CN1140066C - 用于低地球轨道卫星通信系统的导频信号强度控制 - Google Patents

Abstract

一种控制卫星通信系统中卫星收发机(104)发射的共享源信号的强度的系统和方法。卫星通信系统包括发射包括共享源信号(402)的通信信号的汇接局(102)、将信号中继(404)到至少一个用户单元(106A，B，C，)(例如电话)的卫星收发机(104)以及至少一个接收这些信号(406)的用户单元(106)。方法包括在每一用户单元(106)处，通过卫星收发机(104)接收共享源信号(406)；在每一用户单元(106)处测量(408)接收的共享源信号的信号强度；将这些信号强度发送到汇接局(410，102)；以及根据这些信号强度调节卫星收发机(418)发射的共享源信号的功率。

Description

用于低地球轨道卫星通信系统的导频信号强度控制

技术领域

本发明涉及如无线数据或电话系统的多址联结通信系统，以及卫星转发器型的扩展谱通信系统。更具体地说，本发明涉及控制共享的源信号(如卫星通信系统中的导频信号)的信号强度的系统和方法。

背景技术

在大量的系统用户中传送信息已经具有了各种多址联结通信系统。这种多址联结通信系统所采用的两种已知的技术包括时分多址(TDMA)和频分多址(FDMA)，其基本原理在本领域中是人们所熟知的。然而，扩展谱调制技术，如码分多址(CDMA)扩展谱技术，比起其他的调制技术具有更显著的优点，尤其是在为大量的通信系统用户提供服务时更是这样。在多址通信系统中采用CDMA技术可参见1990年2月13日授权的美国专利4,901,307，其标题是“Spread SpectrumMultiple Access Communication System Using Satellite Or Terrestrial Reapeters”；以及申请日为1995年1月4日的美国专利申请08/368,570，其标题是“Method AndApparatus For Using Full Spectrum Transmitted Power In A Spread SpectrumCommunication System For Tracking Individual Recipient Phase Time And Energy”，二者均已转让给本发明的受让人，在此引述供参考。

上述专利文件中所揭示的多址通信系统中，大量通常为移动或远端系统用户(下文中称为用户)中的每一个采用至少一个用户单元来与其他的系统用户或其他所联结的系统的用户(如各个电话交换网)进行通信。用户单元用CDMA扩展谱型通信信号通过汇接局和卫星转发器进行通信。

卫星形成波束，这些波束照射由投射卫星通信信号到地球表面上产生的“点”。某点的典型卫星波束型式包含几个排列成预定覆盖型式的波束。通常，每一波束包含几个覆盖共同的地理区域所谓的子波束，每一子波束占据不同的频带。

在典型的扩展谱通信系统中，采用一组预选的伪随机噪声(PN)码序列，在将信息信号调制到载波信号上用作对通信信号的传输之前，在预定的谱带上对信息信号进行调制(即“扩展”)。PN扩展是一种在本领域中为人们所熟知的扩展谱传输方法，用来产生一种用于传输的信号，这种信号具有比数据信号的带宽宽得多的带宽。在汇接局至用户的通信链路中，PN扩展码或二进制序列用来在由汇接局在不同的波束上发射的信号之间以及多径信号之间进行鉴别。这些码通常由波束内所有的通信信号所共享。

在典型的CDMA扩展谱系统中，信道化码用来在前向链路(即从汇接局到用户单元的链路)上对卫星波束内发射的用户信号之间进行鉴别。即，每一用户单元用一独特的“信道化”正交码，在前向链路上具有其自身的正交信道(下文中称为“业务信道”)。沃尔什函数通常用来实现该信道化编码，对于地面系统来说，通常的长度为64个编码畴元的数量级，对于卫星系统来说为128个编码畴元。

典型的CDMA扩展谱通信系统，如美国专利4,901,307中所揭示的系统，采用了用于前向链路用户单元通信的相干调制和解调。在采用这种技术的通信系统中，“导频”载波信号(下文中称为“导频信号”)用作汇接局至用户链路的相干相位基准。即，通常不含有数据调制的导频信号是在整个覆盖区中由汇接局发射的。单个的导频信号通常是由每一汇接局对每一所使用的频率而发射的。这些导频信号由从该信号源接收信号的所有用户共享。

由于导频信号通常不含有数据调制，所以，它们通常由调制到一载频上的PN扩展码组成。导频信号可以在整个通信系统中采用同一PN扩展码，但对于每一波束来说具有不同的相对码时序偏移。这就提供了可以相互鉴别的信号，同时还提供了简化的捕获和跟踪。另外，每一导频信号可以用不同的PN码来产生。

