DE69908149T2

DE69908149T2 - System und verfahren für benutzer endgerät takt messung und verbesserung

Info

Publication number: DE69908149T2
Application number: DE69908149T
Authority: DE
Inventors: S. David MILLER; A. Jeffrey LORBECK
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 1998-09-09
Filing date: 1999-09-08
Publication date: 2004-04-01
Anticipated expiration: 2019-09-09
Also published as: US6181912B1; KR100595346B1; WO2000014903A1; EP1110335A1; CN1330817A; KR20020006511A; CA2343112C; CA2343112A1; EP1110335B1; HK1040844A1; DE69908149D1; BR9913545A; AU6029699A; RU2001109239A; JP4607325B2; CN1124707C; HK1040844B; AU772219B2; ATE241232T1; JP2002524963A

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Satellitenkommunikationssysteme und insbesondere auf ein Verfahren und Vorrichtung zum Messen und Korrigieren des Fehlers in einem Benutzerterminaltakt (user terminal clock).
II. Beschreibung des Standes der Technik
Eine Vielzahl von Mehrtachzugriffskommunikationssystemen und -techniken sind zum Transferieren von Information zwischen einer großen Anzahl von Systembenutzern entwickelt worden. Jedoch sehen Spektrumspreizmodulationstechniken, wie zum Beispiel die Spektrumspreiztechnik des Codemultiplexvielfachzugriff (code division multiple access (CDMA)) signifikante Vorteile gegenüber anderen Modulationsschemata vor, insbesondere wenn eine große Anzahl von Kommunikationssystembenutzern versorgt werden. Die Verwendung von CDMA-Techniken in Mehrfachzugriffkommunikationssystemen ist in der US-Patentschrift Nr. 4,901,307, die am 13. Februar 1990 erteilt wurde, betitelt „Spread Spectrum Multiple Access Communication System Using Satellite Or Terrestrial Repeaters", sowie in dem US-Patent Nr. 5,691,974, das am 25. November 1997 erteilt wurde, betitelt „Method And Apparatus For Using Full Spectrum Transmitted Power In A Spread Spectrum Communication System For Tracking Individual Recipient Face Time And Energy" offenbart, wobei beide dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung zugewiesen sind.
Diese Patente offenbaren Kommunikationssysteme, in denen eine große Anzahl von im allgemeinen mobilen bzw. entfernten Systembenutzern oder Teilnehmereinheiten („Benutzerendgeräte" bzw. Benutzerterminals) zumindest einen Transceiver verwenden, um mit anderen Benutzerendgeräten oder Benutzern von anderen verbundenen Systemen, wie zum Beispiel einem öffentli chen Wählnetz zu kommunizieren. Kommunikationssignale werden entweder durch Satellitenrepeater und Gateways oder direkt zu terrestrischen Basisstationen (auf die auch manchmal als Zellenstandorte oder Zellen Bezug genommen wird) transferiert werden.
In einem modernen Satellitenkommunikationssystem ist das Timing entscheidend. Solche Systeme teilen zum Beispiel typischerweise Kommunikationskanäle in „Rahmen" bzw. „frames", wobei jeder Rahmen eine bekannte Zeitdauer hat. Um die Verwendung von solchen Rahmen zu optimieren müssen die Gateways oder Basisstationen und die Benutzerendgeräte ein Verfahren verwenden um eine Synchronisation sicher zu stellen. Daher ist jedes Benutzerendgerät mit einer Einrichtung versehen, um eine Timing-Referenz vorzusehen. Eine ideale Zeitreferenz würde das Benutzerendgerät mit einem Signal einer bekannten Frequenz versorgen.
Ein lokaler Oszillator wird oft verwendet um eine Timing-Referenz in dem Benutzerendgerät vorzusehen. Kein lokaler Oszillator ist jedoch perfekt. Lokale Oszillatoren bzw. Lokaloszillatoren unterliegen einer Frequenzdrift. Wenn die Frequenz des Lokaloszillators driftet ist die Synchronisation verloren.
Ein Ansatz um Frequenzdrift eines Lokaloszillators zu minimieren ist es, einen noch genaueren Lokaloszillator herzustellen. Jedoch sind solche extrem stabilen Lokaloszillatoren in der Herstellung sehr teuer.
Ein weiterer Ansatz, der allgemein in Zellentelefonsystemen verwendet wird, beinhaltet die Verwendung eines spannungsgesteuerten, temperaturkompensierten Quarzoszillator (voltage controlled temperature compensated cristal oszillator (VTCXO)). Der VTCXO ist gegenüber Frequenzdrift, die aufgrund von Temperaturveränderungen bewirkt ist, im hohen Maße resistent. Zusätzlich kann die Ausgabefrequenz eines VTCXO durch Veränderung einer Eingangsspannung an den VTCXO gesteuert werden.
In solch einem Zellentelefonsystem ist jedes Benutzerendgerät mit einem VTCXO versehen. Jedes Benutzerendgerät überwacht ein Pilotsignal, das von einer Basisstation gesendet wird. Das Benutzerterminal verwendet die Frequenz des Pilotsignals als eine Timing-Referenz um die Ausgabefrequenz des VTCXO durch Veränderung der Eingangsspannung, die hieran angelegt ist, anzupassen. Solch ein Ansatz kann in Zellentelefonsystemen verwendet werden, da die relativen radialen Geschwindigkeiten zwischen den Basisstationen und der Benutzerendgeräte gering sind. In einigen Satellitenkommunikationssystemen, wie zum Beispiel Satellitenkommunikationssystemen mit niedriger Erdumlaufbahn (low earth orbit (LEO)) können die relativen radialen Geschwindigkeiten zwischen einem Satelliten und einem Benutzerendgerät sehr groß sein. Diese große relative radiale Geschwindigkeit legt dem Pilotsignal eine große Dopplerverschiebung auf, was es als Timing-Referenz unbrauchbar macht.
Die Dopplerverschiebungen sind besonders akut in einem LEO-Satellitensystem. Bei einem LEO-Satelliten mit einer Geschwindigkeit von 7 Kilometer/Sekunde ist die Dopplerverschiebung zum Beispiel aus der Sicht des Benutzerendgerätes ungefähr 20 parts/million (ppm) am Horizont. Für einen LEO-Satelliten, der auf dem S-Band (ungefähr 2,5 Gigahertz) sendet, entspricht einer Dopplerverschiebung von 2 ppm einer 50 Kilohertz-Frequenzverschiebung. Solche Frequenzverschiebungen führen dazu, dass das Pilotsignal als Timing-Referenz nicht verwendbar ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und Vorrichtung, das bzw. die zur Bestimmung des akkumulierten Fehlers in einem Benutzerendgerättakt (user terminal clock) oder in einem Satellitenkommunikationssystem einsetzbar ist. Das Satellitenkommunikationssystem beinhaltet ein Gateway, einen Satelliten mit einer bekannten Position und bekannter Geschwindigkeit, und ein Benutzerendgerät mit einem Deskew-Puffer bzw. Ausgleichspuffer, und zwar getaktet mit einem Benutzerendgerättakt. Das Verfahren beinhaltet die Schritte des Berechnens der Einwegsignalverzögerung zwischen dem Satelliten und dem Benutzerendgerät bzw. Benutzerterminal, Berechnen einer gewünschten Deskew-Puffer-Verzögerung basierend auf der berechneten Einwegsignalverzögerung und einem vorbestimmten Maximalwert der Einwegsignalverzögerung, und Berechnen des akkumulierten Fehlers in dem Benutzerendgerät- bzw. Benutzerterminaltakt basierend auf der gewünschten Deskew-Puffer-Verzögerung und der tatsächlichen Deskew-Puffer-Verzögerung.
Die Einwegsignalverzögerung zwischen dem Satelliten und dem Benutzerterminal wird basierend auf der Umlaufzeitverzögerung von Signalen, die von dem Gateway zu dem Benutzerterminal und zurück zu dem Gateway geschickt werden, der tatsächlichen Deskew-Pufferverzögerung, die den durch das Benutzerterminal empfangenen Signalen durch den Deskew-Puffer auferlegt wird, und der bekannten Position und bekannten Geschwindigkeit des Satelliten berechnet. Der vorbestimmte maximale Wert der Einwegsignalverzögerung (one-way signal delay) ist die maximal möglich Einwegsignalverzögerung zwischen dem Satelliten und dem Benutzerterminal (d. h. dann, wenn der Satellit in der Nähe des Horizonts ist). Die tatsächliche Deskew-Pufter-Verzögerung wird basierend auf der Zahl von Speicherstellen, die zwischen dem Schreibzeiger und dem Lesezeiger des Deskew-Puffers liegen, und entweder dem Deskew-Puffer-Schreibintervall oder dem Deskew-Puffer-Leseintervall berechnet.
Somit wird gemäss einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein System zum Bestimmen des akkumulierten Fehlers in einem Benutzerterminaltakt über eine vorbestimmte Periode gemäss Anspruch 1 vorgesehen.
