CN1602597A - 使用用于识别干扰移动终端的事件相关的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于迅速地检测和补救由与转发卫星通信的多个移动终端之一引起的干扰事件的系统和方法。所述方法使用根据每个移动终端的通信构建的时线。所述时线形成其中各种移动终端与所述转发卫星联系的事件的实时、顺序记录。所述方法通过确定哪一个移动终端刚好在干扰事件产生之前访问了通信系统，根据所述时线推断哪一个移动终端引起了干扰事件。

Description

使用用于识别干扰移动终端的 事件相关的方法和装置
本申请要求2001年4月4日提交的临时申请第60/281,356号的优先权。
技术领域
本发明涉及一种经由卫星链路与基站进行双向通信所需的移动RF终端，具体涉及用于识别多个移动终端中的哪一个正在引起对于在轨道中与目标卫星相邻的一个或多个卫星的干扰的方法和装置。
背景技术
利用经由转发卫星与地面站通信的位于诸如飞行器、游船的移动平台和其他移动平台上的移动RF终端，虽然有可以内置在移动终端中的安全装置，仍然存在极小的可能性：所述终端以不曾预料到的方式出现故障。在这样的事件中，存在这样的可能：移动终端可能会干扰在地球弧形轨道中与移动终端正在与之通信的目标卫星相邻的其他卫星。
也可以认识到，固定业务卫星(FSS，Fixed Service Satellite)操作员可能难于定位来自包括成千上万个远端站点的简易终端的VSAT(甚小孔径终端)系统的干扰。
因此，需要一种经由转发卫星与多个移动终端通信的地面站，它能够迅速地识别对非目标卫星引起干扰的故障移动终端，并且迅速地解决干扰事故。
发明内容
本发明涉及一种系统和方法，用于确定多个移动终端中的哪一个正在对在轨道中与移动终端正在与之通信的目标卫星相邻的一个或多个非目标卫星造成干扰的情况。所述系统和方法包括：使得每个移动终端定期地经由转发卫星向诸如地面网络运行中心(NOC，network operation center)的基站发送信号，用于指示移动终端的各种工作参数以及所述终端所位于的移动平台(诸如飞行器)的工作参数。这些各种工作参数包括移动平台的位置(即经度和纬度)、姿态信息(诸如飞行器的航向、倾斜度和侧滚)、建立与NOC的通信的飞行器的请求、来自每个移动终端的数据速率和传输中的变化、由NOC向移动终端发送的功率控制命令以及由NOC检测到的任何工作异常。
所有的上述信息/事件以及每个事件发生的日期时间都被NOC实时地记录。结果是，NOC记录并且当需要时可以在几秒内被迅速地查看的传输/事件的实时“时线”(time line)。
如果NOC知道正在对非目标卫星发生干扰，则可以迅速地查看上述的传输/事件的时线以确定刚好在干扰开始发生的时间之前所发生的特定传输/事件。NOC然后可以迅速地确定哪个移动终端引起了干扰，并向干扰移动终端发送适当的命令以消除干扰，或指令所述移动终端彻底停止发送。一旦NOC知道已经出现了干扰状态，则上述处理可以由NOC在几秒内执行。
附图说明
对于优选实施例的下述说明本质上仅仅是示范性的，决不意欲限定本发明、其应用或使用：
图1是用于实现本发明的干扰检测和校正方法的系统的简化方框图；
图2是移动终端的简化方框图；
图3是示出用于迅速识别使得干扰事件发生的飞行器的本发明的系统和方法所记录的事件的时线；以及
图4是图解按照本发明的方法执行的整个事件序列的流程图。
具体实施方式
参见图1，其中示出了用于实现本发明的优选方法的系统10。系统10向和从一个或多个不同覆盖区域14a和14b中的多个移动平台12a-12f提供数据内容。系统10通常包括地面段16、形成空间段17的多个卫星18a-18f以及被置于每个移动平台12上的移动终端20。移动平台12可以包括飞行器、游船或任何其他运动车辆。因此，这里在图中将移动平台12举例为飞行器，以及在下面的说明中将移动平台作为飞行器不应当被理解为将系统10的适用范围仅限于飞行器。
