CN1374766A - 配有本地网和全球网的卫星移动通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明所提出的与众多移动终端通信的通信系统包括:多个轨道卫星,多个经这些卫星与各移动用户通信的地面站;多个用来使地面设备与地面站互连的网关站;以及一个用来为所述移动终端存储访问数据的存储器。这些移动终端分为第一和第二类,由存储器保存相应的不同状态信息,所述第一和第二类移动终端都与所述卫星通信。此外,还配置有在所述网关站和所述地面站之间的不同的第一和第二通信信通,以及根据移动终端的类别从所述第一和第二信道中选择一个信道的路由控制装置。

Description

配有本地网和全球网的卫星移动通信系统
(本案是分案申请，母案的申请号是95196300.7，申请日是1997年5月16日)
本发明涉及与移动用户的通信，具体地说，涉及移动用户链路经一个或多个卫星的这种通信。
US 4189675提出了一种利用在预定轨道上运行的卫星网与移动用户进行通信的卫星通信方法和设备。利用卫星到卫星的链路，就可能构成一个只用卫星的完整通信网。然而，在卫星通信中无论功率还是带宽都非常紧张，因此这种网的容量不大。所以已经提出应用地面部件来形成用户之间的部分链路。
所出现的一个问题是需要知道相应的移动用户在哪里，也就是说，应该将给用户的呼叫发向哪个卫星(对于多波束卫星来说，还有哪个波束)。这个问题与在诸如GSM系统那样的国际陆地蜂窝无线系统中存在的类似。在这种系统中，在一个移动用户位置存储装置中维护着一个寄存器。
EP 0562374和EP 0568778说明了用于“Iridium”卫星蜂窝移动通信系统的呼叫建立方法。这两个专利描述了一种网络，在这种网络中，一个移动用户的位置的信息不仅保存在当前为这个移动用户服务的地面交换局，而且还保存在一个为各特定移动用户服务的“归属(home)”站。当有一个对一个特定移动用户的呼叫时，或者这个呼叫首先传送到的卫星交换局是当前为这个用户服务交换局(在这种情况下，呼叫经卫星直接传送给用户)，或者这个交换局与用户的“归属”站接触，得到为这个用户服务的现行交换局的情况，将呼叫传送给这个交换局(虽然路由选择的方式并不清楚)。
在第三届国际卫星移动通信会议IMC93，1993年6月16-18的会议录中，第285-290页上，J.E.Hatlelid和L.Casey提出的论文“随时随地可提供的Iridiam(TM)系统的个人通信”(“The Iridium(TM)system personal communications anytime，any place”Proceedings ofthe Third International Mobile Satellite Conference IMC 93，16-18 Jane1993)中给出了“Iridiam”提议的另一种说法，透露出了Iridium卫星蜂窝系统用陆地蜂窝无线电进行工作的设想，只是在不能获得陆地蜂窝通信的情况下，才通过一个卫星发送呼叫。
在上述会议的会议录291-296上所载的R.A.Weideman的“世界范围个人通信的Globalstar卫星移动通信系统”(“The GlobalstarMobile Satellite System for Worldwide Personal Communications”)中描述了另一种所提出的卫星蜂窝系统。在EP 0536921和EP 0506255中描述了由这篇论文的作者发明的，被认为用于所提出的Globalstar系统的两种可替代的接入网络方案。在前一个专利中，每个移动用户划归一个含有这个用户的信息的“归属”网关站(“home”gatewaystation)，而每个网关站含有当前位于本辖区的所有移动用户的信息。
呼叫首先发向用户的归属网关站。如果用户正处在归属网关站所辖区域内，则呼叫就通过卫星传送给用户。否则，对在这个归属网关站保持的数据库进行查询后，将呼叫从归属网关站再传送到移动用户所在区域内的活动(active)网关。这种再传送的情况没有提供，据推测是通过公用网。
EP 0506255类似，但用户信息和处理指令是存储在卫星上，而不是在地面站。
这后两个文献都提出，只是当用户已登记在他通常活动区域以外漫游时才使用卫星链路，而在这个区域内，他由陆地蜂窝通信网提供服务。
上述这些刊出的文献没有一个考虑到在一个卫星蜂窝通信系统用于连接一个漫游移动用户时可能产生的一些技术问题。该用户可能位于地球上相隔很远的许多地点中的某个地点，并且可能被一个位于地球任何地点的固定电话机通过公用电话交换网(PSTN)而呼叫。
举例来说，假设在EP 0536921所述的系统中一个移动用户的归属网关在澳洲，但他正在英国漫游(即在地球上完全相反的点上)，并且他受到一个英国用户的呼叫。呼叫首先通过国际PSTN从英国传送到澳洲，传送到归属网关，从那里通过另一个链路再传送回一个在英国或英国附近的有效网关，最后通过卫星转发给这个移动用户。考虑到在英国与澳洲之间的链路每个都可能涉及至少一个通过例如INTELSAT控制的卫星实现的卫星连接，可见至少要有三次“中继(hop)”，每个包括一个地球-卫星-地球的往返行程。因此，链路的总延迟可能迅速变为相当可观，接着可察觉的连接质量迅速下降。此外，还可能在信号中引入噪声、畸变成回声等，使信号质量下降。
本发明提供了一种卫星移动通信系统，在这种系统中，一组地面网关由一个专用的地面网互连，将对属于称为全球漫游用户一类的移动用户的呼叫通过这个专用网传送到为当前为移动用户服务的卫星服务的地面站，而将对属于不在一个有限地理区域外漫游的用户一类的移动用户的呼叫通过另一个网(例如用以传送呼叫的PSTN)传送到为这个地理区域服务的地面站。
