DE60122859T2

DE60122859T2 - Taktsteuervorrichtung und -verfahren zur vorwärtsverbindungsdiversität in mobilen satellitensystemen

Info

Publication number: DE60122859T2
Application number: DE60122859T
Authority: DE
Inventors: M. Wail Apex REFAI; D. Peter Cary KARABINIS
Original assignee: Ericsson Inc
Current assignee: Ericsson Inc
Priority date: 2000-01-19
Filing date: 2001-01-18
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2021-01-19
Also published as: EP1249082B1; AU2001237960A1; EP1249082A1; US6788917B1; DE60122859D1; WO2001054315A1; WO2001054315A9; JP2003524325A; ATE339039T1; WO2001054315A8

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf Funktelefonsysteme und -verfahren und im Genaueren auf Satellitenfunktelefonsysteme und -verfahren.
Hintergrund der Erfindung
Satellitenfunktelefonsysteme werden an vielen Orten der Welt entwickelt und eingesetzt. Wie dem Fachmann bekannt ist, umfasst ein Satellitenfunktelefonsystem im Allgemeinen mindestens einen Satelliten und mindestens einen Netzübergang, der das Satellitenfunktelefonsystem mit anderen Telefonsystemen koppelt, so wie Schnurtelefonsysteme und/oder Mobilfunksystemen. Eine Vielzahl von Nutzerendgeräten kommuniziert mit mindestens einem Satelliten, um Satellitenkommunikation bereitzustellen. Die Nutzerengeräte können mobil oder stationär sein. Es versteht sich, dass das Nutzerendgerät ein Satellitenfunktelefon, ein kombiniertes Mobilfunk- und Satellitenfunktelefon oder ein hochfunktionaler Anschluss, der Personen-Kommunikationssystemanschlüsse (PCS-Anschlüsse) und/oder einen tragbarer Computer mit einem Satellitenfunktelefonmodem umfasst, sein kann. Die Basisprinzipien bzgl. eines Satellitenfunktelefonsystems sind in der Publikation mit dem Titel „Dual-Mode Celluar/Satellite Hand-Held Phone Technology" vom Miterfinder Karabinis et. at., WESCON/96, Seiten 206-222, 22. Oktober 1996, beschrieben und brauchen hier nicht weiter detailliert beschrieben werden.
In geostationären Systemen oder nicht geostationären Systemen, wie nahen Erdumlaufbahnsystemen (LEO) oder mittleren Erdumlaufbahnsystemen (MEO), kann ein Nutzeranschluss mit mehr als einem Satelliten kommunizieren. Folglich kann Satellitendiversität angeboten werden, so dass das Nutzerendgerät mit mindestens zwei Satelliten kommuniziert, um damit reduzierte Abschattungs- und/oder Blockierungsprobleme zuzulassen. Insbesondere blockieren viele der Hindernisse in der direkten Blickrichtung nicht komplett den Weg, schwächen aber schneller das Signal ab. Wenn zwei oder mehrere Satelliten zum selben Zeitpunkt existieren, dann kann die Wahrscheinlichkeit einer Signalblockierung oder einer Abschattung zu allen Satelliten signifikant reduziert werden. In der Hinstrecke oder Abwärtsstrecke kann Satellitendiverstät substantiell Verbindungsverfügbarkeitsvorteile liefern, wenn einer der Satelliten komplett blockiert ist. Bei einer Mehrwegabblendung kann Aufwärtsstreckendiverstät große Vorteile liefern, wie z.B. eine Verstärkung von 3 dB in der empfangenen Energie plus Verstärkungsdiversität.
Es ist bekannt, dass Hinstreckendiversitätsbetrieb durch das Zulassen eines Nutzerendgerätes in einem Abwärtsstreckenbereich erreicht wird, um zwei Bündel pro Frame von den zwei am besten sichtbaren Satelliten in zwei unterschiedlichen Zeitabschnitts-Mehrfachzugangs (TDMA) Zeitschlitzen und zwei unterschiedlichen Trägerfrequenzen zu empfangen. Die Frequenzen können auf Basis der Nutzerendgerätelage zugewiesen werden, z.B. durch die Nutzung eines regional orientierten Frequenzzuweisungsschemas (ROFA-Schema).
Wenn zwei Bündel pro Frame für ein Nutzerendgerät übertragen werden, dann ist es generell für die Nutzerendgeräte von Bedeutung, zu wissen, wann die zwei Bündel pro Frame empfangen werden können. Es ist für die Nutzerendgeräte wünschenswert zu wissen, wann diese Bündel so empfangen werden können, dass sie exakt und richtig empfangen werden können, ohne hierfür exzessiv Leistung konsumieren zu müssen.
Es ist bekannt, dass Hinstreckendiverstät durch das Aufteilen der Benutzerendgeräte in drei Gruppen erzielt wird, wobei die Gruppen Abwärtsstreckensignalbündel von einer Vielzahl von Satelliten empfangen, die TDMA-Signale übertragen. Ein erster Satellit überträgt zuerst an eine erste Gruppe von Benutzerendgeräten, durch das Nutzen einer ersten Anzahl von Zeitschlitzen in einem TDMA-Frame. Außerdem übertragen der erste Satellit und ein zweiter Satellit abwechselnd TDMA-Frame an eine zweite Gruppe von Benutzerendgeräten, durch das Nutzen einer zweiten Anzahl von Zeitschlitzen in der TDMA-Frameperiode. Zum Abschluss überträgt der zweite Satellit an eine dritte Gruppe von Benutzerendgeräten, durch das Nutzen einer dritten Anzahl von Zeitschlitzen in der TDMA-Frameperiode. Leider ermöglicht dieses Schema nur einen Hinstreckendiverstätsbetrieb zur zweiten Gruppe der Benutzerendgeräte. Siehe z.B. UB-A-9619049 mit dem Titel „Diversity-Oriented Channel Allocation In A Communications System", das an den Abtretungsempfänger der gegenwärtigen Anwendung zugeteilt ist.
Eine weitere bekannte Lösung basiert auf dem Konzept, das Zeitschlitze entlang einer Hyperbel für konstante differentielle Zeitverzögerung zu zwei Satelliten verteilt und das die Trägerfrequenznutzung entlang orthogonaler Linien verteilt. Siehe obiges zitiertes Dent et al. Patant. Leider kann die dort dargestellte Herangehensweise Restriktionen bzgl. der Benutzerendgeräte verursachen. Im Einzelnen kann diese Herangehensweise nur angewendet werden, wenn die ausgewählten Satelliten von einem Orbit stammen, so dass die Benutzerendgeräte, die sich auf einer Höhenlinie mit konstanter Zeitverzögerung befinden, orthogonal zur Trägerfrequenznutzung liegen. Dies muss nicht immer bei nahen Erdumlaufbahnsystemen (LEO) oder mittleren Erdumlaufbahnsystemen (MEO) der Fall sein.
Übereinstimmend, ungeachtet der oben beschriebenen Verbesserungen, schreitet der Wunsch nach verbesserter Hinstreckendiverstät für Satellitenfunktelefonsysteme fort. Weiterhin besteht eine Nachfrage an Hinstreckendiverstätssystemen und an Verfahren, die keine Restriktionen hinsichtlich der Verteilung von Benutzerendgeräten in jeglicher Einzelregion erfordern. Diese Hinstreckendiverstätssysteme und -verfahren sollten außerdem vorzugsweise nicht die Auswahl der am besten sichtbaren Satelliten einschränken, die die Benutzerendgeräte bedienen.
In WO9619049 ist ein Verfahren zur Kommunikation mit einer Vielzahl von Erdbodenbenutzerendgeräten beschrieben, die eine Vielzahl von Satelliten nutzen. Jedoch berücksichtigt dieses Dokument nicht die Kapazität für den Bereich der Abwärtsstrecke.
Daher ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein System und ein Verfahren zu erlangen, das die Kapazität für den Bereich der Abwärtsstrecke mit berücksichtigt.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung kann eine geeignete Zeit zum Empfangen von zwei aufeinander folgende Signalbündel für Benutzerendgeräte bestimmen, die zufällig in einem Bereich der Abwärtsstrecke verteilt sind, basierend auf der Separierungsdistanz des Benutzendgerätes vom Zeitanpassungszentrums (TAC) im Bereich der Abwärtsstrecke und der Anteile der Satelliten. Entsprechend kann Hinstreckendiverstät erreicht werden, ohne die Not, die Verteilung der Benutzerengeräte in einem Bereich der Abwärtsstrecke einzuschränken zu müssen. Weiterhin muss hierbei keine Restriktion in der Auswahl der zwei besten sichtbaren Satelliten bestehen, die die Benutzerendgeräte bedienen.
Gezielter ausgedrückt, kann die vorliegende Erfindung Signalbündel von einer Vielzahl von sichtbaren Satelliten an eine Vielzahl von Benutzerendgeräte in einem Bereich der Abwärtsstrecke, die durch eine Vielzahl von sichtbaren Satelliten bedient wird, übertragen. Ein Netzübergang überträgt derart, dass die Vielzahl der Bündel von einem Benutzerendgerät am TAC durch einzelne halbe Frame empfangen wird. Ein erstes Abwärtsstreckensignalbündel wird von einem ersten sichtbaren Satelliten an ein erstes Benutzerendgerät im Bereich der Abwärtsstrecke gesendet. Ein zweites Abwärtsstreckensignalbündel wird von einem zweiten sichtbaren Satelliten an das erste Benutzerendgerät zu einem Zeitpunkt gesendet, der eine Funktion der Separierungsdistanz des ersten Benutzerendgerätes im Bereich der Abwärtsstrecke ist. Erste Abwärtsstreckensignalbündel und zweite Abwärtsstreckensignalbündel werden ebenfalls zu anderen Benutzerendgeräten im Bereich der Abwärtsstrecke gesendet. Das erste und zweite Abwärtsstreckensignalbündel wird vorzugsweise über zugehörige erste und zweite Trägerfrequenzen gesendet. Der Abwärtsstreckenbereich ist in seiner Größe eingeschränkt, basierend auf der gewünschten Kapazität des Abwärtsstreckenbereichs. Im Einzelnen bedeutet dies, dass der Abwärtsstreckenbereich hinreichend klein ist, so dass das erste Benutzerendgerät die ersten Abwärtsstreckensignalbündel von dem ersten sichtbaren Satelliten empfangen kann und das zweite Abwärtsstreckensignalbündel vom zweiten sichtbaren Satelliten, wenn sich der erste und zweite sichtbare Satellit jeweils auf gegenüberliegenden Seiten am Horizont befinden und sich das erste Benutzerendgerät im Bereich der Abwärtsstrecke am weitesten entfernt von dem TAC befindet, mit ausreichend Zeit zwischen den empfangenen Bündeln, so dass das erste Benutzerendgerät ein Abwärtsstreckensignalbündel zwischen dem ersten und zweiten Abwärtsstreckensignalbündel übertragen kann.
In den bevorzugten Ausführungsformen werden die Abwärtsstreckensignalbündel in einer Vielzahl von sich wiederholenden Frame von Abwärtsstreckensignalbündeln in einer vorbestimmten Frame-Repetitions-Periode übertragen. Das zweite Abwärtsstreckensignalbündel wird zu einer Zeit übertragen, die die Hälfte der vorbestimmten Frame-Repetitions-Periode plus einer Verzögerungszeit ΔT, die eine Funktion der Separierungsdistanz des ersten Benutzerendgerätes im Bereich der Abwärtsstrecke vom TAC der Abwärtsstrecke ist. Die Zeitverzögerung ΔT wird vorzugsweise durch das Differential der Propagationsverzögerung des zweiten Abwärtsstreckensignalbündels vom zweiten sichtbaren Satelliten zum ersten Benutzerendgerät und zu einem Benutzerendgerät, das sich am TAC befindet, bestimmt. Dementsprechend kann der Zeitablauf von Hinreckensignalbündeln für einen verteilten Betrieb bestimmt werden.
Die vorliegende Erfindung benötigt außerdem keine eingeschränkte Auswahl für die besten zwei sichtbaren Satelliten, die die Benutzerengeräte bedienen. Somit befindet sich der erste Satellit vorzugsweise am höchsten Erhebungswinkel und der zweite Satellit befindet sich vorzugsweise am zweithöchsten Erhebungswinkel. Dennoch können andere Satelliten genutzt werden.
Ein Aufwärtsstrecken- oder Rückkehrsignalbündel wird ferner vorzugsweise vom ersten Benutzerendgerät gesendet, um von mindestens zwei der vielen sichtbaren Satelliten empfangen zu werden, um dadurch Rückstreckendiverstät zu erzeugen. Vorzugsweise wird das Aufwärtsstreckensignalbündel eine Schutzzeit später übertragen, als der unmittelbare Vorgang der Aufwärtsstreckensignalbündelübertragung von einem der Benutzerendgeräte. Die Schutzzeit basiert vorzugsweise auf Zeitdifferenzen in der Ankunftszeit bei benachbarten Aufwärtsstreckensignalbündeln zu einem der vielen sichtbaren Satelliten.
Es kann eine feste oder eine variable Schutzzeit genutzt werden. Die feste Schutzzeit korrespondiert vorzugsweise mit der maximalen Differenz der Ankunftszeiten zwischen benachbarten Aufwärtsstreckensignalbündeln, die von einem Paar Benutzerendgeräte stammt, das die maximale Distanz zu einem der vielen sichtbaren Satelliten entfernt ist. Die variable Schutzzeit korrespondiert vorzugsweise mit einer Differenz der Ankunftszeiten zwischen benachbarten Aufwärtsstreckensignalbündeln von einem korrespondierenden Paar Benutzerendgeräte zu einem der vielen sichtbaren Satelliten.
Abwärtsstreckensignalbündel können von einer Vielzahl von sichtbaren Satelliten an einem Benutzerendgerät empfangen werden, das sich an einer beliebigen Position im Bereich der Abwärtsstrecke befindet, die durch eine Vielzahl von sichtbaren Satelliten bedient wird. Ein erstes Abwärtsstreckensignalbündel wird von einem ersten sichtbaren Satelliten am Benutzerendgerät empfangen, das sich an einer beliebigen Position im Bereich der Abwärtsstrecke befindet. Ein zweites Abwärtsstreckensignalbündel wird von einem zweiten sichtbaren Satelliten am Benutzerendgerät empfangen, das sich an einer beliebigen Position im Bereich der Abwärtsstrecke befindet und zu einem Zeitpunkt, der eine Funktion der Separierungsdistanz von der beliebigen Position im Bereich der Abwärtsstrecke von einem Zeitanpassungszentrum (TAC) des Abwärtsstreckenbereiches ist. Das erste Abwärtsstreckensignalbündel kann über eine erste Trägerfrequenz empfangen werden und das zweite Abwärtsstreckensignalbündel kann über eine zweite Trägerfrequenz empfangen werden. Die Größe des Bereiches der Abwärtstrecke kann wie oben beschrieben wurde, limitiert sein. Aufwärtsstreckensignalbündel können ebenfalls wie oben beschrieben wurde, übertragen werden. Die empfangenen ersten und zweiten Abwärtsstreckensignalbündel können verschiedenartig am Benutzerendgerät zusammengefügt werden.
Satellitenfunktelefonsysteme kommunizieren entsprechend der vorliegenden Erfindung, mit einer Vielzahl von Benutzerendgeräten in einem Bereich der Abwärtsstrecke. Das Satellitenfunktelefonsystem umfasst vorzugsweise einen ersten Satelliten, der ein erstes Abwärtsstreckensignalbündel an jedes der vielen Benutzerendgeräte im Bereich der Abwärtsstrecke sendet. Einen zweiten Satelliten, der ein zweites Abwärtsstreckensignalbündel an jedes der vielen Benutzerendgeräte sendet, um zu einer zugehörigen Zeit empfangen zu werden, die eine Funktion der Separierungsdistanz von dem zugehörigen Benutzerendgerät im Bereich der Abwärtsstrecke vom TAC des Abwärtsstreckenbereiches ist. Die Abwärtsstreckenzeit für das zweite Abwärtsstreckensignalbündel kann wie oben beschrieben wurde, bestimmt werden. Die Größe des Abwärtsstreckenbereiches kann in der Art und Weise limitiert sein, wie oben beschrieben wurde.
Aufwärtsstreckensignalbündel können ebenfalls in der Art und Weise empfangen werden, wie oben beschrieben wurde.
Schließlich können sich auch Satellitenbenutzerendgeräte, entsprechend der vorliegenden Erfindung, an beliebiger Position im Bereich der Abwärtstrecke befinden, die durch eine Vielzahl von sichtbaren Satelliten bedient werden. Die Satellitenbenutzerendgeräte umfassen einen Empfänger, der ein erstes Abwärtsstreckensignalbündel von einem ersten der sichtbaren Satelliten empfängt und der ein zweites Abwärtsstreckensignalbündel von einem zweiten sichtbaren Satelliten empfängt. Ein Verschiedenheitsübersetzer vereint das empfangene erste und zweite Abwärtsstreckensignalbündel. Das erste Abwärtsstreckensignalbündel wird vorzugsweise über eine erste Trägerfrequenz und das zweite Abwärtsstreckensignalbündel wird vorzugsweise über eine zweite Trägerfrequenz empfangen. Der Bereich der Abwärtstrecke kann wie oben beschrieben wurde, in der Größe eingestellt werden. Das Benutzerendgerät kann einen Sender umfassen, der ein Aufwärtsstreckensignalbündel durch das Nutzen von Schutzzeiten überträgt, so wie es oben beschrieben wurde. Übereinstimmend können Satellitenfunktelefonsysteme, -verfahren und Benutzerendgeräte angeboten werden, die in einem Bereich der Abwärtsstrecke zufällig verteilt sein können und die Hinstrecken- und Rückstreckendiversität umfassen können.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 illustriert einen Bereich, der in sechzehn 1000km × 1000km große Abwärtsstreckenbereiche unterteilt ist, wobei jeder durch zwei 200 kHz Abwärtsstreckenträgerfrequenzen durch die besten zwei Satelliten in Hinblick auf Nutzung eines ROFA-Schemas bedient wird.
