CN1539212A - 卫星上行链路功率控制 - Google Patents

Abstract

描述用于卫星通信系统中上行链路功率控制的系统和方法，所述卫星通信系统包括与应用本发明的入口站(3)和至少两个其它入口站(4)通信的对地静止卫星(2)。本发明使用卫星通信系统中现行的通信信号来补偿诸如起伏和雨衰落效应的大气畸变。本方法相对于把本发明用于通信系统中的入口站是对称的，因此增强了对系统中所有通信信号的调节能力。

Description

卫星上行链路功率控制

发明领域

本发明涉及卫星通信领域，具体地说，涉及分别根据权利要求1、8、15和16的用于对地静止卫星通信系统的抗起伏功率控制技术。

发明背景

卫星通信系统一般包括一个或多个入口站、卫星和多个用户站。入口站提供与地面网络的接口，并且向卫星发送高频通信载波以及从卫星接收高频通信载波。卫星的功能有点像通信载波的放大器和/或频率转换器。用户站可以是固定或移动的。在包括为大量小型用户站(固定或移动)服务的少数大型入口站的系统中，卫星的费用通常由前向传输链路(即从入口站到用户站)的特性决定。这归因于在用户站使用小型天线以便节省费用的要求，这样一来，为了保证规定的传输质量，要求卫星功率更大。为了系统有好的经济效益，要求前向链路有高的功率效率。

沿着从入口站到用户站的路径，通信载波可能受到多种影响信号质量或信号电平的效应的作用。

最重要的因素有：

●发射机增益的变化导致向卫星的输出功率的变化。

●上行链路的大气影响如雨衰落和起伏导致大的信号变化。

●卫星转发器信号增益的变化。

●下行链路大气影响如雨衰落和起伏。

这些影响的严重程度随着地面站天气情况和工作载波而改变。对位于地面的地面站(入口站或用户站)而言，随着大气影响的增大，由于较低的仰角增加了经过大气的路径长度，使得卫星看起来处于地平线上的阴影角中。

所有这些影响累加起来造成了地面所接收的信号电平的显著变化。反过来要求发射信号额外增大富裕量来保证最低限度的保证质量水平。所述富裕量降低了来自卫星的功率，降低了系统的容量，因而从整体上降低了系统的经济效益。

先有技术

上行链路功率控制系统已经在几个专利中介绍过了。这些专利提出了各种机制来维持卫星通信系统中，无论上行链路站所处的大气或其它扰动如何变化，来自卫星的发射功率均恒定不变。大多数的应用只关心和设计来补偿在传送路径中相对缓慢的变化，例如衰落，其时间常数的数量级为分钟。

美国专利4,567,485描述了一个系统，其中利用卫星产生的信标信号作为功率控制环中的参考电平来稳定卫星网络的各个站中的一个站。然后所述站又被用作网络中从属于第一个站的其它站的电平基准。这种系统依赖于其工作模式的卫星信标信号，所述卫星信标信号不可能在足够接近被稳定的信号频带的频率处获得。例如，大约3.9GHz的通常的卫星信标信号对于具有大约1.5GHz的通信载波的移动卫星通信系统是无效的。

美国专利4,752,967介绍了各种补偿在传送过程中使用网络中一个或两个其它站作为信标站的卫星地面站上行传送路径中的变化的各种方法。在其建议的方法中，不像在4,567,485专利那样，稳定一个特定的主站，而是选择具有最佳气象条件的地点的一个或两个站作为功率控制系统的基准。虽然所建议的方法能够相当有效地补偿缓慢的气象变化，但它们全都具有如下缺点：

必须存在这样的信标站，其气象条件的变化与被稳定的站比较足够小；

在任何所介绍的方法中，都没有补偿或者卫星的变化、本地站发射机的变化、或者两者，；

信标站上行链路的气象变化的或者100％或者一半左右被从信标站转移到本地站；

发射机的短期变化和/或信标站的长期变化或者100％或者一半左右从信标站转移到本地站；

发明综述

本发明的目的不仅在于对抗缓慢变化的雨衰落，还在于补偿特别是当卫星地面站以低仰角观看卫星时发生的快速起伏效应。这些变化是由电离层的起伏产生的，并且在几秒的时间段内能够引起显著的信号起伏，因此，那些严重依赖于低通滤波来去除由于外部参考载波(通常在10秒或更长时间)导致的错误的方案将不能补偿这种变化。

