DE69730265T2

DE69730265T2 - Verfahren und Gerät zur Steuerung der Rufweiterreichung in einer Satellitentelekommunikationsanordnung

Info

Publication number: DE69730265T2
Application number: DE1997630265
Authority: DE
Inventors: Eric L. Upton; Jr. Robert M. Ward
Original assignee: Northrop Grumman Corp
Current assignee: Northrop Grumman Systems Corp
Priority date: 1996-05-14
Filing date: 1997-05-13
Publication date: 2005-01-13
Anticipated expiration: 2017-05-14
Also published as: DE69730265D1; US5784695A; JP3086669B2; EP0808034A3; EP0808034B1; EP0808034A2; JPH10108267A

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf satellitengestützte Telekommunikationssysteme und insbesondere auf einen Steuerungsvorgang, wobei die Funktelefone und Basisstationen eine nahtloser Übergabe zwischen Kommunikationskanälen durchführen, sobald die Funktelefone zwischen Satellitenabdeckungsstrahlen überwechseln.
Hintergrund
In den letzten Jahren sind verschiedene Formen mobiler Kommunikationssysteme vorgeschlagen worden, solche wie das GSM System, das in Europa angeboten wird und das ODYSSEY System. Diese Systeme bieten mobile Telekommunikation zwischen Boden- oder Basisstationen und Funktelefonen wie Handys und Ähnlichem an. Bei dem GSM-System kommunizieren die Bodenstationen direkt mit beliebigen Funktelefonen, die sich innerhalb der Abdeckungsfläche der Bodenstationen befinden. Das ODYSSEY-System schlägt ein satellitengestütrtes Telekommunikationssystem vor, in dem eine Konstellation von Telekommunikationssatelliten die Erde umkreisen. Die Satelliten leiten Nachrichten zwischen den Funktelefonen und Bodenstationen weiter (die Begriffe Bodenstationen und Basisstationen werden hiernach abwechselnd verwendet). Jeder Satellit definiert eine Vielzahl von Nachrichtenstrahlen, die zusammen wirken, um eine Abdeckungsfläche auf der Erde zu bilden. Die Abdeckungsfläche bewegt sich relativ zu der Oberfläche der Erde, während der Satellit die Erde umkreist. Ein Funktelefon kommuniziert mit einem über der Erde kreisenden Satelliten, solange er in dessen zugeordneten Abdeckungsfläche ist. Der über der Erde kreisende Satellit leitet wiederum die Nachrichten zu und von einer entsprechenden Bodenstation sowie innerhalb der Abdeckungsfläche des Satelliten weiter.
Die Abdeckungsflächen sind sowohl bei dem GSM-System als auch bei den. satellitengestützten Systemen in Unterabschnitte eingeteilt. Durch Einteilung der Abdeckungsfläche in Unterabschnitte erhöht das System die Anzahl vorhandener Kommunikationskanäle und demnach die Gesamtkapazität (d. h., die Anzahl von Funktelefonen, die von einem System unterstützt werden können). In dem GSM-System stellt jeder Unterabschnitt eine festgelegte vordefinierte geografische "Zelle" auf der Oberfläche der Erde dar. In satellitengestützten Systemen entspricht jeder Unterabschnitt einem Abdeckungsstrahl, der eine dynamische geografische Fläche definiert, die sich über der Oberfläche der Erde bewegt, während der Satellit die Erde umkreist. Jeder Zelle oder Strahl in einer Abdeckungsfläche wird eine einzelne Frequenz als ein Träger für alle Nachrichten zugeordnet. Jede Trägerfrequenz unterstützt mehrere Kanäle, wobei jeder Kanal einem bestimmten Funktelefon zugeordnet ist, das sich innerhalb des entsprechenden Strahls oder der entsprechenden Zelle befindet. Ein Funktelefon kommuni ziert mit der Bodenstation mit der zugeordneten Frequenz und einem zugeordneten Nachrichtenkanal so lange, wie das Funktelefon sich innerhalb des zugeordneten Strahls/Zelle befindet.
Dennoch, wenn das Funktelefon einen alten Strahl/Zelle verlässt und in einen neuen eintritt, muss das Funktelefon einem neuen Nachrichtenkanal zugeordnet werden. Außerdem muss das Funktelefon seine Nachrichtenfrequenz an die Frequenz anpassen, die der neuen Zelle zugeordnet ist. Ansonsten wird der Nachrichtenkanal (und ein laufender Anruf) fallen gelassen (d. h., unterbrochen). Sobald sich das Funktelefon in dem neuen Strahl/Zelle befindet, wird es den neuen Kanal für alle Nachrichten mit der Bodenstation verwenden.
Der Vorgang des Kanalumschaltens wird als eine "Übergabe" bezeichnet. Übergaben sind notwendig, wenn ein Funktelefon sich physisch von einem Strahl oder Zelle zu weiteren bewegt. Bei satellitengestützten Systemen sind Übergaben zusätzlich notwendig, wenn die relative Bewegung des Satelliten in Bezug auf ein Funktelefon, die Stelle eines entsprechenden Abdeckungsstrahls veranlasst, das Funktelefon zu überfliegen, das stationär oder nicht stationär sein kann. Um eine Übergabe zu bewirken, muss das Funktelefon zu einem neuen Sender oder einer neuen aufwärtsgerichteten Frequenz schalten, die von der Bodenstation bestimmt wird. Zusätzlich muss die Bodenstation die neue aufwärtsgerichtete Frequenz des Funktelefons "erwerben" (d. h., eine Nachrichtenverbindung mit der neuen Frequenz einrichten). Die Bodenstation muss auch den übergegebenen Anruf in dem Netzwerk weiterschalten (d. h., fortfahren, die Nachrichten oder Gespräche mit der neuen Frequenz zu senden). Übergaben können inmitten eines Anrufs auftreten, während ein Gespräch von und zu einem Funktelefon weitergeleitet wird.
