CN1152824A - 估算传播延迟以供到轨道卫星发送补偿之用的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种在具有诸如卫星(12，12′)之类动态节点的同步通信系统中工作的用户单元(30)，卫星(12，12′)采用严格的发送和接收时间窗口并且指向卫星(12，12′)的所有发送必须属于被识别的发送窗口。在动态通信系统中，低地球轨道卫星(12，12′)连续沿轨道运行，卫星(12)和用户单元(30)间的传播定时在较宽的距离范围迅速变化。用户单元(30)必须接近发送定时超前，以供开始向卫星(12)发送之用。当地理定位位置可用时，用户单元(30)利用该有效地理定位位置，而当位置不能用或失效时，依靠星座的构形特点产生初始传播延迟近似。

Description

估算传播延迟以供到轨道卫星发送补偿之用的方法和装置

本发明涉及无线通信，特别是对在动态轨道中运行的无线通信系统的传播补偿。

在传统的静止无线通信系统中，用户单元与基站同步并连续跟踪它们。在时域复用系统中，发送和接收时隙规定发送用户单元和接收基站间的准确时间和频率校准。由于用户单元和基站间固有的传播延迟，用户单元必须推算一个发送时间超前偏置以补偿用户单元和基站间的传播延迟。一个准确的偏置值使所发送的信息在正确的帧或接收窗口时间到达基站。

在基站是诸如机载基站(例如轨道卫星)之类的实际上是移动的通信系统中，由于卫星和用户单元间的距离变化，用户单元和轨道卫星间的传播延迟不能保持恒定。在基站是诸如低地球轨道卫星星座的强动态系统中，用户单元通信范围内的卫星在相对较大值的范围内呈现出连续变化的传播延迟。

为适应用户单元和卫星间的传输，当在接收窗口期间试图向卫星转送信息时，用户单元必须估算发送时间超前以便使用。当通信系统中的节点静止时，用户单元可以简单地保持一静止时间超前偏置值以便重复使用。在地面系统中，即使某些节点移动，传播延迟值的范围必然由电波地平线限定并且标称超前值是满足要求的。然而，在传播延迟可以显著变化的动态系统中，由于在定时中可造成较大的误差，静止值无效。

因此，需要一种用于估算发送时间超前偏置的方法和装置，以便不丢失发送，并在正确的窗口中接收。

图1是根据本发明实施例从通信系统的各种特征估算发送时间超前偏置的流程图；

图2描绘了根据本发明实施例用用户单元的已知地理定位位置计算发送时间超前偏置的简化几何表示；

图3描绘了根据本发明实施例用标称波束中心产生发送时间超前偏置的简化几何表示；

图4描绘了根据本发明实施例用不同卫星产生发送时间超前偏置的简化几何表示；

图5描绘了根据本发明优选实施例用计算的到达时间差确定近似传播延迟的几何图形定向；

图6是根据本发明优选实施例用于接近发送时间超前偏置的用户单元的简化方框图。

在卫星基站沿轨道运行的时域复用通信系统中，用户单元在初始化捕获处理和请求信道前先自行对传播时间和多谱勒频率进行估算。在该优选实施例中，捕获脉冲串应该在卫星时隙中心的±2.2毫秒内到达，并且该频率应该精确到在卫星的信道中心频率的±5000Hz内。由于往返行程的误差效应，当估算时间和频率时用户单元引起的任何误差具有倍增效应，因此，用户单元对传播延迟的估算应该精确到±1.1ms，对多谱勒频移应精确到±2500Hz。

多谱勒频率估算在本领域是已知的。用户单元测量所接收的频率并将其与所用信道的基准频率比较。所得差值是多谱勒频移、测量误差和用户基准频率中误差的组合。只要组合的基准和测量误差小于所规定估算误差的一半，用户单元将估算该多谱勒频率在规定精度内。在该优选实施例中，1.5ppm基准频率的稳定性对用户单元是足够的。

估算上行线路或用户单元的发送传播延迟需要附加精度，在该实施例中，将需要一个不能实行的频率基准。即使要求用户单元每天与系统同步一次，时基稳定性要求必须约为10ppb，以便为捕获保持足够的稳定性。由于稳定性要求或重新同步间隔都不能实行，用户单元不利用已知时帧估算传播时间。