2 illustriert einen Zeitablauf zwischen zwei Abwärtsstreckensignalbündeln, die an einem Benutzerendgerät empfangen werden, das sich am Zeitanpassungszentrum für Abwärtsstreckendiversitätsbetrieb befindet, entsprechend der Erfindung.
3 illustriert einen Zeitablauf zwischen zwei Abwärtsstreckensignalbündeln, die an einem Benutzerendgerät empfangen werden, das sich entfernt vom Zeitanpassungszentrum für Abwärtsstreckendiverstätsbetrieb befindet, wo ΔT kleiner als 0 ist, entsprechend der vorliegenden Erfindung.
4 illustriert einen Zeitablauf zwischen zwei Abwärtsstreckensignalbündeln, die an einem Benutzerendgerät empfangen werden, das sich entfernt vom Zeitanpassungszentrum befindet, wo ΔT größer als 0 ist, entsprechend der vorliegenden Erfindung.
5 illustriert einen Zeitplan zwischen zwei Abwärtsstreckensignalbündeln, die an einem Benutzerendgerät empfangen werden, das sich in der nordöstlichen Ecke des Abwärtsstreckenbereichs befindet, entsprechend der vorliegenden Erfindung.
6 illustriert einen Zeitplan für Hinstreckensignalbündel für den schlechtesten Fall von Benutzerendgerätverteilung.
7 illustriert grafisch Distanzen zwischen benachbarten Nutzern in einem 1000km × 1000km Abwärtsstreckenbereich.
8 illustriert grafisch einen Zeitplan für Hinstreckensignalbündel und Rückstreckensignalbündel an Benutzerendgerätpositionen innerhalb eines Abwärtsstreckenbereich von 1000km × 1000km.
9 illustriert Aufwärtsstreckenbereiche mit Aufwärtsstreckenträgerfrequenzen.
10 ist ein Zeitablaufdiagramm, das Hinstrecken- und Rückstreckenverbindungsbündel illustriert, entsprechend der vorliegenden Erfindung.
11A und 11B illustrieren Bündelformate für die Aufwärtsstreckensignalbündel, entsprechend der vorliegenden Erfindung.
12 ist ein Zeitablaufdiagramm für Hinstrecken- und Rückstreckensignalbündel, entsprechend der vorliegenden Erfindung.
13 ist ein Zeitablaufdiagramm, das eine feste Schutzzeit zwischen übertragenen Bündeln darstellt, entsprechend der vorliegenden Erfindung.
14 illustriert ein Beispiel von geografischen Distanzen zwischen benachbarten Nutzern als eine Funktion von der Benutzerendgeräteanzahl.
15 illustriert grafisch Simulationsergebnisse von Schutzzeiten zwischen benachbarten Nutzern und einer Anzahl von Benutzerendgeräten in einem Bereich der Abwärtsstrecke.
16 ist ein Zeitablaufdiagramm, das variable Schutzzeiten zwischen übertragenen Bündeln darstellt, entsprechend der vorliegenden Erfindung.
17 ist ein weiteres Zeitablaufdiagramm, das variable Schutzzeiten zwischen übertragenen Bündeln darstellt, entsprechend der vorliegenden Erfindung.
18 ist ein weiteres Zeitablaufdiagramm für Hinstrecken- und Rückstreckenbündel, entsprechend der vorliegenden Erfindung.
19 ist ein Zeitablaufdiagramm, das eine variable Schutzzeit zwischen übertragenen Bündeln darstellt, entsprechend der vorliegenden Erfindung.
20 illustriert grafisch ein Beispiel von geografischen Distanzen zwischen benachbarten Nutzern als eine Funktion der Benutzerendgeräteanzahl.
21 illustriert grafisch Simulationsergebnisse von geografischen Distanzen zwischen benachbarten Bündeln und einer Anzahl von Benutzerendgeräten in einem Bereich der Aufwärtsstrecke.
Detaillierte Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung wird nun nachfolgend vollständiger mit Bezügen auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind. Diese Erfindung kann jedoch durch viele verschiedene Ausführungsformen verkörpert werden und sollte konstruktiv nicht durch die Ausführungsformen, die hier dargestellt sind, limitiert sein; vielmehr sind diese Ausführungsformen so beschaffen, dass diese Offenlegung sorgfältig und vollständig sein wird und völlig die Reichweite dieser Erfindung den Fachleuten vermitteln wird. Gleiche Nummern beziehen sich durchwegs auf gleiche Elemente.
Es wird von Fachleuten verstanden, dass die vorliegende Erfindung in Form eines Verfahrens und/oder Gerätes verkörpert sein kann. Die vorliegende Erfindung kann die Form von einer vollständigen Hardwareausführungsform oder einer Ausführungsform, die Software- und Hardwareaspekte verbindet, annehmen.
Die vorliegende Erfindung wird hier mit Bezug auf Blockschaltbilder beschrieben. Es versteht sich, dass ein Block und Kombinationen von Blöcken, durch Computerprogramminstruktionen implementiert werden können. Diese Programminstruktionen können von einem Prozessor geliefert werden, um eine Maschine zu erzeugen, derart, dass die Instruktionen, welche von dem Prozessor ausgeführt werden, Mittel zum Implementieren der Funktionen kreieren, die im Block oder den Blöcken spezifiziert sind. Die Computerprogramminstruktionen können von einem Prozessor abgearbeitet werden, um eine Folge betriebsbedingter Schritte zu erzeugen, die vom Prozessor ausgeführt werden, um einen vom Computer implementierten Prozess herzustellen, so dass die Instruktionen, welche vom Prozessor ausgeführt werden, Schritte zum Implementieren der Funktionen liefern, die im Block oder den Blöcken spezifiziert sind.
Folglich unterstützen Blöcke von Zeichnungen Kombinationen von Mitteln zur Ausführung der spezifizierten Funktionen, Kombinationen von Schritten zur Ausführung der spezifizierten Funktionen und Computerprogramminstruktionen Mittel zur Ausführung der spezifizierten Funktionen. Es versteht sich, dass jeder Block und Kombinationen von Blöcken durch spezielle Hardware basierende Systeme oder durch Kombinationen von spezieller Hardware und Computerinstruktionen implementiert werden können, welche die spezifizierten Funktionen oder Schritte ausführen.
Die vorliegende Erfindung kann eine zufällige Verteilung der Benutzerendgeräte (UT) innerhalb eines Bereiches der Abwärtsstrecke (DL), das nach einem bereichsorientierten Frequenzzuweisungsschema (ROFA) arbeiten kann, zulassen, um im Diversitätsmodus für Hin- oder Abwärtsstrecken von einer Bodenstation (GS) durch zwei beliebige sichtbare Satelliten zu den UTs zu arbeiten. Eine GS kann eine gute Abschätzung für die exakte Empfangszeit der zwei Hinstreckenzeitschlitze zu jedem UT durch die zwei sichtbaren Satelliten bestimmen, nachdem die UTs ihre Position berichten.
Eine Übertragung von vielen Satelliten, die viele Träger zu demselben DL-Bereich nutzt, ist zeitlich mit einem Punkt im Zentrum des DL-Bereichs abgestimmt, der als Zeitanpassungszentrum (TAC) bezeichnet wird. Für einen Nutzer, der sich am TAC befindet, existiert eine feste Zeitverzögerung (FTD) zwischen dem Empfang des ersten DL-Bündels und dem zweiten DL-Bündel, unabhängig von der Satellitenposition. Diese FTD korrespondiert vorzugsweise mit der halben Framewiederholungsperiode. Ein Benutzerendgerät, das sich entfernt vom TAC befindet, empfängt das zweite DL-Bündel durch den zweiten Satelliten relativ betrachtet zum ersten DL-Bündel durch eine kürzere oder längere Zeit (ΔT) als die FTD. Der Term (ΔT) kann positiv oder negativ sein, abhängig von der Position des UT relativ zum TAC. Der Term (ΔT) kann dazu genutzt werden, sich auf die Framegrenzen des zweiten Satelliten mit Bezug auf die Framegrenzen des ersten Satelliten zu beziehen. Details zum Bestimmen des Terms (ΔT), so dass die exakte Ankunftszeit des zweiten DL-Bündels bestimmt werden kann, wird nun entsprechend der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Der Diversitätsbetrieb im Bereich der Hinstrecke kann betrachtet werden als zwei sichtbare Satelliten, die die gleichen Bündelnutzlasten (Informationsgehalt) zum UT mit zwei verschiedene Zeitschlitzen und Frequenzen übertragen. Es versteht sich, dass die Kodierung der beiden verschiedenen Bündel unterschiedlich sein kann. Der UT-Empfänger kann jede geeignete Technik zum Verbinden gleichartiger Bündel der UTs nutzen. Um den Diversitätsbetrieb für ein nicht geostationäres TDMA-Satellitensystem in der Hinstrecke zu ermitteln, ist z.B. ein nahes TDMA-Erdumlaufbahnsystem (TDMA-LEO) in der Analyse berücksichtigt. Ferner wurde z.B. der kontinentale Bereich der USA inklusive Süd-Kanada und Nord-Mexiko ausgewählt und als CONUS bezeichnet, was für die ganze Welt verallgemeinert werden kann. 1 zeigt einen Bereich, so wie beispielsweise den CONUS-Bereich, der in 16 (1000 km × 1000 km) Abwärtsstreckenbereiche (DL-Bereiche) unterteilt ist (Rⁱ _dn, 1≤i≤l6), und jeder Bereich wir durch eine bereichsorientierte Frequenzzuweisungstechnik (ROFA) bedient, bei der die Frequenzen mit der Erdbodenposition des UT verknüpft sind.
In den Hinstrecken werden die UTs in jedem DL-Bereich Rⁱ _dn vorzugsweise durch die besten zwei sichtbaren Satelliten durch zwei 200 kHz DL-Träger bedient. Der Satellit mit dem höchsten Erhebungswinkel wird aus Sicht des UT als bester Satellit angesehen. Dieser wird mit sat#1_ui bezeichnet, wobei der Suffix (1) den besten Satelliten aus Sicht des UT#i kennzeichnet. Das Hinstreckenbündel, das von UT#i durch sat#1_ui empfangen wurde, ist als b^ui _1R definiert und wird auf der 200kHz Trägerfrequenz (f^j _dn) empfangen. Der Satellit mit dem zweithöchsten Erhebungswinkel ist aus Sicht des Nutzers als zweitbester Satellit definiert. Dieser wird mit sat#2_ui bezeichnet, wobei der Suffix (2) den zweitbesten Satelliten aus Sicht des UT#i kennzeichnet. Das Hinstreckenbündel, das von UT#i durch sat#2_ui empfangen wurde, ist als b^ui _2R definiert und wird auf einer anderen 200kHz Trägerfrequenz (f^k _dn) empfangen. Die über den vollständigen Bereich wieder verwendeten Trägerfrequenzen sind in dem fett umrahmten Bereichen von 1 dargestellt.
Wenn zwei Satelliten zeitgleich von dem UT und der bedienenden Bodenstation sichtbar sind, dann werden dem UT und den zwei sichtbaren Satelliten die beiden Frequenzen f^j _dn und f^k _dn zugeteilt, zugehörig zu den einzelnen DL-Bereichen. Die den UTs zugewiesenen Hinstreckensignalbündel werden über zwei verschiedene Strecken aufgeteilt. Diese Strecken werden durch die Übertragung der zwei sichtbaren Satelliten zurückgelegt, so dass das UT b^ui _1R von dem ersten Satelliten in seinem zugehörigen DL-Zeitschlitz und seiner zugehörigen Trägerfrequenz f^j _dn empfängt und b^ui _2R vom zweiten Satelliten in einem anderen zugehörigen DL-Zeitschlitz und unterschiedlicher Trägerfrequenz f^k _dn empfängt. Das UT schaltet zwischen f^j _dn und f^k _dn, um b^ui _1R und b^ui _2R zu empfangen, um einen Hinstreckendiversitätsbetrieb auszuführen. Die Bodenstation oder der Netzübergang (GW) kann zwei DL-Zeitschlitze für Hinstreckendiversitätsbetrieb jedem UT in der folgen Art und Weise zuteilen:
Ein Signal eines Breitbandkanals (BCH) wird periodisch von einem Satelliten übertragen. Wenn ein UT ein Telefongespräch initiiert oder ein Telefongespräch empfängt, dann überträgt dieses nach Empfangen einer BCH-Nachricht, ein Bündel auf dem Zufall-Zutritt-Kanal (RACH). In dem RACH-Bündel sendet das UT seine eigene Identität und die Identität der BCH-Nachricht an die Entität, auf die geantwortet wird. Die RACH-Nachricht-Übertragung kann wie ein konventionelles ALOHA-System arbeiten, bei dem Kollisionen auftreten können. Wenn Kollisionen auftreten, dann wird der RACH so lange wiederholt, bis er erfolgreich an der Bodenstation empfangen wird. Der GW kalkuliert die Verzögerung der Schleife bis zum UT durch Messen der Verzögerung zwischen der Übertragung der einzelnen BCHs und dem Rücksende-RACH. Der GW kalkuliert ebenfalls die Verzögerung der Schleifen durch andere benachbarte BCHs, die aus anderer Satelliten sichtbaren empfangen wurden und bestimmt die UT-Position. Der GW überträgt auf einem Breitbandsteuerungskanal (BCCH) die UT-Position, die Frequenzen der Hin- und Rückstrecken, die Hinstreckenzeitschlitze und berechnet die Verzögerungszeit ΔT. Die Verzögerungszeit ΔT wird vom UT genutzt, um seine UL-Übertragung in Hinsicht auf die empfangene DL-Bündel b^ui _1R durch sat#1_ui einzustellen, derart, dass der Zeitablauf der von den Nutzern übertragenen Bündeln sich zwischen dem Empfang von zwei aufeinander folgenden DL-Bündeln b^ui _1R und b^ui _2R befindet. Die Verzögerungszeiteinstellung wird im Berechnen der Schutzzeit (GT) zwischen übertragenen Bündeln (von Nutzern, die durch dieselben Rückverbindungsträger bedient wurden) genutzt, um an allen sichtbaren Satelliten Bündelkollisionen vorzubeugen. Eine detaillierte Analyse zu Zeitabläufen von übertragenen Nutzerbündeln, die durch dieselben Rückstreckenträger bedient werden, um an allen sichtbaren Satelliten Bündelkollisionen zu vermeiden, wird untenstehend geliefert. Zusätzliche Details können in Anwendungen gefunden werden, auf die in Querverweisen Bezug genommen werden.
Für einen Nutzer, der sich im Zentrum eines DL-Bereichs befindet, besteht durch die Annordnung eine feste Zeitverzögerung zwischen b^ui _1R und b^ui _2R unabhängig von der Satellitenposition. Eine Illustration dieses Szenariums ist in 2 dargestellt. Es wird hierbei angenommen, dass die UTs im achten GSM-Raten-Modus arbeiten. Dies bedeutet, dass ein DL-Frame 64 DL-Zeitschlitze mit 36.92 ms Zeitdauer besitzt. 2 illustriert den Fall, in dem sich ein Benutzerendgerät (UT#1) am Zentrum (TAC) des DL-Bereichs befindet und b^u1 _1R auf f^j _an zur Zeit t^u1 _rb1 durch sat#1_u1 empfängt und exakt 32-DL-Zeitschlitze (32 t oder 18.46 ms) später b^ui _2R auf f^k _dn zur Zeit t^u1 _Rb2 durch sat#2_u1 empfängt. Obwohl vom UT#1 aus betrachtet, 4 Satelliten vorhanden sind, wählte die Bodenstation, wie es in der Figur zu sehen ist, sat#1_u1 und sat#2_u1 für Hinstreckendiversitätsbetrieb aus. Dennoch empfängt ein Benutzerendgerät, das sich vom Zentrum des DL-Bereichs entfernt befindet, das zweite DL-Bündel durch den zweitbesten Satelliten, relativ betrachtet zum ersten DL-Bündel, durch eine kürzere oder längere Zeit als 32-DL-Zeitschlitze. 3 und 4 zeigen den Fall eines Benutzerendgerätes (UT#i, i=2 in 3 und i=3 in 4), das sich an einem Ort ungleich des Zentrums des DL-Bereiches befindet und b^ui _1R auf f^j _dn zur Zeit t^u1 _Rb1 durch sat#1_ui empfängt. Dasselbe UT empfängt b^ui _2R, relativ zu b^ui _1R gesehen, um 32-DL-Zeitschlitze +ΔT verspätet, wobei ΔT positiv oder negativ sein kann, abhängig von der Nutzerposition in Hinsicht zum TAC des DL-Bereichs. 3 und 4 beschreiben den Zeitablauf eines DL-Bündelempfangs (t^ui _Rb2) am UT#i durch sat#2_ui für ΔT<0 bzw. ΔT>0. Eine Technik zur Berechnung des ΔT wird nun geliefert.
Übertragungen von mehreren Satelliten aus, die Mehrfachträger zum selben DL-Bereich nutzen, sind zeitlich koordiniert auf einen Punkt im Zentrum des DL-Bereichs, der Zeitanpassungszentrum (TAC) genannt wird. Durch die Systemanordnung, empfängt ein Nutzer, der sich am TAC befindet, b^ui _1R durch sat#1_ui und exakt 32t später b^ui _2R durch sat#2_ui. Somit gilt tuicRb2 = tucRb1 + 32τ (1) wobei

