DE19581784B4

DE19581784B4 - Verfahren zum Informieren einer Teilnehmereinheit über ein ankommendes Gespräch sowie zellulares Satellitenkommunikationssystem und Läutealarmnachricht zur Anwendung bei diesem Verfahren

Info

Publication number: DE19581784B4
Application number: DE19581784T
Authority: DE
Inventors: Keith Andrew Mesa Olds; Gregory Barton Mesa Vatt; Christopher Neil Elmhurst Kurby
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Cdc Propriete Intellectuelle Fr
Priority date: 1994-10-03
Filing date: 1995-07-28
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2015-07-29
Also published as: GB9706215D0; GB2309361A; GB2309361B; CA2201154A1; DE19581784T1; WO1996010896A1; US5930679A; KR970706709A; RU2140707C1; KR100350339B1; CN1159875A

Abstract

Verfahren zum Informieren einer Teilnehmereinheit (300) über ein ankommendes Gespräch mit den Schritten:
Überwachen (210) eines universalen Läutealarmkanals (48, 51), der ein Verzeichnis von Läutealarmkanälen vorsieht und von einem Satelliten (1, 3) zum Zuordnen der Teilnehmereinheit (300) zu zellspezifischen Läutealarmkanälen in einer vorbestimmten Reihenfolge benutzt wird;
Überwachen (214) der zellspezifischen Läutealarmkanäle in einer vorbestimmten Reihenfolge;
Auswählen eines Kanals aus den zellspezifischen Läutealarmkanälen, der eine bevorzugte Signalqualität hat;
Überwachen (216) dieses einen Kanals auf das Auftreten einer Läutealarmnachricht (82), die eine Teilnehmereinheit-ID (90) enthält;
Extrahieren eines nächsten Läutealarmintervalls aus der Läutealarmnachricht (82);
Setzen eines Zeitgebers (120) so, dass er beim Eintreffen (226) des nächsten Läutealarmintervalls abläuft;
Schlafen (224) in einer niedrigenergetischen Betriebsweise;
Erwachen (230) beim Ablaufen des Zeitgebers (120), und,
wenn die Teilnehmereinheit-ID (90) erfasst wird,
Einleiten eines Verbindungsaufbauprozesses durch das Übergehen auf einen Verkehrskanal, andernfalls
Rückkehren zum Überwachen...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Informieren einer Teilnehmereinheit über ein ankommendes Gespräch in einem zellularen Satellitenkommunikationssystem sowie auf eine Läutealarmnachricht und ein Verfahren zum Zuordnen einer Teilnehmereinheit zu einem Läutealarmkanal innerhalb eines solchen Satellitenkommunikationssystems.
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf zellulare Satellitenkommunikationssysteme und insbesondere auf ein System und ein Verfahren für das Alarmieren von Teilnehmereinheiten über einlaufende Rufe, das eine Ortinformation liefert und Teilnehmereinheiten anweist, Kanäle zu steuern.
Ein zellulares Kommunikationssystem projiziert eine Anzahl von Zellen auf die Erde. In einem terrestrischen zellularen System erstrecken sich diese Gebiete um einen Zellort. Gespräche, die an Teilnehmereinheiten gerichtet sind, müssen durch einen Netzübergang (Gateway) zu einem Zellort geleitet werden, der einen Strahl projiziert, in dem sich die gerufene Teilnehmereinheit befindet.
Terrestrische zellulare Kommunikationssysteme verständigen Teilnehmereinheiten über ein ankommendes Gespräch durch Senden (Funkruf) einer Teilnehmereinheitsidentifikationsnummer, wobei eine oder mehrere Frequenzen innerhalb der Zelle verwendet werden. Diese Funkruffrequenzen werden in nicht benachbarten Zellen erneut verwendet.
Teilnehmereinheiten in terrestrischen zellularen Systemen bewegen sich im Gegensatz zu Teilnehmereinheiten in zellularen Satellitensystemen mit vernachlässigbaren Geschwindigkeiten bezüglich des Ortes einer Zelle. Somit spreizen in terre strischen Systemen Dopplerfrequenzen eine Funkruffrequenz nicht wesentlich; in einem zellularen Satellitenkommunikationssystem, in dem Satelliten (Zellorte) mit einer Geschwindigkeit von über 20 000 km/h die Erde umkreisen, ist eine Dopplerfrequenzspreizung von über 60 kHz bis 80 kHz typisch.
Zellulare Satellitensysteme, die eine mehrfache Frequenzwiedernutzung von Funkruffrequenzen implementieren, erfordern mehrere Breitbandfunkruffrequenzen (Doppler kompensierend), die ein erhebliches Spektrum verbrauchen.

Zusätzlich erfordern Teilnehmereinheiten in einem zellularen Satellitenkommunikationssystem Steuerkanäle, (Übertragungskanäle) um Information zu liefern, die bei der Gesprächsbeendigung relevant ist, wie beispielsweise verfügbare Kommunikationskanäle. Systeme des Standes der Technik, bei denen Teilnehmereinheiten mehrere Kanäle abtasten, bevor Steuerkanäle erkannt werden, verbrauchen wesentliche Ressourcen und Zeit; vgl. z.B. US 5 343 512 .

In einem Mehrfachbetriebsartenkommunikationssystem, in dem eine Duplexkommunikation und Simplexfunkrufdienste vorgesehen sind, wie im Falle der Erfindung, hält der Simplexfunkruf die Funkrufbestimmung zurück, während die Benachrichtigung über ein ankommendes Gespräch die Bestimmung eines Läutealarms erfordert.

Aufgabe der Erfindung ist es, Verfahren und ein zellulares Satellitenkommunikationssystem anzugeben, mit denen unter Verwendung nur eines eine universale Frequenz aufweisenden Kanals die Teilnehmereinheiten bestimmten ausgewählten Kanälen zugeordnet und über ein ankommendes Gespräch informiert werden können.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1, 3, 4 und 5 angegebenen Merkmale gelöst.

