CN101103545A - 陆地便携电话和相似地面终端中的卫星通信设备和方法 - Google Patents

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CN101103545A CNA2006800021764A CN200680002176A CN101103545A CN 101103545 A CN101103545 A CN 101103545A CN A2006800021764 A CNA2006800021764 A CN A2006800021764A CN 200680002176 A CN200680002176 A CN 200680002176A CN 101103545 A CN101103545 A CN 101103545A
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Abstract

公开了一种在同步或异步移动终端中用于执行直接与卫星通信的方法，该移动终端包含具有用于执行与卫星之间的直接通信的卫星天线的卫星通信模块(SCM)，因此在不存在陆地通信网络的区域内允许通信以及允许陆地无线电通信。该方法包括：第一步，卫星通信设备与陆地通信设备之间接合，使得预定信号在卫星通信设备与陆地通信设备之间发射/接收；以及第二步，根据通过接口在卫星通信设备与陆地通信设备之间发射/接收的信号来执行卫星通信。

Description

陆地便携电话和相似地面终端中的卫星通信设备和方法
技术领域
本发明涉及一种在移动终端中使用的卫星通信设备和一种用于操作该设备的方法，更特别地，本发明涉及在采用如CDMA(码分多址)、GSM(全球移动通信系统)或TDMA(时分多址)等通信系统的移动终端中包含的一种卫星通信模块，该模块允许该移动终端执行与卫星之间的通信。
背景技术
通常，采用例如CDMA、GSM和TDMA之一的特定通信系统的移动终端，很难与采用不同通信系统的不同移动终端兼容，并且其只能用于相互连接有通信网络的基站的覆盖范围内。然而，从技术角度来看，能够与移动终端之间进行通信的基站很难被安装在除地面之外的地方，如海洋、天空、高山等。而且，从经济角度来看，基站也很难被安装在就移动终端的市场特点而言用户较少的区域。
因此，产生了对于包含在移动终端中的卫星通信设备的需求，该设备可以通过利用卫星的宽广覆盖范围，在包括海洋、天空、高山等的全世界范围内和已有移动终端的覆盖范围内进行通信。
发明内容
因此本发明的目的是提供一种包含在移动终端中的卫星通信设备，其允许移动终端执行与卫星之间的通信。
为达到上述目的，本发明提供一种在同步或异步系统的移动终端中用于执行卫星通信的方法，该移动终端配置有用于陆地通信的陆地通信设备，其中该移动终端包括包含有卫星天线和卫星通信模块的卫星通信设备，用于执行与卫星之间的直接通信，该方法包括以下步骤：第一步，卫星通信设备与陆地通信设备之间接合，使得预定信号可以在卫星通信设备与陆地通信设备之间发射/接收；以及第二步，根据通过所述接合在卫星通信设备与陆地通信设备之间发射/接收的信号来执行卫星通信。
并且，本发明提供一种包含在移动终端中的卫星通信设备，包括：卫星天线，用于将高频卫星信号发射到卫星/从卫星接收高频卫星信号；高频处理单元，用于接收所述高频卫星信号，将接收到的高频卫星信号转换成中频信号，将该中频信号转换成基带信号，将该基带信号转换成中频信号，以及将该中频信号转换成高频卫星信号；信号处理集成电路单元，用于发射从高频处理单元输入的基带信号，通过调制生成所述基带信号，将所生成的基带信号输出到高频处理单元，以及通过PLL逻辑单元维持通信信道频率；GPS单元，用于从GPS卫星接收卫星信号以及提供位置和时间信息；以及主处理器，用于解调从信号处理集成电路单元输入的基带信号，为解调后的基带信号执行信道解码处理和消息解码处理，根据与卫星通信有关的协议生成预定格式数据，为所生成的格式数据执行信道编码处理，将该格式数据输出到信号处理集成电路单元，输出基于从GPS单元输入的位置和时间信息的定时控制信号以便根据时隙发射格式数据，以及管理与卫星通信有关的呼叫处理。
