CN1276933A - 利用多个空中接口标准的卫星系统和采用这些接口标准的方法 - Google Patents
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Abstract
一种卫星系统和方法,用于支持工作在卫星通信模式的移动终端用户的通信。具体而言,本发明涉及的是采用至少一种卫星空中接口标准的卫星系统,这至少一种卫星空中接口是从至少一种基于地面的蜂窝空中接口标准改编而来的,形成一个卫星/蜂窝模式对,就象ACeS/GSM一样。在卫星通信系统中采用一个或多个这种模式对。
Description
发明背景
发明领域
本发明涉及采用轨道卫星或者中继站进行移动无线电通信的系统,具体地说,涉及一种通信系统和方法,用于为采用多种接口标准的地面移动电话系统的用户提供卫星通信服务,更具体地说,涉及一种通信系统和方法,其中的卫星采用至少一种空中接口标准,这些空中接口标准跟至少一种地面系统接口标准密切相关。
发明背景和发明目的
自从1897年马可尼证明无线电能够跟英吉利海峡中航行的船保持不间断的联系以来,在过去的一个世纪里无线电通信的发展令人瞩目。从马可尼的这一发现开始,新的有线和无线通信方法、业务和标准已经得到了全世界人们的采纳。这一发展速度一直是越来越快,尤其是最近的十年,在这最后十年里,各种技术的进步使得移动无线电设备更小、更便宜、更可靠,在这种的情况下,移动无线电通信工业增长了几个数量级。在今后的几十年里,移动电话的指数增长过程还将持续下去,这一无线网会跟现有的有线网共存,并最终取代有线网。
当前移动电话领域的一个增长点是移动卫星系统,在这一系统中,移动用户的信号由轨道卫星,例如静地轨道卫星,转发给另一个用户,下文将详细介绍这一点。例如,当前正在建设的全球卫星系统有铱星系统、全球星系统和中圆轨道全球卫星通信系统。正在建设中的区域卫星通信系统有东南亚国家联盟(ASEAN)蜂窝卫星(ACeS)系统、APMT、Thuraya、EAST和其它几个。当前,设计这些卫星系统的流行做法是采用各自的专用空中接口标准,它们跟其它标准互不兼容。
考虑到前面介绍过的移动电话业务的指数增长,特别是考虑到全世界许多已有的和正在出现的地面蜂窝和个人通信业务(PCS)标准,例如全球移动通信系统(GSM)、数字高级移动电话系统(D-AMPS)、太平洋数字蜂窝系统(PDC)和码分多址(CDMA)系统等等,卫星通信系统采用专用标准这种方法显然会给未来的发展带来困难。
本申请人是标题为“双模式蜂窝/卫星手持电话技术”这篇文章的合著者,这篇文章发表在1996年10月22-24《Wescon 96会议记录》的第206~222页上,在这篇文章里,本申请人说明了在现有地面或者PCS标准例如GSM标准的基础上建立卫星空中接口,可以在充分发挥技术优势的同时降低成本。例如在采用双模式无线电电话的系统里,也就是采用基于地面的第一种模式,就象GSM那样,以及基于卫星的第二种模式,就象ACeS那样,这一ACeS是在GSM的基础上发展而来的,在双模式无线电电话和卫星系统体系结构中重复使用电路可以充分发挥卫星系统地面设备和相应GSM网络的优势,同时为用户节省开支,也就是说,双模式无线电电话的价格、体积和重量都很吸引人。
因此,本发明的一个目的是提供一种卫星系统,包括卫星转发器和信关装置,它们采用一种或者多种地面蜂窝系统的技术和标准。
本发明一个更主要的目的是在卫星系统中采用至少一种空中接口标准,这种空中接口标准,是在客户移动终端采用的基于地面系统的空中接口标准的基础上,发展而来的。
发明概述
本发明针对一种用于支持移动用户采用基于卫星的通信模式进行通信的卫星系统和方法。具体而言,本发明针对一种卫星系统,这种卫星系统采用从至少一种地基空中接口标准发展起来的至少一种空中接口标准,从而在技术和成本上获得优势。