导频信号由用户用来获得初始的系统同步以及所发射信号的时间、频率和相位跟踪。从导频信号载波获得的相位信息用作其他系统或业务信号的相干解调的载波相位基准。如果采用价格低廉并更有效的跟踪机构，该技术使得许多用户信号载波能够共享共同的导频信号作为相位基准。

在卫星通信系统中，信号传输的功率大小受限于卫星的功率产生的能力。为了使功率的使用最佳，必须仔细地在业务信号和导频信号之间分配功率。如果分配到导频信号的功率太小，则用户单元无法累积足够的功率来使它们的接收机与汇接局同步。相反，如果发射的导频信号功率太大，则业务信号的功率大小因此也是可以支持的用户数减少。所以，为了使卫星上的用户数最大，必须精确控制发射的导频信号功率的大小。

除了导频信号以外，其他的共享源也可以用在通信系统中。寻呼信号用来将系统附加信息和用户单元特定的报文发射到用户单元。通信系统可以具有几种寻呼信号。同步信号还可以用来传送可以便于时间同步的的系统信息。所有这些信号均以与导频信号类似的方式用作共享源。这些信号还影响卫星或其他功率有限或功率受控的通信系统中的功耗。另外，还要求使这些信号中出现的能量最小以减小干扰，并增加系统容量。

所以，需要一种控制共享的源信号(如卫星通信系统中的导频信号)的信号强度的方法和装置，来使所支持的用户数为最大。

发明内容

依照本发明的一个方面，提供了一种在卫星通信系统中用来控制由卫星收发机中继的共享源信号之强度的设备，其中所述卫星通信系统包括用于发射所述共享源信号的汇接局、卫星收发机和至少一个用户单元。所述设备包含：位于每一用户单元处的接收装置，用于通过所述卫星收发机接收所述共享源信号；位于每一用户单元处的至少一个信号强度检测器，用于测量所述接收到的共享源信号的信噪比，从而测量出所述接收到的共享源信号的信号强度；位于每一用户单元处的发射器，用于将所述信号强度测量结果发送到所述汇接局；以及功率调节器，它根据所述信号强度测量结果，调节所述卫星收发机发射的共享源信号的功率。所述功率调节器包含：去除装置，用于去除所述信噪比测量结果中量值小于一预定阈值的测量结果；计算装置，它根据所述信噪比，为每一用户单元计算所述共享源信号之通量密度的平均值；选择装置，用于选择与最大平均值相关的至少一个用户单元；以及用于调节所述卫星收发机发射的共享源信号的功率从而向所述至少一个选定的用户单元的天线辐射预定的共享源信号通量密度的装置。

依照本发明的另一方面，提供了一种在卫星通信系统中用于控制卫星收发机中继的共享源信号之强度的方法，其中所述卫星通信系统包括用于发射所述共享源信号的汇接局、用于中继所述共享源信号的卫星收发机以及至少一个用户单元。所述方法包括下述步骤：(a)在每一用户单元处通过所述卫星收发机接收所述共享源信号；(b)在每一用户单元处，测量所述接收到的共享源信号的信噪比，从而测量出所述接收到的共享源信号的信号强度，该测量步骤含下述步骤：从所述信噪比测量结果中去除量值小于一预定阈值的测量结果；根据所述信噪比，为每一用户单元计算所述共享源信号之通量密度的平均值；选择与最大平均值相关的至少一个用户单元；(c)将所述信号强度测量结果发送到所述汇接局；以及(d)调节所述卫星收发机发射的共享源信号的功率，从而向所述至少一个选定的用户单元的天线辐射预定的共享源信号通量密度。

本发明是一种用来控制卫星通信系统中共享源信号的信号强度的系统和方法。在一种较佳实施例中，共享的源信号是通过低地球轨道(LEO)卫星在前向链路上发射的导频信号。前向链路是从汇接局处开始并在用户单元处结束的通信路径。导频信号代表用户单元用作时间、频率和相位同步所使用的共享源。

在本发明的较佳实施例中，卫星通信系统包含发射包括共享的源信号的通信信号的汇接局、将信号中继到至少一个用户单元(即话机)的卫星收发机，以及接收信号的至少一个用户单元。方法包含下述步骤：通过卫星收发机，在每一用户单元处接收共享的源信号；在每一用户单元处，测量所接收的共享源信号的信号强度；将测得的信号强度发送到汇接局；以及根据所测得的信号强度，调节卫星收发机所发射的共享源信号的强度。在本发明的较佳实施例中，接收的共享源信号的强度是通过鉴别其信噪比来测量的。

