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Technisches
Gebiet
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Diese
Erfindung betrifft im Allgemeinen zellulare Satellitenkommunikationssysteme
und im Besonderen eine Nachrichteneinheit zur Benutzung mit einem
satellitenbasierten, weltweiten zellularen Vielstrahlbenachrichtigungssystem.
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Hintergrund der Erfindung
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Simplex-Datenkommunikationssysteme,
auch als Einweg- oder
passive Systeme bekannt, werden in Verbindung mit Paging eingesetzt.
Allgemein gesprochen senden ein oder mehrere Sender Datenkommunikationen
rund. Die Kommunikationen umfassen Daten, die spezifische Pager
identifizieren. Eine Gesamtheit von Pagern empfängt kontinuierlich die rundgesendeten
Kommunikationen. Wenn einer aus der Gesamtheit an Pagern eine Kommunikation
identifiziert, die an ihn gerich tet ist, alarmiert er einen Teilnehmer über die
eingehende Kommunikation und zeigt oft eine numerische oder alphanumerische
Nachricht an, die von der Kommunikation transportiert wird. Aufgrund
der Simplexeigenschaft eines derartigen Systems weiß das System nicht,
wann es einem Pager nicht gelingt, eine Kommunikation, die an ihn
gerichtet ist, zu empfangen. Andererseits weisen diese Simplexsysteme
viele wünschenswerte
Eigenschaften auf. Aufgrund des Fehlens eines Senders und von Signalübertragungsfähigkeiten
in dem Pager ergibt sich eine kleine, leicht, einfach zu transportierende
und billige Einheit mit geringem Energieverbrauch.
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Konventionelle
Pagingsysteme haben Schwierigkeiten mit einer begrenzten Reichweite.
Ein Pagingsystem arbeitet lediglich dann, wenn seine Pager sich
innerhalb des von den Sendern des Systems abgedeckten Gebiets aufhalten.
Wenn sich die Teilnehmer außerhalb
dieses Gebiets bewegen, können
ihre Pager keine Rufe empfangen.
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Ein
damit verbundenes Problem besteht in einer begrenzten Pagingkapazität. Sowie
ein Abdeckungsgebiet zur besseren Bedienung der Teilnehmerbedürfnisse
vergrößert wird,
vergrößert sich
die Gesamtheit an Pagern auf ähnliche
Weise. Sowie sich die Gesamtheit an Pagern erhöht, erhöht sich die Anzahl an Datenkommunikationen.
Demnach wird mit dem Vergrößern des
Abdeckungsgebiets ein Punkt erreicht, an dem die Vorteile abnehmen.
Die Anzahl an Datenkommunikationen wird so groß, dass eine nicht akzeptierbare
Verzögerung
in der Ablieferung von Rufen auftritt. Selbstverständlich könnte die
Systemkapazität
durch die Verwendung von Pagern, die Datenkommunikationen über mehrfache
Kanäle
empfangen, vergrößert werden.
Leider bewirkt dies, dass die Kosten der Pager und der Pagingdienste
sich auf nicht akzeptierbare Niveaus erhöhen.
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Ein
weiteres Problem mit konventionellen Pagingsystemen betrifft die
Signalqualität,
wie beispielsweise Mehrwegausbreitungen, Interferenzen, Signalreflektionen
und ähnliches.
Im Allgemeinen werden Pager durch ihre Benutzer getragen, während diese
sich mit ihren normalen täglichen
Aktivitäten
befassen. Während dieser
normalen Aktivitäten
befinden sich die Benutzter innerhalb von Automobilen, innerhalb
von Gebäuden, nahe
großer
geerdeter Strukturen und in Räumen,
in denen elektromagnetische Signale Schwierigkeiten bei der Durchdringung
haben. Folglich variiert die Fähigkeit
der Pager, Kommunikationen zu empfangen, beträchtlich. Um die Fähigkeit
eines Pagers, Kommunikationen zu empfangen, in allen Umgebungen
des Abdeckungsgebiets zu maximieren, werden die Pagingsysteme typischerweise
so konstruiert, dass sie ein FSK-Modulationsschema mit niedriger
Datenrate einsetzen, bei dem die Senderleistung auf einen Pegel
verstärkt
wird, der einen akzeptierbaren Verbindungsspielraum erzielt. Zusätzlich kann
in Simultansendungs-Pagingsystemen die Anzahl an Sendern vervielfacht
werden und geographisch über
das Abdeckungsgebiet verteilt werden. Die Hinzufügung von Sendern und die Einstellung
von Leistungspegeln zur Erzielung eines akzeptierbaren Verbindungsspielraums über das
gesamte Abdeckungsgebiet ist typischerweise ein langsamer Prozess
nach Fehler und Irrtum.
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Die
Verwendung von Satelliten beim Paging zielt auf das Problem der
begrenzten Reichweite konventioneller Pagersystemen ab. Die Verwendung
von Satelliten jedoch bietet ihre eigenen Probleme. Beispielsweise
werden Satelliten typischerweise auf die Verwendung von Übertragungen
mit le diglich geringer Leistung beschränkt. Geostationäre Satelliten
werden momentan verwendet, um an terrestrische Zwischenverstärker rundzusenden,
die dann Signale mit hoher Leistung an nahegelegene Pager senden
können.
Es wurden Vorschläge
gemacht, einen Satelliten mit terrestrischen Sendern in ein Simultansendungs-Pagingsystem
zu integrieren. Dies bedarf jedoch eines Satelliten in einer geostationären Umlaufbahn,
auf der der Satellit in einer enormen Distanz oberhalb der Erde
positioniert wird, wodurch das Übertragungssignal
des Satelliten an der Oberfläche
der Erde extrem schwach ist und wodurch das Abdeckungsgebiet auf
der Erdoberfläche
außergewöhnlich groß ist.
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Ein
Beispiel eines konventionellen Systems, das von sich auf einer Umlaufbahn
befindenden Satelliten an eine Mehrzahl von selektiven Ruf-Pagingempfängern kommuniziert,
ist in dem U.S. Patent Nr. 5,257,019 offenbart. In dem offenbarten
System werden Synchronisationssignale, Befehlssignale und Gruppensignale verwendet
und Pagingempfänger
detektieren Gruppensignale. Konventionelle Systeme und Verfahren
zum Reduzieren des Energieverbrauchs in Pagingsystemen sind in den
U.S. Patenten mit den Nummern 4,860,003, 4,845,491 und 4,713,808
offenbart.
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Es
besteht demnach ein grundlegender Bedarf an einer verbesserten Nachrichteneinheit
zur Verwendung in einem satellitenbasierten weltweiten zellularen
Benachrichtigungssystem.
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Es
besteht ebenfalls ein grundlegender Bedarf an einer Nachrichteneinheit
in einem satellitenbasierten, weltweiten zellularen Vielstrahl-Benachrichtigungssystem,
das in der Lage ist, die optimalen Frames zu bestimmen, um diese
auf Nachrichten hin zu überwachen.
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Es
besteht ebenfalls ein grundlegender Bedarf an einer Nachrichteneinheit
in einem satellitenbasierten, weltweiten zellularen Benachrichtigungssystem,
das sehr schnell auf seinen Nachrichtenblock synchronisieren kann.
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Es
besteht ebenfalls ein grundlegender Bedarf an einer Benachrichtigungseinheit
in einem satellitenbasierten, weltweiten zellularen Benachrichtigungssystem,
das einen Mechanismus zum Erlangen signifikanter Einsparungen hinsichtlich
seiner Batterieressourcen umfasst.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird insbesondere in den angehängten Ansprüchen aufgezeigt. Andere Eigenschaften der
Erfindung werden jedoch deutlicher und die Erfindung wird am besten
verstanden, indem man sich auf die folgende detaillierte Beschreibung
in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen bezieht, in denen:
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1 ein Überblicksdiagramm
eines zellularen Satellitenkommunikationssystems zeigt.
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2 ein
Diagramm mit zellularen Mustern zeigt, die durch benachbarte Satelliten
gebildet werden, die Kommunikationsstrahlen auf die Oberfläche der
Erde richten.
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3 ein
Blockdiagramm eines Pagers zeigt.
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4 ein
Blockdiagramm einer Schaltvermittlungsstelle beziehungsweise eines "Gateways" zeigt.
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5 ein
Blockdiagramm eines Satelliten des Kommunikationssystems zeigt.
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6 ein
Konzeptdiagramm der Pagingzeithierarchie für das Kommunikationssystem
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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7 den
Haupt-TDMA-Frame zeigt.
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8 ein
Konzeptdiagramm des Gesamtfrequenzplanes zeigt, einschließlich der
Paging-Frequenzzuweisung, für
Abwärtsverbindungskommunikationen
in dem Kommunikationssystem.
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9 die
Struktur eines Pagingbursts zeigt, der innerhalb einer Erfassungsgruppe
auftritt.
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10 die
Struktur eines Pagingbursts zeigt.
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11 die
Struktur einer Blockheadernachricht zeigt.
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12 die
Struktur eines Pagingdatenfeldes zeigt.
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13 die
Struktur einer Nachrichten-Ablieferungsreihenfolge zeigt.
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14 einen
Pagerkontext und einen Informationsablauf zeigt.
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15–19 ein
zusammengesetztes Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines adressierbaren
Rufempfängers
umfassen, gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform
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1 zeigt
ein Überblicksdiagramm
eines zellularen Satellitenkommunikationssystems.
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Verschiedene
Satelliten (auch als Raumfahrzeuge oder SVs ("SV = Space Vehicle") bezeichnet) 1 sind auf einer
relativ niedrigen Umlaufbahn um die Erde 4 angeordnet.
Wenn beispielsweise die Satelliten 1 auf Umlaufbahnen angeordnet
werden, die sich ungefähr
765 km oberhalb der Erde 4 befinden, dann bewegt sich ein Overhead-Satellit 1 mit
einer Geschwindigkeit von ungefähr
25000 km/h hinsichtlich eines Punktes auf der Oberfläche der
Erde 4 fort. Dies ermöglicht es
einem Satelliten 1, an einem Punkt auf der Oberfläche der
Erde 4 für
eine maximale Dauer von ungefähr
neun Minuten sichtbar zu sein. Aufgrund der relativ langen Umlaufbahnen
der Satelliten 1 decken elektromagnetische Übertragungen über die
Sichtlinie von einem beliebigen Satelliten ein relativ kleines Gebiet
der Erde 4 zu einem beliebigen Zeitpunkt ab. Wenn beispielsweise
die Satelliten 1 Umlaufbahnen bei ungefähr 765 km oberhalb der Erde
belegen, bedecken derartige Übertragungen ungefähr 4075
km im Durchmesser. Darüber
hinaus verhindert nichts, dass die Satelliten 1 Richtantennen
einsetzen, die dieses Gebiet noch weiter in kleinere Zellen unterteilen.
Wie in 1 veranschaulicht werden die Satelliten 1 vorzugsweise
so auf Umlaufbahnen angeordnet, dass die gesamte Konstellation der
Satelliten 1 eine kontinuierliche Abdeckung für die Gesamtheit
der Erde 4 zur Verfügung
stellt.
