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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Satellitenkommunikationssysteme mit
Zeitmultiplexzugriffs(TDMA)-Trägern,
die eine Reihe von gerahmten Zeitschlitzen haben, denen Sprachkanäle zugeteilt
sind, und betrifft die Zuteilung bzw. Zuordnung von Kommunikationsschlitzen
von mobilem Endgerät
zu mobilem Endgerät, wie
beispielsweise Empfangsschlitze, Sendeschlitze und Steuerungssignalkanalschlitze
innerhalb des Rahmens.
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Allgemeiner
Stand der Technik
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Viele
früher
bekannte Kommunikationssysteme sind bodengestützte Systeme, die die Einschränkungen
von fest verdrahteten öffentlichen
Telefonnetzen durch Senden elektromagnetischer Strahlungssignale vermeiden.
Bisher bekannte zellulare Telefonsysteme benutzen bodengestützte Antennen
oder Türme,
um Signale zu und von Kommunikationsendgeräten weiterzuleiten, wie beispielsweise
Computer, Faxgeräte
oder Handgeräte
innerhalb Servicegebieten (Sendegebiet), die Zellen genannt werden.
Die Zellen sind durch geographische oder physikalische Grenzen eingegrenzt
innerhalb einer kurzen Distanz der Antenne, und die Kommunikation
muss sequenziell zwischen den Türmen übertragen
werden, wenn die Kommunikationsendgeräte über große Entfernungen getrennt sind.
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Ein
vergrößertes Abdeckungsgebiet
wurde erreicht, indem um die Erde umlaufende Satelliten verwendet
werden, um Signale zu ausgedehnten geographischen Gebieten zu senden,
die durch Signalstrahlen bedient werden, die eine Vielzahl von Trägersignalen
tragen. Allerdings läuft
die Kommunikation zwischen den Kommunikationsendgeräten von
einem Endgerät
zu dem Satelliten und zurück über ein
oder mehrere landgestützte
Gateways, die die Übertragung
und den Empfang der Kommunikationssignale steuern, zu dem anderen
teilnehmenden Endgerät.
Jede Verbindung oder Hop (bzw. Sprung) zwischen dem Endgerät, dem Satelliten,
dem Gateway und dem Endgerät
führt zu
Verzögerungen
und erfordert Leistung, um die Kommunikationssignale weiterzuleiten.
Wenn die Endgeräte
mobil sind (MT), ist darüber
hinaus das Einsparen von Energie und die Vereinfachung des Geräts von hoher
Wichtigkeit, um eine kostenwirksame und praktische Umsetzung zu erreichen.
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Eine
bekannte Form eines mobilen Endgeräts umfasst ein Handgerät. Da diese
Handgeräte
von Benutzern gekauft werden sollen und da die Anzahl der mobilen
Endgeräte
die größte Geräteversorgung
im System ist, ist es wichtig, die Kosten und die Leistungsanforderungen
der Handgeräte
zu reduzieren. Folglich umfasst das Handgerät vorzugsweise einen Sende/Empfangs(T/R)-Umschalter,
im Vergleich zu dem schwereren und teureren Diplexerfilter. Solange
das Handgerät
jedoch nicht mit einer akkuraten Frequenzreferenzquelle versehen
wird, um die Synchronisation mit der Sende- und Empfangskanalzuordnung
aufrecht zu erhalten, die über
den Satelliten von dem Haupt-Gateway vorgegeben wird, werden Kommunikationssignale
verloren gehen. Die Menge und die Kosten für die Aufnahme einer autonomen
und akkuraten Frequenz/Synchronisationsquelle in jedes mobile Endgerät wirkt
abschreckend und ist insbesondere unpraktisch für mobile Handendgeräte. Deshalb
umfasst das Handgerät
vorzugsweise eine relativ einfache Frequenz/Synchronisationsquelle, die
Frequenz/Synchronisationsunterstützung
von dem Haupt-Gateway über
den Satelliten benötigt.
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Für eine Kommunikation
vom Gateway zum mobilen Endgerät
(GW-MT) wird diese Gateway-Unterstützung anfänglich über einen Broadcast-Steuerungskanal
(BCC) beim Start eines Anrufs bereitgestellt, und später während des
Anrufs liefert dieses Gateway Frequenz- und Synchronisationsaktualisierungen über Overhead-Bits,
die dem Kommunikationssignal hinzugefügt bzw. angehängt sind.
Diese Steuerungskanäle
liefern Signale für
das Anrufanklopfen, für
den Short-Message-Service und für Funktionen
für den
Anrufabbruch, wie beispielsweise die Beendigung eines Anrufs bei
einer Unterbrechung an einem mobilen Endgerät und Senden eines Signals
von dem System bei der Unterbrechung eines Endgeräts, um das
Endgerät
in Stand-by zurückzusetzen.
Dieser gleiche Lösungsweg
würde für MT-MT-Anrufe
verwendet werden, falls alle MT-MT-Anrufe über ein Gateway (GW-MT) weitergeleitet
würden.
Unglücklicherweise
führt das
Durchlaufen der Kommunikation durch die Gateways zu wesentlichen
Verzögerungen
aufgrund der vielen Hops bzw. Sprünge. Solche Verzögerungen
sind unakzeptabel für
die Sprachkommunikation zwischen Handgeräten, obgleich sie bei der Übertragung
zwischen Faxmaschinen und Computerendgeräten tolerierbar sind.
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Falls
eine Alternative zu GW-MT gewünscht
ist, existieren verschiedene Faktoren, die zusätzliche Steuerungssignale nicht
leicht umsetzen lassen. Beispielsweise machen drei Handgerätefunktionen,
nämlich Empfangen
von Information, Senden von Information und Empfangen von Steuerungssignalen
Teile des Rahmens unverwendbar. Dies wird zeitweilig als Verlust
der Rahmeneffizienz bezeichnet. Zusätzlich zu der gegenseitigen
Blockade dieser drei Funktionen verschlimmern viele andere Faktoren
diese Situation. Die Anordnung der Rahmenstruktur darf keine effiziente Übertragung
all dieser Information auf dem Träger zulassen, insbesondere
wo ein Verlust von Daten durch Zeit- bzw. Synchronisationsunterschiede
verursacht wird aufgrund der Position eines mobilen Endgeräts innerhalb
des Abdeckungsgebiets, der Position des Strahls innerhalb des Abdeckungsgebiets,
der mobilen Endgeräteposition
innerhalb des Strahls, und jeglicher Fehler bei der Strahlausrichtung,
wie beispielsweise Fehler bei der Triebwerkseinstellungssatellitenposition
und der Strahlidentifikation. Zusätzlich können die geneigte Umlaufbahn
des Satelliten, Bewegung des mobilen Endgeräts während des Anrufs, eine Bewegung
des Satelliten während
des Anrufs und die Länge
des Anrufs, während
diese Veränderungen
auftreten, den Empfang der Steuerungssignale und die Übertragung
und den Empfang der Informationssignale beeinflussen. Zusätzlich wird
der Betrieb kostengünstiger
Handgeräte
eine wesentliche Reduzierung der mobilen Endgeräte-Neuabstimmungszeit und der
Zeit zum Umschalten zwischen der Sende- und der Empfangsfunktion
nicht erlauben, wenn Kosten niedrig gehalten werden sollen und der
Verlust von Information, die während
der Umschaltzeitdauer gesendet wird, nicht tolerierbar ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung überwindet
die Nachteile, die zuvor erwähnt
wurden, durch Bereitstellen eines Verfahrens zum Entwerfen von Rahmenstrukturen
hoher Effizienz wie in Anspruch 1 definiert und durch Bereitstellen
eines Systems nach Anspruch 11. Dies ermöglicht ein System mit einer
ausgerichteten Zeitschlitzzuteilung mit Rahmenträgern mit Zeitmultiplexzugriff
(TDMA), die einfache kostengünstige
Handgeräte in
einer Einzelsprung-Kommunikation zwischen mobilen Endgeräten über eine
Satellitenverbindung ohne eine Verschlechterung der Rahmenbenutzungseffizienz
benutzen. Die kostengünstigen
Handgeräte
benutzen ein relativ einfaches mobiles Endgerätesteuerungssignal (MMC) als
eine Frequenz und Synchronisationsreferenz und benötigen nur
eine digitale Signalverarbeitungs(DSP)-Verbesserung, um dieser zusätzlichen
Verarbeitungsfähigkeit
gerecht zu werden. Korrektursignale werden den Endgeräten, beispielsweise
Handgeräte, über Satellit
von einem Haupt-Gateway bereitgestellt. Die Korrektursignale sind
auf einem MMC-Träger
unabhängig von
den Handy-zu-Handy-Kommunikationssignalen, so dass die Notwendigkeit
für eine
Doppelsprungübertragung
und dessen Signalverzögerung
vermieden wird, die für
Sprachkommunikation nicht erwünscht
ist. Diese MMC-Kanäle
stellen vorzugsweise Signale für
das Anklopfen, für
den Short-Message-Service und für
Funktionen für
den Anrufabbruch, wie beispielsweise die Beendigung eines Anrufs
bei einer Unterbrechung an einem mobilen Endgerät und Senden eines Signals
von dem System beim Unterbrechen eines Endgeräts bereit, um das Endgerät in den
Stand-by-Modus zurückzusetzen.
