專利名稱：通信阻塞環(huán)境響應(yīng)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及無線通信領(lǐng)域，尤其涉及無線通信系統(tǒng)中的衰落和阻塞領(lǐng)域。
采用非同步地球衛(wèi)星通信的無線通信網(wǎng)絡(luò)的頻率分配通常停留在UHF、L、S和K頻帶頻率或更高的頻率。采用這些帶寬的無線通信系統(tǒng)要求通信網(wǎng)絡(luò)的每個節(jié)點之間都有清晰的視距，以進(jìn)行高質(zhì)量的通信。通信路徑上存在的對象，例如樹木、工具桿架、山脈、建筑物以及天橋都會有效地衰落或阻塞通信傳輸，從而導(dǎo)致通信路徑質(zhì)量降低、中斷或終止。
這樣，需要有一個系統(tǒng)和方法改進(jìn)衰落和阻塞環(huán)境中的通信，在無線通信系統(tǒng)中，衰落和阻塞環(huán)境包括實際和潛在的視距障礙。進(jìn)一步需要有一個系統(tǒng)和方法改進(jìn)采用在UHF、L、S和K頻帶頻率或更高的頻率通信的非同步地球衛(wèi)星的系統(tǒng)中的通信。
結(jié)合附圖，參看下面本發(fā)明的細(xì)節(jié)描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將很容易明白本發(fā)明的前述目的以及其它更具體的目的和優(yōu)點。


圖1說明了按照本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例提供提供終端一衛(wèi)星的通信鏈路的通信系統(tǒng)；圖2按照本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例說明了圖1通信系統(tǒng)的衛(wèi)星的時間步進(jìn)位置、一個終端以及在衛(wèi)星和終端之間阻塞通信路徑的結(jié)構(gòu)；圖3的流程圖說明了按照本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例確定并響應(yīng)通信系統(tǒng)中阻塞環(huán)境的方法；圖4表示了終端視野，說明了按照本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例的潛在信號障礙；圖5的流程圖說明了按照本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例，根據(jù)菲涅耳(Fresnel)衍射信號創(chuàng)建終端阻塞輪廓的方法；圖6是按照本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例得到的終端視野的根據(jù)菲涅耳衍射信號的終端阻塞輪廓(Profile)；圖7的流程圖說明了按照本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例，創(chuàng)建光終端阻塞輪廓的方法；圖8是按照本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例得到的終端視野的終端阻塞輪廓；圖9的流程圖說明了按照本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例，創(chuàng)建反散射終端阻塞輪廓的方法；圖10是按照本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例得到的終端視野的反散射終端阻塞輪廓；圖11的流程圖說明了按照本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例，創(chuàng)建衛(wèi)星阻塞輪廓的方法；圖12的流程圖說明了按照本發(fā)明的一種可選實施例，創(chuàng)建衛(wèi)星阻塞輪廓的方法；圖13是按照本發(fā)明的一種可選實施例的終端的簡化框圖。
本發(fā)明提供了許多東西，其中主要提供了一種測量和響應(yīng)通信系統(tǒng)中阻塞環(huán)境的方法和系統(tǒng)。更具體地說，工作在較高頻率，例如UHF、L、S和K頻帶頻率或更高的頻率的無線通信系統(tǒng)要求在通信系統(tǒng)的節(jié)點之間無障礙的視距以維護(hù)高質(zhì)量的通信路徑或鏈路。如果一個或多個障礙部分或完全阻塞了節(jié)點間的視距(line of sight)，會導(dǎo)致通信路徑質(zhì)量降低、中斷和終止。
基于非同步地球衛(wèi)星的通信系統(tǒng)通常集成了寬帶業(yè)務(wù)，它在一個或多個非同步地球衛(wèi)星和靠近地表或地表上下的終端之間的通信鏈路上采用較高頻率分配。非同步地球衛(wèi)星以預(yù)定軌道連續(xù)圍繞著地球來回運動。因此，在基于非同步地球衛(wèi)星的通信系統(tǒng)中，通信路徑或鏈路的質(zhì)量必須取決于通信系統(tǒng)在出現(xiàn)可能的阻塞、衰落、干擾以及嚴(yán)重影響通信路徑或鏈路的其它因素時維護(hù)通信鏈路的能力。這樣，終端和衛(wèi)星之間必須有沒有障礙的直接視距，以將通信路徑維護(hù)在足夠良好的業(yè)務(wù)質(zhì)量。