图1是根据本发明实施例从通信系统的各种特征估算发送时间超前偏置的流程图。当用户单元为确定发送时间超前偏置初始化估算程序时，是通过一系列判定步骤进行的。用户单元在每一步骤确定是否可利用子程序估算传播延迟并从其产生偏置。如果用户单元没有使用子程序的信息，该用户单元则进展到一个新的判定步骤并评估下一个子程序的使用。在该优选实施例中，该过程按照简易性和可靠性的顺序，以使用户单元最好使用在现有条件下可用的最简单和可靠的程序。

在图1所描绘的程序中，当用户单元决定需要捕获时，用户单元执行查询任务100，以确定用户单元是否占据一个有效地理位置。当新近出现的发送导致一个位置解或当已经经历使该用户单元执行自动登记处理的足够的持续时间时，该用户单元则占据当前的地理定位值。

如果查询任务100确定当前地理定位值存在，用户单元则执行任务105。在任务105中，用户单元通过计算其有效位置与当前卫星位置间的距离并除以光速来估算传播延迟(见图2)。在该优选实施例中可通过数种可能的方法之一获得卫星位置。识别卫星位置的坐标可在广播信道中与波束标识符信息一起发送，或在分开的独立广播信道中发送。另外，由于波束投射与其标称波束中心一致并已被用户单元了解，根据广播标称波束中心的简单向量计算可产生足够准确的卫星位置。

如果查询任务100确定用户单元近来未更新其位置并因此而未占据当前地理定位，用户单元则执行查询任务110。在该优选实施例中，地理定位数据在大约15分钟后失效或无效。另外，如果用户单元近来有效，地理定位数据则可能失效或不存在。当位置数据失效或不存在时，处理过程转到查询任务110。

在查询任务110中，用户单元评估为用户单元服务的当前波束的特性。卫星在多波束卫星的每个波束中发送唯一的广播信道。卫星在该广播信道中发送唯一波束标识符、和标称波束中心(即，在波束中定义参考位置的地理坐标)这样的信息。用户单元使用当前波束的波束标识符识别当前波束作为由邻近该卫星直下方的一颗卫星投射的中心定位波束或作为比中心定位波束更偏侧向发射的非中心定位波束。

当查询任务110识别当前波束是中心定位波束(见图3)时，则执行任务115。在任务11 5中，用户单元可计算卫星与当前波束的标称波束中心之间的距离，或者用户单元可保持一个包含到波束中心的标称延迟的表，并使用其值作为发送时间超前偏置。对于优选实施例的波束覆盖区域中的任何用户单元，内波束的地面范围小到足以使到波束中心的延迟通常在1.1ms的估算容差内。

如果为用户单元服务的当前波束是外波束，则假设到波束中心的延迟不是满足要求的传播延迟估算，并且程序转到查询任务120。在查询任务120中，用户单元试图从与目前发送当前波束的卫星不同的卫星接收发送。如果查询任务120获得第二卫星的第二信号则执行任务125。在任务125，用户单元估算当前波束中的发送信号与来自第二卫星的第二发送信号到达的时间差。用户单元利用来自两颗卫星的信号之间的时间差估算到所要求卫星的传播延迟(见图4)。

当查询任务120完全不能检测任何发送或来自第二卫星的＂可用＂发送时则执行任务130。在任务130，用户单元根据用户单元正在试图获得的当前波束和从与发送当前波束的同一颗卫星发射的具有第二大信号的波束之间的信号强度差估算传播延迟。由于信号衰减使该方法产生误差，因此该方法是所不希望的，所以通常在其它情况不能帮助产生传播近似时才引用。

图2描绘了根据本发明实施例利用已知的用户单元地理定位位置计算发送时间超前偏置的简化几何表示。在优选实施例中，其中，地理定位是被动执行的，以节省频谱使用和能耗。

这里的术语被动地理定位是指通过从卫星12接收信号以在地球表面10上或附近定位用户单元30的过程。卫星12和用户单元30之间没有双向相互作用。在本领域中，被动地理定位过程是通过过去开发的诸如此类的各种系统了解的。最熟知的被动地理定位业务或许是专门为此目的开发的全球定位服务(GPS)。然而，已经建立了其它被动地理定位系统，这些被动地理定位系统利用可用于此但不是专门为此工作而设计的卫星。例如，某些系统采用无关卫星的组合达到分米精度。