Herkömmliche Mobilkommunikationssysteme veranlassen Übergaben als unplanmäßige Ereignisse in Bezug auf die Zeit. Ausführlicher, wenn die Bodenstation bestimmt, dass eine Übergabe notwendig ist, sendet die Bodenstation einen geeigneten Befehl an das Funktelefon. Dieser Befehl weist das Funktelefon an, sofort auf den neuen Kanal und die neue Frequenz ohne Verzögerung umzuschalten. Beim Erhalt des Befehls, schaltet das Funktelefon um und beginnt über den neuen Kanal und die neue Frequenz zu senden. Die Bodenstation fährt fort, über den alten Kanal zu senden, überwacht aber den neuen Kanal. Sobald die Bodenstation eingehende Nachrichten über den neuen Kanal feststellt, beginnt die Bodenstation ausgehende Nachrichten über den neuen Kanal zu senden.
Dennoch können unplanmäßige Übergaben bei einer Nachrichtenverbindung Unterbrechungen oder Interferenzen verursachen, die als Unterbrechungen oder "Klicks" von den Gesprächsteilnehmern bemerkt werden. Solche Unterbrechungen und Interferenzen ergeben sich, wenn Übergaben inmitten eines Telefongesprächs auftreten, während der neue Kanal hergestellt wird. Gespräche werden über zugeordnete Kanäle als ein Strom von Rahmen der Nachrichtendaten geführt. Wenn eine Übergabe auftritt, wird der Strom von Nachrichtendaten von dem alten Kanal zu dem neuen Kanal umgeleitet. Die Unterbrechung in dem Datenstrom erzeugt die Klicks oder Unterbrechungen beim Gespräch. Das Ausmaß einer Unterbrechung ist zum Teil abhängig von einer "Umlaufverzögerungszeit" zwischen den Bodenstationen und den Funktelefonen (d. h., die notwendige Zeitspanne, die ein Rahmen von Nachrichtendaten benötigt, um von der Bodenstation zu dem Funktelefon und zurück zu der Bodenstation zu reisen). Solche Unterbrechungen sind nicht übermäßig störend bei GSM-Systemen, da die Umlaufverzögerungszeit relativ kurz ist (z. B. 120 Mikrosekunden oder weniger).
Dennoch haben satellitengestützte Systeme erheblich längere Umlaufverzögerungszeiten. Ein Rahmen von Nachrichtendaten muss von einer Bodenstation zu einem Satelliten, zu einem Funktelefon, zurück zu dem Satelliten und zurück zu der Bodenstation reisen. Beispielsweise kann die Umlaufverzögerungszeit ungefähr 192 Millisekunden betragen. Folglich haben die Unterbrechungen während unplanmäßiger Übergaben eine erheblich größere schädliche Auswirkung auf Anrufe in satellitengestützten Telekommunikationssystemen.
Ferner erfordern satellitengestützte Systeme mehr als einen Rahmen von Nachrichtendaten, die zwischen der Bodenstation und dem Funktelefon während des Vorgangs des Herstellens eines neuen Kanals übertragen werden. Demnach kann sich der Übergabevorgang über eine Zeitspanne ausdehnen, die größer ist als die Umlaufverzögerungszeit, wobei die schädlichen Auswirkungen des unplanmäßigen Übergabevorgangs zusätzlich verstärkt werden.
Die EP 0 536 033 A2 offenbart ein satellitengestütztes Telekommunikationssystem, das einen Übergabemechanismus vorsieht, um den Verkehr zwischen einem Funktelefon und einer Bodenstation des Telekommunikationssystems von einer Nachrichtenverbindung zu einer weiteren zu schalten, wenn sich eine Abdeckung des Funktelefons wechselt, entweder von einem Satelliten zu einem weiteren oder von einem Strahl zu einem weiteren. Die Übergabe wird von der Bodenstation angeordnet, und ihre Notwendigkeit wird auf der Grundlage der Signalqualität der Nachrichtenverbindung bestimmt. Die Übergabe wird anhand von herkömmlichen Verfahren ausgeführt, wie die, die von dem GSM-Standard bereitgestellt werden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Übergabevorgang zur Verwendung in einem satellitengestützten Telekommunikationssystem bereitzustellen, der die Unterbrechungen aufgrund des Übergabevorgangs minimiert und nahtlose Übergaben ausführt.
Um dieses Ziel zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung eine Kombination eines Funktelefons und einer Basisstation zur Verwendung in einem satellitengestütrten Telekommunikationssystem gemäß Anspruch 1 bereit. Ferner stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Steuerung der Nachrichtenübertragung zwischen einem Funktelefon und einer Basisstation in einem satellitengestützten Telekommunikationssystem gemäß Anspruch 11 bereit.