此外，本发明提供一种具有卫星通信模块的卫星通信设备的卫星通信方法，所述卫星通信设备包括用于执行与卫星之间的直接通信的卫星天线、用于转换卫星信号的高频处理单元、用于维持通信信道频率的信号处理集成电路单元、用于接收卫星GPS信号的GPS单元、以及用于管理与卫星通信有关的呼叫处理的主处理单元，所述方法包括以下步骤：
卫星天线直接接收从卫星发射出的高频卫星信号；高频处理单元将接收到的高频卫星信号转换成中频信号，将该中频信号转换成基带信号，将基带信号转换成中频信号，以及将该中频信号转换成高频卫星信号；信号处理集成电路单元将从高频处理单元输入的基带信号发射到主处理单元，通过调制生成基带信号，将所生成的基带信号输出到高频处理单元，以及通过PLL逻辑单元维持通信信道频率；GPS单元接收来自GPS卫星的卫星信号并提供位置和时间信息给主处理单元；以及主处理单元解调从信号处理集成电路单元输入的基带信号，为解调后的基带信号执行信道解码处理和消息解码处理，根据与卫星通信有关的协议生成预定格式数据，为所生成的格式数据执行信道编码处理，将该格式数据输出到信号处理集成电路单元，输出基于从GPS单元输入的位置和时间信息的定时控制信号以便于根据时隙发射该格式数据，以及管理与卫星通信有关的呼叫处理。
本发明的卫星通信模块可以被包含在任何形式的移动终端(最终产品、板卡、模块等)中或与上述任何形式的移动终端连接。另外，在其中存在例如基站的通信网络的区域中，卫星通信模块可以根据移动终端的通信系统而被使用。更进一步，即使在不存在通信网络的区域，只要卫星通信模块被包含在移动终端中，该移动终端就可以在全世界范围与卫星通信，克服了移动终端的陆地追踪(1oaming)服务的限制。
附图说明
图1是显示传统移动终端的内部结构的图；
图2是显示根据本发明实施方式的包含卫星通信设备的移动终端的内部结构的图；
图3是显示根据本发明实施方式的卫星通信设备的内部结构的图；
图4是显示根据本发明实施方式的卫星通信设备中卫星通信模块内的高频处理单元的结构的图；
图5是显示根据本发明实施方式的卫星通信设备的最小化的概念图；以及
图6是显示根据本发明实施方式的卫星通信设备中信号处理集成电路单元的结构的图。
具体实施方式
在下文中，结合附图将对本发明优选实施方式做详细介绍。在下面描述中，应该注意到仅对理解本发明有帮助的部分被描述，其它部分将被忽略以避免使得本发明的主旨不清晰。
图1是显示传统移动终端的内部结构得图。解释图1的传统移动终端的原因是有助于理解本发明所提议的卫星通信模块(SCM)与移动终端之间的连接和接合。这里，移动终端使用了运用诸如CDMA、GSM、TDMA等的通信系统的陆地通信网络。另外，无线电通信网络包括同步和异步通信系统。本发明所提议的卫星通信设备由卫星通信模块和卫星天线构成。
参见图1，射频单元18执行移动终端的通信。该射频单元18包括RF发射机，用于放大发射信号并上变频放大后的信号的频率；RF接收机，用于低噪放大接收信号并下变频低噪放大后的信号的频率等等。这里，与基站通信的陆地天线19是移动终端通常使用的陆地天线。
数据处理单元14包括发射机，用于编码并调制所述发射信号；接收机，用于解调并解码所述接收信号，等等。该数据处理单元14可以由调制解调器和编解码器组成。
音频处理单元15执行重现从数据处理单元14输出的接收音频信号或发送由麦克风产生的发射音频信号到数据处理单元14的功能。按键输入单元12包括用于输入数字和字符的按键和用于设置各种功能的功能键。存储单元13由程序存储器和数据存储器组成。在程序存储器中可以存储用于控制移动终端常规操作的程序。在数据存储器中可以暂时存储执行程序期间产生的数据。
控制单元10执行控制移动终端的全面操作的功能，并且可以包括所述数据处理单元14。在本实施方式中，控制单元10可以通过控制从卫星通信设备发射出的信号来控制显示单元11、按键输入单元12、麦克风、扬声器等。所述显示单元可以被实施为例如液晶显示屏(LCD)，并且可以在控制单元10的控制下显示如字符、数字、图片等信息。