Ein Haupt-Gateway hört
auf das Empfangs- und Sendesignal in anderen Empfangs- und Sendeträgern, um
die Frequenz- und Synchronisationskorrekturen zu erzeugen, die zum
Ausliefern auf dem MMC-Träger
erforderlich sind.
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Die
Zuordnung bzw. Zuteilung entsprechend der vorliegenden Erfindung
stellt eine Rahmenstruktur bereit, die es dem Handgerät ermöglicht,
das Korrektursignal in einem Abschnitt des TDMA-Rahmens zu empfangen,
wenn es Handy-zu-Handy-Kommunikationssignale
weder sendet noch empfängt.
Die drei Handgerätefunktionen,
Sendekommunikationssignal, Empfangskommunikationssignal und Empfangs-MMC-Referenzsignal
sind wohlüberlegt
zeitversetzt in dem Sende- und Empfangs-TDMA-Rahmen, so dass eine Rahmeneffizienz
von bis zu 100 % auftritt. Diese Anordnung der Funktionen in der
Zeit wird als Zeitschlitzzuteilungsplan bezeichnet und wird von
dem Verfahren bereitgestellt, das nach der vorliegenden Erfindung
ausgeführt
wird.
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Die
Erfindung umfasst ein Verfahren zum Entwerfen des Plans, der ausreichend
tolerant gegenüber Variationen
der Entfernung zu dem Satelliten von verschiedenen mobilen Nutzern
ist, so dass alle Nutzer innerhalb eines Strahls die gleiche exakte
Sende/Empfangszeitschlitzbeziehung nutzen können. Die Toleranz des Zuordnungsalgorithmus
gegenüber
Entfernungsvariationen erlaubt ebenfalls den Betrieb mit einem Satelliten
in einer geneigten Umlaufbahn. Keine Betriebsänderungen sind erforderlich,
wenn die Entfernung zwischen den Benutzern und dem Satelliten während einer
24-Stunden-Zeitdauer variiert. Ebenfalls stellt das Verfahren eine
ausreichende Schutzzeit vor und nach jeder Handgerätefunktion
bereit, um dem Handgeräteumschalten
und Neuabstimmen zwischen dem Empfangs-, Sende- und MMC-Träger Rechnung
zu tragen und um eine relative Bewegung zwischen dem Satelliten
und einem Benutzer während
eines Anrufs gerecht zu werden, ohne komplexe und teure Diplexerfilter
zu benötigen.
Schließlich
ist der Zuordnungsplan auf jeden und alle Strahlen innerhalb des
Abdeckungsgebiets anwendbar.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
wird ein geostationärer
Satellit benutzt, um eine Vielzahl von Strahlen bereitzustellen,
wobei vorzugsweise jeder Strahl innerhalb eines Abdeckungsgebiets
eine Strahlbreite von etwa 0,69 Grad besitzt. Das Abdeckungsgebiet
ist vorzugsweise innerhalb des 20°-Boden-Elevationswinkels
zu dem Satelliten enthalten. Eine Satellitenkommunikation von Handy
zu Handy wird erreicht, indem ein TDMA-Format verwendet wird, vorzugsweise
mit einer Rahmen länge
von 40 Millisekunden, die in acht Zeitschlitze unterteilt sind,
wobei jeder Zeitschlitz vorzugsweise weiter in drei Teilschlitze
unterteilt ist. Ein Handgerät
benutzt zwei geeignet getrennte Zeitschlitze von dem TDMA-Rahmen
zum Senden und Empfangen von Kommunikation auf Handy-zu-Handy-Trägern. Die
Frequenz/Synchronisationsinformation ist von einer Vielzahl, vorzugsweise
drei, MMC-Signale verfügbar,
die auf einem getrennten Gateway zu Handyträger (GW-MT) in dem Strahl bereitgestellt
sind.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
belegt jeder MMC-Kanal einen Teilschlitz und die minimale Schutzzeit
zwischen allen zwei Handgerätefunktionen
ist vorzugsweise zwei Drittel eines Schlitzes. Eine alternative
Anordnung der bevorzugten Ausführungsform
widmet sich dem Fall, bei dem längere
MMC-Signale gewünscht
sind. Beispielsweise können
die MMC-Signale länger
sein aufgrund zusätzlicher
Benutzer oder Anrufsystemfunktionen, wie beispielsweise Anrufwarten,
Short-Message-Service,
Funktionen für
den Abbruch, Anrufweiterleitung, Anrufsperren, Anrufabschluss einschließlich dem
Halte und Anklopfen, die Rufnummeridentifikation und Anrufmodifikation,
wie beispielsweise Mehrteilnehmerdienst. In diesem Fall belegt jedes MMC-Signal
vorzugsweise zwei Teilschlitze und die minimale Schutzzeit zwischen
zwei Handgerätefunktionen wird
vorzugsweise auf ½ eines
Schlitzes reduziert.
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Im
Ergebnis liefert die vorliegende Erfindung ein Verfahren und Werkzeuge
zum Strukturieren des Zeitrahmens in TDMA-Trägern, in denen der MMC, Empfangsschlitz
und die Sendeschlitze zugeteilte Orte innerhalb des Rahmens in einer
Anordnung belegen, die negative Auswirkungen aufgrund von Endgerätebewegungen,
Satellitenbewegung, Umschaltzeiten, Strahlfehlern und Satellitenneigung
vermeiden. Die Erfindung stellt eine vollständige Übertragung der übertragenen
Information bereit, indem Teilschlitzzuordnungen verwendet werden,
zugeordnete Positionen der Schutzzeitteilschlitze, definierte Steuerungs(MMC)-Teilschlitze
und positionierte Kommunikationsschlitze sowohl zum Empfangen als
auch zum Senden von Information benutzt werden. Zusätzlich stellt
die vorliegende Erfindung eine Frequenz und Synchronisationsreferenz
für kostengünstige Handgeräte bereit.