本发明的另一个方面是，信噪比用来计算用户单元接收的共享源信号的信号通量密度。确定的信号通量密度用作调整共享的源信号功率从而以预定的通量密度水平向一选择的用户单元进行辐射的基础。所选择的用户通常称为清晰路径用户，并且选择预定的通量密度水平，以向一用户单元提供所要求的通信信号质量容限。

本发明较佳实施例的一个优点是使得可以对卫星通信系统中的共享源信号进行精确的闭环控制。

下面参照附图详细描述本发明的其他性能和优点以及本发明各种实施例的结构和运行。

附图说明

参照附图可以以更好的方式理解本发明，图中，相同的标号表示相同或功能上相似的元件。另外，标号最左面的数字表示附图中首次出现的标号的附图。

图1描述的是典型的卫星通信系统。

图2是用在用户单元106中典型的收发机200的方框图。

图3是汇接局102中所使用的典型的发射和接收装置300的方框图。

图4是描述按照本发明的较佳实施例的卫星通信系统运行的流程图。

具体实施方式

本发明是一种控制卫星通信系统中共享源信号的信号强度的系统和方法。共享的源信号可以是如寻呼信号或同步信号。在本发明的一种较佳实施例中，共享的源信号是通过一低地球轨道(LEO)卫星在前向链路上发射的导频信号。前向链路是从汇接局开始到用户单元终止的通信路径。导频信号代表由用户单元用作时间、频率和相位同步时所使用的共享源。其他的共享信号(如寻呼信号和同步信号)可以用来向用户单元传送所要求的通信信息、传送附加信息以及提供时间同步。

虽然将讨论特定的步骤、结构和排列，但应当理解的是上文中的讨论仅是用于说明。相关技术领域中的技术人员将会理解到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下还可以采用其他的步骤、结构和排列。

在典型的CDMA扩展谱通信系统(如无线数据或电话系统或预定地理区域(也称为小区)内的基站)中，每一个系统均采用调制器和解调器或扩展谱调制解调器来处理系统用户的通信信号。每一扩展谱调制解调器通常采用数字扩展谱传输调制器、至少一个数字扩展谱数据接收机和至少一个搜寻器接收机。在典型的运行期间，基站中的调制解调器根据需要被分配到每一用户或用户单元，使得可以与分配的用户进行通信信号的传送。多个接收机可以用来进行分集处理。为了进行通信，采用无线收发机、接收机、调制器和发射机的通信系统通常是放置在称为汇接局的基站中，通过卫星收发机采用转发信号的方法来与用户进行通信。还可以有其他的相关控制中心与卫星或汇接局进行通信，以保持系统范围内的业务控制和信号同步。

典型的扩展谱通信系统(如上述专利中所讨论的系统)采用一种根据直接序列伪随机噪声的扩展谱载波的波形。即，采用伪随机噪声(PN)二进制序列或序列对来调制基带载波，以获得所希望的扩展效果。PN码用来对汇接局到用户链路上发射的所有通信信号的谱进行扩展，从而在不同波束上汇接局所发射的信号之间进行鉴别，以及在多径信号之间进行鉴别。这样的PN序列有时称为“扩展”码。

每一PN序列由在比正被扩展的通信信号基带宽得多的频率下在预选的PN码周期上出现的一系列“畴元”组成。卫星系统典型的畴元速率在1.2288MHz左右，PN码序列长度为1024畴元。然而，本发明还可以采用其他的畴元速率和编码长度，这对于相关技术领域中的技术人员是可以理解的。例如，某些地面蜂窝系统采用的扩展码具有2¹⁵＝32,678畴元的长度。每一种通信类型中，系统设计按照该技术领域中所熟知的因素规定通信系统中扩展码的类型和分布。这些序列的典型的发生电路见1993年7月13日授权的美国专利5,228,054，其标题为“PowerOf Two Length Pseudo-Noise Sequence Generator With Fast Offset Adjustment”，该专利已转让给本发明的受让人，在此引述供参考。

单个的PN码序列或序列对通常用作通信系统中的扩展函数。不同波束的信号通常是通过使每一波束相对于其邻近波束具有不同的基本PN码序列的时间偏移来区分的。即，在给定波束服务范围内工作的用户单元共享一个PN扩展码时间偏移，而其他的波束则采用相同PN码的不同偏移。基本信号时序是由给定频率上被服务的用户的每一汇接局建立的。波束也可以通过提供用于每一波束的不同PN码序列来区分。

要转发到系统用户的信息信号根据是否必要通常被数字化，根据是否需要而被编码和交错，以产生基本的数字通信信号。用于特定用户的信号还由分配到这些用户的前向链路的附加正交扩展函数来调制。即，一独特的正交码序列用来在蜂窝或波束中在不同的用户信号之间进行鉴别。这样的正交序列有时称为信道化码，并且是通常在上面讨论的最终PN扩展码之前施加的。对给定载波频率的前向链路上的编码产生的用户信号也称为业务信号。