t^uic _Rb2: = die Zeit ist, bei der b^uic _2R an der Nutzerposition am TAC durch sat#2_uic empfangen wird; und
t^uic _Rb1: = die Zeit ist, bei der b^uic _1R an der Nutzerposition am TAC durch sat#1_uic empfangen wird.

Ein UT, das sich entfernt vom TAC (UT#i) befindet, empfängt b^ui _1R getrennt von b^ui _2R durch eine längere oder kürzere Zeit als 32t, abhängig von der Position. Als Beispiel sind die Verzögerungen der Differenzpropagationen zwischen einem Nutzer am TAC und einem UT#i durch sat#1_ui und sat#2_ui, wie in 4 gezeigt ist, dargestellt und werden unten angegeben; ΔTui,uicRb1 = tuiRb1 – tuicRb1 ; und (2) ΔTui,uicRb2 = tuiRb2 – tuicRb2 (3)wobei

ΔT^ui,uic _Rb1: = die Verzögerung der Differenzpropagation eines übertragenen Bündels vom sat#1_ui zum UT#i (befindet sich vom TAC entfernt) und vom sat#1_ui zu einem Nutzer, der sich am TAC befindet, ist;
ΔT^ui,uic _Rb2: = die Verzögerung der Differenzpropagation eines übertragenen Bündels vom sat#2_ui zum UT#i (befindet sich vom TAC entfernt) und vom sat#2_ui zu einem Nutzer, der sich am TAC befindet, ist;
t^ui _Rb1: = die Zeit ist, bei der b^ui _1R am UT#i (befindet sich entfernt vom TAC) durch sat#1_ui empfangen wird; und
t^ui _Rb2: = die Zeit ist, bei der b^ui _2R am UT#i (befindet sich entfernt vom TAC) durch sat#2_ui empfangen wird;

Substitution von Gleichung (2) und (3) in Gleichung (1) liefert: tuiRb2 = tuiRb1 + 32τ + (ΔTui,uicRb2 – ΔTui,uicRb1 ) = tuiRb1 + 32τ + ΔT (4)wobei ΔT = ΔT^ui,uic _Rb2 – ΔT^ui,uic _Rb1 die Empfangszeit des zweiten DL-Bündels b^ui _2R zum Nutzer durch sat#2_ui bestimmt, die kürzer oder länger als 32-DL-Zeitschlitze verspätet, als der erste Zeitschlitz mittels sat#2_ui empfangen wurde, sein kann.
Der Term ΔT kann abhängig von der Nutzerposition und der Position der zwei sichtbaren Satelliten, relativ zum TAC, positiv oder negativ sein. Gleichung (4) zeigt den Empfangsstartzeitablauf des DL-Bündels b^ui _1R am UT#i durch sat#2_ui.
5 zeigt ein Beispiel, das das Zeitablaufkonzept illustriert. Die 707km zwischen UT#i und dem TAC ist in der Figur die größte Strecke in dem 500km × 500km UL-Bereich. Es impliziert eine im schlimmsten Fall anzunehmende Propagationsverögerungssdifferenz von 2.35 ms (4-DL-Zeitschlitze) unter der Annahme, dass sich der Satellit nahe dem Horizont befindet. 5 zeigt einen Nutzer (UT#i), der sich in der nordöstlichen Ecke eines DL-Bereiches befindet, der die zwei besten sichtbaren Satelliten sat#1_ui und sat#2_ui für Hinstreckendiversitätsbetrieb besitzt. Es sei angenommen, dass sat#2_ui nahe dem östlichen Horizont positioniert ist, mit ΔT^ui,uic _Rb2 = –2.35 ms und dass sat#1_ui entsprechend der Figur positioniert ist, mit ΔT^ui,uic _Rb1 = –1.15 ms. Nach Nutzung von Gleichung (4) wird das DL- Bündel b^ui _2R am UT#i durch sat#2_ui um 17.26 ms später, als das DL-Bündel b^ui _1R durch sat#1_ui empfangen, so wie es angezeigt ist. Während dieser Zeit überträgt UT#i UL-Bündel und der Synthesizer wird zweimal zurückgesetzt.
Hierfür sind die differenziellen Verzögerungen zwischen UT#i und einem Nutzer am TAC durch sat#1_ui und sat#2_ui im Allgemeinen begrenzt durch: |ΔTui,uicRb1 | < 2.35ms; (5) |ΔTui,uicRb2 | < 2.35ms; (6)und |ΔT| ≤ 4.70ms (7)
Gleichungen (4) und (7) implizieren, dass die Zeit zwischen b^ui _1R b^ui _2R für einen Nutzer, der sich entfernt vom TAC eines 1000km × 1000km Bereichs befindet, immer größer als 13.76ms (24 DL-Zeitschlitze) ist und kleiner als 23 ms (40 DL-Zeitschlitze). Während dieser Zeit überträgt vorzugsweise ein Nutzer ein UL-Bündel (2.3 ms), das 4 mal größer ist, als das DL-Bündel (0.577 ms) und der Synthesizer wird zweimal zurückgesetzt. Eine detaillierte Analyse des Bündelübertragungszeitablaufs ist unten beschrieben. In einem typischen Szenarium mit der konventionellen Synthesizertechnologie, ist jede Synthesizerzurücksetzung durch die Obergrenze von 0.5ms beschränkt.
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass für das am schlechtesten anzunehmende Szenarium einer Nutzerposition bezogen auf das TAC, genügend Zeit für das Benutzerendgerät zum Übertragen besteht, wie auch für den Synthesizer, um ihn zwischen dem Empfangen zweier DL-Bündel zurückzusetzen. Daher wird Hin- und Rückstreckendiversitätsbetrieb immer erreicht.
Das Beispiel in 6 demonstriert einen der schlechtesten Fälle, die auftreten können. Die zwei ausgewählten Satelliten, die eine Gruppe von zerstreuten UTs innerhalb eines 500km × 500km Bereiches bedient, befinden sich auf der gegenüberliegenden Seite des Horizonts und sind definiert durch sat#1_ui und sat#2_ui. Der bediente UL-Bereich befindet sich im südwestlichen Viertel eines 1000km × 1000km großen DL-Bereiches, in dem sich das TAC wie in der Figur zu sehen ist, in der nordöstlichen Ecke des UL-Bereiches befindet. Dort gibt es drei verstreute Nutzer innerhalb des definierten UL-Bereichs, die durch UT#i mit 1≤i≤3 bezeichnet, werden. Der Term T^ui _Rb1 bezeichnet die Zeit, zu der die DL-Bündel b^ui _1R (Anfang der Bündel) an den UT#i durch sat#1_ui empfangen werden. Die Zeit zu der DL-Bündel b^ui _2R (Anfang der Bündel) an den UT#i durch sat#2_ui empfangen werden, ist in der Figur als T^ui _Rb2 bezeichnet. Weiterhin bezeichnen T^uic _Rb1 und t^uic _Rb2 die Zeit, zu der b^ui _1R und b^ui _2R durch sat#1_ui und sat#2_ui am jeweiligen TAC empfangen werden.
Die obere Bündelstruktur in 6 zeigt die Zeit, zu der b^ui _1R und b^ui _2R am TAC durch jeweils sat#1_ui und sat#2_ui empfangen werden. Es ist zu sehen, dass die DL-Bündel mit der Nummer 1, 5, 9, ... bis zu b^ui _1R #61 am UT auf der Trägerfrequenz f^j _dn durch sat#1_ui empfangen werden, wobei b^ui _2R die DL-Bündel des nächsten Frames bezeichnet, mit den Nummern 33, 37, 41, ... bis zu b^ui _2R #29, die an den selben UTs auf einer anderen Trägerfrequenz f^k _dn durch sat#2_ui empfangen werden. Es ist weiterhin in der oberen Bündelstruktur der Figur zu erkennen, dass am TAC die Zeit zwischen b^uic _1R und b^uic _2R 32 DL-Zeitschlitze (18.64ms oder 32t) beträgt. Es ist zu beobachten, dass sich UT#1 in der diagonal gegenüberliegenden Ecke (ca. 700 km) vom TAC befindet. Mit sat#1_ui nahe dem östlichen Horizont, entspricht dies am UT#1 einer Verzögerung von 2.35 ms vom TAC (ΔT^ui ^,uic _Rb1 = 2.35ms). tuiRb1 = tuicRb1 + 2.35ms (8)wobei

t^u1 _Rb1: = die Zeit ist, bei der das DL-Bündel b^u1 _1R am UT#1 durch sat#1_ui empfangen wird; und
t^u1c _Rb1: = die Zeit ist, bei der das DL-Bündel b^u1 _1R am TAC durch sat#1_u1 empfangen wird.