就地基或陸地終端而言，非同步衛(wèi)星相對于地表的移動最終會導(dǎo)致下述問題當(dāng)一個或多個衛(wèi)星駐留在相對于終端的足夠低的仰角，最終會因為樹木、建筑物、山脈以及終端和衛(wèi)星之間的其它類似物而導(dǎo)致視距阻塞。這樣，為了維護(hù)通信路徑或鏈路，必須將通信路徑或鏈路從被阻衛(wèi)星切換或越區(qū)切換到終端視距清晰的另一衛(wèi)星。盡管當(dāng)前的方法被設(shè)計成當(dāng)衛(wèi)星將要降低到最小仰角時，從該衛(wèi)星切換或越區(qū)切換到相對終端的仰角大于最小仰角的新衛(wèi)星，但是本發(fā)明包括了提供對終端附近本地化環(huán)境障礙的響應(yīng)，從而維護(hù)一個或多個通信鏈路，抑制一個或多個通信鏈路的衰落和阻塞。
需要考慮到通信終端包括那些能夠連續(xù)或間斷通信的移動設(shè)備，或者可能是位于某個固定位置的終端。終端可以是單個地基用戶前端單元，或者主要的通信系統(tǒng)控制設(shè)施。還需要考慮到終端可以位于地表上下或靠近地表的任何適當(dāng)?shù)目尚形恢谩?br> 在這方面，任何位置的選定終端視野通常具有變化的障礙仰角，它將導(dǎo)致終端和一個或多個位于較小仰角的非同步地球衛(wèi)星之間的通信鏈路質(zhì)量降低、中斷和/或終止。本發(fā)明增加了基于非同步地球衛(wèi)星的采用較高頻帶頻率的通信系統(tǒng)的效率和經(jīng)濟(jì)性，并最小化了可能損傷終端和衛(wèi)星間視距的本地環(huán)境障礙所導(dǎo)致的一個或多個通信鏈路的質(zhì)量降低、中斷和終止。本發(fā)明的優(yōu)點不僅在于結(jié)合了UHF、L、S和K頻帶頻率或其它更高的頻率，而且結(jié)合了因障礙或干擾而趨向衰落和阻塞的任何頻帶。
在特定申請中，圖1說明了具有一個或多個終端-衛(wèi)星通信鏈路的通信系統(tǒng)10。通信系統(tǒng)10的標(biāo)準(zhǔn)通信元件由衛(wèi)星12和終端16表示。衛(wèi)星12還被看作是一個節(jié)點，它發(fā)送并維護(hù)與終端16的通信路徑或鏈路15，終端16具有一根天線19或其它適于維護(hù)與一個或多個衛(wèi)星12的通信鏈路的機(jī)制。在本申請所公開的內(nèi)容中，衛(wèi)星12是相對于終端16的非同步通信衛(wèi)星。在本發(fā)明的可選實施例中，系統(tǒng)節(jié)點可以是不同于衛(wèi)星12的設(shè)備。例如，節(jié)點可以是地基或機(jī)載收發(fā)信機(jī)。此外，本發(fā)明的一些優(yōu)點可以通過靜態(tài)節(jié)點實現(xiàn)。
與前述討論一致，終端16可以位于地表附近或地表上下。此外，終端16可以是從一個位置移動到另一位置的移動設(shè)備，或者位于某個固定位置。但是，為了便于討論，終端16是地面上的地基終端，位于地表上的選定位置。通信系統(tǒng)10工作在較高工作頻率，例如UHF、L、S和K頻帶頻率或更高的頻率。因此，一個或多個衛(wèi)星12和終端16之間希望或要求有未受阻的視距，以維護(hù)一個或多個通信路徑或鏈路15。
為了說明衰落和阻塞的異常性和環(huán)境，請注意參看圖2。在圖2中，說明了通信系統(tǒng)10的衛(wèi)星13的步進(jìn)位置。還示出了終端16和由衛(wèi)星13維護(hù)的位于衛(wèi)星13和終端16的天線19之間的通信鏈路18。還示出了當(dāng)衛(wèi)星13位于位置26時，位于終端16和衛(wèi)星13中間的結(jié)構(gòu)20。帶箭頭的線14指示了衛(wèi)星13沿著預(yù)定軌道飛行的路徑。示出的衛(wèi)星13可以在兩個不同情況下沿其飛行路徑出現(xiàn)在兩個不同位置，位置25和位置26。衛(wèi)星13的位置25相對于終端16的仰角比位置26要大。在位置25時，衛(wèi)星13和終端16之間的視距和通信鏈路18完全未受阻塞。但是，在位置26時，衛(wèi)星13和終端16之間的視距和通信鏈路18被結(jié)構(gòu)20阻塞，它導(dǎo)致了通信鏈路質(zhì)量下降、中斷或終止。
與前述討論一致，象其它地基終端一樣，終端16可以出現(xiàn)在鄉(xiāng)村、市郊或市區(qū)。在這些位置中的任意一個時，終端16可以具有180度視野，本地化的信號障礙例如樹木、灌木、工具桿架、大小的建筑物、橋以及類似物的角度是不同的，在這些障礙上用戶天空不受阻礙，而在其下，用戶天空部分或完全被遮。在終端16所處的任一位置，本地化信號障礙確定了本地化的衰落和阻塞環(huán)境。