因此，对于真正随时可能位于散布地点的移动用户，呼叫将通过一个专用的受控网传送，这个专用网例如可以是全由地面链路构成，使得接到为移动用户服务的卫星服务的链路的质量能够得到保证。
另一方面，对当前不要求全球漫游的用户(因此他们的位置是知道的)主要通过PSTM进行服务，因通过公用电话交换网可建立比较直接和短的路由。
根据本发明的另一方面，本发明提出了一种将一个卫星移动通信系统用户终端与另一个电信用户终端互连的方法，这种方法包括：从所述卫星系统用户终端可籍以通过一个卫星进行通信的一组可能的地面站中选出一个地面站；以及通过所选出的这个地面站互连这两个用户终端。
选择适当地面站的一种实施方式可以是根据考虑到卫星系统用户位置和为各地面站服务的相应卫星的星历对链路质量所进行的预测。同样地可以附加或另外单独考虑通过一组地面站的每一个可得到的各链路的质量和信号强度的测量结果。
在一个实施例中在多个地面站都可提供一个可接受的链路质量的情况下，可以通过地面网使所取的路由最短(例如，使所选的地面站与入呼的始发地面站或出呼的目的地面站相同)，或通过地面网使链路质量最高(例如，避免使用诸如卫星链路那样的长距离链路)来选择地面站。
下面将结合附图对本发明的实施例进行示例性的说明。在这些附图中：
图1为示意性地示出了本发明的通信系统的组成方框图；
图2为适用于本发明的移动终端设备组成的方框图；
图3为作为图1所示实施例中的地面站节点的组成的方框图；
图4为图1所示实施例中的网关站的组成的方框图；
图5为图1所示实施例中的数据库站的组成的方框图；
图6示出了图5所示数据库站中的一个存储器的存储内容；
图7a示意性地示出了图1所示实施例中的一个卫星产生的波束；
图7b示意性地示出了图1所示实施例中的各卫星在环绕地球的轨道上的分布情况；
图8示出了图1中各组成部分在地球上的地理分布情况；
图9与图8的局部对应，示出了到一个本地登记移动终端的呼入路径；
图10与图9对应，示出了该移动终端的相应的呼出路径；
图11与图9对应，示出了到一个本地登记移动终端的国际呼入路径；
图12与图8的局部对应，示出了到一个全球登记移动终端的呼入路径；
图13与图12对应，示出了该移动终端的相应的呼出路径；
图14示意性地示出了在一个移动站、两个卫星和两个地面站之间的四条可能路径；
图15与图14对应，但附有阻挡障碍；
图16由图16a和16b组成，示出了为一个对移动用户的呼叫指配一个有效地面站的流程图；以及
图17由图17a和17b组成，示出了为一个到一个移动用户的呼叫指配一个有效地面站的流程图。
图1所示这个实施例的卫星通信网包括：移动用户终端设备2a、2b，轨道中继卫星4a、4b；卫星地面站节点6a、6b；卫星系统网关站8a、8b；公用电信交换网(PSTN)10a、10b；以及固定电信终端设备12a、12b。
使卫星系统网关8a、8b与地面站节点6a、6b互连和使地面站节点6a、6b相互互连的是一个具有信道14a、14b、14c的专用地面网。卫星4、地面站节点6和线路14构成了用来与移动终端2通信和可通过网关站8接入的卫星通信网的基础设施。
终端位置数据库站15通过信令链路60(例如是在专用网信道14内的)接至网关站和地面站6。
PSTN 10a、10b通常包括固定终端设备12a、12b通过本地环路18a、18b所连接的本地交换局16a、16b；以及可通过跨国链路21(例如，卫星链路或海底光缆链路)相互连接的国际交换中心20a、20b。PSTN 10a、10b和固定终端设备12a、12b(例如，电话机)是众所周知的，现在几乎到处都可购得。
移动终端设备每个都可以通过一个由一个下行链路信道和一个上行链路信道一个TDMA构成的全双工信道(就该实施例而言)与一个卫星4通信，信道可以是例如(在每种情况下)在呼叫发起所指配的某个特定频率上的一个TDMA时隙，如在我们早些时候的英国专利申请GB-A-2288913和GB-A-2293725中所揭示的那样。卫星4在本实施例中并非与地球同步，因此需要周期性地从一个卫星4切换到另一个卫星。移动终端2
图2示出了图1中的移动终端设备。
一种合适的形式是如图所示的手机。有关手机2a、2b等的详细情况并不是本发明的组成部分，所以与目前用于GSM系统中的雷同，包括数字编码/解码器(CODEC)30，以及常用的拾音器36、扬声器34、电池40和键盘38，还有适合卫星通信用的射频(RF)接口32和天线31。最好还配备一个显示器39(例如，一个液晶显示器)。也可以再加一个接纳存储用户信息的“智能卡”的智能卡阅读器。地面站节点6
地面站节点6用来与卫星进行通信。
每个如图3所示的地面站节点6包括一个常规卫星地面站22，该卫星地面站由至少一个用来跟踪至少一个运动卫星4的卫星跟踪天线24，分别用来向天线24提供信号和从天线24接收信号的RF功率放大器26a、26b组成；以及一个用来存储卫星星历数据、控制对天线24的操纵和对卫星4进行任何可能需要的控制(通过天线24向卫星4发送信令)的控制单元28。
地面站节点6还包括一个卫星移动业务交换中心42，它有一个与专用网部分的中继线链路14连接的网络交换机44。多路复用器46用来接收交换机44转接的呼叫，将这些呼叫合并成一个复合信号，通过低比特率的语音CODEC 50送至放大器26。最后，地面站节点6还有一个本地存储器48，用来存储在由正与节点6通信的卫星4服务的区域内的各移动终端设备2a的情况。网关8
