而包括了在第二個(gè)間隔產(chǎn)生超越功率控制命令和發(fā)送產(chǎn)生的超越功率控制命令到用戶(hù)終端的步驟，其中第二間隔長(zhǎng)于第一間隔。
9.權(quán)利要求8的方法，其中，在第一間隔被產(chǎn)生和發(fā)送的功率控制命令是由在低地球軌道或中地球軌道諸衛(wèi)星中的至少兩個(gè)衛(wèi)星星座產(chǎn)生的，和其中超越功率控制命令是由比至少兩個(gè)衛(wèi)星高的較高地球軌道上的第三個(gè)衛(wèi)星產(chǎn)生和發(fā)送的。
10.權(quán)利要求1的方法，接收步驟包括傳送接收的上傳鏈路信號(hào)到地面通路，以連接地面通訊網(wǎng)絡(luò)。
11.包括至少一個(gè)用戶(hù)終端和至少一個(gè)地面通路的地面段和包括在非同步地球軌道上的大量衛(wèi)星的空間段組成的該類(lèi)型的衛(wèi)星通訊系統(tǒng)進(jìn)而包括在所說(shuō)用戶(hù)終端的發(fā)送器，用于同時(shí)發(fā)送上傳鏈路信號(hào)到所說(shuō)空間段的至少兩個(gè)衛(wèi)星；在至少兩個(gè)衛(wèi)星的每一個(gè)的接收器，用于接收上傳鏈路信號(hào)；在所說(shuō)空間段的第一個(gè)控制器，用于確定表示接收信號(hào)強(qiáng)度指示和至少兩個(gè)衛(wèi)星的每一個(gè)的希望的接收信號(hào)強(qiáng)度指示之間差的差值；響應(yīng)差值的在空間段內(nèi)的第二個(gè)控制器，用于產(chǎn)生至少一個(gè)功率控制信號(hào)以供所說(shuō)的用戶(hù)終端使用；在空間段的發(fā)送器，用于發(fā)送至少一個(gè)產(chǎn)生的功率控制命令到用戶(hù)終端；和在所說(shuō)用戶(hù)終端的裝置，用于依照至少一個(gè)功率控制命令調(diào)整上傳鏈路信號(hào)的發(fā)送功率。
12.權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其中，所說(shuō)的接收機(jī)包括了解調(diào)接收的上傳鏈路信號(hào)到基帶的電路。
13.權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其中，所說(shuō)的接收機(jī)包括消擴(kuò)展分配給用戶(hù)終端的擴(kuò)展編碼的所接收的上傳鏈路信號(hào)的電路。
14.權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其中，確定差值的所說(shuō)的第一個(gè)控制器位于在至少兩個(gè)衛(wèi)星中的每一個(gè)，其中所說(shuō)第二個(gè)控制器也位于至少兩個(gè)衛(wèi)星的每一個(gè)，和進(jìn)而還包括裝置，用于直接或至少通過(guò)另一個(gè)衛(wèi)星發(fā)送確定的至少兩個(gè)衛(wèi)星的每一個(gè)之間的差值。
15.權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其中，確定差值的所說(shuō)第一控制器位于在至少兩個(gè)衛(wèi)星中的每一個(gè)，其中所說(shuō)的第二控制器位于在較高軌道內(nèi)的第三個(gè)衛(wèi)星內(nèi)，和進(jìn)而包括裝置，用于發(fā)送確定的至少兩個(gè)衛(wèi)星的每一個(gè)和所說(shuō)第三衛(wèi)星之間的差值。
16.權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中，該第三衛(wèi)星是中地球軌道或同步地球軌道中的一個(gè)。
17.權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其中，所說(shuō)接收機(jī)耦合到發(fā)送器，用于中繼接收的上傳鏈路信號(hào)到第三個(gè)衛(wèi)星，所說(shuō)的第三個(gè)衛(wèi)星包括解調(diào)或部分解調(diào)中繼的上傳鏈路信號(hào)的裝置，和第一和第二控制裝置。
18.權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其中，所說(shuō)第一和第二控制器位于在所說(shuō)至少兩個(gè)衛(wèi)星中的每一個(gè)內(nèi)部，并且在第一間隔內(nèi)產(chǎn)生和形成被發(fā)送的至少一個(gè)功率控制命令，該系統(tǒng)進(jìn)一步在高度高于至少兩個(gè)衛(wèi)星的高軌道衛(wèi)星內(nèi)包括第一和第二控制器，用于在第二間隔產(chǎn)生發(fā)送到所說(shuō)用戶(hù)終端的超越功率控制命令，其中的第二間隔大于第一間隔。
19.權(quán)利要求18的系統(tǒng)，其中，至少兩衛(wèi)星是低地球軌道衛(wèi)星星座的一部分，和其中第三衛(wèi)星是中地球軌道或同步地球軌道中的一個(gè)。
20.權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其中，所說(shuō)的接收機(jī)輸出耦連到發(fā)送機(jī)，以發(fā)送接收的上傳鏈路信號(hào)到地面通路，以連接地面通訊網(wǎng)絡(luò)。
21.衛(wèi)星通訊系統(tǒng)包括每一個(gè)具有發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的大量用戶(hù)終端；雙向耦連到地面通訊網(wǎng)絡(luò)的至少一個(gè)通路；在地球軌道上的大量衛(wèi)星，至少所說(shuō)的一些衛(wèi)星包括，通過(guò)通訊線路從所說(shuō)用戶(hù)終端接收通訊信號(hào)的裝置和發(fā)送所說(shuō)接收的通訊信號(hào)到所說(shuō)至少一個(gè)通路的裝置；和在所說(shuō)大量衛(wèi)星內(nèi)分配的功率控制功能，用于為所說(shuō)大量用戶(hù)終端單獨(dú)地產(chǎn)生發(fā)送功率控制命令，以為所說(shuō)用戶(hù)終端的每一個(gè)補(bǔ)償通訊線路的減損。
全文摘要
在具有至少一個(gè)用戶(hù)終端和至少一個(gè)地面通路的地面段和在非同步地球軌道的大量衛(wèi)星的空間段組成的該類(lèi)型的衛(wèi)星通訊系統(tǒng)中控制用戶(hù)終端發(fā)送功率的系統(tǒng)和方法。該方法包括步驟為(a)從用戶(hù)終端同時(shí)發(fā)送上傳鏈路信號(hào)到空間段的至少兩個(gè)衛(wèi)星和(b)至少兩個(gè)衛(wèi)星的每一個(gè)接收上傳鏈路信號(hào)。該方法進(jìn)一步包括步驟(c)在空間段確定,表示接收的信號(hào)強(qiáng)度指示和至少兩個(gè)衛(wèi)星的每一個(gè)的希望的接收的信號(hào)強(qiáng)度指示之間的差的差值;(d)響應(yīng)該差值,在空間段產(chǎn)生至少一個(gè)功率控制命令,以供用戶(hù)終端使用;(e)從空間段至少發(fā)送一產(chǎn)生的功率控制命令到用戶(hù)終端,和(f)依照至少一個(gè)功率控制命令調(diào)節(jié)上傳鏈路信號(hào)的發(fā)送功率。
文檔編號(hào)H04B7/15GK1192090SQ9710859
公開(kāi)日1998年9月2日 申請(qǐng)日期1997年12月11日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月12日
發(fā)明者V·K·加拉赫爾, P·A·蒙特, R·A·維德曼 申請(qǐng)人:環(huán)球星有限合伙人公司