为了更全面地理解本发明及其范围,可以参考下面的简要附图、对本发明优选实施方案的详细介绍以及后面的权利要求。
附图简述
图1是采用本发明中改进通信系统和方法的移动卫星通信系统的一个框图;
图2说明的是图1所示系统地面部分的一个框图;
图3是图1所示卫星内各种有效负荷部件的框图。
优选实施方案详述
下面将参考附图,更加详细地介绍本发明及其优选实施方案。但是,本发明可以用各种不同的形式来实现,不应当认为只是局限于这里介绍的实施方案;相反,给出这些实施方案的目的只是为了使这一说明更加全面,更加完整,让本领域里的技术人员对本发明的范围有一个更加全面的了解。
现在参考附图中的图1,图1里的框图说明采用本发明的技术的一种卫星通信系统10,例如前面介绍过的ACeS系统。轨道卫星12的天线,例如某一区域上空静地轨道卫星的天线,向这一区域发出至少一个点波束14。应当明白,就象在ACeS中一样,许多接邻的点波束14可以覆盖一个大得多的区域,也就是形成一个卫星覆盖区,为亚洲的大部分地区提供服务。卫星12跟至少一个地球站(LES)16通信,这些地球站也是卫星通信信关,还跟许多便携式移动终端18通信,图中画出了移动终端18A和18B。在本领域里大家都知道,移动终端18由卫星12上一个天线12A的一个波束提供服务,该天线在前面提到过的移动终端18的方向上提供很高的增益。LES16采用例如C波段或者Ka波段馈送链路频率跟卫星12通信,而卫星12则采用例如L波段移动链路频率跟移动终端18通信。
LES天线系统15跟一个信道化器28连接,这一点将参考图2进一步介绍,信道化器28又跟移动用户交换中心(MSC)连接。MSC 20跟访问位置寄存器(VLR)22和归属位置寄存器(HLR)24一起完成呼叫的建立、终止、鉴权、加密、漫游以及跟公共交换电话网(PSTN)16的互连所需要的所有典型操作。显然,LES 16也可以用作一个蜂窝基站,处理地面的蜂窝呼叫。
现在参考图2,其中的LES 16通过馈送链路天线15接收卫星12的信号并将信号发射给卫星12。从卫星12接收到的信号以及发射给卫星12的信号都用前面提到过的信道化器28来处理,信道化器28里是一些独立的信道单元28A、28B等等,这每一个单元都跟一个信道单元控制器30通信,它也装在信道化器28中。
在本领域里大家都明白,信道化器28里的信道单元组用于对(从卫星12)收到的信号解调,对要发射(给卫星12)的信号进行调制,以及完成各种其它的接收机/发射机功能,例如去交织/交织、检错和纠错、纠错编码、话音解压缩/压缩和其它功能。信道单元控制器将无线电资源分配给信道化器28中每一个工作着的信道单元,这些资源包括载频、时隙号、支持的电路类型(话音、传真、数据等等),此外,根据具体情况的不同,还可能为信道单元提供同步、频率校正、发射功率设置等等,本领域里的技术人员对这些都非常清楚。
在信道化器28里,尤其是在一个或者多个信道单元28A等等中,可以将多个空中接口标准存入相应的信道单元。通过这种方式,可以支持许多不同的空中接口标准,使得这一卫星系统能够同时工作于多种通信模式,例如,由GSM改编而来的ACeS,以及从陆地CDMA改编而来的全球星等模式。跟其它的已知蜂窝标准或者地面传输标准有关的其它卫星空中接口标准,也可以存入相应的信道单元组里。通过这种方式,系统10可以采用从已有地面蜂窝标准或者PCS标准改编而来的一个或者多个卫星空中接口,使多个不同类型(类别)的双模式通信和双模式(蜂窝/卫星)移动终端28能够用于移动卫星系统10。MSC 20和信道化器28之间的链路32使得MSC 20跟信道单元控制器30连接起来,使信道化器28的卫星空中接口能够正常工作。