空间段17可以包括提供对于每个区域的覆盖所需要的每个覆盖区域14a和14b中的任何数量的卫星18。卫星18a、18b、18d和18e最好是Ku或Ka波段卫星。卫星18c和18f是广播卫星业务(BSS，Broadcast Satellite Service)卫星。每个卫星18进一步位于对地静止轨道(GSO，geostationary orbit)或非对地静止轨道(NGSO，non-geostationary orbit)中。可以用于本发明的可能的NGSO轨道的示例包括低地球轨道(LEO，low earth orbit)、中地球轨道(MEO，medium earth orbit)和高椭圆轨道(HEO，high elliptical orbit)。每个卫星18包括至少一个射频(RF)转发器，最好包括多个RF转发器。例如，卫星18a被图解为具有4个转发器18a1-18a4。可以明白，所图解的每个其他的卫星18可以具有用于处理在覆盖区域中运行的预期数量的飞行器12所需要的更多或更少的多个RF转发器。所述转发器提供飞行器12和地面段16之间的“弯管(bent-pipe)”通信。用于这些通信链路的频带可以包括从大约10MHz到100GHz的任何射频频带。所述转发器最好包括由美国联邦通信委员会(FCC，Federal Communication Commission)和国际电联(ITU，InternationalTelecommunication Union)指定用于固定卫星业务FSS或BSS的频带中的Ku波段转发器。而且，可以使用不同类型的转发器(即，每个卫星18不必包括多个相同类型的转发器)，以及每个转发器可以工作于不同的频率。每个转发器18a1-18a4还包括宽的地理覆盖、高的有效全向辐射功率(EIRP，effectiveisotropic radiated power)和高的增益/噪声温度(G/T)。
进一步参照图1，地面段16包括与内容中心24和网络运行中心(NOC)26进行双向通信的地面站22。如果服务需要多个不同的覆盖区域，则可以使用位于第二覆盖区域14b中的第二地面站22a。在这个示例中，地面站22a也经由地面链路或用于与NOC 26建立通信链路的任何其他适当手段与NOC26进行双向通信。地面站22a也与内容中心24a进行双向通信。为了讨论的目的，将参照覆盖区域14a中发生的操作来描述系统10。但是，可以明白，在覆盖区域14b中发生与卫星18d-18f相关的相同操作。也可以明白，系统10可以以刚才所述方式被定标到任何数量的覆盖区域14。
地面站22包括向卫星18a和18b发送数据内容所需要的天线和相关的天线控制电路。地面站22的天线也可被用于接收源自覆盖区域14a内的每个飞行器12的每个移动终端20的由转发器18a1-18a4转发的数据内容。地面站22可以位于覆盖区域14a内的任何位置。类似地，地面站22a如果被包括的话可以位于第二覆盖区域14b内的任何位置。
内容中心24与多个外部数据内容提供者进行通信，并且控制由它接收的视频和数据信息向地面站22的发送。优选地，内容中心24与因特网服务提供者(ISP)30、视频内容源32和公共电话交换网(PSTN)34联系。可选地，内容中心24也可以与一个或多个虚拟专用网(VPN)36进行通信。ISP 30向每个飞行器12的每个乘员提供因特网访问。视频内容源32提供直播电视节目，例如有线新闻网络(CNN)和ESPN。NOC 26执行传统的网络管理、用户验证、帐目核算、客户服务和帐单任务。第二覆盖区域14b中与地面站22a相关的内容中心24a也最好与ISP 38、视频内容提供者40、PSTN 42和可选地与VPN 44进行通信。可选的无线电话系统28也可被包括作为卫星返回链路的替代品。