Die vorliegende Erfindung steuert Funktelefone und Basisstationen während einer satellitengestützten Telekommunikation, um geplante Übergaben zwischen zwei Nachrichtenkanälen durchzuführen. Die Basisstation bestimmt, wann eine Übergabe notwendig sein wird. Sobald diese bestimmt ist, erzeugt die Basisstation einen Übergabe-Planungs-Befehl, der eine geplante Übergabezeit enthält, die eine Zeit in der Zukunft darstellt, bei der die Übergabe auftreten wird. Der Übergabe-Planungs-Befehl wird über einen ersten Kanal zu dem Funktelefon gesendet. Beim Empfang des Übergabe-Planungs-Befehls führt das Funktelefon die notwendigen Schritte durch, um eine zweite Nachrichtenverbindung über einen zweiten Kanal vor der geplanten Übergabezeit herzustellen. Bei der geplanten Übergabezeit haben die Funktelefone und Basisstationen die zweite Nachrichtenverbindung auf dem zweiten Kanal hergestellt. Um den zweiten Kanal herzustellen, kann das Funktelefon Berechnungen der Frequenz des zweiten Kanals, des Zeitversatzes und des Leitungsniveaus durchführen. Unter Verwendung eines geplanten Übergabevorgangs, vermeiden die Funktelefone und Basisstationen die Erzeugung von Interferenz und Unterbrechungen innerhalb eines untereinander gesendeten Gesprächs.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 veranschaulicht ein satellitengestütztes Telekommunikationssystem gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 veranschaulicht in Form eines Blockdiagramms ein Funktelefon und eine Bodenstation, die miteinander gemäß der vorliegenden Erfindung kommunizieren; und
3 veranschaulicht ein Flussdiagramm der Hauptfunktionen, die von den Funktelefonen und den Bodenstationen während eines Übergabevorgangs gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
1 veranschaulicht allgemein ein satellitengestütztes Telekommunikationssystem 10, das einen Satelliten 12, zumindest ein Funktelefon (MS) 14 und zumindest eine Basis- oder Bodenstation (BS oder GS) 16 enthält. Der Satellit 12 strahlt eine Vielzahl von Abdeckungsstrahlen 18 ab, welche zusammen wirken, um eine Abdeckungsfläche 20 zu definieren. Wie in 1 veranschaulicht, befindet sich das Funktelefon in dem Abdeckungsstrahl 22 und die Basisstation 16 befindet sich in dem Abdeckungsstrahl 24. Das Funktelefon 14 kommuniziert mit der Basisstation 16 über den Satelliten 12. Das System 10 kann Zeitvielfachzugriff (TDMA), Codevielfachzugriff (CDMA) und ähnliche Techniken verwenden, um die Gesamtleistung zu erhöhen. Ausführlicher beschrieben sendet und empfängt das Funktelefon 14 Rahmen von Nachrichtendaten zu und von dem Satelliten 12 über einen zugeordneten Nachrichtenkanal (allgemein durch das Bezugszeichen 26 gekennzeichnet). Der aufwärtsgerichtete Nachrichtenkanal hat eine Trägerfrequenz, die der des Abdeckungsstrahls 22 entspricht. Der Satellit 12 leitet wiederum die Rahmen von Nachrichtendaten zu und von der Basisstation 16 über den gleichen Kanal 26 mit einer Frequenz weiter, die der Abdeckungsfläche 24 entspricht. Wenn sich das Funktelefon 14 von dem Abdeckungsstrahl 22 zu einem unterschiedlichen Abdeckungsstrahl bewegt (z. B. einem der Strahlen 60–64), muss dem Funktelefon 14 ein neuer Nachrichtenkanal zugeordnet werden und eine neue Nachrichtenverbindung muss hergestellt werden. Dieser Zuordnungsvorgang wird als Übergabe bezeichnet. Ein planmäßiger Übergabevorgang wird nachstehend ausführlicher erklärt.
2 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Funktelefons 14 und einer Basisstation 16. Das Funktelefon kann zwei Transceiver 30 und 32 und einen Sender 33 enthalten, die von einer Steuerung 34 gesteuert werden. Ein Schalter 35 verbindet gezielt einen der Transceiver mit dem Sender 33. Die Basisstation 16 enthält auch mehrere Transceiver 36 und 38, die von einer Steuerung 40 gesteuert werden. Es ist selbstverständlich, dass das Blockdiagramm in 2 hauptsächlich die Tatsache veranschaulicht, dass die Basisstation und das Funktelefon im Stande sind, miteinander über zwei einzelne Kanäle 26 und 27 zu kommunizieren. Während die Transceiver 30 und 32 gleichzeitig Signale über die Kanäle 26 und 27 empfangen können, ist es selbstverständlich, dass der Sender 33 nur über einen der Kanäle 26 und 27 bei/zu einem gegebenen Zeitpunkt senden kann. Der Schalter 35 wählt den Ausgabeknal. Demnach wurde der Pfad in dem Kanal 27 von dem Sender 33 mittels gestrichelter Linien dargestellt, um zu veranschaulichen, dass der Sender 33 abwechselnd Signale über die Kanäle 26 und 27 ausgibt. Die Funktelefone und Basisstationen 14 und 16 müssen nicht notwendigerweise zwei physikalisch getrennte Empfänger und Sender enthalten. Alle herkömmlichen Vorrichtungen können anstelle des ersten und zweiten Transceivers kombiniert werden, solange wie die Funktelefone und Basisstationen 14 und 16 zu gleichzeitiger Kommunikation über zwei Kanäle fähig sind. Die Basisstation 16 ist in der Lage, über mehrere Kanäle mit mehreren Funktelefonen zu kommunizieren. Die gestrichelte Linie 42 dient zur Veranschaulichung des Satelliten 12, der wie ein "gekrümmtes Rohr" funktioniert und einfach Rahmen von Nachrichtendaten erneut sendet, die er von dem Funktelefon und der Basisstation erhalten hat.