起伏还呈现出强烈的频率依赖性，使利用不同频带的信标信号对被稳定的通信载波的补偿方案变成无效。

本发明在其最佳实施例中针对上述先有技术中的所有缺点。这是用下述方法实现的：

使用大量的信标站，通常是3-5个，来估计本地下行链路的情况以减小对个别信标站特性的依赖性；

利用由当前个别特性决定的对信标信号的自适应加权来估计本地下行链路的变化的更先进的方法；

实施特殊机制来即时检测和随后压抑错误的和异常的信标信号；

在控制环路中包括本地射频基准，使得能够同时抑制传送路径上所有不需要的效应，而不会引入对其它不需要的有害效应的敏感性。

沿着信号的路径施加在接收的信号功率电平的变化由下面的方程给出：

ΔPrXus＝ΔTX_GW+ΔUp_GW+ΔSat+ΔDwn_US

其中，ΔTX_GW是导致向卫星的输出功率的变化的发射机增益变化；而ΔUp_GW是上行链路的气象效应，例如雨衰落和起伏所导致的大的信号变化；ΔSat是卫星转发器信号增益的变化；ΔDwn_US是下行链路的气象效应，例如雨衰落和起伏效应。

通过观察不同参数的标称电平值的变化可以观察和测量到这些信号电平的变化。本专业的技术人员都知道，与设备相关的参数具有它们的标称电平值，这些值由设备控制参数的标称设定值来决定。可以在天空晴朗的日子确认设定值。

本发明的目的在于最大限度地减小这些效应对通信系统信号质量的影响，使通信系统的质量永远像天空晴朗的日子一样。

为了尽量提高系统效率，在许多系统中普遍使用的方法是利用上行链路功率控制(Uplink Power Control，UPC)来维持从卫星发出的信号功率恒定。其方法是给入口站装备能够测量从卫星折返的本身载波(或导频载波)电平的测量接收机。所述信息用来沿相反的方向来调整所发射的电平，以消除信号被地面接收时的信号电平的变化。

为了尽量减小卫星功率和系统间干扰，最好使卫星输出端通信载波维持在预先确定的恒定水平，而与传送路径无关。通过对发射机、上行链路和卫星效应进行补偿来实现这一点。从入口站测量接收机获取的信号电平信息还包括下行链路效应和信号检测器(接收机)的变化。简单的系统使用经验信息来把所测得的总变化中固定的量分配给上行链路和卫星效应。实际上，下面的效应限制了本方案的用途，使之对许多系统不适用：

●上行链路效应和下行链路效应的比例不固定，而是呈现相当大的变化。

●接收机增益变化会引入相当大的功率调节精度误差。

●如果上行链路和下行链路频率明显不同则上行链路和下行链路起伏不一致，导致在起伏活动期间改善很小或没有改善。

如果卫星拥有一台工作在与从卫星发出的通信载波的下行链路相同的频带的信标发射机，则可以得到实质性的改善。使用卫星本身的稳定的信号电平发送信标信号，而且只会受到下行链路效应和入口站接收机错误的影响。通过将被折返的通信信号电平与信标信号电平相比较，就可以抵消下行链路效应，使控制信号只包含所需的成分。

在入口站接收的信标信号带有如下信号电平变化：

ΔBeac_GW＝ΔDwn_GW+ΔRx_GW

其中ΔRx_GW是入口站接收链的变化。

在入口站处接收的被折返的导频信号的信号电平变化是：

ΔPil_GW＝ΔTX_GW+ΔUp_GW+ΔSat+ΔDwn_GW+ΔRx_GW

用来控制发射机增益的差值变成：

ΔGain_GW＝ΔDwn_GW+ΔRx_GW-(ΔTx_GW+ΔUp_GW+ΔSat+ΔDwn_GW+Rx_GW)

简化后得到：

      ΔGain_GW＝-(ΔTx_GW+ΔUp_GW+ΔSat)

在卫星输出端的通信载波是：

      ΔP_Sat＝ΔGain_GW+ΔTx_GW+ΔUp_GW+ΔSat

进一步演化为：

ΔP_Sat＝-(ΔTx_GW+ΔUp_GW+ΔSat)+ΔTx_GW+ΔUp_GW+ΔSat＝0

如果信标发射频率和补偿后的通信载波之间的频率差别不是太大，使得气象条件对信标信号的干扰和对通信载波的干扰大致相等的话，则工作情况是良好的。

发明内容

有些系统没有任何用作起伏补偿的其频率足够接近通信载波频率的卫星信标发射机。作为示例，对地静止的移动卫星系统通常使用L波段信号(1.5/1.6GHz)。在卫星和移动终端之间，卫星和入口站之间的馈送链路使用C波段(6/4GHz)。卫星信标发射机在4GHz附近，所述频率不够接近准备用作上面所述的起伏对消的下行链路L波段信号频率。

因此，有必要另外寻找解决所述问题的办法。本发明利用这样一个事实，就是在拥有若干个入口站的网络中，每一个入口站都向卫星发射通信载波，被任何入口站同时接收到的这些载波可以利用来导出所述入口站当地的下行链路的气象情况。然后可以将这些信息反过来供上行链路功率控制系统使用，使得上行链路避免受到在入口站所在地下行链路普遍受到的不良影响，这类似于上面所述的使用信标发射机的情况。

