CN1162383A - 带有信道分配表的消息单元 - Google Patents

Abstract

基于卫星的，世界范围的蜂窝式消息系统(5)通过多重波束(30)向寻呼机发射寻呼消息。消息单元(2)监视多频率的TDMA寻呼发射，并且响应于在给定时间内使用中的发射频率的数目，切换到一个预定的频率，切换依赖于存贮在消息单元中的可重新编程表的内容。寻呼发射中的信息确定使用什么频率以及什么时间寻呼发射被导向一个特定的寻呼机的小区。

Description

带有信道分配表的消息单元

本发明通常涉及卫星蜂窝式通信系统，特别是涉及多频、基于卫星的、全球蜂窝式信息系统中所采用的消息单元。

在寻呼方面采用了单工数据通信系统，也被称为单向或被动式系统。一般来讲，一个或多个发射机播发数据信息。该信息中包括了识别特定寻呼机的数据。所有寻呼机连续接收播发的信息。当所有寻呼机之一识别到发往它的信息时，它提醒用户收到了信息，并通常显示一条由该信息所携带的数字或字母-数字消息。由于这种系统的单工特性，当寻呼机接收不到发往它的信息时，该系统也不知道。另一方面，这些单工系统具有很多所需要的特点。由于寻呼机中不需要发射机和信号发射能力，所以它是一个小型、低功耗、重量轻、便于携带并且便宜的单元。

常规寻呼系统都会碰到工作区域受限的问题。只有当寻呼系统的寻呼机位于由该系统的发射机所覆盖的区域内时，寻呼系统才工作。当用户走出这一区域时，他们的寻呼机不能接收到呼叫。

一个相关的问题是寻呼容量受限。随着覆盖区域增加，以更好地服务于用户的需要，寻呼机的使用人数同样增加。随着寻呼机的使用人数增加，数据信息的数量增加。因此，随着覆盖区域增加，就达到了减弱返回(diminishing returns)点。数据通信数量是如此之大，以致在呼叫传递过程中遇到了无法容忍的延迟。当然，可以采用通过多个信道接收数据信息的寻呼机来增加系统容量。不幸的是，这就造成了寻呼机的成本及寻呼服务费用增加到了无法接受的水平。

常规寻呼系统的另一个问题与信号质量有关，例如多径效应、干扰、信号反射等。一般来讲，用户在参与正常的日常活动时佩带寻呼机。这些正常的活动使用户置身于汽车内、建筑物内、巨大的地面建筑附近以及其它一些电磁信号难以穿透的空间内。所以，寻呼机接收信号的能力会有相当大的变化。为了最大限度地增加寻呼机在所覆盖的区域内的所有地方接收信息的能力，通常采用低数据速率FSK调制方案来设计寻呼系统，在这种方案中，把发射机功率提高到能够实现可接受的链路裕量的电平。另外，在同播寻呼系统中，可以把发射机的数目倍增，并且在地理位置上使它们遍布所覆盖区域。增加发射机数目并调整功率电平，以便在整个覆盖区域内达到可接受的链路裕量，这通常是一个缓慢的试算过程。

在寻呼系统中，采用卫星处理常规寻呼系统的区域受限问题。但是，卫星的采用却带来了它自身的问题。例如，卫星通常被限制于仅能采用低功率发射。同步卫星当前被用于向地面转发器播发信号，然后地面转发器向附近的寻呼机发射高功率信号。已经有人建议，在同播系统中把卫星与地面发射机结合起来。但是，这需要一颗同步轨道上的卫星，该卫星位于地球上空遥远的地方，卫星的发射信号在地球表面是极其微弱的，并且在地球表面的覆盖范围特别巨大。

因此，实际上需要一种改进的消息单元，用于基于卫星的、全球蜂窝式通信系统中。

实际上还需要一种消息单元，用于多频率、基于卫星的、全球蜂窝式通信系统中，该消息单元能够在特定的载频间切换以监控消息。

实际上还需要一种消息单元，用于基于卫星的、全球蜂窝式信息系统中，该消息单元的频址(frequency access)分配表是可编程的。

本发明由附带的权利要求中的特殊性来指出。但是，通过参考下面带有附图的详细描述，本发明的其它特点将变得更加明显，而且会使我们更好地理解本发明，其中，

图1表示根据本发明的卫星蜂窝式通信系统的全貌。

图2表示根据本发明的一个方面，由相邻卫星投射通信波束到地球表面所构成的蜂窝式图案的示意图。

图3表示根据本发明的一个最佳实施例构造而成的寻呼机的方框图。

图4表示中心交换局或“接口局(gateway)”的方框图。

图5表示本发明的通信系统的卫星的方框图。

图6表示本发明的通信系统的寻呼定时层次的原理图。

图7表示基本的TDMA帧。

图8表示全面的频率规划的原理图，包括用于本发明的通信系统中的下行链路通信的寻呼频率分配。

图9表示出现在本发明的通信系统中的捕获组内的寻呼码流(pagingburst)的结构。

图10表示出现在本发明的通信系统中的随后组内的寻呼码流的结构。

图11表示本发明的通信系统的块标志消息的结构。

图12表示本发明的通信系统的寻呼数据域的结构。

图13表示本发明的通信系统的消息传递次序的结构。

图14表示本发明的通信系统的寻呼相互关系及信息流。

图15和16构成一张根据本发明使一台可寻址的呼叫接收机工作的方法的组合流程图。

图1表示根据本发明的卫星蜂窝式通信系统的全貌。根据最佳实施例，几颗卫星(也被称作空间飞行器或SV′s)1被置于围绕地球4的相对较低的轨道。例如，如果卫星1被置于地球4上空大约765km的轨道，那么头顶上的卫星1以相对于地球4表面上的一点大约25,000公里/小时的速度运转。这就允许卫星1处于地球4表面上某一点的可视范围内最长大约是9分钟。由于卫星1的轨道相对较低，所以来自任何一颗卫星的视距电磁波能够及时地覆盖地球4上任意一点的一个相对较小的区域。例如，当卫星1占据了地球上空大约765公里的轨道时，这样发射的信号能覆盖地球表面直径大约4075公里的区域。此外，什么也妨碍不了在卫星1上安装定向天线，这些天线将这一区域进一步分成更小的小区。如图1所示，卫星1最好被放置于轨道上，以便卫星1的全部星座连续地覆盖整个地球4。