现在参考图3,其中的框图说明了本发明中卫星12里的各种部件。具体说来,图3给出了卫星12有效负荷的一个实施方案,可以说它是一种非处理型的弯管有效负荷(a non-processing,bent pipepayload)体系结构。这里使用的术语“非处理”和“弯管”指的是一种卫星有效负荷体系结构(a satellite payroll architecture),它不对自己要处理的信号进行解调和重新调制,例如不对信号进行再生。如图所示,(C波段)正馈链路天线33收到来自信关LES 16的信号,该信号通过一个正向链路信道化器34,信道化器34将这一复合信号分开成单个的载波分量。
然后将这些信道化载波信号传递给路由器36和一个波束形成网络38。网络38里面储存了相应的复值系数子集,利用这些复值系数调整对应载波的幅度和相位。接着,网络38产生多个信号副本,每一个跟其它的都相差一个复数权(信号副本的个数等于子集里复值系数的个数)。然后用这样产生的多个信号副本来激励一个移动正向链路天线42(L波段)的一预定天线馈送单元40子集,用信关LES 16事先确定的卫星点波束14将这些载波发射出去。
在从移动终端18的返回链路上,卫星移动链路天线44和馈送单元46接收移动终端18发射的这多个信号(L波段)。然后对这些信号滤波(以便抑制带外噪声和干扰)并放大,为了简单起见,图3中没有画出这两个步骤。接下来将调整过的信号送给波束形成器48。显然,跟返回链路信号有关的波束形成器48形成的波束轮廓应当跟正向链路波束的轮廓一致。跟前面介绍过的正向链路波束形成过程相反,为了形成返回链路波束,接收预定接收天线馈送单元46形成的子集的输出信号,用复权对接收天线馈送单元46的每一个输出信号加权,然后将所有加权信号加起来。从波束形成器48得到的复合信号,表示主要来自所形成的接收波束轮廓中的总信号,让这一复合信号通过一个返回链路信道化器50,进行频谱(载波)分解。
一旦(返回链路信道化器50)确认了接收波束信号的载波内容,就让所有的载波通过一个返回链路路由器52,变换成返回链路馈送链路频率,用一个返回链路天线54(C波段)发射给信关LES 16进行进一步的处理(解调和信息译码)。
进一步如图3所示,卫星12有效负荷体系结构的返回链路信道化器50还可以有一种机制,用于确定某些频率是不是用于移动终端到移动终端的通信的,例如,移动终端18A和18B之间的通信。对于这种系统内的通信,通过一个缓冲器56将这些信号传递给正向链路路由器36,用合适的正向链路点波束发射出去。缓冲器36主要用于对齐时间(也许还用于码率变换),就象序列号为__的美国专利申请所指出的那样,这一专利申请于__提交,标题为“时间压缩转发器”,申请人为Paul W.Dent和本发明的受让人,这里将这一申请引入作为参考。
如上所述,只要指定的信道化功能被指定用于支持潜在不同的载波带宽,示例性卫星系统10的有效负荷体系结构,如图3所示,就能支持多个卫星空中接口标准(波形),这些带宽可能跟这些多个卫星空中接口波形有关。因此,参考图3中的信道化器34和50介绍的进行信道化的指定功能,必须具有可重构信道化带宽,可以按照卫星系统10采用的信道带宽设置。由于信道化器,例如信道化器34或者50,本质上是能够用数字(离散时间)技术实现的滤波器组,因此可以通过改变代表信道化器频率特性(频率响应)的傅里叶系数来改变信道带宽,在本领域里大家都知道这一点。还应当明白,对这些系数的重构甚至可以通过遥测命令在卫星12发射上天以后完成。
避免使用可重构信道化器的一种方法是,将信道化带宽设计得足够宽,从而支持给定卫星系统例如系统10计划要用的所有波形(载波)。例如,如果该卫星系统10要用两种波形,一种波形需要1.25MHz的信道化带宽,另一种需要200kHz的信道化带宽,就可以采用一个卫星有效负荷信道化器,它的信道化步长为1.25MHz。这样一个信道化器能够分开每一个1.25MHz的载波(然后用适当的点波束发射出去),相对于200kHz的载波信号,信道化器每次可以对6组进行信道化,然后用多个系统点波束14中的一个将这样的分组发射出去。