衰落和阻塞都與環(huán)境障礙屬性密切相關(guān)。例如，當(dāng)衛(wèi)星和終端之間的視距被樹木或灌木阻礙時，通信路徑通常會被遮蔽。在這種情況下，遮蔽或部分阻塞的程度與載波頻率和樹木及矮樹叢和其它類似植物上出現(xiàn)的樹葉的數(shù)量密切相關(guān)。盡管遮蔽不一定會阻塞通信路徑，但它的出現(xiàn)大大降低了通信路徑的質(zhì)量，并會導(dǎo)致通信路徑的最終終止。另一方面，當(dāng)衛(wèi)星和終端之間的視距被山脈和結(jié)構(gòu)，例如建筑物或天橋阻塞時，通信路徑通常被完全阻塞。在這些情況下，視距完全受阻，經(jīng)常導(dǎo)致通信路徑的終止。
為了適應(yīng)本地環(huán)境障礙，并增加通信系統(tǒng)資源的經(jīng)濟(jì)性、效率以及可靠性，本發(fā)明的方法和裝置探知終端視野中出現(xiàn)的阻塞環(huán)境或本地環(huán)境障礙的屬性，從而確定何處用戶天空清晰、何處被樹木或灌木遮蔽，以及何處因為山脈和結(jié)構(gòu)，例如建筑物或天橋而阻塞。除了本地阻塞環(huán)境，本發(fā)明的方法和裝置還包括確定一個或多個非同步地球衛(wèi)星在星座圖上的瞬時位置，從而預(yù)測衰落和阻塞，并有助于通信系統(tǒng)中生成一個或多個適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)以避免因本地環(huán)境障礙而導(dǎo)致衰落和阻塞。
直接參看圖3，說明了按照本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例確定并響應(yīng)通信系統(tǒng)中阻塞環(huán)境的方法的流程圖。本發(fā)明開始于任務(wù)41中選定終端16所處位置，然后任務(wù)42中在鄉(xiāng)村、市郊或市區(qū)中安裝終端16。
暫時參看圖4，示出了終端16處的終端天線視野50，并說明了可能的信號環(huán)境障礙52。視野50說明了障礙52以較小信號角出現(xiàn)，它可能會導(dǎo)致衰落和阻塞。盡管此處示出的障礙52是樹木和灌木以及類似物，但障礙52也可以包括山脈、建筑物或其它障礙物。障礙52限制了清晰和位受阻的用戶天空53。視野50實際上確定了該處終端天線的阻塞輪廓。
重新參看圖3，在選定位置并安裝終端16之后，執(zhí)行任務(wù)46以搜集終端天線視野50中出現(xiàn)的衰落和阻塞數(shù)據(jù)。為簡明起見，衰落和阻塞數(shù)據(jù)必須包括終端天線視野50和遮蔽或阻塞用戶天空53的障礙52的物理環(huán)境。在一種實施例中，衰落和阻塞數(shù)據(jù)可以簡單描述成二進(jìn)制形式，其中對終端視野中的特定點，例如0表示清晰情況而1表示阻塞情況。在其它實施例中，衰落和阻塞數(shù)據(jù)可以表明阻塞的相對程度。例如，1到10可以用于表示信號在特定點的遮蔽程度。例如，0可以表示在視距范圍中沒有遮蔽情況。3可以表示在視距范圍中有輕微的障礙(例如樹木)。10可以表示完全阻塞情況。二進(jìn)制或阻塞環(huán)境的相對程度描述可以用于終端阻塞輪廓和衛(wèi)星阻塞輪廓，這兩者都將在后面詳細(xì)描述。
在針對圖5-10的描述中，任務(wù)46可以通過適于用戶容易并有效地確定終端阻塞輪廓的不同方式完成。搜集衰落和阻塞數(shù)據(jù)的三種示例性方法是采用信號的阻塞特征標(biāo)記(圖5)(例如菲涅耳衍射信號測量)；采用視野(例如光)數(shù)據(jù)(圖7)；以及采用反散射信號數(shù)據(jù)(圖9)。下面描述這三種搜集衰落和阻塞數(shù)據(jù)的方式的優(yōu)選實施例，盡管也可以采用搜集衰落和阻塞數(shù)據(jù)的其它方法。
任務(wù)46可以根據(jù)菲涅耳衍射信號創(chuàng)建終端阻塞輪廓來完成。圖5的流程圖說明了按照本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例，根據(jù)菲涅耳衍射信號創(chuàng)建終端阻塞輪廓的方法。在可選實施例中，可以采用根據(jù)信號測量指示阻塞的其它方法。
在采用寬帶新得到終端一衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，當(dāng)衛(wèi)星和終端之間的視距未受阻礙，則通信鏈路的信號強(qiáng)度幾乎是恒定的。但是，因為衛(wèi)星在用戶天空中相對于終端移動，其視距將會被接近的障礙遮蔽或阻塞，通過衍射信號振幅的快速變化，菲涅耳衍射信號強(qiáng)度明顯波動。菲涅耳衍射信號振幅的變化表明了接近的障礙將會導(dǎo)致遮蔽或阻塞。
較大的對象，例如山脈、建筑物和類似結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了菲涅耳衍射信號振幅的較大變化。在任何情況下，菲涅耳衍射信號的特征標(biāo)記將顯示特定強(qiáng)度特性，它通過菲涅耳衍射信號根據(jù)衛(wèi)星和終端之間的視距是否未受阻塞、將會部分或全部被阻塞、遮蔽、部分阻塞和全部阻塞而出現(xiàn)的振幅變化而顯而易見。