附图说明

图1表示本发明所采用的系统，包括对地静止卫星2、使用本发明的入口站3，工作在同一颗卫星2的其它入口站4，多个用户站5与入口站3进行通信。用户站5可以是移动的或者是地点固定的。入口站3和4通过发送出局信号经卫星2与用户站5进行通信，而用户站5则利用经过卫星2的入局信号与入口站3和4进行通信。

图2A表示入口站3之一将出局信号10发射到卫星，而卫星接下来重新发送信号11沿着下行链路到用户站5。所述入口站通常还监视出局信号10(信号11)。

图2B表示用户站将入局信号20发送到卫星，卫星接下来重新发送信号21沿着下行链路到入口站3。

图2C表示入口站3借助信号31监视通过卫星工作的其它入口站4所发射的出局信号30。

图3表示对其发送的通信载波10实施功率控制400的入口站3的主要组成部分。它包括：用来发送接收信号10、11、31到卫星2的天线100；接收机链200；发射机链500；信号检测器300；功率控制功能400和任选的基准信号发生器600。

图4表示本发明的第一示范实施例。卫星2转发TDM(时分复接)信号30，并作为信号31被采用本发明的入口站3所监视。导频检测器310检测所接收的导频信号11的功率电平，而扫描检测器320找到所选的TDM信号31的功率电平，本发明利用这些参数来确定起伏和确定在发射链500中功率控制400所需的调整量。

图5表示本发明的第二实施例，除了图4所描绘的功能之外，它还包括接收链200中的基准信号600、用于表达接收系统中增益变化的特点，使得能够在最后调整环路中消除卫星2增益的变化。

图6表示实施本发明的最佳方式。接收装置310、320包括用于信号调节和信号调谐的电子线路，可以通过来自微控制器52的控制序列来调节所述接收装置310、320，以便接收不同的TDM信号31或导频信号11或基准信号600。模数转换器53将所接收到的信号11、31转换成数字形式，供执行本发明步骤的微控制器52的控制序列处理。数模转换器54将数字的UPC控制信号转换成适合于经由输出装置55连接到标准AGC(自动增益控制)功率放大器的输入控制信号的形式，所述输出装置55包括用于将所述信号连接到发射机链500的功率控制400的AGC输入端的必要的电子线路。

图7表示典型的功率控制系统的组成部分。

图8表示用于根据本发明的自适应下行链路估计器的算法的基本步骤。

图9表示用于增强的自适应下行链路估计器的算法的基本步骤。

最佳实施方式

在本发明的最佳实施例(图4)中，系统包括多个入口站4(N1到Nn)，每一个入口站都不中断地发送通信载波或信令载波(例如TDM即时分复接载波)30。

来自入口站N1 4的TDM 31在入口站3处被接收，所述站的接收机链200的输入端采用本发明，其信号电平变化如下：

ΔTDM_GwN1＝ΔTX_GwN1+ΔUp_GwN1+ΔSat+ΔDwn_Gw+ΔRx_Gw

类似地，来自入口站Nn 4的TDM接收时具有如下信号电平变化：

ΔTDM_GwNn＝ΔTX_GwNn+ΔUp_GwNn+ΔSat+ΔDwn_Gw+ΔRx_Gw

入口站4的地点相互之间隔得很远，这样彼此的气象条件可以假定为互不相干的。同样，发射机的变化也是独立的。通过对载波31的多个信号电平取平均并施以适当的本专业的技术人员所熟知的信号处理，其独立项可以蜕化为无关紧要的噪声项。经过这样处理之后，结果平均值可以表达为：

ΔTDMM_ean＝N+ΔSat+ΔDwn_Gw+ΔRx_Gw

其中，N表示经过取平均处理后的残留噪声。对载波31的每一个信号电平的测量或者由一组接收机(一台对应一个TDM 31信号)执行，或者由能够迅速连续测量载波31的每一个信号电平的扫描接收机执行，或者二者相结合。扫描接收机和取平均的过程在起伏发生的过程中，必须迅速而且精确地跟踪气象环境的变化。实际速度取决于所涉及的载波频率。

被折返的导频信号11在入口站3处被接收，其信号电平具有如下变化：

ΔPil_Gw＝ΔTX_Gw+ΔUp_Gw+ΔSat+ΔDwn_Gw+ΔRx_Gw

用来控制发射机500增益的差值变成：

ΔGain_Gw＝N+ΔSat+ΔDwn_Gw+ΔRx_Gw-(ΔTX_Gw+ΔUp_Gw+ΔSat+ΔDwn_Gw+ΔRx_Gw)

约简后得

ΔGain_Gw＝N-(ΔTX_Gw+ΔUp_Gw)