如图4所示，在这个实施例中的网关站8a、8b都是市售的用于诸如GSM那样的数字移动蜂窝无线电系统那种类型的移动业务交换中心(MSC)。这些网关站也可以包括一个国际或其他交换局的一部分，形成在软件控制下进行工作、将网络10与卫星系统中继链路14到互连的PSTN 10a、10b之一
网关站8包括一个在控制单元72控制下将来自PSTN 10的PSTN线路与接至一个或多个地面站节点6的专用业务线路14互连的交换机70。控制单元72可以通过信令单元74与接至数据库站15的数据信道60通信，用来产生具有某种合适格式(如分组或ATM信元)的数据消息。
在网关站8中还配置了一个存储器76，用来存储有关以网关站8作为归属网关站的那些移动终端2的计费、业务和其他信息。这些数据在通过信令单元74或交换机70从构成卫星网的PSTN 10或地面站节点6接收到后，由控制单元72写入存储器76。
在这个实施例中，卫星系统中继线路14包括信号恶化和延迟都满足可接受的最低要求的一些高质量租用线路。在这个实施例中，所有的线路14都是地面链路。最好，这些中继线路14是专用线路，使得这些线路14形成一组对网络10独立的物理信道。但是，也不排斥使用通过网络10的虚拟电路。
位置数据库站15
如图5所示，全球数据库站15包括数字数据存储器54，信令电路56，与信令电路56和存储器54互连的处理器58，以及将数据库站15与构成卫星系统网的网关站8和地面站6互连，用来传送信令或数据消息的信令链路60。
存储器54包括为每个用户终端设备2存储了表示终端2当前状态(不管是“本地”还是“全球”终端，这在稍后将详细说明)的记录；移动终端2的地理位置(或者是坐标地理区域，或者是以代码表示的区域)，设备所登记的“归属”网关站8(以便能在单一个点收集用户计费和其他数据)，以及设备2籍以通过卫星4进行通信的当前有效地面站节点6。存储器54的内容如图6所示。
信令单元56和处理器用来接收从网关8或节点6经信令链路60(可以是一个分组交换连接)发来的含有识别移动终端2之一的数据(例如，设备2的电话号码)的查询数据消息，由处理器58对存储器54进行搜索，得出终端2的状态和有效地面站节点6，通过数据线路60在应答消息中将这些信息发送出去。卫星4
卫星4a、4b通常是普通的通信卫星，可参见我们以前所递交的英国专利申请GB-A-2288913。每个卫星4都用来产生一系列波束，覆盖这个卫星下方的照射区域，而每个波束都包括大量不同频率的信道和时隙，如图7a所示，可参见我们以前的英国专利申请GB-A-2293725。
这些卫星4以足够的数量配置在适当的一些轨道上，以覆盖全球的绝大部分区域(最好是可以覆盖全球)。例如，可以将10个(或更多个)卫星配置在2个(或更多个)相互正交的、高度例如为10,500公里的中等圆形轨道上，如图7b所示。然而，同样也可以使用轨道较低而数量较多的卫星，例如可参见EP 0365885或其他有关Iridium系统的刊出文献。地理上的配置
图8示出了一个示例性的地理上的配置情况(为了清晰起见只示出了一个卫星4a)。数据库站15可以定位在任何地方，所示位置纯粹是象征性的；实际上，它最好定位在发起呼叫最多的地区或信令基础设施最好的地区。在图8以下的各个图中，虚线表示信令链路，而实线表示通信业务链路。
采用了下述数量的卫星，通常可以设置12个地面站节点6，每个大陆两个。这样，每个地面站节点6可以与本大陆上看到一个或几个卫星的一些网关8连接。
在这个实施例中，网关8明显地比地面站节点6多，大致每个国家一个(即总共有一百多个)。对于一些大国来说，可以将几个网关8分设在各个不同的地理位置，或者(如果这个国家允许有多个网络运行)每个PSTN一个。较小的国家可以共用一个网关8。网关8也可由陆地蜂窝网提供(虽然图8并未明显示出)。
为了说明方便起见，图8略去了PSTN10，因为这些PSTN10的覆盖其实是全球性的。
下面将详细说明上述实施例的工作情况。登记与位置
如上所述，在本实施例中，一个用户移动终端设备2可以用“本地”和“全球”两种不同状态之一登记。处在“本地”状态的移动终端设备只允许通过一个本地区域或卫星系统网的部分通信，而处在“全球”状态的设备可以通过卫星系统网的任何部分通信。由于后一种通信方式要求较多的网络资源(如稍后所述)，因此对于登记为“全球”或“漫游”的用户来说，需要为呼叫付出更多的费用。
每个设备2的状态(即“全球”或“本地”)存储在数据库站15的存储器54为设备2保存的记录中，可以是根据设备2的拥有者所表示的意向通过键盘人工输入到存储器54内，或者(如下面将要说明的那样)可以是对一个从请求改变状态的设备2发出的信号作出响应而存入存储器54内的结果。
每当移动终端设备2呼出，和/或当设备2接通时，和/或当设备2周期性地接通时，设备2执行一个在蜂窝陆地通信领域众所周知的那种自动登记过程。正如通常所作的那样，这种登记过程的方式是广播一个用来识别移动终端2的信号(例如，通过在一个公共的招呼或信令频率上发送它的电话号码)。
所发送的信号由一个或多个卫星4接收。在一般情况下，有多个卫星4接收到这信号，所接收到的信号强度和/或到达时间连同移动装置2的标识码和接收该信号的卫星4的标识码，通过与卫星4通信的一个或多个地面站节点6和信令线路60发送给数据库站15。