应用设备单元30可以包括对移动终端提供各种功能的各种应用模块，如照相机模块、蓝牙模块等。
图2是显示根据本发明实施方式的由陆地通信设备和卫星通信设备组成的移动终端的内部结构的图。也就是说，图2显示了这样的结构，其中用于执行卫星通信的卫星通信设备被进一步包含在先前描述的现有的移动终端中。在下文中，将参考图2来描述卫星通信与移动终端之间的连接和接合。
参考图2，该移动终端可以按照模块的单元被配置。例如，应用GSM通信系统的移动终端可以被实施为使用GSM模块的如图1所示的移动终端。另外，应用CDMA或TDMA的通信系统的移动终端可以被实施为使用CDMA或TDMA模块的如图1所示的移动终端。在这种情况下，只要移动终端具有连接移动终端与卫星通信模块20的连接器，而不考虑通用板卡的形式或模块的形式(GSM、CDMA、TDMA等)，则该移动终端可以被连接到任何形式的板卡或模块。这样，作为连接器的一个实例，可以使用具有至少一个管脚的板对板(B2B)连接器。
信号必须在移动终端与连接到该移动终端的卫星通信模块之间发射/接收。在这种情况下，作为这种连接的接口，GPIO、MCSI、UART、IWA等都可以使用。另外，卫星通信模块20使用卫星天线21以发射/接收高频卫星信号，所述卫星天线21可以为内置型或外置型。
接下来，将描述一种方法，其中应用同步或异步通信系统的移动终端利用连接到所述移动终端的卫星通信模块并具有卫星天线而与卫星通信，该卫星天线引导与卫星之间的直接通信。
参考图2，移动终端通过使用上面提到的连接器而被连接到具有引导与卫星之间的直接通信的卫星天线21的卫星通信模块20。连接到该移动终端的卫星通信模块与移动终端接合，以便信号可以在移动终端与卫星通信模块之间发射/接收。用于这样的连接和接合的方法在前面已经描述过。
通过移动终端与卫星通信模块20之间的接合，移动终端与卫星进行通信是可行的。卫星天线21从卫星接收高频卫星信号并发送接收到的卫星信号到卫星通信模块20。这里，高频卫星信号为从对地球同步的轨道卫星、中轨卫星或低轨卫星发射来的L、S、Ku、Ka等波段的信号，其中包括语音、数据、传真、数据包等。另外，卫星天线21是用于引导与对地球同步的轨道卫星、中轨卫星或低轨卫星之间进行直接通信的天线。
卫星通信模块20将从卫星天线21接收的信号转换成与移动终端接合的信号，并将该信号发射到移动终端。移动终端的控制单元10从卫星通信模块20接收该信号以与移动终端接合，将该接收到的信号识别为接收自陆地通信网络的信号，并且基于该接收到的信号对移动终端进行控制。例如，假定高频卫星信号是语音信号，控制单元10控制数据处理单元14和音频处理单元15以通过扬声器SPK来重现语音。另一方面，如果控制单元10识别出该语音信号是从麦克风MIC输入到移动终端的，当该语音信号通过数据处理单元14和音频处理单元15发送到卫星通信模块20时，卫星通信模块20将该发送的语音信号转换成卫星信号以与卫星接合，并然后通过卫星天线21发送该卫星信号到卫星。
图3是显示根据本发明的实施方式的卫星通信设备的内部结构的图。
如图3所示，根据本发明的实施方式的卫星通信是由卫星天线21和卫星通信模块20组成的。卫星通信模块20包括高频处理单元100、信号处理集成电路单元200、PCM(脉冲编码调制)编解码器300、GPS(全球定位系统)单元400、主处理单元500和存储单元600。尽管本发明的卫星通信模块20被包含在该移动终端内，它可以作为独立类型被实施或在卫星相关的接收设备如机顶盒(STB)中实施。
参考图3，高频处理单元100包括RF接收机110，用于将接收到的来自卫星的高频卫星信号转换成中频信号，并然后将该中频信号转换成I/Q(同相/正交)信号，其为基带的数字信号；以及RF发射机150，用于将I/Q信号转换成中频信号，以及然后将该中频信号转换成高频卫星信号。在这种情况下，从卫星到RF接收机110接收的高频信号频率范围是1525MHz至1559MHz，而从RF发射机150到卫星的高频信号频率范围是1626.5MHz至1660.5MHz。在这种方式中，本发明的高频处理单元100发射/接收L波段的频率信号，但它也可以发射/接收其它波段如S、Ka、Ku等波段的频率信号。