Eine Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 angegeben.

Die Erfindung zeichnet sich im wesentlichen dadurch aus, dass nur ein universaler Läutealarmkanal, der auf nur einer Frequenz von den Satelliten gesendet wird, von den Teilnehmereinheiten zu empfangen ist, wobei dieser universale Läutealarmkanal ein Verzeichnis von zellspezifischen Läutealarmkanälen enthält, um einer jeweiligen Teilnehmereinheit einen dieser zellspezifischen Läutealarmkanälen zuordnen zu können, der am Ort der jeweiligen Teilnehmereinheit eine bevorzugte Signalqualität aufweist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Im Einzelnen zeigt:
1 ein Diagramm einer Umgebung, die ein zellulares Satellitenkommunikationssystem unterstützt, in welcher die Erfindung praktiziert werden kann;
2 ein Diagramm eines zellularen Musters, das durch benachbarte Satelliten ausgebildet wird, die ihre Kommunikationsstrahlen auf die Oberfläche der Erde projizieren;
3 ein Diagramm einer Frequenz- und Zeitaufteilung des Kommunikationsspektrums zwischen Teilnehmereinheiten und Satelliten gemäß der Erfindung;
4 ein Diagramm einer Läutealarmnachricht gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
5 ein Blockschaltbild eines Satelliten des Kommunikationssystems;
6 ein Blockschaltbild einer Teilnehmereinheit gemäß der Erfindung; und
7 ein Flussdiagramm eines Benachrichtigungsverfahrens für Teilnehmereinheiten über das Ankommen eines Gesprächs, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
1 zeigt ein Diagramm einer Umgebung, die ein zellulares Satellitenkommunikationssystem 116 trägt, innerhalb dessen die Erfindung praktiziert werden kann. Eine Konstellation 102, die aus mehreren Satelliten 1 besteht, ist in einer relativ niedrigen Kreisbahn um die Erde platziert.
Das System 116 umfasst eine oder mehrere Netzübergangsstellen (Gateways GW) 117. Die Gateways 117 befinden sich auf der Oberfläche der Erde und in Kommunikation mit einem oder mehreren sich in der Nähe befindlichen Satelliten 1 über Gatewayverbindungen 119. Die Satelliten 1 befinden sich auch durch Querverbindungen 108 miteinander in Verbindung. Um die Kommunikation zu synchronisieren und die Interferenz zu minimieren, sind alle Satelliten 1 durch eine erdgebundene Satellitensteuerfunktion zeitlich synchronisiert. Somit werden alle Satelliten 1 in der Konstellation im wesentlichen von einem gemeinsamen Takt getaktet.
Durch die Konstellation 102 der Satelliten 1 kann ein Gateway 117 Kommunikationen steuern, die zu einem beliebig großen Gebiet der Erde gerichtet sind. Das Gebiet, das durch jeden-Gateway 117 gesteuert wird, ist jedoch vorzugsweise mit einem oder mehreren spezifischen geopolitischen Vorschriften verbunden. Das Gateway 117 stellt eine Verbindung zum (nicht dargestellten) öffentlichen Telefonnetz (PSTN) dar, von welchem Rufe, die für Teilnehmereinheiten 300 bestimmt sind, empfangen werden können, und zu dem Gespräche, die von Teilnehmereinheiten platziert sind, gesendet werden können.
Das System 116 umfasst auch eine beliebige Zahl, möglicherweise in die Millionen gehend, von Teilnehmereinheiten 300. Die Teilnehmereinheiten 300 können als konventionelle mobile oder tragbare Funkkommunikationsausrüstungen konfiguriert sein. Die Teilnehmereinheiten sind so konfiguriert, dass sie Kommunikationen von Satelliten 1 empfangen, und um andere Funktionen durchzuführen, die später erläutert werden. Teilnehmereinheiten 300 kommunizieren mit sich in der Nähe befindlichen Satelliten 1 durch Teilnehmerverbindungen 112. Die Teilnehmerverbindungen 112 bestehen unter anderem aus einem oder mehreren Übertragungskanälen, Verkehrsaufwärtsverbindungs- und Abwärtsverbindungskanälen, und Erfassungskanälen (siehe 3).
Gespräche werden zwischen zwei Teilnehmereinheiten 300 verbunden oder zwischen einer Teilnehmereinheit 300 und einer PSTN-Telefonnummer. Allgemein gesagt, befindet sich jede Teilnehmereinheit 300 in Steuerkommunikationen (das sind, Übertragungskanalüberwachung, Erfassung, etc.) mit einem sich in der Nähe befindlichen Gateway 117 durch die Konstellation 102 während eines Gesprächsaufbaus. Diese Steuerkommunikationen finden statt, bevor ein Kommunikationsweg zwischen einer Teilnehmereinheit 300 und einer anderen Teilnehmereinheit ausgebildet wird, wobei es sich dabei um eine andere Teilnehmereinheit 300 oder eine PSTN-Telefonnummer handeln kann. Insbesondere kommuniziert eine Teilnehmereinheit 300 mit einem Gateway 117 über einen oder mehrere Satelliten 1. Ein Gateway 117 kann als bedienendes Gateway für die spezielle Teilnehmereinheit 300 angesehen werden.
