CN1993905A - 移动模式通信系统反向链路上的同步 - Google Patents

Abstract

公开了用来在卫星通信系统的返回链路中提供正交多址通信的方法和设备。在一个实施例中，可以进行与信号的发射相联系的发射参数的闭环控制。另外，还监视终端的运动状态变化，从而在检测到的变化满足特定条件的情况下，进行所述发射参数的开环控制。例如，如果检测到突然或剧烈的运动状态变化就进行开环控制。

Description

移动模式通信系统反向链路上的同步

技术领域

总的来说，本发明涉及无线通信系统，具体而言，涉及使用正交多址技术的卫星和空中通信系统。

背景技术

这些年来，已经开发了各种各样的通信系统，包括卫星通信系统和空中通信系统。正交码分多址(OCDMA)是一种能够在卫星通信系统中使用的技术。码分多址(CDMA)的特征在于采用扩频调制技术，这种技术提供分开的用户或者用户业务信号信道。在基于CDMA的典型卫星系统里，来自不同终端的信号不是同步的。结果，信号到达的时候码相位会不同步，引起互相干扰。

在基于OCDMA的卫星系统里，从不同终端发射的信号都同步，从而使它们同步地到达接收机，并且互相之间码相位同步，或者说具有码同步。特别是，给每个用户终端分配正交沃尔什码，用于区分不同的终端发射。有了频率和时间上的同步，一般情况下从终端收到的不同信号之间没有或者很少有交叉干扰，因为交叉相关趋于零。于是，因为干扰明显减小而获得更高的带宽效率。

也可以用其它调制方案来实现正交多址，例如正交频分多址(OFDMA)。在OFDMA中，将可用带宽划分成叫做音调(tones)的多个频带。在接收机里匹配滤波以后，不存在来自其它音调的任何干扰，从这个意义上说，这些音调互相正交。给不同的用户分配可用音调的不同子集。插入OFDMA码元循环前缀的保护时间帮助保持不同音调之间的正交性，只要它大于用户之间的最大差分延迟。在终端之间存在很大差分延迟的系统里，例如在地球同步卫星，或者飞机到地面站的通信中，保护时间必须特别长，从而有效地使用带宽。因此，即使是在OFDMA中也需要在不同终端之间有某种程度的时序同步，以便缩短循环前缀的长度。在OFDMA和OCDMA中都需要在不同用户收到的信号之间存在频率同步。

在卫星通信系统的正向链路上，不同码之间的正交性能够得以有效维持，这是因为这些信号源自同一位置，也就是在提供通信服务给一个或多个远程终端的集线器或信关处。在整个通信系统里使用几个信关的情况下，通常将它们配置成使用公共时序源，例如从全球定位系统(GPS)卫星检出的信号相位，这些卫星采用叫做世界时的一种形式。也可以让信关互相通信和/或将时序信号基准用来提供同步。

也可以将OCDMA/OFDMA技术用于卫星和空中通信系统的返回链路或反向链路，也就是说，用于从终端传送到集线器或信关，或者从飞机到地面站的信号。在2003年6月23日递交的，标题为“Orthogonal Code Division Multiple Access on Return Link”的第10/603,421号共同未决的美国专利申请中公开了在返回信号中使用OCDMA。一般而言，对于终端在返回链路上传递的信号，没有任何共同的同步机制。因此，从不同终端发射的信号因为它们的不同传播延迟，会不同步地到达信关。因此，尽管卫星通信系统能够很容易地将OCDMA或者OFDMA结合起来用于正向链路，但是将这一技术用于反向链路却比较困难。此外，在反向链路路径中发射信号的时基和频率的同步中，移动性带来了另外的难题。

因此，在卫星通信系统的返回信号路径中需要效率更高和/或更加有效的正交多址，例如OCDMA或OFCDMA。

发明内容

如上所述，从不同用户终端收到的信号的时间和频率这种参数应该严格同步，以便维持反向链路上信号之间的正交性。这里公开的实施例通过提供方法和设备，实现时间和频率同步来满足上述需要。

一方面，一种在卫星通信系统的返回链路中提供正交多址通信的方法包括：进行与信号的发射相联系的至少一个发射参数的闭环控制；进行监视，以检测终端的运动状态变化；以及如果检测到的变化满足特定条件，就进行所述至少一个发射参数的开环控制。所述闭环控制可以包括接收控制信号，其中包括用于调整所述发射参数的信息；以及响应所述控制信号，调整所述发射参数。所述闭环控制还可以包括发送反向链路导频信号，用于产生所述控制信号。所述开环控制可以包括基于检测到的所述变化调整所述发射参数。可以通过在所述终端处跟踪多普勒频率来检测所述变化。可以将收自全球定位系统的定位信息用于跟踪多普勒频率。

另一方面，一种用于终端内在通信系统的返回链路中提供正交多址通信的设备包括：处理器，用于进行与信号的发射相联系的至少一个发射参数的闭环控制；运动状态检测单元，与所述处理器连接，用于进行监视，以检测终端的运动状态变化；以及其中如果检测到的所述变化达到特定门限，所述处理器就用于进行所述至少一个发射参数的开环控制。所述运动状态检测单元可以包括全球定位系统接收机，该接收机用于产生定位信息，该定位信息用于进行监视，以检测所述终端的运动状态变化。