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Das
System 5 umfasst zusätzlich
eine oder mehrere Schaltvermittlungsstellen (auch als "Gateways" bezeichnet) 6.
Die Vermittlungsstellen 6 befinden sich auf der Oberfläche der
Erde 4 und befinden sich in Datenkommunikation mit nahegelegenen
Satelliten 1 über
HF-Kommunikationsverbindungen 8. Die Satelliten 1 befinden
sich ebenfalls in Datenkommunikation miteinander über Datenkommunikationsverbindungen 3.
Daher kann eine Vermittlungsstelle 6 über die Konstellation der Satelliten 1 Kommunikationen
steuern, die an eine beliebig große Region auf der Erde 4 zugestellt
werden. Die Vermittlungsstellen 6 koppeln an öffentliche
leitungsvermittelte Telefonnetzwerke (nicht abgebildet) über die
Anfragen nach einer Vermittlung von Rufen an Teilnehmer des Systems 5 empfangen
werden können.
Jede Vermittlungsstelle 6 empfängt Anfragen zur Vermittlung
von Rufen an Teilnehmer, über
die angenommen wird, dass sie sich in einer Region der Erde 4 befinden,
die mit dieser Vermittlungsstelle 6 in Beziehung steht. 1 zeigt
aus Gründen
der Einfachheit lediglich eine Vermittlungsstelle 6. Der
Fachmann wird jedoch zustimmen, dass eine beliebige Anzahl an Vermittlungsstellen
in Verbindung mit einer beliebigen Anzahl von Regionen der Erde 4 verwendet
werden kann. Jede der derartigen Vermittlungsstellen 6 arbeitet
im Wesentlichen so, wie hier beschrieben wird.
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Das
System 5 umfasst außerdem
eine beliebige Anzahl an Rufempfängern 2,
möglicherweise
Millionen davon. Die Rufempfänger 2 können aus
konventionellen Pagern zusammengesetzt sein oder können innerhalb
anderer tragbarer Gerätschaften
enthalten sein. Obwohl die Rufempfänger 2 aus Gründen der
Einfachheit im Folgenden als Pager 2 bezeichnet werden,
wird der Fachmann zustimmen, dass die Pager 2 innerhalb
des Systems 5 nicht lediglich in Einheiten enthalten sein
müssen,
die für
herkömmliche
Pagingfunktionen gedacht sind. Die Pager 2 sind so konfiguriert,
dass sie Kommunikationen von Overhead-Satelliten 1 empfangen
und andere Funktionen durchführen,
die untenstehend erläutert
werden.
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Die
Kommunikationen von den Satelliten 1 werden an den Pagern 2 über Kommunikationsverbindungen 7 empfangen.
Die Verbindungen 7 verwenden HF-Frequenzen, die im Wesentlichen
Kommunikationen über
eine Sichtlinie unterstützen
und die Verbindungen 7 sind Simplexverbindungen. Mit anderen
Worten, die Kommunikation bewegt sich lediglich in einer Richtung
von den Satelliten 1 zu den Pagern 2. Die Simplexverbindungen
ermöglichen
es, die Pager 2 als kleine und kostengünstige Einheiten herzustellen
und ermöglichen einen
minimalen Energieverbrauch. Hinsichtlich der Verbindungen 3 oder 8 ist
keine Begrenzung auf eine Simplexkommunikation impliziert.
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2 zeigt
ein Diagramm mit zellularen Mustern, die durch benachbarte Satelliten
gebildet werden, die Kommunikationsstrahlen auf die Oberfläche der
Erde richten.
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Die
Satelliten 1 und 29 (der mit dem Satelliten 1 identisch
sein kann) setzen Frequenzspektrums-Wiederverwendungstechniken ein.
Diese Techniken umfassen ein zellulares Aufteilen der Projektionsstrahlbreiten. Die
Satelliten 1 und 29 erzeugen Strahlsatzprojektionen 30 beziehungsweise 31.
Die Strahlsatzprojektionen 30 und 31 sind bidirektionale
Verstärkungsgebiete
(Zellen), die mit Antennen auf den Satelliten 1 und 29 in
Beziehung stehen. Diese Antennen können einzelne Direktantennen
oder eine phasengesteuerte ("phased-array") Antenne sein, die
zu kohärenten
Strahlprojektionen in der Lage ist.
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Die
Zellen 10–28 können viele
Formen in Abhängigkeit
von den Verstärkungscharakteristiken
der Antennen annehmen. In 2 sind die
Zellen 10–28 als
Sechsecke aus Veranschaulichungsgründen gezeigt. Die Zellen 10–28 laufen
in Umlaufbahnrichtung 9 so voraus, wie die Satelliten 1 und 29 in
Richtung 9 umlaufen.
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In
dem Maße,
in dem sich die Satelliten 1 und 29 mit Geschwindigkeiten
von bis zu 25000 km/h bezüglich
der Erde bewegen, bewegen sich die Zellen 10–28 ebenfalls
nahe an dieser Geschwindigkeit über
die Erde. Bei dieser Geschwindigkeit verbleibt ein gegebener Punkt
auf der Oberfläche
der Erde nicht mehr als ungefähr
eine Minute innerhalb einer einzelnen Zelle.
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Unter
erneuter Bezugnahme auf 1 kommunizieren die Satelliten 1 mit
den Pagereinheiten 2 über Verbindungen 7 unter
Verwendung zahlreicher Frequenzkanäle. Demzufolge setzen die Satelliten 1 und
die Pager 2 vorzugsweise ein Frequenzmultiplexzugriffsschema
("FDMA = frequency
division multiple access") ein,
so dass zahlreiche unabhängige
Kommunikationsverbindungen gleichzeitig aufgebaut werden können. Innerhalb
jeder Zelle ist das gesamte Spektrum dieser zahlreichen Frequenzkanäle verfügbar. Beispielsweise kann
ein siebenzelliges Frequenzwiederverwendungsmuster, wie in 2 abgebildet,
implementiert sein, das Zeitmultiplexzugriffstechniken ("TDMA = time division
multiple access")
zur Vermeidung von Interferenzen zwischen benachbarten Zellen verwendet.
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Mit
anderen Worten: Während
das gesamte Spektrum in jeder Zelle verfügbar ist, werden benachbarten
Zellen unterschiedliche Zeitschlitze zugewiesen, innerhalb derer
dieses Spektrum verwendet werden kann. Es werden Frames definiert,
um mindestens sieben unterschiedliche Zeitschlitze einzuschließen, um
dem siebenzelligen Wiederverwendungsmuster zu entsprechen. Die Zellen,
die in 2 mit "10" bezeichnet sind,
werden einem Zeitslot zugewiesen, die Zellen, die mit "11" bezeichnet sind,
werden einem anderen Zeitschlitz zugewiesen, und so weiter. Auf
diese Weise werden Zellen, die das gleiche Spektrum zur gleichen
Zeit einsetzen, geographisch voneinander getrennt.
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Während 2 eine
siebenzellige Anordnung mit sieben Zeitschlitzen veranschaulicht,
wird es dem Fachmann klar sein, dass ebenso ein größeres oder
kleineres Wiederverwendungsmuster verwendet werden kann. Der Fachmann
wird zustimmen, dass ein derartiges TDMA-Kommunikationsschema bei
den Satelliten 1 eingerichtet ist. Darüber hinaus verändern sich,
wenn sich die Satelliten 1 mit Geschwindigkei ten von bis
zu 25000 km/h bewegen, Dopplerverschiebungs- und Zeitschlitzsynchronisationsparameter
zwischen einer Pagereinheit 2 und einem Satelliten 1 ständig.
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Die
Satelliten 1 sind als sich bewegende Zwischenverstärker konfiguriert.
Mit anderen Worten, die Satelliten 1 machen wenig mehr,
als Datenkommunikationsnachrichten von einer Quelle zu empfangen
und diese Nachrichten an einen Bestimmungsort weiterzuleiten. Nichts
bedingt, dass alle Kommunikationsverbindungen 3, 8 und 7 hinsichtlich
der Frequenz und/oder hinsichtlich Zeitprotokollparametern ähnlich sind.
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Demzufolge
können
Satelliten 1 auch Nachrichten, die von einer Kommunikationsverbindung
empfangen wurden, in ein Format neu verpacken, das mit einer anderen
Verbindung kompatibel ist, bevor sie die Nachricht weiterleiten.
Zusätzlich
können
die Satelliten 1 Komponenten umfassen, die dabei helfen,
Doppler- und Zeitverschiebungsparameter in Verbindung mit dem Betrieb
der Verbindungen 3, 8 und 7 aufzulösen. Die Satelliten 1 können vorzugsweise
derartige Parameter an die Einheiten kommunizieren, beispielsweise
Pager 2, Schaltvermittlungsstellen 6 und andere
Satelliten 1, um ein Aufrechterhalten der Synchronisation
mit den Verbindungen 3, 8 und 7 zu unterstützen.
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3 zeigt
ein Blockdiagramm eines Pagers 2.
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Der
Pager 2 umfasst eine Antenne 33, über die
die Kommunikationsverbindung 7 aufgebaut wird. Die Antenne 33 bedient
einen Empfänger 34,
der Hochfrequenz- (HF), Mischer- und
Zwischenfrequenz-Stufen ("IF =
Intermediate Frequency")
(nicht abgebildet) umfasst, die benötigt werden, um HF-Signale zu konvertieren, die
von Satelliten 1 an das Basisband ausgesendet werden. Der
Empfänger 34 koppelt
an einen Analog-Digital-Wandler 35 (A/D), der das Basisbandsignal
digitalisiert, und der A/D-Wandler 30 koppelt an einen
digitalen Demodulator 37, der digitale Daten aus dem digitalisierten
Basisbandsignal extrahiert.
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Der
Demodulator 37 stellt die BPSK-codierten Daten ("BPSK = Bi-Phase Shift
Keying"/Zweiphasenumtastung)
wieder her, die in der Übertragung
von der Verbindung 7 enthalten sind. Der Demodulator 37 stellt auch
ein Rückkopplungssignal
bereit, um einen Oszillator 36 zu steuern. Der Oszillator 36 stellt
ein Oszillationssignal zur Verfügung,
das der Empfänger 34 beim
Konvertieren des HF-Signals in das Basisband verwendet.
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Der
Demodulator 37 speist seinen digitalen Datenausgang einem
Prozessor 39 ein. Der Prozessor 39 umfasst dauerhaft
gespeicherte Daten, die sich nicht durch den Betrieb des Pagers 2 ändern. Diese
permanenten Daten umfassen Computerprogramme, die einen Pager 2 anweisen,
verschiedene Prozeduren durchzuführen,
die unten stehend beschrieben sind. Derartige permanente Daten umfassen
auch permanente Variablen, die im Betrieb des Pagers 2 verwendet
werden, wie unten stehend beschrieben. Der Speicher 40 umfasst
auch temporäre
Daten, die sich durch den Betrieb des Pagers 2 verändern. Der
Prozessor 39 steuert unter der Steuerung der im Speicher 40 gespeicherten
Programme den Betrieb des Pagers 2.