然后，数据库站15的处理器58例如根据这些不同的到达时间，计算出移动终端设备2的地面位置，存入数据库54。所存入的还有最适合与移动终端设备2通信的地面站节点6(即“有效”站)。通常这是由处理器58通过将存入的终端2的位置与原来存入的各地面站节点6的预定位置加以比较、选出最近的那个节点6来确定的。然而，在临界情况下，还可以考虑或者就考虑通过卫星4接收到的信号的强度或其他因素(如网络拥塞)，选出一个地理上并不是最接近移动终端设备2的地面站节点。所指配的有效地面站节点6的标识码同样存储在存储器54的有关这个终端设备的记录中。本地状态
所存储的移动终端设备2的状态由处理器58读出。如果状态是“本地”，则将所存储的移动终端设备的位置与许可用户活动的地区范围(例如一个国家或一个PSTN10的边界)加以比较。在本实施例的简单例子中，本地区域为一个由接至移动终端2的归属网关站的一个PSTN10覆盖的地理区域。
如果终端设备2的位置处于许可它通信的本地区域外，则在涉及此用户的存储器54的记录中设置一个“出区”标志。处理器58(通过信令电路56和信令线路60)向已为移动终端设备2指配的有效地面站节点6发送一个消息，这个消息包括：移动终端单元2的标识码，以及它的地理位置、它登记为本地用户的指示、它的“归属”网关的指示，和指示它已越出许可区域而不可及的标志。这些数据存入地面站节点6内存储器48中为这个移动终端设备2建立的一个记录中。
有效地面站节点6将不再对这个移动终端设备2的呼入或呼出的连接采用任何行动。它可以通过卫星4向移动设备2发送一个包括移动终端设备2的标识码和“出区”码的“出区”消息，移动终端设备2对此作出响应，可以在显示器39上显示一个消息，或者向用户指示这个“出区”状态(例如，通过使扬声器34发出一种可闻音或使一个指示灯发光)。
在处理器58确定移动终端设备2登记为“本地”用户，并处在许可的本地区域内的情况下，向指配的有效地面站节点6发送一个消息，这个消息指示了相同的标识码、位置和本地状态这些情况，但设置的是一个“可及”标志，而不是象上面那样设置一个“出区”标志。在这种情况下，地面站节点6以后便将移动终端设备2处理为允许通信的设备，一有呼入或呼出就为该设备指配通信信道和卫星。全球状态
如果处理器58从存储器54中的记录识别出登记的移动终端设备2的状态是“全球”，就通过信令电路56和信令线路60向所指配的有效地面站节点6发送一个消息，(这个消息如上面那样包括这个移动终端设备2的标识码、状态(全球)、位置和归属网关标识码)，有效地面站节点6按照这个消息在它的存储器48中建立或更新相应记录。
因此，通过上述登记过程，在节点6和网关8可访问的数据库站15的存储器54中存有一个对于各移动终端设备2的集总记录；而每个节点6分别在各自的存储器48中存有一个在各自区域内的各移动通信设备2及它们的位置、归属网关和可及或不可及状态的本地记录。
每个节点6的存储器48也可以只存储有关在各自区域内的“全球”状态的移动终端2和本区域“本地”状态的移动终端2的数据，而不存储有关在各自区域内的外来“本地”状态的移动终端2的数据。
存储器54和存储器48由于工作方式与GSM陆地蜂窝系统中归属用户位置寄存器(HLR)和GSM访问用户位置寄存器(VLR)雷同，因此可以采用市售的HLR和/或VLR设备加以必要的修改后装备。状态的变化
一个给定的移动终端设备2的操作人员可以将设备状态从“本地”改为“全球”或者相反，可以通过与卫星系统网的操作人员通信，人工将数据送入存储器54的相应存储位置，也可以通过在键盘38上键入一个序列，也就是说通过向移动终端设备2输入一个信号来实现。
在前一种情况下，处理器58向指配的有效节点6发送一个改变状态的信号，该节点6就相应更新在它的存储器48内的记录；在后一种情况下，从移动终端设备2接收到的键入序列通过卫星4中继给有效节点6，由它将改变状态作为一个信号发送给数据库站15，处理器58依此更新存储在存储器54内的记录，再发回信号，使有效节点6在它的存储器48内进行同样的更新。最好采用这种类型的信号交换技术，以保证存储在中心存储器54内的记录与存储在各节点站6内的记录保持一致。
虽然与本发明没有密切关系，但显然是存储器54或48可以存储一些与用户或设备2有关的其他信息，而所有存储在存储器内的信息都可以通过从其他源(例如在移动终端设备2内可得到的、使用例如全球定位系统(GDS)的定位装置)人工输入或发送信号加以更新。所存储的有关用户或设备2的任何改动都通过信令链路60以消息形式中继给中心数据库站15，再从此分配给有效节点6。
特别，保存在“归属”网关8的其他信息至少包括移动终端设备2使用卫星系统网的计费记录。呼叫的建立和路由选择
下面将说明本发明中发向和来自移动终端设备2的呼叫的路由选择过程。作为例子，是对发至和来自通过PSTN网可及的固定终端12的呼叫进行说明的，然而可以立即看到，同样的原则能适用于发至和来自通过公用陆地移动网(PLMN)可及的地面移动终端的通信。1.本地用户的本地呼叫A.固定对移动的呼叫
首先，将结合图9说明移动终端设备2作为“本地”用户登记的情况。
作为最近的网关8a的“本地”用户登记的移动终端设备2a具有一个可由与网关8a连接的PSTN 10a识别为与卫星业务网有关的拨号号码。
固定终端12a拨号，通过本地PSTN节点16a，呼叫经PSTN 10a送至本地网关8a。网关8a向数据库站15发送一个含有移动终端设备2a的拨号号码的查询消息。数据库站15在回答中发回信息，指示终端设备
2a是作为本地用户登记的，而且是可及的(即当前正处在网关8a的本地区域)，在这个实施例中，还有可用来与移动终端设备2a接触的节点6a的标识码。
网关8a建立经地面网线路14a至地面站节点6a的连接，传送需呼叫的移动终端设备2a的拨号号码。地面站节点6a将呼叫安排到播发给卫星4a(最好还播发给至少另一个卫星4b，见我们以前的申请GB-A-2293725的上行链路内的适当的时频多路复用信道。