Durch die niedrigen Erdumlaufbahnen bewegen sich die Satelliten 1 relativ zur Erde. Wenn beispielsweise Satelliten 1 in Kreisbahnen platziert sind, die sich ungefähr 765 km über der Erde befinden, so bewegt sich ein überfliegender Satellit 1 mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 25000 km/h bezüglich eines Punktes auf der Oberfläche der Erde. Dies gestattet es einem Satelliten 1, dass er sich innerhalb des Sichtbereiches eines Punktes der Oberfläche der Erde maximal für ungefähr 9 Minuten befindet. Durch die relativ niedrigen Erdumlaufbahnen der Satelliten 1, bedecken zu jedem Zeitpunkt Sendungen in Sichtweite eines beliebigen Satelliten ein relativ kleines Gebiet der Erde. Wenn beispielsweise Satelliten 1 Erdumlaufbahnen in einer Höhe von ungefähr 765 km über der Erde bele gen, so haben solche Sendeabdeckungsgebiete ungefähr einen Durchmesser von 6350 km.
In Bezug zueinander bleiben die Satelliten 1 relativ stationär, mit Ausnahme von Kreisbahnen 118, die aufeinander zulaufen, sich überkreuzen oder sich jeweils in den Polargebieten und an der Gegenrotationsnaht kreuzen. Durch diese Bewegung bleiben die Entfernungen zwischen Satelliten 1, die sich in gemeinsamen Umlaufbahnen 118 befinden, im wesentlichen konstant. Die Entfernungen zwischen Satelliten 1, die sich in benachbarten Umlaufbahnen befinden, die auch Kreuzebenenumlaufbahnen genannt werden, 118, variieren mit der Breite des Satelliten 1. Die größte Entfernung zwischen diesen Kreuzebenensatelliten 1 existiert am Äquator. Diese Distanz nimmt ab, wenn die Kreuzebenensatelliten 1 sich den Polarregionen nähern und nimmt zu, wenn die Kreuzebenensatelliten 1 sich dem Äquator nähern.
2 zeigt ein Diagramm eines zellularen Musters, das durch benachbarte Satelliten erzeugt wird, die Kommunikationsstrahlen auf die Oberfläche der Erde projizieren. Die Satelliten 1 und 3 (die identisch zum Satelliten 1 sein können) verwenden Frequenzspektrumswiedernutzungstechniken. Diese Techniken umfassen die zellulare Aufteilung der Projektionsbandbreiten. Die Satelliten 1 und 3 erzeugen jeweils Projektionen von Strahlen 2 und 4. Die Strahlprojektionen 2 und 4 sind bidirektionale Ausbeutegebiete (Zellen), die mit den Antennen auf den Satelliten 1 und 3 verbunden sind. Diese Antennen können einzelne gerichtete Antennen oder eine in Phase befindliche Anordnung von Antennen sein, die eine Mehrstrahlprojektion vornehmen können oder kann.
Die Zellen 10-28 können viele Formen annehmen, je nach Antennengewinnkennzeichen der Antennen. In 2 sind die Zellen 10-28 aus Darstellungsgründen als Sechsecke gezeigt. Die Zellen 10-28 bewegen sich in Umlaufbahnrichtung 8, wenn sich die Satelliten 1 und 3 in Umlaufbahnrichtung 8 bewegen. Die Zellen 10-28 verwenden geteilte nichtüberlagernde Frequenzen und Zeitschlitze für die Teilnehmereinheitskommunikationen auf den Teilnehmerverbindungen 112.
Die Frequenzspektrumswiedernutzung in zellularen Systemen kompliziert die Teilnehmereinheitsbestimmung erlaubter Kommunikationsfrequenzen und Steuerkanäle (Übertragung und Erfassung) innerhalb einer speziellen Zelle. Die Teilnehmereinheitsteuerinformation kommt typischerweise von einem Rundstrahlkanal, den Teilnehmereinheiten überwachen. Im Stand der Technik tasten Teilnehmereinheiten eine Serie vorbestimmter Kanäle ab, die für die Steuerfunktion zugewiesen sind, um anwendbare Steuerkanäle entweder durch Leistungsmessungen oder Ortsdaten zu bestimmen. Die Abtastung der Steuerkanäle verursacht eine Verzögerung bei der Erfassung der Steuerinformation und das Zuweisen eines vorbestimmten Satzes von Steuerkanälen verbraucht ineffizient Ressourcen.
Bei der Erfindung wird ein universaler Läutealarmkanal 48 (3) mit einer einzigen Frequenz verwendet, um sequentiell eine Läutealarmnachricht 82 (4), die Steuerinformation enthält, an aufeinanderfolgende Zellen 10-28 innerhalb von Strahlprojektionen 2 und 4 zu übertragen. Die Teilnehmereinheiten 300 überwachen diese einzige Frequenz und empfangen Information, die sie auf zellspezifische Übertragungskanäle (Steuerkanäle) richtet. Das lindert die Notwendigkeit für Teilnehmereinheiten, viele Frequenzen und Zeitschlitze abtasten zu müssen, um einen anwendbaren Steuerkanal zu finden.
3 zeigt ein Diagramm einer Frequenz- 46 und Zeit- 44 Aufteilung des Kommunikationsspektrums zwischen Teilnehmereinheiten 300 und Satelliten 1 (1) gemäß der vorliegenden Erfindung. Kommunikationen zwischen Satelliten 1 und Teilnehmereinheiten 300 finden über Teilnehmerverbindungen 112 (1) statt.
Die Teilnehmerverbindung 112 besteht aus einer Serie von Teilnehmerverbindungsrahmen 40 und 42, die kontinuierlich entlang der Zeitachse 44 gezeigt sind. Eine sorgfältige Zuweisung der Sende- (Abwärtsverbindungs) und Empfangs- (Aufwärtsverbindungs) teile der Teilnehmerverbindung 112 minimiert die Interfrerenzauswirkungen benachbarter Satelliten. Der Empfangsteil des Teilnehmerverbindungsrahmens 40 umfasst eine Aufwärtsverbindungszeit 52, eine Abwärtsverbindungszeit 54 und einen universalen Läutealarmkanal 48.