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Der
Prozessor 39 koppelt an verschiedene periphere Geräte wie beispielsweise
einem Display 42, einem Alarm 44, einer Anwendereingabeschnittstelle 46 und
einem Zeitgeber 48. Der Prozessor 39 steuert das Display 42,
um Daten einem Anwender des Pagers 2 sichtbar zu präsentieren.
Der Prozessor 39 steuert den Alarm 44, um hörbar und/oder
sichtbar den Empfang eines an den Pager 2 adressierten
Rufs anzuzeigen. Der Prozessor 39 empfängt Anwendereingaben, vorzugsweise
durch den Betrieb von Tasten oder Knöpfen (nicht abgebildet) über die
Schnittstelle 46. Der Prozessor 39 setzt den Zeitgeber 48 ein,
um seinen Betrieb mit der Systemzeitgebung zu synchronisieren und
um die Tageszeit zu verfolgen. Der Fachmann wird verstehen, dass die
Funktion des Zeitgebers 48 alternativ innerhalb des Prozessors 39 durchgeführt werden
kann.
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Der
Pager 2 wird durch eine Batterie 50 mit Energie
versorgt. Die Batterie 50 koppelt über einen Leistungsschalter 52 an
einen Anschluss 54 und an einen Leistungssteuerungsabschnitt 56.
Der Leistungssteuerungsabschnitt 56 schaltet die Leistung
an die Anschlüsse 58 gemäß Befehlen,
die vom Prozessor 39 empfangen werden. Der Anschluss 54 versorgt
mindestens den Zeitgeber 48 mit Energie. Die Anschlüsse 58 versorgen
die verbleibenden Komponenten des Pagers 2 mit Energie.
Der Pager 2 ist ohne Energie, wenn der Schalter 52 offen
ist und der Pager 2 ist vollständig mit Energie versorgt und
betriebsbereit, wenn der Schalter 52 geschlossen ist und
wenn die Leistung an jeden der Anschlüsse 58 geleitet ist.
Der Pager 2 kann auch in einem mit Energie versorgten,
aber einem niedrigen Energieverbrauch aufweisenden Schlafmodus betrieben
werden. Der Pager 2 arbeitet in seinem Schlafmodus, wenn
an keinen der Anschlüsse 58 Energie
geleitet wird, aber der Schalter 52 geschlossen ist, um
Energie über
den Anschluss 54 mindestens an dem Zeitgeber 48 zu leiten.
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Der
Fachmann wird verstehen, dass nichts den Prozessor 39 davor
schützt,
im Schlafbetriebsmodus keine Energieversorgung zu haben. In dieser
Situation jedoch kann der Zeit geber 48 vorzugsweise die
Verwendung von Energie für
den Prozessor 39 steuern, anstatt dass der Prozessor 39 die
Energie für
sich selbst, wie in 3 abgebildet, steuert. Darüber hinaus
wird der Fachmann verstehen, dass Energie kontinuierlich für mindestens
einen Abschnitt des Speichers 40 während des Schlafmodus verwendet
wird, um die Zerstörung von
temporären
Daten zu verhindern.
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4 zeigt
ein Blockdiagramm einer Fernvermittlungsstelle beziehungsweise Gateways 6.
Das Gateway 6 umfasst einen Prozessor 60, der über einen
einzelnen Prozessor oder über
ein Netzwerk von Prozessoren implementiert sein kann. Der Prozessor 60 koppelt über einen
Modulations-/Demodulationsabschnitt 61 an
eine Antenne 62. Die Antenne 62 wird zum Aufbauen
der Kommunikationsverbindung 8 verwendet. Der Abschnitt 61 wandelt
die produzierten (oder verwendeten) digitalen Daten mittels des
Prozessors 60 in (oder von) mit der Verbindung 8 kompatible
modulierte HF-Kommunikationen
um.
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Das
Gateway 6 umfasst auch einen Speicher 63, der
permanente und temporäre
Daten speichert. Derartige permanente und temporäre Daten umfassen Computerprogramme,
Daten, die sich während
des Betriebs des Gateways 6 nicht verändern und Daten, die sich während des
Betriebs des Gateways 6 ändern. Ein Zeitgeber 64 koppelt
auch mit dem Prozessor 60. Der Timer 64 ermöglicht es
der Vermittlungsstelle 6, die Systemzeit auf dem Laufenden
zu halten und sich so zu verhalten, dass Übertragungen von dem Gateway 6 in Übereinstimmung
mit Echtzeitanforderungen gesendet werden, was unten stehend diskutiert
wird. Über
eine Schnittstelle 65 eines öffentlichen leitungsvermittelten
Telekommunikationsnetzwerks ("PSTN
= Public Switched Telecommunications Net work") koppelt der Prozessor 60 an
das PSTN 66. Anfragen danach, Rufe an die Pager 2 zu
platzieren, können über das
PSTN 66 und über
die Schnittstelle 65 empfangen werden. Zusätzlich können Anfragen
danach, Rufe an die Pager 2 zu platzieren, über das
Netzwerk der Satelliten 1 (siehe 1) und Verbindung 8 empfangen
werden.
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5 zeigt
ein Blockdiagramm eines Satelliten eines Kommunikationssystems.
Vorzugsweise sind alle Satelliten 1 innerhalb des Systems 5 (siehe 1)
im Wesentlichen durch das Blockdiagramm der 5 beschrieben.
Der Satellit 1 umfasst querverbundene Transceiver 70 und
querverbundene Antennen 71. Die Transceiver 70 und
die Antennen 71 unterstützen
Querverbindungen 3 (1) an andere
nahe Satelliten 1. Gateway-Verbindungstransceiver 72 und
Gateway-Verbindungsantennen 73 unterstützen Gateway-Verbindungen 8 (1),
um mit den Gateways 6 zu kommunizieren.
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Darüber hinaus
unterstützen
die Teilnehmereinheit-Transceiver 74 und
die Teilnehmereinheit-Verbindungsantennen 75 Pagerteilnehmereinheiten 2 (1).
Vorzugsweise kann jeder Satellit 1 gleichzeitig Verbindungen
von mehr als tausend Teilnehmereinheiten 2 (1)
unterstützen.
Selbstverständlich
wird der Fachmann verstehen, dass die Antennen 71, 73 und 75 sowohl
als einzelne multidirektionale Antennen als auch als Reihen diskreter
Antennen implementiert sein können.
Es ist wünschenswert,
dass die Teilnehmereinheitantenne 75 eine phasengesteuerte
Antenne ist, die in der Lage ist, auf mehrere Zellen 10–28 (2)
gleichzeitig zuzugreifen. In einer bevorzugten Ausführungsform
greifen bis zu 48 einzelne Punktstrahlen auf eine gleiche Anzahl
von Zellen gleichzeitig zu.
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Ein
Controller 76 koppelt an jeden der Transceiver 70, 72 und 74 sowie
an einen Speicher 77 und einen Zeitgeber 78. Der
Controller 76 kann unter Verwendung eines oder mehrer Prozessoren
implementiert sein. Der Controller 76 verwendet den Timer 78,
um das augenblickliche Datum und die Zeit aufrechtzuerhalten. Der
Speicher 77 speichert Daten, die als Befehle für den Controller 76 dienen
und die, wenn sie durch den Controller 76 ausgeführt werden,
den Satelliten 1 dazu veranlassen, Prozeduren auszuführen, die
unten stehend beschrieben werden. Zusätzlich umfasst der Speicher 77 Variablen,
Tabellen und Datenbanken, die im Zusammenhang mit dem Betrieb des
Satelliten 1 verarbeitet werden.
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Die
Teilnehmereinheit-Transceiver 74 sind vorzugsweise Mehrkanal-FDMA/TDMA-Transceiver,
die in der Lage sind, auf allen unterschiedlichen auswählbaren
Frequenzen während
bestimmter auswählbarer
Zeitschlitze zu senden und zu empfangen, wie es durch den Controller 76 angewiesen
wird. Die Teilnehmereinheit-Transceiver 74 weisen eine
ausreichende Anzahl an Kanälen
auf, um die gewünschte
Anzahl an Sende- und
Empfangsfrequenzen für
die Kommunikationen zur Verfügung
zu stellen. Der Controller 76 kann die Zuweisung der Frequenz
und Zeitschlitzzuweisungen, die Erzeugung von Ringalarmnachrichten
und darin enthaltene Informationen zur Verfügung stellen. Die Teilnehmereinheit-Transceiver 74 sehen
wünschenswerterweise
die Sendung und den Empfang auf einem beliebigen Frequenzkanalsatz
vor, sodass jeder Teilnehmereinheit-Transceiver 74, sofern
dies benötigt
wird, die gesamte Spektralkapazität aller Frequenzkanalsätze einsetzen
kann, indem er die Möglichkeit
hat, alle Frequenz- und
Zeitschlitzzuweisungen handzuhaben.
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Die
Teilnehmereinheit-Transceiver senden die Pagingträger bei
höherer
Leistung als den allgemeinen Verkehr oder Duplexträger. Diese
zusätzliche
Leistung stellt einen verbesserten Verbindungsspielraum gegenüber den
Kanälen
des allgemeinen Verkehrs zur Verfügung. Dieser zusätzliche
Verbindungsspielraum verbessert die Fähigkeit der Pagingträger, Hindernisse
wie etwa Fahrzeuge oder Gebäude
zu durchdringen. Es erlaubt ebenfalls weniger sensitive und demzufolge
auch weniger teure Pagereinheitempfänger innerhalb des Systems
zu verwenden.
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Überblick über das
Paging-System
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Das
Paging-System ist in der Lage, Pagingnachrichten überall in
der Welt zuzustellen. Nach dem Ermessen des Anwenders kann eine
einzelne Nachricht an eine geographische Region gesendet werden,
die hinsichtlich der Größe von einem
kleinen lokalen Gebiet bis zur Abdeckung des ganzen Planeten variieren kann.
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Jedem
Pager wird ein Betriebsintervall in der Zeit- und Frequenzhierarchie zugewiesen.
Die Systempaginginfrastruktur stellt sicher, dass Pagingnachrichten
zugestellt werden, wenn der Zielpager aktiv ist.
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L-Band-Untersystem
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Das
L-Band ist der Abschnitt des Funkfrequenzspektrums, das für die Satellitenverbindung 7 mit
der Teilnehmereinheit verwendet wird. Das L-Band-Subsystem stellt
zwei Basisarten an Teilnehmerkanälen
zur Verfügung.
Duplexkanäle
unterstützen
Zweiwege-Kommunikationsdienste und Simplexka näle stellen Einweg-Benachrichtigungsdienste
zur Verfügung.
Duplexdienste umfassen tragbare und mobile Telefondienste, eine
Vielzahl von Trägerdatendiensten,
Duplexnachrichtendiensten, Dienste für mobile Austauscheinheiten ("MXU = Mobile Exchange
Units") und Dienste
für Mehrfachleitungseinheiten
("MLU = Multi-Line
Units"). Simplexdienste
unterstützen
gerichtete Benachrichtigungsdienste für Pagingnachrichten.