Mit Bezug auf 3 wird der Vorgang nachstehend erklärt, wobei eine Übergabe durchgeführt wird, um eine Nachrichtenverbindung zwischen einer Basisstation und einem Funktelefon von einem ersten Kanal 26 (2) zu einem zweiten Kanal (27) zu überführen. Das Flussdiagramm aus 3 veranschaulicht eine Vielzahl von vertikalen Schichten, die durch die Linien 42–52 gekennzeichnet sind. Die Schicht 42 entspricht den Funktionen, die von der Funktelefonsteuerung 34 durchgeführt werden, die Schichten 44 und 46 entsprechen den ersten und zweiten Transceivern 30 und 32 innerhalb des Funktelefons 14. Die Schichten 48 und 50 entsprechen den ersten und zweiten Transceivern 36 und 38, die innerhalb der Basisstation 16 verwendet werden. Die Schicht 52 entspricht Funktionen, die von der Steuerung 40 in der Basisstation 16 durchgeführt werden. Die Kreise innerhalb jeder der Schicht 42–52 stellen Knoten dar, bei denen Rahmen empfangen/gesendet werden, und bei denen Funktionen durchgeführt werden, um eine Übergabe auszuführen. Die Pfeile zwischen den Schichten 44 und 48 stellen Befehle und Nachrichtendaten dar, die zwischen den Funktelefonen und Basisstationen 14 und 16 durch die ersten Nachrichtenverbindungen über den ersten Kanal 26 (2) geleitet werden. Die Pfeile zwischen den Schichten 46 und 50 stellen Befehle und Nachrichtendaten dar, die über die zweite Nachrichtenverbindung über den zweiten Kanal 27 geleitet werden.
Das Beispiel aus 3 veranschaulicht hauptsächlich die bei einer Übergabe einbezogenen Funktionen. Es wird angenommen, dass bei Knoten #1 eine Nachrichtenverbindung bereits über einen ersten Kanal 26 (der dem Abdeckungsstrahl 22 entspricht) hergestellt wurde. Es wird ferner angenommen, dass ein Anruf ausgeführt wird und Nachrichtendaten (z. B. ein Gespräch) zwischen den beiden Parteien übermittelt werden. Bei Knoten #1 wurde noch kein zweiter Kanal hergestellt. Um einen Kanal "herzustellen" müssen die Kanalparameter zwischen den Funktelefonen und Basisstationen für den bestimmten Kanal synchronisiert werden. Die Kanalparameter können einen Zeitversatz, eine Frequenz, ein Leistungsniveau, CDMA-Kodierung, Verschlüsselungskodierung und dergleichen enthalten. Diese Telemetrieparameter werden ausführlicher in einem Buch mit dem Titel " An Introduction to GSM " (deutsch: Eine Einführung in GSM ) erklärt, von Siegmund M. Redl, veröffentlicht von Artech House Publishers, Boston, MA (1995), das hier durch Bezugnahme einbezogen ist.
Beginnend bei Knoten #1 erzeugt das Funktelefon 14 einen Bericht, der an die Basisstation 16 über den ersten Kanal 26 gesendet wird. Der Bericht kann Telemetrieinformation enthalten, die den Zustand eines Funktelefons 14 und das umgebende Umfeld betrifft. Die Tele metrieinformation kann das Leistungsniveau der vorliegenden Nachrichtenverbindung 26 mit dem Satelliten 12 enthalten. Die Telemetrieinformation kann auch Frequenzen von Signalen enthalten, die von einem Funktelefon 14 von benachbarten Abdeckungsstrahlen festgestellt wird, zusammen mit den Leistungsniveaus von diesen festgestellten Signalen. Mit Bezug auf 1 kann die Telemetrieinformation die Frequenzen und Leistungsniveaus von Signalen enthalten, die den Abdeckungsstrahlen 60–64 entsprechen. Während das Funktelefon 14 sich näher an eine Grenze mit einem der Abdeckungsstrahlen 60–64 bewegt, wächst das Leistungsniveau eingehender Signale von dem Abdeckungsstrahl. Zum Beispiel während das Funktelefon 14 sich näher an die Grenze zwischen dem Abdeckungsstrahl 22 und 64 bewegt, würde der Bericht Telemetrieinformation enthalten, die einen Anstieg des Leistungsniveaus eingehender Signale bei der Frequenz anzeigt, die dem Abdeckungsstahl 64 zugeordnet ist.
Rückblickend auf 3 wird der Bericht, sobald er von der Steuerung erzeugt wurde, über Kanal #1 (26 in 2) an die Basisstation 16 gesendet (Knoten #2). Sobald der Bericht bei Knoten #3 empfangen wird, analysiert die Steuerung 40 den Bericht bei Knoten #4. Während dieser Analyse bestimmt die Steuerung, ob das Funktelefon 14 im Begriff ist, den augenblicklichen Abdeckungsstrahl 22 (Knoten #4) zu verlassen. Diese Bestimmung kann in einer von unterschiedlichen Arten und Weisen durchgeführt werden. Zum Beispiel kann die Basisstation 16 das Leistungsniveau innerhalb des Berichts des augenblicklichen Kanals 26 analysieren, der von dem Funktelefon 14 festgestellt wird. Wenn das Leistungsniveau des augenblicklichen Kanals 26 unterhalb eines minimalen Grenzwerts fällt, kann die Steuerung 40 bestimmen, dass dieser Leistungsverlust aufgrund der Tatsache bedingt ist, dass das Funktelefon sich aus dem Abdeckungsstrahl 22 heraus bewegt. Demnach, wenn das Leistungsniveau des augenblicklichen Kanals unterhalb des Grenzwerts fällt, kann die Steuerung 40 bestimmen, dass eine Übergabe in der nahen Zukunft notwendig sein wird.