Übereinstimmend mit Gleichung (4) wird das DL-Bündel (b^u1 _2R) am UT#1 durch sat#2_u1 empfangen, wobei für sat#2_u1 angenommen wird, dass dieser sich in der Nähe des westlichen Horizonts befindet, um Hinstreckendiversitätsbetrieb mit ΔT^u1,u1c _Rb2 = –2.35ms zu ermöglichen. Details zur Ablaufanalyse für UT#1 sind in der zweiten Bündelstruktur von 6 zu sehen. Demnach ist tu1Rb2 = tu1Rb1 + 32τ + (–2.35ms – 2.35ms) (9)wobei

t^u1 _Rb2: = die Zeit ist, bei der b^u1 _2R am UT#1 durch sat#2_u1 empfangen wird.

Gleichermaßen befindet sich UT#2 150km südlich vom TAC und über 550km entfernt vom UT#1. Mit sat#1_u2 nahe dem östlichen Horizont, entspricht dies am UT#2 einer Verzögerung von 0.5 ms vom TAC, d.h. (ΔT^u2 ^,u2c _Rb1 = 0.5ms). Folglich ist tu2Rb1 – tu2cRb1 + 0.5ms (10) wobei

t^u2 _Rb1: = die Zeit ist, bei der das DL-Bündel b^u2 _1R am UT#2 durch sat#1_u2 empfangen wird; und
t^u2c _Rb1: = die Zeit ist, bei das DL-Bündel b^u2 _1R am TAC durch sat#1_u2 empfangen wird.

Die Zeit zu der DL-Bündel b^u2 _2R am UT#2 durch sat#2_u2 empfangen wird, wird ebenso durch Gleichung (4) berechnet, wobei sich UT#2 meistens um die gleiche Distanz von beiden Satelliten entfern befindet und ΔT^u2,u2c _Rb2 = 0.5ms beträgt. Details zur Zeitablaufanalyse für UT#2 sind in der dritten Bündelstruktur von 6 gezeigt. Demnach ist tu2Rb2 = tu2Rb1 + 32τ + (0.5ms – 0.5ms) (11)
Gleichermaßen befindet sich UT#3 180km südwestlich vom TAC und über 150km entfernt vom UT#2. Mit sat#1_u3 nahe dem östlichen Horizont, entspricht dies am UT#3 einer Verzögerung von 0.6 ms vom TAC (ΔT^u3,u3c _Rb1 = 0.6ms). Folglich ist tu3Rb1 = tu3cRb1 + 0.6ms (12)wobei

t^u3 _Rb1: = die Zeit ist, bei der das DL-Bündel b^u3 _1R am UT#3 durch sat#1_u3 empfangen wird; und
t^u3c _Rb1: = die Zeit ist, bei das DL-Bündel b^u3 _1R am TAC durch sat#1_u3 empfangen wird.