现在参见图2，将更详细地说明置于每个飞行器18上的移动终端20。每个移动终端20包括一个以路由器/服务器50(以下“服务器”)形式的数据内容管理系统，与通信子系统52、控制单元和显示系统54和以局域网(LAN)56形式的分布系统进行通信。可选地，服务器50也可以被配置用于与国家无线电话系统(NATS，National Air Telephone System)58、乘务员信息服务系统60和/或飞行娱乐系统(IFE，in-flight entertainment system)62连接运行。
通信子系统52包括发送器子系统64和接收器子系统66。发送器子系统64包括编码器68、调制器70和上变频器72，用于编码、调制和上变频从服务器50到发射天线74的数据内容信号。接收器子系统66包括解码器76、解调器78和下变频器80，用于将接收天线82收到的信号解码、解调和下变频为基带视频和音频信号以及数据信号。虽然仅仅示出了一个接收器子系统66，但是可以明白，最好通常包括多个接收器子系统66以便能够从多个RF转发器同时接收RF信号。如果示出多个接收器子系统66，则也将需要对应的多个部件76-80。
由接收器子系统66接收的信号随后被输入到服务器50。系统控制器84被用于控制移动系统20的所有子系统。系统控制器84具体向用于电子操纵接收天线82的天线控制器86提供信号，以保持接收天线指向特定的一个卫星18，这个卫星在下面被称为“目标”卫星。发送天线74从动于接收天线82以便它也跟踪目标卫星18。可以明白，一些类型的移动天线可以从相同的孔径发送和接收。在这种情况下，发送天线74和接收天线82被组合为单个天线。
进一步参照图2，局域网(LAN)56被用于将服务器50连接到与飞行器12a上的每个座位位置相关的多个访问台88。每个访问台88可被用于将服务器50直接连接到用户的便携式计算机、个人数字助理(PDA)或其他个人计算设备。访问台88也可以每个包括座椅背上安装的计算机/显示器。LAN 56使用户的计算设备可以和服务器50进行数据的双向通信，以便每个用户能够请求期望的电视节目频道、访问期望的网站、访问他的/她的电子邮件或执行与飞行器12上的其他用户无关的多种其他任务。
接收和发送天线82和74分别可以包括任何形式的可操纵天线。在一种优选的形式中，这些天线包括电子扫描的相控阵天线。相控阵天线特别适用于其中气动阻力是重要的考虑因素的航空应用。适用于本发明的一种特殊形式的电子扫描的相控阵天线被公开在转让给波音公司的美国专利第5,886,671号中。
进一步参见图1，在系统10的运行中，在地面站22或从每个移动终端20的发送天线发送数据内容之前，最好将数据内容格式化为互联网协议(IP)分组。为了讨论的目的，来自地面站22的IP分组形式的数据内容的传输将被称为“前向链路”传输。最好也使用IP分组复用，以便可以使用单播、组播和广播传输将数据内容同时提供到覆盖区域14a内运行的每个飞行器12。
由每个转发器18a1-18a4接收的IP数据内容分组然后被转发器转发到覆盖区域14a内运行的每个飞行器12。虽然多个卫星18被图解在覆盖区域14a的上方，但是可以明白当前单个卫星能够提供对于包含整个美国陆地的区域的覆盖。因此，依赖于覆盖区域的地理尺寸和在所述区域内预期的移动平台通信量，有可能仅仅需要安装单个转发器的单个卫星来提供对于整个区域的覆盖。除了美国陆地之外的其他不同覆盖区域包括欧洲、南/中美洲、东亚、中东、北大西洋等。可以预期，在大于美国陆地的服务区域内，可能需要每个安装一个或多个转发器的多个卫星18来提供对于区域的完全覆盖。