再一方面，一种在通信系统的返回链路中提供正交多址通信的设备包括：用于进行与信号的发射相联系的至少一个发射参数的闭环控制的装置；用于进行监视，以检测终端的运动状态变化的装置；以及如果检测到的所述变化达到特定门限，用于进行所述至少一个发射参数的开环控制的装置。

还有一方面，一种在通信系统的返回链路中提供正交多址通信的机器可读存储介质，该机器可读存储介质包括：用于进行与信号的发射相联系的至少一个发射参数的闭环控制的指令；用于进行监视，以检测终端的运动状态变化的指令；以及如果检测到的所述变化达到特定门限，用于进行所述至少一个发射参数的开环控制的指令。

又一方面，一种在通信系统的返回链路中提供正交多址通信的方法包括：接收正向链路导频信号；从所述正向链路导频信号导出发射参数；基于导出的所述发射参数发送反向链路导频信号；进行监视，以检测终端的运动状态变化；以及如果检测到的所述变化达到特定门限，就基于检测到的所述变化调整所述发射参数。

在以上实施例中，发射参数可以是频率。发射参数也可以是时序。另外，正交多址接入可以是基于OCDMA的技术或者基于OFDMA的技术。更进一步，通信系统可以是卫星或空中通信系统。

附图说明

下面将参考附图来详细介绍各个实施例。其中相似的标号指的是相似的部件。在这些附图中：

图1说明基于卫星的通信系统的一个示例性实施例；

图2说明基于OCDMA的通信系统的信关里能够实现的接收机的一个示例性实施例；

图3说明可以在终端里实现，用于在使用OCDMA的返回链路里发射信号的发射机的一个示例性实施例；

图4说明在包括地球同步卫星的通信系统的反向链路里使用OCDMA的一种方法的示例性实施例；

图5说明在终端处调整工作参数的一种方法的示例性实施例；以及

图6说明机器可读存储介质。

具体实施方式

下面描述的实施例允许在基于OCDMA的卫星通信系统的返回链路中更加有效和/或准确的码同步。在基于OCDMA的系统里，来自终端的信号通过以相同的频率和几乎完全对准的码片模式到达信关来维持互相之间的正交性。但是，有一些因素会影响这一同步的实现。卫星围绕其轨道位置的振动引起频率和时序偏移。卫星覆盖区中位于不同点的不同终端也会引起终端之间的多普勒频率差。另外，一个或多个终端的运动也会引起频率和时序偏移。在这里要指出，为了进行说明，参考了OCDMA来介绍这些实施例。但是，这些同步技术也可以用于其它正交多址调制方案，例如但不限于OFDMA。类似地，尽管这些实施例是参考卫星通信系统来加以介绍的，但是这些同步技术还可以用于其它通信系统，例如但不限于空中通信系统。

为了实现同步，这一实施例中的终端对发射工作参数(以后叫做“发射参数”)，比如频率和时序，进行闭环控制和开环控制。一般而言，这些实施例中的终端可以从信关接收控制信号，这个控制信号包括可以用来调整一个或多个发射参数的信息。控制信号建立在从终端到信关的基准信号的基础之上。然后，终端可以响应这一控制信号来调整一个或多个发射参数。从而在终端处进行发射参数的闭环控制。另外，终端还进行监视，以检测其运动的变化。如果检测到的变化达到某个门限，这个终端就可以基于检测到的运动调整一个或多个发射参数。终端据此进行开环控制。

在以下描述中，给出具体细节来提供对这些实施例的全面理解。但是，本领域技术人员会明白可以实践这些实施例而没有这些具体细节。例如，可以用框图来说明电路，以免用不必要的细节来模糊这些实施例。在其它情形中，会详细说明熟知的电路、结构和技术，以免模糊这些实施例。

还有，要注意，可以将这些实施例描述为用流程图、结构图或框图描述的过程。虽然流程图能够说明顺序过程的操作，但是许多操作可以并行或同时进行。另外，可以重新排列操作顺序。当操作完成的时候过程终止。过程可以对应于方法、函数、程序、子程序等等。当过程对应于函数的时候，它的终止对应于这个函数返回到调用函数，或者主函数。

此外，如同这里所公开的一样，“集线器”和“信关”这些术语在本领域中可以交换使用，指的是能够通过卫星直接通信的特殊地面站或基站。“终端”和“用户终端”这些术语可以交换使用，指的是注册用户单元、移动单元、移动台或其它无线通信装置，例如，但不限于，蜂窝电话、数据收发信机、个人数字助理和寻呼机。根据需要，终端可以是手持的、车载的，或者是机载装置。“存储介质”这个术语可以表示用于储存数据的一种或多种装置，包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘存储介质、光盘介质、闪存装置和/或用于储存信息的其它机器可读介质。“机器可读介质”这个术语包括但不限于便携式或固定式存储装置、光存储装置、无线信道和能够用于储存、包含或携带指令和/或数据的各种其它介质。