系统5还包括一个或多个中心交换局(也被称为″接口局″)6。局(offices)6位于地球4的表面，并且通过RF通信链路8与附近的卫星1之一进行数据通信。卫星1还通过数据通信链路3相互间进行数据通信。因此，通过卫星1的星座，局6可以控制传递到地球4上任意大小的区域的通信。局6连接到公共交换电信网络(图中未示出)，通过该网络，向系统5的用户的呼叫布局的请求可以被接收到。每个局6接收到请求，该请求置呼叫于被确认是位于与该局6相联系的地球4的一个区域内的用户。出于简便起见，图1中仅表示了一个局6。然而，技术人员应该懂得：可以采用的局6的数目与地球4上的区域的数目有关。每个这样的局6基本上象文中描述的那样工作。

系统5还包括数目不定的呼叫接收机2，潜在数量可达到数百万。呼叫接收机2可以被设置为常规寻呼机，或者可以被包括在其它便携设备之内。尽管出于简便起见，在下文中呼叫接收机2被看成是寻呼机2，但是技术人员应该懂得，系统5内的寻呼机2不需要仅被包括在专用于传统寻呼功能的单元内。寻呼机2被设置用来接收来自头顶上的卫星1的信息，并且实现下文所讨论的其它功能。

通过通信链路7，在寻呼机2处接收到来自卫星1的信息。在本发明的最佳实施例中，链路7采用了RF频率，RF频率实质上适合于视距通信，并且链路7是单工链路。换句话说，信息仅在一个方向上传播，即从卫星1到寻呼机2。单工通信允许寻呼机2被制造成小型的、价格低廉的单元并且只消耗微小的能量。非单工通信情况下，限制链路3或8遵从通信限制。

图2表示根据本发明的一个方面，由相邻卫星投射通信波束到地球表面所构成的蜂窝式图案的示意图。

卫星1和卫星29(卫星29可能与卫星1相同)采用频谱再用技术。这些技术包括投射波束宽度的蜂窝式分配。卫星1和29分别产生投射投影30和31的波束。投射投影30和31的波束是与卫星1和29上的天线相联系的双向增益区域(小区)。这些天线可以是单独的定向天线或者是一种能够使波束投射协调一致的相控阵天线。

小区10-28可以被假定为很多形状，这取决于天线的增益特性。在图2中，出于图解的目的，小区10-28被表示为六边形。随着卫星1和29在轨道上沿方向9运动，小区10-28沿轨道方向9向前推进。

由于卫星1和29以相对于地球高达25,000公里/小时的速度运转，小区10-28也在地球上以接近这个速度来移动。在这个速度下，地球表面上任意给定点停留在某一单一小区内的时间不超过大约1分钟。

再来看图1，卫星1采用多个频道通过链路7与寻呼单元2进行通信。这样，卫星1和寻呼机2最好是采用频分多址(FDMA)方案，以便可以同时建立多个独立的通信链路。这些多个频道的全部频谱在每个小区内都是可用的。例如，采用时分多址(TDMA)技术来实现图2所描述的7小区频率再用模式，以防止相邻小区间的干扰。

换句话说，在每个小区中可得到整个频谱的同时，相邻小区在其可能采用的频谱内被分配了不同的时隙。在最佳实施例中，对应于7小区再用模式，把帧定义为至少包括7个不同的时隙。在图2中标为″10″的小区被分配了一个时隙，标为″11″的小区被分配了另一个时隙，……等等。采用这种方式，在地理上把同时采用相同频谱的小区相互间隔开。

尽管图2图解说明了一种7小区、7个时隙的方案，但技术人员应该懂得，还能够采用更大或更小的再用模式。技术人员应该懂得，在卫星1建立了这种TDMA通信方案。此外，当卫星1以高达25,000公里/小时的速度运行的时候，寻呼单元2和卫星1间的多普勒频移和时隙同步参数经常变化。

在本发明的最佳实施例中，卫星1被设定为移动转发器(movingrepeaters)。换句话说，卫星1只不过做了从一个信源接收数据通信消息并把这些消息传递到目的地的工作。根本不要求所有通信链路3、8和7在频率和/或时序协议参数方面是类似的。

这样，在传递这些消息之前，卫星1还可以把从某一通信链路上接收到的消息重新打包成与另一个链路相兼容的格式。另外，卫星1可以包含帮助解决与链路3、8和7工作有关的多普勒频移和时移参数的部件。卫星1可以事先把这些参数传送到与它们进行通信的对象，诸如寻呼机2、中心交换局6和其它卫星1，以帮助保持与链路3、8和7间的同步。

图3表示根据本发明的一个最佳实施例构造的寻呼机2的方框图。寻呼机2包括天线33，通过它把通信链路7建立起来。天线33馈给一台接收机34，接收机34包括射频(RF)级、混频级和中频(IF)级(图中未表示)，作为把由卫星1播发的RF信号转换到基带所必需的部件。接收机34连接到用于数字化基带信号的模/数(A/D)转换器35，并且A/D转换器30连接到数字解调器37，用于从数字化的基带信号中提取数字数据。

在最佳实施例中，解调器37恢复被包含于来自链路7的传输信号中的二进制移相键控(BPSK)编码数据。解调器37还提供了一个反馈信号以控制振荡器36。振荡器36提供了一个振荡信号，接收机34利用该振荡信号把RF信号转换到基带。

解调器37把它的数字数据输出提供给处理器39。处理器39连接到存储器40。存储器40中包含永久性存储数据，这些数据不随着寻呼机2的工作而改变。这些永久数据包括控制寻呼机2完成各种步骤的计算机程序，这一点在下文讨论。这些永久数据还包括被用于寻呼机2操作中的永久变量，正如下文讨论的那样。存储器40中还包含临时数据，这些数据随着寻呼机2的工作而改变。在存储于存储器40中的程序的控制下，处理器39控制着寻呼机2的工作。

