CN1234152A - 双模对称/非对称通信控制系统 - Google Patents

Abstract

卫星蜂窝通信系统包括收发由用户终端发起的双向通信的星基收发器。作为呼叫建立的一部分,控制器决定用户终端在上行链路上的发射应该在宽带工作模式进行还是在窄带工作模式进行。然后控制器通过收发器为用户终端指定工作模式。决定用户终端的上行链路按宽带模式或窄带模式发射的因素包括装置类型、往返卫星收发器的信道使用情况和信道效率、以及收发器接收信号的信号质量。

Description

双模对称/非对称通信控制系统

发明的背景

发明的技术领域

本发明涉及可以在卫星收发器和地基收发器(earth basedtransceiver)之间传递通信信号的通信系统，并且具体地涉及包括这样的收发器的系统，该收发器可以以不同类型的蜂窝通信系统中使用的两个或多个载波协议中选定的一个进行通信。

相关技术的描述

现在陆地蜂窝通信系统对于在世界大多数主要城区使用的用户来说是很普遍的。但是，尽管这种系统的成功和扩展覆盖区域的要求日益增长，世界上仍然有一些区域，在那里陆地蜂窝通信系统当前并不是商业可行的通信选择。举例而言，低人口密度的乡村就不具有足够的潜在用户来满足建立陆地蜂窝通信系统基础设施的成本。值得注意的是这些乡村往往由于同样的经济上的原因缺乏常规的有线(固定)电话业务。

至于现有的陆地蜂窝通信系统也存在容量的问题。这种形式的通信的戏剧性成功和接受程度导致用户增长不断增加。对于越来越多的用户，一些现有陆地蜂窝通信系统在使用高峰时已经超负荷。在调整扩展的要求出现的同时，一些业务提供商已经放慢对响应增长需求的响应，并且尚未实施扩展或计划扩展现有基础设施以支持新的需求。在一些情况下，政府的限制妨碍了业务提供商有效地响应增长的需求。在另一些情况下，处理蜂窝业务增长需求的陆地蜂窝技术的发展并未预期快速地产生所许诺的结果。

上述考虑对于卫星蜂窝通信系统的发展是有贡献的。这种系统依赖位于地表上空的轨道通信卫星在能够向星基收发器(satellite-based transceiver)发起或终止双向通信的蜂窝装置(也称为“用户终端”)之间中继电话通信。在业务和成本前景上，卫星蜂窝通信系统提供的一个好处是单一卫星就能够服务包括乡村和城市在内的广阔业务区域内众多用户的通信需求。事实上，一颗卫星就能够在全国范围内提供通信业务。卫星还能够为世界的遥远地区内提供通信业务，在那里，安装常规陆地蜂窝和有线通信系统基础设施如果不是不可能，则也是很困难的。

虽然星基通信系统可以解决为遥远地区提供通信业务的问题，但如果一个陆地网络是可用的，则优选使用陆地网络通常是可以接收的。这其中的原因主要是涉及业务质量。但是，陆地蜂窝通信系统和卫星蜂窝通信系统要根据不同的协议和通信标准工作。另外，存在多种类型的陆地蜂窝通信系统，同样每一种都根据不同的通信标准和协议工作。这样，例如，希望接入并使用亚洲蜂窝卫星(ACeS)或SATCOM类型卫星蜂窝通信系统的用户必须拥有并使用配置为根据ACeS通信标准工作的移动站。如果同样的用户想要接入并使用全球移动电话系统(GSM)通信类型的陆地蜂窝通信系统，他们的移动站必须配置为可根据GSM通信标准工作。同样，移动站必须正确地配置为在所有其它想要的陆地或卫星蜂窝通信系统(如，I-CO类型的卫星蜂窝通信系统、或先进移动电话系统(AMPS或D-AMPS)类型或个人通信系统(PCS)类型的陆地蜂窝通信系统)中工作。