參看圖5，依據(jù)前述討論，在任務(wù)64中通過滑動時間窗口監(jiān)控來自一個或多個通信路徑或鏈路的菲涅耳衍射信號數(shù)據(jù)。菲涅耳衍射信號數(shù)據(jù)可以在終端16或衛(wèi)星星座的一個或多個衛(wèi)星12監(jiān)控。任務(wù)66中在終端16或一個或多個衛(wèi)星12中記錄菲涅耳衍射信號數(shù)據(jù)。然后在任務(wù)68中求菲涅耳衍射信號振幅的信號強(qiáng)度變化的平均或歸一化，以生成菲涅耳衍射信號閾值或特征標(biāo)記。在一種優(yōu)選實施例中，菲涅耳閾值等于終端16的視野50中平均通信路徑的菲涅耳衍射信號的平均特征標(biāo)記。在可選實施例中，然后在任務(wù)70中將菲涅耳閾值映射到數(shù)據(jù)庫或以圖表形式繪出。任務(wù)64-70的執(zhí)行導(dǎo)致了基于菲涅耳衍射信號的終端阻塞輪廓的生成。
圖6是基于菲涅耳衍射信號的示例性終端阻塞輪廓，它示出了按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例得到的終端視野的菲涅耳閾值。圖72對應(yīng)于菲涅耳特征標(biāo)記76(例如終端16的視野50)的兩維阻塞輪廓74，它作為障礙間隙(obstruction clearance)80的函數(shù)以歸一化信號密度或強(qiáng)度78的形式繪出。圖6說明了在障礙相對整齊的情況下菲涅耳衍射信號的振幅變化。這種障礙的邊緣將位于障礙間隙80等于0的點81。菲涅耳特征標(biāo)記76的振幅變化對應(yīng)于終端天線處的阻塞環(huán)境。
重新參看圖3，任務(wù)46還可以通過創(chuàng)建終端天線視野的終端阻塞輪廓來完成。在一種優(yōu)選實施例中，終端天線視野的終端阻塞輪廓根據(jù)光數(shù)據(jù)得到。但是，在可選實施例中，終端天線的視野可以根據(jù)沿頻譜任意一處的數(shù)據(jù)測量(例如光、紅外、紫外)得到。圖7的流程圖說明了按照本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例創(chuàng)建光終端阻塞輪廓的方法。在這種情況下，光終端阻塞輪廓對應(yīng)于任務(wù)92中初始化的視野50，任務(wù)92中首先通過具有完整180度視野的攝影機(jī)和魚眼透鏡(fisheys lens)生成終端天線的光照片或視野50的表示。
選定視野的魚眼光圖的介紹在Akturan和Vogel的Photogrammetric Mobile Satellite Service Prediction,NAPEX 94(1994年6月17日)中描述。光圖視野50的一般性表示在圖4中示出，它隨后通過算法或其它裝置在任務(wù)94中被轉(zhuǎn)換并映射或以圖表96的形式繪出，如圖8所示。
圖8是按照本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例得到的終端視野的示例性光終端阻塞輪廓。圖表96對應(yīng)于作為方位角102函數(shù)以仰角100形式繪出的終端16的視野50的光表示的兩維阻塞輪廓98，曲線105以上的區(qū)域104對應(yīng)于未受阻的可以進(jìn)行通信的用戶天空53，曲線105以下的區(qū)域106對應(yīng)于由視野50中出現(xiàn)的障礙52確定的可能無法進(jìn)行通信的阻塞地區(qū)。
重新參看圖7，一旦繪出，在任務(wù)110中進(jìn)行圖表96的校正。在一種優(yōu)選實施例中，圖表96校正涉及通過指南針或其它適當(dāng)?shù)臋C(jī)制確定方向角中0度的方向，從而確定終端16的坐標(biāo)系統(tǒng)。任務(wù)92-110的完成導(dǎo)致光終端阻塞輪廓的生成。
重新參看圖3，任務(wù)46還可以通過反散射技術(shù)，創(chuàng)建反散射終端阻塞輪廓來完成。圖9的流程圖說明了按照本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例，創(chuàng)建反散射終端阻塞輪廓的方法。在這種情況下，任務(wù)122中首先從終端16發(fā)送一個信號來實現(xiàn)反散射終端阻塞輪廓(例如對應(yīng)于視野50)。信號可以由位于終端16處的發(fā)射機(jī)生成，并通過天線19(圖2)發(fā)送，或者通過類似機(jī)制以射頻信號、紅外信號或可能以聲外信號形式發(fā)送。
在優(yōu)選實施例中，發(fā)射信號最好是高頻(例如Ka或以上頻帶)，通過終端天線視野50中的環(huán)境障礙反射出去。在從終端16發(fā)送信號之后，信號將撞擊障礙52，以反散射信號數(shù)據(jù)形式反射回終端16。然后終端16在任務(wù)126中檢測反散射信號數(shù)據(jù)，則任務(wù)128中測量，非常類似于傳統(tǒng)的雷達(dá)測量。然后在任務(wù)130中在終端16或一個或多個衛(wèi)星12中記錄測量結(jié)果。通過這種方式，天線19可以具備檢測反散射信號數(shù)據(jù)的檢測能力。視野50中記錄的反散射信號數(shù)據(jù)的一般表示在圖4中示出，然后在任務(wù)132中通過算法或其它裝置轉(zhuǎn)換并映射，或者以圖10所示圖表140的形式繪出。