被动地理定位过程采用用户单元30了解关于卫星12两个基本事实的事实。通过已知的信号特性了解卫星12的位置。幸好，在该优选实施例中，这些事实易于应用到用户单元30。在优选实施例中，从卫星12发射的信号根据90ms的下行链路帧以一个已知周期出现。另外在本优选实施例中，需要用户单元30为了其它目的进行到达时间、到达频率和所接收的信号强度的测量。任何或所有这些测量能力可用在被动地理定位设计中。

被动地理定位系统通常利用卫星信号的到达时间(TOA)和/或到达频率(FOA)工作。一种特别简单的方法是严格在不同的TOA工作的三角测量系统。在该优选实施例中，可实施各种同样提供适当结果的被动地理定位方法。下面将立即简短地描述三角测量方法。

图2说明一种三角测量法。用户单元30在定义为T1至T4的四段不同时间从卫星12接收信号。在每一段时间，用户单元30测量针对该特定卫星12的位置的到达时间。该三角测量处理的进程如下。

定义下列时间变量：

t_i：卫星发送时间，i＝1至4(未知)

τ_i：每次发送的传播时间(未知)

T_i：每一时间的TOA(未知)

ΔT：卫星发送之间的时间(未知)

c：光速

进一步假设用户单元30知道在每一发送时间(t_i)卫星12的位置。这是通过卫星12将其位置作为信号上的数据发送来完成的。另外，如上所述，系统在给定时间向用户单元30发送卫星位置和每颗卫星的轨道天文参数。用户单元30通过该数据预测将来任何时间的卫星12的位置。当然，在任何实际系统中，卫星轨道随时间变化并且要对这些参数定期更新。在该优选实施例中，卫星12有规律地发送每个波束的中心位置，从其计算卫星12的位置。

另外，设x_i、y_i、z_i为任意笛卡尔坐标系统中每一发送时间卫星12的位置。另外，设x_I、y_I、z_I为同一坐标系统中未知用户单元30的位置。然后，为所定义的系统保持下列关系

T_i＝t_i+τ

t_i+1＝t_i+ΔT

(x_I-x_i)²+(y_I-y_i)²+(z_I-z_i)²＝(cτ_i)²

从这些表达式可得到下列二次方程组：

(x_I-x₁)²+(y_I-y₁)²+(z_I-z₁)²＝[c(T₁-t₁)]²

(x_I-x₂)²+(y_I-y₂)²+(z_I-z₂)²＝[c(T₂-t₁-ΔT)]²    [1]

(x_I-x₃)²+(y_I-y₃)²+(z_I-z₃)²＝[c(T₃-t₁-2ΔT)]²

(x_I-x₄)²+(y_I-y₄)²+(z_I-z₄)²＝[c(T₄-t₁-2ΔT)]²

应指出，这是一个有四个未知量(t₁、x_I、y_I、z_I)的四方程系统。因此可求解出用户单元30的位置。然而，该系统是二次的，因此其解为双值。要采用某些其它技术解决该共轭解。在该优选实施例中，解决该双值性的两种方法之一是：(i)等待第二颗卫星并利用第二位置定位；和(ii)使用波束ID。用户单元30所在处的波束的ID通常允许舍弃想象位置。然而，波束ID方法在卫星12的地面轨迹附近会失败。这种情况下，用户单元30将等待，直到能够使用不同的卫星估算其位置。利用该方法，来自两颗卫星的实解一致，而不是模糊图象。

理论上，系统[1]定义一组相交于两点的四个球面。然而，在该系统中，系统时常会被测量误差和噪声恶化，而在如上所述的简单代数方法的情况下提供不一致的结果，用户单元30可采用诸如迭代最小平方误差算法之类的更有效的先进统计方法。

可以为用户单元30提供特殊算法的设计而不会给本领域普通技术人员造成不适应的经历。上面的讨论表明可采用相对简单的过程实现被动地理定位函数。在该实施例中，该函数已经将对该函数所要求的精度设定为约226km。该宽松精度使用户单元的算法简化。