合成经PN扩展并且经正交编码的输出信号通常经带通滤波并被调制到RF载波上。这通常是通过对要叠加到单个的通信信号上的一正交正弦函数对进行二相调制来完成的。合成信号在与其他的前向链路信号叠加并由用于汇接局的天线辐射之前作进一步的放大和滤波。滤波、放大和调制操作在本领域中是易于理解的。这种类型的传输装置的其他细节可参见1992年4月7日授权的美国专利5,103,459，其标题是“System And Method For Generating Signal Waveforms In ACDMA Cellular Telephone”，该专利已转让给本发明的受让人，在此引述供参考。

一种类型的正交信道化码是沃尔什码，本发明的较佳实施例中采用这种编码。沃尔什码的产生见美国专利5,103,459，其标题是“System And Method ForGenerating Signal Waveforms In A CDMA Cellular Telephone System”，该专利已转让给本发明的受让人，在此引述供参考。

如上所述，目前的CDMA扩展谱型无线或蜂窝电话系统中的每一汇接局发射一“导频”载波信号(这里称为“导频信号”)。导频信号由用户单元用来获得初始的系统同步。导频信号不含有数据调制，并且基本上代表通信系统中使用的PN扩展函数或编码。通常，每一汇接局对所使用的每一频率发射一个导频信号。每一导频信号由在特定的频率下从该汇接局接收业务信号的所有用户所共享。

卫星通信系统中的一个主要限制是，用于信号传输的卫星上的功率大小是严格限制的。由于这个原因，每一业务信号的信号强度是受控的，从而使所耗费的卫星功率最小，但仍然保持能被接受的业务信号质量。但是当控制所共享的源信号(如导频信号)的信号强度时，必须综合起来考虑共享该源的所有用户。

对于卫星转发器系统，导频信号是在每一卫星波束频率内传送，并且是按照用于通信链路的卫星或卫星波束呼叫汇接局的。然而，还可以用各种对于相关领域中的技术人员来说是熟知的卫星、汇接局或基站，在各种波束和子波束的组合下发射作为共享源。本发明的原理并不局限于通信系统中的特定的传输方案，也不受限于所使用的共享源的类型。

通常，通信系统中的每一导频信号是用具有不同编码时序偏移的相同PN码产生的。另外，每一导频信号可以用不同的PN码产生。这就提供了可以相互易于区分同时捕获和跟踪简化的信号。其他的信号用来发射经扩展谱调制的信息，如汇接局识别、系统时序、用户寻呼信息以及各种其他的控制信号。

在卫星通信系统中，信号传输的功率受卫星的功率产生能力的限制。为了使功率的使用最佳，必须仔细地在业务信号和导频信号之间分配。如果分配到导频信号的功率太小，那么用户单元就不能累积足够大小的能量来使它们的接收机与汇接局同步。相反，如果发射的导频信号功率太大，那么业务信号可用的功率大小因此也是可以支持的用户数就减小。所以，为了使卫星上的用户容量最大，必须精确控制发射的导频信号的大小。

解决这一问题的一种方法是开环导频信号功率控制。在这种方法中，汇接局对前向链路(即从汇接局中的调制器通过卫星收发机到用户单元)中的路径增益进行开环估算。汇接局用这一估算来控制汇接局发射的导频信号功率，从而控制卫星收发机所发射的导频信号功率。采用这种方法的一个明显的问题是由于路径增益的不确定性，包括卫星收发机电子增益、卫星收发机高功率放大器的增益压缩、由于气候影响引起的天线增益和路径损耗(如雨天衰耗)引起的不确定性，开环估算将含有差错。由于这些增益产生的差错可以是很大的。

导频信号功率控制的第二种方法是局部闭环导频信号功率控制。在这种方法中，测量装置(通常是一个经校准的用户单元)与汇接局处在同一地点。经校准的用户单元测量接收的导频信号强度，并将其传送到汇接局控制处理器。汇接局采用该估算来控制由汇接局发射的导频信号功率，从而控制卫星收发机发射的导频信号功率。然而，这些测量由于至少有两个原因而是不可靠的。第一，如果投射到汇接局上的波束出现问题，那么汇接局将无法使环路闭合。第二，由于波束或本地用户环境和路径损耗之间的差异，为投射到汇接局上单个波束而进行的测量不会是精确地反映其他波束中的导频信号电平。例如，电子增益由于波束的不同而不同，或者投射到汇接局上的波束受气候的影响，而这些影响将产生显著的测量误差。所以，该汇接局处取得的单个测量将不会如所希望的那样是一个良好的其他位置处干扰水平的预告器。为了形成在闭环导频信号跟踪中所使用的可靠测量，导频信号测量强度应当分布在整个卫星覆盖区上。