接收天线82和发送天线74每个最好被置于它们相关的飞行器12的机身顶部。每个飞行器的接收天线82接收表示来自至少一个转发器18a1-18a4的IP数据内容分组的被编码的RF信号的整个RF传输。接收天线82接收被输入到至少一个接收器66的水平极化(HP)和垂直极化(VP)的信号。如果并入多个接收器66，则一个可被指定用于由它所指向的目标卫星18所携带的特定转发器18a1-18a4。接收器66解码、解调和下变频被编码的RF信号以产生视频和音频信号以及数据信号，它们被输入到服务器50。服务器工作来过滤和丢弃未打算提供给飞行器12a上的用户的任何数据内容，然后将剩余的数据内容经由LAN 56转发给适当的访问台88。以这种方式，每个用户仅仅接收由用户先前请求的那部分节目或其他信息。因此，每个用户可以自由地请求和接收期望的节目频道、访问电子邮件、访问因特网和执行与在飞行器12a上所有其他用户无关的其他数据传送操作。
进一步参见图1，将说明从飞行器12a到地面站22的数据内容的传输。这个传输被称为“返回链路”传输。天线控制器86使得发送天线74保持其天线波束指向目标卫星18a。用于从每个移动终端20返回地面站22的通信的信道表示由地面段16的NOC 26独立分配和动态管理的点对点链路。对于容纳几百或更多飞行器12的系统10来说，需要向给定的卫星18所带的每个转发器分配多个飞行器。用于返回链路的优选多路访问方法是码分多址(CDMA)、频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)或其组合。因此，多个移动终端20可被分配到单个转发器18a1-18a4。当更多数量的并入移动终端20的飞行器12工作在覆盖区域14a内时，所需要的转发器的数量随之增加。
接收天线82可以实现闭环跟踪系统，用于根据接收信号幅度定向天线波束和调整天线的极化。发送天线74从动于接收天线82的指向和极化。一种替代的实现方式可以使用一种开环跟踪方法，其中通过使用机载惯性参考单元(IRU，inertial reference unit)知道的飞行器12a的位置和姿态以及知道的卫星18的位置来确定指向和极化。
编码的RF信号从给定飞行器12的移动终端20的发送天线74被发送到分配的一个转发器18a1-18a4，并且被指定的转发器转发到地面站22。地面站22与内容中心24进行通信，以确定和提供用户所请求的适当数据(例如，来自万维网的内容、来自用户的VPN的电子邮件或信息)。
对于系统10必须考虑到的一个附加事项是，可能从接收天线82的小孔径尺寸导致干扰的可能。接收天线82的孔径尺寸典型地小于传统的“甚小孔径终端”(VSAT)天线。因此，来自接收天线82的波束可能包含沿对地静止轨道运行的相邻卫星。这可以导致来自除了目标卫星的卫星的干扰被特定的移动系统20接收。为了克服这个可能的问题，系统10最好使用低于正常的前向链路数据速率用于克服来自相邻卫星的干扰。例如，系统10使用典型的FSS Ku波段转发器(例如Telstar-6)和具有大约17英寸×24英寸(43.18cm×60.96cm)的有效孔径的天线，工作于至少每转发器大约5Mbps的优选前向链路数据速率。为了比较的目的，典型的Ku波段转发器通常使用传统的VSAT天线而工作于大约30Mbps的数据速率。
使用标准数字视频广播(DVB，digital video broadcast)波形，前向链路信号典型地占用整个转发器宽度27MHz的小于8MHz。但是，将转发器功率集中在小于整个转发器带宽中可以产生调节关系。FCC规则目前调节来自转发器的最大有效全向辐射功率(EIRP)谱密度以防止在间距紧密的卫星之间的干扰。因此，在系统10的一个优选实施例中，在调制器70中使用扩频调制技术，以便使用公知的信号扩频技术在转发器带宽上“扩展”前向链路信号。这降低了被转发信号的功率谱密度，因此消除了在两个或更多移动终端20之间的干扰的可能。