Die Zeit zu der DL-Bündel b^u3 _2R am UT#3 durch sat#2_u3 empfangen wird, wird ebenso durch Gleichung (4) berechnet, wobei ΔT^u3,u3c _Rb2 = –0.6ms beträgt. Die Details zur Zeitablaufanalyse für UT#3 sind in der vierten Bündelstruktur von 6 dargestellt. Demnach ist tu3Rb2 = tu3Rb1 + 32τ + (–0.6ms – 0.6ms) (13)
Es lässt sich in 6 erkennen, dass jedes UT zwei Bündel pro 64 DL-Zeitschlitz-Frame von den zwei sichtbaren Satelliten auf zwei verschiedenen Zeitschlitzen und Frequenzen empfängt, mit genügend Zeit zwischen den empfangenen Bündeln, damit der Nutzer übertragen kann und damit ebenso der Synthesizer hin und her schalten kann. Daher kann Hinstreckendiversitätsbetrieb erfolgreich, durch das Verbinden der vom Nutzer nacheinander empfangenen Bündel, ausgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung wurde für ein LEO-System simuliert, das Globalstar-Parameter im kontinentalen Bereich der USA nutzt. 7 zeigt die Distanz zwischen benachbarten (in der Zeit) Nutzern, die sich zufällig verteilt in einem 1000km × 1000km DL-Bereich befinden, aufgetragen gegen die Anzahl von Nutzern innerhalb dieses Bereiches. Die Grenze von 51 Nutzern in der Figur, anstelle von 64 Nutzern, die typisch für die achte GSM-Rate wären, ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass jene Nutzer in beiden Verbindungen im Diversitätsbetrieb bedient werden. Mit anderen Worten ausgedrückt, wenn das Interesse darin besteht, dass der Diversitätsbetrieb nur in der Hinstrecke statt findet, dann kann die Anzahl der bedienten Nutzer 64 UTs betragen. Die 51 dargestellten Nutzer in der Figur werden durch zwei 200kHz DL-Trägerfrequenzen durch die zwei besten sichtbaren Satelliten für Hinstreckendiversitätsbetrieb bedient und werden durch vier unterschiedliche 50kHz UL-Täger für Rückstreckendiverstätsbetrieb durch alle sichtbare Satteliten bedient.
8 illustriert den Zeitablaufplan von zwei aufeinander folgenden DL-Bündeln, die von jedem Nutzer durch die besten zwei Satelliten empfangen werden. Dabei gibt es vier separate vertikale Zonen in der Figur, die die vier 50kHz UL-Träger festlegen. Die niedrigste Kurve der Figur kennzeichnet den Start des Empfangszeitablaufs des ersten DL-Bündels t^ui _Rb1 zu jedem Benutzerendgerät durch sat#1_ui auf der DL-Trägerfrequenz (200kHz) f^j _dn. Die höchste Kurve der Figur kennzeichnet den Start des Empfangszeitablaufs des zweiten DL-Bündels t^ui _Rb2 zu jedem Benutzerendgerät durch sat#2_ui auf der DL-Trägerfrequenz (200kHz) f^k _dn. Die zwei mittleren Kurven zeigen den Start und das Ende der UL-Bündelübertragung für jedes Benutzerendgerät.
Aus 8 kann entnommen werden, dass alle Nutzer erfolgreich im Diversitätsbetrieb für Hinstrecken arbeiten. Dies impliziert, dass jedes UT zwei Bündel pro Frame von den zwei sichtbaren Satteliten auf zwei unterschiedlichen Trägern empfängt und erfolgreich ein Bündel pro Frame zwischen dem Empfang beider Bündel überträgt, mit genügend Zeit zum Zurücksetzen des Synthesizers. Außerdem beträgt die Anzahl der UTs für jeden 50kHz Träger zwischen 12 und 13 Nutzer. Dies ist auf die GT zwischen übertragenen Bündeln zurückzuführen, um Kollisionen an irgendeinem der sichtbaren Satelliten zu vermeiden. Es versteht sich, dass die genutzte Bandweite für die 51 Nutzer (vier 40kHz UL-Träger) die halbe genutzte Bandbreite auf der Rückverbindung (zwei 200kHz DL-Täger) beträgt. Deshalb kann eine Kapazität von 64 Nutzern für jeden 1000km × 1000km DL-Bereich mit vollem Diversitätsbetrieb in beiden Verbindungen erzielt werden, wenn die gleiche Bandbreite in beiden Verbindungen genutzt wird.
Rückstreckendiversität
Hinstrecken- oder Rückstreckendiverstätssysteme und -verfahren werden nun, entsprechend der vorliegenden Erfindung, beschrieben. Zusätzliche Details können in den Anwendungen gefunden werden, auf die in zugehörigen Querverweisen Bezug genommen werden.
In den Aufwärts- oder Rückstrecken überträgt jedes Benutzerendgerät (UT) vorzugsweise nur ein Bündel pro Frame. Die übertragenen Frames der Nutzer, die durch die gleichen Rückverbindungsträger bedient werden, werden vorzugsweise durch alle sichtbaren Satteliten in einer nicht überlappenden Art und Weise empfangen. Die Bodenstation empfängt jedes Nutzer-Bündel durch die sichtbaren Satelliten und kann geeignete Diversitätstechniken zum Verbinden jener Bündel nutzen. Die vollen Diversitätsvorteile können von allen sichtbaren Satelliten erzielt werden, indem vergrößerte Batterielebenszeiten in den Benutzerendgeräten zugelassen werden. Um dieses Konzept unterzubringen, wird eine Schutzzeit (GT) zwischen übertragenen Bündeln angeboten, vorzugsweise um sicherzustellen, dass Rückverbindungsbündel nicht mit irgendwelchen sichtbaren Satelliten kollidieren. Eine Schutzzeit wird für benachbarte (in Zeit) übertragene Nutzerbündel beibehalten, die am Ort des Nutzers durch die gleichen Rückstreckenträger bedient werden. Deshalb kann Rückstreckendiverstätsbetrieb durch alle sichtbaren Satelliten erfolgreich erzielt werden.
Die GT hängt vorzugsweise von der Größe des Abwärtsstreckenbereichs und der Geometrie der Satelliten ab. In dieser Analyse wird als Beispiel ein LEO-System betrachtet. Dennoch kann dieses Konzept durch geringe Änderungen in den Parametern auf andere TDMA- LEO-, MEO- oder GEO-Systeme ausgeweitet werden. Computersimulationen zeigten, dass eine GT von zwei Zeitdauern von Hinstreckenbündeln zwischen den übertragenen Aufwärtsstreckenbündeln (UL-Bündeln) ausreichend ist, um Bündelkollisionen an allen sichtbaren Satelliten zu verhindern. Dieses Ergebnis basiert auf dem betrachteten LEO-System für Nutzer, das durch die gleichen zufällig verteilten Rückstreckenfrequenzen in einem 500km × 500km Bereich bedient wird.
Die vorliegende detaillierte Beschreibung basiert auf einem bereichsorientierten Frequenzzuweisungsschema (ROFA), bei dem die Trägerfrequenzen auf die geografische Lage festgelegt sind. Wie es in 1 beschrieben wurde, um den Diversitätsbetrieb in der Rückverbindung für ein TDMA LEO-System zu untersuchen, wurden die kontinentalen USA einschließlich Süd-Kanada und Nord-Mexiko ausgewählt und mit CONUS bezeichnet, als ein Beispiel, das für den gesamten Globus verallgemeinert werden kann. Wie in 1 dargestellt ist, ist der Bereich in 16 (1000km × 1000km) Abwärtsstreckenbereiche (DL-Bereiche) unterteilt. Und wie in 9 zu sehen ist, ist jeder Abwärtsstreckenbereich in 4 (500km × 500km) Aufwärtsstreckenbereiche (UL-Bereiche) unterteilt.
Nutzer jedes Aufwärtsstreckenbereichs, übertragen ein einzelnes Bündel pro Frame, an alle sichtbaren Satelliten auf einer 50kHz Rückstreckenträgerfrequenz. Unterschiedliche 50kHz Träger bedienen unterschiedliche Aufwärtsstreckenbereiche, wie in 9 zu sehen ist, wobei Rⁱ _up und fⁱ _up jeweils die Aufwärtsstreckenbereichszahl (i) und die Rückstreckenträgerzahl (i) bezeichnen. 9 zeigt ebenfalls eine Frequenzwiederverwendung des Spektrums, derart, dass die in den Bereichen befindlichen Benutzerendgeräte, die gleichen Frequenzen wieder verwenden, die durch unterschiedliche Strahlen der Hinstrecken- und ebenfalls Rückstreckensatelliten bedient werden. Beispielsweise befinden sich in 1 Benutzerendgeräte im Abwärtsstreckenbereich #4 (R⁴ _dn), die die gleichen Träger der Benutzerendgeräte nutzen, die sich im Abwärtsstreckenbereich #1 (R¹ _dn) befinden. Jedoch werden aufgrund der 2000km großen Distanz zwischen beiden Bereichen, die Benutzerendgeräte aus R⁴ _dn durch andere Hinstreckenstrahlen versorgt, als die Benutzerendgeräte aus R¹ _dn. Das gleiche Wiederverwendungsprinzip ist auf die Rückstrecke angewendet worden und ist in 9 mit allen wieder verwendeten Frequenzen in den fett dargestellten Bereichen abgebildet.
Die Benutzerübertragungen basieren auf dem Empfang ihrer ersten Bündel (Startzeitpunkt) durch die besten sichtbaren Satelliten. Ein Nutzer empfängt zwei Hinstreckenbündel von den zwei sichtbaren Satelliten und erwartet, an alle sichtbaren Satelliten während des Zeitraums zwischen den beiden nacheinander folgenden Empfängen, zu übertragen. Die Bündelübertragung des Benutzerendgerätes kann zwischen den beiden Bündelempfängen platziert werden, um simultanes Übertragen und Empfangen im Benutzerendgerät zu vermeiden. Dies kann den Bedarf nach einem Duplexer vermeiden, während weiterhin bidirektionaler Informationsfluss gestattet wird. Übertragungen von mehreren Satelliten nutzen mehrere Träger zum selben Abwärtsstreckenbereich und sind zeitlich zu einem Punkt im Zentrum des Abwärtsstreckenbereiches koordiniert, der Zeitanpassungszentrum (TAC) genannt wird.
Zur Vereinfachung sei angenommen, dass die Nutzer sehr eng zueinander verteilt sind und ebenfalls sehr nahe zum Zentrum des Abwärtsstreckenbereiches liegen. Es wird weiter angenommen, dass die Benutzerendgeräte im achten GSM-Raten-Modus arbeiten, d.h. dass der DL-Frame 64-DL Zeitschlitze mit einer Framezeitdauer von 36.92ms besitzt. Jeder Abwärtsstreckenbereich ist in 4 Aufwärtsstreckenbereiche unterteilt. Zum Beispiel können die 4 Abwärtsstreckenbereiche als Rⁱ _up, R² _up, R³ _up und R⁴ _up definiert werden. Die UTs, die sich im R¹ _up befinden, empfangen Abwärtsstreckenbündel b^u1 _1R #1, 5, 9, ... bis b^u1 _1R #61 auf Trägerfrequenz f^j _dn durch sat1_u1 und empfangen Aufwärtsstreckenbündel b^ui _2R #33, 37, 41, ... bis b^ui _2R #29 des nächsten Frames auf der Trägerfrequenz f^k _dn durch sat2_ui. Die Benutzerendgeräte, die sich im R² _up befinden, empfangen b^ui _1R #2, 6, 10, ... bis b^ui _1R #62 durch sat1_ui und empfangen b^ui _2R #34, 38, 42, ... bis b^ui _2R #30 des nächsten Frames durch sat2_ui. Die Benutzerendgeräte, die sich im R³ _up befinden, empfangen b^ui _1R #3, 7, 11, ... bis b^ui _1R #63 durch sat1_ui und empfangen b^ui _2R #35, 39, 43, ... bis b^ui _2R #31 des nächsten Frames durch sat2_ui. Und schließlich empfangen Benutzerendgeräte, die sich im R⁴ _up befinden, b^ui _1R #4, 8, 12, ... bis b^ui _1R #64 durch sat1_u1 und empfangen b^ui _2R #36, 40, 44, ... bis b^ui _2R #32 des nächsten Frames durch sat2_ui. Die obige Methodik ist in 10 illustriert.
Die obere Bündelstruktur in 10 zeigt b^ui _1R A, B, ... bis b^ui _1R #32, die an der Benutzerposition durch einen Abwärtsstreckenträger (200kHz) f^j _dn durch sat1_u1 empfangen wurden. Der zweite Satz der Abwärtsstreckenbündel (Diversität) wird an den Benutzerendgeräten durch die Zeitschlitzen 33, 34, ... bis 64 auf einem anderen Abwärtsstreckenträger (200 kHz) f^k _dn durch sat2_ui empfangen, wie es in der zweiten Bündelstruktur oben in 10 angegeben ist. Die dritte Bündelstruktur oben in 10 zeigt den Zeitablauf von Aufwärtsstreckenbündeln für Benutzerendgeräte, die sich im R¹ _up befinden. Es ist die Übertragung von Aufwärtsstreckenbündel dargestellt (Start und Ende), die zwischen dem Empfang von b^ui _1R und b^ui _2R mittels sat#1_ui bzw. sat2_ui stattfindet. Der verbleibende Teil von 10 zeigt den Zeitablauf von Aufwärtsstreckenbündeln für Nutzer, die sich in einem anderen Aufwärtsstreckenbereich desselben Abwärtsstreckenbereiches befinden.
Die vorliegende Erfindung verbindet vorzugsweise einen festen Versatz (Verzögerung) zwischen dem Empfang (durch das UT) des ersten Diversitätsbündels und der Übertragung des Rückstreckenbündels durch das Benutzerendgerät. Dieser feste Zeitversatz ist vorzugsweise so gewählt, dass er 7t (sieben Schlitze der Abwärtsstreckenbündel) beträgt.
Anderes erklärt, kann die Zeitverzögerung zwischen dem ersten empfangenen Bündel b^ui _1R am UT und seinem übertragenen Bündel b^u1 _T in zwei Teile unterteilt werden, in eine feste Zeitverzögerung und in eine einstellbare Verzögerung. Beispielsweise kann die feste Verzögerung (in dem Fall eines 500km × 500km großen Aufwärtsstreckenbereiches) die Zeitdauer der Bündel der Hinstrecke (0.577ms), die Zeitdauer der Synthesizerzurücksetzung (0.5 ms) und die maximal mögliche Vorlaufszeit/Verzögerungszeit (2.35ms im schlechtesten Fall für den 500km × 500km Bereich) umfassen. Die gesamte festgelegte Verzögerung kann 3.43ms betragen, was mehr als 6 Abwärtsstreckenzeitschlitze ist. In dieser Analyse wird als Schutzmaßnahme, die festgelegte Zeitverzögerung mit 7 Abwärtsstreckenzeitschlitzen angenommen. Für andere Aufwärtsstreckenbereiche mit differierender Größe, kann die festgelegte Verzögerung unterschiedlich sein, allerdings bleibt die Technik die gleiche. Die einstellbare Verzögerung ist in zwei Teile unterteilt. Der erste Teil hängt von der Position des Benutzerendgeräts ab, welche die geografische Distanz zwischen benachbarten (in Zeit) Benutzerendgeräten, dividiert durch die Lichtgeschwindigkeit, ist. Der zweite Teil ist die aktuelle Vorlaufszeit/Verzögerungszeit des Benutzerendgerätes. Die einstellbare Verzögerung variiert und hängt von der Position jedes einzelnen Benutzerendgerätes ab. Die Bodenstation überträgt beispielsweise auf einem Breitbandsteuerungskanal (BCCH) die einstellbare Verzögerung an die einzelnen Benutzerendgeräte, basierend auf der Kenntnis aller Benutzerendgerätpositionen innerhalb des selben Aufwärtsstreckenträgers. Hierzu bestimmt das UT den Übertragungsstartzeitpunkt seiner eigenen Bündel. Diese Technik benötigt die Bodenstation, um die volle Kenntnis über die exakten Positionen aller Benutzerendgeräte innerhalb desselben Aufwärtsstreckenträgers zu besitzen.
In 11A ist dargestellt, dass das übertragene Bündel (2.31 ms) mit einer Schutzzeit (GT) von 0.577 ms in Vorlaufzeitrichtung und 0.577 ms entgegen der Vorlaufzeitzeitrichtung des Aufwärtsstreckenbündels festgelegt ist. Daher ist die Schutzzeit (GT) zwischen irgendwelchen zwei übertragenen Bündeln 1.154 ms, wie es in 11B dargestellt ist. Diese Technik ist weiter mittels Simulationen und Beispielen erklärt.
12 demonstriert einen der beiden schlechtesten Fälle, die stattfinden können. Die zwei ausgewählten Satelliten bedienen eine Gruppe von verteilten Benutzerendgeräten innerhalb des 500km × 500km Bereichs, die sich auf gegenüberliegenden Seiten des Horizonts befinden und als sat#1_ui und sat#2_ui definiert sind. Der bediente Aufwärtsstreckenbereich ist das südwestliche Viertel eines 1000km × 1000km großen Abwärtsstreckenbereiches, bei dem sich das TAC in der nordöstlichen Eckes des Aufwärtsstreckenbereiches befindet, so wie es in 12 zu sehen ist. Dort gibt es drei verteilte Nutzer innerhalb des definierten Aufwärtsstreckenbereichs, die als UT#i mit 1≤i≤3 bezeichnet sind. Der Term t^ui _Rb1 bezeichnet den Zeitpunkt, zu dem Abwärtsstreckenbündel b^ui _1R (Start des Bündels) an den Benutzerendgeräten durch sat#1_ui empfangen werden. Der Zeitpunkt, zu dem Abwärtsstreckenbündel b^ui _1R (Start des Bündels) an den Benutzerendgeräten durch sat#2_ui empfangen werden, ist in 12 als t^ui _Rb2 gekennzeichnet. Der Zeitpunkt, zu dem das zweite Bündel am Benutzerendgerät durch sat#2_ui empfangen wird, wird um eine nominale Menge von 32 Hinstreckenschlitzen (32t), ab dem Zeitpunkt des ersten Bündelempfangs, am selben UT verspätet angenommen. Deshalb überträgt das UT ein Aufwärtsstreckenbündel zwischen dem Empfang zweier aufeinander folgenden Bündeln und der Synthesizer schaltet hin und her. Zusätzlich bezeichnen t^uic _Rb1 und t^uic _Rb2 den Zeitpunkt, zu dem b^ui _1R und b^ui _2R durch sat#1_ui und sat#2_ui am jeweiligen TAC empfangen werden.
Die obere Bündelstruktur in 12 zeigt den Zeitpunkt, zu dem b^ui _1R und b^ui _2R am TAC durch sat#1_ui bzw. sat#2_ui empfangen werden. Es ist zu sehen, dass b^ui _1R die Abwärtsstreckenbündel #1, 5, 9, ... bis b^ui _1R #61 auf der Trägerfrequenz f^j _dn durch sat#1_ui sind, wobei b^ui _2R die Abwärtsstreckenbündel #33, 37, 41, ... bis b^ui _2R #29 des nächsten Frames auf einer anderen Trägerfrequenz f^k _dn durch sat#2_ui sind. Es ist weiterhin in der oberen Bündelstruktur von 12 zu erkennen, dass die Zeit zwischen b^uic _1R und b^uic _2R am TAC vorzugsweise immer (durch die Bauart bedingt) 32 Abwärtsstreckenzeitschlitze (18.46 ms oder 32t) beträgt. Es ist zu beobachten, dass sich das Benutzerendgerät #1 in einer diagonal entfernten Ecke (ca. 700 km) vom TAC befindet. Mit sat#1_ui nahe dem östlichen Horizont, entspricht dies einer Verzögerung von 2.35 ms vom TAC zum Benutzerendgerät #1. Der Zeitablauf der Abwärtsstreckenbündel t^ui _Rb1 am Benutzerendgerät #1 durch sat#1_ui, die erforderliche Vorlaufzeit/Verzögerungszeit (DT^ui _ARb1 = 2.35 ms), um die Übertragungszeit des UT#1 am TAC anzupassen und die festgelegte Zeitverzögerung von 7 Abwärtsstreckenzeitschlitzen (4.04 ms oder 7t) sind ähnlich der oben beschriebenen Technik.
Dort gibt es einen Abwärtsstreckenzeitschlitz (als t in 12 dargestellt), der vor dem übertragenen Aufwärtsstreckenbündel fortschreitet, der für UT#1 in der zweiten oberen Struktur von 12 dargestellt ist. Gleichermaßen gilt dies für das UT#2, das sich 150 km südlich vom TAC und über 550 km entfernt vom UT#1 befindet. Mit sat#1_u2 nahe dem östlichen Horizont, entspricht dies am UT#2 einer Verzögerung von 0.5 ms vom TAC. Für UT#2 muss die Schutzzeit (GT) des vorherigen Nutzers in Verbindung mit dem Abwärtsstreckenzeitschlitz (t), der dem eigenen übertragenen Bündel voran läuft, betrachtet werden (in diesem Fall die 2t von UT#1), um seinen Bündelübertragungszeitpunkt einzustellen. Daher stellt UT#2 seinen Zeitablauf zum Bündelübertragen basierend auf der Vorlaufzeit/Verzögerungszeit (DT^u2 _ARb1 = 0.5 ms), 7t (festgelegte Verzögerungszeit) und 3t (2t Schutzzeit vom UT#1 und t Schutzzeit, die dem selbst übertragenen Bündel voranschreitet) ein. Gleichermaßen befindet sich UT#3 180 km südwestlich vom TAC und ca. 150 km entfernt vom UT#2. Mit sat#1_u2 nahe dem östlichen Horizont, entspricht dies einer Verzögerung von 0.6 ms vom TAC. Daher stellt UT#3 seinen Zeitablauf zum Bündelübertragen, basierend auf der Vorlaufzeit/Verzögerungszeit (DT^u3 _ARb1 = 0.6 ms), 7t (festgelegte Verzögerungszeit) und 5t (2t Schutzzeit von UT#1, 2t Schutzzeit vom UT#2, t Schutzzeit vom Benutzerendgerät #2 und t Schutzzeit, die dem selbst übertragenen Bündel voranschreitet) ein, so wie es in der vierten Bündelstruktur von 12 gekennzeichnet ist.
Die letzte Bündelstruktur von 12 zeigt den Zeitablauf zwischen den übertragenen Bündeln. Es zeigt eine festgelegte Schutzzeit (GT) von 2t zwischen allen übertragenen Bündeln der verteilten Nutzer in dem 500km x 500km großen Bereich. Die Ergebnisse aus Computersimulationen zeigen für ein simuliertes System, dass bei einer (2t) Schutzzeit zwischen übertragenen Bündeln (von Nutzern, die durch den selben 50kHz Träger bedient werden) keine Bündelkollision an der Vielzahl der sichtbaren Satelliten statt findet. Deshalb kann erfolgreich Vielzahl-Betrieb in der Rückstrecke erreicht werden.
Basierend auf dem Beispiel, das in 12 dargestellt ist, kann eine allgemeine Form für den Zeitablauf von übertragenen Bündel (von Nutzern, die durch denselben Rückstreckenträger bedient wurden) angegeben werden mit; tunτb = tunRb1 + ΔTunARb1 + 7τ + (2n – 1)τ, für n=1, 2, 3, ...
Mit der Einschränkung: [(tunTb + 5τ) – tunTb ] ≤ 64τ, (14)wobei

t^un _Tb: = die Startzeit ist, bei der das Bündel vom UT#n übertragen wird;
t^un _Rb1: = die Zeit ist, bei der das DL-Bündel (b^u1 _1R) durch sat#1_un am UT#n empfangen wird;
DT^un _ARb1: = die erforderliche Vorlaufzeit/Verzögerungszeit für UT#n ist, um seine Übertragungszeit bezogen auf das TAC durch sat#1_un abzustimmen;
7t: = der festgelegte Anteil der Verzögerungszeit für den schlechtesten Fall einer Nutzerposition innerhalb eines 500km × 500km großen Bereichs ist;
n: = die Nutzeranzahl innerhalb eines UL-Bereiches ist, und;
t: = die Zeitdauer (0.577 ms) eines Bündels auf der Hinstreckenverbindung ist.