处理器39连接着各种外部设备，例如显示屏42、告警器44、用户输入接口46和定时器48。处理器39控制着显示器42为寻呼机2的用户显示数据。处理器39控制着告警器44通过声音和/或显示来指示寻呼机2接收对它的呼叫。处理器39最好通过接口46通过按键或按钮(图中未示出)的操作来接收用户的输入。处理器39采用定时器48来将它的工作与系统定时进行同步，并且在一个实施例中，处理器39采用定时器48保存每日时间的记录。技术人员应该懂得，可以在处理器39内替代实现定时器48的功能。

由电池50向寻呼机2供电。电池50通过电源开关52连接到端口54及电源控制部分56。电源控制部分56根据从处理器39接收到的命令来开关端口58的电源。端口58向寻呼机2的其余部分提供电能。当开关52开启时，寻呼机2被关掉电源；而当开关52闭合时，寻呼机2处于全面加电和工作状态，并且此时电能流向所有端口58。寻呼机2还可以工作在一种加电但低功耗的睡眠模式。当不向端口58中的一个或多个馈电时，寻呼机2工作在睡眠模式，但此时开关52还要闭合，为的是通过端口54至少把电能送到定时器48。

技术人员应该懂得，在睡眠工作模式下，什么也阻止不了关掉处理器39的电源。但是，在这种情况下，定时器48可以事先控制着给处理器39加上电源，而不是处理器39控制着其自身的电源，如图3所示。此外，技术人员应该懂得，在睡眠模式下，电能可以连续地至少加给存储器40的一部分，以防止数据的丢失。

图4表示中心交换局或接口局6的方框图。接口局6包括一个处理器60，该处理器可以由单一处理器或由一个处理器网络来实现。处理器60通过调制/解调制部分61连接到天线62。天线62被用于建立通信链路8。部件61把由处理器60产生的数字数据转换为兼容于链路8的已调制RF信息，或者把后者转换为处理器60所使用的数字数据。

接口局6还包括存储永久和临时数据的存储器63。这样的永久和临时数据包括计算机程序、经过接口局6的处理后不改变的数据，以及经过接口局6的处理后改变了的数据。定时器64还连接到处理器60。定时器64允许局6保持当前的系统时间并且允许局6工作，以便依据实时要求从接口局发送传输信息，下文讨论这一点。经过公共交换电信网络(PSTN)接口65，处理器60连接到PSTN66。可以通过PSTN66和接口65接收到向寻呼机2发出呼叫的请求。另外，可以通过卫星1(见图1)和链路8的网络接收到向寻呼机2发出呼叫的请求。

图5表示本发明的通信系统的卫星的方框图。最佳情况下，系统5内的所有卫星1(见图1)实质上由图5的方框图来描述。卫星1包括交叉链路收发信机70和交叉链路天线71。收发信机70和天线71支持通向附近其它卫星1的交叉链路3(图1)。接口局链路收发信机72和接口局链路天线73支持与接口局6通信的接口局链路8(图1)。

再者，用户单元收发信机74和用户单元链路天线75支持寻呼机用户单元2(图1)。最佳情况下，每颗卫星可以同时支持多达一千或者更多的用户单元2的链路(图1)。当然，技术人员应该懂得，天线71、73和75可以是单根多方向天线，或者是离散天线组。理想情况是，用户单元天线75是一根能够同时访问很多小区10-28(图2)的相控阵天线。在最佳实施例中，多达48个单个点波束(spot beams)同时访问相同数目的小区。

控制器76与收发信机70、72和74中的每一个相连接，并且与存储器77和定时器78相连接。可以采用一个或多个处理器来实现控制器76。控制器76采用定时器78来保存当前的日期和时间。存储器77存储作为对控制器76的指令的数据，并且当上述指令被控制器76执行时，导致卫星1完成下文所讨论的过程。另外，存储器77中包含了由于卫星1的工作而被控制的变量、表和数据库。

用户单元收发信机74最好是多信道FDMA/TDMA收发信机，这种收发信机在特殊的、所选择的、由控制器76所指示的时隙期间能够在所有不同的所选择频率上发射和接收。用户单元收发信机74具有足够数目的信道，目的是为通信提供所需数目的发射和接收频率。控制器76可以提供频率配置和时隙分配、振铃告警消息以及包含于其中的信息的产生。用户单元收发信机74最好在任意频率信道集上提供发射和接收，以便如果需要的话，每个用户单元收发信机74可以具有处理所有频率和时隙分配能力来利用所有频率信道集的整个频谱容量(spectral capacity)。

用户单元收发信机以比通常通信、双工载波更高的功率来发射寻呼载波。这个补充的功率提高了普通通信信道上的链路裕量。这一附加的链路裕量增强了寻呼载波穿透诸如车辆和建筑物等障碍物的能力。它还允许在该系统中使用灵敏度较低因而成本也较低的寻呼单元接收机。

              寻呼系统的全貌

本发明的寻呼系统能够向世界任何地方传递寻呼消息。随用户的意愿，单个消息可以被发送到小至本地区域，大到整个行星覆盖的地域。

在时间和频率层次上为每个寻呼机分配了一个工作间隙。这种系统寻呼基础架构保证了目的寻呼机工作时传递寻呼。

              L波段子系统

L波段是无线频谱的一部分，它被用于带有用户单元的卫星链路7。L波段子系统提供了两种基本类型的用户信道。双工信道支持双向通信业务，单工信道支持单向信息业务。双工业务包括便携和可移动电话业务，各种承载数据业务，双工信息业务，移动交换单元(MXU′s)业务以及多线单元(MLU′s)业务。单工业务支持用于寻呼消息的定向消息业务。

除了承载业务信道之外，L波段子系统提供了支持系统额外开销功能的信道。这些功能包括捕获和访问控制、用户振铃告警、用户地理定位以及天线点波束和卫星间的用户切换。

              寻呼时间和频率控制

寻呼用户的系统访问受限于在寻呼单元中实际可获得的电池寿命。如果寻呼要在商业上有生存力，那么就要求寻呼机能够用便宜的、易于得到的电池工作一段合理的时间。这就严重束缚了寻呼机的工作。本发明采用分层的时间和频率体制，目的是在保持足够的寻呼能力的同时，使寻呼机的内部功率减至最小。