Gemäss einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren zum Bestimmen des akkumulierten Fehlers in einem Benutzerterminaltakt über eine vorbestimmte Periode gemäss Anspruch 8 vorgesehen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Merkmale, Ziele und Vorteile der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden aus der unten folgenden detaillierten Beschreibung noch offensichtlicher, wenn diese in Zusammenhang mit den Zeichnungen gesehen wird, in denen gleiche Bezugszeichen Entsprechendes durchgängig identifizieren, und wobei die Figuren Folgendes zeigen:
1 stellt ein beispielhaftes drahtloses Kommunikationssystem dar; 2 stellt einen beispielhaften Transceiver für die Verwendung in einem Benutzerterminal dar;
3 beschreibt eine beispielhafte Übertagungs- und Empfangsvorrichtung für die Verwendung in einem Gateway;
4 präsentiert zwei Zeitlinien, die verwendet werden um eine Beispieianwendung von Deskew-Puffern darzustellen, bei der eine Zeitausrichtung zwei Diversity-Signalen auferlegt wird;
5 beschreibt einen Teil eines Deskew-Puffers; 6 zeigt einen Teil eines Deskew-Puffers;
7 ist ein Flussdiagramm das den Betrieb eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung bei der Korrektur eines Benutzerterminaltaktfehlers unter Verwendung einer Deskew-Verzögerungsfehlermessung beschreibt;
8A, B, C und D zeigen graphisch vier Timing-Fehlerszenarios;
9A, B, C, D, E und F zeigen graphisch sechs Timingkorrekturfälle;
10 zeigt einen Entscheidungsbaum, der verwendet wird, um den korrekten der sechs Timingkorrekturfälle auszuwählen; und
11 ist ein Schaltungsblockdiagramm, das einen Teil eines Zeitkorrekturcontrollers gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGS-BEISPIELE
1. Einleitung
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind besonders geeignet für die Verwendung in Kommunikationssystemen, die Satelliten mit einer niedrigen Erdumlaufbahn (low earth orbit (LEO)) einsetzen. Es ist jedoch für einen Fachmann auf diesem Gebiet offensichtlich, dass das Konzept der vorliegenden Erfindung ebenso auf Satellitensysteme, die nicht für Kommunikationszwecke eingesetzt werden, verwendet werden kann. Die Erfindung ist ebenso auf Satellitensysteme anwendbar, in denen die Satelliten auf nicht-LEO-Orbits sich bewegen, oder auf Nicht-Satelliten-Repeater-Systeme.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung wird unten im Detail diskutiert. Während spezifische Schritte, Konfigurationen und Anordnungen diskutiert werden, ist anzumerken, dass dieses lediglich aus Gründen der Darstellung geschieht. Ein Fachmann auf dem Fachgebiet wird erkennen dass andere Schritte, Konfigurationen und Anordnungen verwendet werden können ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung könnten in einer Vielzahl von drahtlosen Informations- und Kommunikationssystemen Anwendung finden, inklusive derjenigen die für Positionsbestimmung und Satelliten- und terrestrische Zellentelefonsysteme bestimmt sind. Eine bevorzugte Anwendung findet sich in CDMA drahtlosen Spreizspektrumkommunikationssystemen im Telefondienst.
II. Ein typisches Satellitenkommunikationssystem
Ein beispielhaftes drahtloses Kommunikationssystem, in dem die vorliegende Erfindung nützlich ist, ist in der 1 dargestellt. Es ist in Erwägung zu ziehen, dass dieses Kommunikationssystem, Kommunikationssignale des CDMA-Typs verwendet, was jedoch keine Bedingung ist. In einem Teil eines Kommunikationssystems 100, das in der 1 dargestellt ist, werden eine Basisstation 112, zwei Satelliten 116 und 118 und zwei zugeordnete Gateways oder Hubs 120 und 122 dargestellt, die Kommunikation zwischen zwei Fernbenutzerendgeräten 124, 126 erbringen. Typischerweise sind die Basisstationen und die Satelliten/Gateways Komponenten von separaten Kommunikationssystemen, auf die als terrestrisch- und satellitengestützt Bezug genommen wird, obwohl dies nicht notwendig ist. Die Gesamtzahl von Basisstationen, Gateways und Satelliten in solchen Systemen hängt von der gewünschten Systemkapazität und anderen Faktoren, wie es auf dem Fachgebiet bekannt ist, ab.
Die Benutzerendgeräte 124 und 126 beinhalten jeweils ein drahtloses Kommunikationsgerät, wie zum Beispiel, jedoch nicht hierauf beschränkt, ein Mobiltelefon, einen Datentransceiver, oder einen Paging- oder Positionsbestimmungsempfänger, und kann je nach Wusch tragbar oder fahrzeuggestützt sein. Im Folgenden werden die Benutzerendgeräte als tragbare Telefone dargestellt. Es ist jedoch anzuerkennen, dass die Lehren der Erfindung ebenso auf feste Einheiten, wo ein Ferndrahtlosdienst erwünscht wird, was „indoor" sowie „open air" Einsatzorte beinhaltet, anwendbar sind.
Im Allgemeinen decken die Strahlen (beams) von Satelliten 116 und 118 verschiedene geographische Gebiete in vordefinierten Mustern ab. Strahlen mit verschiedenen Frequenzen, worauf auch als CDMA-Kanäle oder „Teilstrahlen" Bezug genommen wird, können so ausgerichtet sein, dass sie dasselbe Gebiet überlappen. Es ist ebenso für den Fachmann ersichtlich, dass Strahlabdeckung oder Versorgungsgebiete für mehrere Satelliten, oder Antennenmuster für mehrere Basisstationen so konstruiert sein können, dass sie sich komplett oder teilweise in einem gegebenen Gebiet überlappen können, und zwar in Abhängigkeit von der Konstruktion des Kommunikationssystems und der Art des Dienstes, der angeboten wird, und abhängig davon ob Raum-Diversity bzw. -Vielseitigkeit erreicht wird.
Eine Vielzahl von Mehrsatellitenkommunikationssystemen wurde vorgeschlagen, wobei ein Beispielsystem in der Größenordnung von 48 oder mehr Satel liten einsetzt, die in 8 verschiedenen Umlaufebenen in LEO-Orbits sich bewegen, um eine große Anzahl von Benutzerendgeräten zu versorgen. Der Fachmann wird jedoch leicht erkennen, wie die Lehren der vorliegenden Erfindung auf eine Vielzahl von Satellitensystemen und Gateway-Konfigurationen anwendbar sind, inklusive anderer Orbitalabstände und Konstellationen. Gleichzeitig ist die Erfindung gleichermaßen auf terrestrisch gestützte Systeme mit verschiedenen Basisstationskonfigurationen anwendbar. In der 1 sind einige mögliche Signalwege dargestellt, und zwar für Kommunikationen die zwischen Benutzerendgeräten 124 und 126 und Basisstation 112, oder durch Satelliten 116 und 118, mit Gateways 120 und 122 aufgebaut sind. Die Basisstations-Benutzerendgerätkommunikationsverbindungen sind durch Linien 130 und 132 dargestellt. Die Satellit-Benutzerendgerät-Kommunikationsverbindungen zwischen Satelliten 116, 118 und Benuterendgeräten 124 und 126 sind durch Linien 140, 142 und 144 dargestellt. Die Gateway-Satellit-Kommunikationsverbindungen zwischen Gateways 120 und 122 und Satelliten 116 und 118 sind durch Linien 146, 148, 150, 152 dargestellt. Die Gateways 120 und 122 und Basisstation 112 können als Teil von Ein- oder Zwei-Wegkommunikationssystemen oder einfach zur Nachrichten- oder Datenübermittlung zu Benutzerendgeräten 124 und 126 verwendet werden.
Ein beispielhafter Transceiver 200 für die Verwendung in einem Benutzerendgerät 126 ist in der 2 dargestellt. Der Transceiver 200 verwendet mindestens eine Antenne 210 zum Empfangen von Kommunikationssignalen, die zu einem Analogempfänger 214 transferiert werden, wo sie abwärts umgesetzt, verstärkt und digitalisiert werden. Ein Duplexerelement 212 wird typischerweise verwendet um es derselben Antenne zu ermöglichen, beiden, Sende- und Empfängerfunktionen, zu dienen. Einige Systeme setzen jedoch separate Antennen für den Betrieb auf verschiedenen Sende- und Empfangsfrequenzen ein.
Die Digitalkommunikationssignalausgabe des Analogempfängers 214 wird zu zumindest einem Digitaldatenempfänger 216A und zumindest einem Sucherempfänger 218 transferiert. Zusätzliche Digitaldatenempfänger 216B–216N können verwendet werden um gewünschte Signal-Diversity-Stufen zu erlangen, und zwar in Abhängigkeit von dem angemessenen Grad der Komplexität der Einheit, wie es für einen Fachmann, der auf dem betreffenden Gebiet geschult ist, ersichtlich sein wird.
Zumindest ein Benutzerendgerätsteuerprozessor 220 ist an einen Digitaldatenempfänger 216A–216N und einen Sucherempfänger 218 gekoppelt. Der Steuerprozessor 220 sieht neben anderen Funktionen folgende Funktionen vor: Grundsignalverarbeitung, Timing, Leistungs- und Übergabe- bzw. Handoffsteuerung oder Koordinierung und Auswahl der für die Signalträger verwendeten Frequenz. Eine weitere Grundsteuerfunktion, die oft durch den Steuerprozessor 220 ausgeführt wird, ist die Auswahl oder Manipulation der Pseudorauschcodesequenzen (pseudo noise (PN) code sequences) oder der Orthogonalfunktionen, die für die Verarbeitung von Kommunikationssignalwellenformen verwendet werden. Die Signalverarbeitung durch den Steuerprozessor 220 kann eine Bestimmung der relativen Signalstärke und Berechnung von verschiedenen hierzu in Beziehung stehenden Signalparametern beinhalten. Solche Berechnungen von Signalparametern, wie zum Beispiel Timing und Frequenz, kann die Verwendung von zusätzlicher oder separater hierzu zugewiesenen Schaltungen beinhalten um eine verbesserte Effizienz oder Geschwindigkeit in Messungen oder aber eine verbesserte Zuordnung von Steuerverarbeitungsressourcen vorzusehen.
Die Ausgaben bzw. Ausgänge der digitalen Datenempfänger 216A–216N sind an die Digitalbasisbandschaltung bzw. Schaltkreise 222 innerhalb des Benutzerendgerätes gekoppelt. Die Benutzerdigitalbasisbandschaltung 222 weist Verarbeitungs- und Darstellungselemente auf, die verwendet werden, um Information zu und von einem Benutzer eines Benutzerendgerätes zu transferieren. Darunter fallen: Signal- oder Datenspeicherelemente, wie zum Beispiel flüchtige- oder Langzeitdigitalspeicher; Eingabe- und Ausgabegeräte, wie zum Beispiel Bildschirme, Lautsprecher, Tastaturgeräte und Hörer; A/D-Elemente, Vocoder und andere Sprach- und Analogsignalverarbeitungselemente; etc, wobei alle Teile der Benutzerdigitalbasisbandschaitung 222 bilden und zwar mittels Elementen, die auf dem Fachgebiet bekannt sind. Wenn Diversity-Signalverarbeitung eingesetzt wird, kann die Benutzerdigitalbasisbandschaltung 222 einen Vielseitigkeits- bzw. Diversitykombinierer und -decoder aufweisen. Einige dieser Elemente können ebenfalls unter der Steuerung von, oder in Kommunikation mit, dem Steuerprozessor 220 stehen.