参考图2中的几何表示，可以看出，该精度也满足传播延迟的估算处理。倾斜距离R_s和地面距离R_g之间的关系由余弦定律给出如下： $R_s^2=R_e^2+{(R_e+h)}^2-2R_e(R_e+h)\cos \left(\frac{R_s}{R_e}\right)$

利用其差值产生误差关系 $d{R}_s=\frac{(R_e+h)}{R_s}\sin \left(\frac{R_g}{R_e}\right)d{R}_g-----\left[2\right]$

在该优选实施例中，当达到最大倾斜距离时出现最大误差，该最大倾斜距离大约为2460km，与其相关的地面距离为2215km。将这些值与226km一道代入[2]，针对dRg得出大约224km的倾斜距离误差。其对应大约750μs的传播延迟。卫星12的TOA误差总是用户单元30估算误差的两倍，因此TOA误差是1.5ms，这完全在捕获信道的规定容差2.2ms内。

图3描绘了根据本发明实施例使用标称波束中心产生发送时间超前偏置的简化几何表示。通常，当这些单元的标称波束中心为传播延迟计算提供足够容差时，利用卫星和标称波束中心之间的距离产生发送时间超前偏置，也就是说，到波束中心的延迟被作为该波束中所有点的传播延迟估算。

图3中，卫星12和12′投射到地球表面10上多束波束。波束50、55、50′和55′通常在空间和频谱上分离。频谱分离允许卫星12以蜂窝方式重复使用通信信道。在该优选实施例中，卫星12发送唯一的广播信道发送到每个波束50和55中。该广播信道包含对处在该波束中的用户单元30有用的信息，该信息也可由位于特定波束外部或与其邻近的用户单元30使用。

广播信息可包含有关可用通信信道、存取过程的信息，在该优选实施例中，包含从由卫星12投射的其它波束识别当前波束的波束标识符。另外，在该优选实施例中，广播信息可包含描述分别与波束50和55的当前位置相关的几何图形坐标的标称波束中心60和65。标称波束中心60和65可用于执行诸如被动地理定位、登记终止监测之类的函数，在该优选实施例中，标称波束中心可为由中心位于卫星12地面轨迹附近的波束服务的用户单元30调节传播延迟近似。

在该优选实施例中，所规定的传播延迟容差为约±2.2ms，在卫星12处所见的误差是用户单元延迟估算误差的两倍，该技术在横越该波束的延迟差小于2.2ms时有效。

最小传播延迟出现在卫星的地面轨迹点，也称为星下点，对于780km的卫星高度为2.6ms。因此，在以多个波束为特征的卫星脚印(卫星天线波束射到地面的覆盖区)中，可允许误差区域覆盖2.6ms至4.8ms、4.8ms至7.0ms、和7.0ms至延迟大约为8.2ms的覆盖区域边缘的那些延迟。

在图3中可以看出，利用标称波束中心60作为用户单元30定位的近似来提供足够的近似以便计算传播延迟，调节优选实施例所规定的±2.2ms的传播延迟容差。然而，当更侧向地横越地球表面投射波束，和当波束55变成更不规则的形状并且通常延长时，标称波束中心65小于用户单元30′所要求预置的定位近似，因此传播延迟的近似计算可能不提供该优选实施例所要求的±2.2ms的延迟容差所需的精度。对于位于由卫星12投射的中心定位波束外部的用户单元30，需要另一种估算技术估算传播延迟。

图4描绘了根据本发明实施例使用不同卫星产生发送时间超前偏置的简化几何表示。当用户单元30从两颗卫星接收信号时，快速准确地估算到卫星12的延迟。在该优选实施例中，该结果是由于所有卫星12与主帧定时同步到±22.5μs内。

图4中，用户单元30测量与来自每颗卫星12和12′相关的信号的到达时间。由于两颗卫星12和12′在近似相同的时间发送，来自每颗卫星的TOA提供了从卫星12和12′传播延迟中的差。另外，用户单元30还接收分别与由卫星12和12′投射的波束80和90中的发送对应的标称波束中心85和95(见图5)。

来自卫星的信号的到达时间或传播延迟以星下点70为中心在地球表面定义一个圆圈是本领域已知的，另外，到达的时间差提供了两颗卫星间的距离差。仅需要假设两个距离值之间的关系以便估算该传播延迟。