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Zusätzlich zu
den Trägerdienstkanälen stellt
das L-Band-Subsystem
Kanäle
zur Verfügung,
die System-Overheadfunktionen zur Verfügung stellen. Diese Funktionen
umfassen eine Erfassungs- und Zugangssteuerung, einen Teilnehmerklingelalarm,
eine Teilnehmerpositionsbestimmung ("subscriber geolocation") und eine Teilnehmerübergabe
zwischen Antennenpunktstrahlen und Satelliten.
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Pagingzeit-
und Frequenzsteuerung
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Der
Systemzugang für
Pagingteilnehmer ist durch die Batterielebensdauer begrenzt, die
man praktischerweise in Pagingeinheiten erzielen kann. Pager müssen für einen
vernünftigen
Zeitraum mit billigen, leicht verfügbaren Batterien arbeiten,
wenn Paging kommerziell realisierbar sein soll. Dies stellt harte
Beschränkungen
hinsichtlich der Aktivität
der Pagers dar. Das vorliegende System verwendet eine hierarchische
Zeit- und Frequenzstrategie, um die interne Pageraktivität zu minimieren,
während
gleichzeitig eine adäquate
Pagingverfügbarkeit
aufrecht erhalten wird.
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Die
Paging-Kommunikationsarchitektur verwendet primär Zeitmultiplexen ("TDM = Time Division
Multiplexing") mit
begrenztem Frequenzmultiplexen ("FDM
= Frequency Division Multiplexing"). Diese Zeit- und Frequenzressourcen
werden in einer Betriebshierarchie organisiert, die bestimmt, welche
Zeit- und Frequenzressourcen zu jedem Zeitpunkt verfügbar sind.
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Jedem
Pager wird bei der Herstellung oder einer Neuprogrammierung eine
Position in der Zeit- und Frequenzhierarchie zugewiesen. Diese Position
bestimmt, wann der Pager aktiv ist und welchen Frequenzzugang er überwacht.
Die Netzwerk-Paginginfrastruktur ist für das Verfolgen der individuellen
Pagerzuweisungen und für
das Sicherstellen dahingehend verantwortlich, dass dem Pager zur
geeigneten Zeit auf dem richtigen Frequenzzugang die Pagingnachrichten
zugestellt werden.
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Jeder
90 ms lange L-Band-Frame (beschrieben in Bezug auf 7)
umfasst einen Simplexkanal-Zeitschlitz. Ein Satellit überträgt Pagingbursts
auf bis zu zwei Frequenzzugängen
während
dieses Zeitschlitzes während
eines normalen (Ausgangswert-)Betriebs. Zwei zusätzliche Bursts auf zwei zusätzlichen
Frequenzzugängen
können übertragen
werden, wenn ein Teil der Duplex-Kanalkapazität geopfert wird. Jeder unterschiedliche
Simplexburst wird in einem unterschiedlichen Hauptauftrags-Antennenstrahl übertragen,
sodass Simplexbursts unterschiedliche geographische Gebiete abdecken.
Die vier Frequenzugangsfrequenzen werden aus den Frequenzzugängen gewählt, die
für das
Paging in einem Simplexkanalband reserviert sind, das für einen
globalen Betrieb lizenziert ist. Die Frequenzzugänge und Strahlen, die zu einer
beliebigen Zeit verwendet werden, werden unter allen Satelliten
des Systems koordiniert, um Interferenzen zu vermeiden.
-
Jeder
Pagingburst wird in ein Systemsteuerinformationsfeld und vier Pagingdatenfelder
zeitgemultiplext. In einer bevorzugten Ausführungsform kann jedes Datenfeld
entweder eine 20 Zeichen lange numerische Nachricht (BCD-Nachricht) oder eine
10 Zeichen lange alphanumerische Nachricht (ASCII-Nachricht) enthalten.
Eine einzelne alphanumerische Pagingnachricht kann bis zu vier Pagingdatenfelder
belegen. Es ist dem Fachmann offensichtlich, dass die Pagingdatenfelder
eine variable Länge
aufweisen können,
um eine zusätzliche
Flexibilität
in dem Pagingsystem zur Verfügung
zu stellen.
-
Wie
unten stehend detaillierter beschrieben werden wird, wird den für das Paging
verwendeten Frequenzzugängen
eine permanente Priorität
zugewiesen und diese werden durch das Systemsteuersegment entsprechend
den Pagingverkehrsanforderungen aktiviert. Die Frequenzzugänge werden
in der Reihenfolge der Priorität
aktiviert, d. h., der primäre
Pagingfrequenzzugang ist immer aktiv. Wird mehr Pagingkapazität benötigt, wird
der sekundäre
Frequenzzugang aktiviert. Dies setzt sich mit den tertiären und
quaternären
Frequenzzugängen
fort.
-
Pagingzeithierarchie
-
6 zeigt
ein Konzeptdiagramm der Pagingzeithierarchie für das Kommunikationssystem
der vorliegenden Erfindung.
-
Superframe
-
Die
Pagingframestruktur verwendet eine Vier-Niveau-Zeithierarchie. Das höchste Niveau
dieser Hierarchie ist ein 194,4 Sekunden (2160 Frames) langer Superframe 80.
Der Superframe 80 umfasst neun Pagingblöcke 82 von jeweils
21,6 Sekunden (240 Frames) Dauer. Jeder Block 82 umfasst
fünf Gruppen 84 von
4,32 Sekunden (48 Frames) Dauer. Schließlich umfasst jede Gruppe 84 achtundvierzig
90 ms lange L-Band Frames 86. Der Simplexnachrichtenzeitschlitz 88 belegt
20,48 ms des 90 ms langen L-Band Frames 86. Es sollte dem Fachmann
klar sein, dass die oben beschriebene Zeithierarchie lediglich beispielhaft
ist und dass viele andere Variationen in Abhängigkeit von den bestimmten
Systemanforderungen möglich
sind.
-
Jeder
Pager ist während
eines der Blöcke 82 aktiv.
Es können
während
eines beliebigen Frames einer beliebigen Gruppe innerhalb seines
aktiven Blocks Nachrichten an einen aktiven Pager gesendet werden. Nachrichten
werden lediglich an einen Strahl der Teilnehmereinheit-Transceiverantenne 75 (5)
auf einem beliebigen aktiven Frequenzzugang gesendet. Die erste
Gruppe jedes Blocks 82 ist die Erfassungsgruppe 83 für diesen
Block. Die Erfassungsgruppe 83 umfasst eine spezielle Blockheader-Nachricht 114 (9),
die anzeigt, in welchen Frames in den nachfolgenden Gruppen des
Blocks Nachrichten an das von der Erfassungsgruppe 83 abgedeckte
Gebiet gesendet werden. Dies ermöglicht
es den Pagern, in den Schlafmodus zurückzukehren, wenn sie sich nicht
in einem Gebiet befinden, das Pagingverkehr während ihres zugewiesenen Blocks
empfangen wird. Die verbleibenden vier Gruppen sind Nachrichtengruppen,
die nicht den Erfas sungsgruppen-Header 83 enthalten und
die die meiste Nachrichtenkapazität des Blocks 82 zur
Verfügung
stellen.
-
Kanal-Multiplexen
-
Das
L-Band-Kommunikationssubsystem ist eine hybride Zeitmultiplexzugangs-/Frequenzmultiplexzugangs-Architektur
("TDMA = Time Division
Multiple Access"/"FDMA = Frequency
Division Multiple Access"). Jeder
L-Band-Kanal umfasst einen Zeitschlitz- und einen Frequenzzugang.
-
Duplexkanäle werden
mittels eines gemeinsamen Frequenzbandes, also durch Zeitduplexen
("TDD = Time Division
Duplexing"), zur
Verfügung
gestellt, sodass jedem Duplexdienstanwender ein Aufwärtsverbindungskanal
und ein Abwärtsverbindungskanal
zur Verfügung
gestellt werden. Für
eine Duplexkanalzuweisung wird eine Leitungsvermittlung verwendet,
sodass jeder Anwender den exklusiven Gebrauch des zugewiesenen Kanals
hat, bis der Anwender seinen Dienst beendet oder bis er an einen
anderen Kanal übergeben
wird.
-
Die
TDMA-/FDMA-Architektur stellt eine Frequenz- und Zeitorthogonalität zwischen
Simplex- und Duplexkanälen
zur Verfügung.
Die Zeitorthogonalität
stellt sicher, dass das Raumfahrzeug weder die Simplexsignale mit
höherer
Leistung zu der gleichen Zeit sendet wie die vielen Duplexverkehrskanäle noch
einen beliebigen Kanal während
des Empfangs von Aufwärtsverbindungskanälen sendet.
Die Frequenzorthogonalität
minimiert Intermodulationsprodukte, die in einem Simplexzeitschlitz
eines Satelliten durch das Interferieren mit Aufwärtsverbindungszeitschlitzen
eines anderen Satelliten erzeugt werden. Diese orthogonale Zeit-/Frequenzarchitektur
benötigt
eine geringere Spitzenübertra gungsleistung
des Satelliten sowie eine weniger hohe Intermodulation, eine geringere
Antennennebenkeule und geringere Filteranforderungen als ein System,
das das Senden und das Übertragen
der Zeit und der Frequenz nicht beschränkt.
-
7 zeigt
den Fundamental-TDMA-Frame. Dieser entspricht dem Frame 86 der 6.
-
Simplexkanäle sind
während
des Schutzzeitschlitzes 88 zwischen den Duplexkanal-Abwärtsverbindungszeitschlitzen 91 und
in den Duplexkanal-Aufwärtsverbindungszeitschlitzen 90 aktiv.
In der vorliegenden Ausführungsform
stellt dieses Band zwischen zwei und vier Paging-Kanälen und
den Klingelalarmkanal zur Verfügung.
-
TDMA-Frame
-
Die
Fundamentaleinheit des TDMA-Kanals ist ein Zeitschlitz. Zeitschlitze
werden in 90 ms lange Frames 86 organisiert. Der PDMA-Frame 86 des
L-Bandsubsystems wird in 7 veranschaulicht. Der Frame 86 umfasst
einen Klingel- und
Pagingzeitschlitz 88, dem vier Aufwärtsverbindungszeitschlitze 90 und
vier Abwärtsverbindungszeitschlitze 91 folgen.
Wie mittels der engen Abstände
in 7 gezeigt, werden die Zeitschlitze durch verschiedene
Schutzzeiten separiert.
-
Ein
Verkehrskanal mit 2400 bps verwendet einen Aufwärtsverbindungs- und einen Abwärtsverbindungszeitschlitz
für jeden
Frame 86. Ein Verkehrskanal mit 4800 bps verwendet zwei
zusammenhängende Aufwärtsverbindungs-
und zwei zusammenhängende
Abwärtsverbindungszeitschlitze
für jeden
Frame 86. Die zwei zusammenhängenden Aufwärtsverbindungszeitschlitze
müssen
in dem gleichen Frequenzzugang sein und die zwei zusammenhängenden
Abwärtsverbindungszeitschlitze
müssen
in dem gleichen Frequenzzugang sein. Aufwärtsverbindungs- und Abwärtsverbindungszeitschlitze,
die mit einem bestimmten Kanal in Beziehung stehen, müssen nicht
in dem gleichen Frequenzzugang sein.