Wenn Sprach- oder andere Daten als Ausgabenachricht oder Kommunikationssignal, das von dem Benutzerendgerät herstammt, vorbereitet werden wird die Benutzerdigitalbasisbandschaltung 222 verwendet, um die gewünschten Daten für die Übertragung zu empfangen, speichern, verarbeiten oder auf andere Weise vorzubereiten. Die Benutzerdigitalbasisbandschaltung 222 liefert diese Daten an einen Sendemodulator 226, der unter der Steuerung des Steuerprozessors 220 operiert. Die Ausgabe des Sendemodulators 226 wird an einen Leistungscontroller 228 transferiert, der eine Ausgabeleistungssteuerung an einen Sendeleistungsverstärker 230 hinsichtlich der schlussendlichen Übertragung des Ausgabesignals von der Antenne 210 an ein Gateway vorsieht.
Benutzerendgerät 200 kann ebenso ein Vorkorrekturelement 232 in dem Übertragungsweg einsetzen, um die Frequenz des abgehenden Signals einzustellen bzw. anzupassen. Dies kann mittels bekannter Techniken des Aufwärts- und Abwärtsumsetzens (up or down conversion) der Überfragungswellenform erreicht werden. Alternativ kann ein Vorkorrekturelement 232 ein Teil eines Frequenzauswahl- oder Steuermechanismus für die Analog-Aufwärtsumsetzungs- und Modulationsstufe (230) des Benutzerendgeräts bilden, so dass eine auf geeignete Weise angepasste Frequenz für die Konvertierung des Digitalsignals auf eine gewünschten Übertragungsfrequenz in einem Schritt verwendet wird.
Das Benutzerendgerät 200 kann ebenfalls ein Vorkorrekturelement 232 in dem Übertragungsweg einsetzen um das Timing des abgehenden Signals einzustellen. Dies kann mittels bekannter Techniken des Addierens und Sub trahierens von Verzögerung bezüglich der Übertragungswellenform erreicht werden.
Informationen oder Daten entsprechend einem oder mehrere gemessenen Signalparametern für empfangene Kommunikationssignale, oder einem oder mehreren geteilten (shared) Ressourcensignalen kann zu dem Gateway mittels einer Vielzahl von Techniken, die in dem Fachgebiet bekannt sind, gesendet werden. Zum Beispiel kann die Information als ein separates Informationssignal transferiert werden oder kann an andere Nachrichten, die durch die Benutzerdigitalbasisbandschaltung 220 vorbereitet werden, angehängt werden. Alternativ kann die Information durch den Sendemodulator 226 oder den Sendeleistungscontroller 226 unter Steuerung des Steuerungsprozessors 220 als vorbestimmte Steuerbits eingefügt werden.
Die Digitalempfänger 216A–N und Sucherempfänger 218 sind mit Signalkorrelationselementen konfiguriert um spezifische Signale zu demodulieren und zu erfassen. Sucherempfänger 218 wird verwendet um nach Pilotsignalen oder anderen starken Signalen mit relativ festgelegten Mustern zu suchen, während Digitalempfänger 216A–N verwendet werden, um andere Signale, die detektierten Pilotsignalen zugeordnet sind, zu demodulieren. Daher können die Ausgaben dieser Einheiten überwacht werden um die Energie in oder die Frequenz von dem Pilotsignal oder anderen Signalen zu bestimmen. Diese Empfänger setzen ebenfalls Frequenztracking- bzw. Erfasselemente ein, die überwacht werden können, um die Information hinsichtlich der aktuellen Frequenz und des Timings an den Steuerprozessor 220 für Signale, die demoduliert werden, vorzusehen.
Der Steuerprozessor 220 verwendet solche Information um zu bestimmen, in welchem Maße die empfangenen Signale von der Oszillatorfrequenz versetzt sind, und zwar skaliert auf dasselbe Frequenzband, je nach Bedarf. Diese und andere Informationen hinsichtlich der Frequenzfehler und Dopplerverschiebungen, wie unten diskutiert, können in einem Speicherelement 236 je nach Wunsch gespeichert werden.
Eine beispielhafte Übertragungs- und Empfangsvorrichtung 300 für die Verwendung in den Gateways 120 und 122 ist in 3 dargestellt. Der Teil des Gateways 120, 122, dargestellt in 3 hat einen oder mehrere Analogempfänger 314, die mit einer Antenne 310 zum Empfangen von Kommunikationssignalen verbunden sind, wobei die Signale abwärts umgesetzt, verstärkt und digitalisiert werden, und zwar mittels verschiedenen Schemata, die auf dem Fachgebiet bekannt sind. Mehrere Antennen bzw. Mehrfachantennen 310 werden in einigen Kommunikationssysteme verwendet. Die digitalisierten Signale, die durch Analogempfänger 314 ausgegeben werden, werden als Eingaben an zumindest ein Digitalempfängermodul, das durch gestrichelte Linien auf allgemeine Weise bei 324 angedeutet ist, geliefert.
Jedes digitale Empfängermodul 324 entspricht Signalverarbeitungselementen, die verwendet werden um Kommunikationen zwischen einem Gateway 120 und 122 und einem Benutzerterminal 124, 126 zu managen, obwohl verschiedene Variationen auf dem Fachgebiet bekannt sind. Ein Analogempfänger 314 kann Eingaben für viele digitale Empfängermodule 324 vorsehen und eine Anzahl von solchen Modulen wird typischerweise in Gateways 102, 122 verwendet, um alle Satellitenstrahlen und mögliche Diversity-Modussignale, die zu einem gegebenen Zeitpunkt gehandhabt werden, aufzunehmen. Jedes digitale Empfängermodul 324 hat einen oder mehrere digitale Datenempfänger 316 und einen Sucherempfänger 318. Sucherempfänger 318 sucht im allgemeinen nach geeigneten Diversity-Modi von Signalen die keine Pilotsignale sind. Je nach Implementierung in dem Kommunikationssystem, werden mehrere Digitaldatenempfänger 316A–316N für den Diversity-Signalempfang verwendet.
Die Ausgaben der Digitaldatenempfänger 316 werden an nachfolgende Basisbandverarbeitungselemente 322 bestehend aus Vorrichtungen, die auf dem Fachgebiet bekannt sind und hier nicht im weiteren Detail dargestellt sind, geliefert. Eine beispielhafte Basisbandvorrichtung umfasst Diversity-Kombinierer und Decoder zum Kombinieren von Mehrwegsignalen in eine Ausgabe für jeden Teilnehmer. Eine beispielhafte Basisbandvorrichtung beinhaltet ebenfalls Interface-Schaltungen zum Vorsehen von Ausgabedaten, typischerweise zu einem digitalen Switch oder Netzwerk. Eine Vielzahl von anderen bekannten Elementen, wie zum Beispiel Vocoder, Datenmodems und Digitaldatenschalt- und Speicherkomponenten (nicht abschließende Liste) können einen Teil der Basisbandverarbeitungselemente 322 bilden. Diese Elemente steuern oder lenken betriebsmäßig den Transfer von Datensignalen zu einem oder mehreren Sendemodulen 334.
Signale, die zu Benutzerterminals zu senden sind, werden jeweils an einen oder mehrere der geeigneten Sendemodule 334 gekoppelt. Ein typisches Gateway verwendet eine Anzahl von solchen Sendemodulen 334 um Dienste an viele Benutzerendgeräte 124, 126 gleichzeitig vorzusehen und mehrere Satelliten und Strahlen gleichzeitig zu versorgen. Die Zahl der Übertragungsmodule 334, die durch Gateway 120, 122 verwendet werden, wird durch Faktoren, die auf dem Fachgebiet bekannt sind, bestimmt, wie zum Beispiel Systemkomplexität, Zahl der zu sehenden Satelliten, Teilnehmerkapazität, Grad der gewählten Diversity und ähnlichem.
Jedes Sendemodul 334 beinhaltet einen Sendemodulator 326 der Daten für die Übertragung spektrumspreizmoduliert. Sendemodulator 326 hat eine Ausgabe, die an einen digitalen Sendeleistungscontroller 328 gekoppelt ist, der die Übertragungsleistung, die von dem abgehenden Digitalsignal verwendet wird, steuert. Der Digitalsendeleistungscontroller 328 wendet einen minimalen Leistungspegel aus Gründen der Interferenzreduktion und Ressourcenzuweisung an, verwendet jedoch angemessene Leistungspegel, wenn hinsichtlich Dämpfung in dem Übertragungsweg oder aufgrund von Wegtransfercharakteristiken diese benötigt werden. Ein PN-Generator 332 wird vom Sendemodulator 326 für die Spreizung der Signale verwendet. Diese Codegenerierung kann ebenfalls einen funktionalen Teil von einem oder mehreren Steuerprozessoren oder Speicherelementen, die in dem Gateway 122, 124 verwendet werden, bilden.
Die Ausgabe des Sendeleistungscontrollers 328 wird zu einem Summieren 336 transferiert, wo sie mit den Ausgaben von anderen Sendemodulen summiert wird. Diese Ausgaben bzw. Ausgangsgrößen sind Signale für die Übertragung zu anderen Benutzerendgeräten 124, 126 auf derselben Frequenz und innerhalb desselben Strahls wie die Ausgabe des Sendeleistungscontrollers 328. Die Ausgabe des Summierers 336 wird an einen Analogsender 338 für eine Digital-zu-Analog-Umwandlung, Umwandlung auf die HF(RF)Trägerfrequenz, weitere Verstärkung und Ausgabe an eine oder mehrere Antennen 340 für das Abstrahlen an Benutzerendgeräte 124, 126 geliefert. Die Antennen 310 und 340 können dieselben Antennen sein was von der Komplexität und Konfiguration des Systems abhängt. Ein Vorkorrekturelement oder Vorkorrektor 342 kann in dem Übertragungsweg direkt nach dem Summieren 336 und Analogsender 338 angeordnet sein. In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung operiert der Vorkorrektor 342 nach der Analogsignalformung und -verstärkung um die Ausgabefrequenz, wie es weiter unten im Detail diskutiert wird, anzupassen. Der Betrag der Frequenzkorrektur, die dem abgehenden Benutzerendgerätsignal bzw. der Vorwärtsstrecke (forward link), auferlegt wird, basiert auf dem Doppler zwischen dem Gateway und jedem Satellit, durch den Kommunikation aufgebaut wird. Techniken oder Elemente, die verwendet werden um die Frequenz von Signalen vor der Übertragung einzustellen, sind auf dem Fachgebiet bekannt.