最近移动站设计的发展已经让用户可以使用多模式移动站。这种多模装置能够被配置为工作在两种或多种可用的蜂窝通信系统类型中任意选中的一种。例如，移动站可以配置为其中的一种模式根据GSM通信标准工作，而另一种模式根据PCS通信标准。

随着卫星蜂窝通信系统的出现，越来越多的移动站能够既工作在陆地蜂窝通信系统之一，如GSM，而又工作在卫星蜂窝通信系统之一，如ACeS。使这种移动站在陆地和卫星蜂窝通信系统这两者之中都可以使用，就能方便地为用户在全球范围内提供通信业务。

当前，移动站或能够向星基收发器发起或终止双向通信的其它系统(统称为“用户终端”或“UT”)接收宽带下行链路信号并且发射窄带上行链路信号。这里定义的窄带是指50kHz或更窄，而定义的宽带是指200kHz或更宽。在一些上述双用途用户终端能够与陆地网络(如GSM)进行宽带通信的同时，它们也被设计为当用作用户终端时与卫星收发器进行窄带通信。移动站作为用户终端时不能在宽带向星基收发器进行发射的一个原因是法规不允许移动站的平均发射功率高于一个指定量。这个指定量的值不足以允许宽带传输到达卫星接收机。因此，工作在用户终端的移动站必须在上行链路向卫星收发器进行窄带模式发射以提高发射信号的平均功率。窄带模式传输是克服大气和到收发器的距离造成的可观衰减所必须的。另外，即使没有法律限制，移动站的有限功率也不允许足够功率的宽带发射信号能有效地到达卫星。

当前，很多现有的用户终端在上行链路向卫星收发器以非常窄的带宽(即5kHz)发射。当前在这样窄的带宽发射双向通信的上行链路部分的用户终端的例子包括移动站和车载通信装置，甚至是购物商场、高层建筑、医院等使用的安装在屋顶的大型通信装置。

当用户终端在上行链路用窄带模式发射向卫星收发器发起或终止通信信号时，地面站(LES)被设计为工作在宽带模式并在上行链路进行发射。这一点是很重要的，因为LES作为卫星收发器和陆地通信系统之间的接口有很高的通过量要求。

尽管存在当前所有的用户终端都在窄带上行链路进行发射这个事实，很多情况下用户终端在宽带模式在上行链路进行与卫星收发器的通信是有好处的。由于卫星收发器在下行链路以宽带模式通信，如果上行链路上的通信链路也是宽带通信模式就可以更好地获得通信平衡和对称。这种平衡在特定的情况下简化了通信定时问题并且提高整体通信性能。但是，当前的用户终端并未设计为工作在宽带模式与卫星收发器通信。

即使用户终端设计为在上行链路用宽带模式向卫星收发器进行发射，在某些情况下用户终端优选地也在窄带模式发射上行链路。

举例而言，通信装置以窄带模式在上行链路上进行发射的一种有利的情况是可能改进卫星收发器的信号接收质量。通过降低数据速率来提高规定的信号数量的平均功率就可以增强信号接收质量。对于一些通信系统，例如，卫星通信系统，众所周知的是其信号路径衰减是相当大的，因此要求移动站以窄带通信模式通信以便使信号到达卫星收发器。

典型的卫星通信网包括信道管理控制器。由于这种控制器作为它的信道管理功能的一部分通常设计成可有效地分配信道，因此，控制器适合于确定何种通信链路是可用的并且按需要来分配信道。然而，对于给出的有限载波资源的不断需求，往往希望一个能够进行宽带通信的用户终端在窄带载波上建立通信。举例而言，如果仅有的可用载波(或信道)是窄带载波，适合于宽带通信的地基站将被拒绝接入，直到在它尝试建立通信链路的时候有可用宽带信道。因此就需要用户终端能够选择与卫星收发器进行窄带模式通信或宽带模式通信。一般也需要通信控制系统能有选择地控制通信协议和控制地面站在它的上行链路到基站或卫星收发器的通信过程中使用的带宽。