Alternativ kann die Steuerung durch stetes Überwachen der Position des Funktelefons 14 und der Position des zugeordneten Abdeckungsstrahls 22 unabhängig bestimmen, dass eine Übergabe notwendig ist. Die Steuerung der Bodenstation kann durchgehend die Geoposition der Funktelefone und der zugehörigen Abdeckungsstrahlen überwachen. Aufgrund der Überwachung der Geoposition bestimmt die Bodenstation unabhängig, dass sich das Funktelefon 14 einer Grenze des Abdeckungsstrahls 22 nähert. Demnach bestimmt die Basisstation 16 unabhängig, dass eine Übergabe in naher Zukunft notwendig sein wird. Als Reaktion darauf leitet die Bodenstation den Übergabevorgang bei Knoten #4 (3) ein. Demnach wird der Übergabevorgang bei Knoten #4 (3) eingeleitet, wenn die Basisstation 16 den Vorgang verwendet, der vorstehend beschrieben wurde, unabhängig davon, ob Information von dem Funktelefon 14 empfangen wurde. Entsprechend soll darauf hingewiesen werden, dass die bevorzugte Ausführungsform den bei Knoten #1 erzeugten Bericht auslassen kann.
Sobald die Basisstation 16 bestimmt, dass eine Übergabe notwendig ist, erzeugt sie einen Übergabebefehl, der zwischen dem Knoten #5 und Knoten #6 auf Kanal #1 (26 in 2) zu dem Funktelefon 14 gesendet wird.
Der Übergabebefehl enthält alle notwendigen Informationen für das Funktelefon 14, um eine Übergabe, die eine geplante Übergabezeit enthält, zu planen oder "vorzubereiten". Der Übergabebefehl enthält auch geschätzte neue Kanalparameter. Die Übergabebefehlsinformation wird an das Funktelefon während einer vorher bestimmten Zeitspanne vor Auftreten der eigentlichen Übergabe übertragen. Die geplante Übergabezeit stellt einen vordefinierten Zeitpunkt dar, der den genauen Zeitpunkt in der Zukunft festlegt, bei dem die Übergabe auftreten wird. Bei der geplanten Übergabezeit schalten die Basisstationen 16 und das Funktelefon 14 gleichzeitig auf den neuen Kanal mit der neuen Frequenz. Die Übergabezeit wird durch die Basisstation 16 bestimmt und genau gesetzt, um mit dem Anfang eines neuen Rahmens von Nachrichtendaten übereinzustimmen. Die geplante Übergabezeit kann gesetzt werden, um mit dem Beginn eines " Haupt"-Rahmens übereinzustimmen, der den ersten Rahmen in einer Vielfachrahmenstruktur darstellen kann.
Wie in 2 anhand eines Beispiels veranschaulicht, sendet das Funktelefon 14 aufeinanderfolgende Rahmen von Nachrichtendaten (als Rahmen 1, Rahmen 2 und Rahmen 3 bezeichnet). Die geplante Übergabezeit kann gesetzt werden mit dem Ende von Rahmen 2 und dem Beginn von Rahmen 3 übereinzustimmen. Demnach würde die Übergabe auftreten, nachdem Rahmen 2 auf Kanal #1 (26 in 2) gesendet worden ist und vor dem Senden des Rahmen 3, der auf Kanal #2 gesendet werden wird. Die geplante Übergabezeit wird ausreichend spät in der Zukunft gesetzt, um den Basisstationen und Funktelefonen Zeit bereitrustellen, um sich, wie nachfolgend erklärt, für die Übergabe vorzubereiten (z. B. 2 oder 3 Sekunden, nachdem die Basisstation 16 festgestellt hat, dass eine Übergabe bei Knoten #4 notwendig ist und den Übergabebefehl bei Knoten #5 sendet).
Die geschätrten neuen Kanalparameter kennzeichnen den neuen Kanal 27 auf dem das Funktelefon kommunizieren wird, während es sich in dem neuen Abdeckungsstrahl befindet. Die Kanalparameter enthalten eine geschätzte Frequenz, einen Zeitversatz und ein Leistungsniveau, das dem in dem neuen Abdeckungsstrahl zu verwendenden neuen Kanal entspricht. Der Zeitversatz wird verwendet, um das Funktelefon in Bezug auf die Basisstation zu synchronisieren. Ein Zeitversatz kann notwendig sein, da Funktelefone und Bodenstationen unterschiedliche Entfernungen von dem Satelliten haben können. Abhängig von diesen Entfernungen kann die Verzögerungszeit und die Dämpfung des Signals eines einzelnen Funktelefons unterschiedlich von der Verzögerung und der Dämpfung eines weiteren Signals eines Funktelefons sein. Um eine genaue Zeitabstimmung für Sendungen von einem Funktelefon sowie einen genauen Empfang sicher zu stellen, wird eine Zeitverzögerung oder ein -versatz für jedes Funktelefon gemessen. Der zeitversatz bestimmt die Zeit, bei der das Funktelefon Rahmen von Nachrichtendaten sendet, um sicher zu stellen, dass die Rahmen bei der Bodenstation zu einer genauen Zeit ankommen.