Ein einzelnes Frequenzvorkorrekturelement kann verwendet werden, da alle Benutzerendgeräte, die mit einem Gateway kommunizieren sich denselben Übertragungsweg von dem Gateway zu dem Satelliten teilen. Alternativ kann die Ausgabefrequenz des Analogsenders 338 direkt durch Steuerprozessor 320 eingestellt werden, um eine verschobene Ausgabefrequenz, versetzt zu der normalen Mittelfrequenz, vorzusehen.
In einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung operiert der Vorkorrektor 342 nach der Analogsignalformung und -verstärkung um das Ausgabetiming, wie es weiter unten im Detail diskutiert wird, anzupassen bzw. einzustellen. Der Timing-Korrekturbetrag, der dem abgehenden Benutzerend gerätsignal, bzw. Vorwärtsstrecke, auferlegt wird, basiert auf einer bekannten Ausbreitungsverzögerung und Code-Doppler zwischen dem Gateway und jedem Satelliten, durch den Kommunikation aufgebaut ist. Techniken oder Elemente, die verwendet werden um das Timing von Signalen vor der Übertragung einzustellen, sind ebenfalls auf dem Fachgebiet bekannt.
Der Verschiebungsbetrag in der Frequenz oder in der Zeit, was für die Berücksichtigung des Satelliten-Dopplers oder der Ausbreitungsverzögerung nötig ist, kann durch den Steuerprozessor 320 mittels bekannter Satellitenorbitalpositionsdaten berechnet werden. Diese Daten können von einem oder mehreren Speicherelementen 344, wie zum Beispiel Nachschlagetabellen oder Speicherelementen, gespeichert und abgefragt werden. Eine Vielzahl von bekannten Vorrichtungen, wie zum Beispiel RAM und ROM-Schaltungen oder Magnetspeichervorrichtungen können verwendet werden um Speicherelemente 344 zu konstruieren. Diese Information wird verwendet um die Frequenz- oder Timinganpassungen zu jedem gegebenen Zeitpunkt zu bilden.
Zumindest ein Gateway-Steuerprozessor 320 ist an die Empfängermodule 324, Sendemodule 334 und Basishandschaltung 322 gekoppelt. Diese Einheiten können physikalisch voneinander getrennt sein. Steuerprozessor 320 sieht Befehls- und Steuersignale vor, um Funktionen wie folgende (nicht abschließende Liste) vorzusehen: Signalverarbeitung, Timingsignalgenerierung, Leistungssteuerung, Handoff- bzw. Übergabesteuerung, Diversity- bzw. Vielseitigkeitskombinierung, und System-Interfacing. Zusätzlich weist der Steuerprozessor 320 PN-Spreizcodes, Orthogonalcodesequenzen und spezifische Sender und Empfänger für die Verwendung in den Teilnehmerkommunikationen zu.
Steuerprozessor 320 steuert ebenfalls die Generierung und die Leistung von Pilot-, Synchronisations-, und Pagingkanalsignalen und deren Kopplung an den Sendeleistungscontroller 328. Der Pilotkanal ist lediglich ein Signal, das nicht durch Daten moduliert wird und ein Konstant-Wert (Muster) oder Tontyp-Eingabe für den Sendemodulator 326 verwendet, was im Endeffekt dazu führt, dass nur die PN-Spreizcodes, die vom PN-Generator 332 angelegt werden, gesendet werden.
Während der Steuerprozessor 320 direkt an die Elmente eines Moduls gekoppelt sein kann, wie zum Beispiel Sendemodul 324 oder Empfangsmodul 334, weist jedes Modul im allgemeinen einen modulspezifischen Prozessor, wie Sendeprozessor 330 oder Empfangsprozessor 321 auf, der die Elemente des Moduls steuert. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Steuerprozessor 320 an den Sendeprozessor 330 und Empfangsprozessor 321, wie es in der 3 zu sehen ist, gekoppelt. Auf diese Art und Weise kann ein einzelner Steuerprozessor 320 den Betrieb einer großen Anzahl von Modulen und Ressourcen in effizienterer Weise steuern. Der Sendeprozessor 330 steuert die Generierung von, sowie die Signalleistung für, Pilot-, Synchronisation-, Pagingsignale und Verkehrskanalsignale, sowie deren jeweilige Kopplung an Leistungscontroller 328. Der Empfängerprozessor 321 steuert das Suchen, die PN-Sprezcodes für die Demodulation und das Überwachen der empfangenen Leistung.
Für bestimmte Operationen, wie zum Beispiel die shared bzw. gemeinsame Ressourcenleistungssteuerung, empfangen die Gateways 120 und 122 Informationen, wie zum Beispiel die empfangene Signalstärke, Frequenzmessungen oder andere empfangene Signalparameter, von den Benutzerendgeräten in Kommunikationssignalen. Diese Informationen können von den demodulierten Ausgaben der Datenempfänger 316 durch Empfangsprozessor 321 abgeleitet bzw. erlangt werden. Alternativ können diese Informationen detektiert werden, insofern als dass sie an vordefinierten Orten bzw. Positionen in den Signalen auftreten, wobei die Signale durch den Steuerprozessor 320 überwacht werden oder durch den Empfangsprozessor 321 überwacht und an den Steuerprozessor 320 transferiert werden. Der Steuerprozessor 320 verwendet diese Information um das Timing und die Frequenz von Signalen, die mittels des Sendeleistungscontrollers 328 und Analogsender 338 gesendet und verarbeitet werden, zu steuern.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel dieser Erfindung wird im Detail im folgenden diskutiert. Während spezifische Schritte, Konfigurationen und Anordnungen diskutiert werden, ist es zu verstehen, dass dies lediglich aus Darstellungsgründen geschieht. Ein Fachmann wird erkennen, dass andere Schritte, Konfigurationen und Anordnungen verwendet werden können ohne dabei den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung könnten Verwendung in einer Vielzahl von drahtlosen Informations- und Kommunikationssystemen, inklusive solcher die für die Positionsbestimmung sowie hinsichtlich Satelliten- und terrestrische Zellentelefonsysteme gedacht sind, verwendet werden.
III. Deskew-Puffer
In einem typischen drahtlosen Kommunikationssystem, wie zum Beispiel dem oben beschriebenen, wird ein gesendetes Signal manchmal durch Hindernisse und atmosphärische Phänomene auf dem Weg zu einem Empfänger reflektiert, was darin resultiert, dass mehrere Signale über verschiedene Pfade zu dem Empfänger gelangen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendet das Benutzerendgerät eine Diversity- bzw. Vielseitigkeitssignalkombinierung. Dies bedeutet, dass das Benutzerendgerät die verschiedenen Versionen eines Signals, die entlang verschiedener Pfade bzw. Wege empfangen wurden, kombiniert um die Qualität des empfangenen Signals zu verbessern. Diese Signalversion, die Signale, die von verschiedenen Quellen sowie Reflektionen von Signalen, die von der selben Quelle gesendet wurden, umfassen können, werden oft als „Diversity-Signale" bezeichnet.
Bezug nehmend auf die 2 wird jedes Diversity-Signal durch einen unterschiedlichen digitalen Datenempfänger 216 verarbeitet. Die Diversity-Signale bewegen sich entlang Wegen mit verschiedenen Längen. Daher können die Diversity-Signale gegebenenfalls nicht bezüglich zueinander zeitlich ausgerichtet sein, wenn sie die digitalen Datenempfänger 216 verlassen. Damit die Diversity-Signalkombinierung jedoch wirksam ist, müssen die Signale zeitlich ausgerichtet sein bevor sie kombiniert werden. Um eine zeitliche Ausrichtung von Diversity-Signalen, die durch die Digitaldatenempfänger 216 verarbeitet werden, zu erlangen, setzen die Benutzerendgeräte einen „Deskew-Puffer" bzw. „Ausrichtpuffer" für jeden Empfänger des Diversity-Empfängers ein. Ein Deskew-Puffer erlegt der Signalausgabe eines digitalen Datenempfängers 216 eine variable Verzögerung auf, und zwar vor dem Kombinieren mit anderen Diversity-Signalen.
4 gibt zwei Zeitlinien wieder, die in diesem Dokument dazu verwendet werden, ein Beispiel für die Verwendung von Deskew-Puffern zur Auferlegung von Zeitausrichtung auf zwei Diversity-Signale darzustellen. In der 4 steht T_u für die Zeit, die ein Signal benötigt um von einem Satelliten zu einem Benutzerendgerät zu gelangen, und T_r steht für die Verzögerung, die einem Signal durch einen Deskew-Puffer auferlegt wird. Die Zeitlinie 401 stellt diese Größen für einen ersten Satelliten dar und Zeitlinie 402 stellt diese Größen für einen zweiten Satelliten dar.
In diesem Beispiel werden beide Signale zur selben Zeit T₁ gesendet. In diesem Beispiel wird ebenfalls angenommen, dass der erste Satellit sich irgendwo in der Nähe des Zenit befindet, und dass der zweite Satellit sich in der Nähe des Horizonts befindet. Daher ist unter der Annahme von LEO-Satelliten, die Distanz zwischen dem Benutzerendgerät und dem ersten Satelliten klein im Vergleich zu der Distanz zwischen dem Benutzerendgerät und dem zweiten Satelliten. Entsprechend ist die Zeit T_u1, die von dem Signal, das von dem ersten Satelliten gesendet wird, benötigt wird um das Benutzerendgerät zu erreichen, signifikant geringer als die Zeit T_u2, die von dem Signal, gesendet durch den zweiten Satelliten, benötigt wird um das Benutzerendgerät zu erreichen. Daher, Bezug nehmend auf die 4, wird das Signal gesendet durch den ersten Satelliten bei dem Benutzerterminal zum Zeitpunkt T₂ empfangen, während das Signal gesendet durch den zweiten Satelliten bei dem Benutzerendgerät zum Zeitpunkt T₃ empfangen wird. Somit, um eine zeitliche Ausrichtung den Signalen, gesendet durch die ersten und zweiten Satelliten, aufzuerlegen, kompensiert der Deskew-Puffer hinsichtlich der Differenz T₃ – T₂ in deren Ankunftszeiten bei dem Benutzerendgerät. In dem Beispiel der 4 wird dieses erreicht mittels eines ersten Deskew-Puffers, der eine Verzögerung T_r1 dem Signal empfangen von dem ersten Satelliten auferlegt und mittels eines zweiten Deskew-Puffers, der eine Verzögerung T_r2 dem Signal, empfangen von dem zweiten Satelliten, auferlegt. T_r1, steht T_r2 werden so gewählt, dass: Tr1 – Tr2 = Tu2 – Tu1 (1)
Daher sind die zwei Signale, wenn sie ihren jeweiligen Deskew-Puffer zur Zeit T₄ verlassen, zeitlich ausgerichtet.