Zusätzlich
ist das Verfahren auf die Übertragungen
von Handys zu einem Gateway anwendbar sowie auf Handy-zu-Handy-Verbindungen
in dem Kommunikationssystem. Der Zuteilungs- bzw. Zuordnungsplan minimiert die Anzahl
der MMC-Schlitze, um mehr Zeitschlitze und Satellitenleistung für die Kommunikation
zu sparen. Nichtsdestotrotz garantieren eine ausreichende Anzahl
von MMCs, vorzugsweise drei gleichmäßig beabstandete Zeitteilschlitze,
dass die Aufgaben der hohen Rahmeneffizienz erreicht werden, während dem
geforderten Rahmen-Offset Rechnung getragen wird. Ein Vorteil des
Zuordnungsplans der bevorzugten Ausführungsform besteht darin, dass
die MMC-Zuordnung
für die
Länge eines
Anrufs gut ist und eine Änderung
der Kanalzuordnungen in dem Rahmen vermeidet.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnung
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Die
vorliegende Erfindung wird deutlicher durch Bezugnahme auf die nachfolgende
detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform verstanden, wenn
sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen gelesen wird,
in denen durchgehend gleiche Bezugszeichen gleiche Teile in den
Ansichten bezeichnen und in denen:
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1 eine
schematische Ansicht eines Satellitensystems ist, in dem die Rahmenzuordnung
umgesetzt ist, die entsprechend der vorliegenden Erfindung aufgebaut
ist;
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2 eine
schematische Darstellung eines Modulationsschemas ist, das eine
bekannte Anordnung zur Kommunikation mit dem in 1 gezeigten
System benutzt;
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3 eine
Tabelle eines Rahmen-Offsets über
den Strahl und ein Neigungsbereich der Satellitenumlaufbahnanalyse
ist;
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4 eine
Tabelle der Berechnungsmethoden des Rahmen-Offsets ist, der mit
der Bewegung eines mobilen Benutzers verknüpft ist in einer Analyse entsprechend
der vorliegenden Erfindung;
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5 eine
schematische Darstellung des Gesamtbereichs des Rahmen-Offsets entsprechend
der vorliegenden Erfindung ist;
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6 eine
schematische Ansicht eines Werkzeugs zur Bestimmung der erlaubten
Empfangs- und Sendeschlitzzuordnungen als eine Funktion des Rahmen-Offsets
für jeden
möglichen
MMC-Ort ist;
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7 eine
Tabelle ist, die die Empfangs- und Sendeschlitzzuordnungen bei einem
ausgewählten MMC-Schlitz
demonstriert;
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8 eine
graphische Darstellung eines MMC-Lokators ist, wo ein ausgewählter Empfangsschlitz
und ein ausgewählter
Sendeschlitz identifiziert wurden;
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9A und 9B Tabellen
sind, die einen Schlitzzuordnungsplan für einen Rahmen entsprechend der
vorliegenden Erfindung identifizieren;
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10 eine
Vergleichstabelle der Schlitzzuordnungen entsprechend der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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11 eine
Tabelle ist, die die relativen Satellitenleistungsanforderungen
darstellt, um die MMCs für die
Schlitzzuordnungen entsprechend der vorliegenden Erfindung zu tragen;
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12A und 12B einen
Schlitzzuordnungsplan darstellen, bei dem der MMC-Schlitz 2/3 und die Schutzzeit
die Hälfte
eines Schlitzes ist;
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13 eine
Tabelle des Schlitzzuordnungsplans zur Benutzung in einem mobilen
Endgerät
für die Gateway-Übertragung
ist; und
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14 eine
vergrößerte Darstellung
des gesamten Abdeckungsgebiets ist, das in 1 gezeigt
ist.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Es
wird zunächst
auf 1 Bezug genommen, in der ein mobiles Kommunikationssystem 20 gezeigt ist,
das einen geostationären
Satelliten 22 und ein Haupt-Gateway 24 umfasst, das den
Satelliten und die gesamte Kommunikationsaktivität in dem Netzwerk steuert.
Ein Intranetzwerk-Kommunikationsteilsystem (INCS) handhabt die Steuerungsinformation
zwischen dem Haupt-Gateway 24 und einem oder mehreren Metrogateways 26.
Die Gateways 24 und 26 kommunizieren mit dem Satelliten 22 über Ku-Band-Speiseverbindungen.
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Zusätzlich umfasst
das System mobile Endgeräte
(MT), die schematisch durch das Handgerät 28 dargestellt sind.
Während
Faxgeräte
und andere Datensendeendgeräte
mobile Endgeräte 28 bilden
können,
stellt jedoch das Handgerät
das einfachste Gerät
dar, das in dem mobilen System funktionieren sollte. Eine Kommunikation
zwischen den Handgeräten 28 erfolgt über L-Band-Mobilverbindungen
einschließlich
einer Vielzahl von Strahlen 32, die in Mehrstrahlzellen
geclustert sind, beispielsweise eine Siebenstrahlzelle 32.
Für einen Anruf
zwischen einem mobilen Endgerät
und einem öffentlichen
Telefonnetz fließt
der Telekommunikationsverkehr zwischen dem Gateway und dem Satelliten
auf der Ku-Speiseverbindung und zwischen dem mobilen Endgerät 28 und
dem Satelliten 22 auf der L-Band-Mobilverbindung. Eine
einzelne Zweiwege-Satellitenschaltung wird benutzt.
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Für einen
Anruf von einem mobilen Endgerät
zu einem mobilen Endgerät
fließt
der Telekommunikationsverkehr zwischen den mobilen Endgeräten 28 über den
Satelliten 22 auf der L-Band-Mobilverbindung in einem einzelnen
Sprung. Zwei Zweiwege-Satellitenschaltungen werden eingesetzt, eine
für jedes
mobile Endgerät.
Eine einzelne Schaltung wird einem Zeitschlitz in einem TDMA-Träger zugeordnet.
Jeder Träger
hat eine eindeutige Frequenz und die L-Band-Frequenz wird über die
Strahlen wiederverwendet, um Bandbreiten einzusparen, obgleich die
gleiche Frequenz in den benachbarten Strahlen oder in Zellen benachbart
zu dem Strahl nicht benutzt werden.
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Wenn
ein Anruf von einem mobilen Endgerät zu einem mobilen Endgerät initiiert
wurde, bestimmt im Allgemeinen das Kommunikationssystem, in welchem
Strahl jedes der mobilen Endgeräte 28 sich
befindet. Das System alarmiert das angerufene mobile Endgerät 28,
dass eine Anrufanforderung angekommen ist. Das angerufene mobile
Endgerät 28 antwortet
und es wird eine Kanalzuordnung belegt. Das System wählt einen zugewiesenen
Kanal aus und sendet eine L-Band-Frequenz und Zeitschlitzzuordnung
zu dem anrufenden mobilen Endgerät 28.
Das System wählt
einen zweiten zugeordneten Kanal aus dem Pool aus und sendet eine L-Band-Frequenz
und Zeitschlitzzuteilung an das angerufene mobile Endgerät 28.