发明概要

针对上述需求，提供了一种在上行链路用宽带模式或窄带模式与卫星通信的系统。另外，提供了一种用于发射控制信号并且控制由用户终端在上行链路(反向链路)上产生的通信传输类型的控制器。控制器向用户终端发射控制命令，从而指示它使用哪个载波信道以及以宽带还是窄带工作模式通信。用户终端从控制装置接收指令并对其作出响应。更明确地，用户终端将根据控制命令选择通信信道和使用宽带或窄带通信模式。宽带模式的典型特征是200kHz载波间隔，而窄带模式的典型特征是50kHz载波间隔。

控制器还可以与遥测监视装置进行通信，该遥测监视装置监视卫星网中的通信以确定在地面站、用户终端和指定卫星之间建立的不同通信链路的传输使用情况和效率。根据遥测监视装置提供的信息，控制器可选择信道和操作模式来提高传输效率，或在某些情况下，倘若宽带信道不可用，就只允许装置在窄带上通信。因为系统具有命令一个能够用于宽带的发射机在窄带上进行发射的能力，所以提高了整体通信效率并且增强了系统性能。此外，由于还具有在此定义的可选择的传输模式，因而可允许系统在窄带上进行发射以便克服其它系统限制。例如，如果两个或多个地面站通过卫星进行通信，则出于系统同步目的，定时限制可能要求较长的数据突发以改进整体系统性能。

还提供了一种可通过控制信道接收来自控制器的指定的控制命令的用户终端。该用户终端根据指定的控制命令来选择它的通信模式和信道。

还提供了一种用于传输由电话装置发起的双向通信的地面站(LES)。举例而言，LES可以传输由连接到公用电话交换网的电话或移动站发起的通信信号。更具体地，LES适于接收具有200kHz带宽的宽带通信信号，并且也在200kHz上向卫星收发器发射那些信号。

附图的简要描述

结合附图参考下面的详细描述可以对本发明的方法和装置获得更彻底的理解。其中：

图1是包括陆地和卫星蜂窝通信网的第一通信系统的框图；而

图2是包括陆地和卫星蜂窝通信网的第二通信系统的框图。

附图的详细描述

参考图1，其中给出了在总体上以10所示的卫星蜂窝通信系统，它包含了本发明的实施例的电路和相关方法。在开始就应该理解，虽然通信系统10是作为一个卫星蜂窝通信系统来说明的，但是本发明可以类似地在陆地蜂窝或其它无线电话通信系统中实施。例如，本领域的技术人员将会意识到，通过用合适的陆基基站替代卫星蜂窝通信系统中的某些星基收发器，就可以构成一个陆地蜂窝通信系统。

通信系统10包括连接到(这里用线14表示)公用电话交换网(“PSTN”)的地面站12。地面站包括用于通过通信链路13来与星基收发器16互相进行通信信号的收发的收发器电路。

星基收发器16不仅用于与地面站12、而且还与其它陆基装置(如网络控制中心18的收发器电路)互相进行通信信号的收发。收发器16主要用于通过通信链路17将地面站12产生的信号中继到网络控制中心18，反之亦然。收发器优选地能够接收任何频道上的信号并且在另一个频道上中继信号。

网络控制中心18的收发器电路能够通过通信链路23与其它星基收发器(如收发器22)互相进行通信信号的收发。星基收发器22类似于收发器16，能够与陆基收发器互相进行通信信号的收发，例如，其中包括通过通信链路25来与用户终端24互相进行通信信号的收发。类似于收发器16，收发器22主要用于中继被发射到该处的信号。这样，用户终端24可以通过通信链路27发射通信信号。所说明的每一个装置中的收发器电路包括多个收发单元以便同时在大量的通信站之间进行通信。

根据如图1所示系统10的卫星蜂窝通信系统的通信，允许用户终端(如用户终端24)的用户在世界广大区域的任何位置进行电话通信。当用户终端24的用户位于允许与星基收发器(如收发器16和22中的一个)发射并且接收通信信号的位置时，用户就能够与另一个用户终端或常规有线网络电话装置的用户进行电话通信。由于几乎全世界范国内都允许卫星蜂窝通信系统，因此用户终端24的用户就能够和收发器16通信，而不论用户终端24是否能和本地蜂窝系统通信。因此，用户能够在未安装蜂窝或有线电话网络的地区进行电话通信。