5 zeigt einen Teil der Architektur des Transceivers des Benutzerendgerätes 200 gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel. 5 zeigt zwei digitale Datenempfänger 216A,B und deren jeweilige Deskew-Puffer 506A,B sowie einen Deinterleaver und einen Decoder 510. 5 zeigt ebenfalls einen Kombinierer 512 und eine Zeitquelle bzw. Uhr, die einen Lokaloszillator 516, Zeitgeneriereinheit 518 und Zeitkorrekturcontroller 522 beinhaltet.
Bezug nehmend auf die 4 empfängt der digitale Datenempfänger 216A das Signal 502A gesendet durch den ersten Satelliten und der digitale Datenempfänger 216B empfängt das Signal 502B gesendet durch den zweiten Satelliten. Der Deskew-Puffer 506A legt dem ersten Signal eine Zeitverzögerung T_r1 auf und der Deskew-Puffer 506B legt dem zweiten Signal eine Verzögerung T_r2 auf. Die resultierenden Signale 508A,B sind somit zeitlich ausgerichtet. Die Signale 508A,B werden durch Kombinierer 512 kombiniert und dann deinterleaved und decodiert durch Einheit 510 um ein Signal 514 zu erzeugen. Signal 514 kann dann weiter durch Vocoder und ähnliche verarbeitet werden um dessen Inhalt zu extrahieren.
Die Timing- bzw. Zeitreferenz für das Benutzerendgerät wird von dem lokalen Oszillator 516 geliefert. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Ausgabefrequenz des lokalen Oszillators 516 ungefähr 19,68 Megahertz. Die Zeitgeneriereinheit 518 sieht Zeitkorrekturen an das Lokaloszillatorsignal vor, um das Benutzerendgerättaktsignal 520 (user terminal clock signal) zu generieren. Das Benutzerendgerättaktsignal 520 wird verwendet um die Deskew-Puffer 506A,B zu takten.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel multipliziert die Zeitgeneriereinheit 518 die Frequenz der Signalausgabe des Lokaloszillators 516 mit „512" und dividiert die Frequenz durch „1.025", um ein Signal mit einer nominalen Frequenz von 9,8304 Megahertz zu erlangen. Diese Frequenz ist das Achtfache der Chiprate des Satellitenkommunikationssystems gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel. Andere Werte können jedoch eingesetzt werden, ohne dabei den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Abschließend teilt die Zeitgeneriereinheit 518 die Frequenz durch 8 um das nominale Benutzerendgerättaktsignal 520 zu erlangen. Wie weiter unten diskutiert, kann die Zeitgeneriereinheit 518 durch andere Integerwerte teilen um die Frequenz des Benutzerendgerättaktes 520 ansprechend auf Befehle des Zeitkorrekturcontrollers 522 zu modifizieren.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Deskew-Puffer 506A,B Teil eines einzelnen physikalischen Ringzwischenspeichers bzw. -puffers. Der Ringpuffer ist partitioniert um separate logische Deskew-Puffer für jeden Finger des Diversity-Empfängers vorzusehen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel befinden sich Einheiten 506, 510, 518 und 522 innerhalb der Benutzerdigitalbasisbandschaltung 222. In einem alternativen Ausführungsbeispiel befindet sich ein Teil dieser Einheiten innerhalb des Steuerprozessors 220. Andere Alternativen sind jedoch möglich ohne dabei den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
6 zeigt einen Teil eines Deskew-Puffers 506 gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel. Der Deskew-Puffer 506 beinhaltet eine Vielzahl von Speicherstellen 602. Digitale Datenworte 504, die von dem digitalen Datenempfänger 216 empfangen werden, werden sequentiell in die Speicherstellen 602 in den Deskew-Puffer 506 geschrieben. In der 6 werden diese Wor te sequentiell von unten nach oben eingeschrieben. Zu einem vorbestimmten späteren Zeitpunkt werden die digitalen Datenworte 504 sequentiell aus dem Deskew-Puffer 506 ausgelesen. Die Differenz zwischen dem Zeitpunkt, zu dem ein Digitaldatenwort 504 in den Deskew-Puffer 506 geschrieben wird, und dem Zeitpunkt, zu dem das Digitaldatenwort aus dem Deskew-Puffer 506 ausgelesen wird, ist die Verzögerungszeit T_r, die dem Deskew-Puffer dem Signal auferlegt.
6 zeigt zwei Deskew-Pufferzeiger: Schreibzeiger 604 und Lesezeiger 606. Der Schreibzeiger 604 zeigt die Speicherstelle 602 an, in die momentan geschrieben wird, und Lesezeiger 602 zeigt die Speicherstelle an, von der momentan ausgelesen wird. Die Geschwindigkeit mit der der Schreibzeiger 604 voran- bzw. fortschreitet wird durch die Datenrate gesteuert, mit der Daten vom digitalen Datenempfänger 216, empfangen werden, was durch den Gateway-Takt (gateway clock) gesteuert wird. Die Geschwindigkeit des Fortschreitens des Lesezeigers 606 wird durch den Benutzerendgerätetakt gesteuert.
Im Nominalbetrieb (d. h. wenn die Gateway- und Benutzerendgerättakte synchronisiert sind) schreiten der Schreibzeiger 604 und der Lesezeiger 606 im Einklang entlang des Deskew-Puffers. Bezug nehmend auf 6 ist dieses Fortschreiten von unten nach oben. Wie es jedoch für den Fachmann offensichtlich ist, kann die tatsächliche Deskew-Pufferverzögerung basierend auf dem Schreibintervall oder dem Leseintervall und der Anzahl von Speicherstellen 602, die zwischen Schreibzeiger 604 und Lesezeiger 606 liegen, berechnet werden.
Wenn die Frequenz des lokalen Oszillators vom Nominalwert abweicht, weicht der Benutzerendgerättakt vom Nominalwert ab. Wenn der Benutzerendgerättakt vom Nominalwert abweicht, weicht er ebenfalls vom Gateway-Takt ab. Wenn dies geschieht schreiten der Schreibzeiger 604 und der Lesezeiger 606 nicht im Einklang voran. Wenn die Frequenz des Benutzerendgerättaktes niedriger ist als die Frequenz des Gateway-Taktes werden die Lesevorgänge langsamer ausgeführt als die Schreibvorgänge, so dass der Datenbetrag in dem Deskew-Puffer anwächst bis der Puffer gegebenenfalls überläuft. Umgekehrt, wenn die Frequenz des Benutzerendgerättaktes größer ist als die Frequenz des Gateway-Taktes werden die Lesevorgänge schneller ausgeführt als die Schreibvorgänge und gegebenenfalls wird das Benutzerendgerät versuchen Daten auszulesen, bevor diese überhaupt eingeschrieben sind.
IV. Benutzerendgerättaktfehlerdetektierung
Der erste Schritt in der Korrektur des Fehlers in dem Benutzerendgerättakt ist es den Fehler zu messen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden aufeinanderfolgende Messungen der Umlaufverzögerung (round-trip delay), die das Signal aufgrund der Sendung von dem Gateway zu dem Benutzerendgerät und zurück erfährt, verwendet, um den Benutzerendgerättaktfehler zu bestimmen.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden beide, das empfangene Signal und das gesendete Signal in Rahmen bzw. Frames unterteilt. Da der Sender und Empfänger des Benutzerendgeräts beide auf dieselbe interne Zeitreferenz synchronisiert sind, existiert eine konstante Zeitverzögerung zwischen der Zeit, zu der eine Rahmengrenze bei dem Benutzerendgerät empfangen wird, und der Zeit, bei der eine entsprechende Rahmengrenze durch das Benutzerendgerät gesendet wird. Daher ist:
T_s = eine Verzögerung zwischen dem Gateway und dem Satelliten;
Td = Verzögerung zwischen empfangener Rahmengrenze und gesendeter Rahmengrenze;
T_u = Verzögerung zwischen Benutzerendgerät und Satellit;
T_r = tatsächliche Verzögerung auferlegt durch den Deskew-Puffer; und
T_m = maximal möglicher Wert von T_u.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hält das Benutzerendgerät die Summe T_u + T_r konstant und gleich Tm. Daher ist die Gesamtumlaufzeit zwi schen der Übertragung einer Rahmengrenze an dem Gatewaysender und dem Empfang einer entsprechenden Rahmengrenze an dem Gatewayempfänger gegeben durch: TRTD – Ts + Tu + Tr + Td + Tu + Ts (2)
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel richtet das Benutzerendgerät periodisch den Wert T_r an das Gateway. Zusätzlich misst das Gateway periodisch T_RTD und löst die obige Gleichung nach T_u auf. Tu – (TRTD – Tr – Td)/2 – Ts (3)
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel misst das Gateway T_RT _D alle paar Minuten. Das Gateway berichtet T_u an das Benutzerendgerät. Das Benutzerendgerät löst dann nach der gewünschten Verzögerung T_r', die durch den Deskew-Puffer auferlegt wird, auf. Tr' = Tm – Tu (4)
Der akkumulierte Fehler in dem Benutzerendgerättakt seit dem letzten Bericht von T_r ist dann gegeben durch: xRTD = Tr' – Tr (5)
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird T_R _TD durch das folgende Verfahren gemessen. Zuerst wird ein Signal, das eine bekannte fortlaufende PN-Sequenz (running PN sequence) oder einen Spreizcode enthält, durch das Gateway gesendet. Das Signal wird an das Benutzerendgerät durch den Satelliten weitergeleitet. Das Benutzerendgerät sendet das Signal erneut entweder sofort oder nach einer bekannten Verzögerung. Das erneut gesendete Signal wird zurück an das Gateway durch den selben Satelliten weitergeleitet. Das Gateway vergleicht dann den Zustand der PN-Sequenz in dem empfangenen Signal mit dem Zustand der lokalen PN- Sequenz. Die Differenz in den Zuständen wird dann verwendet um die Gesamtumlaufzeitverzögerung, die bekannte Verzögerungen zwischen dem Gateway und dem Satelliten beinhalten, zu bestimmen. Diese Verzögerungen sind bekannt, da die Distanz zwischen dem Satelliten und dem Gateway durch das Gateway, wie es auf dem Fachgebiet bekannt ist, gepflegt bzw. geführt (maintained) wird. Das Subtrahieren dieser bekannten Verzögerungen von der Gesamtumlaufzeitverzögerung ergibt T_RTD. Mittels bekannter Satelliten-Ephemeriden werden die bekannten Verzögerungen zwischen dem Gateway und dem Satelliten mittels verschiedener Verfahren, die auf dem Fachgebiet bekannt sind, berechnet.