图1说明基于卫星的通信系统100的一个示例性实施例，这个系统100结合了卫星110，卫星110在服务区114中的多个终端112和至少一个信关116之间中继通信信号。应该指出，在系统100中可能有一个以上的卫星，和/或服务区114中一个以上的信关。信关116可以提供例如卫星网络和外部网络(比如因特网或者图中未画出的一些其它外部网络)之间的一个接入点。终端112通过卫星110和信关116与外部网络通信。

服务区114由一个或多个波束118覆盖，这些覆盖区也叫做小区，由卫星110投影到地球的表面。波束118照亮通过将卫星通信信号投影到地球的表面产生的一个“点”或区域。按照预定覆盖图案来排列这些波束。或者是在全频复用模式中，每个波束118通常都使用卫星110能够使用的整个频谱，或者是在部分复用模式中，使用可用频谱的一部分。每个波束118还可以包括多个子波束，也叫做信道或链路，覆盖一个公共地理区域，每个子波束占用一个特定频带。

有四种类型的通信链路。正向/上行链路126，它包括从信关116发射给卫星110的信号。返回/下行链路124，它包括从卫星110向信关116发射的信号。正向/下行链路122，它包括从卫星110向波束118中的终端112发射的信号。返回/上行链路120，它包括从终端112发射给卫星110的信号。因此，正向/上行链路126和返回/上行链路120一起构成上行链路，它包括到卫星110上去的信号。正向/下行链路124和返回/下行链路122一起构成下行链路，它包括从卫星发射的信号。类似地，正向/上行链路126和正向/下行链路122一起构成正向链路，它包括从信关116到终端112的信号。返回/上行链路120和返回/下行链路124一起构成返回链路，它包括从终端112到信关116的信号。

通过将正交码用作信号调制和解调的一部分，在基于卫星的通信系统的返回方向中使用正交CDMA。在OCDMA中，在反向链路上给每个用户终端分配一个沃尔什码。沃尔什码的长度决定了用户终端可以发射数据的数据速率。基于OCDMA的系统在来自一个波束中至少两个终端的信号之间采用公知的码相位关系。各个终端的信号之间这种公知的码相位关系使得相应沃尔什码的时序和相位只通过一少部分码片周期或持续时间互相隔开，并且互相之间维持一些载频差，它们通常在几度之内。

因此，让基于正交CDMA的通信系统的返回链路信号同步，以维持这种正交性。在卫星通信系统中，例如图1中的系统里，卫星110可能不在一个固定位置上，而是在相对于服务区114运动。当卫星110移动的时候，卫星和终端112之间的距离发生改变。除了卫星110的运动以外，终端112中的一个或多个也可能在运动，以后把它们叫做移动终端。例如，这一终端可以是飞机上的一个终端。

此外，如同上面所讨论的一样，也可以将OFDMA用作正交多址调制方案。在OFDMA中，给每个终端分配一定数量的音调。音调的数量决定了终端可以发射的数据速率。但是，如同前面提到的一样，OFDMA系统也需要频率同步。虽然OFDMA系统的时序同步不是至关重要的，但是，需要它来减少循环前缀要求。在这以后描述的同步方案同样能够用于OFDMA系统。主要差别是导频信号这种物理层信道的结构。但是，下面描述的同步方案机制对于物理导频信号和其它反馈信道的实际结构而言是不可知的，只要所需要的测量是以合适的质量完成的。

为了维持频率偏移和码时序这种发射参数的同步，信关116可以监视或跟踪卫星110和终端112的移动，并且发送包括能够用于调整发射参数的信息的控制信号。终端112接收这个控制信号，响应控制信号来调整发射参数。在一个实施例中，终端112向信关116发送基准信号，该基准信号包括能够用于产生控制信号的信息。例如，基于卫星110和移动终端的运动，控制信号可以包括指令，这些指令导致对发射参数的额外调整，以便补偿移动终端的运动。结果，进行了发射参数的闭环控制。因此，来自每个终端112的返回链路信号可以在时间上同步，从而使沃尔什码被一个特定的码片周期隔开，并且维持一定的载频差。

但是，如果移动终端的运动状态突然改变，例如快速转弯或改变方向，或者突然加速/减速，那么信关116将不能正确地监视卫星110和移动终端的相对运动。因此，在下面描述的实施例中，终端112可以进行监视，以检测它们自己的运动状态变化。如果检测到的运动状态变化达到特定门限，那么终端112就可以根据检测结果调整它的发射参数。终端112也可以响应来自信关116的控制信号而暂时中止，以调整它的发射参数。结果，实现了发射参数的开环控制。