寻呼通信结构主要采用具有有限频分复用(FDM)的时分复用(TDM)。这些时间和频率资源被组织成一个工作层次，该层次确定了在任一时刻哪一个时间和频率资源是可用的。

每个寻呼机在它被制造时或被重新编程时，在时间和频率层次上就分得了一个位置。这个位置决定了什么时候寻呼机是活动的以及它监控着什么频址(frequency access)。这种网络寻呼基础架构负责跟踪各个寻呼机的分配，并保证在适当的时间在正确的频址上传递寻呼。

每个90ms L波段帧(参照图7描述)包括一个单工信道时隙。在正常(基线)工作的这个时隙期间，卫星在多达两个频址上发射寻呼脉冲。如果牺牲了某些双工信道容量，那么能够在两个补充频率地址上发射两个附加脉冲。在不同的主发射天线波束里发射每个不同的单工脉冲，所以单工脉冲覆盖不同的地理区域。在为全球运行授权的单工信道波段上，从为寻呼保留的频址中选择4个频址频率。这些任意时刻所采用的频址和波束被配位于所有系统的卫星中间，以避免干扰。

每个寻呼脉冲被时分复用到一个系统控制信息域和4个寻呼数据域中。在最佳实施例中，每个数据域能够包含一个20字符数字(BCD)消息或者一个10字符字母数字(ASCII)消息。单个寻呼字母数字消息可以占用4个寻呼数据域。普通技术人员将会明显地看到，为了在寻呼系统中提供附加的灵活性，寻呼数据域可以是变长的。

正如下文中将更详细地描述的那样，根据寻呼业务量要求，为用于寻呼的频址分配永久优先权，并且由系统控制段来激活。以优先次序来激活频址，即第一寻呼频址总是激活的。如果需要更多的寻呼容量，就将第二频址激活。这样连续下去，到第三和第四频址。

              寻呼定时层次

图6表示本发明的通信系统中的寻呼定时层次的原理图。

                  超帧

寻呼帧结构采用四级时序层次。这个层次的最高级是194.4秒(2160帧)的超帧80。该超帧80包括9个21.6秒(240帧)的寻呼块82。每个块82包括5个4.32秒(48帧)的组84。最后，每个组84包括48个90ms的L波段帧86。单工消息时隙88占据90ms L波段帧86中的20.48ms。任何普通技术人员都应该懂得，上述时序层次仅仅是范例，并且会有很多其它变化，这取决于特定的系统要求。

在任一块82期间，每个寻呼机都处于工作状态。在它的活动块内，在任何组的任何帧期间，可以把消息发送到活动寻呼机。在任一活动的频址上，仅把消息发送到用户单元收发信机天线75(图5)的一个波束。每个块82的第一组是那个块的捕获组83。捕获组83包括特殊的块标志消息114(图9)，它指出在随后的一系列块消息组中哪一帧将被发送给由捕获组83覆盖的区域。如果寻呼机在其分配块期间不处于将接收寻呼业务的区域，就允许寻呼机返回睡眠模式。其余的四组是不包括捕获组标志83和提供了块82的大部分消息容量的消息组。

              信道多路复用

L波段通信子系统是混合式时分多址/频分多址(TDMA/FDMA)结构。每个L波段信道包括一个时隙和一个频址。

由于双工信道是由普通频段、时分双工(TDD)来提供，所以向每个双工业务用户提供了上行链路信道和下行链路信道。电路开关用于双工信道分配，这样，每个用户对其所分得的信道具有独占性的使用权，直到用户终断了他的业务或他被切换到不同的信道。

TDMA/FDMA结构在单工和双工信道间提供了频率和时间的正交性。时间的正交性保证了空间飞行器既不与很多双工业务信道同时发射较高功率的单工信号，也不在接收上行链路信道时发射任何信道。频率正交性减小了在卫星的单工时隙中产生的互调制信号对另一个卫星的上行链路时隙的干扰。这种正交的时间/频率结构与不限制发射和接收时间和频率的系统相比要求较小的卫星峰值发射功率以及不很严格的互调制限制、天线副瓣以及滤波要求。

图7表示基本的TDMA帧。这对应于图6中的帧86。

在双工信道下行链路时隙91和双工信道上行链路时隙90间的保护时隙88中，单工信道是活动的.在本实施例中，这个波段提供了2到4个寻呼信道以及振铃告警信道。

                  TDMA帧

TDMA信道的基本单元是时隙。时隙被组织为90ms的帧86。L波段子系统TDMA帧86如图7所示。帧86包括振铃和寻呼时隙88，紧跟着的是4个上行链路时隙90和4个下行链路时隙91。如图7中的窄带所示，各种保护时间把时隙分隔开。

2400bps的通信信道采用每帧86中的一个上行链路和一个下行链路时隙。4800bps通信信道使用每帧86中的2个连续的上行链路和2个连续的下行链路时隙。2个连续的上行链路时隙必须是在相同频址，并且2个连续的下行链路时隙也必须是在相同频址。与特定信道有关的上行链路和下行链路时隙不需要处于相同频址。

90ms L波段帧86在信道脉冲调制速率25ksps下提供了2250符号/帧。除了捕获信道和采用差分编码BPSK调制的同步信道的上行链路部分之外，其它所有信道都采用具有50kbps信道比特速率的差分编码正交移相键控(QPSK)调制。

在本发明的实施中，以20μs信道比特间隔来定义时隙和保护时间，以使帧时钟和位时钟相互一致。

4个上行链路90和4个下行链路91的时隙构成了被用来提供双工信道的TDD结构。振铃和寻呼时隙88支持单工信道。

TDMA帧86包括保护时间，以允许硬件设定，并为上行链路信道提供宽容度。

由单工时隙以其相关保护时间提供的下行链路时间和上行链路时隙间的隔离段88避免了卫星与卫星间的干扰，以及电话与电话间的干扰。结果是，时隙88中所用的所有频率都不可用于双工通信信道中，并且必须把该频率与双工通信信道频率分隔得足够远，以便实用的滤波器能够把它滤掉。