-
Der
90 ms lange L-Band Frame 86 stellt 2250 Zeichen pro Frame
bei der Kanal-Burstmodulationsrate von 25 ksps zur Verfügung. Mit
Ausnahme der Erfassungskanäle
und des Aufwärtsverbindungsabschnitts
der Sync-Kanäle,
die eine differenziell codierte BPSK-Modulation verwenden, verwenden
alle Kanäle
eine differenziell codierte Quadratur-Phasenumtastungsmodulation
("QPSK = Quadrature
Phase-Shift Key")
mit einer Kanalbitrate von 50 kbps.
-
In
der vorliegenden Implementierung werden die Zeitschlitze und die
Schutzzeiten hinsichtlich des 20 μs
langen Kanalbitintervals definiert, sodass der Frametakt und die
Bittakte miteinander kohärent
sind.
-
Die
vier Aufwärtsverbindungs- 90 und
vier Abwärtsverbindungszeitschlitze 91 bilden
die TDD-Struktur, die zum Bereitstellen der Duplexkanäle verwendet
wird. Der Klingel- und
Pagingzeitschlitz 88 unterstützt die Simplexkanäle.
-
Der
TDMA-Frame 86 umfasst Schutzzeiten, um eine Hardwareeinstellung
zu ermöglichen
und den Aufwärtsverbindungskanälen eine
Toleranz zur Verfügung
zu stellen.
-
Die
Trennung 88 zwischen den Abwärtsverbindungs- und Aufwärtsverbindungszeitschlitzen,
die durch den Simplexzeitschlitz mit dessen zugeordneten Schutzzeiten
zur Verfügung
gestellt wird, vermeidet eine Interferenz von Satellit zu Satellit
und eine Interferenz von Telefon zu Telefon. Im Ergebnis ist eine
während
des Zeitschlitzes 88 verwendete Frequenz nicht zur Verwendung
in den Duplex-Verkehrskanälen verfügbar und
sie muss von Duplex-Verkehrskanalfrequenzen weit genug separiert
werden, sodass sie mit geeigneten Filtern ausgesondert werden kann.
-
Pagingfrequenzhierarchie
-
8 zeigt
ein Konzeptdiagramm des Gesamtfrequenzplans einschließlich der
Pagingfrequenzzuweisung für
Abwärtsverbindungskommunikationen
in dem Kommunikationssystem.
-
In 8 bezeichnet
der Begriff "PAGE" einen Pagingkanal;
der Begriff "RING" bezeichnet einen
Klingelkanal; und der Begriff "GRD" bezeichnet einen
Schutzkanal.
-
Es
sollte vermerkt werden, dass die Anzahl an Kanälen und die Reihenfolge, in
der verschiedene Kanäle
in dem Band zugewiesen werden, lediglich veranschaulichend ist und
dass viele Variationen möglich
sind.
-
FDMA-Frequenzplan
-
Die
Fundamentaleinheit der Frequenz in der FDMA-Struktur der vorliegenden Erfindung
ist ein Frequenzzugang, der eine vorbestimmte Bandbreite belegt.
Jeder Kanal verwendet einen Frequenzzugang. Die Frequenzzugänge, die
für Duplexkanäle verwendet
werden, sind in Subbänder
organisiert, wobei jedes dieser Subbänder acht Frequenzzugänge umfasst.
-
Ein
Zugangsband mit zwölf
Frequenzen ist für
die Simplexkanäle
(Klingelalarm und Paging) reserviert. Diese Frequenzzugänge werden
lediglich für
Abwärtsverbindungssignale
verwendet und sie sind die einzigen L-Band-Frequenzen, die während des
Simplexzeitschlitzes übertragen
werden können.
Die Satellitenempfänger
sind so konstruiert, dass sie diese Signale aussondern, sodass die
Energie in diesem Band, die von Satellit zu Satellit sich ausbreitet,
nicht mit dem Duplexkanalbetrieb interferiert.
-
Zusätzlich ist
die Teilnehmereinheit-Transceiverantenne 75 (5)
mit einer ausreichenden Senderlinearität ausgelegt, sodass die Klingel-
und Pagingträger
keine störende
Interferenz in dem Duplexkanalband erzeugen. Demnach ermöglicht der
Simplexzeitschlitz einen TDD-Betrieb durch das Isolieren der Abwärtsverbindungsübertragungen
in dem Duplexband von den Aufwärtsverbindungsübertragungen
in dem gleichen Band, während
gleichzeitig ein nutzbarer Systembetrieb in dem Simplexband zur
Verfügung
gestellt wird.
-
Der
Pagingkanal wird durch das Raumfahrzeug bei einem wesentlich höheren Leistungsniveau
als das der Verkehrskanäle übertragen
und das Klingelalarmsignal wird bei einem moderat höheren Niveau
als das der Verkehrskanäle übertragen.
-
In
der vorliegenden Implementierung der Erfindung sind lediglich drei
der Simplexfrequenzzugänge 101, 102, 105 für die Beförderung
von Verkehr verfügbar.
Die verbleibenden Frequenzzugänge
sind Schutzbänder.
Einer der aktiven Frequenzzugänge
ist dem Klingelalarmkanal 105 zugewiesen, während die
anderen beiden (101, 102) als Pagingträger verwendet
werden.
-
Es
kann jedoch eine zusätzliche
Pagingkapazität
durch ein bloßes
Aktivieren zusätzlicher
Frequenzzugänge
(z. B. 103, 104) zur Verfügung gestellt werden, um Pagingverkehr
zu befördern.
Man wird verstehen, dass zusätzliche
Pagingkapazität
die Duplexkapazität
in Abhängigkeit
von den Cha rakteristiken der Teilnehmereinheit-Transceiverantenne
reduzieren kann.
-
Frequenzzugänge
-
Das
Pagingsubsystem kann bis zu vier Frequenzzugänge einsetzen. Der primäre Pagingfrequenzzugang
ist immer während
der Erfassungsgruppe 83 jedes Blocks aktiv. Andere Pagingfrequenzzugänge werden in
den Nachrichtengruppen mittels einer Systemsteuerung in Gebieten
aktiviert, in denen der Pagingverkehr nicht über den primären Frequenzzugang
alleine zugestellt werden kann. Frequenzen werden in der hierarchischen
Reihenfolge aktiviert. Die Erfassungsgruppe 83 jedes Blocks
enthält
eine Nachricht (d. h. die Blockheadernachricht 114), die
anzeigt, welche Pagingfrequenzzugänge während dieses Blocks aktiv sind.
-
Jedem
Pager wird eine Frequenzzugangstabelle zugewiesen, die anzeigt,
welcher Zugang als Funktion davon zu überwachen ist, welche Zugänge bei
einer bestimmten Zeit aktiv sind. Diese Zuweisung kann beispielsweise
durchgeführt
werden, wenn der Pager hergestellt wird. Er kann auch über den
primären
Pagingkanal erneut programmiert werden. Ein Beispiel einer Frequenzzuweisungstabelle
ist in Tabelle 1 veranschaulicht. Es sei bemerkt, dass lediglich
der erste Eintrag der Tabelle 1 für alle Pager identisch ist.
| HÖCHSTER AKTIVER
FREQUENZZUGANG | ZU ÜBERWACHENDER
ZUGANG |
| Primär | Primär |
| Sekundär | Primär |
| Tertiär | Tertiär |
| Quaternär | Tertiär |
Tabelle
1
BEISPIEL EINER PAGERFREQUENZ ZUGANGSZUWEISUNGSTABELLE
-
Pagingburststruktur
-
9 zeigt
die Struktur eines Pagingbursts 100, der innerhalb einer
Erfassungsgruppe 83 in dem Kommunikationssystem der vorliegenden
Erfindung stattfindet.
-
Ein
Pagingburst 100 findet innerhalb der Erfassungsgruppe 83 (6)
statt, die während
des Klingel-/Pagingzeitschlitzes 88 (7) übertragen
wird und kann beispielsweise auf den PAGE-Kanälen 101 oder 102 (8)
sein.
-
Wie
in 9 gezeigt, umfasst der Pagingburst 100 einen
Einleitungsabschnitt 110, einen Abschnitt 111 für ein eindeutiges
Wort, einen Frameheader 112, eine Blockheadernachricht 114 und
M Pagingdatenfelder 115. In einer bevorzugten Ausführungsform
gilt: M = 2.
-
10 zeigt
die Struktur eines Pagingbursts 135, der innerhalb nachfolgender
Gruppen in dem Kommunikationssystem der vorliegenden Erfindung stattfindet.
-
Ein
Pagingburst 135, der nicht innerhalb der Erfassungsgruppe 83 stattfindet,
umfasst die gleichen Abschnitte wie der Pagingburst 100,
außer,
dass er ein erweitertes Nachrichtennutzlastfeld aufweist, da er
keine Blockheadernachricht 114 besitzt. Das Nachrichtennutzlastfeld
kann N Pagingdatenfelder umfassen. In einer bevorzugten Ausführungsform
gilt: N = 4. Es sollte jedoch klar sein, dass die Pagingdatenfelder
eine variable Länge
aufweisen können
und demnach M und N ebenfalls variieren können.
-
Mit
Ausnahme der Einleitung und des eindeutigen Wortes enthalten die
Burstfelder Vorwärtsfehler-Korrekturbits
sowie Datenbits. Die Pagingbursteinleitung umfasst 2,56 ms eines
unmodulierten Frequenzzugangs. Das eindeutige Wort ist hexadezimal "789".
-
Pagingframe-Headerinhalte
-
Das
Frameheaderfeld 112, das in jedem Pagingburst enthalten
ist, umfasst eine Block-ID, eine Gruppen-ID, eine Frame-ID und eine
Frequenzzugangs-ID. Das Feld kann eine zusätzliche Bit-Zuweisung für Fehlerkorrekturcodierung
enthalten.
-
Blockheaderinhalte
-
11 zeigt
die Struktur einer Blockheadernachricht 114 des Kommunikationssystems
der vorliegenden Erfindung.
-
Die
erste 48 Frame große
Gruppe in jedem Block 82 ist eine Erfassungsgruppe 83.
Jeder Frame innerhalb der Erfassungsgruppe kann durch einen unterschiedlichen
der aktiven Frequenzzugänge übertragen werden,
obwohl es klar sein sollte, dass lediglich der primäre Pagingfrequenzzugang während der
Erfassungsgruppe verwendet werden kann, um die Systemkomplexität zu reduzieren.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
verwendet die Erfassungsgruppe 83 die ersten zwei Datenfelder
als Blockheadernachricht 114. Die verbliebenen zwei Datenfelder
sind für
numerische Pagingnachrichten verfügbar.