例如，当地面站12(即，连接到该地面站的电话装置)尝试发射一个通过PSTN向用户终端24发起的呼叫时，则经由收发器16向网络控制中心18提供一个发起指示。网络控制中心产生一个控制信号，并经由收发器22和LES12提供给终端24。一旦呼叫建立成功完成，地面站和用户终端之间的语音信道就被规定，从而允许通过收发器22在地面站和用户终端之间进行双向通信。

如前面提到的，当呼叫发起或来自用户终端时，必须首先向终端发射管理和控制信号。在向用户终端进行入呼叫时，发射这种信号通知用户终端有入呼叫并且使用户终端根据这种呼叫来调谐收发通信信号。在所向用户终端发射的管理和控制信号中包括通知用户终端入呼叫的寻呼信号。当寻呼用户终端时，用户终端可能并未处于接收寻呼信号的位置。在这种情况下，寻呼信号必须重复以便用户终端接收到寻呼信号。如果增加链路容限来传递消息，在一个实施例中，寻呼信号包括指定在返回信号(例如确认信号)中需要增加链路容限请求的信号。因此，考虑到传输困难，控制器18使用这种信息来选择用户终端上行链路的宽带或窄带通信模式。

继续参考图1，地面站(LES)12在宽带模式(200kHz)和收发器16通信。然而，UT24在宽带模式或窄带波特(50kHz)与收发器22通信。LES12与网络控制中心(控制器)18通信以便建立通信链路，控制器18与遥测监视站20通信以便确定系统数据信道的效率和使用情况。控制器18确定UT24究竟是在宽带还是窄带上进行通信、以及UT24在上行链路使用怎样的载波或频带。举例说明，控制器18可以确定UT24用宽带模式在通信链路27上指定的信道与收发器22通信。关于控制器实际上如何确定使用哪个信道或载波，这对本领域的技术人员是众所周知的。然后，控制器18通过通信链路23和25在指定的控制信道上向UT24发射控制信号。控制信号指定UT24使用哪个信道以及使用宽带还是窄带工作模式。

控制器18通过分析几个因素就可以确定用户终端(在这个例子中是UT24)应该使用宽带还是窄带模式通信。一个因素是用户终端的类型。对于某种装置，由于对该装置的峰值功率电平约束或限制，因而要求使用窄带。举例而言，典型的用户终端限制在2瓦的峰值功率。在宽带通信中，用户终端限制在2瓦/20用户=0.1瓦/用户。然而在窄带通信中，用户终端限制在2瓦/5用户=0.4瓦/用户。因为0.1瓦的功率通常不足以到达卫星或收发器16，而0.4瓦就足够了，因而即使用户终端24能够和其它网络(如GSM网络)进行宽带通信，控制器18也将指示用户终端在窄带模式向卫星收发器(例如收发器16或22)进行发射。

控制器使用的第二个因素是信号通信质量。如果收发器22向控制器18发射控制信号，指示它从用户终端24接收的信号质量过低，则控制器18可以指示用户终端24使用窄带。通过使用窄带，由于增加了每信号的平均功率从而提高发射信号的链路容限，因此提高了信号质量。

同样，如果由于定时或部分地由于远距离信号传输引起的传播延迟导致的信号同步延迟造成通信质量过低，则可以通过将宽带模式切换到窄带模式来减少或消除定时问题，其中各信号之间的保护时间减少到只占整个信号周期非常小的百分比。保护时间是传输突发之间未使用的周期，用于帮助系统同步。

控制器可能指示一个具有宽带能力的发射机(例如LES12)在窄带上进行发射的第三个原因与信道使用情况有关。如果控制器12通过与遥测装置20通信而确定：上行链路只能或最好使用的信道是窄带信道，那么控制器18就会指示UT24在窄带模式通过指定的窄带信道通信。