圖10時按照本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例得到的終端視野的示例性反散射終端阻塞輪廓。圖表140與前面討論的圖表96(圖8)具有類似特性，它對應(yīng)于終端16視野50的反散射表示的兩維阻塞輪廓142，以仰角144的形式作為方位角146的函數(shù)繪出。曲線150以上的區(qū)域148對應(yīng)于未受阻的可以進(jìn)行通信的用戶天空53，曲線150以下的區(qū)域152對應(yīng)于由視野50中出現(xiàn)的障礙52確定的可能無法進(jìn)行通信的阻塞地區(qū)。
重新參看圖3，在任務(wù)46中搜集衰落和阻塞數(shù)據(jù)之后，和/或在其同時，執(zhí)行任務(wù)158，利用衰落和阻塞數(shù)據(jù)創(chuàng)建終端天線視野的終端阻塞輪廓(例如圖表72、96、140)，從而確定終端16附近何處用戶天空清晰、遮蔽或阻塞。
在生成了終端天線視野50的終端阻塞輪廓之后(例如利用菲涅耳衍射信號測量、視野測量或反散射測量)，在任務(wù)160中存儲終端阻塞輪廓。終端阻塞輪廓可以存儲在終端1、一個獨立的控制設(shè)備或者星座的一個或多個衛(wèi)星12。
因為在終端16所處現(xiàn)場的本地環(huán)境障礙會有所變化，所以需要周期更新終端阻塞輪廓。此外，如果終端時連續(xù)發(fā)送或者間歇發(fā)送的移動終端，則終端阻塞輪廓可以要求連續(xù)或經(jīng)常更新。更新終端阻塞輪廓必須涉及在相關(guān)部件中，選擇性和周期性或者非周期性重復(fù)進(jìn)行涉及創(chuàng)建終端阻塞輪廓的前述方法步驟。在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例的輔助下，可以有利地確定衛(wèi)星阻塞輪廓，在進(jìn)行越區(qū)切換判定和其它系統(tǒng)操作判定中采用。衛(wèi)星阻塞輪廓從衛(wèi)星角度映射終端和衛(wèi)星之間的阻塞情況，而終端阻塞輪廓從終端角度映射。衛(wèi)星阻塞輪廓的格式可以通過若干方式生成，在任務(wù)163中進(jìn)行。圖11描述了按照一種優(yōu)選實施例的衛(wèi)星阻塞輪廓的格式，圖12描述了按照一種可選實施例的衛(wèi)星阻塞輪廓的格式。
圖11的流程圖說明了按照本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例創(chuàng)建衛(wèi)星阻塞輪廓的方法。非同步地球衛(wèi)星的地面跟蹤并不是從一個軌道到另一個軌道重復(fù)進(jìn)行。這樣，僅覆蓋通過終端的第一次通信的衛(wèi)星阻塞輪廓并不會對通過終端的下一次通信有效。必須為通過終端的每次通信確定衛(wèi)星阻塞輪廓數(shù)據(jù)。
該方法開始于步驟164，由衛(wèi)星、控制設(shè)備或終端預(yù)測衛(wèi)星軌道路徑。衛(wèi)星軌道路徑的預(yù)測例如可以如下完成根據(jù)按照衛(wèi)星軌道參數(shù)的已知衛(wèi)星位置，將衛(wèi)星路徑前向延伸到未來。在其它實施例中，可以通過本領(lǐng)域中技術(shù)人員所熟知的其它方法預(yù)測衛(wèi)星軌道路徑。
針對圖11描述的方法采用了按照圖3的步驟46-160得到的終端阻塞輪廓數(shù)據(jù)。在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例中，衛(wèi)星阻塞輪廓創(chuàng)建處理中可以得到該終端阻塞輪廓數(shù)據(jù)。在步驟166中，確定至少衛(wèi)星軌道路徑中衛(wèi)星位于終端天線視野范圍內(nèi)的那些部分。在步驟168中，在終端阻塞輪廓的內(nèi)容中分析這些軌道路徑部分。
基于該分析，步驟170中確定衛(wèi)星到終端通信鏈路被阻塞、遮蔽或清晰的這些部分的段。希望這能夠?qū)С鲂l(wèi)星和終端之間可以進(jìn)行高質(zhì)量通信的一組時間和/或衛(wèi)星位置。在步驟172中，描述阻塞、遮蔽或清晰情況的信息被轉(zhuǎn)換成該次通信的衛(wèi)星阻塞輪廓。這樣，步驟164-172的執(zhí)行導(dǎo)致了衛(wèi)星阻塞輪廓的生成。衛(wèi)星阻塞輪廓也可以從終端角度進(jìn)行轉(zhuǎn)換，例如采用本領(lǐng)域中技術(shù)人員所熟知的數(shù)學(xué)技術(shù)將衛(wèi)星位置轉(zhuǎn)換成終端定向天線的定點角。
重新參看圖3，任務(wù)163中衛(wèi)星阻塞輪廓的創(chuàng)建也可以采用圖12所描述的方法完成。圖12的流程圖說明了按照本發(fā)明的一種可選實施例創(chuàng)建衛(wèi)星阻塞輪廓的方法。結(jié)合圖12描述的方法不需要使用按照圖3步驟46-160得到的終端阻塞輪廓數(shù)據(jù)。按照給可選實施例，終端16配備有信標(biāo)(例如紅外發(fā)射機(jī))，發(fā)射的信標(biāo)信號可以被衛(wèi)星12接收。在衛(wèi)星通信期間(例如當(dāng)衛(wèi)星12相對于終端16的仰角大于最小仰角時)，衛(wèi)星12在步驟180中監(jiān)控該信標(biāo)信號，確定信標(biāo)的相對接收強(qiáng)度。當(dāng)接收的信標(biāo)信號較弱或不存在，則衛(wèi)星和終端之間可能有部分或完全阻塞的障礙。在另一可選實施例中，衛(wèi)星12可以配備有信標(biāo)(而不是終端16或在終端16上添加)，衛(wèi)星所發(fā)射的信標(biāo)信號可以在地面進(jìn)行測量以確定障礙。