图5描绘了根据本发明优选实施例利用到达时间差的计算结果确定传播延迟近似的几何图形定向。卫星12和12′在距离分别为R1和R2的波束80和90内的广播信道中向用户单元30发送。波束80和90具有与卫星12和12′的距离分别为Rc1和Rc2的标称波束中心。标称波束中心85和95分别表示从标称波束中心95和85到用户单元30的距离ε1和ε2。

在计算传播延迟的近似中，当假设到卫星12和12′的距离比与到标称波束中心85和95的比相同时，得出一个特别简单的处理。这样导致了下面的估算处理。

Δτ＝(R₁-R₂)c

${\mathrm{\τ}}_1=\frac{\mathrm{\Δ\τ}}{\frac{R_{c2}}{R_{c1}}-1}$

通过更复杂的计算可得到更准确的估算。例如，余弦定律可使用如下：

设：

γ₁为卫星12与用户单元30之间的地球中心角

γ_c1为卫星12与用户单元30所在的卫星12的波束中心之间的地球中心角

γ₂为卫星12′与用户单元30之间的地球中心角

γ_c2为卫星12′与用户单元30所在的卫星12′的波束中心之间的地球中心角

R_e为地球半径

R_h为地球半径与卫星高度之和

然后，通过余弦定律，卫星12和12′与用户单元30间的距离为： $R_1=[R_e^2+R_h^2-2R_e{R}_h\cos \left({\mathrm{\γ}}_1\right){]}^{\frac{1}{2}}$ $R_2=[R_e^2+R_h^2-2R_e{R}_h\cos \left({\mathrm{\γ}}_2\right){]}^{\frac{1}{2}}------[4]$

同样，到标称波束中心的距离给出为： $R_{c1}=[R_e^2+R_h^2-2R_e{R}_h\cos \left({\mathrm{\γ}}_{c1}\right){]}^{\frac{1}{2}}$ $R_{c2}=[R_e^2+R_h^2-2R_e{R}_h\cos \left({\mathrm{\γ}}_{c2}\right){]}^{\frac{1}{2}}-----[5]$

假设标称波束中心和用户单元30之间的角度相等：

Δγ＝γ₁-γ_cl≈γ₂-γ_c2

定义：

ΔR_c＝R_c1-R_c2

然后可用泰勒级数可以表示成： $\mathrm{\Δ\τ}={\mathrm{\τ}}_{c1}+\mathrm{\Δ\τ}\frac{R_{c1}^2\sin \left({\mathrm{\γ}}_{c1}\right)}{R_{c1}^2\sin \left({\mathrm{\γ}}_{c1}\right)-R_{c2}^2\sin \left({\mathrm{\γ}}_{c2}\right)}------\left[6\right]$

[6]中的估算一般比[3]中的估算更准确，但需要增加复杂性。通过假设其它几何参数可得出用于两颗卫星DTOA处理的其它估算公式。然而，对于捕获所需的粗传播延迟估算来说，[3]的简明性很有吸引力。

等式[3]和[6]给出的延迟估算特别易于计算。然而，这些等式不能用于到波束中心的距离(或等同于地球中心角)等于计算中所涉及的两个波束的情况。这种情况下，必须采用更复杂的假设设定。一种这样的假设设定承认：两颗卫星延迟估算的使用一般只限于在两波束是其对应卫星的外波束的情况。这可以从这样的事实看出，即用户单元优选获得最接近的卫星，并且如果用户单元在内部波束中，表查阅方法一般能够满足延迟估算。

两颗卫星延迟估算技术的相等距离的类型波束取决于正弦定律和余弦定律以及一系列小角度假设。

正弦定律提供下列关系式： $\frac{\sin \left({\mathrm{\α}}_1\right)}{R_e}=\frac{\sin \left({\mathrm{\γ}}_1\right)}{R_1}=\frac{\cos \left({\mathrm{EL}}_1\right)}{R_h}------\left[7\right]$ $\frac{\sin \left({\mathrm{\α}}_2\right)}{R_e}=\frac{\sin \left({\mathrm{\γ}}_2\right)}{R_2}=\frac{\cos \left({\mathrm{EL}}_2\right)}{R_h}$