现在参考图2，图2所示的通信系统100的框图包括收发器16和移动交换中心(MSC)28和30。地面站12连接到移动交换中心(MSC)28，移动交换中心28将LES12连接到公用电话交换网(PSTN)32。通信系统100包括多个位于地面上空轨道的收发器16(只示出一个)。LES12通过通信链路34与收发器16通信。收发器16通过射频通信链路36和用户终端24通信。因此，收发器16的功能是在LES12和用户终端之间通过通信链路34和36来中继电话通信。MSC28将电话源(例如PSTN32或MSC30)产生的呼叫交换到LES12从而将通信信号发射到收发器16和其它用户终端，例如用户终端24。用这种方式工作的卫星蜂窝通信系统30是本领域的技术人员众所周知的，因此就不再提供更多的描述。

通信系统100包括多个通过射频通信链路44向移动站42发射电话通信(和相关控制信号)的基站(BS)38和40(只示出两个)。基站40通过移动交换中心(MSC)30连接到蜂窝通信系统100中的其它移动交换中心(未示出)。MSC30在通信系统100中路由来自通信系统100中的其它部分的呼叫。例如，移动站42发起或终止的呼叫可以分别通过MSC30,PSTN32,MSC28,LES12，和收发器16路由到用户终端24。用这种方式工作的通信系统100是本领域的技术人员众所周知的，因此就不再提供更多的描述。

在只用两个基站38和40举例说明通信系统100的同时，当然应该理解，这样的系统典型地包括更多的基站，并且只描述两个基站是为了说明而不是限制本发明的操作。还应该理解虽然只示出了两个移动交换中心28和30以简化说明，但是应该理解这种系统通常将包括很多彼此互连(可能通过PSTN32)的移动交换中心，每个移动交换中心连接到多个基站38和40。最后，通信系统100通常在任何时间都包括很多正在工作的移动站42。描述一个移动站42是为了说明而不是限制本发明的操作。

继续参考图2的系统100，用户终端24通过通信链路44和BS38进行通信。如果，举例而言，MSC28和BS38是GSM蜂窝通信网的一部分，那么当用户终端作为GSM网中的移动站工作时，UT24通过通信链路44在宽带模式通信。如果用户终端是移动站以外类型的通信装置，用户终端24也能够通过通信链路36在宽带模式与收发器16通信。但是，无论用户终端24是否是一个移动站，它都能在窄带模式通过通信链路36与收发器16通信。正如关于图1的系统所描述的那样，控制器18向用户终端24发射控制信号以便指示工作在窄带还是宽带模式通信。至于控制器18是否要向用户终端24发射控制信号以指示它用宽带模式进行通信，则部分地依赖于用户终端是否是移动站还是另一种类型的通信装置。

继续参考图2的系统100，用户终端24还能够工作在宽带模式通过通信链路46和LES12通信。LES12从用户终端12接收通信信号并且也用宽带工作模式通过通信链路34向收发器16发射同样的信号。收发器16顺次将接收的信号转发到另一个用户终端或另一个地面站。举例而言，如果通信链路的终止点是移动站42，那么收发器16就把从LES12接收的通信信号发射到LES50。可以看出，LES50向MSC30发射其所接收的信号，MSC30将它们发射到BS40。BS40发射该信号到MS42。通过使用根据通信链路46和34的带宽匹配载波信号，LES12发射的定时问题得到简化，从而整体通信效率得到提高。

通过检查图2的系统100，可以看出用户终端24可以与BS38、LES12和收发器16都使用宽带模式(200kHz)进行通信。另外，用户终端24还能够在窄带工作模式(50kHz)与收发器16通信。因此，控制器18向用户终端24发射控制信号以指定通信链路36的通信模式。另外，可以看出，用户终端24可以使用多条通信路径来建立通信链路。示出多条通信路径是为了说明不同的选择。然而在实践中，希望有优于其它路径的特定路径。因此，所用的路径是实用性的函数。