Um die Dämpfung über die unterschiedlichen Entfernungen von Funktelefonen und Satelliten zu kompensieren, sind die Funktelefone angepasst, bei unterschiedlichen Leistungsniveaus zu senden. Demnach senden Funktelefone, die sich weiter weg von dem Satelliten befinden, mit höheren Leistungsniveaus, als jene, die sich näher bei dem Satelliten befinden. Das Leistungsniveausteuerungssignal bestimmt die Leistung mit der Rahmen von Nachrichtendaten von den Funktelefonen gesendet werden. Die Bodenstation schätzt bei Knoten #4 die Kanalparameter einschließlich der neuen Frequenz, des neuen Zeitversatzes und des neuen Leistungsniveaus für den neuen Kanal. Dennoch sind die Signale einfache Schätzungen, die von dem Funktelefon korrigiert werden müssen.
Zusätzlich kann der Übergabebefehl jede notwendige sekundäre Informationen enthalten, wie beliebige neue CDMA- und Einschreibungskodes, die mit dem neuen Kanal zu verwenden sind.
Der Übergabebefehl wird über Kanal #1 des Funktelefons empfangen und von der Steuerung 34 (Knoten #7) entschlüsselt. Sobald die Funktelefonsteuerung 34 bestimmt, dass eine Übergabe zu einem festen Zeitpunkt in der Zukunft geplant worden ist, zeichnet das Funktelefon die geplante Übergabezeit auf. Zusätzlich stellt das Funktelefon Kanal #2 bei der geschätzten neuen Frequenz mit dem geschätzten Zeitversatz und Leistungsniveau her. Danach überwacht die Funktelefonsteuerung 34 den Kanal #2.
Rückkehrend zu Knoten #4, sobald die Basisstation 16 den Übergabebefehl sendet, sendet sie anschließend ein Herstellungssignal über den Kanal #2 (Knoten #8) auf der geschätrten neuen Frequenz. Das hergestellte Signal wird über Kanal #2 (27 in 2) empfangen (Knoten #9) und von der Funktelefonsteuerung 34 (Knoten #10) analysiert. Die Funktelefonsteuerung 34 berechnet die augenblicklichen oder korrekten Kanalparameter für den Zeitversatz, das Leitungsniveau und die neue Frequenz für Kanal #2 basierend auf dem empfangenen Hehrstellungssignal. Die Funktelefonsteuerung 34 bestimmt dann die Differenz zwischen den geschätrten und augenblicklichen/korrigierten Kanalparametern. Diese Differenzen stellen Versatzfehler dar. Sobald der korrigierte Frequenzversatz, der Zeitversatz und das Leistungsniveau von dem Funktelefon 14 berechnet werden, berichtet das Funktelefon 14 die Versatzfehler an die Basisstation 16. Die Versatzfehler der Frequenz, Leistung und Zeitabstimmung werden als Kanal #2 Parameter bei Knoten #12 über Kanal #1 an die Bodenstation gesendet. Alternativ kann die korrigierte Frequenz, der Zeitversatz und das Leistungsniveau gesendet werden. Beim Empfangen der Versatzfehler bei Knoten #13 korrigiert die Basisstation 16 die geschätzte Frequenz, das Leistungsniveau und den Zeitversatzparameter für den neuen Kanal. Danach werden die korrigierte Frequenz-, Leistungsniveau- und Zeitversatz-Parameter über Kanal #1 zurück zu dem Funktelefon weitergeleitet (Knoten #15). Auf diese Art und Weise erhalten die Bodenstationen dann die Parameter für Frequenz, Zeitversatz und Leistungsniveau, um eine Nachrichtenverbindung über den neuen Kanal #2 zur Verwendung mit dem neuen Abdeckungsstrahl herzustellen und zu synchronisieren. Das Funktelefon 14 fährt fort, Rahmen von Nachrichtendaten über Kanal #1 (Knoten #18) an die Basisstation 16 zu senden, bis die geplante Übergabezeit auftritt. Sobald die geplante Übergabezeit auftritt (Knoten #21 in 3), beginnt das Funktelefon automatisch Rahmen von Nachrichtendaten über Kanal #2 (Knoten #22) an die Basisstation 16 zu senden.
In dem veranschaulichenden Beispiel aus 1–3 tritt die geplante Übergabezeit zwischen Rahmen 2 und 3 auf. Demnach werden Rahmen 1 und 2 über Kanal #1 (über Knoten #18 und Kreuz 19) gesendet. Rahmen 3 wird dann über Kanal #2 (über Knoten #22 und Kreuz 23) gesendet. Sobald die Übergabe ausgeführt wurde, sendet die Basisstation 16 dann einen Freigabebefehl über Kanal #2 (über Knoten #25 und Kreuz 26), um das Funktelefon 14 anzuweisen, Kanal #1 freizugeben.
Dieser Vorgang wird jedes mal wiederholt, wenn das Funktelefon 14 zwischen zwei Abdeckungsstrahlen überwechselt.