Die Aufwärtsverbindungszeit 52 enthält zeitsegmentierte Aufwärtsverbindungszeitschlitze 64, 66, 68 und 70. Aus Gründen der Darstellung sind vier Aufwärtsverbindungszeitschlitze gezeigt; wobei jedoch in einem Frequenzebenen/Zeitebenensystem mit Mehrfachzugriff (FDMA/TDMA) eine beliebige handhabbare Zahl von Zeitschlitzen verwendet werden kann. Den Teilnehmereinheiten 300 ist ein spezifischer Zeitschlitz und eine spezifische Frequenz 56, 58, 60 oder 62 zugeordnet, innerhalb welchem sie Information zu den Satelliten 1 übertragen.
Die Abwärtsverbindungszeit 54 enthält zeitsegmentierte Abwärtsverbindungszeitschlitze 72, 74, 76 und 78. Aus Gründen der Darstellung sind vier Abwärtsverbindungszeitschlitze gezeigt; in einem FDMA/TDMA-System kann jedoch eine beliebige handhabbare Zahl von Zeitschlitzen verwendet werden. Den Teilnehmereinheiten 300 ist ein spezifischer Zeitschlitz zugeordnet, innerhalb dessen sie Information von den Satelliten 1 empfangen.
Der Teilnehmerverbindungsrahmen 42 zeigt eine alternative Ausführungsform eines universalen Läutealarmkanals, wobei ein Läutealarmkanal 51 während einer Abwärtsverbindungszeit einer Satellitenübertragung zeitlich aufgeteilt ist. Überlappende Läutealarmkanalübertragungen mit Abwärtsverbindungsübertragungen können eine zusätzliche Empfangsbelastung für eine Teilnehmereinheit bilden, wobei sich jedoch Vereinfachungen bei der Teilnehmereinheitszeitgebung ergeben können.
Satellitenübertragungen während einer Abwärtsverbindungszeit 54 strahlen im allgemeinen in spezielle Zellen, wie das in
2 gezeigt ist. Ein bemerkbarer Teil der Sendungen des Satelliten 1 spreizen sich jedoch und breiten sich in Richtung des Satelliten 3 aus. Diese Aussendungen können mit Teilnehmereinheitsübertragungen zum Satelliten 3 in einem nachfolgenden Rahmen oder Zeitschlitz interferieren. Um dieses Problem zu vermindern, wird ein Empfangssperrzeitraum definiert, innerhalb dessen am Satelliten 1 empfangene Signale ignoriert werden.
Obwohl ein Satellitenempfangssperrzeitraum den Einfluss äußerlicher Überlagerungen von benachbarten Satelliten vermindert, beeinträchtigt er jedoch den Systemdurchsatz. Die Erfindung verwendet diesen Empfangssperrzeitraum als ein Satellitensendefenster für das Senden von Information zu Teilnehmereinheiten 300 auf einer Frequenz, die nicht der Abwärtsverbindungszeit entspricht. Der universale Läutealarmkanal 48 verwendet diese Satellitenempfangssperrzeiträume, um Steuerinformation auf aufeinanderfolgende Zellen 10-28 zu übertragen, unter Verwendung eines zugewiesenen universalen Frequenzkanals. Dieser Satellitenempfangssperrzeitraum kann auch für andere Simplexsendefunktionen verwendet werden, wie beispielsweise den Funkruf, vorausgesetzt dass die Frequenz nicht auch für Duplexkanäle verwendet wird.
Wenn man einen universalen Läutealarmkanal hat, der ein Verzeichnis für Übertragungskanäle (Steuerkanäle) für Teilnehmereinheiten liefert, so gestattet dies dem Kommunikationssystem, dynamisch Übertragungskanäle für eine effizientere Nutzung des Spektrums zuzuweisen; wobei es nicht notwendig ist, einen Block des Spektrums nur für die Verwendung als Übertragungskanäle zuzuweisen.
4 zeigt ein Diagramm einer Läutealarmnachricht 82 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das System 116 (1) fordert von einem Übertragungskanal (Steuerkanal), dass er die Teilnehmereinheiten 300 über einlaufende Rufe informiert. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Läutealarmnachricht 82 einen Vorsatz 84, eine Steuerinformation 85 und eine Liste von Teilnehmereinheits-IDs 90. Der Vorsatz 84 erleichtert das Erfassen der Läutealarmnachricht 82 und er stellt in einer bevorzugten Ausführungsform eine feste Zeitdauer unmodulierter Trägerfrequenz dar.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Steuerinformation 85 ein einziges Wort 86 und einen Kopf 88. Das einzige Wort 86 identifiziert eindeutig einen Kommunikationsbefehl zwischen den Teilnehmereinheiten 300 und dem Satelliten 1. Der Kopf 88 umfasst die Satelliten-ID, die Zell-ID, den geographischen Ort, das nächste Läutealarmintervall und eine strahlspezifische Übertragungskanalfrequenz und eine Zeitschlitzinformation. Die Teilnehmereinheiten 300 können die Information über den geographischen Ort der Zelle anstelle von Leistungsmessungen verwenden, um eine bedienende Zelle zu berechnen.
Die Teilnehmereinheit-IDs 90 zeigen eine Anforderung für eine Kommunikation mit Teilnehmereinheiten, die innerhalb einer speziellen Zelle angeordnet sind. Wenn eine Teilnehmereinheit eine Teilnehmereinheit-ID 90 erkennt, die mit ihrer eigenen zusammenpasst, so benachrichtigt die Teilnehmereinheit 300 den Satelliten, dass sie das Gespräch empfangen kann.