因此应当明白,前面介绍的卫星系统10中有效负荷(转发器)和信关LES 16体系结构的组合,使得多种(类)不同的双模式(蜂窝/卫星)移动终端18,能够在移动卫星系统10和有关的蜂窝系统中一起工作。根据本发明,设计每一种(类)不同的双模式(蜂窝/卫星)移动终端的目的是要利用至少一种蜂窝和/或PCS标准进行地面通信,而同时利用卫星空中接口,这里的卫星空中接口跟从所述蜂窝或者PCS标准改进而得的接口密切相关,以及利用前面介绍过的移动卫星系统10有效负荷/转发器和信关LES 16体系结构进行卫星通信。更进一步,这种卫星空中接口是地面蜂窝和/或PCS标准的综合。这种综合的一个结果是多种双模式(蜂窝/卫星)移动终端,每一个都至少有紧密相关的一个地面模式和一个卫星模式(是它们的综合),从而使上述模式之间的硬件和软件能够良好地协作。
这两个节点之间的协作也就是紧密关系是通过这两种接口之间各种技术参数的一致来实现的,包括信道比特率、载波间隔、帧格式、多种访问方法、信号带宽、调制、带内/带外信令信道、第2、3等等层协议以及其它的这种参数。
优选卫星系统10的一个实例是ACeS,其中的卫星空中接口是从现有蜂窝标准衍生出来的。在ACeS中,双模式移动终端18既能工作于GSM(蜂窝)模式又能工作于ACeS(卫星)模式。这一ACeS系统空中接口基本上是GSM规范的一种改版。前面讨论的本发明的文章更详细地描述了ACeS跟GSM之间的关系。
以上描述给出了本发明的优选实施方案,本发明的范围不必局限于这些描述。本发明的范围由以下权利要求给出。
Claims (39)
1.一卫星通信系统中,具有至少一个卫星,至少一个地球站和多个移动终端,这些移动终端至少能够工作于两种模式,这些模式中的第一种是地基式,这些模式的第二种是星基模式,在所述卫星通信系统中用于支持所述卫星、所述地球站和所述移动终端之间的通信的电路,这些电路包括:
多个第一种移动终端和至少一个第一种蜂窝基站之间的第一种空中接口,当多个第一种移动终端工作于地面模式时,多个第一种移动终端能够利用第一种空中接口工作;
多个第一种移动终端和至少一个卫星之间的第二种空中接口,当多个第一种移动终端工作于基于卫星的模式时,多个第一种移动终端能够用第二种空中接口工作,第二种空中接口跟第一种空中接口有关,所述第一种和第二种空中接口构成多个第一种所述移动终端的第一类通信;
多个第二种移动终端和至少一个第二种蜂窝基站之间的第三种空中接口,当所述多个第二种移动终端工作于地面模式时,所述多个第二种移动终端能够用这第三种空中接口工作;和
多个第二种移动终端和至少一个卫星之间的第四种空中接口,当多个第二种移动终端工作于基于卫星的模式时,多个第二种移动终端能够用这第四种接口工作,这第四种空中接口跟第三种空中接口有关,这第三种空中接口和第四种空中接口构成多个第二种移动终端的第二类通信。
2.权利要求1的卫星通信电路,其中第一种空中接口根据地面GSM协议工作,所述多个第一种移动终端能够工作于地面GSM模式。
3.权利要求2的卫星通信电路,其中的第二种空中接口根据一种卫星ACeS协议工作,所述多个第一种移动终端能够工作于ACeS卫星模式。
4.权利要求1的卫星通信电路,其中的第一种空中接口根据地面CDMA协议工作,所述多个第一种移动终端能够工作于地面CDMA模式。
5.权利要求4的卫星通信电路,其中的第二种空中接口基本上根据第二个卫星CDMA协议工作,所述多个第一种移动终端能够工作于卫星CDMA模式。
6.权利要求1的卫星通信电路,其中的第一种空中接口根据地面TDMA协议工作,所述多个第一种移动终端能够工作于地面TDMA模式。
7.权利要求6的卫星通信电路,其中的第二种空中接口基本上根据地面TDMA协议工作,所述多个第一种移动终端能够工作于卫星TDMA模式。
8.权利要求1的卫星通信电路,其中的第一类通信包括GSM和ACeS,其中的GSM是所述第一种空中接口,ACeS是所述第二种空中接口。