Der erfiderische Vorgang stellt ein geplantes Übergabeverfahren bereit, das die Unterbrechungen und Interferenzen vermeidet, die von langen Übertragungsverzögerungen in den herkömmlichen ungeplanten Übergabetechniken verursacht werden, da die Übergabe auftritt, nachdem der neue Kanal hergestellt ist. Das erfinderische geplante Übergabeverfahren beschleunigt auch den Einstellungs-Vorgang des neuen Kanals und den Umschaltvorgang zwischen Kanälen, da beide Kanäle während der Herstellung des neuen Kanals verwendet werden und während die Parameter des neuen Kanals berechnet werden. Das Umschalten tritt gleichzeitig und unmittelbar bei der geplanten Übergabezeit auf. Wie oben erklärt, wird die geplante Übergabezeit ausreichend spät in der Zukunft gesetzt, nachdem die Basisstation feststellt, dass eine Übergabe notwendig ist, um angemessene Zeit bereitzustellen, einen zweiten Kanal herzustellen und die Kanalparameter wie Zeitabstimmung, Leistung und Frequenz vorher abzustimmen.
Die vorhergehende Beschreibung ist hauptsächlich veranschaulichend und beabsichtigt die Erfindung in keiner Art und Weise einzuschränken. Stattdessen wird der Schutzbereich der Erfindung von den geänderten Ansprüchen definiert.

Claims

Eine Kombination eines Funktelefons (14) und einer Basisstation (16) zur Verwendung in einem satellitengestützten Telekommunikationssystem, wobei: – das Funktelefon (14) eingerichtet ist, über erste und zweite Kanäle (26, 27) zu kommunizieren, wobei das Funktelefon (14) eine Funktelefonsteuerung (34) enthält, um eine Nachrichtenverbindung über zumindest einen des ersten und zweiten Kanals (26, 27) aufrechtzuerhalten; – die Basisstation (16) eingerichtet ist, über erste und zweite Kanäle (26, 27) zu kommunizieren, wobei die Basisstation (16) eine Basisstation-Steuerung (40) enthält, die eingerichtet ist, eine Nachrichtenverbindung über zumindest einen der ersten und zweiten Kanäle (26, 27) aufrechtzuerhalten; – die Funktelefon-Steuerung (34) und die Basisstation-Steuerung (40) eingerichtet sind, eine erste Nachrichtenverbindung über den ersten Kanal (26) durch einen Satelliten (10) aufrechtzuerhalten und Rahmen von Nachrichtendaten über die erste Nachrichtenverbindung zu senden und zu empfangen; – die Basisstation-Steuerung (40) eingerichtet ist, festzustellen, dass eine Übergabe zwischen den ersten und zweiten Kanälen (26, 27) notwendig ist und über den ersten Kanal (26) einen Übergabebefehl zu senden; und – die Funktelefonsteuerung (34) und die Basisstation-Steuerung (40) eingerichtet sind, im Anschluss an den Übergabebefehl eine zweite Nachrichtenverbindung über den zweiten Kanal (27) herzustellen und Nachrichtendaten über die zweite Nachrichtenverbindung auf dem zweiten Kanal (27) zu senden; dadurch gekennzeichnet, dass die Basisstation-Steuerung (40) eingerichtet ist, eine geplante Übergabezeit in den Übergabebefehl einzufügen, wobei die Übergabezeit einen vorherbestimmten zukünftigen Zeitpunkt darstellt, bei dem die Übergabe auftreten soll; und wobei die Funktelefon-Steuerung (34) eingerichtet ist, fortzufahren Nachrichtendaten über die erste Nachrichtenverbindung nach dem Erhalt des Übergabebefehls bis zu der geplanten Übergabezeit zu senden und danach auf den zweiten Kanal (27) umzuschalten.
Die Kombination nach Anspruch 1, wobei die Basisstation-Steuerung (40) eingerichtet ist, die geplante Übergabezeit einzustellen, um mit einem vorherbestimmten Zeitpunkt zwischen Rahmen von Nachrichtendaten übereinzustimmen, die von dem Funktelefon (14) gesendet werden.
Die Kombination nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Basisstation-Steuerung (40) eingerichtet ist, die geplante Übergabezeit derart einzustellen, dass ein Zeitintervall von einer Laufzeit bis zu der geplanten Übergabezeit größer ist als eine Übertragungsumlaufzeit, die für einen Rahmen von Nachrichtendaten notwendig ist, um von der Basisstation (16) zu dem Funktelefon (14) und zurück zu der Basisstation (16) gesendet zu werden.
Die Kombination nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Basisstation-Steuerung (40) eingerichtet ist, mit der geplanten Übergabezeit geschätrte Parameter des zweiten Kanals zu senden, die zumindest eine einer geschätzten Frequenz, eines geschätrten Zeitversatzes und eines geschätzten Leistungsniveaus enthalten, damit die Nachrichtenverbindung über den zweiten Kanal (27) hergestellt wird.
Die Kombination nach Anspruch 4, wobei die Funktelefon-Steuerung (34) eingerichtet ist, Versatzfehler für die geschätzten Parameter des zweiten Kanals für den zweiten Kanal (27), während der Herstellung der zweiten Nachrichtenverbindung und vor der geplanten Übergabezeit, zu berechnen und über den ersten Kanal (26) zu senden.
Die Kombination nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Basisstation (16) eingerichtet ist festzustellen, dass eine Übergabe notwendig ist, wenn das Funktelefon (14) von einem ersten Abdeckungsstrahl des Satelliten (12) zu einem zweiten Abdeckungsstrahl des Satelliten (12) übergeht.