              寻呼频率层次

图8表示整个频率规划的原理图，包括在本发明的通信系统中下行链路通信的寻呼频率分配。

在图8中，术语″PAGE″代表寻呼信道；术语″RING″代表振铃信道；术语″GRO″代表保护信道。

应该注意到，信道的数目和各种信道在频段中被分配的次序仅仅是示意性的，并且可能出现很多变化。

              FDMA频率规划

在本发明的FDMA结构中的基本频率单位是占据了某一预定带宽的频址。每个信道使用一个频址。双工信道所用的频址被组织为每个频址中包含了8个频址的子带。

一个12频址波段被保留作为单工(振铃告警和寻呼)信道。这些频址仅被用于下行链路信号，并且它们是只可以在单工时隙期间发射的L波段频率。把卫星接收机设计为可滤除这些信号，以便在这个频段中从一颗卫星向另一颗卫星传播的能量将不会干扰双工信道工作。

另外，用户单元收发信机天线75(图5)被设计为具有足够的发射机线性度，以便振铃和寻呼载波不在双工信道波段上产生有害的干扰。这样，通过把双工波段中的下行链路传输与同一波段中的上行链路传输进行隔离，使单工时隙允许TDD操作，同时在单工波段上提供了有用的系统操作。

空间飞行器以明显高于通信信道功率电平的功率电平在寻呼信道上发射信号，并且以略高于通信信道的电平来发射振铃告警信号。

在本发明的实施中，仅仅3个单工频址101、102、105可用来携带通信量，其余的频址是保护波段。活动频址之一被分给振铃告警信道105，同时其它两个(101、102)被用作寻呼载波。

但是只需通过激活附加频址(例如103、104)即可提供附加寻呼容量，以携带寻呼通信量。应该懂得，增加寻呼容量可能减少双工容量，这取决于用户单元收发信机天线的特性。

                  频址

寻呼子系统可以使用多达4个频址，在每一块的捕获组83期间，第一个寻呼频址总是活动的。在系统的控制下，当寻呼业务量不能由第一个频址单独传递时，在消息组中其它的寻呼频址被激活。以分层顺序来激活频率。每个块的捕获组83包括一条消息(即块标志消息114)，它指示在该块期间哪一个寻呼频址是激活的。

为每个寻呼机指定了一张频址表，该频址表指明在某一特定时间，哪一个频址被监控作为哪些频址是活动的函数。例如，当制造寻呼机时，可以进行这种分配，还可以通过第一寻呼信道把它重新编程。表1中表示了频率分配表的一个例子。注意到对于所有寻呼机而言，只有表1的第一条是相同的。

  最高活动频址   监控频址

    第一            第一

    第二            第一

    第三            第三

    第四            第三

                表1

          寻呼机频址分配表举例

            寻呼脉冲结构

图9表示寻呼脉冲100的结构，该脉冲出现在本发明的通信系统中的捕获组83内。

例如，在振铃/寻呼时隙88(图7)期间，发射出现在捕获组83(图6)内的寻呼脉冲100，也可以在寻呼信道101或102(图8)上发射该脉冲。

如图9所示，寻呼脉冲100包括前导码(Preamble)部分110、特征字部分111、帧标志112、块标志消息114以及M个寻呼数据域115。在最佳实施例中，M＝2。

图10表示出现在本发明的通信系统中的一系列组内的寻呼脉冲135的结构。

不出现在捕获组83内的寻呼脉冲135包括与寻呼脉冲100相同的部分，但是它有着一个扩充的消息有效载荷(Payload)域，这是因为它没有块标志消息114。该消息有效载荷域可以包括N个寻呼数据域。在最佳实施例中，N＝4。但是应该懂得，寻呼数据域可以是变长的，因而M和N也将变化。

除了前导码和特征字外，脉冲域包括前向纠错位以及数据位。寻呼脉冲前导码包括2.56ms未被调制的频址。该特征字是″789″(十六进制)。

              寻呼帧标志内容

包含在每个寻呼脉冲中的帧标志域112包括块标识、组标识、帧标识以及频址标识。该域可以包括用于纠错编码的附加位分配。

                块标志内容

图11表示本发明的通信系统的块标志消息114的结构。

在每个块82中的第一个48帧组是捕获组83。尽管人们知道，在捕获组期间，为了降低系统的复杂性，只可以采用第一寻呼频址，然而可以在其它活动频址上发射捕获组内的每一帧。

在最佳实施例中，捕获组83采用前面两个数据域来作为块标志消息114。其余的两个数据域可用于数字寻呼消息。

如图11所示，块标志消息114包括第二频址状态域121、第三频址状态域122、第四频址状态域123、第一频率访问域124、第二频率访问域125、第三频率访问域126和第四频率访问域127。

第二、第三和第四频址状态域表示相应的频址的当前的和未来(即在下一个超帧内)的工作状态，如下面表2中更详细的表示。

          位            功能

          00            不活动

          01            不活动，在下一个超帧将成为活动的

          10            活动，在下一个超帧将成为不活动的

          11            活动

                表2

            频址状态编码

第一、第二、第三和第四频率访问域表示每个活动频址的发射顺序。这些域中的每个都可以包含一组中每一帧的一位，例如最佳实施例中是48。如果接收到块标志消息114的波束将在该块的消息组中的一个或多个帧期间由一个频址所访问，那么对应于这些帧的位被设为1。在块消息组期间，对应于这个波束不被访问的那些帧的位被设为0。因为在最佳实施例中，每个消息组的访问顺序是同样的，4个48位的组是以定义在块期间所有可能访问到某一波束的序列。

块标志消息114还可以包括补充的纠错编码的位分配。

应该懂得，如果将使用少于所有4个频址，那么可以用某些频率访问域来携带寻呼消息。

              寻呼数据域

图12表示本发明的通信系统的寻呼数据域115的结构。每个寻呼脉冲包含多达N个寻呼数据域115(图10)。

寻呼数据域115包括寻呼地址域131、消息类型域132、消息序列号域133和消息域135。

例如，消息域135可以包含一个采用BCD编码的20字符数字消息或者一个采用ASCII编码的10字符字母数字消息。寻呼数据域还可以包括用于纠错编码的附加位分配。

任何普通技术人员应该懂得，可以用很多不同方式来设置寻呼数据域115。例如，可以把消息类型域132扩充来表示多个不同的寻呼类型之一，例如存储的消息或非存储的消息。存储的消息可以告诉用户呼叫家里、呼叫办公室等，或者可以传送单一的用户定义消息。存储消息的使用保留了系统5的资源，需要用系统5放置频繁使用的寻呼。寻呼数据域可以是变长的，以提供各种消息类型。