在一个实施例中，将导频信号用作正向链路信号的相干相位基准。也就是说，在整个覆盖区内由信关116发射不调制任何数据的一个信号作为基准。导频信号被终端112用来获得初始的系统同步，并且用于对信关116发射的其它信号的时间、频率和相位进行跟踪。从跟踪导频信号载波获得的相位信息被用作载波相位基准，用于对其它系统信号或业务(也就是数据)信号的相干解调。这种技术允许许多业务信号共享一个公共导频信号作为相位基准，支持不那么昂贵和更加有效的跟踪机制。通常针对终端使用和共享的每一个频率，由每个信关或基站发射单个导频信号，这些终端在这些频率上从这个信关或基站接收信号。下面将参考图1更加详细地进行说明。为了说明起见，假设其中的通信系统是一个基于静地卫星的通信系统。但是，这些实施例的范围可以扩展到其它通信系统。

在基于静地卫星的系统中，信关116在正向链路方向发射导频信号，以后将它叫做正向链路导频信号或第一导频信号。位于正向链路波束中的一个或多个终端112捕获并跟踪发射的导频信号。每个终端112都从源自信关116的导频信号恢复载波相位和调制码片时钟时序。然后，每个终端112都从恢复出来的正向导频信号载频和调制码片时钟时序导出它的发射或传输载频和码片时钟时序。

按照可用协议或使用的系统(这在本领域里是众所周知的)在合适的时刻，与信关116通信的每个终端112在反向链路方向发射导频信号，以后叫做反向链路导频信号或第二导频信号。要指出，可以让一些或所有终端112具有以下能力：相对于以前从正向链路导频信号导出的时序提前或推迟传输或发射信号的时序。

如上所述，终端112利用第一导频信号跟踪信关116的参数，接下来，信关利用第二导频信号跟踪终端112的参数。通过跟踪这些参数，可以为码相位同步监视一个或多个发射参数。更加具体地说，可以跟踪信号时序这种参数，和/或也可以跟踪第一或第二导频信号的频率。典型情况下，被跟踪频率和基准频率之间的偏移值是一个发射参数。

因此，终端112可以从收到的第一导频信号导出至少一个发射参数。这一导出是在多个终端112的每一个中进行的。然后，终端112在分配的时刻发射第二导频信号，其中包括所导出的至少一个发射参数。例如，假设发射参数是码时序或周期，信关116将把第二导频信号的时序与反向链路基准信号进行比较。返回链路基准信号表示应该在信关116处收到的完全同步的返回链路发射的理想时序，其中返回链路基准信号通常是在信关116处产生的。可以从本地基准导出基准信号，推迟通过卫星转发器来往于地球上一个基准点(通常是波束中心)的预测往返延迟，再加上一个合适容限以支持更远的终端112。也可以从一个或多个终端112的收到的导频信号导出这个基准信号。

基于，至少部分地基于，基准和反向链路导频信号的这一比较，信关116确定要发射给每个终端的时序或控制信息。控制信息代表一些数据，它们表明反向链路导频信号和基准信号之间的时序差别。通过相对于基准信号来提前或推迟信号时序，终端利用这一信息来改变或调整发射给信关的信号的时序，从而实现用于同步所需要的时序。

然后，信关在正向链路上向每个需要的终端发射控制、命令或基准信号，指令终端提前或推迟它的发射参数。可以将它叫做控制信令。响应信关提供的信息或命令，每个终端都调整它的发射时序和/或频率，通常是以小的增量进行调整，并且按照收到的指令进行，以维持与信关内接收机的时间对准关系。

例如，可以使用几个预先选择的方法或技术来提前或推迟时序，以确定调整幅度或调整量。在一个实施例中，在系统设计的过程中，可以选择时序或频率的预定调整量或改变量，并且将它用作响应控制信号的基础。这些值可以基于已知的经验数据，例如，终端调整参数有多快，效率有多高，以及得到特定结果通常需要多大的改变量。它也可以基于终端设计特性。此外，在指令的执行过程中可以有一些延迟因子，这些延迟会导致一个人想减小终端内的改变量，以避免超出所需要的值。确定和实施终端发射时序的改变(它们被用于维持时间对准)这样一个过程可以针对一个波束内的多个终端进行。确保所需要的时间对准是本发明的一个方面，它使得返回方向上正交CDMA的使用成为可能。

因此，信关发射一个正向链路导频信号。终端捕获并跟踪这一正向链路导频信号，恢复载波相位和调制码片时钟时序。然后，终端从恢复出来的正向导频载波频率和码片时钟时序导出它自己的发射载频和码片时钟时序。

尽管上面的过程能够为多数终端112提供适当的同步，但是，当终端正在移动的时候，在正向链路导频信号的基础之上导出的发射载频和/或码片时钟时序会导致同步差错并进一步产生干扰。如上所述，终端运动方向或速度的突然改变会引起终端发射与其它信号不正交的信号。因此，每个终端112都会进行监视，检测其运动情况，从而在检测到突然的运动状态变化时，终端112对发射参数进行开环调整。

图2说明可以在一个信关中实现的接收机200的一个示例性实施例，该接收机用于在返回链路上接收从多个终端同时发射的多个正交CDMA信号。接收机200包括天线202，天线202连接到下变频器204，下变频器204接收RF信号，并且基于各种下变频技术降低频率。下变频以后的信号由模数(A/D)转换器206从模拟信号转换成数字信号。将数字信号输入多个解扩器208a～208n中的每一个。码源210也与每个解扩器208a～208n连接。码源210为解扩器提供对进来的CDMA信号进行解扩所需要的码。每个解扩器208a～208n也都分别与数据解调器212a～212n连接。