在卫星2输出端的通信载波信号电平的变化为：

ΔP_Sat＝ΔGain_Gw+ΔTX_Gw+ΔUp_Gw+ΔSat

进一步变为

ΔP_Sat＝N-(ΔTX_Gw+ΔUp_Gw)+ΔTX_Gw+ΔUp_Gw+ΔSat

化简后得到

              ΔP_Sat＝N-ΔSat

气象条件的改变和入口站3信号电平的变化已经被消除了，其残留的误差只剩下卫星信号电平的变化和小的噪声项。

本发明的另一个实施例由图6表示。将基准信号发生器600用于入口站3的接收子系统200使得能够实时测量接收机链200的增益变化。

正如在本发明的第一个示范实施例那样，来自不同的入口站4的TDM信号31的信号电平取平均过程和测量过程将产生平均变化电平信号：

        ΔTDM_Mean＝N+ΔSat+ΔDwn_Gw+ΔRx_Gw

所述平均值经过具有截止频率的高通滤波器，去除估计值中缓慢的卫星2的变化，但让快速的起伏通过。所述过程还去除了入口站接收机系统200中缓慢的增益变化，其结果得出如下电平信号的变化：

              ΔTDM_Mean＝N+ΔDwn_Gw

对所接收的每一个TDM 31信号的信号电平进行高通滤波，然后对信号电平取平均。

所述滤波器可以采取如下形式实现：

               TMP_t＝K_t*P+(1-K_t)*TMP_t-1

                    P′_t＝P-TMP_t

其中TMP_t是在当前时刻t的暂态变量，K_t是从0到1之间的系数集；P是TDM 31的当前被测量的功率，此时扫描检测器320被调谐到时刻t；TMP_t-1是暂态变量在先前的样值值；而P′_t是所需的TDM 31信号功率电平的高通滤波器值。

所测量的在接收系统200的输入端注入的基准信号电平的变化是：

                ΔRe_Gw＝ΔRx_Gw

将所述值加到TDM估计值中得出如下值：

           ΔTDM_Mean′＝N+ΔDwn_Gw+ΔRx_Gw

在入口站3所接收的折返导频信号11具有如下的信号电平的变化：

     ΔPil_Gw＝ΔTX_Gw+ΔUp_Gw+ΔSat+ΔDwn_Gw+ΔRx_Gw

用作控制发射机500增益的差值变成：

ΔGain_Gw＝N+ΔDwn_Gw+ΔRx_Gw-(ΔTX_Gw+ΔUp_Gw+ΔSat+ΔDwn_Gw+ΔRx_Gw)

约简后有

       ΔGain_Gw＝N-(ΔTX_Gw+ΔSat+ΔUp_Gw)

在卫星2输出端的通信载波信号变化电平为：

       ΔP_Sat＝ΔGain_Gw+ΔTX_Gw+ΔUp_Gw+ΔSat

代入相关式子变成

ΔP_Sat＝N-(ΔTX_Gw+ΔSat+ΔUp_Gw)+ΔTX_Gw+ΔUp_Gw+ΔSat

化简后变成

                    ΔP_Sat＝N

只剩下小值噪声项。

在本发明所公开的两个示范实施例中，噪声项是小的。但是，为了进一步减小噪声项，可以应用以下步骤来进行多值TDM估计值计算：

1.如果来自入口站4的TDM 31的功率电平跌落到预先确定的阈值(Thr1)以下，它所测量的功率电平值在取平均的过程中用一个常数值去代替，以便限制入口站4发生故障时对性能的影响。

2.如果任何特定的TDM 31信号的功率电平的瞬时值偏离所有TDM 31的功率电平的瞬时平均值大于第二预先确定的值(Thr2)的时间长于1秒，则其值被所述取平均过程的常数值所取代。这样就会大大减小在入口站4发生的本地上行链路起伏对功率调节的影响。

3.如果所有TDM 31的当前平均值与先前一个处理样值的平均值的电平差值的绝对值在第三阈值(Thr3)之下，则将所述平均值用具有适当带宽的低通滤波器进行滤波。如果Thr3被超过，也就是说，在入口站3处检测到的起伏现象超过Thr3，则增大滤波器带宽，只要上述条件满足，就启动快速跟踪方式去精确跟踪并压抑所述起伏现象。

步骤3的低通滤波器具有如下形式：

D_t′＝K₂*D+(1-K₂)*D_t-1′

其中，D_t′是在当前取样时刻t的滤波器输出；K₂可设置为0与1之间的两个不同数值之一，视第三个差值的绝对变化率是大于还是小于预定的阈值Thr3而定，从而实现快速跟踪方式；D是普适的第三差值，而D_t-1′是先前样值的滤波器输出。

有几种方法可以在现行的通信地面入口站3中实现本发明。本发明要求入口站的发射机能够实现电子增益控制。如果现存设施没有装设这一部分。这种功能的获得，可以通过包括标准的自UPC(上行链路功率控制)控制器来实现，这是本专业的技术人员都知道的。所述UPC控制器通常只接受导频信号11的控制，现在接受输出信号ΔGain_Gw的控制。可以选择开环或闭环控制结构实现功率控制，通常通过UPC控制器的设置命令实现。