Das System befiehlt dem Satellitennutzlastprozessor ebenfalls, die
Frequenz- und Zeitschlitzzuordnung für jede Richtung des Anrufs aufzubauen.
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Bezug
nehmend auf 2 enthält der TDMA-Träger 34 Zeitschlitze,
denen Sprachkanäle
zugeordnet sind. Wie in 2 gezeigt wurde der Träger mit
der Nummer 1007 einem Sendeschlitz zugeordnet, um Sprache zu dem
Handgerät
zu senden. Innerhalb des Trägers 34 wurde
der TDMA-Kanal 3 als Sprachkommunikationsschlitz 36 aus
dem 40-Millisekunden-8-Kanal-TDMA-Rahmen 38 ausgewählt. Andere
TDMA-Kanäle in dem
gleichen Träger
können
anderen Sprachschaltungen zugeordnet werden. Der Basiskanal oder
Schlitz 36 besteht aus drei Teilschlitzen 40.
Jeder Schlitz kann Overhead-Bits 42 sowie Kommunikationsdatenschlitzbereiche 44 umfassen.
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Die
vorliegende Erfindung baut eine effiziente Rahmenkonstruktion in
diesem Modulationsschema auf, die eine relativ kostengünstige Synchronisationsreferenz
in einer Weise bereitstellt, die eine maximale Rahmeneffizienz von
mobilem Endgerät
zu mobilem Endgerät,
eine maximale Rahmeneffizienz von Gateway zu mobilem Endgerät, einen
minimalen Satelliten-EIRP-Overhead besitzt, und minimiert die Notwendigkeit,
die Handgeräteausstattung
zu modifizieren. Die vorliegende Erfindung stellt ebenfalls eine
hohe Rahmeneffizienz an jedem Punkt der Abdeckung, eine hohe Rahmeneffizienz über dem
Strahl und eine hohe Rahmeneffizienz über einen Tag bereit. Als praktische
Folge wird eine hundertprozentige Effizienz erreicht, um den Verlust
jeglicher übertragener
Information und Daten zu vermeiden. Wie in gestrichelter Linie bei 35 in 2 gezeigt,
wird dies zum Teil durch Einsatz von zumindest einem zusätzlichen
Träger
zur Steuerung oder Kommunikation von Signalen, wie nachfolgend diskutiert
werden wird, erreicht.
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Verschiedene
Betriebsfaktoren beeinflussen die Rahmeneffizienz, den Satelliten-Overhead-EIRP
und die Handgeräteanforderungen.
Diese Faktoren werden analytisch modelliert und nachfolgend mit
aufgenommen.
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Die
Position des mobilen Endgeräts
im Abdeckungsgebiet muss berücksichtigt
werden. Der Satellit ist die Synchronisationsreferenz für den Beginn
eines Senderahmens und den Beginn eines Empfangsrahmens. Am Satelliten
ist der Unterschied zwischen dem Beginn eines Senderahmens und einem
Empfangsrahmen bekannt, wird aber nicht notwendigerweise zusammenfallen
oder durch eine ganzzahlige Anzahl von Rahmen getrennt sein. Ferner
wird ein Benutzer an einer beliebigen Position in dem Abdeckungsgebiet
in einem Rahmen später
empfangen und wird in einem Rahmen früher senden als ein Benutzer
an dem Teilsatelliten. Der Rahmen-Offset (Unterschied zwischen dem
Start des Sende- und des Empfangsrahmens) kann über 25 Millisekunden zwischen
20 Grad Elevationswinkel und 90 Grad Elevationswinkel variieren.
Eine Kompensation für diese
Variation plus die beliebige Offset-Zeitverzögerung zur Verarbeitung des
Sende- und des Empfangsrahmens auf dem Satelliten bedeutet, dass
MTs über
einen gesamten Bereich des Rahmen-Offsets (0-40 Millisekunden) arbeiten
werden.
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Drei
Betriebsfaktoren, die mit den Strahlen verknüpft sind, die den Rahmen-Offset beeinflussen,
den ein Benutzer erfahren wird, sind die Strahlenposition innerhalb
des Abdeckungsgebiets, die MT-Position innerhalb des Strahls und
die Strahlen ausrichtung und die Strahlenidentifikationsfehler. Diese
drei Betriebsfaktoren bestimmen den Rahmen-Offset für einen
Benutzer in einem Strahl in dem Abdeckungsgebiet. Die analytische Methode
für die
bevorzugte Ausführungsform
ist in 3 (rechte Spalte) dargestellt. Der Worst-Case-Strahl ist
in einem Elevationswinkel von 25,8 Grad positioniert, derart, dass
ein Strahlenrand an einem 20-Grad-Elevationswinkel liegt. Die kürzeste und
die längste Übertragungszeit
zu dem Satelliten für
den Strahl wird berechnet. Der Rahmen-Offset über den Strahl wird als das
Zweifache der Differenz der Sendezeit (6,64 Millisekunden) berechnet.
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Der
Strahl wird mathematisch vergrößert, um
dem Strahlausrichtungsfehler und der Strahlfehleridentifikation
Rechnung zu tragen. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird jeder Wert
als ein Teil, typischerweise 10 % der Bandbreite, betrachtet. Der
Rahmen-Offset wird mit 1,2 multipliziert, um diesen Fehlern Rechnung zu
tragen, was zu einem Gesamtrahmen-Offset über einen Strahl von 7,968
Millisekunden von Spitze zu Spitze führt. Tabelle 1 zeigt ein Rahmen-Offset über dem
Strahl als eine Funktion des Strahlmittelpunktelevationswinkels.
Ein Worst-Case-Wert von 8 Millisekunden wird zu dem nächsten Schritt
der bevorzugten Ausführungsform
weiter getragen als eine obere Grenze für alle Strahlen.
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Es
ist wichtig, dass die Rahmenstruktur und die Schlitzzuordnungsregeln
diese 8-Millisekunden-Spitze-zu-Spitze-Variation im Rahmen-Offset
berücksichtigen.
Wird dies nicht getan, so kann dies zu einem Verlust der Rahmeneffizienz
führen,
falls Belegungs- bzw. Zuordnungsregeln sich als Funktion der MT-Position
im Strahl verändern.
In diesem Fall könnten
Zuordnungen für
Benutzer an dem nördlichen
Strahlextrem-Benutzer in dem südlichen
Strahlextrem blockieren, da beide Benutzer nach dem gleichen Sendezeitschlitz
buhlen. Dieser unerwünschte
Umstand tritt auf, wenn die Schlitzzuordnungsregeln sich als Funktion
der Position innerhalb eines Strahls ändern. Regeln, die diesem Spitze-zu-Spitze-8-Millisekunden-Offset
Rechnung tragen, sind unabhängig
von der Benutzerposition innerhalb des Strahls, und kein Verlust
der Rahmeneffizienz tritt auf.