为了产生上面讨论的所需要的命令或控制信号，接收机200使用解扩器208a～208n和解调器212a～212n。在一些实施例中，可以实现搜索器220，并且可以利用解扩器208a～208n和搜索器220来产生控制信号。搜索器220检测从终端收到的不承载任何数据的各种导频信号。来自搜索器220或解调器的信息被接收机控制器或处理器230收到。处理器230使用这些信息，从来自终端的导频信号确定特定的发射参数，或者确定与来自终端的导频信号相关联的特定的发射参数，例如时序或频率偏移。这一般是通过进行检测，并且将时序或频率与基准信号的时序或频率进行比较来实现的。可以由如图所示的基准源232提供基准信号。在替换实施例中，基准信号可以储存在存储介质234中，由存储介质234提供。

另外，处理器230可以使用存储介质234来储存关于根据比较结果需要发出什么类型的命令的信息。例如，如果比较结果表明时序太快或者频率太高，处理器就可以仅仅是发出命令或请求，来推迟终端里的参数。另一方面，如果频率太低或者时序太慢，处理器230就可以发出简单命令，请求终端将值提前。但是，在一些系统中，处理器230也可以根据需要发出更加复杂的指令，指定要补偿的偏移量，以及调整请求，或者应该调整的具体数值。这些命令可以作为分开的信号发送，也可以附在其它通信信号后面，例如业务信号、接入指令，或者正在转发给终端的命令和控制信号。

图3说明可以在终端中实现，用于在使用OCDMA的返回链路中发射信号的发射机300的一个示例性实施例。发射机300不仅能够发射CDMA信号，还能够调整它们的发射参数。发射机300包括调制基带信号的数据调制器302，以及根据所分配的码信道对要发射的信号进行进一步调制的码调制器304。要发射的信号由上变频器306上变频，通过天线310发射。可以使用上变频的任何合适形式。

处理器330使用接收机部分(没有画出)收到的命令或控制信息(这一点在本领域中是公知的)来确定已经将什么命令或调整请求转发给终端。处理器330确定要采取什么样的适当行动，并且可能调整从终端发射信号的发射参数。例如，处理器330确定是否正在补偿时序或频率偏移，以及补偿的量。命令可以指定调整量，或者指令进行预定的调整以推迟或提前参数值。另外，处理器330还可以使用存储介质334来储存关于根据收到的调整信息或命令需要采取哪些类型的行动的信息。例如，如果发送固定调整命令，处理器330就可以使用预存信息来选择参数的改变量。存储介质334可以表明能够随时间改变的不同的量，或者在终端内的其它活动，等等。

但是，因为突然的运动会导致同步差错，因此发射机300还包括运动状态检测单元350。运动状态检测单元350检测终端的运动。在一个实施例中，运动状态检测单元350利用任意已知技术监视或跟踪多普勒，以确定转换速率(slew rate)。如果多普勒太高或改变太突然，处理器330就可以对发射时序和频率进行开环调整。处理器330基于检测到的多普勒速率(Doppler rate)，也就是能够从多普勒速率得到的转换速率，来调整发射参数。

如果调整请求建立在时序太快或频率太高的基础之上的，处理器330就可以相应地命令码源320推迟码时序，或者命令频率源324推迟或降低频率。另一方面，如果调整请求是建立在时序太慢或频率太低的基础之上的，处理器330就可以相应地命令码源320提前码时序，或者命令频率源324提前或提高频率。处理器330也可以根据需要独立于码源使用延迟元件321来调整码时序。

此外，要指出，发射机300是一个简化的实施例。更加典型的商业发射机可以有其它组件，例如确定要发射的信号的发射功率电平的功率控制单元。发射机300还可以有另外的频率源和/或延迟元件用来调整码时序和/或频率。还要明白，典型的终端有一个或多个控制器用于检测接收信号或发射信号的特定特性，改变输出信号的时序，帮助调制、码选择和终端内其它过程的定时和控制。处理器330可以形成这种控制器的一部分，或者配置成分开的处理器专用于本发明的实施例。还要注意，在上面提到的专利以及2001年12月4日授权的第6,327,534B1号美国专利中都对码时序的推迟和提前进行了讨论和说明。

在一个实施例中，闭环频率调整包括信关116测量在反向链路上从终端112接收的频率，并且将测量出来的频率与目标频率或基准频率进行比较。其目的是为了让收自终端112的载波频率充分地互相接近，从而使C/I损失最小。假设ft是基准频率，fc是估计出来的来自给定终端112的接收频率。信关116计算测量出来的从给定终端收到的载波频率与基准频率之差Δf＝f_t-t_e，并且将这个差发射给每个终端112。终端112调整它的发射载频，调整量为-aΔf，0＜a＜2。