所有寻呼信息域可以包括一个纠错编码的附加位分配。

              寻呼传递操作

现在将针对寻呼消息的传递来描述系统5的操作。

          信道调度和信道使用限制

系统5控制着所有空间飞行器1的信道调度。在完成这个调度操作时，系统需考虑很多信道使用限制。

在每个90ms帧的开始的单工信道时隙88期间来完成寻呼。在最佳实施例中，可以把一个寻呼脉冲发射到每个活动寻呼频址上的用户单元收发信机天线(图5，75)。仅仅一个帧被发射到某一给定帧的特定波束上，并且在一个用户单元收发信机天线上不超过两个寻呼频址同时是活动的。

在一个给定帧中所用的波束和频率的选择也受到限制，以避免与其它寻呼信道和振铃告警信道相互干扰。通过空间隔离来避免这种干扰。也就是说，在具有足够的模式隔离的天线波束中发射同时的寻呼脉冲，以保证它们不相互干扰。

在控制这种干扰中一个需要重视的问题是空间飞行器间的差分多普勒频移。在外部波束中的多普勒频移可能高达±37.5KHz，所有第一和第二或第三和第四频址有可能由于多普勒频移而相互干扰。要求该系统规划频率分配，以便当这些多普勒频移出现时，把这些信号隔离开。

              消息传递调度

寻呼消息的传递是与某一消息想去的寻呼机2的睡眠/唤醒周期相协调的。在每个194.4秒超帧80的一个240帧(21.6秒)块82间隔期间中，寻呼机2是活动的，用来接收消息。另外，如上所述，为每个寻呼机2分配了一张频址分配表(例如表1)，该表决定了对于可能由系统5所用的活动寻呼频址的任一组合，该寻呼机使用哪个频址。

两次发射寻呼消息提高了传递的可靠性。调度这些传递，以保证进入某一给定区域的寻呼被从具有很大角偏量的空间飞行器位置发射。这种角度的多样性增加了两个传递尝试之间各种几何结构(例如建筑物、高山等)的遮蔽和阻挡成为不相关的概率。最好通过在两个不同的轨道卫星上的空间飞行器中发射，来实现这种角度的多样性，但是偶尔需要使用相同轨道卫星中但具有很大角偏量的位置。

              消息传递次序

图13表示本发明的通信系统的消息传递次序的结构。

空间飞行器采用图13所示的消息传递次序(MDO)格式从接口局6接收寻呼传递次序。这些次序包括消息传递次序标志140和消息传递次序有效载荷141。

消息次序标志140包括传递帧142、传递波束143以及频址144。

消息传递次序有效载荷141包括标志145以及多达N个消息146-149。在最佳实施例中，N＝4。

每个传递次序包括一帧消息数据以及该寻呼信道的正确格式中的适当的标志信息。消息有效载荷包括L波段物理信道的所有编码。

空间飞行器接收MDO并且读取MDO标志部分140，以确定传递参量。然后，它缓冲该MDO有效载荷部分141，直到适当的帧。同时，空间飞行器增加前导码(图9，110)和特征字(图9，111)并发射寻呼脉冲。

图14表示本发明的通信系统5的寻呼前后关系和信息流。为了下面讨论的目的，图14包括空间飞行器的星座150、网络资源管理器151、消息终端控制器(MTC)152、寻呼用户本地接口局153、寻呼用户数据库154以及PSTN(公共交换电信网)66。

网络资源管理器存在于专用系统控制段(SCS)(图中未表示)中，该段SCS的功能包括星座的空间飞行器的跟踪、遥测和控制。消息终止控制器(MTC)152和寻呼用户数据库154存在于接口局6中。

为了保证在适当的时间传递消息，系统5保存寻呼用户数据库154，该数据库包括每个寻呼机的活动块82和频址分配表(如表1)。消息终止控制器152利用把寻呼消息序列组织成被发送到每个SV的传递次序的信息。这些传递次序包括一帧寻呼数据，以及传递帧、传递波束和频址(图13)。

消息传递调度考虑了可用的SV资源、其它信道限制以及寻呼机操作。由系统控制段(SCS)中的网络资源管理器151来产生这个信息。SCS采用寻呼要求计划、其它的业务要求计划，关于每个SV的工作状态和能量状态的信息以及干扰计划规则，以确定在每个帧中在哪些频址上可以寻呼到哪些波束。

把这些资源分配发送到MTC，当调度寻呼传递时，作为一组不可侵犯的约束。通过把寻呼要求历史报告给SCS，MTC帮助规划未来的寻呼业务量。图14中图解表示了这个消息流。

根据所调度的传递帧、传递波束和频址，SV接收寻呼消息传递次序并把它们置于寻呼数据缓冲区中。在调度帧，从缓冲区中读出数据，并把该数据调制到指定频址上并发送到特定传递波束。MTC保证了在任一帧中，对于每个活动频址或传递波束，不超过一个寻呼脉冲被调度。

发射消息传递次序，以便在它们被调度将被发射的组之前的组84期间，它们到达。因而，SV中包含足够大的缓冲区以存储两组(10K字节)寻呼数据以及调度信息。

              寻呼信道操作

现在将描述系统5的寻呼信道的操作。

每个块82的开头48帧包括捕获组83，在捕获组83期间，通过每个活动频址把一个脉冲发射到SV上的每个活动天线波束(即48波束)。在每个帧86期间通过每个活动频址来访问不同的波束。

在这些帧中，每个活动寻呼频址发出一个捕获组83。在捕获组83期间发射的脉冲包含一个块标志消息(图9，114)以及两个数字寻呼数据域115。这保证了在那个块期间每个被调度操作的寻呼机具有接收捕获数据的机会。