图7还给出了另一个实施例，整个控制系统和以前一样，但使下行链路的估计自适应。根据其当前的各别特性对TDM 31信号采用自适应加权的下行链路变化的基本估计器的算法步骤(图8)，如功能方框图所示。

方框101：高通滤波器信号电平。

其输入是被扫描检测器320所检测到的TDM 31信号的电平。

每一个检测到的TDM 31信号电平通过单独的高通滤波器。其形式是从信号本身减去信号通过低通滤波后的版本。其输出表示电平相对于长期平均值的瞬时变化。

方框102：计算瞬时变化。

本方框将从方框101的输出信号作为它的输入。

它计算每个信号的变化与其它信号变化的平均值之间的差值。然后再计算所述差值的绝对值。

方框103：低通滤波器变化。

本方框将以方框102的输出作为它的输入信号。

它产生变化值的低通滤波后的版本。所述滤波器的输出是每一个载波相对于所有TDM 31载波的平均值的当前变化的估计值。

方框104：计算相对权重。

本方框将以方框103的输出作为它的输入信号。

它计算每个信号的权重，使得各信号乘以权重之后对变化的贡献相同。这就是说，相对的权重是变化的倒数。

方框105：将权重归一化。

本方框将以方框104的输出作为它的输入信号。

本步骤将权重归一化，使所有权重的和为1，同时维持权重之间的相对比率，也就是说，归一化权重等于相对权重除以相对权重之和。

方框106：计算下行链路的估计值。

本方框将以方框101和方框105的输出作为它的输入信号。

它计算下行链路估计值的过程是，首先将方框101输出的电平变化乘以从方框105输出的与之相联系的归一化权重。将所得到的积求和得到下行链路的瞬时估计值。

方框107：低通滤波器估计值。

本方框将来自方框106的输出作为它的输入信号。

它产生下行链路估计值的低通滤波后的版本。其时间常数是根据起伏的特点来优化的(几秒钟或更小)。

图9表示了本发明的最佳方式实施例。这是图8所示的估计器通过增加特殊事件检测器而形成的增强版本。所述增强版本的估计器的工作步骤如图9各个方框所示。除了增加了方框208、209和210等方框所表示的步骤之外，其余步骤与图8是相同的。这些方框的步骤检测TDM 31信号的异常，然后立即采取步骤防止错误被引入到控制环路。

方框201：高通滤波器信号电平。

其输入是来自扫描检测器320的TDM 31信号的电平。

使每一个所检测到的TDM 31信号电平通过单独的高通滤波器。其形式是从信号本身减去信号的低通滤波器版本。其输出表示电平相对于其长期平均值的瞬时变化。

方框208：检测载波的存在。

其输入是来自扫描检测器320的信号。

将每一个被检测的TDM 31信号电平与预先确定的阈值作比较，如果所述电平在阈值之上，则与所述信号相关联的限定符的值被设定为1，否则被设定为0。

方框202：计算瞬时变化。

本方框将来自方框201的输出信号以及方框208输出的限定符作为它的输入。只有限定符等于1的信号才被处理。

它计算每一个合格信号的变化与所有TDM 31合格信号变化的平均值之间的差值，然后计算上述差值的绝对值。然后将所述绝对值提升到n次幂，通常n等于2到4，这取决于估计值过程有多少TDM可以利用。

方框203：低通滤波器变化。

本方框将来自方框202的输出作为它的输入信号。

它产生变化的低通滤波器版本。滤波器的输出是每个载波的当前变化相对于TDM 31载波平均值的估计值。

方框204：计算相对权重。

本方框将来自方框203的输出作为它的输入信号。

它计算每一个TDM 31信号的权重，使得乘以权重以后，每一信号所贡献的变化相同。也就是说，所算得的相对权重是在方框203算得的变化的倒数。

方框209：检测异常载波。

本方框将来自方框204的输出作为它的输入信号。

将每一个TDM 31信号的瞬时变化与预先设定的阈值作比较。如果电平的变化小于所述阈值，则将与所述信号相联系的第二限定符设定为1，如果大于阈值，则设定为0。

方框210：抑制异常载波

本方框将来自方框204的输出以及来自方框209的第二限定符作为它的输入信号。第二限定符等于1的信号被送到输出端；而第二限定符等于0的信号被截留下来作进一步处理。

方框205：将权重归一化。

本方框将来自方框210的输出作为它的输入信号。

它将权重归一化，使得所有的权重的总和等于1，而维持权重之间的相对比率不变。也就是说，归一化权重等于相对权重除以相对权重的总和。

方框206：计算下行链路估计值。

本方框将来自方框201和方框205的输出作为它的输入信号。

它计算下行链路估计值的方法是，首先将来自方框201的输出电平变化乘以来自方框205的相应归一化权重，然后将所得到的乘积求和而得到瞬时下行链路估计值。

方框207：低通滤波器估计值。

本方框将来自方框206输出作为它的输入信号。

它产生下行链路估计值的低通滤波后的版本。时间常数是根据起伏的特性进行优化过的(几秒或更小)。

本发明的最佳方式实施例是用包括“多信道起伏和衰落处理接收机”的配置来替换在传统的上行链路功率控制系统中通常使用的导频信号11检测器和配置。如上面介绍的示范实施例所描述的那样，所述方框和传统的UPC一起执行本实施例的优选步骤。