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Eine
Neigung der Satellitenumlaufbahn verursacht eine Änderung
des Rahmen-Offsets als Funktion der Zeit eines Tags für alle Benutzer
in dem Abdeckungsgebiet. Die schlimmsten Auswirkungen treten bei
20 Grad Elevation Richtung Norden und Richtung Süden des Satelliten auf. Das
Verfahren zum Berechnen dieser Wirkung ist in 3 ebenfalls
gezeigt. Die Sendezeiten zu dem Satelliten für eine ± 5,2 Grad-Inklination werden berechnet. Die Differenz
dieser Sendezeitpunkte multipliziert mit zwei fügt eine tägliche Spitze-zu-Spitze-Variation
des Rahmen-Offsets von 7,246 Millisekunden hinzu. Tabelle 1 zeigt
die Veränderung
des Offsets für
andere Benutzerpositionen, die durch den Elevationswinkel dargestellt
sind. Ein Worst-Case-Wert
von 7,25 Millisekunden von Spitze zu Spitze wird in dieser bevorzugten
Ausführungsform
als oberer Grenzwert des Rahmen-Offsets weitergeleitet.
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Tabelle
1 Rahmen-Offset über dem
Strahl und Neigungsbereich (Ergebnisse)
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Die
Faktoren der Neueinstellungs- bzw. Neuabstimmungszeit eines mobilen
Terminals bzw. Endgeräts (MT)
und die Sende/Empfangsumschaltzeit beeinflussen die erforderliche
Schutzzeit zwischen jeden zwei MT-Funktionen (Empfangsschlitz, Sendeschlitz
und Empfangs-MMC). In gleicher Weise beeinflusst die MT-Bewegung
während
eines Anrufs, die Satellitenbewegung während des Anrufs und die Anrufsdauer
die Schutzzeit. Beispielsweise muss eine ausreichende Schutzzeit
zwischen dem Sende- und dem Empfangsschlitz bereitgestellt werden,
um eine Sende/Empfangs(T/R)-Umschaltung zu ermöglichen und jeglichen Rahmen-Offset
akzeptieren, der von einem Weltraumfahrzeug oder einer MT-Bewegung
verursacht wird. Das Weltraumfahrzeug und die MT-Bewegung werden
in der Schutzzeit berücksichtigt,
um es dem Haupt-Gateway zu erleichtern, die MMC-Zuordnungen zu mobilen
Benutzern während
eines Anrufs umzuschalten. Beispielsweise wird eine ausreichende
Schutzzeit bereitgestellt, um den Zeitschlitz 5b aufrecht zu erhalten,
als MMC für
die Dauer eines gesamten Telefonanrufs. Bezug nehmend auf 9a könnte beispielsweise
ein Benutzer bei einem Rahmen-Offset-Wert von 2,67 an einem Schlitz
0 (R = 0) empfangen und am Schlitz 1 (vgl. schattierte Eintragung)
senden und würde
auf den Zeitschlitz 5b als Synchronisations- und Frequenzreferenz
hören.
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4 zeigt
das Verfahren zur Berechnung des Rahmen-Offsets bzw. Versatzes,
der mit einer MT-Bewegung verknüpft
ist. Es wird angenommen, dass ein MT in einem 20-Grad-Elevationswinkel
Richtung Norden des Satelliten ist. Verschiedene Parameter werden
berechnet und führen
zu der Übertragungszeit
des Weltraumfahrzeugs. Es wird angenommen, dass das MT sich Richtung
Süden mit
100 Kilometer pro Stunde für
30 Minuten bewegt. Die Parameter einschließlich der Übertragungszeit werden wieder
für die
neue MT-Position berechnet. Der Rahmen-Offset ist zweimal die Differenz
der Übertragungszeiten
zu dem Satelliten von den zwei MT-Positionen.
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Die
Tabelle 2 zeigt eine Zusammenfassung der Ergebnisse sowohl der Weltraumfahrzeugbewegung als
auch der MT-Bewegung. Der Term der Weltraumfahrzeugbewegung, der
in Tabelle 2 gezeigt ist, ist einfach die Wirkung der Weltraumfahrzeuggeschwindigkeit
mal der Anrufdauer. Tabelle 1 zeigt, dass im schlechtesten Fall
der Strahl am Rande des Abdeckungsgebiets (Bodenelevationswinkel
(EL = 20°) einen
Offset von 7,246 Millisekunden über
den Bereich der Weltraumfahrzeuginklination erfährt. Das Auftreten dauert 12
Stunden und die mittlere Änderungsgeschwindigkeit
ist 7,246/12 oder 0,604 Millisekunden pro Stunde. An der Äquatorkreuzung
ist die Geschwindigkeit π/2
schneller als der Durchschnitt und die maximale Geschwindigkeit
ist 0,9485 Millisekunden pro Stunde. Dieser Faktor mal der Anrufdauer
führt zu
dem passenden Offset-Wert. Das MT-Bewegungsverfahren ist jenes,
das in 4 benutzt wird. Die Einträge in Tabelle 2 sind für verschiedene
Kombinationen der Geschwindigkeit und der Anrufdauer.
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Ein
Spitzenwert von 0,8 Millisekunden (0,5 für das Weltraumfahrzeug und
0,3 für
das MT) wird in der bevorzugten Ausführungsform als eine obere Grenze
für alle
Benutzer weitergeführt.
Der 0,8-Millisekunden-Wert ist extrem zurückhaltend und wird nur gewählt, da
das System sich leicht darauf einstellen kann. Eine realistischere
obere Grenze wäre
für einen
10-Minuten-Anruf, bei dem der Weltraumfahrzeugbewegungsterm 0,16
Millisekunden und der MT-Bewegungsterm 0,10 Millisekunden ist. Die
realistische Gesamtsumme könnte dann
0,26 Millisekunden sein.
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Tabelle
3 zeigt diese 0,80 Millisekunden als Rahmen-Offset für die schlechteste
Bewegungsannahme kombiniert mit den 2,2-2,5 Millisekunden der MT-Umschaltzeit,
die in Fall 1 angegeben wurde. Dieser Wertebereich für die Umschaltzeit
oder Neuabstimmungszeit stimmt überein
mit der aktuellen Technologie (Common Air Interface, CAI) für die Basisarchitektur
des Handgeräts.
Der Gesamtrahmen-Offset der in Tabelle 3 aufgelisteten Offsets wird
von einer Schutzzeit begleitet, die zwischen jeweils zwei der drei
Handgerätefunktionen platziert
ist. Die gesamte geforderte Schutzzeit ist gerade unter 2/3 Schlitz
für Fall
1.
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Fall
2 widmet sich der Situation, bei der keine Terme für die Weltraumfahrzeug
oder MT-Bewegung umfasst sind. Dies hat gewisse Auswirkung auf die
MMC-Zuordnungen
zu den Benutzern, wie nachfolgend noch diskutiert werden wird.
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Tabelle
4 zeigt die Schutzzeit für
Fall 1, die vor und nach einem Empfangskommunikationsschlitz positioniert
wird. Diese sich ergebende Schutzzeit wird auch vor und nach der
MMC-Empfangsfunktion angewendet. Wenn die Schutzzeit um die Empfangsfunktionen
platziert ist, wird keine weitere Schutzzeit für den Sendekommunikationsschlitz
erforderlich.
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TABELLE
3. Gesamte Schutzzeit
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TABELLE
4 – Schlitz-
und Schutzzeitanordnung
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Tabelle
5 fasst die Wirkungen zusammen, die zuvor beschrieben wurden und
zeigt quantitativ die Auswirkung für jede Gruppe von Faktoren.
All diese Ergebnisse werden bei der bevorzugten Ausführungsform
weitergetragen.