在任務(wù)182中將特定終端的接收信標(biāo)信號測量的相對強(qiáng)度存儲在位于終端16、控制設(shè)施或星座的一個或多個衛(wèi)星12的數(shù)據(jù)庫中。在步驟183中，通過終端進(jìn)行的許多通信的數(shù)據(jù)可以組合以生成終端阻塞輪廓。以后可以處理該輪廓以從衛(wèi)星角度計算一個圖表，描述終端軌跡以及其阻塞環(huán)境隨時間的演變。
當(dāng)需要即將到來的衛(wèi)星通信相對于特定終端的阻塞信息時，在步驟184中，衛(wèi)星、控制設(shè)施或終端預(yù)測該衛(wèi)星的軌道路徑。在步驟186中，確定至少衛(wèi)星軌道路徑中衛(wèi)星位于終端天線視野范圍內(nèi)的那些部分。在步驟188中，在通過信標(biāo)信號測量得到的終端阻塞輪廓數(shù)據(jù)的上下文中分析這些軌道路徑部分。
基于該分析，步驟190中確定衛(wèi)星到終端通信鏈路被阻塞、遮蔽或清晰的這些部分的段。希望這能夠?qū)С鲂l(wèi)星和終端之間可以進(jìn)行高質(zhì)量通信的一組時間和/或衛(wèi)星位置。在步驟192中，描述阻塞、遮蔽或清晰情況的信息被轉(zhuǎn)換成該次通信的衛(wèi)星阻塞輪廓。這樣，步驟180-192的執(zhí)行導(dǎo)致了衛(wèi)星阻塞輪廓的生成。
在一種優(yōu)選實施例中，每次系統(tǒng)衛(wèi)星相對于終端的仰角達(dá)到最小仰角時都重復(fù)步驟180-182，盡管可以選擇性地完成較少的重復(fù)。步驟180-182的重復(fù)執(zhí)行導(dǎo)致了阻塞信息累積數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建。每次需要特定衛(wèi)星通信的阻塞輪廓時都執(zhí)行步驟184-192。
如前所述，為了按照圖12創(chuàng)建衛(wèi)星阻塞輪廓，通過終端所進(jìn)行的測量得到的終端阻塞輪廓數(shù)據(jù)不是必要的。因此，為了實現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)點，不一定要執(zhí)行圖3的步驟46-160。
重新參看圖3，步驟198中存儲衛(wèi)星阻塞輪廓。希望衛(wèi)星阻塞輪廓存儲在一個或多個衛(wèi)星12中，盡管該輪廓可以存儲在終端或控制設(shè)施中。
利用終端16、星座的一個或多個衛(wèi)星12或控制設(shè)施中的算法或其它機(jī)制，任務(wù)200中可以在一個或多個通信路徑或鏈路的衰落或阻塞之前，生成對終端阻塞輪廓和/或衛(wèi)星阻塞輪廓的響應(yīng)。該響應(yīng)可以由位于終端16、控制設(shè)施或可能在星座的一個或多個衛(wèi)星12的算法生成并控制。在一種實施例中，終端16和/或衛(wèi)星12唯一地生成該響應(yīng)。在另一實施例中，終端16和和/或衛(wèi)星12可以向控制設(shè)施發(fā)送描述阻塞輪廓的信息。然后，控制設(shè)施可以利用該信息控制終端16和衛(wèi)星12之間的通信?？刂圃O(shè)施可以例如根據(jù)該信息發(fā)送指令該終端16和衛(wèi)星12中的一個，或者兩者。這些指令，例如可以引發(fā)越區(qū)切換。
在一種優(yōu)選實施例中，這種響應(yīng)基于終端阻塞輪廓和衛(wèi)星阻塞輪廓。但是，在不同的可選實施例中，該響應(yīng)可以單獨基于其中的一個阻塞輪廓。當(dāng)響應(yīng)單獨基于終端阻塞輪廓或衛(wèi)星阻塞輪廓時，創(chuàng)建另一類型阻塞輪廓必須的步驟是必不可少的。
在一種優(yōu)選實施例的一個特定例子中，終端阻塞輪廓用于確定何時進(jìn)行從一顆衛(wèi)星到另一衛(wèi)星的越區(qū)切換。圖8說明了位置202的第一衛(wèi)星12沿帶箭頭的線203所示方向運動，位置204的第二衛(wèi)星12沿帶箭頭的線205所示方向運動，示出這兩顆衛(wèi)星是因為它們將出現(xiàn)并映射到圖表96。位置202的衛(wèi)星12在區(qū)域104中運動，即將進(jìn)入阻塞區(qū)域106，而位置204的衛(wèi)星12在對應(yīng)于位受阻用戶天空53的區(qū)域104中運動，不進(jìn)入阻塞區(qū)域106。