多信道起伏和衰落处理接收机如图6所示，它包括载波信号输入11、31以及它们各自的接收机310和320。模数转换器电路5 3将载波信号31的信号电平和导频信号11的电平转换成适合于微型控制器52处理的二进制形式。在微控制器运行的微程序执行如上面在本发明的示范实施例中所描述的本发明所需的步骤。微程序的输出通过输出装置55馈送到数模转换器54再被送到UPC(上行链路功率控制)单元的AGC(自动增益控制)的输入端。微程序读取导频接收机310所测量的信号11和高频基准信号600的信号电平，以及扫描接收机320所测量的TDM 31信号的电平。在微控制器52的小型多任务实时程序系统中实现的最佳方法是让程序每100毫秒(ms)去测量导频信号11以获得连续的功率调整。而TDM 31的扫描速率要求可以放松，每一秒完成一次或更低。

应该根据基于被接收信号质量的统计分析来选择作为本方案的一部分(通常最少5个)的入口站4。最少每月一次从可能的站4中选出。在本方案中应该选择具有最佳信号质量的站4以便获得最佳的稳定效果。射频(RF)基准信号600被直接的射频耦合器注入到射频信号通道中，而射频耦合器则从标准的信号发生器中取得信号。

本发明的主要好处是在最佳实施例中当将本发明应用到同一通信系统的几个入口站时的对称性。如果我们还将本发明应用到入口站4，把它与最佳实施例中所描述的入口站3一样看待，并像入口站3一样使用入口站4，那么，通过调节用来稳定通信系统中上行链路功率的信号，入口站3和入口站4两者将调节其出局信号功率电平，从而提高总体信号质量。

Claims (16)

1.一种用于在卫星通信系统的第一地面入口站(3)中实行上行链路功率控制的方法，所述卫星通信系统包括对地静止卫星(2)、在地理上分散的经过所述卫星(2)传送信号载波(30)的至少两个其它地面入口站(4)和多个用户站(5)，所述方法包括如下步骤：

从所述第一地面入口站(3)发送第一出局信号(10)到所述卫星；

在所述第一地面入口站(3)接收从所述卫星(2)折返的所述第一出局信号(11)并确定所述第一出局信号(10)的功率电平。

其特征在于：

在第一所述入口站(3)接收来自所述卫星(2)的由所述同一通信系统的至少一个第二入口站(4)和至少一个第三入口站(4)发出的的信号载波(31)，确定来自所述入口站(4)的信号(31)的信号功率电平，以及来自所述第三入口站(4)的信号(31)的信号功率电平；

如果所述信号(31)之一的功率电平在针对所述信号功率电平的第一预先确定的阈值之下，则用预先确定的标称功率电平取代在所述第一入口站(3)从所述第二入口站(4)或从所述第三入口站(4)接收的任何接收信号(31)的信号功率电平；

在所述第一入口站(3)中计算来自所述第二入口站(4)和所述第三入口站(4)的所述信号(31)的所述信号功率电平的平均值；

计算来自所述第一入口站(3)的所述第一出局信号(10)的所述第一信号(11)功率电平与从所述卫星(2)折返到所述第一入口站(3)的出局信号的标称信号功率电平之间的第一差值；

计算来自所述第二入口站(4)的所述第二信号(31)和来自所述第三入口站(4)的所述第三信号(31)的所述平均信号功率电平与来自所述第二入口站(4)的信号和来自所述第三入口站(4)的信号的标称平均功率电平之间的第二差值；

计算由所述第一差值与所述第二所述差值的差值形成的误差信号；

在所述功率电平的容许范围内，根据所述误差信号按照一定量调整所述第一入口站(3)的出局信号的功率电平。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于以下步骤：

在所述第一入口站(3)利用以下形式的高通滤波器对超过所述第一预先确定的阈值的所有所述信号(31)的接收信号电平进行高通滤波：

              TMP_t＝K_t*P+(1-K_t)*TMP_t-1

                    P′_t＝P-TMP_t

其中TMP_t是在当前时刻t的临时变量，K_t是其值设定在0到1之间的系数，P是入口站(3)在时刻t接收的信号(11，31)的当前测量功率，TMP_t-1是临时变量TMP的先前样值值，而P′_t是所述信号(31)的功率电平的所需高通滤波器值。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于以下步骤：

如果所述信号(31)的接收电平小于所述第一阈值则用0来取代所述高通滤波器的输出。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于在于以下步骤：

如果所述接收的信号功率电平(31)偏离所述第二接收的功率电平信号(31)和所述第三功率电平信号(31)的当前平均信号功率电平的量超过第二预定的阈值，则在取平均的过程中用恒定的标称值代替当前接收的信号功率电平(31)。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于以下步骤：