Gleichung (14) zeigt, dass eine festgelegte Schutzzeit (GT) von 2t zwischen den übertragenen Bündeln, die Anzahl der Nutzer pro 50kHz auf die feste Anzahl von 10 UTs innerhalb eines 500km × 500kmkm Bereiches limitiert. Das obere Limit von 10 Nutzern pro 50 kHz wird durch eine Framezeitdauer von 36.92 ms (64t) erreicht und es ist in der Abwärtsstreckenzeitdauer von 3.46 ms (6t) (umfasst die Schutzpuffer aus 11A und 11B) erforderlich, einen Rückstreckenimpuls zu übertragen. Die Berechnungen der Schutzzeit für die Vielzahl der sichtbaren Satelliten, nutzt die nun beschriebene Technik.
Im Allgemeinen ist es so, dass je kleiner die Schutzzeit zwischen benachbarten übertragenen Bündeln ist, desto besser die Systemkapazität ist, so lange keine Kollision an den sichtbaren Satelliten statt findet. In der obigen Analyse wurde die Zeitablaufberechnung der Bündelübertragung von den Benutzerpositionen eingeführt. Um die Schutzzeit zwischen empfangenen Bündeln an den sichtbaren Satelliten zu untersuchen, werden Computersimulationen beschrieben, die die Schutzzeit zwischen empfangenen Bündeln an allen sichtbaren Satelliten für alle 50kHz Rückstreckenträger prüft.
13 zeigt ein Beispiel zur Berechnung der Schutzzeit zwischen empfangenen Bündeln am sat#1 mittels Simulationen. Dort gibt es 5 Nutzer (zufällig verteilt innerhalb des 500km × 500kmkm UL-Bereichs), die durch denselben 50kHz Träger bedient werden. Weiterhin gibt es an den Nutzerpositionen eine festgelegte Schutzzeit (GT) von 2t zwischen den übertragenen Bündeln von allen 5 UTs, wie es zuvor diskutiert wurde. Eine allgemeine Form zur Angabe der Schutzzeit zwischen empfangenen Bündeln am sat#j (irgendeiner der sichtbaren Satelliten) kann angegeben werden durch: ΔT(ui-1,ui)(sj)GT = ΔT(uj,ui-1,)(sj)pd #2τ für 1≤i≤10 (15)wobei

DT^{(ui-1,ui)(sj)} _GT: = die Schutzzeit am sat#j zwischen empfangenen Bündeln vom UT#i und UT#(i-1) sind;
DT^{(uj,ui-1,)(sj)} _pd: = die differentielle Propagationsverzögerung zwischen übertragenen Bündeln von UT#i zum sat#j und UT#(i–1) zum sat#j sind; und
2t: = die festgelegte Schutzzeit zwischen übertragenen Bündeln an der Benutzerposition sind.

Die Schutzzeit zwischen Aufwärtsstreckenbündeln (von Nutzern, die durch den gleichen 50 kHz Träger bedient werden) wird mittels Simulationen, die Gl. (15) nutzen, am sat#1 (als Beispiel) berechnet und ist in der unteren Bündelstruktur von 13 dargestellt. Es kann in 13 ebenso wie aus Gl. (15) beobachtet werden, dass die Schutzzeit zwischen Bündeln am sat#1 variiert. Dies hängt von zwei Faktoren ab, der differentiellen Propagationsverzögerung zwischen benachbarten (in der Zeit) Nutzern zum Satelliten und der festgelegten Schutzzeit zwischen übertragenen Bündeln an den Benutzerpositionen.
Der Diversitätsbetrieb der Rückstrecke, der die festgelegte Schutzzeit nutzt, wurde mittels Computersimulationen untersucht. 14 zeigt benachbarte Entfernungen zwischen 10 zufällig verteilten Nutzern innerhalb eines 500km × 500kmkm Bereichs. 15 zeigt, dass die übertragenen Bündel der bedienten Nutzer, an allen sichtbaren Satelliten (4 in diesem Fall) in einer nicht überlappenden Art und Weise empfangen werden. Daher kann Diversitätsbetrieb in der Rückstrecke mittels aller sichtbaren Satelliten erfolgreich erreicht werden. Computersimulationen untersuchten diese Technik über CONUS für 120 Durchläufe. Im Ergebnis gab es zu keinem Zeitpunkt eine einzige Bündelkollision an einem der sichtbaren Satelliten.
Variable Schutzzeiten, die sich auf die Übertragung von Nutzern beziehen, werden nun beschrieben. In der Rückstrecke überträgt jedes UT ein Bündel pro Frame. Die übertragenen Bündel der Nutzer, die durch denselben Rückverbindungsträger bedient werden, sind durch genügend große variable Schutzzeiten separiert, um vorzugsweise an allen sichtbaren Satelliten Bündelkollisionen zu vermeiden. Die vollen Vorteile des Diversitätsbetriebs können von allen sichtbaren Satelliten erzielt werden, solange eine ausgedehnte Batterielebenszeit ermöglicht wird. Mit den festgelegten Schutzzeiten empfängt die Bodenstation Nutzerbündel durch die sichtbaren Satelliten und kann eine geeignete Vielzahl-Technik nutzen, um jene Bündel zusammenzufügen.
Die variablen Schutzzeiten können dafür sorgen, dass Rückstreckenbündel von Nutzern, die durch den gleichen Rückstreckenträger bedient werden, an keinen den sichtbaren Satelliten kollidieren. Daher kann Diversitätsbetrieb auf den Rückstrecken durch alle sichtbaren Satelliten erfolgreich erreicht werden.
Auf der Rückstrecke ist jedem Aufwärtsstreckenbereich ein unterschiedlicher 50kHz Träger zugeordnet. Es sei angenommen, dass der Aufwärtsstreckenbereich ein Quadrat von 1000km × 1000km einnimmt. Mit zwei UTS, die sich in den gegenüberliegenden Ecken eines Bereiches (1000km entfernt) befinden und die gleiche Rückstreckenträgerfrequenz nutzen, gibt es potentiell +/–3.3 ms Differenz in der Propagationsverzögerung zwischen beiden UTs und einem Satelliten unter sehr niedrigen Erhebungswinkel nahe dem Horizont. Um Diversität in der Rückstrecke mit allen sichtbaren Satelliten zu einem UT zu erreichen, sollte sichergestellt werden, dass die Aufwärtsstreckenbündel nicht an einem Satelliten mit sehr niedrigem Erhebungswinkel nahe dem Horizont kollidieren. Dies impliziert, dass die Aufwärtsstreckenbündel an allen sichtbaren Satelliten, in einer sich nicht überlappenden Art und Weise, empfangen werden und so Diversitätsbetrieb auf der Rückstrecke erfolgreich ausgeführt werden kann. Ein typischer Wert für die Zeitdauer der Bündel auf der Rückstrecke ist 2.3 ms, was 4 mal größer ist, als die Zeitdauer der Bündel auf der Hinstrecke von 0.577 ms. 16 zeigt die Schutzzeit zwischen zwei übertragenen Bündeln an den Benutzerpositionen und an unterschiedlichen sichtbaren Satelliten mit unterschiedlichen Erhebungswinkeln. Der Term b^ui _T repräsentiert die übertragenen Bündel von UT#i. Es ist dargestellt, dass durch das Zulassen, dass die Schutzzeit zwischen den Aufwärtsstreckenbündeln die Distanz zwischen benachbarten (in der Zeit) Nutzern, dividiert durch die Lichtgeschwindigkeit, annehmen kann, Bündelkollisionen an allen sichtbaren Satelliten vermieden werden können. 16 zeigt keine Bündelkollision am sat#5_ui (der Satellit aus Sicht von beiden Nutzern, der den kleinsten Erhebungswinkel besitzt), wobei i=1,2 ist und was versichert, dass an allen anderen drei Satelliten mit höheren Erhebungswinkeln, ebenfalls keine Kollisionen stattffinden.
Obwohl eine 3.3 ms Schutzzeit zwischen den Aufwärtsstreckenbündel ausreicht, um ein Zeitüberlappen an allen sichtbaren Satelliten zu vermeiden, kann dies zu einem ineffizienten Nutzen der Bandbreite führen. Der 1000km × 1000km große Abwärtsstreckenbereich ist in 4 kleinere 500km × 500kmkm große Aufwärtsstreckenbereiche unterteilt, und jeder Aufwärtsstreckenbereich wird durch eine unterschiedliche (50kHz) Rückstreckenträgerfrequenz bedient. 17 ist ähnlich 16, allerdings ist der 1000km × 1000km große Abwärtsstreckenbereich in vier gleiche große 500km × 500kmkm Aufwärtsstreckenbereiche unterteilt. Unterschiedliche 50kHz Träger bedienen diese. Für zwei UTs, die sich in gegenüberliegenden Ecken eines Aufwärtsstreckenbereichs befinden, kann die Schutzzeit zwischen übertragenen Bündeln von 3.3 ms auf 1.65 ms reduziert werden, was eine bessere Nutzung der Ressourcen und eine höhere Systemkapazität liefert.
Eine Analyse zu variablen Schutzzeiten wird nun geliefert. In dieser Analyse hängt die Schutzzeit zwischen benachbarten übertragenen Bündeln von der geografischen Entfernung zwischen benachbarten (in der Zeit) Nutzern innerhalb desselben Aufwärtsstreckenbereiches, dividiert durch die Lichtgeschwindigkeit, ab. Diese Schutzzeit versichert, dass benachbarte Nutzerbündel, die durch denselben Rückverbindungsträger bedient werden, nicht an einem Satelliten mit einem sehr niedrigen Erhebungswinkel nahe dem Horizont kollidieren, so dass keine Bündelkollision an allen anderen Satelliten mit höherem Erhebungswinkel stattfinden können. Es wird angenommen, dass die Bodenstation die Intelligenz zum Übertragen der Vorlauf-/Verzögerungszeitinformation zu den Nutzern besitzt, so dass die Übertragungsstartzeit durch das UT mit Bezug auf seinen ersten Hinstreckenbündelempfang durch den besten sichtbaren Satelliten bestimmt werden kann.
18 demonstriert einen der schlechtesten Fälle, die eintreten können. Die zwei ausgewählten Satelliten, die eine Gruppe von verteilten Benutzerendgeräten innerhalb eines 500km × 500kmkm großen Bereichs bedient, befinden sich auf gegenüberliegenden Seiten des Horizonts und sind als sat#1_ui und sat#2_ui definiert . Der bediente Aufwärtsstreckenbereich ist das südwestliche Viertel eines 1000km × 1000km großen Abwärtsstreckenbereiches, in dem sich das TAC in der nordöstlichen Ecke des Aufwärtsstreckenbereichs befindet, so wie es in 18 dargestellt ist. Innerhalb des definierten Aufwärtsstreckenbereichs gibt es drei verteilte Nutzer, die mit UT#i bezeichnet sind, wobei 1≤i≤3 ist. Für ein UT, das sich entfernt vom TAC befindet, ist die Empfangszeit, zu der das zweite Bündel durch sat#2_ui empfangen wird, 32 Abwärtsstreckenzeitschlitze +/– einer Zeitdifferenz (32t+DT) verspätet, im Bezug zum ersten empfangenen Bündel mittels sat#1, wobei DT positiv oder negativ sein kann, abhängig von der Benutzerendgerätposition mit Bezug zum TAC. Deshalb überträgt das UT ein Aufwärtsstreckenbündel zwischen den aufeinander empfangenen Bündeln, und der Synthesizer schaltet hin und her. Zusätzlich bezeichnen t^uic _Rb1 und t^uic _Rb1 die Zeit, zu der b^ui _1R und b^ui _2R durch sat#1_ui bzw. sat#2_ui am TAC empfangen werden.
Die obere Bündelstruktur in 18 zeigt die Zeit, zu der b^ui _1R und b^ui _2R am TAC durch sat#1_ui bzw. sat#2_ui empfangen werden. Es ist zu erkennen, dass b^ui _1R die Abwärtsstreckenbündel #1, 5, 9, ... bis zu b^ui _1R #61 durch sat#1_ui sind, wobei b^ui _2R die Abwärtsstreckenbündel #33, 37, 41, ... bis zu b^ui _2R #29 des nächsten Frames durch sat#2_ui sind. Es ist ebenso zu erkennen, dass am TAC die Zeit zwischen b^uic _1R und b^uic _2R 32 Abwärtsstreckenzeitschlitze (18.46 ms oder 32t) beträgt, so wie es in der oberen Bündelstruktur der Figur zu sehen ist. Es ist zu beobachten, dass sich das UT#1 in der diagonal entfernten Ecke (ca. 700km) vom TAC befindet. Mit sat#1_ui nahe dem östlichen Horizont, entspricht dies einer Verzögerung von 2.35 ms vom TAC bis zum UT#1. tu1Rb1 = tu1eRb1 + 2.35ms, (16)wobei

t^u1 _Rb1: = die Zeit ist, zu der das Abwärtsstreckenbündel b^u1 _1R am UT#1 durch sat#1_u1 empfangen wird; und
t^u1c _Rb1: = die Zeit ist, zu der das Abwärtsstreckenbündel b^u1 _1R am TAC durch sat#1_u1 empfangen wird.

Die Bodenstation überträgt die Vorlaufzeit/Verzögerungszeit (ΔT^u1ARb1) durch sat#1_u1, um seine Übertragungszeit mit Hilfe von 2.35 ms einzustellen, z.B. ΔT^u1 _ARb1 = –2.35 ms).
Es wurde zuvor erwähnt, dass die festgelegte Zeitverzögerung als schlecht möglichster Fall mit 7 Abwärtsstreckenzeitschlitze (4.04 ms oder 7t) angenommen wurde. Somit ist tu1Tb = tu1Rb1 + ΔTu1ARb1 + 7τ (17)wobei

t^u1 _Tb: = die Zeit ist, zu der UT#1 die Übertragung von b^u1 _T beginnt; und
ΔT^u1 _ARb1: = die erforderliche Vorlaufzeit/Verzögerungszeit für UT#1 ist, um seinen Übertragungszeitablauf mit Bezug auf t^u1 _Rbi einzustellen.

Gleichermaßen befindet sich UT#2 150km südlich vom TAC und ca. 550km entfernt vom UT#1. Mit sat#1_u2 nahe dem östlichen Horizont, entspricht dies einer Verzögerung am UT#2 von 0.5ms vom TAC.
tu2Rb1 + tu2cRb1 + 0.5ms, (18)wobei

t^u2 _Rb1: = die Zeit ist, zu der das Abwärtsstreckenbündel
b^u2 _1R: am UT#2 durch sat#1_u2 empfangen wird; und
t^u2c _Rb1: = die Zeit ist, zu der das Abwärtsstreckenbündel
b^u2 _1R: am TAC durch sat#1_u2 empfangen wird.