隨著位置202的衛(wèi)星12進(jìn)入阻塞區(qū)域106，位置202的衛(wèi)星12和終端16之間的通信鏈路或路徑將被部分或完全阻塞。但是，在這種情況下，本發(fā)明可以在任務(wù)200(圖3)中預(yù)測該事件并對阻塞環(huán)境和衛(wèi)星阻塞輪廓作出響應(yīng)，防止通信鏈路被阻塞。由本發(fā)明提供的這種情況下的一種適當(dāng)反應(yīng)是在任務(wù)200中，在位置202的衛(wèi)星12進(jìn)入阻塞區(qū)域106之前，從位置202的衛(wèi)星12越區(qū)切換到位置204的衛(wèi)星12。
按照任務(wù)200，為了對終端阻塞輪廓和/或衛(wèi)星阻塞輪廓作出適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)，可能需要監(jiān)控一個或多個衛(wèi)星12和終端16之間的一個或多個通信鏈路。例如，與基于菲涅耳衍射信號的終端阻塞輪廓(圖6)一致，隨著位置202的衛(wèi)星12到達(dá)阻塞區(qū)域106，該通信路徑的菲涅耳衍射信號將出現(xiàn)快速變化。當(dāng)通信路徑的菲涅耳衍射信號的變化超出了圖表70中確定的菲涅耳閾值76，表明到達(dá)阻塞區(qū)域106(圖8)時，越區(qū)切換到未受阻的衛(wèi)星，例如位置204的衛(wèi)星12是合適的。在這種情況下，任務(wù)200還可以包括監(jiān)控星座的一個或多個衛(wèi)星12之間的一個或多個通信鏈路，在一個或多個通信鏈路的菲涅耳衍射信號的變化超出了按照圖6的菲涅耳閾值時，啟動越區(qū)切換。在步驟200中對阻塞輪廓作出響應(yīng)之后，該方法結(jié)束。
盡管本申請中沒有特別加以討論，但應(yīng)當(dāng)理解，系統(tǒng)響應(yīng)的生成可以使用圖5、7和9所示的任一方法創(chuàng)建的終端阻塞輪廓(或其它方法)，使用圖11和12所示的方法中的一種創(chuàng)建的衛(wèi)星阻塞輪廓(或其它方法)，或者同時使用終端和衛(wèi)星阻塞輪廓。此外，系統(tǒng)響應(yīng)不局限于確定何時應(yīng)當(dāng)進(jìn)行越區(qū)切換。其它系統(tǒng)功能可以利用終端和衛(wèi)星阻塞輪廓中的一種或兩者所包含的信息。例如，系統(tǒng)可能希望知道何時多顆衛(wèi)星與特定終端具有清晰的通信路徑，以構(gòu)成三角形來確定精確的終端位置。另一個例子是系統(tǒng)可以利用多個阻塞輪廓所包含的信息來控制通信。例如，來自一個或多個報告終端和/或衛(wèi)星的阻塞輪廓信息可以由控制設(shè)施接收。控制設(shè)施隨后可以利用這些信息生成特定地理區(qū)域的障礙圖表。障礙圖表，例如指明了半永久障礙，例如建筑物、山脈以及天橋的存在，它們會影響與障礙附近任一終端的通信。
圖表的維度可以由向控制設(shè)施報告阻塞信息的終端和/或衛(wèi)星數(shù)量確定。一旦控制設(shè)施已生成了障礙圖表，控制設(shè)施就能夠利用該圖表控制與報告終端，以及該地理區(qū)域中的其它非報告終端的通信?？梢詷?gòu)想許多其它應(yīng)用，這些應(yīng)用將被并入本發(fā)明的范圍中。
圖13是按照本發(fā)明一種優(yōu)選實施例的終端的簡化框圖。終端220包括處理器222和存儲器存儲設(shè)備226。存儲器存儲設(shè)備226能夠存儲終端阻塞輪廓。如同針對本發(fā)明不同實施例所描述的那樣，終端阻塞輪廓可以包括，例如終端天線所處環(huán)境的地圖，它可以是根據(jù)信號測量(例如菲涅耳衍射信號測量)、視野或反散射數(shù)據(jù)圖得到的地圖。在可選實施例中，終端阻塞輪廓可以存儲在控制設(shè)施、衛(wèi)星或同時存儲在這兩者中。
處理器222用于在必要時對終端阻塞輪廓作出響應(yīng)。這種響應(yīng)可以例如由處理器222啟動，或者可以因為接收到命令處理器222對終端阻塞輪廓作出響應(yīng)的指令而引發(fā)。對終端阻塞輪廓作出響應(yīng)，例如可以涉及處理器222執(zhí)行一個算法以啟動到一顆或多顆衛(wèi)星的一個或多個越區(qū)切換。在一種優(yōu)選實施例中，處理器222還用于周期性更新終端阻塞輪廓。
在一種優(yōu)選實施例中，終端220還包括測量設(shè)備224。測量設(shè)備224在終端220不為其阻塞輪廓搜集數(shù)據(jù)的那些實施例中是不需要的。但是，在終端220為終端阻塞輪廓搜集數(shù)據(jù)的那些實施例中，測量設(shè)備224可以是，例如檢測菲涅耳衍射信號的設(shè)備、光魚眼透鏡，或者反散射信號檢測設(shè)備。
總之，本發(fā)明提供了防止非同步地球衛(wèi)星通信系統(tǒng)中通信路徑或鏈路的衰落和阻塞的一種系統(tǒng)和方法。本發(fā)明確定相對于終端天線的終端阻塞輪廓和/或衛(wèi)星阻塞輪廓。知道終端天線的阻塞環(huán)境和非同步地球衛(wèi)星星座中一顆或多顆衛(wèi)星的瞬時位置之后，本發(fā)明包括對該信息作出響應(yīng)，例如從已被或即將阻塞的衛(wèi)星越區(qū)切換到不受接近障礙阻塞的另一衛(wèi)星。