其中EL1和EL2是用户单元和相对应的卫星间的仰角。

对于LEO卫星系统，地球中心角总是较小。另外，针对外部波束的仰角也较小，因此可在等式[4]和[7]中使用小角度近似以提供下面四个表达式： $\frac{{\mathrm{\γ}}_1}{R_1}=\frac{1-\frac{{\mathrm{EL}}_1^2}{2}}{R_h}$ $\frac{{\mathrm{\γ}}_2}{R_2}=\frac{1-\frac{{\mathrm{EL}}_2^2}{2}}{R_h}$ $R_1^2=R_e^2+R_h^2-2R_e{R}_h(1-\frac{{\mathrm{\γ}}_1^2}{2})$ $R_2^2=R_e^2+R_h^2-2R_e{R}_h(1-\frac{{\mathrm{\γ}}_2^2}{2})$

等式[8]可与不同距离的定义组合：

Δτ＝cΔR＝c(R₂-R₁)

以便为延迟估算提供下列表达式： ${\mathrm{\τ}}_1=\frac{2}{3}\mathrm{\Δ\τ}(\frac{R_e}{R_h}-1)+\frac{1}{2}\{\frac{16}{9}{\mathrm{\Δ\τ}}^2{(1-\frac{R_e}{R_h})}^2-\frac{4}{3}[{\mathrm{\Δ\τ}}^2{(1-\frac{R_e}{R_h})}^2+\frac{4h^2{R}_e}{R_h}]{\}}^{\frac{1}{2}}------[9]$

等式[9]是传播延迟的有效估算并可用于所有情况。无论怎样，它比等式[3]和[6]更复杂。因此如果附加程序存储器比附加计算负担对用户单元意味着更低的成本，使用这些更简单的等式是合理的。

通过采用差分功率测量可得到其它传播延迟估算。比较从两个不同波束中的广播或振铃报警信号接收的信号强度，该技术是较不希望的，这是由于因两个测量上的不同衰减，该方法产生明显的误差，因此与其它方法相比该方法的吸引力较小。尽管如此，在该优选实施例中，当不存在其它计算方法的参数并且在仅看见一颗卫星的外部波束中需要快速估算时，该方法一般将提供足够准确的估算以便能够捕获。

由于当视野中只有一颗卫星时仅能采用差分功率技术，测量将全部共享一个公共信道。这将减轻与从一颗卫星向用户单元的发送比从另一颗卫星的发送具有更好的传播路径有关的差分衰落。在该实施例中，所有广播不是同时发送的，因此需要非同时测量并且必须调节。

在估算传播延迟中出现两种差分功率方法。在一个优选实施例中，第一方法是比较当前波束中的接收信号与另一波束中第二最大可接收信号之间的功率差。该方法提供改进的延迟解，但可能对不同的衰减敏感。

当不能同时进行测量时，卫星信道中遇到的差分衰落会使差分功率测量的精度降低。一种减轻差分衰落效应的方法是平均，或否则统计地表征接收信号中的功率并通过功率统计来评价差分功率。该方法是有效的，但由于需要相对大量的功率抽样因此较费时。

在该优选实施例中，利用波束的几何图形提供一种可需要更少抽样的方法并因此更快速地进行估算。这种基于延迟估算的差分功率方法是从来自给定卫星的所有波束具有固定几何关系的事实得出的。其根本在于，更接近卫星最低点的波束比离该最低点远的波束以更小的传播延迟在区域中重叠所要求的波束。因此，在用户单元的定位处通过确定来自同一颗卫星的哪一束重叠波束具有最高功率，而不来自所要求波束的功率来进行延迟估算。

类似于差分功率的直接测量，选择哪个重叠波束具有最高功率可被从第一测量时间至第二测量时间的差分衰落损坏。然而，这种情况下，与实际差分功率值相比，该估算器使用低得多的精确关系。因此，需要低得多的平均或统计表征。

所建议的最高重叠波束选择的方法是从每束波束利用较少数量的抽样，例如3至5个抽样。该处理应该仅使用来自功率比较的每束波束的最高功率抽样。由于所有波束起始于同一颗卫星，唯一的衰落归因于以Ricean和瑞利统计为特征的多路径衰落，并快速波动。这些特征使得基本上较低的功率信号的所有抽样不太可能一贯高于较高功率信号的所有抽样。因此，该处理能够可靠地选择最高重叠波束，即使不能准确地确定规定的功率差。

