DE69922236T2

DE69922236T2 - Gerät und verfahren zum senden von gemeinsamen nachrichten über gemeinsame kanäle

Info

Publication number: DE69922236T2
Application number: DE69922236T
Authority: DE
Inventors: N. Leonard SCHIFF
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 1998-09-30
Filing date: 1999-09-29
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2019-09-30
Also published as: CN1172459C; HK1040018A1; RU2249300C2; EP1118174B1; HK1040018B; DE69922236D1; BR9914132A; JP2002526975A; CA2345792A1; ATE283583T1; AU6407999A; CN1328725A; AU761720B2; WO2000019639A1; KR100649923B1; EP1118174A1; KR20010075518A

Description

I. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Satellitenkommunikations- oder -nachrichtensysteme und insbesondere auf eine Vorrichtung und ein Verfahren um gemeinsame Information an Benutzerterminals innerhalb einer relativ kleinen geographischen Fläche zu senden, und zwar unter Verwendung eines satellitenbasierenden (-basierten) Nachrichtensystems.
II. Verwandte Technik
Konventionelle auf Satelliten basierende Nachrichten- oder Kommunikationssysteme umfassen Gateways und einen oder mehrere Satelliten, um Nachrichten oder Kommunikationssignale zwischen den Gateways und einem oder mehreren Benutzerterminals zu übertragen. Ein Gateway ist eine Erdstation mit einer Antenne zur Übertragung von Signalen zu Nachrichtensatelliten und zum Empfang von Signalen von Nachrichtensatelliten. Ein Gateway sieht Kommunikations- oder Nachrichtenverbindungen (communication links) vor, und zwar unter Verwendung von Satelliten, um einen Benutzerterminal oder Benutzeranschluss mit anderen Benutzerterminals oder Benutzeranschlüssen oder Benutzern anderer Kommunikationssysteme zu verbinden, wie beispielsweise einem öffentlichen Telefonnetzwerk. Ein Satellit ist ein umlaufender Empfänger, Repeater und Regenerator der zur Übertragung von Information verwendet wird. Ein Benutzerterminal ist eine drahtlose Kommunikations- oder Nachrichtenvorrichtung wie beispielsweise ein sogenanntes Handy, ein Datentransceiver und ein Paging-Receiver, wobei aber keine Einschränkung darauf vorgenommen sein soll. Ein Benutzerterminal kann festliegend, tragbar, oder mobil sein, wie beispielsweise ein Mobiltelefon (Handy).
Ein Satellit kann Signale von einem Benutzerterminal empfangen und zu diesem übertragen, vorausgesetzt, dass der Benutzerterminal innerhalb des „Fußabdrucks" (Sendebereich) des Satelliten sich befindet. Der Fußabdruck eines Satelliten ist die geographische Region oder der geographische Bereich auf der Erdoberfläche innerhalb des Signalbereichs des Satelliten. Der Fußabdruck wird üblicherweise geographisch in „Strahlen" (beams) unterteilt, und zwar durch die Verwendung von Strahl formenden oder Strahl bildenden Antennen. Jeder Strahl deckt eine bestimmte geographische Region innerhalb des Fußabdrucks ab. Die Strahlen können derart gerichtet sein, dass mehr als ein Strahl von dem gleichen Satelliten die gleiche bestimmte geographische Region abdeckt.
Einige Satellitennachrichtensysteme verwenden CDMA-Spreizspektrumsignale, wie dies in US-Patent 4 901 307 vom 13. Februar 1990 mit dem Titel „Spead Spectrum Multiple Access Communication System Using Satellite or Terrestrial Repeaters" und US-Patent Nr. 5 691 974 vom 4. Januar 1995 mit dem Titel "Method and Apparatus for Using Full Spectrum Transmitted Power in a Spread Spectrum Communication System for Tracking Individual Recipient Phase Time and Energy" beschrieben ist, wobei die beiden genannten Patente auf den Inhaber der vorliegenden Erfindung übertragen sind.
In Satellitennachrichtensystemen die CDMA verwenden, werden gesonderte oder getrennte Nachrichten oder Kommunikationsverbindungen (communication links) dazu verwendet, um Nachrichten bzw. Kommunikationssignale, wie beispielsweise Daten oder Verkehr (traffic) zu und von einem Gateway zu übertragen oder zu senden.