Wie oben ausgeführt wurde, übertragen die Satelliten 1 und 3 (2) einzeln eine Läutealarmnachricht 82 zu den Zellen 10-28 in sequentiellen Teilnehmerverbindungsrahmen 40. Da die Satelliten 1 und 3 nur eine Teilnehmereinheit in einer speziellen Zelle "anläuten" (eine Teilnehmereinheit-ID senden) müssen die Teilnehmereinheiten 300 nur den universalen Läutealarmkanal 48 überwachen, wenn die Satelliten 1 oder 3 eine Läutealarmnachricht 82 in die Zelle übertragen, die die Teilnehmereinheit 300 umgibt. Die Teilnehmereinheiten 300 sparen Leistung durch den Übergang in eine "Schlafbetriebsart" (Standby) mit niedriger Leistung und dem "Erwachen" nur dann, wenn ein Läutealarmkanal 48 überwacht werden soll, der auf die spezielle Zelle gerichtet ist, die die Teilnehmereinheit 300 umgibt.
5 zeigt ein Blockdiagramm eines Satelliten des Kommunikationssystems. Vorzugsweise werden alle Satelliten 1 innerhalb des Systems 116 (1) im wesentlichen durch das Blockdiagramm der 5 beschrieben. Der Satellit 1 umfasst Querverbindungstransceiver 172 und Querverbindungsantennen 174. Die Transceiver 172 und die Antennen 174 tragen Querverbindungen zu anderen sich in der Nähe befindlichen Satelliten 1. Die Gatewayverbindungstransceiver 176 und die Gatewayverbindungsantennen 178 tragen die Gatewayverbindungen 119, um mit den Gateways 117 (1) zu kommunizieren. Darüber hinaus tragen die Teilnehmereinheitstransceiver 180 und die Teilnehmereinheitsverbindungsantennen 182 Verbindungen 112 zu Teilnehmereinheiten 300 (1). Vorzugsweise kann jeder Satellit 1 gleichzeitig Verbindungen für bis zu Tausend oder mehr Teilnehmereinheiten 300 (1) tragen. Natürlich werden Fachleute erkennen, dass die Antennen 174, 178 und 182 entweder als einfache Mehrrichtungsantennen oder als Bänke diskreter Antennen implementiert werden können. Es ist wünschenswert, dass Teilnehmereinheitsantennen 182 aus einem sich in Phase befindlichen Feld von Antennen besteht, das gleichzeitig auf viele Zellen 10-28 (2) zugreifen kann.
Eine Steuerung 184 verbindet jeden der Transceiver 172, 176 und 180 auch mit einem Speicher 186 und einem Timer 188. Die Steuerung 184 kann unter Verwendung eines oder mehrere Prozessoren implementiert werden. Die Steuerung 184 verwendet Timer 188, um das aktuelle Datum und die Zeit aufrecht zu erhalten. Der Speicher 186 speichert Daten, die als Befehle für die Steuerung 184 dienen und die, wenn sie durch die Steuerung 184 ausgeführt werden, den Satelliten 1 veranlassen, Prozeduren auszuführen, die nachfolgend erläutert werden. Zusätzlich umfasst der Speicher 186 Variablen, Tabellen und Datenbanken, die während des Betriebs des Satelliten 1 manipuliert werden.
Die Transceiver 180 der Teilnehmereinheiten sind wünschenswerterweise Mehrkanal-FDMA/TDMA-Transceiver, die auf allen unterschiedlichen, auswählbaren Frequenzen während spezieller, auswählbarer Zeitschlitze senden und empfangen können, wie es ihnen durch die Steuerung 184 angewiesen wird. Die Transceiver 180 der Teilnehmereinheiten haben eine genügende Anzahl von Kanälen, um die gewünschte Zahl von Sende- und Empfangsfrequenzen für die Kommunikationen zu liefern. Die Steuerung 184 kann für eine Zuweisung der Frequenz- und Zeitschlitzzuordnungen, für ein Erzeugen der Läutalarmnachrichten und der darin enthaltenen Information dienen. Die Transceiver 180 der Teilnehmereinheiten dienen zum Senden und Empfangen jedes beliebigen Frequenzkanalsatzes, so dass jeder Transceiver 180 einer Teilnehmereinheit, wenn dies benötigt wird, die gesamte spektrale Kapazität aller Frequenzkanalsätze verwenden kann, indem er alle Frequenz- und Zeitschlitzzuweisungen zu handhaben kann.
6 zeigt ein Blockschaltkreis einer Teilnehmereinheit gemäß der Erfindung. Die Teilnehmereinheit 300 umfasst einen Empfänger 92. Der Empfänger 92 empfängt Signale vom Satelliten 1. Der Empfänger 92 verbindet mit einem Empfängerpuffer 99, der temporär Daten speichert, die am Empfänger 92 empfangen wurden, bis diese Daten verarbeitet werden können. Der Empfänger 92 verbindet auch mit einem Ankunftzeitdetektor 95 und einem Frequenz-/Leistungsdetektor 98. Diese Detektoren helfen bei der Kanalanalyse und der Auswahl.
Der Ankunftszeitdetektor 95 identifiziert den Zeitpunkt, wenn eine Impulsfolge von Basisbanddaten anfänglich an der Teilnehmereinheit 300 empfangen wird. Der Detektor 95 stellt eine Verbindung zum Puffer 99 her, so dass die Daten korrekt in den Puffer 99 taktweise eingeschrieben werden können, so wie sie empfangen werden.
Der Frequenz-/Leistungsdetektor 98 misst eine Frequenz, die den Basisbanddaten zugeordnet ist. Die Basisbanddaten können mit einer abweichenden IF-Frequenz durch den Dopplereffekt und Fehler bei der präzisen Modulation und Demodulation der Basisbanddaten verknüpft sein. Der Detektor 98 misst auch die emp fangenen Leistungspegel für das Überwachen von Läutealarmkanälen in benachbarten Zellen.