Die Kombination nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Basisstation-Steuerung (40) eingerichtet ist, nach Senden des Übergabebefehls und vor der geplanten Übergabezeit, über den zweiten Kanal (27) ein Kanaleinrichtungssignal zu senden, um die Funktelefon-Steuerung (34) in die Lage zu versetzen, die zweite Nachrichtenverbindung über den zweiten Kanal (27) herzustellen.
Die Kombination nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Funktelefon (14) eingerichtet ist, einen Bericht an die Basisstation (16) zu senden, wobei der Bericht ein Leistungsniveau eingehender Signale angibt, die über die erste Nachrichtenverbindung empfangen wurden.
Die Kombination nach Anspruch 8, wobei die Basisstation-Steuerung (40) eingerichtet ist festrustellen, dass eine Übergabe notwendig ist, wenn das Leistungsni veau der zu dem Funktelefon (14) eingehenden Signale unterhalb eines vorherbestimmten Leistungsgrenzwerts gefallen ist.
Die Kombination nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Basisstation-Steuerung (40) eingerichtet ist, festzustellen, dass eine Übergabe aufgrund einer Geo-Position des Funktelefons (14) und eines dem Funktelefon (14) entsprechenden Satelliten (12) notwendig ist.
Ein Verfahren zur Steuerung eines Funktelefons (14) und einer Basisstation (16) während satellitengestützter Telekommunikationen, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: – Aufrechterhalten einer ersten Nachrichtenverbindung über einen ersten Kanal (26) zwischen den Funktelefon- und Basisstationen (14, 16) über einen Satelliten (12); – Senden und Empfangen von Rahmen von Nachrichtendaten über die erste Nachrichtenverbindung über den ersten Kanal (26); – Feststellen bei der Basisstation (16), dass eine Übergabe zwischen dem ersten Kanal und dem zweiten Kanal (27) notwendig ist; – Senden eines Übergabebefehls von der Basisstation (16) über den ersten Kanal (26) zu dem Funktelefon (14); – im Anschluss an das Senden des Übergabebefehls Herstellen einer zweiten Nachrichtenverbindung über den zweiten Kanal (27) zwischen den Funktelefon- und Basisstationen (14, 16) über einen Satelliten (12); gekennzeichnet durch die Schritte: – Einfügen einer geplanten Übergabezeit in den Übergabebefehl, wobei die geplante Übergabezeit einen vorherbestimmten zukünftigen Zeitpunkt darstellt, bei dem die Übergabe auftreten soll; – Fortfahren Rahmen von Nachrichtendaten über die erste Nachrichtenverbindung, nach Herstellen der zweiten Nachrichtenverbindung, bis zum Auftreten der geplanten Übergabezeit zu senden; und – Umschalten zu dem zweiten Kanal (27) nach der geplanten Übergabezeit und danach Senden nachfolgender Rahmen von Nachrichtendaten über den zweiten Kanal (27).
Das Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend den Schritt des Einstellens der geplanten Übergabezeit, um mit einem vorherbestimmten Zeitpunkt, zwischen Rahmen von Nachrichtendaten die von dem Funktelefon (14) gesendet worden sind, übereinzustimmen.
Das Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, ferner umfassend den Schritt des Einstellens der Übergabezeit, derart, dass ein Zeitintervall von einer Laufzeit bis zu der geplanten Übergabezeit größer ist als eine Umlaufzeit einer Übergabezeit, die für einen Rahmen von Nachrichtendaten notwendig ist, um von der Basisstation (16) zu dem Funktelefon (14) und zurück zu der Basisstation (16) gesendet zu werden.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, ferner umfassend den Schritt des Sendens geschätrter Parameter des zweiten Kanals mit der geplanten Übergabezeit, die zumindest eine einer geschätzten Frequenz, eines geschätzten Zeitversatzes und eines geschätzten Leistungsniveaus für eine zweite Nachrichtenverbindung enthalten, die über den zweiten Kanal (27) hergestellt werden soll.
Das Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend den Schritt des Sendens vom Funktelefon (14) über den ersten Kanal (26) von Versatzfehlern für die geschätzten Parameter des zweiten Kanals für den zweiten Kanal (27) während der Herstellung der zweiten Nachrichtenverbindung und vor dem geplanten Übergabezeitpunkt.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei der Feststellungsschritt darauf beruht, dass das Funktelefon (14) von einem ersten Abdeckungsstrahl des Satelliten (12) zu einem zweiten Abdeckungsstrahl des Satelliten (12) übergeht.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, ferner umfassend den Schritt des Sendens eines Kanalherstellungssignals über den zweiten Kanal (27) von der Basisstation (16), um das Funktelefon (14) in die Lage zu versetzen, die zweite Nachrichtenverbindung vor der geplanten Übergabezeit herzustellen.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, ferner umfassend den Schritt des Sendens eines Berichts von dem Funktelefon (14) zu der Basisstation (16), wobei der Bericht ein Leistungsniveau von eingehenden Signalen angibt, die über die erste Nachrichtenverbindung von dem Funktelefon (14) empfangen wurden.
Das Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Feststellung, dass eine Übergabe notwendig ist, auf dem Leistungsniveau der zu dem Funktelefon (14) eingehenden Signale beruht, die unterhalb eines vorherbestimmten Leistungsniveaugrenzwerts fallen.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 19, wobei die Feststellung, dass eine Übergabe notwendig ist, auf einer Geo-Position des Funktelefons (14) und eines Satelliten (12), die dem Funktelefon (14) entspricht, beruht.