在捕获组期间每个频址一次访问一个波束，并且仅访问一次。这样，如果在SV上有少于48个活动波束，那么一些帧就不发射或在每个频址上都不发射。这个体制允许系统在所有SV上具有同时的捕获组。

在最佳实施例中，在捕获组期间仅仅使用第一个寻呼频址。这减小了系统的复杂性，但也可能减小了寻呼容量。

在捕获组之后，在该块的其余寻呼脉冲，每个包含了多达N个数字域或字母数字寻呼。除了捕获间隔期间，仅把寻呼脉冲发射到覆盖存在业务量的区域的波束。每个脉冲包括一个帧标志消息(图9，112)，该消息提供了那个脉冲的块标识、组标识、帧标识和频址标识。当寻呼机查询系统时，帧标志112帮助该寻呼机。

在消息组中，通过为该块固定的一个发射帧序列来轮换激活频址。根据业务量要求来调度发射帧序列。

系统控制段(SCS)(图中未表示)决定了哪些特定SV服务的波束可用来在一个超帧期间接收寻呼业务量。在任意时刻，根据基于前面的寻呼记录要求计划来分配一个波束中的寻呼容量。调度那些覆盖着预计要接收到很多寻呼业务量的区域中的波束，在资源和干扰限制许可的条件下安排尽可能多的访问。这些多发射序列以发送机会为代价送到那些预计接收不到很多业务量的区域。

在某一块中哪一个帧和频址将被用于访问某一特定区域的指示包括在所有捕获组83期间，被发射到那个波束的块标志消息114中。

对于每个活动频址，消息组中描述的发射调度可能是不同的。例如，在帧和波束1-48中发射可能采用第一频址；而在帧1-10、波束10-20中发射仅可采用第二频址。

所以，在这些组中由各种频址所用的发射序列间没有固定的关系。但是，由任一特定频址所用的序列在某个特定块的每个消息组中被重复。

在捕获组83中，替代(altemate)(即第二、第三和第四)频址跟随着与第一信道序列有固定时间关系的传输序列。用这个定时来对寻呼机预编程，以便它们可以转换到替代信道并同步于正确的序列，而不等待下一个块标志消息114。在其它时刻，替代频址以类似于第一频址的方式访问需要用来满足业务量要求的波束。

              寻呼操作

              频率选择

第一寻呼频址与单工时隙一起定义了第一寻呼信道。在加电和从它们的睡眠期间唤醒时，所有寻呼机首先查询第一信道。块标志消息114定义了消息组中其它哪一个寻呼信道是活动的。在捕获组之后，预定的寻呼机组转换到其它活动寻呼频址。

转换到另一个信道的寻呼机连续监控那个信道，直到块标志消息中的频址状态域(图11，121-123)指明该信道将停止工作。在最后的超帧中发出这个消息，在该超帧中一个频址将是活动的。

另一方面，在另一个信道上接收的寻呼机可以通过该块监控那个信道，然后返回下一块的捕获组中的第一频率。

偶然情况下，由于衰落或其它信道恶化，寻呼机可能接收不到指示某个信道将被中断的块标志消息。在本事件中，寻呼机连续监控着一个信道，直到该寻呼机不能获得超过某一预定数目的连续超帧的捕获组标志。这时，它将切换到第一信道。

              定时和同步

寻呼机的电池寿命通常严重受限于实际电池的约束。寻呼机可以采用低负荷睡眠/唤醒周期以延长这一寿命。这个周期要求延长的睡眠周期，在此期间，寻呼机不能从SV接收信号以保持与系统的同步。由于实际可在寻呼机中配备的振荡器的稳定性有限，所以同步问题是突出的。采用便宜的振荡器排除了在睡眠周期中保持所有定时的负担，而只需要保持最基本的定时。

低地球轨道系统的高动态性不兼容于在很长的静默周期上保持同步。卫星以大约6.5公里/秒的对地速度运行。所以，传播时延和多普勒频率在非常短的时间内较强地改变。另外，SV硬件共享条件和有限的可用频谱要求该系统采用类似于系统的双工信道中所用的相位调制。

寻呼系统定时层次和有关的寻呼工作周期允许寻呼机采用一个172.3秒的长睡眠周期，并且还实现了在该寻呼机被呼醒的块中接收消息时所必需的系统同步。

在寻呼机睡眠期间，仅需要它跟踪超帧定时。寻呼机在其每个唤醒周期的开始需要重新与系统同步。采用下面的操作顺序来实现这一点。

              搜寻模式

寻呼机在加电时，或在其活动块被调度开始前半秒，退出了它的睡眠周期并进入搜寻模式。半秒保护时间允许寻呼机采用具有20ppm的长期稳定度的定时基准振荡器。

寻呼机处理所有它能够接收到的脉冲，并读取帧标志数据。它根据接收到的脉冲的定时和标志信息来重新调整它的内部定时。如果帧标志数据指示该组既不是寻呼机活动块的捕获组，也不是该活动块之前的第四消息组，那么该寻呼机根据它的活动块的帧标识、组标识、块标识以及捕获组间的差别来复位它的睡眠定时器(图3，48)。在寻呼机的活动块之前的第四消息组中，寻呼机定时器被设定以激活该寻呼机。然后，寻呼机返回睡眠模式。

如果接收到的脉冲来自于适当的块和组，那么寻呼机监视着所有它能够检测到的信号，直到它从它的活动块中接收到一个捕获组脉冲。当寻呼机接收到捕获组脉冲时，它读取块标志消息114。

如果块标志消息指示该块是寻呼机的活动块，那么寻呼机接下来处理它能够捕获的所有脉冲。

在每个捕获脉冲上，寻呼机在寻呼数据域中检查寻呼机地址116。如果寻呼机在某一脉冲中检测到它的地址，那么它在那个脉冲中选择该调度作为它将监控的调度，并且它读取并显示该消息数据，它还结束查询过程并进入跟踪模式(见下文)。

除非寻呼机探测到它的地址，否则它在48个帧捕获间隔上连续处理它所能捕获的所有脉冲。寻呼机存储它从不同波束中接收到的三个最高功率的脉冲中的块标志消息中的数据。在捕获间隔结束时，寻呼机产生一张调度表，通过组合这些来自以最佳信噪比接收的脉冲的调度表进行监控。可以组合多于或少于3个波束的调度表，这一点是明显的。