9.权利要求1的卫星通信电路,其中第一类通信的第二种空中接口储存在一组信道单元中的多个信道单元内,在所述第一类通信中,信道单元控制器控制着所述组和所述多个第一种移动单元之间的通信。
10.卫星通信系统中的一种卫星转发器,该系统包括至少一个地球站和多个移动终端,多个所述移动终端能够工作于至少两种模式,所述模式的第一种模式是地面模式,所述模式的第二种模式是卫星模式,所述卫星转发器中的电路用于支持所述卫星转发器、所述地球站和所述移动终端之间的通信,所述电路包括:
多个第一种所述移动终端和所述卫星转发器之间的第一种卫星空中接口,工作于卫星模式时,所述多个第一种移动终端能够用所述第一种卫星空中接口工作,所述第一种卫星空中接口跟工作于所述地面模式的多个第一种移动终端使用的第一种地面空中接口有关,这第一种卫星空中接口和第一种地面空中接口构成所述多个第一种移动终端的第一类通信;和
多个第二种移动终端和所述卫星转发器之间的第二种卫星空中接口,工作于所述卫星模式时,这多个第二种移动终端能够用这第二种卫星空中接口工作,第二种卫星空中接口跟多个第二种移动终端工作于地面模式时使用的第二种地面空中接口有关,所述第二种卫星和第二种地面空中接口构成所述多个第二种移动终端的第二类通信。
11.权利要求12的卫星转发器,其中的第一种地面空中接口根据地面GSM协议工作,多个第一种移动终端能够工作于地面GSM模式。
12.权利要求10的卫星转发器,其中的第一种卫星空中接口根据卫星ACeS协议,多个第一种移动终端还能够工作于卫星ACeS模式。
13.权利要求10的卫星转发器,其中的第一类通信包括GSM和ACeS,其中的ACeS是所述第一种卫星空中接口,GSM是所述第一种地面空中接口。
14.权利要求10的卫星转发器,其中第一种卫星空中接口储存在一个信道单元组里的多个信道单元里,在第一类通信中,信道单元控制器控制着所述组和所述多个第一种移动终端之间的通信。
15.一种方法,用于支持一个卫星通信系统内两个移动终端之间的呼叫,该卫星通信系统有一个卫星和至少一个地球站,这两个移动终端中的第一个工作于双模式,所述模式的第一个模式是地面模式,第二个模式是卫星模式,该方法包括以下步骤:
从第一个移动终端向卫星发射信号,该信号的发射采用第二种模式,所述卫星包括一个转发器,所述收发信机采用一种卫星空中接口,用来接收发射的信号;和
发射所述信号,由所述卫星从第一个移动终端接收这一信号,从所述卫星到处于第二种模式的第二种两个移动终端,所述卫星空中接口对应于第二个移动终端的地面空中接口,工作于地面模式时,该地面空中接口由第二个移动终端使用。
16.权利要求15的方法,其中第一种移动终端的地面空中接口根据地面GSM协议工作,第一种移动终端能够用地面GSM模式工作。
17.权利要求15的方法,其中第一种移动终端的卫星空中接口根据卫星ACeS协议,第一种移动终端能够用卫星ACeS模式工作。
18.权利要求2的卫星通信电路,其中的第三种空中接口根据地面CDMA协议工作,多个第一种移动终端能够用地面GSM模式和地面CDMA模式工作。
19.权利要求2的卫星通信电路,其中的第三种空中接口根据地面TDMA协议工作,多个第一种移动终端能够用地面GSM模式和地面TDMA模式工作。
20.权利要求8的卫星通信电路,其中的第二类通信包括CDMA类,其中第三种空中接口根据地面CDMA协议,第四种空中接口基本上根据卫星CDMA协议工作,多个第一种移动终端能够用卫星GSM模式和卫星CDMA模式工作。
21.权利要求8的卫星通信电路,其中的第二类通信包括TDMA类,其中第三种空中接口根据地面TDMA协议,第四种空中接口基本上根据卫星TDMA协议工作,所述多个第一种移动终端能够用卫星GSM模式和卫星TDMA模式工作。