Der Puffer 99, der Ankunftszeitdetektor 95 und der Detektor 98 sind alle mit einer Steuerung 96 verbunden. Die Steuerung 96 stellt auch eine Verbindung zu einem Frequenzsynthesizer 94 her, um die Empfangs- und Sendefrequenzen zu steuern. Der Synthesizer 94 liefert ein lokales Oszillatorsignal an den Empfänger 92.
Die Steuerung 96 ist zusätzlich mit einem Timer 120, einem Speicher 97 und einem Sendepuffer 124 verbunden. Die Steuerung 96 verwendet den Timer 120, um die wirkliche Zeit durch Aufrechterhalten des aktuellen Datums und der aktuellen Zeit zu verfolgen. Zusätzlich hilft der Timer 120 präzise Zeitpunkte zu erkennen für das Anregen eines niedrigenergetischen Schlafzustandes, damit er den universalen Läutealarmkanal 48 überwacht und für das Senden von Daten von der Teilnehmereinheit 300. Der Sendepuffer 124 speichert vorübergehend Daten, die in ihn durch die Steuerung 96 eingegeben werden. Der Sendepuffer 124 ist mit einem Sender 93 verbunden, und ein Synthesizer 94 liefert ein lokales Oszillatorsignal, das der Sender 93 bei der Modulierung von Basisbanddaten in RF verwendet. Der Empfänger 92 und der Sender 93 sind durch einen Signalaufteiler 91 mit der Antenne 101 verbunden. Der Timer 120 ist mit dem Sendepuffer 124 verbunden, um zu spezifizieren, wenn Daten vom Puffer taktweise 124 für eine Sendung durch den Sender 93, den Signalaufteiler 91 und die Antenne 101 ausgegeben werden.
Der Speicher 97 umfasst Daten, die als Befehle für die Steuerung 96 dienen und die, wenn sie durch die Steuerung 96 ausgeführt werden, die Teilnehmereinheit 300 veranlassen, Prozesse auszuführen, die unten erläutert werden. Zusätzlich umfasst der Speicher 97 Variable, Tabellen, Abweichungen und Datenbanken, die durch den Betrieb der Teilnehmereinheit 300 manipuliert werden.
In der Teilnehmereinheit 300 stellt die Steuerung 96 auch eine Verbindung zu einem I/O-Abschnitt 122 her. In der Teilnehmereinheit 300 kann der I/O-Abschnitt Mikrofone, Lautsprecher, Digitalisierer, Vokoder, Dekoder und dergleichen umfassen, um eine Umwandlung zwischen Audiosignalen und digitalisierten Paketen herzustellen, die mit dem System 116 (1) kompatibel sind.
7 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens für die Benachrichtigung von Teilnehmereinheiten über ankommende Gespräche gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Dieses Verfahren benachrichtigt Teilnehmereinheiten über einlaufende Gespräche und weist Teilnehmereinheiten an, über Kanäle zu übertragen, die mit der Zelle verbunden sind, die augenblicklich die Teilnehmereinheiten bedient, die darin enthalten sind.
Wenn eine Teilnehmereinheit anfänglich eingeschaltet wird, so tritt sie in einen niedrigenergetischen Bereitstellungszustand. In diesem Zustand erfasst und verfolgt sie den universalen Läutealarmkanal 48 (3), bis ein Ereignis auftritt, das den Übergang in eine andere Betriebsart initiiert. Ereignisse, die die Bereitstellungsbetriebsart beenden, umfassen das Handeln eines Teilnehmers, um ein Gespräch zu initiieren, die Erkennung, dass eine Registrierung notwendig ist, den Empfang einer Identifikation (ID) einer Teilnehmereinheit in der Läutealarmnachricht für die Teilnehmereinheit und die Wegnahme der Energie von der Teilnehmereinheit.
Die Anwendung von Leistung auf eine Teilnehmereinheit initiiert ein Läutealarmkanalüberwachungsverfahren 210. Eine Task 212 wird durchgeführt, die die Teilnehmereinheit veranlasst, ihren Empfänger auf eine vorbestimmte Läutealarmkanalfrequenz abzustimmen. Eine Task 214 überwacht jeden der Läutealarmkanäle (aufeinanderfolgende Teilnehmerverbindungsrahmen 40, wie in 3 gezeigt) in den Zellen 10-28 (2), so dass sie von seinem Ort empfangen werden können. Dies gestattet es der Teilnehmereinheit 300, die Zelle auszuwählen, die bevorzugte Kommunikationsbedingungen liefert. Es sollte angemerkt werden, dass einige Läutealarmnachrichten in benachbarten Zellen durch die Teilnehmereinheit 300 durch die Richtcharakteristik der Antenne 182 unentdeckbar bleiben. Das System lässt den Läutealarmknal durch die Satellitenzellen kreisen, so dass die gesamte Erdoberfläche in einer nicht überlagernden Art periodisch bedeckt wird.
Die Zeitdauer zwischen Läutealarmbesuchen in einem speziellen Strahl entspricht ungefähr in Rahmen der Zahl der Zellen, die durch einen einzigen Satelliten ausgebildet werden. Diese Zeitdauer kann jedoch von Zeit zu Zeit variieren, um eine Interferenz zu vermeiden, wenn sich relative Satellitenpositonen ändern, oder um mehr Läutealarmmöglichkeiten in einem Gebiet mit starkem Verkehr zu bieten. Durch diese Variabilität ist die exakte Intervalleinheit bis zum nächsten Läutealarmbesuch in einer speziellen Zelle im Kopf jeder Läutealarmnachricht enthalten, die in der Zelle gesendet wird.