V. Benutzerendgerättaktfehlerkorrektur
7 ist ein Flussdiagramm , das den Betrieb der vorliegenden Erfindung bei der Korrektur des Benutzerendgerättaktfehlers mittels der Deskew-Verzögerungsfehlermessung, die oben beschrieben wurde, gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Bezug nehmend auf 7, in Schritten 702 und 704 werden zwei sukzessive Deskew-Verzögerungsfehler berechnet, und zwar basierend auf zwei sukzessiven Messungen von T_RTD. Im Schritt 706 wird eine Modellbruchteilsfrequenzabweichung des Benutzerendgerättaktes berechnet, und zwar basierend auf den momentanen und vorhergehenden Deskew-Verzögerungsfehlern. Wenn das Benutzerendgerät zuerst aktiviert wird, ist der vorhergehende Deskew-Verzögerungsfehler der, der in Schritt 702 berechnet wird und der momentane Deskew-Verzögerungsfehler wird dann in Schritt 704 berechnet. Für nachfolgende Messungen werden die momentanen und vorhergehenden Deskew-Verzögerungsfehler durch sukzessive Durchgänge von Schritt 704 gefunden.
Hinsichtlich des Benutzerendgerättaktes kann festgestellt werden, dass dieser „zu schnell" oder „zu langsam" läuft. Zusätzlich kann hinsichtlich des Benutzerendgerättaktes festgestellt werden, dass dieser „vorneweg" oder „hinterher" läuft. Somit fällt der Benutzerendgerättakt innerhalb eines von vier Timing-Szenarios basierend auf diesen zwei Faktoren. In einem Schritt 708 wird das richtige Timing-Szenario bestimmt. Die Erfinder haben festgestellt, dass jedes Timing-Szenario sich in einen von sechs Timing-Korrekturfällen aufschlüsselt. Jeder Timing-Korrektur Fall kann auf die gleiche Art und Weise für jedes der vier Timing-Szenarios nach einer geeigneten Koordinationstranslation auf die gleiche Weise gehandhabt werden. Daher werden in einem Schritt 710 die Bruchteilsfrequenzabweichung und die Zeitkoordinaten übersetzt, und in einem Schritt 712 wird der Timing-Fall bestimmt.
Jeder Timing-Fall wird durch zwei oder drei Timing-Korrekturunterbrechungspunkte (timing correction break points), wie es im Folgenden im Detail beschrieben wird, definiert. Sobald diese Unterbrechungspunkte berechnet sind, kann der Benutzerendgerättaktfehler korrigiert werden basierend auf dem Timing-Fall und den berechneten Unterbrechungspunkten. Daher werden in einem Schritt 714 die Timing-Korrekturunterbrechungspunkte für den ausgewählten Timing-Fall berechnet. In einem Schritt 716 wird dann der Benutzerendgerättaktfehler basierend auf den berechneten Unterbrechungspunkten korrigiert.
Die Berechnung des Deskew-Verzögerungsfehlers, was den Schritten 702 und 704 entspricht, wurde oben diskutiert. Die Berechnung der Modellbruchteilfrequenzabweichung wird nun im Detail diskutiert. Diese Operation entspricht dem Schritt 706. Die Bruchteilfrequenzabweichung des Benutzerendgerättaktes variiert zwischen T_RTD-Messungen, wie es für einen Fachmann auf dem Fachgebiet offensichtlich ist. Die Erfinder haben herausgefunden, das der Betrieb von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung vereinfacht werden kann durch Modellieren der Bruchteilsfrequenzverzögerung. Die Erfinder haben herausgefunden, dass die Variation zwischen augenblicklichen und der Modellbruchteilsfrequenzabweichungen unwesentlich für die Zwecke der Korrektur des Benutzerendgerättaktfehlers sind. Dieses Modell nimmt an, dass die Oszillatorfrequenzabweichung konstant über das Intervall ist, obwohl sich die tatsächliche Frequenzabweichung unmittelbar verändern kann. Die Bruchteilsfrequenzverzögerung über das n-te T_RTD-Messintervall wird daher wie folgt moduliert:
Die neueste bzw. letzte Modellfrequenzabweichung wird verwendet, um die zukünftige Benutzerendgerättaktperformance zu schätzen. Wie oben diskutiert fällt die modulierte Taktperformance über ein Intervall in eines der vier Timing-Szenarios. Diese vier Szenarios sind graphisch in den 8A, B, C, D dargestellt. 8A zeigt den Fall, in dem der Benutzerendgerättakt "voraus" läuft, jedoch zu schnell (d. h. x_RTD > 0 und y_mod < 0) ist. 8B zeigt den Fall, in dem der Benutzerendgerättakt vorausläuft jedoch zu schnell läuft (d. h. x_RTD > 0 und y_mod > 0). 8C zeigt den Fall, in dem der Benutzerendgerättakt „hinterher" läuft, und zu langsam ist (d. h. x_RTD < 0 und y_mod < 0 ). 8D zeigt das Timing-Szenario, in dem der Benutzerendgerättakt hinterher läuft und zu schnell (d. h. x_RTD < 0 Und y_mod > 0) ist.
Jedes Szenario wird mittels eines Graphen der Frequenzabweichung y aufgezeichnet gegen die Zeit t dargestellt und berücksichtigt das Intervall zwischen zwei Deskew-Verzögerungsfehlerberechnungen: Eine zum Zeitpunkt t_n und eine zum Zeitpunkt t_n+1 Der Einfachheit halber zeigt jeder Graph die Modellbruchteilsfrequenzabweichung (model fractional frequency deviation) y_mod über das Intervall, sowie deren Inverse, als horizontale Linien in dem Graphen. Jeder Graph zeigt außerdem zwei alternative Möglichkeiten. Bei einer Möglichkeit übersteigt die slew-rate bzw. Anstiegsgeschwindigkeit zum Zeitpunkt t_n das Inverse von y_mod Diese Möglichkeit wird durch durchgezogene Linien dargestellt. Bei der anderen Möglichkeit ist die Anstiegsgeschwindigkeit zum Zeitpunkt t_n kleiner als das Inverse von ymod Diese Möglichkeit ist durch gestrichelte Linien dargestellt.
Eine nützliche Analogie für das Verständnis der vier Szenarios, die in der 8 dargestellt sind, ist die zweier Autos, die sich entlang einer Autobahn in dieselbe Richtung bewegen. In dieser Analogie ist eines der Autos ein „pace car" bzw. Tempoauto, das sich mit einer voreingestellten Idealgeschwindigkeit bewegt. Das Tempoauto stellt das gewünschte Takttiming dar. Ein weiteres Auto bewegt sich in der Nähe des Tempoautos mit einer leicht unterschiedlichen Geschwindigkeit entlang der Autobahn. Dieses Auto wird als „race car" bzw. Rennauto bezeichnet und stellt das Timing des Benutzerendgerättaktes dar. Das Rennauto befindet sich entweder vor oder hinter dem Tempoauto und bewegt sich entweder schneller oder langsamer als das Tempoauto. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird eine zusätzliche Beschränkung dem Rennauto auferlegt. Das Rennauto kann nur mit einer speziellen vorbestimmten Abbremsrate abbremsen, und kann nur mit einer vorbestimmten Beschleunigungsrate beschleunigen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind diese Raten äquivalent, haben jedoch entgegengesetzte Vorzeichen. Daher hat das Tempoauto nur drei Beschleunigungsraten; eine vorbestimmte positive Rate, eine vorbestimmte negative Rate und Null. Diese Beschränkung stellt die Beschränkung dar, die der Anstiegsgeschwindigkeit des Benutzerendgerättaktes (y_slew bzw. y_Anstieg) auferlegt ist. Bei alternativen Ausführungsbeispielen wird diese Beschränkung nicht auferlegt.
In der 8A befindet sich das Rennauto vor dem Tempoauto und bewegt sich zu langsam. Somit holt das Tempoauto allmählich gegenüber dem Rennauto auf. Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Lücke zwischen dem Tempoauto und dem Rennauto so schnell wie möglich zu schließen. Daher verlangsamt das Rennauto sich schnell und beschleunigt schnell um die Lücke so schnell wie möglich zu schließen, so dass, wenn die Lücke geschlossen wurde, sich das Rennauto und das Tempoauto mit derselben Geschwindigkeit bewegen.
Der Abstand zwischen dem Rennauto und dem Tempoauto stellt den Zeitfehler des Benutzerendgerättaktes dar. Der Unterschied in den Geschwindigkeiten des Rennautos und des Tempoautos stellt die Bruchteilsfrequenzabweichung des Benutzerendgerättaktes dar. In der 8B befindet sich das Rennauto vor dem Tempoauto und bewegt sich schneller als das Tempoauto. Daher bewegt sich das Rennauto allmählich weg von dem Tempoauto. Wie in der 8A muss das Rennauto schnell abbremsen und dann schell beschleunigen um die Lücke zum Tempoauto so schnell wie möglich zu schlie- ßen, so dass die zwei Autos sich mit derselben Geschwindigkeit bewegen, wenn die Lücke geschlossen ist.