图6是根据本发明用于近似发送时间超前偏置的用户单元的简化方框图。用户单元30包括使用天线11向卫星12和12′发送和从卫星12和12′接收信号的收发信机42。收发信机42最好是一个能够按卫星12和12′所要求的在规定时隙中在所有频率信道进行发送和接收的多信道收发信机。

收发信机42耦合到控制频率、定时和收发信机42工作的功率参数的处理器44。另外，处理器44处理、调整、和计算发送时间超前偏置的产生。因此，处理器最好耦合到存储器43。存储器43包括半导体存储器、磁性存储器、和其它存储器件，用于存储作为指令处理器44和当由处理器执行时使用户单元30执行前面讨论的过程的数据。另外，存储器43包括在用户单元30工作期间操作的变量、表、和数据库。

耦合到处理器44的定位器47参与产生用户单元30的地理定位位置。定位器47可以是全球定位服务型或上述或本领域中其它类型的定位器。定位器47可以在内部存储位置数据或转送该数据到处理器44以便存储在存储器43中。

本发明使用户单元在用户单元和卫星之间接近满足要求的传播定时的近似。发送时间超前偏置的产生能够使用户单元在预测一颗卫星中的一个接收窗口，并在时间上超前发送，以使其在适当的卫星接收窗口期间到达一颗卫星。当一组条件禁止产生传播延迟近似时，可采用补充方法产生该值。

虽然已经说明了本发明的优选实施例，并详细描述了其构成，本领域技术人员在不脱离本发明精神或附属权利要求的范围很容易对本发明做出各种改进。

Claims (10)

1.一种同步通信系统中估算发送时间超前偏置的方法，供用户单元(30)向具有多束波束(50，55)的第一卫星(12)发送信息使用，多束波束之一是投射在所述用户单元(30)周围的当前波束(50)，所述信息在一接收窗口期间到达所述第一卫星(12)，所述发送时间超前偏置对应于所述用户单元(30)和所述第一卫星(12)之间的所述当前波束(50)中的传播延迟，所述方法特征在于包括步骤：

当所述用户单元(30)不占据所述用户单元(30)的当前地理定位位置时，从所述第一卫星(12)接收第一发送，所述当前波束(50)中的所述第一发送以第一波束标识符和定义所述当前波束(50)近似中心的第一地理坐标的第一波束中心(60)为特征；

确定为所述用户单元(30)服务的所述当前波束(50)是否是所述第一卫星(12)的所述多束波束(50，55)中位于中心的波束；

当所述当前波束(50)是位于所述多束波束(50，55)的中心时，定义所述第一波束中心(60)作为用户单元(30)定位的近似；

计算所述第一卫星(12)和所述用户单元(30)间的距离，所述距离从所述用户单元(30)定位得出；和

从所述第一卫星(12)和所述用户单元(30)间的所述距离估算所述发送时间超前偏置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在所述接收步骤之前包括推断所述用户单元(30)是否占据所述用户单元(30)的所述当前地理定位位置，所述当前地理定位位置定义一个用户单元(30)定位的步骤。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于包括步骤：

当所述当前波束(50)不是所述第一卫星(12)的位于中心的波束时，其次确定所述用户单元(30)是否能从第二卫星(12′)检测第二发送；和

当所述用户单元(30)从所述第二卫星(12′)检测到所述第二发送时，产生来自所述第一卫星(12)的所述第一发送和来自所述第二卫星(12′)的所述第二发送之间的到达时间差，所述到达时间差定义所述用户单元(30)定位的近似。

4.一种在一个用户单元(30)中估算发送时间超前偏置的方法，供所述用户单元(30)向第一卫星(12)发送信息之用，所述第一卫星(12)具有一接收时间窗口，其中所述第一卫星(12)辨别由所述用户单元(30)息之用，所述第一卫星(12)具有一接收时间窗口，其中所述第一卫星(12)辨别由所述用户单元(30)发送的所述信息，所述第一卫星(12)将多束波束(50，55)投射到地球(10)上，所述方法的特征在于包括步骤：