在稳定状态下，当终端112已经处于静止状态或者正在以相对恒定的速度在特定的方向上行进的时候，以上程序将确保终端的接收到的载波频率收敛到所需频率。以上程序将导致发射频率的调整，以补偿新的多普勒频率。但是，如果如同上面所描述的一样，终端的速度或运动方向突然改变，在信关处收到的来自终端112的载波频率中的多普勒频率会发生改变。接收频率的这一改变会导致收自不同终端112的频率之间出现差别，这种差别则会导致反向链路上不同信号之间失去正交性。

以上程序会导致发射频率的调整以补偿新的多普勒频率。但是，在终端以恒定的速率改变运动状态直到达到特定门限的情况下，将正在改变的多普勒频率传送给终端112中的延迟会明显导致信关116处足够大的频率偏移，直到终端112的运动停止。在这段时间内，反向链路性能会变差。

因此，可以响应终端和卫星的运动引发的多普勒来进行开环频率调整。由上面描述的终端112内的频率跟踪算法来估计终端的突然变化所引起的多谱勒变化，并且对终端112的发射频率进行对应的校正。注意，终端112的速度/方向的任何变化都会改变正向链路上的多普勒频率，这一频率由终端的频率跟踪环测量。测量出来的正向链路上这一多普勒频率的改变被用于估计反向链路上多普勒频率的改变。

终端112的运动将影响终端和卫星110之间链路上的多普勒频率。因此，正向链路的上行链路上的多普勒频率分量，以及反向链路的下行链路部分上的多普勒频率会改变。所以，终端的运动在反向链路上引起的多普勒频率是正向链路上测量得到的多普勒的变化乘以反向链路的下行链路频率与正向链路的上行链路频率之比。令Δf_FL(n)是终端的频率跟踪环在测量周期n测量得到的接收频率的变化。终端处反向链路发射频率的变化量为：

$\frac{f_c^{\mathrm{FL}}}{f_c^{\mathrm{RL}}}\mathrm{\Δ}{f}_{\mathrm{FL}}\left(n\right)+\mathrm{\Δ}{f}_{\mathrm{FL}}\left(n\right)---\left(1\right)$

其中f_c ^FL和f_c ^RL是正向链路和返回链路载频。注意，公式(1)中的第二项源自终端的发射频率是从终端的接收频率导出的这样一个事实。因此，正向链路上引起的多普勒将与返回链路上引起的多普勒叠加。终端根据公式(1)的估计来对发射频率进行开环校正。将信关处对反向链路上测量得到的任何残留频率偏移全都报告给终端112，用于调整终端的发射频率。注意，在一些替换实施例中，终端可以实现并利用全球定位系统(GPS)接收机，根据从GPS接收机收到的位置和速度更新的变化来估计多普勒频率的变化。在一个实施例中，GPS接收机可以在运动状态检测单元350中实现。因此，可以将来自GPS接收机的定位信息用来估计多普勒频率的变化。

为了确保在信关116处同步地接收来自不同终端112的反向链路信号，也需要上面描述的时序同步。在一个实施例中，闭环时序调整程序按照以下方式工作。信关116连续地将收自给定终端112的信号的时序与基准时间进行比较。当终端的接收时序偏离基准时间的偏离量超过某个量的时候，信关116发送消息给终端112，命令它据此调整它的发射时序。

令T_t是所需要的目标时序或基准时序，令T_e是信关116处从给定终端112估计出来的时序。信关116计算被测时序和基准时序之间的差，ΔT＝T_t-T_e，并且将这个差发射给每个终端112。终端112调整其发射时序时钟，调整量为-aΔT，0＜a＜2。

如同在闭环频率调整中一样，由于移动台相对于卫星的移动，接收时序会以恒定的速率偏离。估计在信关116处接收时序的变化率，该变化率叫做时钟转换速率。然后将估计出来的转换速率发射给终端112。将第n个测量周期估计出来的在信关116处的转换速率表示为：

$S_e\left(n\right)=\frac{\mathrm{\ΔT}\left(n\right)}{T_m}---\left(2\right)$

其中ΔT(n)＝T_t-T_e(n)是第n个测量周期末尾基准时序和从给定终端估计出来的时序之间的时序变化，T_m是测量时间间隔。于是，可以将终端的发射时钟的转换速率更新为：

             S_t(n)＝S_t(n-1)+aS_e(n)                 (3)

其中0＜a＜2。终端112调整其发射时序，调整量为S_t(n)，也就是说，将它的发射时序推迟或提前S_t(n)。

但是，如果终端112的运动状态突然改变，那么转换速率就会发生突然变化。如果终端112依赖于信关116来估计转换速率的变化并且将它告诉终端116，那么因为将转换速率的变化报告给终端112的延迟，时序将会有大的差错。

因此，在开环时序调整中，终端112按照以下方式使用正向链路上的多普勒频率的变化，来估计转换速率的变化：

$\frac{\mathrm{\Δ}{f}_{\mathrm{FL}}\left(n\right)}{f_c^{\mathrm{FL}}}---\left(4\right)$