卫星4a对上行链路信号分路后，将呼叫安排到它的一个波束的时/频隙内，播发给移动终端设备2a。然后，建立一个从移动站2a返回的相应返回链路，该信道在呼叫期间一直保持开放。呼叫结束后，地面站节点6a向本地(归属)网关8a发送计费信息，以便对移动终端2a连续计费。B.移动对固定的呼叫
当一个本地登记的移动终端2a在许可它通信的区域内希望发起对一个固定站12b的呼出时，如图10所示，终端2a经卫星4a向地面站节点6a发送一个含有固定终端12a的拨号号码的消息。
地面站节点6a向数据库站15发送一个查询消息，确定移动终端设备2a所登记的归属网关8a后，建立经地面网线路14a对归属网关8a的呼叫，发送固定终端12a的拨号号码。网关8a将这拨号号码传送给与它连接的本地PSTN 10a，从而建立了呼叫。
通过线路14和PSTN 10a的电路在呼叫期间一直保持着。呼叫结束后，地面站节点6a象上面那样向归属网关8a发送计费信息。2.本地用户的国际呼叫A.固定对移动的呼叫
如图11所示，一个处在不同国家的固定终端12b象前面那样拨出了一个移动终端2a的拨号号码。本地交换局16b和PSTN 10b对前缀进行识别，确定这是一个对国际卫星网的呼叫，从而将呼叫传送给与PSTN10b连接的本地网关站8b。
网关8b向数据库站15发送一个含有被叫移动终端2a的拨号号码的查询信号。在回答中，数据库站15发回移动终端2a作为一个本地终端登记的信息，并且提供移动终端2a的归属网关8a的拨号号码。
网关8b一直开放着来自PSTN 10a的连接，建立一个返回到PSTN10a的连接，传送归属网关8a的拨号号码。PSTN 10b识别为国际呼叫的这个拨号号码经国际交换中心20a、20b和跨国链路21传送给归属网关8a，使网关8a建立经专用线路14a至它所连接的地面站节点6a的连接，于是呼叫象前面那样经卫星4接至移动终端2a。
因此，在这个实施例中，当一个来自本地用户的呼叫从一个不同的区域(例如不同的国家)发起时，这个呼叫首先发向本地卫星系统网关8a，由它确定移动用户的归属网关，然后通过国际公用电话交换网(PSTN)继续传送呼叫。B.移动对固定的呼叫
这个过程与前后结合图10所作的说明相同，因为提供给归属网关8ar拨号号码含有建立对远地PSTN 10b和被叫终端12b所必需的国际拨号前缀；网关所连接的第一PSTN 10a将按照移动终端2a提供的拨号号码拨通。3.出区本地用户
如前面所述，一个本地登记的终端2如果不在它的区域内，就得不到服务。在呼入的情况下，如前面结合图9或11所说明的那样，数据库站15接受查询，但在回答信号中将指出这个终端设备2的状态是不可及状态，因此对于这种呼叫不必建立一个国际呼叫而立即终止。所以，这种移动终端2如果发起呼出，将不会成功。4.全球用户A.固定至移动的呼叫
如图12所示，这个过程的开始几个步骤与前面几种情况的相同。固定终端12b拨出移动终端2a的拨号号码。本地PSTN 10b识别出这个号码与卫星业务网有关，将呼叫传送到本地网关8b。例如，移动终端2a的呼叫号码可以带有一个国际拨号代码前缀，从而使呼叫通过PSTN 10b传送到PSTN 10b的国际交换中心20b，从此再传送到网关8b。
在网关8b，网关站向数据库站15发送一个含有被叫移动终端2a的呼叫号码或标识码的查询消息。数据库站15回答一个消息，指出移动终端2a的状态是全球状态，并含有可用来与移动终端2a接触的地面站节点6a的标识码。
于是，网关8b经它的本地节点站6b通过专用地面网线路14建立一个经专用线路14b至有效地面站节点6a的连接。然后，有效节点站6a建立经卫星4a至移动终端设备2a的链路，如前面所述。
呼叫结束后，有效地面站单元向移动用户2a的归属网关发送计费数据。
因此，从这个实施例中可以看出，在为一个对全球用户而不是本地用户的呼叫的路由安排中，呼叫首先到达的网关8设计成将呼叫传送到有效地面站节点是经过专用地面网线路14，而不是象对本地用户呼叫的情况那样经过PSTN。
在这种情况下，移动终端设备2a的归属网关在传送过程中并不起作用，这正是技术上所希望的，因为归属网关可能在地球上无论离主叫终端12b还是离有效地面站节点6a都很远的地方。这样，从主叫网关8b(通常在地理上是接近主叫终端12b的)至有效地面站节点6a的路由选择经专用地面网线路14比较直接。利用专用线路14，再加上经卫星4的卫星链路，不会使所形成的总链路的连接质量下降到不可容忍的地步。B.移动对固定的呼叫
参见图13，当一个移动终端2a企图发起一个对固定终端12b的呼出时，它通过发出固定终端12b的拨号号码(含有国家代码)信号发起一个呼叫，经卫星4a传送到地面站节点6a。
地面站节点6a从拨出的国家代码确定接到(或最接近)固定终端12b所连接的PSTN 10b的网关8b，通过形成地面网的专用线路14建立一个接到这个网关8b的电路，中间经过与网关8b连接的地面站节点6b。
目的网关8b经PSTN 10b的国际交换中心20b将拨出的固定终端12b的呼叫号码(去了国家代码)的剩余部分传送到PSTN 10b，然后，呼叫被传送到固定终端12b。所建立的电路在呼叫期间一直保持开放。
呼叫结束时，有效节点6a向移动终端设备2a的归属网关发送计费信号，如前面所述。
因此，可以看到，在这种情况呼叫也是经过专用地面网14而不是经过国际PSTN线路21(如前面对于本地登记的用户那样)进行的，从而能得到较好、较直接的连接而不涉及移动终端2a的归属网关(它可能离移动终端或固定终端很远)。移动对移动的呼叫