如果所述当前平均值与前一个处理步骤的平均值之间的第三差值小于第三阈值，则对来自所述第二入口站(4)的所述第二信号(31)和来自所述第三入口站(4)的所述第三信号(31)的信号电平的平均值进行低通滤波，所用的低通滤波器具有如下形式：

                 D′_t＝K₂*D+(1-K₂)*D′_t-1

其中，D′_t是在当前取样时间t的滤波器输出；K₂是参数，设定为0到1之间两个不同值的第一值，根据所述第三差值的绝对变化率超过或小于所述预先确定的第三阈值而定；D为普遍使用的所述第三差值；而D′_t-1为前一个处理步骤的平均值。

6.如权利要求5所述的方法，其特征还在于以下步骤：

如果所述平均值超过所述第三阈值，则用0到1之间的第二值来取代所述参数K₂，以便能够跟踪起伏。

7.如权利要求1、5或6所述的方法，其特征在于以下步骤：

计算注入的基准信号电平和所述信号电平的信号标称值之间的第四差值；以及

计算误差信号，所述误差信号由所述各低通滤波信号之间的差值、所述第三差值和所述第四差值形成；以及

根据所述误差信号，在所述功率电平的允许范围内按照一定量调整所述第一入口站(3)的出局信号的功率电平。

8.一种用于在卫星通信系统的第一地面入口站(3)中实行上行链路功率控制的设备，所述卫星通信系统包括对地静止卫星(2)、在地理上分散的经过所述卫星(2)传送信号载波(30)的至少两个其它地面入口站(4)和多个用户站(5)，所述设备包括：

用于从所述第一入口站(3)向所述卫星发射第一出局信号(10)的装置；

用于在所述第一入口站(3)接收从所述卫星(2)折返的所述的第一出局信号(11)并确定所述第一出局信号(10)功率电平的装置；

其特征在于：

用于在所述第一入口站(3)接收来自所述卫星(2)的由在同一所述通信系统中的至少一个第二入口站(4)和至少一个第三入口站(4)发出的信号载波(31)并确定来自所述第二入口站(4)的信号(31)的信号功率电平以及来自所述第三入口站(4)的信号(31)的信号功率电平的装置；

用于当所述各信号(31)之一小于所述信号功率电平的第一预先设定的阈值时，在所述第一入口站(3)中用预先确定的标称功率电平代替来自所述第二入口站(4)或来自所述第三入口站(4)的任何接收的信号(31)的信号功率电平的装置；

用于计算所述第一入口站(3)中来自所述第二入口站(4)和所述第三入口站(4)的各出局信号(31)的信号功率电平的平均值的装置；

用于计算来自所述第一入口站(3)的所述第一出局信号(10)的所述第一信号(11)的功率电平与从所述卫星(2)折返到所述第一入口站(3)的出局信号的标称信号功率电平的第一差值的装置。

用于计算来自所述第二入口站(4)的所述第二信号(31)和来自所述第三入口站(4)的所述第三信号(31)的平均信号功率电平与来自所述第二入口站(4)的信号和来自所述第三入口站(4)的信号的标称平均功率电平之间的第二差值的装置；

用于计算由所述第一差值与所述第二差值的差值形成的误差信号的装置；

用于在所述功率电平的允许的范围内根据所述误差信号按照一定量调整所述第一入口站(3)的出局信号的功率电平的装置。

9.如权利要求8所述的设备，其特征在于：

用于通过以下形式的高通滤波器对在所述第一入口站(3)的高于所述第一预先确定的阈值的所有所述信号(31)的接收信号电平进行高通滤波的装置：

              TMP_t＝K_t*P+(1-K_t)*TMP_t-1

                    P′_t＝P-TMP_t

其中，TMP_t是当前时刻t的临时变量，K_t是设置在0到1之间的系数，P是时刻t在所述入口站(3)接收的信号(31)的当前测量功率，TMP_t-1是临时变量TMP的前一个样值，而P′_t是所需的信号功率电平(31)的所需高通滤波器值。

10.如权利要求9所述的设备，其特征还在于：

用于当所述信号(31)的接收电平在所述第一阈值之下时用0代替所述高通滤波器的输出值的装置。

11.如权利要求8所述的设备，其特征在于：

用于当所接收的信号功率电平(31)偏离所述第二接收功率电平信号(31)和所述第三功率电平信号(31)的当前平均信号功率电平超过第二预先确定的阈值时，在取平均的过程中，用恒定的标称值来代替当前所接收的信号功率电平(31)的装置。

12.如权利要求8所述的设备，其特征在于：

用于当所述当前平均值与前一个处理步骤之前的所述平均值的第三差值低于第三阈值时，用以下形式的低通滤波器对从所述第二入口站(4)接收的所述第二信号(31)的信号电平与从所述第三入口站(4)接收的第三信号(31)的信号电平的平均值进行低通滤波的装置：