以上結(jié)合優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明。但是，本領(lǐng)域中技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，在不偏離本發(fā)明的特性和范圍的前提下，可以改變或改進(jìn)所描述的實施例。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員很容易對本申請中為了說明起見選擇的實施例作出的不同的改變和改進(jìn)。如果這種改進(jìn)和改變不偏離本發(fā)明的精神，它們將被包含在本發(fā)明的范圍中，本發(fā)明的范圍僅由后附權(quán)利要求書的公正解釋評定。
權(quán)利要求
1．一種對終端天線附近的阻塞環(huán)境作出響應(yīng)的方法，該終端能夠與通信系統(tǒng)中的多個節(jié)點進(jìn)行通信，該方法包括下述步驟在終端天線處創(chuàng)建終端阻塞輪廓；以及基于終端阻塞輪廓控制終端和至少一個節(jié)點之間的通信。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中創(chuàng)建終端阻塞輪廓的步驟還包括下述步驟終端在終端天線處搜集阻塞數(shù)據(jù)；以及將阻塞數(shù)據(jù)映射到阻塞輪廓數(shù)據(jù)庫。
3．根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中搜集阻塞數(shù)據(jù)的步驟還包括搜集來自一個或多個視距通信鏈路信號的菲涅耳區(qū)域信號數(shù)據(jù)的步驟。
4．根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中搜集阻塞數(shù)據(jù)的步驟還包括測量描述終端天線視野的數(shù)據(jù)的步驟，其中測量可以在沿頻譜的任意處進(jìn)行。
5．根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中搜集阻塞數(shù)據(jù)的步驟還包括生成終端天線視野的反散射表示的步驟。
6．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中對終端阻塞輪廓作出響應(yīng)的步驟還包括啟動終端到一顆或多顆衛(wèi)星的一個或多個越區(qū)切換。
7．一種控制通信系統(tǒng)中節(jié)點和終端之間的通信的方法，該方法包括下述步驟接收描述一個或多個阻塞輪廓的信息，阻塞輪廓描述了一個或多個終端天線處的通信障礙；利用該信息生成地理區(qū)域的阻塞圖；以及基于該阻塞圖控制該地理區(qū)域中的終端和至少一個節(jié)點之間的通信。
8．一種對終端天線附近的阻塞環(huán)境作出響應(yīng)的方法，該終端能夠與通信系統(tǒng)中的多個節(jié)點進(jìn)行通信，該方法包括下述步驟通過測量設(shè)備在終端天線處創(chuàng)建終端阻塞輪廓，該測量設(shè)備能夠測量描述阻塞環(huán)境的數(shù)據(jù)；在存儲設(shè)備中存儲終端阻塞輪廓；將描述終端阻塞輪廓的數(shù)據(jù)發(fā)送給控制設(shè)施，其中控制設(shè)施接收來自一個或多個終端天線的描述一個或多個阻塞輪廓的信息；控制設(shè)施利用該信息生成地理區(qū)域的阻塞圖；以及控制設(shè)施基于該阻塞圖控制該地理區(qū)域中的終端和至少一個節(jié)點之間的通信；以及基于終端阻塞輪廓，通過控制終端和至少一個節(jié)點之間的通信，終端對終端阻塞輪廓作出響應(yīng)，其中控制步驟由終端的處理器執(zhí)行。
9．一種對通信系統(tǒng)的阻塞環(huán)境作出響應(yīng)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個存儲設(shè)備，能夠存儲終端天線環(huán)境的終端阻塞輪廓；以及一個耦合到存儲設(shè)備的處理器，能夠?qū)K端阻塞輪廓作出響應(yīng)。
10．一種對通信系統(tǒng)的阻塞環(huán)境作出響應(yīng)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括存儲終端天線環(huán)境的終端阻塞輪廓的裝置；以及耦合到存儲裝置，對終端阻塞輪廓作出響應(yīng)的裝置。
全文摘要
一種對通信系統(tǒng)中阻塞環(huán)境(50)作出響應(yīng)的方法和裝置,包括創(chuàng)建(158,163)終端天線(19)的終端阻塞輪廓和/或衛(wèi)星阻塞輪廓,并對終端阻塞輪廓和/或衛(wèi)星阻塞輪廓作出響應(yīng)(200),以防止一顆或多顆衛(wèi)星(12)和終端(16)之間的通信路徑(15,18)的衰落和/或阻塞。
文檔編號H04B7/185GK1224550SQ98800543
公開日1999年7月28日 申請日期1998年4月8日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月25日
發(fā)明者羅德里格·伊班尼茲－邁耶, 蘭迪·李·特科特, 理查德·勞倫斯·阿斯特羅姆, 瑟吉奧·阿格魯伊里 申請人:摩托羅拉公司