为了举例说明，如果可以和BS38建立通信链路44，用户终端24将被用作一部移动站并且寻求同BS38建立宽带通信链路44。因此，如果用户终端正在寻求向移动站42发起呼叫，就通过MSC28,PSTN32,MSC30，和BS40建立通信路径以便到达移动站42。然而，如果BS38相距得太远以至不能建立通信链路44，用户终端就尝试与LES12建立宽带通信链路46。然后，LES12通过宽带通信链路34将从用户终端24接收的通信信号中继到收发器16。然后，收发器16通过通信链路48将接收的通信信号转发到LES50。随后，LES50发射通信信号到MSC30和BS40并且最终到达MS42，从而建立从用户终端24到移动站42的通信路径。

作为最后的例子，如果用户终端离LES12太远以至于不能建立通信链路46，它就寻求与收发器16建立通信链路36。至于建立的通信链路36是宽带还是窄带通信链路，则依赖于这些用户终端24是否是一个手持式装置(如移动站)等因素以及还取决所接收的控制器18通过通信链路36在控制信道上发射的控制信号。通过通信链路36上的控制信道建立呼叫是本领域的技术人员众所周知的，因而不在这里解释。因此，用户终端在通信链路36上的控制信道向收发器16发射控制信号。然后，收发器16在通信路径23的控制信道上与控制器18通信，以便指示用户终端寻找通信信道。然后，控制器18分析信道使用情况并且检查请求信道的装置类型。作为响应，控制器18通过收发器将控制信号发回用户终端24，从而指定信道以及用户终端使用宽带还是窄带模式发射。

虽然，在附图中说明并且在前面的详细叙述中描述了本发明的方法和装置的一个或多个实施例，但是应该理解，本发明并不限于所揭示的实施例，而是在不脱离下面权利要求阐述并定义的本发明的精神的前提下，可以容纳大量的重新调整、修改和置换。

Claims (6)

1．通信网络系统，包括

接收和发射通信信号的卫星收发器；

终结所述卫星收发器转发的呼叫的通信装置；

发起双向通信并且选择宽带模式或窄带模式中的一种向所述卫星收发器发射通信信号的用户终端；和

向所述用户终端发射控制信号的控制器，该控制信号指定所述用户在宽带还是在窄带上发射通信信号。

2．一种在蜂窝通信网络系统中对为用户终端提供可形成上行链路信号的可选频带宽度的控制电路的改进，其中该系统包括星基收发器、实行双向通信并且通过星基收发器向接收站发射由可选频带宽度形成的上行链路信号的用户终端、和用于分配通信信道以便在该通信信道上发射上行链路信号的控制器，所述电路包括：

通信标志接收机，用于接收用户终端在控制器分配的通信信道上作出的至少一个通信标志的指示；

响应所述通信标志接收机接收的指示的选择器，所述选择器选择用户终端发射上行链路信号的频带宽度；

发射机，用于向用户终端发射由选择器选择的频率带宽指示。

3．权利要求2的蜂窝通信网络系统，其特征在于用户终端在窄带或宽带模式之一在上行链路中进行发射。

4．权利要求3的蜂窝通信网络系统，其特征在于控制器向用户终端发射控制信号，从而指示用户终端是否在宽带或窄带模式之一进行发射。

5．通信网络系统，包括：

发起双向通信的用户终端，所述用户终端在宽带模式和窄带模式在上行链路中进行发射；

卫星收发器；

从所述用户终端接收上行链路传输并且向收发器转发上行链路传输的地面站，所述用户终端和所述地面站都在宽带模式进行发射；和

终结由所述用户终端发起并所述地面站和所述卫星收发器转发的双向通信的通信装置。

6．通过卫星收发器建立双向通信链路的方法，该通信发起于一部用户终端并且终结于一个通信装置，该方法包括以下步骤：

从用户终端向控制器发射通信信道请求；和

接收通信信道请求，并且从控制器向所述用户终端发射控制信号来作为对其的响应，所述控制信号包括模式信号，该模式信号指示从用户终端到卫星收发器的上行链路工作在宽带模式或窄带模式之一。

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