In einer Task 216 wählt eine Teilnehmereinheit 300 die Läutealarmnachricht bzw. den zellspezifischen Läutealarmkanal mit der besten Qualität für eine Spurverfolgung aus. Diese Signalqualitätsmessung kann aus der empfangenen Signalstärke oder dem Signal-zu-Rausch-Verhältnis für jede Läutealarmfolge, die sie empfängt, bestimmt werden. Die Kanalauswahl kann basieren auf der empfangenen Leistung, aber diese wird von den Antennenstrahlen und dem Kanalschwund beeinflusst. In einer bevorzugten Ausführungsform wählt eine Teilnehmereinheit eine Zelle aus, die sich am nächsten zum registrierten Ort der Teilnehmereinheit befindet. Die Teilnehmereinheit 300 behält eine Aufzeichnung einer sequentiellen Kanalüberwachung, um diesen Auswahlprozess zu unterstützen.
Eine Task 218 extrahiert die Kanalinformation, die im Kopf 88 einer Läutealarmnachricht 82 (4) enthalten ist. Diese Kanalinformation verweist die Teilnehmereinheit 300 auf einen zellspezifischen Läutealarmkanal.
In einer Task 220 vergleicht die Teilnehmereinheit 300 die empfangene Information über den geographischen Ort der Zelle, die im Kopf 88 der Läutealarmnachricht 82 enthalten ist, mit einem vorher mitgeteilten (registrierten) Ort der Teilnehmereinheit 300. Wenn die aktuell empfangene Information über den geographischen Ort der Zelle nicht genügend dicht am vorher registrierten Ort der Teilnehmereinheit 300 ist, wird die zukünftige Überwachung des neuen zellspezifischen Läutealarmkanals in einer Task 228 angeregt, und eine Teilnehmereinheit 300 beginnt eine Registrierung mit dem System. Die Registrierung informiert das Kommunikationssystem über den aktuellen Ort der Teilnehmereinheit, um eine effiziente Gesprächslenkung durchzuführen.
Wenn die Task 220 bestimmt, dass die empfangene Information über den geographischen Ort der Zelle genügend dicht am vorher registrierten Ort einer Teilnehmereinheit 300 ist, dann wird eine Task 222 durchgeführt. In einer Task 222 vergleicht eine Teilnehmereinheit 300 jede der IDs der Teilnehmereinheit (4) mit ihrer eigenen gespeicherten ID. Wenn eine Übereinstimmung gefunden wird, wird über die Task 228 das Läutealarmkanalverfahren 210 angeregt.
Wenn keine Übereinstimmung der IDs erkannt wird, führt die Teilnehmereinheit 300 eine Schlaftask 224 durch. Die Schlaftask 224 spart Leistung der Teilnehmereinheit, indem unnötige Ressourcen in den Leerlaufzustand geschaltet werden und nur kritische Elemente, wie beispielsweise der Timer aktiv bleiben.
In einer Task 226 bestimmt eine Teilnehmereinheit 300, ob das nächste Läutealarmintervall, wie es in der Steuerinformation 85 (4) der Läutealarmnachricht 82 empfangen wird, gleich ist dem Timerwert. Wenn diese Werte gleich sind, so wird die Teilnehmereinheit 300 in einer Task 230 aufgeweckt.
In einer Task 231 vergleicht die Teilnehmereinheit 300 einen Intervalltimer, um zu bestimmen, ob sie die Überwachung eines speziellen Kanals fortsetzen will oder ob sie alle Läutealarmkanäle überwachen soll, um den aktuell überwachten Läutealarmkanal gültig zu machen, oder um irgendeine Neuzuweisung von Läutealarmkanälen zu Zellen zu bemerken. Wenn das Intervall für eine Abtastung oder ein Empfangen aller Kanäle nicht erreicht wurde, kehrt die Teilnehmereinheit zur Task 216 zurück, wo sie den früher ausgewählten Läutealarmkanal überwacht.
Die Teilnehmereinheit 300 tritt periodisch in einen Erfassungszustand ein, indem sie alle zellspezifischen Läutealarmkanäle überwacht, die sie von ihrem Ort erkennen oder empfangen kann. Dies gestattet es einer Teilnehmereinheit, eine neue Zelle für die Überwachung auszuwählen. Die periodische Auswahl einer neueren Zelle ist erforderlich, da die Satelliten 1 sich relativ zu einem Punkt auf der Erde bewegen. Diese Zeitdauer entspricht ungefähr der Zeit, die ein Strahl oder eine Zelle braucht, um einen Punkt auf der Erde zu überqueren.
Es wird erkenntlich, dass die Erfindung somit eine Vorrichtung und ein Verfahren des Anläutens eines gerufenen Teilnehmers in einem Kommunikationssystem liefert, das eine wesentlich größere spektrale Effizienz aufweist und eine leichtere Erfassung in nur einem universalen Läutealarmkanal ermöglicht, der ein Verzeichnis von zellspezifischen Läutealarmkanälen enthält, um dann nur einen optimalen zellspezifischen Läutealarmkanal für die jeweilige Teilnehmereinheit auszuwählen.

Claims

Verfahren zum Informieren einer Teilnehmereinheit (300) über ein ankommendes Gespräch mit den Schritten: Überwachen (210) eines universalen Läutealarmkanals (48, 51), der ein Verzeichnis von Läutealarmkanälen vorsieht und von einem Satelliten (1, 3) zum Zuordnen der Teilnehmereinheit (300) zu zellspezifischen Läutealarmkanälen in einer vorbestimmten Reihenfolge benutzt wird; Überwachen (214) der zellspezifischen Läutealarmkanäle in einer vorbestimmten Reihenfolge; Auswählen eines Kanals aus den zellspezifischen Läutealarmkanälen, der eine bevorzugte Signalqualität hat; Überwachen (216) dieses einen Kanals auf das Auftreten einer Läutealarmnachricht (82), die eine Teilnehmereinheit-ID (90) enthält; Extrahieren eines nächsten Läutealarmintervalls aus der Läutealarmnachricht (82); Setzen eines Zeitgebers (120) so, dass er beim Eintreffen (226) des nächsten Läutealarmintervalls abläuft; Schlafen (224) in einer niedrigenergetischen Betriebsweise; Erwachen (230) beim Ablaufen des Zeitgebers (120), und, wenn die Teilnehmereinheit-ID (90) erfasst wird, Einleiten eines Verbindungsaufbauprozesses durch das Übergehen auf einen Verkehrskanal, andernfalls Rückkehren zum Überwachen (214, 216) in der vorbestimmten Reihenfolge.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Überwachen (210) des universalen Läutealarmkanals (48, 51) den Schritt des Identifizierens einer bedienenden Zelle (10 bis 28) aufweist.