在本发明的较佳实施例中，每一用户测量所接收的导频信号的信号强度或其他共享的源信号强度，并将该信息发送回汇接局。在本发明的较佳实施例中，接收的共享源信号的强度是通过确定其信噪比来测量的。用户单元既可以是不受控制的系统用户，也可以是特意放置的专门用来执行导频信号强度(或质量)测量的单元或话机。汇接局控制处理机接着用这些测量值来确定用于发射的导频信号功率的合适电平。

图1描述的是典型的卫星通信系统100。卫星通信系统100包含汇接局102、卫星收发机103和用户单元106。用户单元通常有三种类型：通常安装成固定结构的固定用户单元106A；通常安装在车辆上的移动用户单元106B以及通常是手提的便携式用户单元106C。汇接局102通过卫星收发机103与用户单元106通信。

用于用户单元106的典型的收发机如图2所示。收发机200采用至少一个天线210，来接收被转发到模拟接收机214的通信信号，并在模拟接收机处作下变频转换、放大和数字化。双工元件212通常用来使得同一天线具有发射和接收功能。然而，某些系统采用在不同的频率下工作的独立天线。模拟接收机214输出的数字通信信号转发到至少一个数字数据接收机216A和至少一个搜寻器接收机218。正如对于本领域的技术人员所熟知的那样，附加数字数据接收机216B 216N可以用来根据可接受的单元复杂性水平获得所要求的信号分集水平。

至少一个控制处理器220与搜寻器接收机218一起与数字数据接收机216A-216N耦合。控制处理器220在其他功能中还提供基本信号处理、时序、功率和手动切断控制或协调。控制处理器220经常执行的另一个基本控制功能是要用作处理通信信号波形的PN码序列或正交功能的选择或操作。控制处理器220的信号处理可以包括相对信号强度的确定和各个相关信号参数的计算。在某些实施例中，信号强度的计算可以包括如接收功率元件221的附加或独立电路的使用，用以提高测量效率或速度，或改进控制处理源的分配。

数字数据接收机216A-216N的输出与用户单元中的数字基带电路222耦合。用户数字基带电路222包含用来将信息转发到用户单元使用者或从该用户转发信息的处理和显示元件。即，信号或数据存储元件，如瞬态的或长期数字存储器；输入和输出装置，如显示屏、扬声器、键盘终端和手机；A/D元件，声码器和其他的话音装置以及模拟信号处理元件等，所有这些用户基带电路均采用本领域中所熟知的元件。如果采用的是分集信号处理，用户数字基带电路222可以包含一分集组合器和译码器。这些元件中的某些也可以在控制处理器220的控制下工作或与控制处理器220通信。

当话音或其他的数据制备用作用用户单元发出的输出报文或通信信号时，用户数字基带电路222用来接收、存储、处理或者制备所要的供传输的数据。用户数字基带电路222将该数据提供到在控制处理器220下工作的发送调制器226。发射调制器226的输出传送到数字发射功率控制器228，该数字发射功率控制器228向模拟发射功率放大器230提供输出功率控制，用于从天线210到汇接局的输出信号的最终传输。接收的通信信号或一个或多个共享源信号测得的信号强度信息可以用本领域中熟知的各种技术传送到汇接局。例如，信息可以传送作为数据信号或附到用户数字基带电路222制备的其他报文上。另外，可以由发送调制器226或发送功率控制器228在控制处理器220的控制下插入信息作为预定的控制位。

模拟接收机214可以提供一个表示接收的信号中的功率或能量的输出。另外，接收功率元件221可以通过对模拟接收机214的输出取样并执行本领域中所熟知的处理来确定该值。这一信息可以由发送功率放大器230或发送功率控制器228直接用来调节用户单元发射的信号的功率。这一信息也可以由控制处理器220使用。

数字接收机216A-N和搜寻器接收机218是用信号相关元件构成用来解调和跟踪特定信号的。搜寻器接收机218用来搜寻导频信号，而数字接收机216A-N用来解调与检测的导频信号相关的其他信号(业务)。所以，可以监测这些单元的输出，以确定导频信号或其他共享的源信号中的能量。这里，这是用接收的功率元件221或控制处理器220来完成的。

汇接局102中使用的典型的传输和接收装置300示于图3中。图3中示出的汇接局102部分有一个或多个与接收通信信号的天线310相连的模拟接收机314，接收的通信信号接着用本领域中所熟知的各种技术下变频、放大和数字化。某些通信系统中使用多个天线310。模拟接收机314输出的数字化信号提供作为至至少一个在324处用虚线表示的数字接收机模块的输入。