移动对移动的呼叫就象(上述)移动对固定的呼叫接着(上述)固定对移动的呼叫那样进行。因此，两个全球移动用户之间的呼叫以及全球移动用户对本地移动用户的呼叫和本地移动用户对全球移动用户的呼叫，在主叫和被叫这两个有效地面站节点之间完全通过专用地面网传送。然而，本地移动用户对本地移动用户的呼叫主要通过PSTN传送。本地呼叫的编号
在上述这些实施例中，分配给移动用户的拨号号码具有“国际”前缀，后接一个代码，与任何国内PSTN都不一致，但与卫星业务网一致。
然而，同样也可以提出一种实施方式，使这种号码确实具有与某个PSTN或PLMN一致的前缀代码。在这种实施方式中，说明需要在以下几个方面加以修改。本地网关8a等接到PSTN的一个本地交换局。当一个固定用户拨了一个移动用户的号码时，这个呼叫通过PSTN或者传送到这个本地交换局(如果是在这个固定用户所在的同一个PSTN内)，或者再通过这个PSTN的ISC经国际电路传送到这个本地交换局所在的一个远地PSTN。
在这个本地交换局内，这个拨号号码被识别为属于卫星移动系统，从而建立一个至本地网关8a的呼叫。此后，过程就如前面所述的那样进行，呼叫有选择地或者经过专用地面网或者经过PSTN(或PLMN或其他网)传送。有效网关的选择
在以上所说明的这些实施例中，数据库站15为每个移动用户设备2存储着根据可以在呼叫开始或联机时执行或者在呼叫期间反复执行的登记过程而得到的各自有效地面站节点6的指示。
在另一个实施例中，数据库站15的处理器58设计成在启动对移动用户设备2的呼入或呼出时选择有效地面站节点6。
如图14所示，移动用户设备2a位于地球表面，而卫星4a、4b相对设备2a而言都位于较大的仰角处。如图所示，各卫星4a、4b对于两个地面站6a、6b也都位于较大的仰角处。
因此，设备2a与其他通信系统的互连可以通过以下几个路由之一实现：
2a-4a-6a；
2a-4a-6b；
2a-4b-6a；
2a-4b-6b。
一般来说，这些链路的信号质量是不同的。在图14所示的例子中，采用最短的上行链路和下行链路的路径，即2a-4a-6a，可以得到最好的链路质量，而采用最长的信号路径，即2a-4b-6a，可能是最差的。最短的路径传输时间延迟最小。此外，由于这条路径涉及的都是大仰角，因此所遭到的大气和地面衰减以及多路径影响也就最小。
因为与卫星4a和地面站6b相比，移动用户设备2a可用的发射和接收装置的功率或质量比较低，所以信号质量可能主要取决于移动设备2a与卫星4a之间的链路。最好，象在我们以前的申请GB-A-2293725中所揭示的那样，同时通过这些链路进行通信。
由于卫星4都是在已知轨道上运行，而地面站6的位置也都是预先知道的，因此处理器58能够对于任何给定的移动用户设备位置计算出在一天的任何时刻哪个是最短的移动设备-卫星链路和哪个是最短的移动设备-卫星-地面站链路。通常，在一个移动设备2和一个地面站6之间的可能链路中有几个链路的质量可能都是可接受的。在这种情况下，可以再根据其他一些因素来确定有效地面站的选择。首先，移动终端2可能是以“本地”用户登记的，因此只有权使用其中一个地面站6。在这种情况下，就选择这个地面站，即使是到这个地面站的链路质量并没有到另一个地面站6的链路那样高。
此外，由于卫星4的运动(这些卫星并不在地球同步轨道上)，值得采用的链路可能不是在呼叫发起的瞬间路径最短的那个链路，因为这个卫星可能就要远去。因此，这导致选择这样一个地面站，它安排成经一个将在比较长的一段时间内看到的不同卫星进行通信，而相应的链路质量比较低，这要优于一个相应的链路质量比较高正在跌落的卫星。
在移动对移动的呼叫的情况下，如果一个第一移动终端设备正在经一个第一地面站6通信，而这个地面站6是能用来建立接到被叫移动终端设备2a的几个地面站中的一个地面站，那么可能最好选择这个第一地面站，这样就避免了必需通过专用地面网或陆地PSTN传送这个呼叫。
最后，如果其他因素都相同，那么可以根据几个可能的有效地面站各自承载的业务量来从中选择一个有效地面站6，这样可使业务量在各地面站之间分配得更为均匀一些。
图15示出的是移动终端设备2a位于地球表面靠近某些阻挡结构1000如多山地带或高大建筑物处的情况。在这些环境下，从移动终端2a到最接近的卫星4a和地面站6a的这个路径可能被堵塞。
然而，如图所示，还可以有一条低仰角的通达较远的卫星4b的视线。这个远距卫星4b可能能够与最接近移动终端2a的地面站6a通信，但是从卫星4b到这个最近地面站6a的路径可能很长，因此对于卫星4b而言最好是通过离移动终端2a较远的地面站6b或6c通信。甚至这两个远距离的地面站6b和6c中，经离移动终端设备2a更远一些的那个地面站6c的链路质量可能要比经较近的地面站6b的好一些。
因此，在这个实施例中，并不是只依赖离移动终端设备2最近的地面站6或从卫星星历计算出具有最好链路质量的地面站6，在选择有效地面站前还要对分别经各地面站的相应链路的链路质量进行测试。对移动终端的呼叫
下面结合图16说明数据库站15的处理器58响应一个对移动用户设备的呼叫所执行的过程。处理器58在步骤100访问存储器54，在步骤102从存储器54读出被叫移动用户设备的移动位置和状态数据。
在步骤104，控制电路58检验是否状态为“本地”，如果是，则在步骤106处理器58利用移动位置和所存储的卫星星历数据进行计算，确定是否移动用户设备2处在能与一个许可的地面站(即配合允许这个本地用户在内移动的地理区域或部分卫星通信系统的地面站)通信的位置。