将利用公式(4)估计出来的转换速率的两倍与终端112用来调整其时序的当前发射时序转换速率S_t(n)相加。注意，如同在频率调整中一样，在一些替换实施例中，也可以将GPS用来估计时序转换速率。更加具体地说，可以将来自GPS接收机的定位信息用来估计移动台相对于卫星的移动速度的变化，由此来估计时序转换速率。

尽管这里提供了用于频率同步和时序同步的详细算法，但是还可以将其它算法用于调整频率和/或时序来实现同步对于本领域里的技术人员而言是显而易见的。类似地，本领域技术人员很容易理解如何用各种方式来实现这一过程。

图4说明方法400的一个示例性实施例，该方法在包括地球同步卫星的通信系统中的反向链路里使用OCDMA。在方法400里，在正向链路方向从信关发射第一导频信号(402)。也就是说，将信号从信关116发送到卫星110，在这个实施例中，卫星110在地球同步轨道里，信号被中继到地球表面的一部分。在终端112处接收第一导频信号(404)，终端112从第一导频信号恢复载波相位和调制码片时钟时序。

然后，终端112从恢复出来的正向导频信号载频和调制码片时钟时序导出(406)发射载频和码片时钟时序。终端112在反向链路方向向地球同步卫星110发射(408)第二导频信号，卫星将第二导频信号中继给信关116。在信关116处将第二导频信号与反向链路基准信号进行比较(410)。然后，信关116在正向链路方向(也就是向上朝向卫星，然后从卫星向下朝向终端)发射(412)控制信号，其中控制信号的内容至少部分地基于第二导频信号和反向链路基准信号之间的比较结果。响应这一控制信号，在终端内调整(414)与终端的发射有关的至少一个发射参数。典型情况下，这样的调整涉及相对于从正向链路导频信号导出的时序提前或推迟终端发射信号的时序。

此外，终端112还检测或监视(416)其运动状况。因此，如果检测到(418)突然的运动，终端112就可以基于检测到的运动状况调整(420)一个或多个这种发射参数。于是，实现发射参数的开环控制。

更加具体地说，图5说明在终端处调整发射参数的方法500的一个示例性实施例。一般而言，进行至少一个发射参数的闭环控制(510)。闭环控制可以通过接收包含控制信息的控制信号，比如正向链路导频信号，来实现。如同上面所说明的一样，控制信息包括数据，终端可以从这些数据导出该如何进行适当的调整。然后可以响应控制信号调整至少一个发射参数。

但是，还要监视终端的运动状况(520)。可以通过例如跟踪多普勒或多普勒速率来监视运动状况。如果检测到变化达到特定门限，就对至少一个发射参数进行开环控制(530)。例如，这一门限可以是选择的一个多普勒速率，如果检测到的多普勒速率超过选择的这个多普勒速率，就进行开环控制。在这里，终端运动状态的突然变化会导致超过所选多普勒速率的多普勒速率。如果符合这样的条件，就通过中断响应控制信号对至少一个工作参数的调整，进行开环控制。

如上所述，通过允许终端监视它们的运动，可以在基于OCDMA的通信系统的反向链路中更好地维持同步。在返回链路中使用OCDMA允许一个波束内的多个终端利用与例如时分多址(TDMA)技术将使用的同样或更低的总功率(aggregate power)同时发射。此外，还注意到，所公开的这一同步技术还能够应用于OCDMA以外的正交多址调制方案。

还要指出，这些实施例可以用硬件、软件、固件、中间件、微代码或者它们的任意组合来实现。用软件、固件、中间件、微代码实现的时候，用于完成必要任务的程序代码或代码段可以储存在机器可读介质中，例如存储介质234或334，或者储存在没有画出的其它存储装置中。处理器230或330这种处理器可以完成必要的任务。代码段可以代表程序、功能、子程序、例程、模块、软件包、类或者指令、数据结构或程序语句的任意组合。通过传递和/或接收信息、数据、变量、参数或存储器内容，可以将代码段与另一个代码段或硬件电路连接起来。信息、变量、参数、数据等等可以经由适当的装置被传递、转发或发射，这些装置包括存储器共享、消息传递、标记传递、网络传输等等。

例如，图6说明作为机器可执行指令610储存在机器可读存储介质620中的软件子程序，这些介质有例如盘、CD-ROM、磁带、数字视频或多功能盘(DVD)、激光盘、ROM、闪存等等。指令序列不必保存在本地，可以从远程存储装置接收，例如网络上的服务器，CDROM装置，软盘等等。不管是来自什么源，都可以访问并且用处理器执行这些指令。在替换实施例中，可以使用离散的硬件或固件。例如，可以用上面描述的本发明的一个或多个功能对一个或多个专用集成电路(ASIC)进行编程。在另一个实例中，可以在其它电路板上面的一个或多个专用集成电路上实现本发明的一个或多个功能，并且可以将这些电路板插入上述计算机。在另一个实例中，可以将现场可编程门阵列(FPGA)或者静态可编程门阵列(SPGA)用于实现本发明的一个或多个功能。在另一个实例中，可以将硬件和软件的组合用于实现本发明的一个或多个功能。