-
Wie
in 11 gezeigt, umfasst die Blockheadernachricht 114 ein
sekundäres
Frequenzzugangsstatusfeld 121, ein tertiäres Frequenzzugangsstatusfeld 122,
ein quaternäres
Frequenzzugangsstatusfeld 123, ein primäres Frequenzbesuchsfeld 124,
ein sekundäres
Frequenzbesuchsfeld 125, ein tertiäres Frequenzbesuchsfeld 126 und
ein quaternäres
Frequenzbesuchsfeld 127.
-
Das
sekundäre,
tertiäre
und quaternäre
Frequenzzugangs-Statusfeld zeigt den augenblicklichen und zukünftigen
(d. h., innerhalb des nächsten
Superframes) Betriebsstatus des entsprechenden Frequenzzugangs an,
wie detaillierter unten stehend in Tabelle 1 gezeigt.
| BITS | FUNKTION |
| 00 | Inaktiv |
| 01 | Inaktiv,
wird im nächsten
Superframe aktiv |
| 10 | Aktiv,
wird im nächsten
Superframe inaktiv |
| 11 | Aktiv |
TABELLE
2
FREQUENZZUGANGS-STATUSCODES
-
Das
primäre,
sekundäre,
tertiäre
und quaternäre
Frequenzbesuchsfeld zeigt die Übertragungsreihenfolge
für je den
aktiven Frequenzzugang an. Diese Felder können jeweils ein Bit für jeden
Frame in einer Gruppe enthalten, z. B. 48 in einer bevorzugten Ausführungsform.
Wenn der Strahl, in dem die Blockheadernachricht 114 empfangen
wurde, von einem Frequenzzugang während eines oder mehrerer Frames
in den Nachrichtengruppen des Blocks besucht wird, werden die diesen
Frames entsprechenden Bits auf 1 gesetzt. Diejenigen Bits, die Frames
entsprechen, in denen dieser Strahl nicht während der Nachrichtengruppen
des Blocks besucht wird, werden auf 0 gesetzt. Da in einer bevorzugten
Ausführungsform
die Besuchsreihenfolgen die gleichen für jede Nachrichtengruppe sind,
sind vier Sätze
zu 48 Bits ausreichend, um die Reihenfolge für alle möglichen Besuche für einen
Strahl während
eines Blocks zu definieren.
-
Die
Blockheadernachricht 114 kann auch eine zusätzliche
Bitzuweisung für
Fehlerkorrekturkodierung enthalten.
-
Es
sollte klar sein, dass weniger als alle vier Frequenzzugänge verwendet
werden können,
einige der Frequenzbesuchsfelder können zum Befördern von
Pagingnachrichten verwendet werden.
-
Pagingdatenfeld
-
12 zeigt
die Struktur eines Pagingdatenfeldes 115 des Kommunikationssystems
der vorliegenden Erfindung. Jeder Pagingburst enthält bis zu
N Pagingdatenfelder 115 (10).
-
Das
Pagingdatenfeld 115 umfasst ein Pageradressfeld 131,
ein Nachrichtentypfeld 132, ein Nachrichtenreihenfolge-Nummerfeld 133 und
ein Nachrichtenfeld 135.
-
Das
Nachrichtenfeld 135 kann beispielsweise eine zwanzig Zeichen
große
numerische Nachricht unter Verwendung von BCD-Codierung oder eine
zehn Zeichen große
alphanumerische Nachricht unter Verwendung von ASCII-Codierung enthalten.
Das Pagingdatenfeld kann auch eine zusätzliche Bitzuweisung für Fehlerkorrekturcodierung
umfassen.
-
Es
sollte dem Fachmann klar sein, dass das Pagingdatenfeld 115 auf
viele verschiedene Weisen konfiguriert sein kann. Beispielsweise
kann das Nachrichtentypfeld 132 erweitert werden, um einen
aus einer Mehrzahl von unterschiedlichen Pagingtypen anzuzeigen,
sowie etwa gespeicherte Nachrichten oder nicht gespeicherte Nachrichten.
Gespeicherte Nachrichten können
einem Teilnehmer mitteilen, nach Hause zu rufen, das Büro anzurufen,
etc., oder individuelle Teilnehmer können definierte Nachrichten
kommunizieren. Die Verwendung von gespeicherten Nachrichten spart
die Ressourcen des Systems 5, die dazu benötigt werden,
regelmäßig verwendete
Pagingnachrichten zu platzieren. Die Pagindatenfelder könne eine
variierende Länge aufweisen,
um verschiedene Arten von Nachrichten zur Verfügung zu stellen.
-
Alle
Paginginformationsfelder können
eine zusätzliche
Bitzuweisung zum Fehlerkorrekturcodieren umfassen.
-
Pagingzustellungsbetrieb
-
Der
Betrieb des Systems 5 hinsichtlich der Zustellung von Pagingnachrichten
wird nun beschrieben.
-
Kanalplanung
und Kanalverwendungsbeschränkungen
Das System 5 steuert die Kanalplanung für jede der Raumfahrzeuge 1.
Es gibt eine Anzahl an Kanalverwendungsbeschränkungen, die das System beim Durchführen dieses
Planungsbetriebs beachtet.
-
Das
Paging wird während
des Simplexkanalzeitschlitzes 88 am Anfang jedes 90 ms
langen Frames durchgeführt.
In einer bevorzugten Ausführungsform
kann ein Pagingburst in einem Teilnehmereinheit-Transceiverantennenstrahl
(5, Teilnehmereinheit-Transceiverantenne 75)
auf einem aktiven Paging Frequenzzugang übertragen werden. Es wird lediglich
ein Burst in einem bestimmten Strahl in einem gegebenen Frame übertragen
und nicht mehr als zwei Pagingfrequenzzugänge werden gleichzeitig auf
einer Teilnehmereinheit-Transceiverantenne
aktiv.
-
Die
Auswahl der Strahlen und der Frequenzen, die in einem gegebenen
Frame verwendet werden, ist auch dahingehend beschränkt, dass
Interferenzen mit anderen Pagingkanälen und dem Klingelalarmkanal vermieden
werden. Diese Interferenz wird durch eine räumliche Isolierung vermieden.
Das heißt,
gleichzeitige Pagingbursts werden in Antennenstrahlen übertragen,
die eine geeignete Musterisolation aufweisen, um sicherzustellen,
dass sie nicht miteinander interferieren.
-
Eine
wichtige Betrachtung beim Steuern dieser Interferenz besteht in
dem differenziellen Dopplereffekt zwischen Raumfahrzeugen. Die Dopplerverschiebung
in äußeren Strahlen
kann in der Größenordnung
von ±37,5
kHz liegen, sodass es für
den primären
und sekundären
oder tertiären
und quaternären
Frequenzzugang möglich
ist, miteinander aufgrund der Dopplerverschiebung zu interferieren.
Das System muss die Pagingfrequenzzuweisungen so planen, dass diese
Signale isoliert sind, wenn diese Dopplerverschiebungen auftreten.
-
Nachrichtenzustellungsplanung
-
Die
Zustellung der Pagingnachrichten wird mit dem Schlaf-/Wachzyklus
des Pagers 2, für
den eine Nachricht gedacht ist, koordiniert. Ein Pager 2 ist
für den
Empfang von Nachrichten während
eines Intervalls eines 240 Frames (21,6 Sekunden) langen Blocks 82 während jedes
194,4 Sekunden langen Superframes 80 aktiv. Zusätzlich wird,
wie oben erwähnt,
jedem Pager 2 eine Frequenzzugangszuweisungstabelle (z.
B. Tabelle 1) zugewiesen, die bestimmt, welcher Frequenzzugang bei
diesem Pager für
eine beliebige Kombination von aktiven Pagingfrequenzzugängen verwendet
wird, die von dem System 5 verwendet werden könnten.
-
Pagingnachrichten
werden zweimal übertragen,
um die Zustellungszuverlässigkeit
zu verbessern. Diese Zustellungen werden geplant, um sicherzustellen,
dass die Pagingnachrichten in einem gegebenen Gebiet von Raumfahrzeugpositionen
mit großen
Winkeloffsets übertragen
werden. Diese Winkeldiversität
erhöht die
Wahrscheinlichkeit, dass Abschattungen und Blockaden verschiedener
geometrischer Strukturen (z. B. Gebäude, Berge, etc.) zwischen
zwei Zustellungsversuchen unkorreliert sind. Die Winkeldiversität wird vorzugsweise
durch das Senden von dem Raumfahrzeug aus in zwei unterschiedlichen
Ebenen der Umlaufbahn durchgeführt,
aber es kann gelegentlich notwendig sein, Positionen in der gleichen
Ebene der Umlaufbahn, aber mit großen Winkeloffsets, zu verwenden.
-
Nachrichtenzustellungsanweisungen
-
13 zeigt
die Struktur einer Nachrichtenzustellungsanweisung des Kommunikationssystems.
-
Das
Raumfahrzeug empfängt
Pagingzustellungs-Anweisungen von dem Gateway 6 unter Verwendung
des Nachrichtenzustellungs-Anweisungsanweisung ("MDO = Message Delivery Order"), das in 13 gezeigt
ist. Diese Anweisungen umfassen einen Nachrichtenzustellungs-Anweisungsheader 140 und
eine Nachrichtenzustellungs-Anweisungsnutzlast 141.
-
Der
Nachrichtenzustellungsheader 140 umfasst einen Zustellungsframe 142,
einen Zustellungsstrahl 143 und einen Frequenzzugang 144.
-
Die
Nachrichtenzustellungs-Anweisungsnutzlast 141 umfasst einen
Header 145 und bis zu N Nachrichten 146–149.
In einer bevorzugten Anordnung gilt: N = 4.
-
Jede
Zustellungsanweisung umfasst einen Frame mit Nachrichtendaten zusammen
mit den geeigneten Headerinformationen im richtigen Format für diesen
Pagingkanal. Die Nachrichtennutzlast umfasst die gesamte Codierung
für den
physikalischen L-Band-Kanal.
-
Das
Raumfahrzeug empfängt
die MDO und liest den MDO-Headerabschnitt 140,
um die Zustellungsparameter zu bestimmen. Dann puffert es denn MDO-Nutzlastabschnitt
bis zu dem geeigneten Frame. Zu dieser Zeit addiert das Raumfahrzeug
die Einleitung (9, 110) und das eindeutige
Wort (9, 111) und überträgt den Pagingburst.
-
14 zeigt
den Pagingkontext und den Informationsfluss des Kommunikationssystems 5.
Für die Zwecke
der folgenden Diskussion umfasst 14 eine
Konstellation 150 von Raumfahrzeugen, einen Netzwerkressourcen-Manager 151,
einen Nachrichtenbeendigungscontroller 152, ein Homegateway 153 eines
Pagingteilnehmers, eine Pagingteilnehmer Datenbank 154 und
ein PSTN 66 ("PSTN
= Public Switched Telecommunications Network"/öffentliches
leitungsvermitteltes Telekommunikationsnetzwerk).