                     D′_t＝K₂*D+(1-K₂)*D′_t-1

其中，D′_t是在当前取样时刻t的滤波器输出，而K₂是参数，设置为对应在0到1之间的两个不同值中的第一值，取决于所述第三差值的绝对变化率是大于还是小于所述预先确定的第三阈值；D是通行的所述第三差值，而D′_t-1是前一个处理步骤的平均值。

13.如权利要求11所述的设备，其特征还在于：

用于当所述平均值超过所述第三阈值时用0到1之间的第二值来取代所述参数K₂以便能够跟踪起伏变化的装置。

14.如权利要求8、12或13所述的设备，其特征在于：

用于计算注入的基准信号电平和所述信号电平的所述信号标称值之间的第四差值的装置；

用于计算由所述各低通滤波信号之间的差值、所述第三差值和所述第四差值形成的误差信号的装置；以及

用于根据所述的误差信号在所述功率电平允许的范围内按照一定量调整所述第一入口站(3)的出局信号的功率电平的装置。

15.一种用于在卫星通信系统的第一地面入口站(3)中实行上行链路功率控制的方法，所述卫星通信系统包括对地静止卫星(2)、在地理上分散的经过所述卫星(2)传送信号载波(30)的至少两个其它地面入口站(4)和多个用户站(5)，所述方法包括如下步骤：

从所述第一地面入口站(3)发送第一出局信号(10)到所述卫星；

在所述第一地面入口站(3)接收从所述卫星(2)折返的所述第一出局信号(11)并确定所述第一出局信号(10)的功率电平。

其特征在于：

在第一所述入口站(3)接收来自所述卫星(2)的由所述同一通信系统的至少一个第二入口站(4)和至少一个第三入口站(4)发出的的信号载波(31)，在单独的高通滤波器中以从所述信号本身减去所述信号的低通滤波后的版本的形式对任何接收的信号进行滤波，产生瞬时变化电平信号；

通过从所有所述信号载波(31)的变化的变化平均值减去所述瞬时变化电平信号来计算绝对值变化电平信号，并计算所述差值的绝对值；

通过把每一个信号的绝对值变化电平信号提升到2到5次幂来计算每一个所述信号(31)的变化并将结果用低通滤波器进行滤波；

通过取所述变化的倒数来计算每个信号的权重，使得当乘以所述权重后每一个信号贡献出相同的变化；

计算每一个所述信号的归一化权重使得所述归一化权重的总和等于1；

计算下行链路估计值，其做法是首先将所述瞬时变化电平信号乘以相关联的归一化权重，然后将所有的乘积相加，以产生瞬时下行链路估计值；

计算由所述瞬时下行链路估计值与接收的折返导频信号(11)和RF基准信号之间的差值形成的误差信号；

在所述功率电平所允许的范围内根据所述误差信号按照一定量调整所述第一入口站(3)的出局信号的功率电平。

16.一种用于在卫星通信系统的第一地面入口站(3)中实行上行链路功率控制的设备，所述卫星通信系统包括对地静止卫星(2)、在地理上分散的经过所述卫星(2)传送信号载波(30)的至少两个其它地面入口站(4)和多个用户站(5)，所述设备包括：

用于从所述第一入口站(3)向所述卫星发射第一出局信号(10)的装置；

用于在所述第一入口站(3)接收从所述卫星(2)折返的所述的第一出局信号(11)并确定所述第一出局信号(10)功率电平的装置；

其特征在于：

用于在第一所述入口站(3)接收来自所述卫星(2)的由所述同一通信系统的至少三个其它入口站(4)发出的信号载波(31)，在单独的高通滤波器中以从所述信号本身减去所述信号的低通滤波后的版本的形式对任何接收的信号进行滤波，产生瞬时变化电平信号的装置；

用于通过从所有所述信号载波(31)的变化的变化平均值减去所述瞬时变化电平信号来计算绝对值变化电平信号并计算所述差值的绝对值的装置；

用于通过把每一个信号的绝对值变化电平信号提升到2到5次幂来计算每一个所述信号(31)的变化并将结果用低通滤波器进行滤波的装置；

用于通过取所述变化的倒数来计算每个信号的权重使得当乘以所述权重后每一个信号贡献出相同的变化的装置；

用于计算每一个所述信号的归一化权重使得所述归一化权重的总和等于1的装置；

用于首先将所述瞬时变化电平信号乘以相关联的归一化权重，然后将所有的乘积相加以产生瞬时下行链路估计值来计算下行链路估计值的装置；

用于对所述下行链路估计值进行低通滤波的装置；

用于计算由所述瞬时下行链路估计值与接收的折返导频信号(11)和RF基准信号之间的差值形成的误差信号的装置；

用于在所述功率电平的允许的范围内根据所述误差信号按照一定量调整所述第一入口站(3)的出局信号的功率电平的装置。

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