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5 zeigt
Benutzerschlitze in einem Rahmen, der auf jeder Seite durch 4 Millisekunden
begrenzt ist für
Variationen über
einen Strahl (8 Millisekunden Spitze zu Spitze). Zusätzlich wird
diese Anordnung auch nach links und rechts um 3,6 Millisekunden
verschoben gezeigt, um der Satelliteninklination Rechnung zu tragen
(7,25 Millisekunden Spitze zu Spitze).
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Eine
vorläufige
Schlussfolgerung an diesem Punkt ist das zur Anpassung der Variation über einen Strahl
der Schlitzzuteilungsplan für
einen Rahmen-Offset-Bereich
von ± 4
Millisekunden oder ± 0,8
Schlitze konstant sein sollte. Um sich an eine Variation über einem
Strahl und über
einen Tag anzupassen, sollte der Schlitzzuteilungsplan für einen
Rahmen-Offset-Bereich von ± 7,6
Millisekunden oder ± 1,52
Schlitze konstant sein. Die Bedeutung dieser Schlussfolgerung ergibt
sich leicht aus dem nächsten
Abschnitt.
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TABELLE
5 – Auswirkungen
der Betriebsfaktoren
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Die
in Tabelle 3 und Tabelle 4 angegebenen Daten zeigen, dass für Fall 1
eine Schutzzeit von 2/3 Schlitzen zwischen den verschiedenen MT-Funktionen
des Sendesignals, Empfangssignals und Empfangs-MMC benötigt wird.
Die Sende- und Empfangssignale belegen jeweils einen 5-Millisekunden-Schlitz
innerhalb des Rahmens. Die minimal mögliche Größe eines MMC beträgt 1,66
Millisekunden oder 1/3 Schlitz. Diese zwei Parameter bilden die
Basis für
eine mögliche
Rahmenstruktur. Die verbleibenden offenen Rahmenstrukturprobleme
sind die Anzahl und der Ort der MMCs, die auf dem GW-MT-Träger bereitgestellt
werden. Für
eine Rahmeneffizienz von 100 % müssen
zumindest zwei MMCs auf dem GW-MT-Träger benutzt werden, um einen
Signalempfang oder Übertragung
zeitgleich auf dem MT-MT-Kommunikationsträger (in Rahmenschlitzen gleicher
Nummer getragen) zu ermöglichen,
und um die bereits benutzte beliebige Zeitschlitzzeitübereinstimmung
mit dem gewählten
ersten MMC-Zeitschlitz zu kompensieren. Dieses mobile Endgerät würde dann
den zweiten MMC benutzen, der an anderer Stelle in dem Rahmen des
GW-MT-Trägers
auftritt. Die Anzahl der MMCs kann jedoch weiter ausgewählt werden,
um eine Rahmeneffizienz von 100 % bereitzustellen.
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Drei
Kriterien werden verwendet, um eine mögliche Rahmenstruktur und den
zugehörigen
Schlitzzuteilungsplan zu finden. Diese sind Satellit-Overhead-EIRP,
Handgerätekomplexität und Rahmeneffizienz.
Drei Typen von Rahmeneffizienz werden wie folgt definiert:
- • Einzelpunktrahmeneffizienz
ist 100 %, wenn alle acht Empfangsschlitze jeweils mit einem eindeutigen Sendeschlitz
an einem einzelnen Punkt in der Abdeckung verknüpft sind, und ein Zuteilungsplan
keine Kompensationsauswirkung bezüglich einer Bewegung, wie beispielsweise
die Satellitenumlaufbahnneigung enthält.
- • Strahlrahmeneffizienz
ist 100 %, wenn alle acht Empfangsschlitze jeweils einem eindeutigen
Sendeschlitz zugeordnet sind und die Verbindungsanordnung für Benutzer
irgendwo in einem Strahl konstant ist, aber die Wirkungen der Satellitenumlaufbahninklination
nicht umfasst. Für
diese Situation muss der Schlitzzuteilungsplan über einen Rahmen-Offset-Bereich
von ± 0,8
Schlitze konstant sein.
- • Tagrahmeneffizienz
ist 100 %, wenn alle acht Empfangsschlitze jeweils mit einem eindeutigen
Sendeschlitz verknüpft
sind und die Verbindungsanordnung für Benutzer irgendwo in einem
Strahl zu jedem Zeitpunkt innerhalb eines Tags konstant ist. In
dieser Situation muss der Schlitzzuteilungsplan über einen Rahmen-Offset-Bereich
konstant sein, beispielsweise einem Offset-Bereich von ± 1,52 Schlitzen.
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Die
Lösung
zur Erreichung einer hohen Effizienz (100 %) besteht darin, die
minimale Anzahl von MMCs und deren wirksamsten Positionen innerhalb
des Rahmens zu finden.
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Ein
Berechnungsvorgang wird am besten mittels eines Beispiels erläutert. Beispielsweise
für den
Fall, bei dem die Schutzzeit auf 2/3 Schlitz (Fall 1) und die MMC-Länge auf
1/3 Schlitz eingestellt ist.
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Vier
Schritte in dem Berechnungsvorgang sind wie folgt:
- 1) Finde die erlaubten Empfangs/Sendeschlitzzuordnungen als
Funktion des Rahmen-Offsets für
jeden möglichen
MMC-Ort.
- 2) Finde die MMC-Orte, die es ermöglichen, eine ausgewählte Empfangs/Sendeschlitzzuordnung
als Funktion des Rahmen-Offsets zu machen.
- 3) Benutze die Ergebnisse von Schritt 2, wähle die minimale Anzahl und
den Ort der MMCs aus, die für
eine adäquate
Rahmeneffizienz erforderlich sind.
- 4) Erzeuge die Empfangs/Sendeschlitzzuordnungstabelle.
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Die
mögliche
Kommunikationsschlitz(Empfangs/Sendeschlitz)-Zuordnung wird einfach
mit einem Rechenschieber-ähnlichen
Werkzeug erreicht, das in 6 gezeigt
ist. Der oberste Balken (schattiert) ist der stationäre bzw.
feste Teil des Werkzeugs und zeigt den MMC 48-Ort als Teilschlitz
0a an. Für
diesen MMC-Ort sind die Schlitze 1 bis 6 als mögliche Empfangsschlitze verfügbar.
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Startet
man mit der Empfangsfunktion 50 im Schlitz 1, werden Schutzzeiten 46 um
den MMC 48 und den Empfangsschlitz positioniert. Die Linie "a" zeigt einen Schieberbalken ebenfalls
mit Zeitmarkierungen. Er ist hinsichtlich der Zeit ausgerichtet
mit dem schattierten Balken, der einen Rahmen-Offset von null anzeigt. Auf
der Linie "a" sind die möglichen
Sendeschlitze 52 3 bis 6. Die Linie "b" entspricht
einem Rahmen-Offset von 1/3 Schlitzen (Bewegen des Schiebers entspricht
dem Versetzen der Rahmen). Für
die Linie "b" sind die möglichen
Sendeschlitze wiederum 1 bis 6. 7 zeigt
diese möglichen
Sendeschlitze 52, die unter Empfang in Schlitz 1 für Offset-Werte
von 0 und 0,33 aufgelistet sind. Der Schieber wird wiederholt bewegt
und die möglichen
Sendeschlitze sind in 7 eingetragen. Wenn die Spalte
für Empfang
in Schlitz 1 vollständig
ist, wird die Empfangsfunktion zu Schlitz 2 bewegt und der vorherige
Vorgang wird wiederholt. Wenn 7 für das MMC
in Teilschlitz 0a vollständig
ist, wird das MMC nach Ob bewegt und der Vorgang wird wiederholt.