每一数字接收机模块324与管理一个用户单元106和汇接局102之间的通信的信号处理元件对应，尽管本领域中也可以采用某种变异。一个模拟接收机3 14可以提供许多数字接收机模块324的输入，而几个这样的模块通常在汇接局102中用来容纳所有的卫星波束和在任意时刻处理的可能的分集方式信号。每一数字接收机模块323有一个或多个数字数据接收机316和一个搜寻器接收机318。搜寻器接收机318通常搜寻合适的分集模式信号而不是导频信号。由于是安装在通信系统中的，所以多个数字数据接收机316A-316N用作分集信号接收。

数字数据接收机316的输出被提供到后续的基带处理元件322，基带处理元件322包含本领域中所熟知的装置，而这些装置在此不作详细说明。典型的基带装置包括分集组合器和译码器，用来将多径信号组合成每一用户的一个输出。典型的基带装置还包括通常是提供到数字交换机或网络的输出数据的接口电路。各种其他的已知元件，如(但并非局限于)声码器、数据调制解调器和数字数据交换和存储元件可以形成一部分基带处理元件322。这些元件用来控制或指挥数据信号到一个或多个发送模块334的转发。

发射到用户单元的信号中的每一个与一个或多个合适的发射模块334耦合。典型的汇接局采用几个这样的发射模块334，用来一次向许多用户单元106提供服务，以及一次为几个卫星和波束提供服务。汇接局102所使用的传输模块334的数量是由本领域中熟知的因素决定的，这些因素包括：系统的复杂性、目前卫星的数量、用户容量、所选择的分集程度等等。

每一发送模块334包括对用作传输的数据进行扩展调制的发送调制器326。发送调制器326有一个与数字发送功率控制器328耦合的输出，该控制器控制用作输出数字信号的传输功率。数字发送功率控制器328施加一最小功率电平用于干扰抑制和源的分配，但在需要补偿传输路径中的衰耗和其他的路径转发特性时施加合适的功率电平。PN发生器332由发送模块326用来对信号进行扩展。该编码发生还可以形成汇接局102中的一个或多个控制处理器或存储元件的功能部分。

发送功率控制器328的输出传送到加法器336，与来自其他发送功率控制电路的输出叠加。这些输出是在相同的频率下并且在相同的波束内传输到其他用户单元106的信号作为发送功率控制器328的输出的。加法器336的输出被提供到模拟发射机338进行数模转换，转换成合适的RF载波频率，作进一步放大，并输出到一个或多个天线330用来辐射到用户单元106。天线310和330根据系统的复杂程度和系统的结构可以是相同的天线。

至少一个汇接局控制处理器320与接收机模块324、发送模块334以及基带电路322耦合；这些单元可以是相互分开的。控制处理器320提供命令和控制信号以实施如(但并非局限于)信号处理、时序信号产生、功率控制、手动切换控制、分集组合和系统接口链接。另外，控制处理器320分配PN扩展码、正交码序列和特定的发射机和接收机，用在用户通信中。

扩展处理器320还控制导频信号、同步信号和寻呼信道信号的产生和功率以及它们与发送功率控制器328的耦合。导频信道简单地是这样一个信号，该信号不经数据调制，而可以使用一恒定值或可闻音型输入到发送调制器326，仅有效地发送从PN发生器332施加的PN扩展码。

由于控制处理器320可以直接与模块(如发送模块324或接收模块334)元件耦合，每一模块通常包含一个用于特定模块的处理器，如发送处理器330或接收处理器321，用来控制该模块的元件。因此，在较佳实施例中，控制处理器320如图3所示与发送处理器330和接收处理器321耦合。通过这种方式，单个的控制处理器320可以更加有效地控制大量模块和源的运行。发送处理器330控制导频、同步、寻呼信号以及业务信道信号的产生和用于它们的信号功率，以及它们与功率控制器328的各个耦合。接收处理器321控制搜寻、用于解调的PN扩展码以及对接收的功率的监视。

如上所述，接收功率元件324可以通过监视数字数据接收机316的输出中的能量，用来检测信号功率。该功率信息被提供到发送功率控制器328，用来调整输出功率以补偿路径衰耗中的大的变化。因此，这些信息形成功率控制反馈环路的一部分。该功率信息还可以根据需要提供到接收机处理器321或控制处理器320。功率控制功能部分也可以配置在接收处理器321中。

对于按照本发明的共享源功率控制，汇接局102从用户单元106接收通信信号中有关接收信号强度或信噪比的信息。该信息可以由接收处理器321从数据接收机316的解调输出产生；该信息也可以当控制处理器320或接收处理器321监测的信号在预定地点处出现时加以检测并转发到控制处理器320。控制处理器320采用发送功率控制器328将该信息(在下文中描述)用来控制用作共享源信号的功率大小。