当所述用户单元(30)不占据所述用户单元(30)的当前地理定位位置时，接收投射在所述用户单元(30)周围的当前波束(50)中以第一波束标识符和第一波束中心(60)为特征的第一发送，所述当前波束(50)是由所述第一卫星(12)投射所述多束波束(50，55)之一，并且所述第一波束中心(60)定义所述当前波束(50)近似中心的第一地理坐标；

当所述第一波束标识符表示所述当前波束(50)是位于所述第一卫星(12)的所述多束波束(50，55)中的中心时，定义所述第一波束中心(60)作为用户单元(30)定位的近似；

计算所述第一卫星(12)和所述用户单元(30)间的距离，所述距离从所述用户单元(30)定位得出；和

从所述第一卫星(12)和所述用户单元(30)间的所述距离估算所述发送时间超前偏置。

5.根据权利要求4所述的用户单元(30)中的方法，其特征在于进一步包括步骤：

当所述用户单元(30)占据所述用户单元(30)的所述当前地理定位位置时，在所述接收步骤前，恢复所述当前地理定位位置，供所述用户单元(30)定位之用。

6.根据权利要求5所述用户单元(30)中的方法，其特征在于包括步骤：

当所述当前波束(50)不是所述第一卫星(12)的所述多束波束(50，55)中位于中心的波束并且所述用户单元(30)不占据所述当前地理位置时，所述用户单元(30)尝试从第二卫星(12′)接收第二发送；和

当所述用户单元(30)从所述第二卫星(12′)接收所述第二发送时，产生来自所述第一卫星(12)的所述第一发送和来自所述第二卫星(12′)的所述第二发送之间的到达时间差，所述到达时间差定义所述用户单元(30)定位的近似。

7.根据权利要求6所述用户单元(30)中的方法，其特征在于包括步骤：

当所述用户单元(30)不能从所述第二卫星(12′)检测所述第二发送时，确定所述用户单元(30)是否能从所述第一卫星(12)的第二波束检测第三发送，所述第二波束是由所述第一卫星(12)发送的所述多束波束(50，55)之一；和

当所述用户单元(30)检测到所述第三发送时，产生所述当前波束(50)中的所述第一发送和所述第二波束中的所述第三发送之间的差分功率电平，两束波束来自所述第一卫星(12)，所述差分功率电平定义所述用户单元(30)定位的近似。

8.一种用户单元(30)，用于估算发送时间超前偏置，供用户单元(30)向具有多束波束(50，55)的第一卫星(12)发送信息之用，多束波束之一是投射在所述用户单元(30)周围的当前波束(50)，所述信息在一接收窗口期间到达所述第一卫星(12)，所述发送时间超前偏置对应于所述用户单元(30)和所述第一卫星(12)之间的所述当前波束(50)中的传播延迟，所述用户单元(30)的特征在于：

一个收发信机，用于接收所述当前波束(50)中以第一波束标识符和第一波束中心(60)为特征的第一发送，所述当前波束(50)是由所述第一卫星(12)投射的多束波束(50，55)之一，和所述第一波束中心(60)定义所述当前波束(50)近似中心的第一地理坐标，所述收发信机进一步采用所述发送时间超前偏置在所述接收窗口向所述第一卫星(12)发送所述信息；

一个处理器，用于计算一个用户单元(30)定位的近似，并从所述用户单元(30)定位的所述近似估算所述发送时间超前偏置；和

一个存储器，用于存储用作向所述处理器发出指令的数据。

9.根据权利要求8所述的用户单元(30)，其特征在于：

一个被动地理定位位置定位器，用于为所述用户单元(30)产生当前地理定位位置；和

所述存储器进一步的特征在于包括一个用于存储由所述被动地理定位位置定位器产生的当前地理定位位置的装置。

10.根据权利要求9所述的用户单元(30)，其特征在于：

所述收发信机进一步的特征在于包括一个用于从第二卫星(12′)接收第二发送的装置；和

所述处理器进一步的特征在于包括一个用于产生来自所述第一卫星(12)的所述第一发送和来自所述第二卫星(12′)的所述第二发送之间的到达时间差的装置，所述到达时间差定义所述用户单元(30)定位的近似。

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