In 8C befindet sich das Rennauto hinter dem Tempoauto und bewegt sich langsamer als das Tempoauto. Das Tempoauto bewegt sich damit allmählich nach vorne weg von dem Rennauto. In 8D ist das Rennauto hinter dem Tempoauto, bewegt sich doch schneller als das Tempoauto. Daher holt das Rennauto gegenüber dem Tempoauto auf. In beiden, 8C und 8D, beschleunigt das Rennauto schnell, bremst dann ab, um die Lücke zwischen den Autos so schnell wie möglich zu schließen und um gleichzeitig sicher zu stellen, dass die zwei Autos sich mit derselben Geschwindigkeit bewegen, wenn die Lücke geschlossen ist.
Wie oben diskutiert wurde, löst sich jedes der Timing-Szenarios, das in der 8 dargestellt ist, in eins von sechs Timing-Korrekturfällen auf. Diese sechs Timing-Fälle sind in den 9A–F dargestellt und werden weiter unten im größeren Detail diskutiert. Vor der Auswahl des geeigneten Timing-Korrekturfalls werden die Bruchteilsfrequenzabweichungen und die Zeitkoordinaten des Timing-Szenarios übersetzt. Diese Operation entspricht dem Schritt 710 in der 7. Dies wird erreicht durch Übersetzen bzw. Verschieben des Ursprungs des geeigneten Timing-Szenariographs in der 8 auf den Punkt (T_n, y_slew).
Nach einer anfänglichen Periode des „slewing" bzw. Anpassens um den Zeitfehler x_RTD zu entfernen „slews" das Benutzerendgerät um das negative der Oszillatorbruchteilsfrequenzabweichung y_mod um der Bruchteilsfrequenzabweichung des Benutzerendgerättaktes entgegenzuwirken. In den transformierten Koordinaten wird der abschließende „slew"-Wert gegeben durch
VI. Timing-Korrekturfälle
Die 9A–F stellen die sechs Zeitkorrekturfälle für die Timing-Szenarios der 8 dar. Jeder Timing-Korrekturfall ist als ein Graph der übersetzten Zeit gegenüber der übersetzten Frequenzabweichung, gezeigt und zwar dargestellt als Achsen 906 bzw. 902. Jeder Graph beinhaltet ebenfalls eine gestrichelte Linie 904, die die gewünschte abschließende, übersetzte Frequenzabweichung
darstellt. Aufgrund der oben beschriebenen Übersetzung, beginnt der Benutzerterminaltakt am Ursprung eines jeden Graphen. Um den Benutzerendgerättakt zu korrigieren wird dessen Frequenz mit der maximalen Anstiegsrate Y_max geslewed. Die Fläche zwischen Linie 908 und Linie 904 stellt die gewünschte Zeitkorrektur dar. Linie 908 stellt die übersetzte Frequenz des Benutzerendgerättaktes dar. Wie oben beschrieben stehen die Timing-Korrekturfälle in Beziehung zu einem bestimmten Timing-Szenario mittels einer Koordinatentransformation, wie unten beschrieben.
In dem Timing-Szenario der 8C und 8D ist x_RTD negativ. Wenn x_RTD negativ ist, dann überschreitet die tatsächliche Deskew-Pufferverzögerung die gewünschte Deskew-Pufferverzögerung. Daher läuft der Benutzerendgerättakt dem gewünschten Benutzerendgerättakt hinterher. Da wo x_RTD negativ ist werden die Koordination des Timing-Szenarios gemäss Gleichung (8) transformiert.
In den 8A und 8B ist x_RTD positiv. Wo x_RTD positiv ist uberschreitet die gewünschte Deskew-Pufferverzögerung die tatsächliche Deskew-Puffer verzögerung. Daher läuft der Benutzerendgerättakt dem gewünschten Benutzerendgerättakt voraus. Da wo x_RTD positiv ist, werden die Koordinaten des Timing-Szenarios gemäss der Gleichung (9) transformiert.
Jeder Timing-Korrekturfall wird nun beschrieben. In der 9A wird die Benutzerendgerättaktfrequenz zuerst mit einer Rate ẏ_pos bis zum Zeitpunkt t₁ positiv, und dann mit einer Rate ẏ_neg bis zum Zeitpunkt t₂ negativ geslewed. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ẏ_pos = ẏ_neg = ẏ_max Zum Zeitpunkt t₂ hat der Benutzerendgerättakt die gewünschte abschließende Frequenzabweichung 904 erreicht. Die in der 9A dargestellte Kurve kann vollständig durch die Anstiegsrate y_slew und die Unterbrechungspunkte t₁ und t₂ charakterisiert werden. Diese Unterbrechungspunkte sind durch die folgenden Gleichungen gegeben.
Die 9B stellt den Fall der 9A dar, wobei jedoch die Anstiegsgeschwindigkeit auf eine maximale Anstiegsgeschwindigkeit
beschränkt ist.
Bezug nehmend auf die Rennautoanalogie, beschleunigt das Rennauto bis zum Zeitpunkt t₁, bewegt sich dann mit dieser Geschwindigkeit bis zum Zeitpunkt t₂ und bremst dann bis zum Zeitpunkt t₃. Zu diesem Zeitpunkt t₃ bewe gen sich das Rennauto und das Tempoauto mit derselben Geschwindigkeit und nebeneinander.
9C stellt einen Timing-Korrekturfall dar, bei dem die Originalanstiegsrate (der Ursprung) geringer ist als die gewünschte abschließende Anstiegsrate. Wie in der 9A beschleunigt das Rennauto bis zum Zeitpunkt t₁, bremst dann bis zum Zeitpunkt t₂, und zwar wenn die Lücke geschlossen ist. Die Unterbrechungspunkte bzw. break points sind durch die folgenden Gleichungen gegeben:
Es ist anzumerken, dass die Zeitkorrektur durch die Fläche zwischen der Kurve 908 und der gestrichelten Linie 904 repräsentiert ist. Um daher eine positive Zeitkorrektur zu erreichen, muss die schattierte Fläche oberhalb der gestrichelten Linie 904 die gestrichelte Fläche unterhalb der gestrichelten Linie 904 überschreiten.
9D stellt den Fall der 9C dar, wobei jedoch die maximale Anstiegsrate angetroffen wurde. Daher hat die Kurve 908 gemäss 9B drei Unterbrechungspunkte. Diese Unterbrechungspunkte sind durch die folgenden Gleichungen gegeben:
9E stellt einen Spezialfall der 9A dar, wobei die Anstiegsrate ungeeignet ist, um die Bruchteilsfrequenzabweichung des Benutzerendgerättaktes auf die abschließende Frequenzabweichung 904 zu bringen ohne dabei einen Überschuss an Zeitfehlerkorrektur anzusammeln. Graphisch ausgedrückt zum Zeitpunkt, zu dem die Kurve 908 die Linie 904 erreicht, ist die Fläche zwischen den zwei Kurven zu groß. Um hinsichtlich dieser Zeitkorrektur zu kompensieren muss die Kurve 908 einige Zeit unter der Kurve 904 verbringen. Somit stellt, wie in den 9C und 9D die Differenz zwischen den schattierten Flächen oberhalb und unterhalb der Kurve 904 den geeigneten Zeitkorrekturfaktor dar. Die Unterbrechungspunkte für diesen Fall der 9E werden durch die folgenden Gleichungen berechnet.
9F stellt den Fall der 9E dar, wobei jedoch die Anstiegsrate durch
punkte in der 9F. Diese Unterbrechungspunkte werden mittels der folgenden Gleichungen berechnet.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der geeignete der sechs Timing-Korrekturfälle mittels des Entscheidungsbaumes, der in der 10 gezeigt ist, ausgewählt. Der Entscheidungsbaum beginnt mit einer Bestimmung
positiv ist dann fällt das Szenario innerhalb der Timing-Korrekturfälle der 9A–D.
wie es in Schritt 1004 dargestellt ist. Wenn die Gleichung erfüllt ist, fällt das Szenario in die Timing-Korrekturfälle der 9C–D. Wenn die Gleichung nicht erfüllt ist, fällt das Szenario in die Timing-Korrekturfälle der 9A-B. Wenn die Gleichung erfüllt ist, testet der Entscheidungsbaum die Gleichung
wie es im Schritt 1006 gezeigt ist. Wenn die Gleichung erfüllt ist, fällt das Szenario in den Timing-Korrekturfall der 9D, wie es im Schritt 1016 gezeigt ist. Wenn die Gleichung nicht erfüllt ist, fällt das Szenario in den Timing-Korrekturfall der 9C, wie es im Schritt 1014 dargestellt ist.
Wenn in dem Schritt 1004 die Gleichung 31 nicht erfüllt wurde, dann testet der Entscheidungsbaum die Gleichung
wie es in Schritt 1008 gezeigt ist. Wenn die Gleichung erfüllt ist, fällt das Szenario in den Timing-Korrekturfall der 9B, wie es in Schritt 1012 gezeigt ist. Wenn die Gleichung nicht erfüllt ist, dann fällt das Szenario in den Timing-Korrekturfall der 9A, wie es im Schritt 1010 gezeigt ist.
Wenn in Schritt 1002 festgestellt wurde, dass
negativ ist, dann testet der Entscheidungsbaum die Gleichung
wie es in Schritt 1018 gezeigt ist. Wenn die Gleichung erfüllt ist, dann fällt das Szenario in den Timing-Korrekturfall der 9F, wie es in Schritt 1022 gezeigt ist. Wenn die Gleichung nicht erfüllt ist, fällt das Szenario in den Timing-Korrekturfall der 9E, wie es im Schritt 1020 gezeigt ist.
Wenn der richtige Timing-Korrekturfall ausgewählt wurde, werden die Unterbrechungspunkte für diesen Fall, wie oben diskutiert berechnet. Die Unterbrechungspunkte werden dann an den Zeitkorrekturcontroller 522 geliefert, der die Korrekturbefehle 524 an die Zeitgenerierungseinheit 518 liefert.
11 ist ein Schaltungsblockdiagramm, das einen Teil des Zeitkorrekturcontrollers 522 gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Zeitkorrekturcontroller 522 beinhaltet vier Register R₁, R₂, R₃ und R₄. Der Zeitkorrekturcontroller 522 umfasst ebenfalls zwei Summieren 1102A,B.