-
Der
Netzwerkressourcen-Manager 151 befindet sich in einem zugeordneten
Systemsteuersegment ("SCS
= System Control Segment")
(nicht abgebildet), dessen Funktion das Verfolgen, die Telemetrie
und die Steuerung der Konstellation an Raumfahrzeugen umfasst. Der
Nachrichtenbeendigungscontroller ("MTC = Message Termination Controller") 152 und
die Pagingteilnehmerdatenbank 154 befindet sich in einem
Gateway 6.
-
Um
sicherzustellen, dass eine Nachricht zur richtigen Zeit zugestellt
wird, unterhält
das System 5 die Pagingteilnehmerdatenbank 154,
die den aktiven Block 82 und die Frequenzzugangs-Zuweisungstabelle
(z. B. Tabelle 1) für
jeden Pager enthält.
Der Nachrichtenbeendigungscontroller 152 verwendet diese
Informationen, um Sequenzen an Pagingnachrichten in Zustellungsanweisungen
zu organisieren, die an jedes SV gesendet werden. Diese Zustellungsanweisungen
umfassen einen Frame an Pagingdaten zusammen mit dem Zustellungsframe,
Zustellungsstrahl und dem Frequenzzugang (13).
-
Die
Nachrichtenzustellungsplanung beachtet die verfügbaren SV-Ressourcen und andere
Kanalbeschränkungen
zusammen mit dem Pagerbetrieb. Diese Informationen werden durch
den Netzwerkressourcen-Manager 151 in dem Systemsteuerungssegment
(SCS) erzeugt. Das SCS verwendet Paginganforderungsvorhersagen,
Vorhersagen anderer Dienstanforderungen, In formationen über den
Betriebsstatus und den Energiestatus jedes SV und Interferenzplanungsregeln,
um zu bestimmen, welche Strahlen auf welchen Frequenzzugängen in
jedem Frame einem Paging unterzogen werden können.
-
Diese
Ressourcenzuweisungen werden an den MTC als Satz von Beschränkungen
gesendet, die nicht verletzt werden können, wenn die Pagingzustellungen
geplant sind. Der MTC hilft beim zukünftigen Vorhersagen von Pagingverkehr
durch das Berichten des Paginganforderungsverlaufs an das SCS. Diese
Nachrichtenfluss wird in 14 veranschaulicht.
-
Das
SV empfängt
die Pagingnachrichten-Zustellungsanweisungen und platziert diese
in einem Pagingdatenpuffer gemäß dem geplanten
Zustellungsframe, Zustellungsstrahl und dem Frequenzzugang. Zum geplanten
Frame werden die Daten von dem Puffer gelesen, auf den angezeigten
Frequenzzugang moduliert und in dem spezifizierten Zustellungsstrahl übertragen.
Der MTC stellt sicher, dass nicht mehr als ein Pagingburst für jeden
aktiven Frequenzzugang oder Zustellungsstrahl während jedes Frames geplant
werden.
-
Die
Nachrichtenzustellungsanweisungen werden so übertragen, dass sie während der
Gruppe 84 ankommen, bevor die Gruppe, in der sie geplant
sind, übertragen
wird. Demnach umfasst das SV Puffer in ausreichender Größe, um zwei
Gruppen (10 Kilobytes) der Pagingdaten zusammen mit den Planungsinformationen
zu speichern.
-
Pagingkanalbetrieb
-
Der
Betrieb des Pagingkanals des Systems 5 wird jetzt beschrieben.
-
Die
ersten achtundvierzig Frames jedes Blocks 82 umfassen eine
Erfassungsgruppe 83, während
der ein Burst an jeden aktiven Antennenstrahl (d. h. achtundvierzig
Strahlen) auf einem SV mittels jedes aktiven Frequenzzugangs gesendet.
Ein unterschiedlicher Strahl wird während jedes Frames 86 mittels
jedes aktiven Frequenzzugangs besucht.
-
Jeder
aktive Pagingfrequenzzugang sendet eine Erfassungsgruppe 83 während dieser
Frames. Die während
der Erfassungsgruppe 83 übertragenen Bursts enthalten
eine Blockheadernachricht (9, 114)
zusammen mit zwei numerischen Pagingdatenfeldern 115. Dies
stellt sicher, dass jeder Pager der für den betrieb während dieses
Blocks geplant ist, die Gelegenheit hat, die Erfassungsdaten zu
empfangen.
-
Jeder
Frequenzzugang besucht einen Strahl genau einmal während einer
Erfassungsgruppe. Wenn demnach weniger als achtundvierzig Strahlen
auf einen SV aktiv sind, weisen einige Frames keine Übertragungen
auf oder übertragen
nicht auf jeden Frequenzzugang. Diese Strategie erlaubt es dem System,
gleichzeitige Erfassungsgruppen auf allen SVs zu haben.
-
In
einer bevorzugten Anordnung wird lediglich der primäre Pagingfrequenzzugang
während
der Erfassungsgruppe verwendet. Dies reduziert die Komplexität des Systems,
kann aber auch die Pagingkapazität
reduzieren.
-
Nach
der Erfassungsgruppe enthalten die verbleibenden Pagingbursts in
dem Block jeweils bis zu N numerische oder alphanumerische Pagingnachrichten.
Mit Ausnahme während
des Erfassungsintervalls werden die Pagingbursts an die Strahlen
gesendet, die Gebiete abdecken, für die Verkehr vorliegt. Jeder
Burst enthält
eine Frameheadernachricht (9, 112),
die die Block-ID, Gruppen-ID, Frame-ID und Fre quenzzugangs-ID für diesen
Burst zur Verfügung
stellt. Der Frameheader 112 unterstützt den Pager, wenn er das
System erfasst.
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Während der
Nachrichtengruppen werden die aktiven Frequenzzugänge gemäß einer Übertragungsframesequenz
rotiert, die für
den Block fest ist. Die Sequenz der Übertragungsframes wird gemäß dem Verkehrsbedarf
geplant.
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Das
Systemsteuersegment (SCS) (nicht abgebildet) bestimmt, welche durch
ein bestimmtes SV bediente Strahlen verfügbar sind, um Pagingverkehr
während
eines Superframes zu empfangen. Die Pagingkapazität in einem
Strahl zu einem beliebigen Zeitpunkt wird gemäß einer Bedarfsvorhersage basierend
auf einem vorherigen Pagingverlauf zugewiesen. Strahlen, die Gebiete
bedecken, von denen erwartet wird, dass sie eine Menge an Pagingverkehr
empfangen, werden für
so viele Besuche geplant, wie Ressourcen- und Interferenzbeschränkungen
erlauben. Diese mehrfachen Übertragungssequenzen
werden auf Kosten der Übertragungsgelegenheiten
in Gebieten erstellt, für
die kein Empfang von viel Verkehr erwartet wird.
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Eine
Anzeige darüber,
welche Frames und Frequenzzugänge
für Besuche
eines bestimmten Gebietes während
eines Blocks verwendet werden, befindet sich in allen an diesen
Strahl während
der Erfassungsgruppe 83 übertragenen Blockheadernachrichten 114.
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Die
in den Nachrichtengruppen beschriebenen Übertragungspläne könne für jeden
aktiven Frequenzzugang unterschiedlich sein. Beispielsweise kann
der primäre
Frequenzzugang verwendet werden um in den Frames und Strahlen 1–48 zu übertragen;
wohingegen der sekundäre
Frequenzzugang le diglich verwendet werden kann um in den Frames 1-10 in
den Strahlen 10–20 zu übertragen.
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Es
besteht demgemäß keine
feste Beziehung zwischen den Übertragungssequenzen,
die in diesen Gruppen durch die verschiedenen Frequenzzugänge verwendet
werden. Die von einem beliebigen bestimmten Frequenzzugang verwendete
Frequenz wird jedoch in jeder der Nachrichtengruppen eines bestimmten Blocks
wiederholt.
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Während der
Erfassungsgruppe 83 folgen die alternativen (d. h. sekundären, tertiären und
quaternären)
Frequenzzugänge Übertragungssequenzen
mit festen Zeitbeziehungen zu der primären Kanalsequenz. Die Pager
werden mit dieser Zeitgebung vorprogrammiert, sodass sie an die
alternativen Kanäle übermitteln können und
mit der richtigen Sequenz synchronisieren können, ohne auf die nächste Blockheadernachricht 114 warten
zu müssen.
Zu anderen Zeiten besuchen die alternativen Frequenzzugänge Strahlen,
die notwendig sind, um den Verkehrsanforderungen auf eine Weise
zu dienen, die der der primären
Frequenzzugänge ähnlich ist.
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Pagerbetrieb
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Frequenzauswahl
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Der
primäre
Pagingfrequenzzugang zusammen mit dem Simplexzeitschlitz definiert
in primären
Pagingkanal. Beim Einschalten und beim Aufwachen aus ihren Schlafperioden
erfassen alle Pager zuerst den primären Kanal. Die Blockheadernachricht 114 spezifiziert,
welche anderen Pagingfrequenzzugänge
in der Nachrichtengruppe aktiv sind. Nach der Erfassungsgruppe übermitteln
vorherbestimmte Pagergruppen an andere aktive Pagingfrequenzzugänge.
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Pager,
die an einen alternativen Kanal übermitteln,
fahren damit fort, diesen Kanal zu überwachen, bis die Frequenzzugangs-Statusfelder
(11, 121–123) in der Blockheadernachricht
anzeigen, dass der Kanal den Betrieb einstellen wird. Diese Nachricht
wird in dem letzten Superframe gesendet, in dem ein Frequenzzugang
aktiv sein wird.
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Alternativ
können
die Pager, die auf einem alternativen Kanal empfangen, diesen Kanal über den Block überwachen
und dann auf die primäre
Frequenz in der Erfassungsgruppe des nächsten Blocks zurückkehren.
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Gelegentlich
kann ein Pager aufgrund eines Abnehmens oder anderer Kanalverschlechterungen
den Empfang einer Blockheadernachricht, die anzeigt, dass ein Kanal
beendet werden wird, versäumen.
In diesem Fall fährt
der Pager fort, einen Kanal zu überwachen,
bis er das Erfassen des Erfassungsgruppenheaders für mehr als
eine vorherbestimmte Anzahl aufeinanderfolgender Superframes versäumt, zu
diesem Zeitpunkt wird er auf den primären Kanal schalten.
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Zeitgebung
und Synchronisation
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Die
Batterielebensdauer eines Pagers ist üblicherweise aufgrund realistischer
Batteriebeschränkungen
stark begrenzt. Pager können
einen niedrigen Schlaf-/Wachzyklus verwenden, um diese Lebensdauer
zu verlängern.
Dieser Zyklus benötigt
verlängerte
Schlafperioden, während
derer der Pager keine Signale von den SVs empfangen kann, um eine
Synchronisation mit dem System aufrecht zu erhalten. Das Synchronisationsproblem
wird durch die begrenzte Stabilität des Oszillators verschärft, der
praktischerweise in einem Pager implementiert sein kann. Die Verwendung
billiger Os zillatoren schließt
die Aufrechterhaltung sogar einer rudimentären Zeitgebung während der
Schlafperiode aus.