信号处理集成电路单元200执行对于从高频处理单元100的RF接收机110输入的I/Q信号的匹配滤波德操作，通过对发射数据(语音数据、文本数据、传真数据、多媒体数据等)的调制产生所述的I/Q信号，以满足卫星通信标准，维持系统参考时间和通信信道频率，控制高频处理单元100功率，与SIM(用户身份模块)卡接合，并处理具有压缩的PCM数据的语音数据。
PCM编解码器300通过对经由麦克风输入的语音模拟信号进行采样、量化和编码而生成PCM数据，并且将所生成的PCM数据解码成待经由扬声器输出的模拟信号。卫星通信模块20是独立类型的，并且当实施有扬声器和麦克风时使用PCM编解码器300。
GPS单元400接收来自GPS卫星的卫星信号以向移动终端提供位置和时间信息。在这种情况下，位置和时间信息在卫星TDMA系统中作为时间同步。
主处理单元500解调从信号处理集成电路单元200输入的I/Q信号，为解调后的I/Q信号执行信道解码处理和消息解码处理，根据与卫星通信有关的协议生成数据格式，为所生成的数据格式执行信道编码处理，并将该数据格式输出到信号处理集成电路单元200。主处理单元500基于从GPS单元400输入的用于TDM(时分复用)的确切位置和时间信息控制定时，其中数据被分成多个时隙，主处理单元500还管理呼叫处理。
存储单元600存储对于本发明的卫星通信模块的工作所需要的数据和程序。
图4是显示根据本发明实施方式的卫星通信设备中卫星通信模块内的高频处理单元的结构的图。
RF接收机110包括低噪放大部分111、中频转换部分113和模拟信号转换部分115。
包含LNA(低噪放大器)的低噪放大部分111放大通过天线接收到的具有最小噪声的低功率的高频卫星信号。
包含RF/IF(射频/中频)转换器的中频转换部分113将从低噪放大部分111输出的高频卫星信号转换成中频信号。
模拟信号转换部分115将从中频转换部分113输出的中频信号转换成数字信号的I信号和Q信号。
RF发射机150包括数字信号转换部分151、高频转换部分153和功率放大部分155。
包含IF转换器的数字信号转换部分151将根据调制生成的数字的I和Q信号转换成模拟信号的中频信号。
包含IF/RF转换器的高频转换部分153将从数字信号转换部分151发射出的中频信号转换成高频卫星信号。
包含功率放大器(PA)的功率放大部分155放大从高频转换部分153输出的高频卫星信号，从而高频卫星信号可以被传送到卫星。
本发明的高频处理单元100可以通过单片微波集成电路(MMIC)来实施。所述MMIC为其中半导体设备、各种无源元件及部件被一次集成在一个硅片或GaAs基体上的电路。如此，如图5中的(b)所示，由于高频处理部分100通过MMIC实施，则与图5中的(a)所示的高频处理单元100相比，它具有较小的体积并可被模块化(小型化)。
图6是显示根据本发明实施方式的卫星通信设备中的信号处理集成电路单元的结构的图。本发明的信号处理集成电路单元200包括IF处理部分210、用户认证处理部分220、音频处理部分230、功率控制部分240、PLL(锁相环)逻辑部分250和定时传递部分260。
IF处理部分210为从RF接收机110输入的I/Q信号执行匹配的滤波处理和调制处理，并将处理过的I/Q信号输出到RF发射机150。由IF处理部分210执行的调制是数字调制，如QPSK(正交相移键控)、CQPSK(兼容正交相移键控)、BPSK(双相移键控)等。
PLL逻辑部分250执行PLL操作，用于维持系统参考时间、高频转换和中频转换所需要的参考频率。
用户认证处理部分220接合存储在SIM卡中的用户信息，如识别号、账号、注册电话号码等。
音频处理部分230压缩通过对语音进行采样、量化和编码处理而产生的PCM数据，将压缩后的PCM数据转换成语音数据，将压缩后的语音数据解码成PCM信号以产生模拟语音信号。
功率控制部分240利用定时控制来控制功率消耗，从而信号处理集成电路单元200仅在高频处理单元100执行发射/接收期间工作。