Somit beinhaltet der Zeitkorrekturcontroller 522 zwei Akkumulatoren. Ein Akkumulator wird durch Register R₃ und Summieren 1102A gebildet und der andere Akkumulator wird durch Register R₁ und Summieren 1102B gebildet. Register R₂ und R₃ werden zusammen getaktet. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Taktrate 1 Hertz. Das Register R₁ empfängt einen separaten Takt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist diese Taktrate 19,2 Kilohertz. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind Register R₃ und R₄ und Summieren 1102A per Software implementiert, und Register R₁ und R2 und Summieren 1102B sind hardwaremäßig implementiert.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel liefert der Zeitkorrekturcontroller zwei Zeitkorrekturbefehlssignale 524A,B. Das Zeitkorrektursignal 524B ist ein binäres Signal das Zeitgeneriereinheit 518 anweist die Benutzerendgerättaktfrequenz entweder positiv oder negativ zu slewen. Das Zeitkorrektursignal 524A ist ein binäres Signal dass die Zeitsteuereinheit 518 anweist das Taktsignal entweder zu slewen oder nicht zu slewen. Diese zwei Signale werden zusammen verwendet, um die Zeitgeneriereinheit 518 auf einen der drei Zustände zu befehligen: positives slew bzw. Anstieg, negatives slew oder kein slew. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Zeitkorrektursignal 524A die „Rollover"-Ausgabe des Registers R₁ und Zeitkorrektursignal 524B ist das höchstwertige Bit des Zählers des Registers R₂.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erzeugt die Zeitgeneriereinheit 518 ein Zwischensignal (intermediate signal) mit einer Frequenz, die das Achtfache der Chiprate des Satellitenkommunikationssystems, wie oben beschrieben, ist. Im Nominalbetrieb teilt die Zeitgeneriereinheit die Frequenz dieses Signals durch acht um das Benutzerendgerättaktsignal zu erzeugen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel spricht die Zeitgeneriereinheit 518 auf Zeitkorrektursignale 524A,B mittels Auswahl anderer Divisoren an. Wenn die Zeitgeneriereinheit 518 zum Beispiel einen Befehl empfängt positiv zu slewen, wählt sie einen Divisor von sieben oder weniger aus, was in einem Benutzerendgerättaktsignal mit einer höheren Frequenz als nominal resultiert. Umgekehrt, wenn die Zeitgeneriereinheit 518 einen Befehl erhält negativ zu slewen, wählt es einen Divisor von neun oder mehr aus, was in einem Benutzerendgerättaktsignal mit einer niedrigeren Frequenz als nominal resultiert. Andere Verfahren können eingesetzt werden, um die Frequenz des Benutzerendgerättaktsignals anzupassen, ohne dabei den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen, wie es einem Fachmann auf dem Fachgebiet offensichtlich sein wird.
Bezug nehmend auf 11 werden die Register R₂ und R₃ mit Null initialisiert und Register R₄ wird mit einer anfänglichen Anstiegsrate geladen, wenn die Zeitkorrektorprozedur beginnt. Die Zeitkorrekturprozedur beginnt typischerweise dann, wenn das Benutzerendgerät anfänglich angeschaltet oder hochgefahren wird. Register R₄ wird nachfolgend mit einer vordefinierten An stiegsrate an den Unterbrechungszeitpunkten, die für den ausgewählten Zeitkorrekturfall berechnet wurden, geladen.
VII. Ergebnis
Die vorhergehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele wird vorgesehen, um es einem Fachmann zu ermöglichen die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung herzustellen oder zu verwenden. Während die Verwendung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele hiervon beschrieben und gezeigt wurde, ist zu verstehen, dass der Fachmann verschiedene Veränderungen hinsichtlich der Form und Details durchführen kann, ohne dabei den Rahmen der Erfindung, wie er in den Ansprüchen definiert ist, zu verlassen.

Claims

In einem Kommunikationssystem, das ein Gateway (120, 122), einen Satelliten (116, 118) mit einer bekannten Position und bekannter Geschwindigkeit, und einen Benutzerterminal bzw. Benutzerendgerät (124, 126) mit einem Deskew-Puffer bzw. einen Puffer zur Entfernung von Laufzeitunterschieden (506A,B), der mit einem Benutzerterminaltakt (516, 518, 522) getaktet wird, aufweist, ein System zum Bestimmen des akkumulierten Fehlers in dem Benutzerterminaltakt (516, 518, 522) über eine vorbestimmte Zeitdauer, wobei das System durch Folgendes gekennzeichnet ist: Mittel zum Berechnen der Einwegsignalverzögerung zwischen dem Satellit (116, 118) und dem Benutzerterminal (124, 126) basierend auf Folgendem: einer Umlaufsignalverzögerung für Signale, die von dem Gateway (120, 122) zu dem Benutzerterminal (124, 126) und zurück zu dem Gateway (120, 122) gesendet werden, der tatsächlichen Deskew-Pufferverzögerung, die durch den Deskew-Puffer den Signalen, die von dem Benutzerterminal (124, 126) empfangen werden, auferlegt wird, und der bekannten Position und der bekannten Geschwindigkeit des Satelliten (116, 118); Mittel zum Berechnen einer gewünschten Deskew-Pufferverzögerung, basierend auf der Einweg-Signalverzögerung und einem vorbestimmten maximalen Wert der Einweg-Signalverzögerung; und Mittel zum Berechnen des akkumulierten Fehlers in dem Benutzerterminaltakt (516, 518, 522), basierend auf der gewünschten Deskew-Pufferverzögerung und der tatsächlichen Deskew-Pufferverzögerung.
System nach Anspruch 1, das weiterhin Mittel aufweist zum Messen der Umlaufsignalverzögerung (round-trip signal delay).
System nach Anspruch 1, das weiterhin Mittel aufweist zum Messen der tatsächlichen Deskew-Pufferverzögerung.
System nach Anspruch 1, wobei der vorbestimmte maximale Wert der Einweg-Signalverzögerung die maximale mögliche Einweg-Signalverzögerung zwischen dem Satelliten (116, 118) und dem Benutzerterminal (124, 126) ist.
System nach Anspruch 1, wobei der vorbestimmte maximale Wert der Einweg-Signalverzögerung gleich der Summe der maximal möglichen Einweg-Signalverzögerung zwischen dem Satelliten (116, 118) und dem Benutzerterminal (124, 126) und einem Zeit-Offset, um den maximal möglichen akkumulierten Fehler des Benutzerterminaltaktes (516, 518, 522) zu kompensieren, ist.
System nach Anspruch 1, wobei die gewünschte Deskew-Pufferverzögerung gleich der Differenz zwischen der Einweg-Signalverzögerung und dem vorbestimmten maximalen Wert der Einweg-Signalverzögerung ist.
System nach Anspruch 1, das weiterhin Mittel zum Berechnen der tatsächlichen Deskew-Pufferverzögerung aufweist, basierend auf der Zahl der Speicherstellen (602), die zwischen dem Deskew-Puffer-Schreibzeiger (604) und dem Deskew-Puffer-Lesezeiger (606) liegen, und basierend zumindest auf dem Deskew-Puffer-Schreibintervall und/oder dem Deskew-Puffer-Leseintervall.
In einem Kommunikationssystem, das ein Gateway (120, 122), einen Satelliten (116, 118) mit einer bekannten Position und bekannter Geschwindigkeit, und ein Benutzerterminal (124, 126) mit einem Deskew-Puffer (506A,B), der durch einen Benutzerterminaltakt (516, 518, 522) getaktet wird, aufweist, ein Verfahren zum Bestimmen des akkumulierten Fehlers in dem Benutzerterminaltakt (516, 518, 522) über eine vorbestimmte Zeitdauer, wobei das Verfahren durch Folgendes gekennzeichnet ist: Berechnen der Einweg-Signalverzögerung zwischen dem Satelliten und dem Benutzerterminal (124, 126) basierend auf Folgendem: einer Umlaufsignalverzögerung von Signalen, die von dem Gateway (120, 122) zu dem Benutzerterminal (124, 126) und zurück zu dem Gateway (120, 122) gesendet werden, einer tatsächlichen Deskew-Pufferverzögerung, die durch den Deskew-Puffer (506A,B) den Signalen, empfangen durch den Benutzerterminal (124, 126) auferlegt wird, und der bekannten Position und bekannten Geschwindigkeit des Satelliten (116, 118); Berechnen einer gewünschten Deskew-Pufferverzögerung basierend auf der Einweg-Signalverzögerung und einem vorbestimmten maximalen Wert der Einweg-Signalverzögerung; und Berechnen des akkumulierten Fehlers in dem Benutzerterminaltakt (516, 518, 522) basierend auf der gewünschten Deskew-Pufferverzögerung und der tatsächlichen Deskew-Pufferverzögerung.
Verfahren nach Anspruch 8, das weiterhin das Messen der Umlaufsignalverzögerung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, das weiterhin das Messen der tatsächlichen Deskew-Pufferverzögerung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, das weiterhin das Auswählen des vorbestimmten maximalen Wertes der Einweg-Signalverzögerung als die maximal mögliche Einweg-Signalverzögerung zwischen dem Satelliten (116, 118) und dem Benutzerterminal (124, 126) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, das weiterhin Folgendes aufweist: Auswählen des vorbestimmten maximalen Wertes der Einweg-Signalverzögerung als gleich der Summe der maximal möglichen Einweg-Signalverzögerung zwischen dem Satelliten (116, 118) und dem Benutzerterminal (124, 126) und einem Zeit-Offset, um den maximal möglichen akkumulierten Fehler des Benutzerterminaltaktes (516, 518, 522) zu kompensieren.
Verfahren nach Anspruch 8, das weiterhin das Auswählen der gewünschten Deskew-Pufferverzögerung als gleich der Differenz zwischen der Einweg-Signalverzögerung und dem vorbestimmten Maximalwert der Einweg-Signalverzögerung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, das weiterhin Folgendes aufweist: Berechnen der tatsächlichen Deskew-Pufferverzögerung basierend auf der Anzahl der Speicherstellen (602), die zwischen dem Deskew-Puffer-Schreibzeiger (604) und dem Deskew-Puffer-Lesezeiger (606) liegen und auf mindestens dem Deskew-Puffer-Schreibintervall und/oder dem Deskew-Puffer-Leseintervall.