Daher wird die Vorlaufzeit/Verzögerungszeit von UT#2 auf ΔT^u2 _ARb1 = –0.5ms festgelegt. Die einstellbare Zeitverzögerung hat einen extra Term für UT#2, welche die angrenzende (in Zeit) geographische Distanz zwischen UT#1 und UT#2, dividiert durch die Lichtgeschwindigkeit, ist. tu2Tb = tu2Rb1 + ΔTu2ARb1 + 7τ +(ΔD1,2/c), (19)wobei

t^u2 _Tb: = die Zeit ist, zu der UT#2 die Übertragung von b^u2 _t beginnt; und
t^u2 _Rb1: = die Zeit ist, zu der das Abwärtsstreckenbündel b^u2 _1R am UT#2 durch sat#1_u2 empfangen wird; und
ΔT^u2 _ARb1: = die erforderliche Vorlaufzeit/Verzögerungszeit für UT#2 ist, um seinen Übertragungszeitablauf mit Bezug auf t^u2 _Rb1 einzustellen; und
ΔD_1,2/c: = die geographische Distanz zwischen UT#1 und UT#2, dividiert durch die Lichtgeschwindigkeit, ist.

Gleichermaßen befindet sich UT#3 180km südwestlich vom TAC und ca. 150km entfernt vom UT#2. Mit sat#1_u3 nahe dem östlichen Horizont, entspricht dies einer Verzögerung am UT#3 von 0.6ms vom TAC. tu3Rb1 = tu3cRb1 + 0.6ms, (20)wobei

t^u3 _Rb1: = die Zeit ist, zu der das Abwärtsstreckenbündel b^u3 _1R am UT#3 durch sat#1_u3 empfangen wird; und
t^u3c _Rb1: = die Zeit ist, zu der das Abwärtsstreckenbündel b^u3 _1R am TAC durch sat#1_u3 empfangen wird.

Die Vorlaufzeit/Verzögerungszeit von UT#3 beträgt ΔT^u3 _ARb1 = –0.6ms. Die einstellbare Zeitverzögerung hat einen extra Term für UT#3, welche die angrenzende (in Zeit) geographische Distanz zwischen UT#2 und UT#3, dividiert durch die Lichtgeschwindigkeit, ist. tu3Tb = tu3Rb1 + ΔTu3ARb1 + 7τ + (ΔD1,2 + ΔD2,3)/c, (21)wobei

t^u3 _Tb: = die Zeit ist, zu der UT#3 die Übertragung von b^u3 _T beginnt; und
t^u3 _Rb1: = die Zeit ist, zu der das Abwärtsstreckenbündel b^u3 _1R am UT#3 durch sat#1_u3 empfangen wird; und
ΔT^u3 _ARb1: = die erforderliche Vorlaufzeit/Verzögerungszeit für UT#3 ist, um seinen Übertragungszeitablauf mit Bezug auf t^u3 _Rb1 einzustellen; und
ΔD_2,3: = die geographische Distanz zwischen UT#2 und UT#3 ist.

Im Allgemeinen ist es so, wenn die Anzahl der Nutzer für gleiche Aufwärtsträger ansteigt, dann verschiebt sich die Übertragungszeit mehr nach rechts, so wie es in der zweiten, dritten und vierten Bündelstruktur von 18 dargestellt ist. Das obere Limit ist bei jedem Nutzer, die Empfangszeit des Abwärtsstreckenbündels b^ui _Rb2 (Start des Bündels) durch sat#2_ui, um den Zeitablauf der Aufwärtsstreckenbündelübertragung zwischen dem Empfang von aufeinander folgenden Abwärtsstreckenbündeln an jedes Benutzerendgerät beizubehalten. Aus diesem Grund wurde der festgelegte Zeitverzögerungsanteil der Schutzzeit so klein wie möglich gewählt, so kann der Zeitablauf für Aufwärtsstreckenbündelübertragung (Start des Bündels) immer so nah wie möglich an der Empfangszeit der Abwärtsstreckenbündel b^ui _1R durch sat#1_ui gewählt werden. Die Computersimulationen zeigten, wie viele Nutzeraufwärtsstreckenbündel, die durch denselben 50kHz Träger bedient wurden, in Framezeitdauern von 64 Aufwärtsstreckenzeitschlitzen belegt werden konnten und an alle sichtbaren Satelliten in einer nicht überlappenden Art und Weise empfangen werden konnten. Daher zeigte es, wie viele Nutzer im Diversitätsbetrieb in einer Rückstreckenverbindung erfolgreich bedient werden konnten.
Zum Abschluss zeigt auch die letzte Bündelstruktur von 18 diese Ergebnisse. Es zeigt, dass die Zeit zwischen benachbarten übertragenen Bündeln (von Nutzern, die durch denselben Aufwärtsträger bedient werden) die benachbarte Distanz zwischen Nutzern, dividiert durch die Lichtgeschwindigkeit, beträgt. Selbst in einem der schlechtesten Fälle von Benutzerpositionen und Satellitenpositionen, ähnlich diesem Beispiel, kann Diversität in der Rückverbindung durch alle sichtbaren Satelliten erreicht werden. Die letzte Bündelstruktur von 18 zeigt, dass die übertragenen Bündel durch eine variierende Schutzzeit, die von der benachbarten Distanz zwischen Nutzern abhängt, separiert werden.
Ein allgemeiner Ausdruck für den Zeitablauf der Bündel auf der Rückstrecke, kann durch Nutzen der mathematischen Induktionsannäherung erreicht werden zu:
für n = 2, 3, 4..., N und N ≤ 16
für n = 1, tu1Tb = tu1Rb1 + 7τ + ΔTu1ARb1 (22)
Mit der Beschränkung: |(tunTb + 4τ) – tunTb | ≤ 60τWobei

t^un _Tb: = die Startzeit für die Übertragung der Bündel von UT#n ist;
t^un _Rb1: = die Zeit ist, zu der das Abwärtsstreckenbündel b^un _1R am UT#n durch sat#1_un empfangen wird;
ΔT^un _ARb1: = die erforderliche Vorlaufzeit/Verzögerungszeit für UT#n ist, um seinen Übertragungszeitablauf mit Bezug zum TAC durch sat#1_un einzustellen; und
: = die Simulation von benachbarten (in der Zeit) Abständen zwischen Nutzern innerhalb desselben Aufwärtsstreckenträgers, dividiert durch die Lichtgeschwindigkeit, ist.

Gleichung (22) gibt einen abgeschlossenen Ausdruck für die Übertragungszeit von allen Bündeln (Start der Bündel) an, die durch denselben Rückstreckenträger bedient werden. Diese liefert ein Limit von 16 Nutzern (wenn alle Nutzer nahe beisammen sind) pro 50kHz Aufwärtsstreckenträger, sofern die achte GSM-Rate angenommen wird. Die Beschränkung kann sicherstellen, dass es genügend Zeit pro 64_DL-Zeitschlitzframe gibt, um Bündel von Nutzern, die eine Zeitdauer von 4-DL-Zeitschlitzframes besitzen, zu übertragen. Diese Näherung wurde mittels Computersimulationen ermittelt. Durch 120 Minuten langes betreiben der Simulationen, um jedem einzelnen Satelliten zu ermöglichen, sein Orbit zu vervollständigen (ein globales Sternensatellitensystem wurde als Beispiel genommen), entstand zu keinem Zeitpunkt eine einzige Bündelkollision an irgendeinem der sichtbaren Satelliten.
Eine detaillierte Analyse der Schutzzeitberechnungen an der Vielzahl der sichtbaren Satelliten wird nun dargestellt. Generell ist es so, dass je weniger Schutzzeit zwischen benachbarten übertragenen Bündeln besteht, desto besser ist die Systemkapazität, so lange keine Kollision an den sichtbaren Satelliten entsteht. In der obigen Analyse wurde in die Zeitablaufberechnungen der übertragenen Bündel von den Benutzerpositionen eingeführt. Um Schutzzeiten zwischen Bündeln zu untersuchen, die an den sichtbaren Satelliten empfangen werden, wird als Beispiel ein 50kHz Rückstreckenträger genutzt. Das Konzept wird mittels eines Beispiels, das auf realen Simulationsdaten beruht, erklärt. Anschließend überprüfen Computersimulationen diese Näherung für die kontinentalen USA, durch die Nutzung von Globalstar-Systemparameter.
Zur näheren Erläuterung der Schutzzeitberechnungen wird ein sichtbarer Satellit ausgewählt. Als Beispiel sei angenommen, dass es wie in 19 zu sehen ist, 6 zufällig verteilte Benutzerendgeräte (UT#i, 1≤i≤l6) gibt, die durch denselben 50kHz Rückstreckenträger bedient werden. Es ist in der Figur zu sehen, dass es 4 sichtbare Satelliten aus Sicht der Benutzerendgeräte gibt. Es sei weiterhin angenommen, dass die sichtbaren Satelliten die besten (vom Erhebungswinkelkriterium her) aus Sicht jeden Nutzers sind, so wie es in 19 angegeben ist. Die geographischen Distanzen zwischen Nutzern sind in dem oberen Teil von 19 dargestellt, um die Schutzzeit zwischen den empfangenen Bündeln der Nutzer am sat#1 mittels Simulationen zu überprüfen. Jeder der Nutzer besitzt seine eigene Propagationsverzögerung zu sat#1_ui, so wie es in 19 angegeben ist und durch t^ui-si _pd mit 1≤i≤6 gekennzeichnet ist. Die obere Bündelstruktur in der Figur zeigt die Schutzzeit zwischen übertragenen Bündeln an den Benutzerpositionen. Diese Schutzzeit ist eine Funktion der Distanzen zwischen benachbarten (in Zeit) Nutzern. Als Beispiel ist eine geographische Distanz zwischen UT#2 und UT#3 von 101 km in 19 angegeben, die eine Schutzzeit zwischen übertragenen Bündeln von UT#2 und UT#3 von 0.336 ms impliziert. Die Schutzzeit zwischen anderen übertragenen Bündeln kann gleichermaßen berechnet werden und ist in der oberen Bündelstruktur der Figur angegeben. Eine allgemeine Form für die Schutzzeiten zwischen Bündeln von UT#(i–1) und UT#i am sat#1 kann angegeben werden zu; ΔT(ui-1,ui)(s1)GT = ΔT(ui,ui-1)(s1)pd + (ΔDi-1,i/c) für 1≤i≤16, (23)wobei

DT^{(ui-1,ui)(s1)} _GT: = die Schutzzeit zwischen empfangenen Bündeln von UT#i und UT#(i–1) am sat#1 ist;
DT^{(ui,ui-1)(s1)} _pd: = die differentielle Propagationsverzögerung von übertragenen Bündeln von UT#i und sat#1 und UT#(i–1) und sat#1 ist; und
ΔD_(i-1),i/c: = die geographische Distanz zwischen UT#i und UT#(i–1), dividiert durch die Lichtgeschwindigkeit, ist.

Die Schutzzeit zwischen Aufwärtsstreckenbündel (von Nutzern, die durch denselben 50kHz Träger bedient werden), ist mittels Simulationen am sat#1 kalkuliert worden, die auf Gleichung (23) basieren und ist in der unteren Bündelstruktur von 19 gezeigt. Wie in der unteren Bündelstruktur von 19 und ebenso in Gleichung (23) gezeigt ist, variiert die Schutzzeit zwischen Bündeln am sat#1. Generell hängt dies von zwei Faktoren ab, der differentiellen Propagationsverzögerung zwischen benachbarten (in Zeit) Nutzern zum Satelliten und der Distanz zwischen benachbarten (in Zeit) Nutzern.
Die Analyse repräsentiert die variierte Schutzzeit zwischen übertragenen Bündeln von Nutzern, die durch denselben 50 kHz Träger bedient werden, der dazu genutzt wird, um Bündelkollisionen an allen sichtbaren Satelliten zu verhindern. Diese ist definiert als die Distanzen zwischen benachbarten (in Zeit) Nutzern, dividiert durch die Lichtgeschwindigkeit. Der Diversitätsbetrieb der Rückstrecke, für Nutzer, die sich im Aufwärtsbereich #14 von 9 befinden, wurde als Bespiel simuliert. 20 zeigt die benachbarten Distanzen zwischen jenen 13 zufällig verteilten Nutzern, aufgetragen gegenüber der Anzahl von Nutzern, die durch denselben 50kHz Träger bedient werden. 21 zeigt an allen sichtbaren Satelliten die Schutzzeit zwischen empfangenen Bündeln von Nutzern, die durch denselben 50kHz Träger bedient werden und sich im Aufwärtsstreckenbereich #14 befinden. Es ist in 21 dargestellt, dass die Schutzzeit zwischen benachbarten Bündeln, die an allen sichtbaren Satelliten empfangen werden, immer positiv ist. Somit werden alle Bündel der Nutzer, die den Aufwärtsstreckenbereich #14 bedienen, an allen sichtbaren Satelliten in einer nicht überlappenden Art und Weise empfangen. Zusammenfassend prüft die Computersimulation den Diversitätsbetrieb in der Rückstrecke innerhalb des Bereichs der kontinentalen USA, unter der Annahme von Globalstar-Systemparameter für 120 Durchläufe. Im Ergebnis entstand zu keiner Zeit eine einzige Bündelkollision an irgendeinem sichtbaren Satelliten.
In den Zeichnungen und Spezifikationen wurden typische bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung offenbart, und obwohl spezielle Begriffe verwendet wurden, wurden diese nur in einem generischen und beschreibenden Sinn angewendet und nicht zur Beabsichtigung einer Limitierung des Bereichs der Erfindung, der durch die nachfolgenden Ansprüchen festgelegt wird.