Verfahren zum Zuordnen einer Teilnehmereinheit (300) zu einem Läutealarmkanal in einem zellularen Satellitenkommunikationssystem mit den Schritten: (a) Reservieren eines universalen Läutealarmkanals (48, 51) mit einer der Teilnehmereinheit (300) bekannten universalen Frequenz, wobei der universale Läutealarmkanal (48, 51) ein Verzeichnis von Läutealarmkanälen vorsieht und von einem Satelliten (1, 3) zum Zuordnen der Teilnehmereinheit (300) zu zellspezifischen Läutealarmkanälen benutzt wird; (b) Senden durch einen Satelliten (1, 3) einer Kanalfrequenz (56, 58, 60, 62) und eines Zeitschlitzes (64, 66, 68, 70, 72, 74, 76, 78) des Läutealarmkanals unter Verwendung einer oder mehrerer Läutealarmnachrichten (82) auf dem universalen Läutealarmkanal (48, 51), wobei die Läutealarmnachrichten (82) von dem Satelliten (1, 3) mit der universalen Frequenz und in einer vorbestimmten Reihenfolge über Vielfachkommunikationszellen (10 bis 28), die von dem Satelliten (1, 2) projiziert sind, gesendet werden, worauf die Teilnehmereinheit (300) mindestens einen Läutealarmkanal innerhalb mindestens einer der Vielfachkommunikationszellen empfangen kann und einen Läutealarmkanal mit einer bevorzugten Signalqualität auswählen kann; (c) Empfangen der Kanalfrequenz (56, ... 62) und des Zeitschlitz (64, ... 78) des Läutealarmkanals in der Läutealarmnachricht (82) auf dem universalen Läutealarmkanal (48, 51), und (d) Überwachen dieses Läutealarmkanals.
Läutealarmnachricht (82) in einem zellularen Satellitenkommunikationssystem mit mehreren Satelliten (1, 3), die Vielfachkommunikationszellen (10 bis 28) projizieren, wobei die das Vorliegen eines ankommenden Gesprächs einer Teilnehmereinheit (300) angebende Läutealarmnachricht (82) aufweist: einen Vorspann (84) zum Erleichtern des Zugriffs auf die Läutealarmnachricht (82) und eine Steuerinformation (86, 88) zum Weiterleiten von Operationsdaten des Systems, wobei die Läutealarmnachricht (82) auf einem universalen Läutealarmkanal (48, 51) gesendet wird, den jeder der mehreren Satelliten (1, 3) zum Senden von Läutealarmnachrichten (82) benutzt, und wobei ein Satellit (1, 3) die Läutealarmnachricht (82) an jede der Vielfachkommunikationszellen (10 bis 28) sendet, die von dem Satellit in einer aufeinanderfolgenden Weise projiziert werden, und wobei der universale Läutealarmkanal (48, 51) ein Verzeichnis von Läutealarmkanälen vorsieht, das von einem Satelliten (1, 3) zum Zuordnen der Teilnehmereinheit (300) zu den zellspezifischen Läutealarmkanälen benutzt wird, wonach die Teilnehmereinheit (300) mindestens eine Läutealarmnachricht (82) innerhalb mindestens einer der Vielfachkommunikationszellen (10 bis 28) empfangen und eine Läutealarmnachricht (82) mit einer bevorzugten Signalqualität auswählen kann.
Zellulares Satellitenkommunikationssystem, das einen universalen Läutealarmkanal (48, 51) verwendet, wobei der universale Läutealarmkanal ein Verzeichnis von Läutealarmkanälen vorsieht, das von einem Satelliten (1, 3) zum Zuordnen einer Teilnehmereinheit (300) zu zellspezifischen Läutealarmkanälen benutzt wird, die einem Bereich entsprechen, in dem sich eine Teilnehmereinheit (300) befindet, mit: einer Teilnehmereinheit (300) zum Überwachen des universalen Läutealarmkanals (48, 51) mit einer universalen Frequenz, wobei die Teilnehmereinheit (300) die zellspezifischen Läutealarmkanäle extrahiert und sich auf den zellspezifischen Läutealarmkanal abstimmt, und der universale Läutealarmkanal in (48, 51) der Teilnehmereinheit (300) Steuerinformation (86, 88) zuführt; einem Gateway (117) zum Zuordnen und Koordinieren des universalen Läutealarmkanals (48, 51) über das gesamte System, und einer Konstellation von Satelliten (1, 3) zum Senden des Ortes der zellspezifischen Läutealarmkanäle unter Verwendung des universalen Läutealarmkanals (48, 50), wobei ein Satellit (1, 3) dieser Konstellation den Ort des Läutealarmkanals in einer bestimmten Reihenfolge über Vielfachkommunikationszellen (10 bis 28) sendet, die von dem Satelliten (1, 3) projiziert sind, wonach die Teilnehmereinheit (300) mindestens eine Läutealarmnachricht (82) innerhalb mindestens einer der Vielfachkommunikationszellen (10 bis 28) empfangen und eine Läutealarmnachricht (82) mit einer bevorzugten Signalqualität auswählen kann.