22.权利要求1的卫星通信电路,其中在第一类通信里,第一种空中接口根据地面CDMA协议工作,第二种空中接口基本上根据卫星CDMA协议工作,其中在第二类通信中,第三种空中接口根据地面TDMA协议工作,第四种空中接口基本上根据卫星TDMA协议工作,多个第一种移动终端能够用卫星CDMA模式和卫星TDMA模式工作。
23.权利要求9的卫星通信电路,其中第二类通信的第四种空中接口储存在所述信道单元组中的多个信道单元里,在第二类通信中,所述信道单元控制器控制着所述组和所述多个第二种移动终端之间的通信。
24.权利要求9的卫星通信电路,其中第二类通信的第四种空中接口储存在第二个信道单元组的多个其它信道单元里,在第二类通信里,第二个信道单元控制器控制着第二个信道单元组和多个第二种移动终端之间的通信。
25.权利要求11的卫星转发器,其中的第二种卫星空中接口根据卫星CDMA协议工作,多个第一种移动终端既能通过工作于卫星GSM模式,也能通过工作于卫星CDMA模式的所述卫星转发器工作。
26.权利要求11的卫星转发器,其中第二种卫星空中接口根据卫星TDMA协议工作,多个第一种移动终端能够通过工作于卫星GSM模式和卫星TDMA模式的卫星转发器工作。
27.权利要求13的卫星转发器,其中第二类通信包括一个CDMA类,其中第二种地面空中接口根据地面CDMA协议工作,第二种卫星空中接口基本上根据卫星CDMA协议工作,多个第一种移动终端能够通过工作于卫星GSM模式和卫星CDMA模式的卫星转发器工作。
28.权利要求13的卫星转发器,其中第二类通信包括一个TDMA类,其中第二个地面空中接口根据地面TDMA协议,第二种卫星空中接口基本上根据卫星TDMA协议,多个第一种移动终端能够通过工作于卫星GSM模式和卫星TDMA模式的卫星转发器工作。
29.权利要求10的卫星转发器,其中在第一类通信中的一种地面空中接口根据地面CDMA协议工作,第一种卫星空中接口基本上根据卫星CDMA协议工作,其中在第二类通信中第二种地面空中接口根据地面TDMA协议工作,第二种卫星空中接口基本上根据卫星TDMA协议工作,多个第一种移动终端能够通过工作于卫星CDMA模式和卫星TDMA模式的卫星转发器工作。
30.权利要求14的卫星转发器,其中第二种卫星空中接口储存在所述信道单元组中的多个信道单元里。
31.权利要求15的方法,其中的第一种移动终端能够工作于卫星GSM模式和卫星CDMA模式。
32.权利要求31的方法,其中第二种移动终端能够工作于所述卫星GSM模式,处于卫星GSM模式的第二种移动终端接收所述卫星发射的信号。
33.权利要求31的方法,其中的卫星GSM模式是一种卫星ACeS模式。
34.权利要求15的方法,其中的第一种移动终端能够工作于卫星GSM模式和卫星CDMA模式。
35.权利要求15的方法,其中的第一种移动终端能够工作于卫星CDMA模式和卫星TDMA模式。
36.权利要求15的方法,其中第一种移动终端的地面空中接口根据地面CDMA协议工作,第一种移动终端能够工作于地面和卫星CDMA模式。
37.权利要求15的方法,其中第一个移动终端的地面空中接口根据地面TDMA协议工作,第一种移动终端能够工作于地面和卫星TDMA模式。
38.权利要求15的方法,其中第一种移动终端发射给卫星的信号是用第二种模式发射的,第一种和第二种移动终端能够工作于至少两种模式。
39.权利要求37的方法,其中第二种模式是从包括卫星GSM、卫星CDMA和卫星TDMA模式中选择出来的。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
REG | Reference to a national code |
Ref country code: HK Ref legal event code: WD Ref document number: 1032689 Country of ref document: HK |