同样重要的是，发送天线74满足防止对与目标卫星18相邻的卫星的干扰的调整要求。在大多数移动应用中使用的发送天线也趋向于小于传统的VSAT天线(典型是直径为1米的反射器天线)。用于航空应用的移动发送天线应当具有低的气动阻力、轻重量、具有低功耗和具有相对较小的尺寸。因为所有这些原因，发送天线74的天线孔径最好小于传统的VSAT天线。VSAT天线被定尺寸以建立足够窄以辐射沿对地静止轨道运行的单个FSS卫星的天线波束。这是重要的，因为FSS卫星沿着对地静止轨道相距2°的间隔。本发明使用小于正常天线孔径的发送天线74，在一些情况下，可以产生足够宽以辐射到沿对地静止轨道与目标卫星相邻的卫星的天线波束，这会产生干扰问题。通过在返回链路传输上也使用扩频调制技术来降低这个问题的可能性。从发送天线74发送的信号被扩频以在相邻卫星产生的干扰信号低于信号将干扰的门限EIRP功率谱密度。但是，可以明白，如果在给定的覆盖区域内的卫星之间的角间距使得干扰不是问题，则可能不需要扩频调制技术。
现在参见图3，将说明由系统10实现的本发明的方法。图3示出了由本发明的一个优选实施例监测(建立)的事件序列的时线100。本发明使用与NOC 26通信的地面站22。NOC 26经由转发卫星18a(以下被称为“目标卫星”)与对应多个诸如飞行器的移动平台12上承载的多个移动RF终端20持续进行通信。
NOC 26从与地面站22通信的每个移动终端20连续地接收各种信息，诸如以经度和纬度形式的每个飞行器(或其他形式的移动平台)的位置、飞行器的姿态信息(诸如飞行器的航向、倾斜和侧滚)、发送到地面站22的信息的传输速率及其变化、以及每个飞行器进入与地面站的通信。NOC 26向飞行器12发送功率控制命令以及各种其他异常。另外，NOC 26可以监测并记录接收的Eb/No(每比特能量与噪声功率谱密度之比)、与目标卫星18a相关的转发器的转发器噪声温度、以及每个飞行器12上的移动系统20所使用的天线74、82的定向性能。
NOC 26记录上述信息以建立图3所示的时线100。时线100作为示例给出飞行器12a在14:02:15(即刚过2:02pm)被提供功率控制命令，如点102所示。在点104，飞行器12b改变其向NOC 26发送信息的数据速率。在点106，飞行器12c在14:15:45(即略在2:16pm之前)进入与NOC 26的通信。在点108(在2:20pm之后35秒)，飞行器第12d号改变其用于与地面站通信的数据速率。在点110，飞行器第12e号在14:25:19(刚好在2:25pm之后)开始右测滚。点112表示在14:16:00(2:16pm)开始发生的干扰事件。
NOC 26一知道干扰事件就开始查看时线100上的每条记录，所述记录通常被存储在可由NOC访问的数据库(未示出)中。这个信息被用于确定哪个传输/事件可能引起干扰产生。典型地，在干扰发生之前发生的第一传输/事件将是起因，或将引向引起干扰事件产生的具体飞行器12。在这个示例中，飞行器12c及其进入与地面站22的通信引起了干扰。NOC 26可以命令飞行器12c关闭其移动终端20或向飞行器12c发送其他命令以迅速补救所述情况，以便消除干扰。
图4表示一个流程图114，NOC 26执行所述流程图以建立和监测与地面站22联系的飞行器12，并检测哪个飞行器12具有引起干扰事件产生的移动终端20。在步骤116，来自访问目标卫星18a的每个飞行器12的通信被记录以建立图3的时线。在步骤118，NOC 26查看以保证未产生干扰事件。如果这个查看是否定的，则重复步骤116。
如果在步骤118的查看产生“是”的回答，则NOC 26从图3的时线获得信息，以确定刚好在干扰事件产生之前发生的事件，如步骤120所示。NOC26接着使用该信息来确定引起干扰事件产生的具体移动终端20，如步骤122所示。在步骤124，NOC 26采取必要的行动来校正(即消除)干扰事件。这可能包括命令移动终端20停止传输或包括向干扰移动终端发送功率控制命令以使其降低发送功率。一旦校正了干扰事件，则重复步骤116和118。