Obgleich dieser Vorgang mühsam
erscheint, können
all diese Schritte sehr schnell auf einem Kalkulationsblatt ausgeführt werden.
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Ein
vollständiger
Satz von 24 Tabellen (eine für
jeden möglichen
MMC-Ort) liefert eine gründliche
Prüfung,
die zeigt, dass zwei MMCs nicht zu einer Einzelpunktrahmeneffizienz
von 100 % führen
können,
ganz egal, welche beiden MMC-Orte
ausgewählt
werden.
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Ein
Schritt umfasst die Identifikation aller MMC-Orte, die es ermöglichen,
eine ausgewählte
Kommunikationsschlitzzuordnungspaarung (R = Nummer des Rahmenschlitzes,
T = Nummer des Rahmenschlitzes) als eine Funktion des Rahmen-Offsets
vorzunehmen, die am besten in einem Diagramm durchgeführt wird,
in dem die horizontale Achse die 24 Teilschlitze in einem Rahmen
und die vertikale Achse der Rahmen-Offset gemessenen Schlitzen darstellt.
Ein solches Diagramm ist in 8 für den Fall
des Empfangs in Schlitz 2 (R = 2) und dem Senden in Schlitz 3 (T
= 3) gezeigt. MMC-Orte, die zu dieser Empfangs/Sendeauswahl passen,
sind durch alphabetische Buchstaben in der jeweiligen Spalte über dem
geeigneten Bereich des Rahmen-Offsets
gekennzeichnet.
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Die
beiden Dreiecke in 8 sind gleich für jede Auswahl
der Empfangs- und Sendeschlitze, solange die MMC-Länge und
die Schutzzeit konstant sind. Nur die Position der beiden Dreiecke ändert sich,
wenn unterschiedliche Sende/Empfangskombinationen ausgewählt werden.
Falls die Auswahl des Empfangsschlitzes erhöht oder verringert wird, bewegen
sich die beiden Dreiecke zusammen nach rechts bzw. nach links. Falls entweder
die Sende- oder die Empfangszuordnung verändert wird, bewegen sich die
beiden Dreiecke zusammen vertikal. Die Position der Dreiecke für beliebige
Sende/Empfangszuordnungen kann aus der oberen Reihe und der linken
Spalte in 8 bestimmt werden. Die obere
Reihe und die linke Spalte sind mit "generisch" bezeichnet und die Rahmenschlitze und
Offset-Einträge
sind als Funktion von T (Sendeschlitz) und R (Empfangsschlitz) angegeben.
Die nächste
innere Spalte und Reihe listet die spezifischen Werte der Schlitze
und Offsets für
unser Beispiel von R = 2 und T = 3 auf.
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Die
zwei Dreiecke werden ihre Form, Größe und relative Position verändern, falls
die MMC-Länge
und die Schutzzeiten fest sind. Nur ihre kombinierte Position verändert sich
für unterschiedliche
Kombinationen der Empfangs- und Sendeschlitzzuordnungen. Die Dreiecke
dienen dann als charakteristische Funktion für einen vorgegebenen Satz von
MMC und Schutzzeitlängen
und werden zu einem sehr nützlichen
Werkzeug zum Auffinden der Regeln für die MMC-Abstände.
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Ein
anderer Schritt umfasst die Auswahl der Anzahl und des Orts der
MMCs, die erforderlich sind, um eine hohe Rahmeneffizienz zu erreichen.
Die Spalten 0a und 5b in 8 sind schattiert dargestellt.
Falls diese Teilschlitze MMCs enthalten, kann dann R = 2 und T =
3 über
einen Rahmen-Offset-Bereich von 4,67 Schlitzen von Spitze-zu-Spitze
(peak-to-peak) gehalten werden. Dieser Wert ist ausreichend groß, um mit
einem Rahmen-Offset von ± 1,52
Schlitzen zurechtzukommen, der mit der Veränderung über den schlechtesten Strahl und
die Veränderung über den
schlechtesten Tag verknüpft
ist. MTs mit geringeren Werten des Offsets können den MMC in 0a benutzen
und jene mit größeren Werten
können
den MMC in Teilschlitz 5b benutzen.
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Falls
jedoch 8 für
R = 0 neu gezeichnet wird, wird dann die Spalte 0a keine Einträge haben
und Spalte 5b wird nur einen Rahmen-Offset von 2 Schlitzen abdecken,
was nicht ausreicht. Die Lösung
für diese Situation
besteht darin, ein drittes MMC hinzuzufügen. Der Ort muss jedoch sorgfältig ausgewählt werden.
Um einen breiten Bereich von Rahmen-Offsets abzudecken, muss ein
Paar von MMC-Teil schlitzen einen Teilschlitzabstand aufweisen, der
größer oder
gleich acht ist. Diese Tatsache ergibt sich leicht aus der Prüfung der 8.
Eine andere Bedingung für
drei MMCs ist, dass die Summe der drei Abstände gleich 24 sein muss, da die
Teilschlitze sich in diesem Intervall wiederholen.
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Es
gibt nur einen Weg, drei Abstandswerte größer oder gleich 8 aufzulisten,
deren Summe 24 entspricht. Dieser Weg tritt auf, wenn alle drei
Abstände
gleich 8 sind. Die ersten fünf
von 24 akzeptierbaren MMC-Orten sind in Tabelle 6 angegeben.
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TABELLE
6 – Annehmbare
MMC-Orte
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Ein
anderer Schritt umfasst das Erzeugen der Empfangs/Sendeschlitzzuordnungstabelle.
Beispielsweise wird dies für
den schattierten Eintrag in der Tabelle 6 durchgeführt. Diese
Auswahl ist allerdings beliebig. Kein zwingender Grund zur Bevorzugung
eines bestimmten Satzes von MMC-Orten wurde gefunden. Die Empfangs/Sendezuordnungstabelle
für diesen
Fall der MMCs in Teilschlitzen 0a, 2c und 5b ist in 9A und 9B gezeigt.
Die Tabelle wird durch Zusammenstellen der passenden Teile der Daten
in den Tabellen wie 7 für jedes MMC, das dem Teilschlitz
0a, 0b, 0c, etc. in aufsteigender Reihenfolge der Empfangsschlitzzuordnung
zugeordnet ist, aufgebaut.
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Gewisse
Einträge
in 9A und 9B sind
schattiert. Diese Einträge
sollen für
MTs in einem Strahl mit Strahlmittelpunktrahmen-Offset-Werten von
3 ± 1/2
verwendet werden. Für
diese MTs ist die Sendeschlitzzuordnung gleich dem Empfangs schlitz
plus 1 (Modulo 8). Für
die Strahlmittelpunkte mit Offset-Werten nahe 4 ist der Sendeschlitz
gleich dem Empfangsschlitz. Allgemein ist der Sendeschlitz gegeben
durch
T = R + 4 – nächstliegender
ganzzahliger Offset (Mod 8).