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Die
hohe Dynamik eines Systems auf einer niedrigen Erdumlaufbahn ist
nicht mit der Aufrechterhaltung einer Synchronisation über lange
Ruheperioden vereinbar. Die Satelliten bewegen sich mit einer Bodengeschwindigkeit
von ungefähr
6,5 Kilometern pro Sekunde. Demnach verändern sich Ausbreitungsverzögerungen
und Dopplerfrequenzen drastisch in einer sehr kurzen Zeit. Zusätzlich bestimmen
Hardware-Mitbenutzungsbetrachtungen
und ein begrenztes verfügbares
Spektrum, dass das System eine Phasenmodulation ähnlich der Modulation verwendet,
die für
die Duplexkanäle
des Systems verwendet wird.
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Die
Zeithierarchie des Pagingsystems und der damit verbundene Pagerbetriebszyklus
erlaubt es dem Pager, eine lange Schlafperiode von 172,3 Sekunden
einzusetzen und dennoch die Systemsynchronisation zu erreichen,
die notwendig ist, um Nachrichten während des Blocks, in dem er
wach ist, zu empfangen.
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Der
Pager wird lediglich benötigt,
um die Superframe-Zeitgebung
während
seiner Schlafperiode zu verfolgen. Der Pager wiedererlangt die Synchronisation
mit dem System am Anfang jedes seiner Wachzyklen. Dies wird durch
die Verwendung der folgenden Betriebssequenz erreicht.
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Suchmodus
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Ein
Pager befindet sich in seinem Schlafzyklus und tritt entweder beim
Einschalten oder eine halbe Sekunde vorher in einen Suchmodus ein,
bevor der Anfang seines aktiven Blocks geplant ist. Die eine halbe Sekunde
Schutzzeit ermöglicht
es dem Pager, einen Zeitgebungs-Referenzoszillator mit einer Lanzeitstabilität von 20
ppm zu verwenden.
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Der
Pager verarbeitet alle Bursts, die er in der Lage ist, zu empfangen
und liest die Frameheaderdaten. Er richtet seine interne Zeitgebung
gemäß der Zeitgebung
der empfangenen Bursts und der Headerinformationen neu aus. wenn
die Frameheaderdaten anzeigen, dass die Gruppe weder die Erfassungsgruppe
des aktiven Blocks für
den Pager noch die vierte Nachrichtengruppe des Blocks, die dem
aktiven Block vorangeht, ist, setzt der Pager seinen Schlafzeitgeber
(3, 48) basierend auf der Differenz zwischen
der Frame-ID, Gruppen-ID
und Block-ID und der Erfassungsgruppe seines aktiven Blocks neu.
Der Pager-Zeitgeber wird so gesetzt, dass er den Pager in der vierten
Nachrichtengruppe des Blocks, der dem aktiven Block des Pagers vorangeht,
aktiviert wird. Der Pager kehrt dann in den Schlafmodus zurück.
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Wenn
die empfangenen Bursts von einem geeigneten Block und einer geeigneten
Gruppe sind, überwacht
der Pager alle Signale, die er detektieren kann, bis er einen Erfassungsgruppenburst
seines aktiven Blocks empfängt.
Wenn er einen Erfassungsgruppenburst empfängt, liest er die Blockheadernachricht 114.
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Wenn
die Blockheadernachricht anzeigt, dass der Block der aktive Block
des Pagers ist, fährt
der Pager fort, alle Bursts zu verarbeiten, die er erfassen kann.
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Nach
einem erfassten Burst kontrolliert der Pager die Pageradresse 116 in
den Pagingdatenfeldern. Wenn der Pager seine Adresse in einem Burst
detektiert, wählt
er die Planung in diesem Burst als die Planung aus, die er überwachen
wird und liest und zeigt die Nachrichtendaten an. Er been det auch
den Erfassungsprozess und tritt in den Verfolgungsmodus (siehe unten
stehend) ein. Wenn der Pager seine Adresse nicht detektiert, fährt er damit
fort, alle Bursts zu verarbeiten, die er über das achtundvierzig Frame
große
Erfassungsintervall erfassen kann. Der Pager speichert die Daten
von den Blockheader Nachrichten der drei Bursts mit der höchsten Leistung,
die er aus unterschiedlichen Strahlen empfangen hat. Am Ende des
Erfassungsintervalls erzeugt der Pager eine Planung zur Überwachung,
indem er die Planungen von Bursts kombiniert, die er mit den besten
Signal-zu-Rauschen-Verhältnissen
empfangen hat. Es sollte klar sein, dass die Planungen von mehr
als oder weniger als drei Strahlen kombiniert werden können.
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Verfolgungsmodus
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Am
Ende der Erfassungsgruppe 83 tritt der Pager in den Verfolgungsmodus
ein und verbleibt in diesem Modus für die verbleibenden vier Gruppen.
In dem Verfolgungsmodus überwacht
er Frames in der Planung, die er während der Erfassungsgruppe
gewählt
hat.
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In
dem Verfolgungsmodus schaltet der Pager lediglich seinen Empfänger während der
Framezeiten in der Überwachungsplanung
ein. Wenn er nicht empfängt,
tritt der Pager in einen Ruhemodus mit niedrigem Energieverbrauch
ein. In einem Gebiet mit hohem Verkehr ist es möglich, obwohl sehr unwahrscheinlich,
dass alle 240 Frames in dem Block von der Überwachungsplanung umfasst
werden.
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Der
Pager korrigiert seine interne Zeitgebung basierend auf den empfangenen
Signalparametern während
der Erfassungs- und Verfolgungsmodi.
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Nach
dem Verfolgen durch den aktiven Block kehrt der Pager in den Schlafmodus
zurück.
Er verbleibt in dem Schlafmodus, bis sein interner Zeitgeber anzeigt,
dass die Erfassungsgruppe seines aktiven Blocks in dem nächsten Superframe
bevorsteht.
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Beschreibung
des Flussdiagramms
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Die 15–19 umfassen
ein Verbundflussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines adressierbaren
Rufempfängers
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Der
Prozess beginnt mit Block 160.
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Als
Nächstes,
mit Bezugnahme auf Feld 161, verlässt ein Pagingempfänger seinen
Schlafzyklus oder seinen Schlafmodus.
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Als
Nächstes,
in Feld 162, untersucht der Empfänger einen der übertragenen
Frameheader.
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Als
Nächstes,
in Entscheidungsfeld 163, wird kontrolliert, ob der Frameheader
die Block-ID des Empfängers
enthält.
Wenn dem so ist, fährt
das Verfahren mit Feld 164 fort, in dem der Empfänger die
Gruppen-ID liest, oder, wenn dem nicht so ist, fährt das Verfahren mit Feld 192 über die
Verbindung 165 fort. In Feld 192 verwendet der
Empfänger
die Frameheader-ID dieses Frames, um zu bestimmen, wann er aus seinem
Schlafzyklus erwachen soll und fährt
dann mit Feld 194 fort, wo der Empfänger in seinen Schlafzyklus
eintritt.
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Aus
Feld 164 fährt
das Verfahren mit Entscheidungsfeld 166 fort, wo geprüft wird,
ob der Frame Teil einer Erfassungsgruppe ist. Wenn dem so ist, fährt das
Verfahren mit Feld 167 fort, oder, wenn dem nicht so ist,
fährt es über die
Verbindung 165 mit Feld 192 fort.
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In
Feld 167 überwacht
der Empfänger
die Erfassungsgruppe. Dann überwacht
in Feld 168 der Empfänger
jeden Frame in dem Block nach seiner Adresse. In Entscheidungsfeld 170,
wenn der Empfänger
seine Adresse detektiert, fährt
das Verfahren mit Feld 171 fort, wo der Empfänger seine
Nachricht liest und anzeigt. In Feld 172 wählt der
Empfänger
die Planung als diejenige, die er überwachen wird, aus dem Strahl
aus, der die Nachricht übertragen
hat.
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Wenn
in Entscheidungsfeld 170 der Empfänger seine Adresse noch nicht
gesehen hat, überwacht
der Empfänger
die Erfassungsgruppeninformation (Feld 175), die mit einem
der Strahlen übertragen
wurde, die er detektiert.
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Wenn
in Entscheidungsfeld 177 der Empfänger einen Blockheader innerhalb
der Verfassungsgruppeninformation detektiert, liest und speichert
der Empfänger
die entsprechenden Strahlbesuchsinformationen (Feld 178).
Im anderen Fall fährt
das Verfahren über
die Linie 165 mit Feld 192 fort.
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Mit
Entscheidungsfeld 181 fortfahrend fährt der Empfänger, wenn
die gesamte Erfassungsgruppe noch nicht übertragen worden ist, mit dem Überwachen
der Übertragungsgruppeninformation
fort, die von jedem zusätzlichen
Strahl übertragen
wurde, wenn es eine gibt, was er sieht (Feld 175), bis
die gesamte Erfassungsgruppe übertragen
worden ist.
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Dann,
in Feld 184, wählt
der Empfänger
die N Strahlen (3 Strahlen in einer bevorzugten Ausführungsform)
mit mindestens einer optimalen Charakteristik (z. B. Signalstärke) aus
und bildet seine Überwachungsplanung
aus den Besuchs planungen, die in den Blockheadern der ausgewählten Strahlen
enthalten sind.
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Bezugnehmend
auf Feld 186 verwendet der Empfänger die gespeicherten Überwachungsplanungsinformationen,
um während
der verbleibenden Gruppen dieses Blocks aufzuwachen, um lediglich
die in der Planung enthaltenen Frames zu überwachen.
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Unter
Bezugnahme auf Feld 188 begibt sich der Empfänger gerade
solange in den Schlafmodus, bis er kurz vor der Übertragung der Erfassungsgruppe
seines Blocks steht. Er wacht dann auf und synchronisiert auf die übertragene
Information der Gruppe, die gerade vor seiner eigenen Erfassungsgruppe
auftritt.
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Schließlich endet
das Verfahren in Block 196.
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Zusammenfassung
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Zusammenfassend
stellt die vorliegende Erfindung eine verbesserte Nachrichteneinheit
zur Verwendung in einem satellitenbasierten weltweiten zellularen
Benachrichtigungssystem zur Verfügung.
Die Nachrichteneinheit ist in der Lage, den optimalen Strahl zur Überwachung
ihrer Nachrichten zu bestimmen. Zusätzlich kann sie sehr schnell
auf ihren Nachrichtenblock synchronisieren. Des Weiteren umfasst
sie einen Mechanismus zum Erlangen signifikanter Einsparungen hinsichtlich
ihrer Batterieressourcen.
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Es
wird dem Fachmann klar sein, dass die offenbarte Erfindung auf zahllose
Weisen modifiziert werden kann und neben der bevorzugten, speziell
dargelegten und oben beschriebenen Form, viele Ausführungsformen
annehmen kann.
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Entsprechend
sollen über
die beigefügten
Ansprüche
alle alle Modifikationen der Erfindung abgedeckt werden, die innerhalb
des Geltungsbereichs der Erfindung fallen.