图4是描述按照本发明较佳实施例的卫星通信系统100运行的流程图。本发明的较佳实施例是参照图1和图4详细描述的。汇接局102在步骤402发射导频信号。卫星收发机104在步骤404接收导频信号，并将该导频信号传送到用户单元106。在步骤406，用户单元106接收传播导频信号。接着，每一用户单元106在步骤408计算接收的导频信号的信噪比，并在步骤410，通过卫星收发机104将该信噪比发送到汇接局102。

由于衰落、阻塞或操作不当，某些用户单元106会经受不良的信号质量(由它们的信噪比表示)。这样的用户单元会依赖于请求更多的前向链路信号功率，包括导频信号，来克服与通信信号质量有关的问题。不幸的是，如果允许来自这样的用户的无限制的输入或请求更大的功率，会产生无法接受的功率源大消耗。由于没有限制，阻塞或严重衰耗的前向链路路径的用户单元会大大减小通信系统的容量，而无法实现所要求的信号质量水平。即，对于某些用户单元，信号状态是无法通过简单地增大信号功率来改进的。

由于控制这些用户单元106的导频信号强度是不利的，因此如步骤412所示，如果低于一预定的阈值，则取消它们的信噪比。该阈值是由通信系统操作者根据在将给定的要求质量服务水平提供到系统用户与要保持的最小系统容量之间权衡利弊来选择的，这对于相关领域的技术人员来说是明显的。低于那些具有可接受的信号质量的用户单元106，汇接局102如步骤414所示的那样计算辐射用户单元的天线的导频信号通量密度。该计算由于其不同的已知特征，如接收机性能、天线型式和路径损耗(距离)而考虑到用户单元的类型(例如，固定的、移动的或便携式的)。

为了使导频信号强度控制的计算中所包含的不确定性的个数最小，这些计算是针对具有清晰的通往卫星收发机104的路径的用户单元来进行的。假设具有辐射其天线的最大平均导频通量密度的用户单元具有通向卫星收发机的清晰路径。那么，在步骤416中，汇接局102选择用最大平均导频信号通量密度辐射的用户单元。正如相关领域的技术人员所清除的那样，对通量密度测量值取平均可以在用户单元或汇接局处进行。取平均的间隔长度在不偏离本发明的精神和范围的情况下可以由设计来选择。

最后，汇接局102调节导频信号的强度，从而步骤416中选择的用户单元如步骤418中所示的那样通过预定的导频信号通量密度辐射。当波束中的所有用户具有高质量的信号或处在卫星波束中的有利(更高增益)位置时导频信号电平是缓慢调节的(例如在秒的数量级)，以补偿卫星的路径变化，或节省卫星功率。路径的变化包括由于卫星的移动而产生的间隔距离的变化、本地环境(下雨、簇叶等)的衰落特征的变化、本地地形的变化以及障碍。然而，这些变化还包括由于热负载、依赖于驱动的增益(drive dependent gain)以及其他已知的因素而引起的卫星传送特征的变化。这一预定的导频信号通量密度被设置成使得清晰的路径用户具有足够的容限，允许在信号中由于高K的Ricean衰落、镜面反射、小路径阻塞和卫星波束滚降(即在近波束边缘处更高的衰耗)而出现的正常变化。正如对相关领域的技术人员所清楚的那样，本发明的方法还可以扩展到在知道用户地点的时候补偿波束滚降和路径衰耗差。

本发明在所有的负载条件下(从系统具有许多用户的重负载到系统具有很少用户的轻负载)工作良好。由于卫星收发机104上用于信号传输的功率大小有限，所以汇接局必须使服务质量与用户容量平衡。当系统由于拥有大量测试而具有重负载时，本发明进行的导频信号强度控制最精确。相反，当系统由于测试数量少而轻载时精确度最小。幸运的是，当系统重载而要求精确控制使得汇接局能够权衡附加系统容量的服务质量利弊的时候，这可以例如通过减小导频信号功率并增加用户或业务信号功率来完成。相反，当系统轻载时，汇接局能够在导频信号中加入容限，以便改进服务质量。本发明的分布导频信号测量还能够检测由于相邻汇接局或竞争系统中的业务而出现的高干扰区域。汇接局能够增大导频信号功率以保持这些情况下的服务质量。因此，本发明在任何一种情况下均工作良好。

至于本发明进一步的性能，本发明的原理能够被扩展到统计估算卫星上导频信号的功率消耗。例如，可以如上所述将用户单元的导频信号测量转换成通量密度，并接着在知道用户类型、卫星天线型式和用户位置的时候转换成在卫星处耗费的导频信号功率的测量。于是，卫星处的最大计算RF导频信号功率是该子波束的导频信号功率估算。