              跟踪模式

在捕获组83末端，寻呼机通过其余的4组进入跟踪模式并保留在那种模式。在跟踪模式中，它监视着在捕获组期间它选择的调度表中的帧。

在跟踪模式中，只在监视调度表中的帧时隙期间，寻呼机才打开它的接收机。在不接收时，寻呼机进入较低功耗的静默状态。尽管可能性很小，然而在忙碌的区域，很可能块中的所有240个帧将被包括在监视调度表中。

在整个捕获和跟踪模式中，寻呼机根据接收到的信号参数修正本身的内部定时。

在通过活动块跟踪之后，寻呼机返回到睡眠模式。它保留在睡眠模式直到它的内部定时器指示在下一个超帧中它的活动块的捕获组即将来临。

              流程图的描述

图15和图16包括根据本发明一种操作可寻址的呼叫接收机的方法的组合流程图。

该过程开始于块160。

下一步，参照逻辑框161，由制造者或服务提供者对接收机的寻呼频址分配表进行编程后输入接收机，或者是利用经由寻呼系统发射给接收机的信息来重新编程上表。

接下来，在逻辑框163中，接收机根据寻呼频址分配表的内容和所用的活动寻呼载频的数目继续监视特定的载频。

在逻辑框165中，接收机监视捕获组寻呼脉冲中的块标志消息，以检测各个频址状态域中的任何变化。

在逻辑框167中，接收机响应于相关块标志消息信息中的某一变化而立即切换到不同的载频。

在逻辑框169中，如果接收机接收不到N个连续超帧的块标志消息，那么接收机切换回某一预定频率，该频率被编程到接收机的寻呼频址分配表中。

在判定逻辑框171中，如果接收机根据块标志消息确定在给定块期间一个消息将被发送给它，那么接收机读取并重新产生消息(逻辑框173)；否则，接收机进入睡眠模式，直到恰在它的分配块的下一个捕获组之前。

最后，本方法结束于逻辑框177。

总地来讲，本发明提出了一种用于基于卫星的、全球蜂窝式消息系统的改进的消息单元。该消息单元能够在特定的载频间切换，以监视消息。该消息单元还采用被重新编程的频址分配表。

本领域的技术人员将明显地看到，可以以各种方式修改这里所揭示的发明，并且本发明可以有很多实施例，而不仅是特别准备的并在上面描述的最佳形式。

所以，附带的权利要求书意图覆盖落入本发明的主旨和范围内的所有修改。

Claims (10)

1.一种操作可寻址呼叫接收机的方法，上述接收机受被发射的信息的支配，上述接收机是可切换的，以接收多个频率中任意一个频率上的上述信息，上述方法包括以下步骤：

(a)把寻呼频址分配表提供给上述接收机，该分配表指明上述接收机应该监视哪一个寻呼频率；以及

(b)利用上述被发射的信息来修改上述寻呼频址分配表。

2.权利要求1中所述的方法，其特征在于：上述接收机根据发射给它的控制信息来监视某一特定频率，并且，其中上述控制信息是所使用的频率的数目。

3.权利要求1中所述的方法，在这种方法中，上述被发射的信息包括被组合为一帧的多个消息、被组合为一组的多个上述帧以及被组合为一块的多个上述组，上述每个帧具有由帧、组和块标识组成的帧标志，上述每个帧还具有块标志，该块标志包含有关是否某一特定频率被用来向上述接收机发射信息的信息，以及如果这样的话，那么什么时候将采用上述特定频率来发射信息的信息。

4.权利要求3中所述的方法，在该方法中，上述块标志信息识别在哪些帧中，上述特定频率将把信息发送给上述接收机，并且其中：根据上述块标志信息，上述接收机立即转换到在上述特定频率上接收上述信息，并且其中：根据上述块标志信息和存储在上述接收机中的预编程码，上述接收机立即转换到在上述特定频率上接收上述信息。

5.权利要求4所述的方法，在该方法中，根据指示某个不同频率将被使用的上述块标志信息，上述接收机转换到在上述不同频率上接收上述信息，上述方法还包括以下步骤：

(c)如果上述接收机接收不到上述N个连续超帧的块标志，上述接收机转换到包含在上述寻呼频址分配表中的某一预定频率上接收上述信息。

6.一种可寻址呼叫接收机，上述接收机受被发射的寻呼信息的支配，上述接收机包括：

用来存储寻呼频址分配表的装置，该表指出了上述接收机应该监视哪一个寻呼频率；以及

响应于上述存储装置的装置，该装置用于使上述接收机在多个频率中的任一频率上接收上述寻呼信息。

7.权利要求6中所述的接收机还包括：

利用上述被发射的寻呼信息修改上述寻呼频址分配表的装置；以及

根据发射给它的控制信息，监视某一特定频率的装置，其中：上述控制信息是所使用的频率的数目。

8.权利要求6中所述的接收机，在该接收机中，上述被发射的信息包括被组合为一帧的多个消息、被组合为一组的多个上述帧以及被组合为一块的多个上述组，每个上述帧具有一个包含帧、组和块标识的帧标志，每个上述帧还具有一个块标志，该块标志中包含了有关是否某一特定频率通常被用来向上述接收机发射信息，以及如果是这样的话，什么时候将采用上述特定频率发射信息的信息。

9.权利要求8中所述的接收机，在该接收机中，上述块标志信息识别在哪些帧中，上述特定频率将向上述接收机发射信息，上述接收机还包括：

根据上述块标志信息，立即把上述接收机转换到在上述特定频率上接收上述信息的装置，

其中，根据上述块标志信息以及存储在上述存储装置中的预编程码，上述接收机立即转换到在上述特定频率上接收上述信息。

10.权利要求8中所述的接收机中，根据指示某个不同频率将被使用的上述块标志信息，上述接收机转换到上述不同频率上接收上述信息，上述接收机还包括：

用来检测是否上述接收机接收不到上述N个连续超帧的上述块标志的装置；以及

响应于上述检测装置的装置，用来使上述接收机转换到某一预定频率上接收上述信息，该预定频率包含在上述寻呼频址分配表中。

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