Claims

Verfahren zum Übertragen von Signalbündeln auf der Abwärtsstrecke von mehreren sichtbaren Satelliten (sat#1; ...; sat#4) an mehrere Benutzerendgeräte (UT#1; ...; UT#4) in einem Bereich der Abwärtsstrecke, der von den mehreren sichtbaren Satelliten (sat#1; ...; sat#4) bedient wird, umfassend: Senden eines ersten Signalbündels auf der Abwärtsstrecke von einem ersten der sichtbaren Satelliten (sat#1) an ein Benutzerendgerät (UT#1) im Bereich der Abwärtsstrecke; Senden eines zweiten Signalbündels auf der Abwärtsstrecke von einem zweiten der sichtbaren Satelliten (sat#2) an das erste Benutzerendgerät (UT#1), so dass es zu einer Zeit empfangen wird, die eine Funktion eines Abstands des ersten Benutzerendgeräts von einem Zeitanpassungszentrum (TCA) des Bereichs der Abwärtsstrecke ist; und Wiederholen der Schritte des Sendens eines ersten Signalbündels auf der Abwärtsstrecke und Senden eines zweiten Signalbündels auf der Abwärtsstrecke für andere Benutzerendgeräte (UT#2; ...; UT#4) im Bereich der Abwärtsstrecke, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich der Abwärtsstrecke ausreichend klein ist, so dass das erste Benutzerendgerät (UT#1) das erste Signalbündel auf der Abwärtsstrecke von dem ersten sichtbaren Satelliten (sat#1) und das zweite Signalbündel auf der Abwärtsstrecke von dem zweiten sichtbaren Satelliten (sat#2) empfangen kann, wenn sich der erste und zweite sichtbare Satellit (sat#1, sat#2) auf jeweils gegenüberliegenden Seiten des Horizonts befinden und sich das erste Benutzerendgerät (UT#1) im Bereich der Abwärtsstrecke befindet, die am weitesten vom TAC entfernt ist, mit ausreichend Zeit dazwischen, dass das erste Benutzerendgerät (UT#1) ein Signalbündel auf der Aufwärtsstrecke zwischen dem ersten und dem zweiten Signalbündel auf der Abwärtsstrecke übertragen kann.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Sendens eines ersten Signalbündels auf der Abwärtstrecke den Schritt des Sendens eines ersten Signalbündels auf der Abwärtsstrecke über eine erste Trägerfrequenz umfasst; und wobei der Schritt des Sendens eines zweiten Signalbündels auf der Abwärtstrecke den Schritt des Sendens eines zweiten Signalbündels auf der Abwärtsstrecke über eine zweite Trägerfrequenz umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Signalbündel auf der Abwärtsstrecke in mehreren sich wiederholenden Frames von Signalbündeln auf der Abwärtsstrecke, die einen vorgegebenen Frame-Wiederholungszeitraum aufweisen, gesendet werden; und wobei der Schritt des Sendens eines zweiten Signalbündels auf der Abwärtsstrecke den Schritt des Sendens eines zweiten Signalbündels auf der Abwärtsstrecke von einem zweiten der sichtbaren Satelliten an das erste Benutzerendgerät umfasst, so dass es relativ zu dem ersten Signalbündel auf der Abwärtsstrecke mit einem Zeitversatz empfangen wird, der die Hälfte des vorgegebenen Frame-Wiederholungszeitraums plus eine Verzögerungszeit ΔT beträgt, die eine Funktion eines Abstands des ersten Benutzerendgeräts im Bereich der Abwärtsstrecke von dem Zeitanpassungszentrum (TAC) des Bereichs der Abwärtsstrecke ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Verzögerungszeit ΔT einer Differentialübertragungsverzögerung des zweiten Signalbündels auf dem Abwärtssignal von dem zweiten der sichtbaren Satelliten an das erste Benutzerendgerät und an ein Benutzerendgerät, das sich bei dem TAC befindet, entspricht, minus eine Diffentialübertragungsverzögerung des ersten Signalbündels auf der Abwärtsstrecke von dem ersten der sichtbaren Satelliten an das erste Benutzerendgerät und an ein Benutzerendgerät, das sich bei dem TAC befindet.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend den Schritt des Übertragens eines Signalbündels auf dem Aufwärtssignal von dem ersten Benutzerendgerät zum Empfangen durch mindestens zwei der mehreren sichtbaren Satelliten.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Übertragungsschritt folgenden Schritt umfasst: Übertragen des Signalbündels auf der Auswärtsstrecke eine Schutzzeit nach einem direkt vorangehenden Signalbündel auf der Aufwärtsstrecke von einem direkt vorangehenden einen der Benutzerendgeräte, wobei die Schutzzeit auf einer Zeit des Ankunftsunterschieds für das benachbarte Signalbündel auf der Aufwärtsstrecke an einen der mehreren sichtbaren Satelliten basiert.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Übertragungsschritt folgenden Schritt umfasst: Übertragen des Signalbündels auf der Auswärtsstrecke eine feste Schutzzeit nach einem direkt vorangehenden Signalbündel auf der Aufwärtsstrecke von einem direkt vorangehenden einen der Benutzerendgeräte, wobei die feste Schutzzeit einer Maximalzeit des Ankunftsunterschieds zwischen benachbarten Signalbündeln auf der Aufwärtsstrecke von einem Paar Benutzerendgeräte, die eine Maximalentfernung von einander entfernt sind, an einen der mehreren sichtbaren Satelliten entspricht.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Übertragungsschritt folgenden Schritt umfasst: Übertragen des Signalbündels auf der Aufwärtsstrecke eine variable Schutzzeit nach einem direkt vorangehenden Signalbündel auf der Aufwärtsstrecke von einem direkt vorangehenden einen der Benutzerendgeräte, wobei die variable Schutzzeit einer Zeit des Ankunftsunterschieds zwischen benachbarten Signalbündeln auf der Aufwärtsstrecke von einem übereinstimmenden Paar Benutzerendgeräte an einen der mehreren sichtbaren Satelliten entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei sich der erste der sichtbaren Satelliten am höchsten Erhebungswinkel befindet und wobei sich der zweite der sichtbaren Satelliten am nächst höchsten Erhebungswinkel befindet.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner folgenden Schritt umfassend: Zeitdiversitäts-Kombinieren der empfangenen ersten und zweiten Signalbündel auf der Abwärtsstrecke an jedem der mehreren Benutzerendgeräte.
Verfahren zum Empfangen von Signalbündeln auf der Abwärtsstrecke von mehreren sichtbaren Satelliten (sat#1; ...; sat#4) an einem Benutzerendgerät (UT#1; ...; UT#4), das sich an einer beliebigen Position in einem Bereich der Abwärtsstrecke befindet, die von den mehreren sichtbaren Satelliten (sat#1; ...; sat#4) bedient wird, umfassend: Empfangen eines ersten Signalbündels auf der Abwärtsstrecke von einem ersten der sichtbaren Satelliten (sat#1) an dem Benutzerendgerät (UT#1; ...; UT#4), das sich an einer beliebigen Position in dem Bereich der Abwärtsstrecke befindet; und Empfangen eines zweiten Signalbündels auf der Abwärtsstrecke von einem zweiten der sichtbaren Satelliten (sat#2) an dem Benutzerendgerät (UT#1; ...; UT#4), das sich an einer beliebigen Position in dem Bereich der Abwärtsstrecke befindet, der eine Funktion eines Abstands der beliebigen Position des Benutzerendgeräts (UT#1; ...; UT#4) in dem Bereich der Abwärtsstrecke von einem Zeitanpassungszentrum (TAC) des Bereichs der Abwärtsstrecke ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich der Abwärtsstrecke ausreichend klein ist, so dass das Benutzerendgerät (UT#1; ...; UT#4) das erste Signalbündel auf der Abwärtsstrecke von dem ersten sichtbaren Satelliten (sat#1) und das zweite Signalbündel auf der Abwärtsstrecke von dem zweiten sichtbaren Satelliten (sat#2) empfangen kann, wenn sich der erste und zweite sichtbare Satellit (sat#1, sat#2) an jeweils entgegengesetzten Seiten des Horizonts befinden und sich das Benutzerendgerät (UT#1; ...; UT#4) im Bereich der Abwärtstrecke am weitesten entfernt von dem TAC befindet, mit ausreichend Zeit dazwischen, dass das Benutzerendgerät (UT#1; ...; UT#4) zwischen dem ersten und zweiten Signalbündel auf der Abwärtsstrecke ein Signalbündel auf der Aufwärtsstrecke übertragen kann.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt des Empfangens eines ersten Signalbündels auf der Abwärtstrecke den Schritt des Empfangens eines ersten Signalbündels auf der Abwärtsstrecke über eine erste Trägerfrequenz umfasst; und wobei der Schritt des Empfangens eines zweiten Signalbündels auf der Abwärtstrecke den Schritt des Sendens eines zweiten Signalbündels auf der Abwärtsstrecke über eine zweite Trägerfrequenz umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend den Schritt des Übertragens eines Signalbündels auf dem Aufwärtssignal von dem Benutzerendgerät zum Empfangen durch mindestens zwei der mehreren sichtbaren Satelliten.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Übertragungsschritt folgenden Schritt umfasst: Übertragen des Signalbündels auf der Auswärtsstrecke eine Schutzzeit nach einem direkt vorangehenden Signalbündel auf der Aufwärtsstrecke von einem direkt vorangehenden einen der Benutzerendgeräte, wobei die Schutzzeit auf einer Zeit des Ankunftsunterschieds für das benachbarte Signalbündel auf der Aufwärtsstrecke an einen der mehreren sichtbaren Satelliten basiert.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Übertragungsschritt folgenden Schritt umfasst: Übertragen des Signalbündels auf der Auswärtsstrecke eine feste Schutzzeit nach einem direkt vorangehenden Signalbündel auf der Aufwärtsstrecke von einem direkt vorangehenden einen der Benutzerendgeräte, wobei die feste Schutzzeit einer Maximalzeit des Ankunftsunterschieds zwischen benachbarten Signalbündeln auf der Aufwärtsstrecke von einem Paar Benutzerendgeräte, die eine Maximalentfernung von einander entfernt sind, an einen der mehreren sichtbaren Satelliten entspricht.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Übertragungsschritt folgenden Schritt umfasst: Übertragen des Signalbündels auf der Aufwärtsstrecke eine variable Schutzzeit nach einem direkt vorangehenden Signalbündel auf der Aufwärtsstrecke von einem direkt vorangehenden einen der Benutzerendgeräte, wobei die variable Schutzzeit einer Zeit des Ankunftsunterschieds zwischen benachbarten Signalbündeln auf der Aufwärtsstrecke von einem übereinstimmenden Paar Benutzerendgeräte an einen der mehreren sichtbaren Satelliten entspricht.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei sich der erste der sichtbaren Satelliten am höchsten Erhebungswinkel befindet und wobei sich der zweite der sichtbaren Satelliten am nächst höchsten Erhebungswinkel befindet.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner folgenden Schritt umfassend: Zeitdiversitäts-Kombinieren der empfangenen ersten und zweiten Signalbündel auf der Abwärtsstrecke an dem Benutzerendgerät.
Satellitenfunktelefonsystem, das mit mehreren der Benutzerendgeräte (UT#1; ...; UT#4) in einem Bereich der Abwärtsstrecke kommuniziert, umfassend: einen ersten Satelliten (sat#1), der ein erstes Signalbündel auf der Abwärtsstrecke an jedes der mehreren Benutzerendgeräte (UT#1; ...; UT#4) in dem Bereich der Abwärtsstrecke sendet; und einen zweiten Satelliten (sat#2), der ein zweites Signalbündel auf der Abwärtsstrecke an jeden der mehreren Benutzerendgeräte (UT#1; ...; UT#4) sendet, so dass es zu einer jeweiligen Zeit empfangen wird, die eine Funktion des Abstands des jeweiligen Benutzerendgeräts (UT#1; ...; UT#4) in dem Bereich der Abwärtsstrecke von einem Zeitanpassungszentrum (TAC) des Bereichs der Abwärtsstrecke ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich der Abwärtsstrecke ausreichend klein ist, so dass das Benutzerendgerät (UT#1; ...; UT#4) das erste Signalbündel auf der Abwärtsstrecke von dem ersten sichtbaren Satelliten (sat#1) und das zweite Signalbündel auf der Abwärtsstrecke von dem zweiten sichtbaren Satelliten (sat#2) empfangen kann, wenn sich der erste und zweite Satelliten (sat#1, sat#2) an jeweils entgegengesetzten Seiten des Horizonts befinden und sich das Benutzerendgerät (UT#1; ...; UT#4) in dem Bereich der Abwärtsstrecke befindet, die am weitesten von dem Zeitanpassungszentrum (TAC) entfernt ist, mit ausreichend Zeit dazwischen, dass das Benutzerendgerät (UT#1; ...; UT#4) zwischen dem ersten und zweiten Signalbündel auf der Abwärtsstrecke ein Signalbündel auf der Aufwärtsstrecke übertragen kann.
System nach Anspruch 19, wobei die ersten Signalbündel auf der Abwärtsstrecke über eine erste Trägerfrequenz gesendet werden; und wobei die zweiten Signalbündel auf der Abwärtsstrecke über eine zweite Trägerfrequenz gesendet werden.
System nach Anspruch 19, wobei die Signalbündel auf der Abwärtsstrecke in mehreren sich wiederholenden Frames von Signalbündeln auf der Abwärtsstrecke, die einen vorgegebenen Frame-Wiederholungszeitraum aufweisen, gesendet werden; und wobei der zweite Satellit das zweite Signalbündel auf der Abwärtsstrecke an jedes der mehreren Benutzerendgeräte sendet, so dass es relativ zu dem ersten Signalbündel auf der Abwärtsstrecke zu einer Zeit empfangen wird, die die Hälfte des vorgegebenen Frame-Wiederholungszeitraums plus eine Verzögerungszeit ΔT ist, die eine Funktion eines Abstands des entsprechenden Benutzerendgeräts in dem Bereich der Abwärtsstrecke von dem Zeitanpassungszentrum (TAC) des Bereichs der Abwärtsstrecke ist.
System nach Anspruch 21, wobei die Verzögerungszeit ΔT einer Differentialübertragungsverzögerung des zweiten Signalbündels auf dem Abwärtssignal von dem zweiten Signalbündel auf der Abwärtsstrecke von dem zweiten Satelliten an das entsprechende Benutzerendgerät und an ein Benutzerendgerät, das sich an dem TAC befindet, entspricht, minus eine Diffentialübertragungsverzögerung des ersten Signalbündels auf der Abwärtsstrecke von dem ersten Satelliten an das entsprechende Benutzerendgerät und an ein Benutzerendgerät, das sich an dem TAC befindet.
System nach Anspruch 19, wobei der erste und zweite Satellit ebenfalls ein Signalbündel auf der Aufwärtsstrecke von jedem der Benutzerendgeräte ohne Zeitüberlappung empfangen.
System nach Anspruch 19, wobei sich der erste Satellit am höchsten Erhebungswinkel befindet und wobei sich der zweite Satellit am nächst höchsten Erhebungswinkel befindet.