本领域技术人员现在从上述说明可以明白可以用多种形式来实现本发明的宽范围教导。因此，虽然已经结合特定的示例描述了本发明，但是不应当如此限定本发明的真实范围，因为在学习了附图、说明书和所附的权利要求后，其他的修改对于技术人员将变得是显然的。

Claims (14)

1.一种用于迅速确定由移动平台承载的多个移动终端中的哪一个正在引起对一转发卫星的干扰的方法，其中，所述转发卫星在轨道中与移动终端正在与之通信的目标卫星相邻，所述方法包括下列步骤：
使用网络运行中心(NOC)监测和记录在每个所述移动终端和所述目标卫星之间发生的每个传输事件；
建立所述传输事件的时线，所述时线表示所述传输事件的实时、顺序记录，并且在所述NOC可以访问的数据库中存储所述顺序记录；
当所述NOC被通知对于与所述目标卫星相邻的卫星发生了干扰事件时，使得所述NOC实时地访问所述数据库，以便确定刚好在所述干扰事件产生之前发生的具体传输事件；以及
使用所述NOC来实时地分析所述具体传输事件以消除干扰状态。
2.按照权利要求1的方法，其中，每个所述移动终端定期地向所述NOC发送与包括航向、倾斜和侧滚的组中的至少一个相关的姿态信息。
3.按照权利要求1的方法，其中，每个所述移动终端定期地向所述NOC发送关于其当前位置的经度和纬度信息。
4.按照权利要求1的方法，其中，每个所述移动终端定期地向所述NOC发送关于被发送的信息的传输速率的信息。
5.按照权利要求1的方法，其中，所述NOC监测从每个所述移动终端接收的信号的每比特能量和噪声功率谱密度之比。
6.一种用于迅速确定由移动平台承载的多个移动终端中的哪一个正在引起对一转发卫星的干扰的方法，其中，所述转发卫星在轨道中与移动终端正在与之通信的目标卫星相邻，所述方法包括下列步骤：
使用地面部件来监测和记录在每个所述移动终端和所述目标卫星之间发生的每个传输事件，每个所述传输事件包括由其相关的所述移动终端发送的标识符，从而唯一地标识每个所述传输事件的源；
使用所述地面部件从记录的每个所述移动终端的传输事件来构建时线，所述时线表示所述传输事件的实时、顺序记录；以及
使用所述地面部件从所述时线来推断哪一个所述移动终端引起了所述干扰。
7.按照权利要求6的方法，其中，每个所述移动终端定期地向所述地面部件发送关于其经度和纬度的信息。
8.按照权利要求6的方法，其中，每个所述移动终端定期地向所述地面部件发送关于其姿态的信息。
9.按照权利要求6的方法，其中，使用所述地面部件来推断所述干扰事件的步骤包括：
识别刚好在所述干扰产生之前发生的所述传输事件。
10.一种迅速确定与特定移动平台相关的多个移动终端中的哪一个正在引起对一转发卫星的干扰的方法，所述转发卫星在轨道中与移动终端正在与之通信的目标卫星相邻，所述方法包括下列步骤：
使用地面部件来监测和记录在每个所述移动终端和所述目标卫星之间发生的每个传输事件，每个所述传输事件包括由其相关的所述移动终端发送的标识符，从而唯一地标识每个所述传输事件的源；
使用所述地面部件从记录的每个所述移动终端的传输事件来构建时线，所述时线表示所述传输事件的顺序记录；
使用所述地面部件从所述时线来识别刚好在所述干扰产生之前发生的特定传输事件；以及
确定所述特定传输事件已引起所述干扰。
11.按照权利要求10的方法，其中，每个所述移动终端定期地向所述地面部件报告其姿态信息。
12.按照权利要求10的方法，其中，每个所述移动终端定期地向所述地面部件报告其经度和纬度。
13.按照权利要求10的方法，其中，所述时线表示所述传输事件的实时记录。
14.按照权利要求10的方法，其中，所述地面部件定期向每个所述移动终端发送功率控制命令。
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