此外，对于本领域技术人员而言显而易见，可以重新排列接收机200和/或发射机300的部件，而不会影响接收机200和/或发射机300的工作。因此，前面的实施例仅仅是实例，不应该将它们理解为对本发明的限制。对实施例进行描述的目的是进行说明，而不是为了限制权利要求的范围。所以，这里的技术启示可以应用于其它类型的装置，许多替换、变形和变化对于本领域技术人员而言都是显而易见的。

Claims (32)

1.一种在卫星通信系统的返回链路中提供正交多址通信的方法，该方法包括：

进行与信号的发射相联系的至少一个发射参数的闭环控制；

进行监视，以检测终端的运动状态变化；以及

如果检测到的所述变化满足特定条件，就进行所述至少一个发射参数的开环控制。

2.如权利要求1所述的方法，其中进行所述开环控制包括：

如果检测到运动状态的突然变化，就进行开环控制。

3.如权利要求1所述的方法，其中进行所述闭环控制包括：

接收控制信号，其中包括用于调整所述发射参数的信息；以及

响应所述控制信号，调整所述发射参数。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述控制信号是正向链路导频信号。

5.如权利要求4所述的方法，其中进行所述闭环控制还包括：

发送反向链路导频信号，用于产生所述控制信号。

6.如权利要求3所述的方法，其中进行所述开环控制包括：

基于检测到的所述变化调整所述发射参数。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述发射参数是频率。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述发射参数是时序。

9.如权利要求1所述的方法，其中检测所述变化包括：

在所述终端处跟踪多普勒频率。

10.如权利要求9所述的方法，其中跟踪多普勒频率包括：

使用收自全球定位系统的定位信息。

11.如权利要求1所述的方法，其中所述正交多址通信是建立在正交码分多址基础之上的。

12.如权利要求1所述的方法，其中所述正交多址通信是建立在正交频分多址基础之上的。

13.用于终端内在卫星通信系统的返回链路中提供正交多址通信的设备，该设备包括：

处理器，用于进行与信号的发射相联系的至少一个发射参数的闭环控制；

运动状态检测单元，与所述处理器连接，用于进行监视，以检测终端的运动状态变化；以及

其中如果检测到的所述变化达到特定门限，就将所述处理器用于进行所述至少一个发射参数的开环控制。

14.如权利要求13所述的设备，其中如果检测到运动状态的突然变化，所述处理器就进行开环控制。

15.如权利要求13所述的设备，其中所述处理器通过以下步骤来进行闭环控制：接收控制信号，其中包括用于调整所述发射参数的信息；以及响应所述控制信号，调整所述发射参数，以进行闭环控制。

16.如权利要求15所述的设备，其中所述控制信号是正向链路导频信号。

17.如权利要求16所述的设备，其中所述处理器发送反向链路导频信号，用于产生所述控制信号。

18.如权利要求15所述的设备，其中所述处理器还通过基于检测到的所述变化调整所述发射参数来进行开环控制。

19.如权利要求13所述的设备，其中所述发射参数是频率。

20.如权利要求13所述的设备，其中所述发射参数是时序。

21.如权利要求13所述的设备，其中所述运动状态检测单元包括全球定位系统(GPS)接收机，该接收机用于产生定位信息，该定位信息用于进行监视，以检测所述终端的运动状态变化。

22.如权利要求13所述的设备，其中所述定位信息用于跟踪多普勒频率。

23.如权利要求13所述的设备，其中所述正交多址通信是建立在正交码分多址基础之上的。

24.如权利要求13所述的设备，其中所述正交多址通信是建立在正交频分多址基础之上的。

25.在卫星通信系统的返回链路中提供正交多址通信的设备，该设备包括：

用于进行与信号的发射相联系的至少一个发射参数的闭环控制的装置；

用于进行监视，以检测终端的运动状态变化的装置；以及

如果检测到的所述变化达到特定门限，用于进行所述至少一个发射参数的开环控制的装置。

26.一种用于在卫星通信系统的返回链路中提供正交多址通信的机器可读存储介质，该机器可读存储介质包括：

用于进行与信号的发射相联系的至少一个发射参数的闭环控制的指令；

用于进行监视，以检测终端的运动状态变化的指令；以及

如果检测到的所述变化达到特定门限，用于进行所述至少一个发射参数的开环控制的指令。

27.一种在卫星通信系统的返回链路中提供正交多址通信的方法，该方法包括：

接收正向链路导频信号；

从所述正向链路导频信号导出发射参数；

基于导出的所述发射参数发送反向链路导频信号；

进行监视，以检测终端的运动状态变化；以及

如果检测到的所述变化达到特定门限，就基于检测到的所述变化调整所述发射参数。

28.如权利要求27所述的方法，其中所述发射参数是频率。

29.如权利要求27所述的方法，其中所述发射参数是时序。

30.如权利要求27所述的方法，其中进行监视以检测变化包括：

使用收自全球定位系统的定位信息。

31.如权利要求27所述的方法，其中所述正交多址通信是建立在正交码分多址基础之上的。

32.如权利要求27所述的方法，其中所述正交多址通信是建立在正交频分多址基础之上的。

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