导频信号功率估算可以是以秒为时间单位上所取样值的运行平均。估算的精确度取决于前向卫星到用户链路的统计和用户单元的运行。这些统计描述了路径损耗或质量、障碍的缺乏、接收机特征、通常所经历的干扰的类型等。由于这些用户单元不会经受移动单元或便携式单元所经受的众多的信号变化，系统中良好受控的固定用户单元的存在减少了估算的不确定性。估算的精确性还取决于由每一用户单元所接受的干扰的知道程度。

至于本发明的进一步的特性，该原理可以进一步扩展到对卫星上子波束所耗费的总的RF功率的估算。该RF功率可以通过叠加导频信号和占据子波束的所有业务信号的功耗估计数来估算。由于汇接局调制器或功率控制元件中导频信号增益对业务信号增益的比值决定了卫星处导频信号功率对业务信号功率的比值，所以可以估算业务信号的功耗。

上述过程还可以用在其他的共享源信号中，如先前讨论的寻呼信号或同步信号，这对于本领域中的技术人员来说是明显的。在这种情况下，这些信号的信噪比是通过接收用户单元以及传送回汇接局的结果来测量的。舍去从呈现低质量信号的用户单元的信息，以防止对源的过度消耗。与以前一样，计算共享源信号的通量密度，调节信号强度，以适合清晰的路径用户单元。

在阅读了上文中的描述以后，相关领域中的技术人员会清楚地了解可以任何用其他的实施方式来实现本发明。虽然对本发明的各种实施例进行了描述，但应当理解，上文的描述仅是示例性的，而非限制性的。因此，本发明的广度和范围不应当受限于上述典型实施例，而应当由下面的权利要求及其等效内容来确定。

Claims (6)

1.一种在卫星通信系统中用来控制由卫星收发机中继的共享源信号之强度的设备，其中所述卫星通信系统包括用于发射所述共享源信号的汇接局、卫星收发机和至少一个用户单元，其特征在于，所述设备包含：

位于每一用户单元处的接收装置，用于通过所述卫星收发机接收所述共享源信号；

位于每一用户单元处的至少一个信号强度检测器，用于测量所述接收到的共享源信号的信噪比，从而测量出所述接收到的共享源信号的信号强度；

位于每一用户单元处的发射器，用于将所述信号强度测量结果发送到所述汇接局；以及

功率调节器，它根据所述信号强度测量结果，调节所述卫星收发机发射的共享源信号的功率，所述功率调节器包含：

去除装置，用于去除所述信噪比测量结果中量值小于一预定阈值的测量结果；

计算装置，它根据所述信噪比，为每一用户单元计算所述共享源信号之通量密度的平均值；

选择装置，用于选择与最大平均值相关的至少一个用户单元；以及

用于调节所述卫星收发机发射的共享源信号的功率从而向所述至少一个选定的用户单元的天线辐射预定的共享源信号通量密度的装置。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述选择装置选择与最大平均值相关的两个或更多的用户单元；并且

用于调节所述共享源信号之功率的所述装置向所述两个或更多个选定的用户单元的天线辐射预定的共享源信号通量密度。

3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，它还包含对所述两个或更多个用户单元上的共享源信号的通量密度之平均值取时间平均的装置。

4.一种在卫星通信系统中用于控制卫星收发机中继的共享源信号之强度的方法，其中所述卫星通信系统包括用于发射所述共享源信号的汇接局、用于中继所述共享源信号的卫星收发机以及至少一个用户单元，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

(a)在每一用户单元处通过所述卫星收发机接收所述共享源信号；

(b)在每一用户单元处，测量所述接收到的共享源信号的信噪比，从而测量出所述接收到的共享源信号的信号强度，该测量步骤含下述步骤：

从所述信噪比测量结果中去除量值小于一预定阈值的测量结果；

根据所述信噪比，为每一用户单元计算所述共享源信号之通量密度的平均值；

选择与最大平均值相关的至少一个用户单元；

(c)将所述信号强度测量结果发送到所述汇接局；以及

(d)调节所述卫星收发机发射的共享源信号的功率，从而向所述至少一个选定的用户单元的天线辐射预定的共享源信号通量密度。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，它还包含：

选择与最大平均值相关的两个或更多个用户单元；以及

调节所述共享源信号的功率，从而向所述两个或更多个选定的用户单元的天线辐射预定的共享源信号通量密度。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，它还包含下述步骤：对所述两个或更多个用户单元上的共享源信号之通量密度的平均值取时间平均。

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