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Der
Offset eines Mittelpunkts eines Strahls wird für verschiedene Strahlen über dem
Abdeckungsgebiet bestimmt, beispielsweise durch Bestimmen des Durchschnitts
des größten und
kleinsten Offsets über
dem Strahl. Die Strahlmittelpunkt-Offsets werden allgemein nicht
bei ganzzahligen Werten auftreten. Wir erzeugen deshalb ein Offset-Fenster,
wie links von 9A gezeigt, das einen Schlitz
breit ist und auf ganzzahlige Werte des Offsets zentriert ist. Das
Fenster für
einen Offset-Wert von 3 ist begrenzt in der Offset-Spalte (auf der
linken Seite) von 9A und 9B. Der
nützliche
Bereich des Offsets erstreckt sich 1,84 Schlitze über und
unter das Fenster. Dieser Wert erfüllt leicht die Bedingung von
1,52 Schlitzen, die in 5 gekennzeichnet ist.
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Der
Zuordnungsplan wird kurz nachdem der Satellit gestartet ist erstellt
und die Umlaufbahnparameter werden bestimmt. Diese Zuordnung für jede Strahlmittelpunktposition
auf der Erde wird berechnet, indem der einfache zuvor gegebene Ausdruck
für einen
Zeitpunkt benutzt wird, wenn der Satellit bei 0 Grad Inklination ist.
Die sich ergebenden Sende/Empfangsschlitzverhältnisse für jeden Strahlmittelpunkt sind
dann für
jeden gesamten Strahl über
die Lebensdauer des Satelliten gut.
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Die
Schutzzeit eines 2/3-Schlitzes, die in einer beispielhaften möglichen
Rahmenstruktur verwendet wird, entspricht dem Fall 1 in Tabelle
9. Die Weltraumfahrzeug- und MT-Bewegungsterme sind in der Schutzzeit
enthalten, um die Benutzung der gleichen MMC während des Anrufs zu gewährleisten.
Beispielsweise könnte
ein MT mit einem Rahmen-Offset-Wert von 2,67 die Benutzung von R
= 0 und T = 1 (siehe 9A) zugeordnet werden und könnte die
Benutzung entweder MMC 2c oder 5b zugeordnet werden. Beides wäre für die Dauer
des Anrufs verfügbar,
da die Bewegungsterme in dieser Schutzzeit enthalten wären.
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Alternativ
können
wir die Bewegungsterme löschen,
wenn wir bezüglich
der Zuordnung von MMCs zu MTs sorgfältig sind. Beispielsweise kann
dem MT mit einem Rahmen-Offset von 2,67 5b zugeordnet werden, wenn
der Rahmen-Offset kleiner erwartet wird, oder 2c, wenn der Rahmen-Offset
größer erwartet
wird. Dies macht es erforderlich, zu überwachen, ob die Entfernung
von dem MT zu dem Satelliten zu einem bestimmten Zeitpunkt anwächst oder
sich verringert.
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Ein
alternativer Lösungsweg
besteht darin, die Zuordnung von R = 0 zu dem MT mit dem Offset
von 2,67 zu vermeiden. Statt dessen wird diesem MT ein Empfangsschlitz
zugeordnet, das keinen MMC-Übergang besitzt,
der bei einem Offset-Wert
von 2,67 auftritt. Ein vollständiger
Satz von Übergangspunkten
ist in Tabelle 7 dargestellt. Sie sind nicht zahlreich und ein Algorithmus
ist relativ einfach, um diese zu vermeiden.
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TABELLE
7 – MMC-Übergangspunkte
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Der
gleiche Vier-Schritt-Berechnungsvorgang wird benutzt, um die anderen
Rahmenstrukturen zu berechnen, um deren Leistungsparameter zu bestimmen.
Bei einer MMC-Größe von einem
1/3-Schlitz wurde die Schutzzeit von 0 bis 1 Schlitz in Inkrementen
von 1/3-Schlitz variiert. Zusätzlich
wurde die Schutzzeit bei einem 2/3-Schlitz konstant gehalten und die MMC-Größe wurde
auf einen 2/3-Schlitz erhöht.
Der Fall einer Schutzzeit gleich 0,5 Schlitz wurde ebenfalls als
wünschenswert
be rechnet, wenn die Bewegungsterme aus der Schutzzeit gelöscht werden
(Fall 2 aus Tabelle 3).
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10 stellt
einen Vergleich der Fälle
dar, die hinsichtlich der Anzahl der MMCs betrachtet wurden, die
erforderlich sind, um eine 100%-Rahmeneffizienz zu erreichen. Der
obere Eintrag mit dem dunklen Rahmen ist die beispielhafte Rahmenstruktur,
die zuvor im Detail beschrieben wurde. Es sei angemerkt, dass die Anzahl
der erforderlichen MMCs von drei auf zwei reduziert werden könnte, falls
die Schutzzeit auf 1/3-Schlitz reduziert werden könnte. Dies
würde jedoch
eine wesentliche Reduzierung der Handgeräte Sende/Empfangsumschaltzeit
und der Neuabstimmungszeit für
das Springen zwischen dem MMC-Träger
und den Empfangs/Sendeträgern
erfordern. Keine Reduzierung der MMCs ist bei einer Schutzzeit von
1/2 Schlitz möglich, solange
die MMC-Länge
1/3 Schlitz ist.
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11 zeigt
die relative Satellitenleistungsanforderung, um die MMCs für jeden
betrachteten Fall zu unterstützen.
Eine gewisse Reduktion der Leistung ist möglich bei reduzierter Schutzzeit,
aber mit der gleichen Auswirkung auf das Handgerät, wie zuvor angedeutet.
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Die
Länge des
MMCs ist abhängig
von den Funktionen, wie beispielsweise Anklopfen, etc., die in das Kommunikationssystem
aufgenommen werden sollen. Falls es 1/3 Schlitz lang ist, ist dann
das Entwurfsbeispiel mit einer Schutzzeit eines 2/3-Schlitzes die beste
praktische Wahl. Wie in beiden 10 und 11 angedeutet,
falls das MMC eine Länge
eines 2/3-Schlitzes besitzt, ist es dann wünschenswert, eine kleinere Schutzzeit
eines 1/2 Schlitzes zu benutzen. Der Schlitzzuordnungsplan für ein Beispiel
dieses Typs ist in 12A und 12B dargestellt
für MMCs,
die in den Teilschlitzen 0ab, 2c3a und 5bc liegen. Dieser Plan hat die
gleichen vorteilhaften Eigenschaften wie der Plan in 9A und 9B.
Der Hauptunterschied besteht in der MMC-Länge und den Orten.
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Das
Dreiecksdiagramm der möglichen
MMC-Orte für
diesen Fall werden (wie in 8) zusammen
mit den 24 Tabellen (ähnlich
wie 7) möglicher
Empfangs- und Sendeschlitzzuordnungen
ausgeführt.
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13 zeigt
den Sende/Empfangsschlitzzuordnungsplan für MT-GW-Kommunikation. Dieser
Plan teilt die gleichen vorteilhaften Merkmale wie jeder MT-MT-Schlitzzuordnungsplan
und stimmt überein
mit jedem MT-MT-Plan. Zusätzlich
passt die große
Anzahl der Sendeschlitze, die jedem Empfangsschlitz zugeordnet sind,
leicht für
die Mehrschlitzzuordnungen, die für Fax- und Datenübertragung
erforderlich sind.
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Nachdem
die bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung beschrieben wurde, ergeben sich für den Fachmann viele Modifikationen.
Beispielsweise können
andere beliebige Auswahlen der Rahmenlänge, der Anzahl der Schlitze
und der Teilschlitze, der Anzahl der Schlitze für MMC, der Anzahl der Strahlen
und der Strahlgröße vorgenommen
werden.