定时传递部分260为了与卫星之间的TDMA通信而将从主处理单元500输出的定时控制信号传递到高频处理单元100。
上面构建的信号处理集成电路单元200通过ASIC(专用集成电路)实施，并且因此，本发明的卫星通信设备可以被模块化(小型化)。
接下来，将参考图6描述本发明的卫星通信模块的工作细节。
首先，主处理单元500输出基于从GPS单元400输出的位置和时间信息的定时控制信号，并且信号处理集成电路单元200的功率控制部分240根据该定时控制信号为高频处理单元100提供功率。
被提供功率的高频处理单元100的RF接收机110接收来自卫星的高频卫星信号，将该接收到的高频卫星信号转换成中频信号，然后将该中频信号转换成数字I/Q信号。在这种情况下，RF接收机110的工作利用由PLL逻辑部分250维持的参考频率而被执行。
RF接收机110将I/Q信号输出到信号处理集成电路单元200，并且信号处理集成电路单元200的IF处理部分210为输入的I/Q信号执行匹配的滤波处理，以产生准确的I/Q信号，并把这个准确的I/Q信号输出到主处理单元500。
主处理单元500将从IF处理部分210接收到的匹配滤波的I/Q信号解调成原信号，并为原信号执行信道解码处理，以检测并修正数据误差以便进一步处理。在这种情况下，主处理单元500将压缩后的语音数据输出到信号处理集成电路单元200的音频处理部分230。
接收来自主处理单元500的语音数据的音频处理部分230解压缩所述压缩后的语音数据以生成PCM信号，将PCM信号转换成模拟语音信号，并然后将该模拟语音信号输出到扬声器。
同时，主处理单元500根据与卫星通信有关的协议生成特定格式的发射数据，为该发射数据执行信道编码处理，并将处理后的发射数据输出到信号处理集成电路单元200。在这种情况下，PCM编解码器300通过对经由麦克风输入的语音模拟信号采样、量化和编码处理而将该模拟语音信号转换成PCM信号，并将该PCM信号输出到主处理单元500。主处理单元500根据与卫星通信有关的协议将该PCM信号转换成特定格式的发射数据，并为发射数据执行信道编码处理，并将处理后的发射数据输出到信号处理集成电路单元200。
信号处理集成电路单元200的IF处理部分210将从主处理单元500接收到的经过信道编码后的发射数据调制成I/Q信号，并将该I/Q信号输出到高频处理单元100的RF发射部分150。
主处理单元500输出基于从GPS单元400输出的位置和时间信息的定时控制信号，并且信号处理集成电路单元200的功率控制部分240根据该定时控制信号向高频处理单元100的RF发射机150提供功率。
当向RF发射机150提供了功率时，RF发射机150将从信号处理集成电路单元200输出的I/Q信号转换成中频信号，将该中频信号转换成特定波段的高频卫星信号，并将该高频卫星信号发射到卫星。在这种情况下，RF发射机150的运作是利用PLL逻辑部分250所维持的参考频率而被执行的。
在如上所述运行的本发明的卫星通信模块中，高频处理单元100和信号处理集成电路单元200分别通过MMIC和ASIC的形式而被实施。相应的，由于能够实现高频处理单元100和信号处理集成电路单元200的小型化，则可以提供包含在移动终端中的模块化的卫星通信模块。
本发明参考其示例的实施方式而已经被详细展现及描述，本领域普通技术人员可以意识到可在形式和细节上做各种改变而不偏离本发明的主旨和范围的。因此，本发明的范围不应被解释为限于所说明的实施方式，而是应由所附权利要求书及其等效物定义。

Claims (11)

1.一种在同步或异步系统中的移动终端中用于执行卫星通信的方法，所述移动终端配备有用于陆地通信的陆地通信设备，其中该移动终端包括包含有卫星天线和卫星通信模块的卫星通信设备，用于执行与卫星之间的直接通信，该方法包括以下步骤：
第一步，卫星通信设备与陆地通信设备之间接合，使得预定信号在卫星通信设备与陆地通信设备之间发射或接收；