如果不是，就在步骤108通过例如发送用户不可及(出区)的信号终止呼叫。如果用户是处在能与一个许可的地面站(例如与用户所登记的PSTN直接连接的地面站)通信的位置，就在步骤110指配这个地面站为有效地面站。
如果在步骤104确定用户的状态是“全球”而不是“本地”，就在步骤112中处理器58利用移动终端位置和卫星星历数据计算出各个可能的移动终端-卫星-地面站链路的预期信号质量(信号强度和延迟时间)，选出两个最佳地面站。
然后，在步骤114，数据库站发送一个招呼信号，经信令链路60送至在步骤112计算确定的两个最佳地面站，从那里再经一个公共信令广播信道、经与这两个地面站中任一地面站通信的各个卫星送至移动用户设备2。
移动用户设备2如果是接通的，就以公共招呼频率广播一个回答信号进行响应。这个回答信号经在移动终端设备可接触范围内的所有卫星4返回到与这些卫星可通信的所有地面站6。在这些地面站6，各自测量移动终-卫星-地面站链路的质量，根据例如误码率、频率误差等估计信号质量。
然后这些地面站各自将接收质量的测量结果经信令链路60发回数据库站15的处理器58。在步骤116，处理器58接收到这些回答信号。
在步骤118，对所测得的链路质量进行鉴定，如果三个链路的质量都超过最低链路质量要求的话保留这三个最佳链路。在步骤120，控制电路58确定送出呼叫的地面站(对于来自另一个移动用户终端设备的呼叫)或最接近送出呼叫的网关的地面站(对于一个地面始发呼叫)是否为所选出的这几个地面站中的一个地面站。如果是，就在步骤122指配这个地面站为有效地面站。
这个措施由于保证了在呼叫质量可以接受的情况下处理呼叫所占用的只是一个地面站，因此大大减少了使用专用地面网。
如果在步骤120和122没有选择始发地面站(即对于一个用户始发呼叫，为接收这个呼叫的地面站；而对于一个地面始发呼叫，为与始发网关连接的地面站)，则控制电路58在步骤124对所选出的地面站顺次进行查询，而后接收到这些地面站发来的指示各自当前负荷(呼叫业务量)的信号。任何处理呼叫过忙的地面站可不被选为有效地面站(如果所有地面站都忙，则向主叫方发送一个指示这种情况的信号)。
经步骤126的检验后，如果有一个或几个地面站不忙，则在步骤132选出经过它的链路质量最高的地面站，然后在步骤134将这个地面站选定并指配为有效地面站。
在步骤110、122或134指配了一个地面站作为有效地面站后，将指示这个有效地面站的地址的信号发回给如在前面这些实施例中的始发网关或地面站，使呼叫得以建立。
在以上过程中，作为链路质量计算步骤112的部分，还可以考虑始发网关或地面站与各可能的有效地面站之间的各地面链路的性质，以免选择一个例如只能通过一个卫星链路接入的有效地面站。移动对固定的呼叫
当一个移动用户设备2发起一个呼叫时，在招呼信道中产生一个招呼信号，这个招呼信号被一个或几个卫星4截获。这些卫星将接收到的招呼信号转发给各自所接触的地面站6，这些地面站顺次测量接收信号的质量，并将这信号连同指示接收质量的信号发送给数据库站15。
如图17所示，数据库站15的控制单元58在步骤202接收到这些地面站6各自发来的招呼信号和质量信号后，在步骤204访问存储器54，在步骤206读出移动设备2的位置和状态。移动设备2的位置可以根据从各地面站6接收到的信号加以更新。
在步骤208，对移动设备2的状态进行检验，如果状态为“本地”，则在步骤210处理器58(利用移动用户设备位置数据和卫星星历数据)进行计算，确定是否设备可能具有一个经分配给它的地理区域的地面站的质量预期良好的链路，并且通过测量确定是否经这个地面站的实际链路质量满足要求。
如果这两个条件中的一个条件或两个条件都不满足，则呼叫在步骤212终止。如果两个条件都满足，则在步骤214指配这个地面站为有效地面站。
如果在步骤208确定用户设备的状态是“全球”，则在步骤216控制电路58确定目的地面站(也就是这样的地面站，呼叫会经个地面站通过专用地面网送至被叫号码的PSTN的网关，或者被指配或需指配为一个被叫移动用户设备2的有效网关的网关)是否为一个发出了一个链路质量良好信号的网关站，和是否为一个根据移动设备位置数据和卫星星历数据计算出具有良好的预期链路质量的网关站。
如果这两个准则都满足，则在步骤218将目的地面站指配为有效地面站。如果这两个准则有一个或两个都不满足，则在步骤220处理器58对那些接收发来信号的地面站进行查询(如前面的步骤124那样)，确定这些地面站忙的程度，然后在步骤222，确定哪些是忙的(即呼叫业务量负荷重)。
在步骤224，剔除负荷已经很重的各地面站，不再考虑。如果所有地面站业务量都已满载，则在步骤226终止呼叫。如果一个或几个地面站尚有容量，则在步骤228控制电路58选出测量出的链路质量最高的地面站。
如果有几个地面站的测量链路质量都能满足要求，那么还可以考虑根据移动用户终端位置数据和卫星星历数据预测的以后的链路质量。
在步骤134，将链路质量呈现最佳的地面站指配为有效地面站。
从上面所述可见，在这个实施例中，结合在一起加以说明的各种技术可以分别使用，以便获得某些有利之处。例如，可以只用测量的链路质量而忽略卫星星历，也可以只用根据用户终端位置数据和卫星星历数据计算得出的预期链路质量而忽略测量的链路质量。
虽然按照地面站忙的程度分配容量是方便的，然而并不一定要这样，也可以采用或配以其他方法来分配容量。
优先用源(对于呼入)或目的(对于呼出)地面站作为为移动用户设备服务的有效地面站(如果这给出可接受的链路质量的话)的这个特点十分有利，但也不是本质的。
无论在上面的实施例中所叙述的用户是本地或全球类的，都可以采用任何或全部上述改进。其他实施例