第二步，根据通过所述接合在卫星通信设备与陆地通信设备之间发射或接收的信号来执行卫星通信。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在第一步中，利用具有至少一个管脚的板对板连接器而将卫星通信设备包含在移动终端中。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在第一步中，利用GPIO、MCSI、UART和IWA中的至少一种来执行所述接合。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二步包括：
(a)通过所述卫星天线接收从卫星发射出的卫星信号的步骤；
(b)借助卫星通信设备与陆地通信设备之间的接合而将接收到的卫星信号转换成信号的步骤；
(c)在陆地通信设备中的控制单元的控制下，通过扬声器将从卫星通信设备发射出的信号重现为语音的步骤；
(d)在陆地通信设备中的控制单元的控制下，将通过麦克风输入的语音转换成预定信号并通过所述接合而将该预定信号发射到卫星通信设备的步骤；
(e)借助卫星与卫星通信设备之间的接合而将从陆地通信系统发射出的预定信号转换成卫星信号并将该卫星信号通过卫星天线发射到卫星的步骤。
5.一种包含在移动终端中的卫星通信设备，该设备包括：
卫星天线，用于将高频卫星信号发射到卫星，或从卫星接收高频卫星信号；
高频处理单元，用于接收所述高频卫星信号，将接收到的高频卫星信号转换成中频信号，将该中频信号转换成基带信号，将该基带信号转换成中频信号，以及将该中频信号转换成高频卫星信号；
信号处理集成电路单元，用于发射从高频处理单元输入的基带信号，通过调制生成所述基带信号，将所生成的基带信号输出到高频处理单元，以及通过PLL逻辑单元维持通信信道频率；
GPS单元，用于从GPS卫星接收卫星信号以及提供位置和时间信息；以及
主处理单元，用于解调从信号处理集成电路单元输入的基带信号，对解调后的基带信号执行信道解码处理和消息解码处理，根据与卫星通信有关的协议生成预定格式数据，对所生成的格式数据执行信道编码处理，将该格式数据输出到信号处理集成电路单元，输出基于从GPS单元输入的位置和时间信息的定时控制信号以便根据时隙发射格式数据，以及管理与卫星通信有关的呼叫处理。
6.根据权利要求5所述的卫星通信设备，其中由高频处理单元发射或接收到的信号的频段是L波段。
7.根据权利要求5所述的卫星通信设备，其中由高频处理单元发射或接收到的信号的频段是S波段。
8.根据权利要求5所述的卫星通信设备，其中信号处理集成电路单元与SIM卡接合。
9.根据权利要求5所述的卫星通信设备，其中高频处理单元通过单块微波集成电路实施。
10.根据权利要求5所述的卫星通信设备，其中信号处理集成电路单元通过专用集成电路实施。
11.一种具有卫星通信模块的卫星通信设备的卫星通信方法，所述卫星通信设备包括用于执行与卫星之间的直接通信的卫星天线、用于转换卫星信号的高频处理单元、用于维持通信信道频率的信号处理集成电路单元、用于接收卫星GPS信号的GPS单元以及用于管理与卫星通信有关的呼叫处理的主处理单元，所述方法包括以下步骤：
卫星天线直接接收从卫星发射出的高频卫星信号；
高频处理单元将接收到的高频卫星信号转换成中频信号，将该中频信号转换成基带信号，将基带信号转换成中频信号，以及将该中频信号转换成高频卫星信号；
信号处理集成电路单元将从高频处理单元输入的基带信号发射到主处理单元，通过调制生成基带信号，将所生成的基带信号输出到高频处理单元，以及通过PLL逻辑单元维持通信信道频率；
GPS单元接收来自GPS卫星的卫星信号并提供位置和时间信息给主处理单元；以及
主处理单元解调从信号处理集成电路单元输入的基带信号，对解调后的基带信号执行信道解码处理和消息解码处理，根据与卫星通信有关的协议生成预定格式数据，对所生成的格式数据执行信道编码处理，将该格式数据输出到信号处理集成电路单元，输出基于从GPS单元输入的位置和时间信息的定时控制信号以便于根据时隙发射该格式数据，以及管理与卫星通信有关的呼叫处理。
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