从上面所述可见，以上所说明的实施例只是实施本发明的一种方式。许多其他实施方式对于熟悉本领域的人员来说是显而易见的，都在本发明的专利保护范围以内。
例如，所指出的卫星和卫星轨道的数量纯粹是例示性的。可以使用数量较少的地球同步卫星或轨道较高的卫星；也可以使用数量较多的低地球轨道(LEO)卫星。同样，还可以使用不同数量的处在一些中轨道上的卫星。
虽然例举了TDMA作为合适的接入协议，但是本发明完全可用于其他接入协议，如码分多址(CDMA)或频分多址(FDMA)。
同样，虽然以上设想本发明的原理是针对卫星通信系统的，然而并不排斥将本发明扩展到其他通信系统的可能性。
虽然为了方便起见，在前面说明中所使用的“移动终端”标示的是终端2，但可以理解，移动终端并不局限于手持或手提终端，而包括例如安装在舰船、飞机或车辆上的终端。同样，对于终端2中有些是完全不移动的情况也可以实施本发明。
可以不设置一个存储全部终端设备2的详细情况的单独的中心数据库站，类似的情况可以存储在一个归属网关8内，所有的终端设备都向这个归属网关8登记。
为了减少专用地面网承载的业务量，可以在各网关8设置低比特率的编码解码器，使得卫星系统内的所有业务都被编码：在进入系统的入口处编码，而在系统的出口处解码。
在传送计费数据中，计费数据可以是实际需付款项的数据，也可以是占用时间的数据。
在上面所述中，网关8实际上可以是在ISC或交换局或移动业务交换中心(MSC)内通过配置执行网关功能的附加操作控制程序来实现的。
在上面所述中，对专用地面网线路作了说明，这是值得推荐的。然而，在例如得不到租用线路或者暂时需要额外容量来应付当时的业务条件的情况下，并不排斥使用PSTN或PLMN线路。
当然，网关8内的存储器与其他组成部分不必在物理上配置于同一地点，可以通过一个信令链路加以连接。
在上面所述中，虽然用的是“全球终端”术语，而且卫星系统最好应覆盖全球或地球的绝大部分表面，但本发明也可用于覆盖区域受较大限制(如一个或几个大陆)的类似系统。
可以理解，本发明中的各组成部分的地理位置并不重要，以上各实施例的系统的各个部分可以配置在不同国家的管辖区内。没有疑问，本发明可推广到能得益于将系统用户有选择地划分为本地和全球两类进行不同处理这种创意的电信设备或系统的任何部件或组成部分。
此外，可以采用根据用户状态以外的其他准则来选择PSTN还是选择专用地面网，例如可以考虑业务负荷情况，或者就根据业务负荷情况来进行选择。
本发明的以上和所有其他变型、实施例、变动或改进都应属于本发明的专利保护范围。

Claims (14)

1.一种使一个卫星移动通信系统用户终端与另一个电信用户终端互连的方法，所述方法包括：确定多个可能的、所述卫星系统用户终端可以通过它们经一个卫星进行通信的地面站；测量所述卫星系统用户终端经过所述多个地面站接收到的信号链路质量；根据至少一个所述接收到的链路质量选择多个地面站中的一个；以及将这两个用户终端通过所述选择的地面站互联。
2.一种按权利要求1所述的方法，所述方法还包括确定所述卫星系统用户终端的位置这一步骤。
3.一种按权利要求2所述的方法，其中根据考虑了所存储的卫星星历数据而预测的链路质量对所述地面站进行进一步选择。
4.一种按权利要求1所述的方法，其中所述其它电信终端设备经所述多个地面站中的一地面站得到互连，并且所述方法还包括确定所述多个地面站中的所述这个地面站是否象接续所述卫星系统用户终端所历经的地面站那样提供满意的链路质量这一步骤。
5.一种按权利要求4所述的方法，其中一个呼叫从所述其他电信终端发向所述卫星系统用户终端，所述多个地面站中的所述这个地面站构成了一个对于所述呼叫的始发地面站。
6.一种按权利要求4所述的方法，其中一个呼叫从所述卫星系统用户终端直接发向所述其它电信终端，所述多个地面站中的所述这个地面站构成了一个对于所述呼叫的目的地面站。
7.一种按权利要求1所述的方法，所述方法还包括评估经过所述多个地面站中每个地面站的业务状况的步骤。
8.一种按权利要求1所述的方法，其中所述多个地面站的每一个被连接到一个专用地面网络，并且这两个用户终端被通过该专用地面网络互联。
9.一种按权利要求1所述的方法，其中所述卫星系统用户终端与多个类别中的一个预定类别相关，而所述选择取决于所述类别。
10.一种使一个卫星移动通信系统用户终端与另一个电信用户终端互连的方法，所述方法包括：确定多个可能的、所述卫星系统用户终端可以通过它们经一个卫星进行通信的地面站，每个所述地面站都连到一个专用地面网；选择多个地面站中的一个；以及将这两个用户终端经由所述选择的地面站通过所述专用地面网互联。
11.一种使一个移动终端经一个卫星和一个卫星地面站与一个地面通信链路连接的方法，所述方法包括建立一个通过所述地面站和所述通信链路之间的一个地面长途网的路由，并保证所述路由尽可能不包括卫星链路。
12.一个用来指配一个用来使一个卫星系统用户终端与另一个电信终端互联的地面站的设备，这个设备根据权利要求1-11中的任一个的方法来工作。
13.一种卫星移动通信系统，所述系统规定了用户本地区域，并且拒绝对一个在其区域外的用户的接入。
14.用来使一个移动终端卫星通信系统与一个地面通信链路互连的卫星系统路由选择设备，所述设备包括路由选择装置，所述路由选择装置有选择地使所述通信链路与经一个通信卫星和一个地面站都可接至所述移动终端的第一和第二通信信道中的一个信道互连，其中所述第一信道经公用电话交换网连接，而所述第二信道经一个卫星系统地面网连接。
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