Der Ausdruck „Vorwärts-Nachrichtenverbindung" (forward communication link) bezieht sich auf Nachrichtensignale, die am Gateway ihren Ursprung besitzen und die zu einem Benutzerterminal gesendet oder übertragen werden. Der Ausdruck „Rückwärts-Nachrichtenverbindung" (reverse communication link) bezieht sich auf Nachrichtensignale, die am Benutzerterminal ihren Ursprung besitzen und zu dem Gateway übertragen werden.
Auf der Vorwärts-Verbindung wird Information von einem Gateway zu einem Benutzerterminal über einen oder mehrere Strahlen übertragen. Diese Strahlen weisen oftmals eine Anzahl von sogenannten Substrahlen (Unterstrahlen) auf (diese werden auch als FDMA-Kanäle bezeichnet), welche eine gemeinsame geographische Fläche oder Region abdecken, wobei jeder ein unterschiedliches Frequenzband einnimmt. Insbesondere werden in einem konventionellen Spreizspektrumkommunikationssystem eine oder mehrere vorgewählte Pseudorandom-Noise-(PN)-Codesequenzen oder Pseudozufallsrausch-Codesequenzen verwendet, um Benutzerinformationssignale zu modulieren oder zu „spreizen" und zwar über ein vorbestimmten Spektralband vor der Modulation auf ein Trägersignal zur Übertragung als Nachrichtensignale. Die PN-Spreizung ist ein Verfahren der Spreizspektrumübertragung, welches in der Technik bekannt ist und ein Nachrichtensignal mit einer Bandbreite erzeugt, die viel größer ist als die des Datensignals. Auf der Vorwärts-Verbindung werden PN-Spreizcodes oder Binärsequenzen zum Diskriminieren zwischen Signalen übertragen durch unterschiedliche Gateways oder über unterschiedliche Strahlen, wie auch zur Diskriminierung oder Unterscheidung zwischen Mehrpfadsignalen verwendet. Diese Codes werden oftmals von allen Nachrichtensignalen innerhalb eines gegebenen Substrahls verwendet.
In einem konventionellen CDMA-Spreizspektrumnachrichtensystem werden „Kanalisierungs" (channelizing) -Codes dazu verwendet, um zwischen unterschiedlichen Benutzerterminals innerhalb eines Satellitensubstrahls auf einer Vorwärts-Verbindung zu unterscheiden bzw. zu diskriminieren. Das heißt, jeder Benutzerterminal besitzt seinen eigenen orthogonalen Kanal vorgesehen auf der Vorwärts-Verbindung durch Verwendung eines einzigartigen Kanalisierungs orthogonalcodes. Walsh-Funktionen werden im Allgemeinen dazu verwendet, um die Kanalisierungscodes, die auch als Walsh-Codes bekannt sind, zu implementieren. Die Kanalisierungscodes unterteilen einen Substrahl in Orthogonalkanäle, die auch als Walsh-Kanäle oder CDMA-Kanäle bekannt sind. Eine Mehrheit der Walsh-Kanäle sind Verkehrskanäle, die die Nachrichtenübertragung (messaging) zwischen einem Benutzerterminal und einem Gateway vor sehen. Die verbleibenden Walsh-Kanäle umfassen oftmals Pilot-, Sync- und Paging-Kanäle. Über die Verkehrskanäle gesandte Signale sind zum Empfang durch nur einen Benutzerterminal vorgesehen. Im Gegensatz dazu können die Paging-, Sync- und Pilotkanäle durch mehrere Benutzerterminals überwacht werden.
Auf der Rückwärts-Verbindung sendet ein Benutzerterminal Information an ein Gateway. Insbesondere überträgt der Benutzerterminal Information zu einem Satelliten über eine Benutzerterminal-zu-Satelitten-Aufwärtsverbindung. Wenn der Satellit Signale von dem Benutzerterminal empfängt, so multiplext die Satellitenfrequenzteilung (satellite frequency division) die Signale und schickt die Signale zu dem Gateway über eine Satelliten-zu-Gateway-Feeder- oder -Speise-Verbindung. Jeder Kanal in einem Strahl der Feeder- oder Speiseverbindung ist auf eine unterschiedliche Frequenz Frequenzdivisionsgemultiplext. Die Rückwärts-Verbindung umfasst oftmals Verkehrkanäle und Zugriffskanäle. Die Verkehrskanäle sehen die Nachrichtenübertragung vor zwischen einem Benutzerterminal und einem Gateway. Die Zugriffskanäle werden normalerweise von einem Benutzerterminal dazu verwendet, um sich mit einem Gateway zu registrieren um einen Anruf zu platzieren oder um eine Paging-Anforderung durch ein Gateway anzuerkennen oder zu bestätigen.
US-Patent Nr. 5 506 886 beschreibt ein Verfahren und ein System zum großflächigen Paging (wide area paging) mit sich bewegenden (roaming) Teilnehmereinheiten. Konventionelle Paging-Systeme erfahren ein Problem hinsichtlich eines begrenzten Bereichs. Ein Paging-System arbeitet nur, wenn sein Pager innerhalb dem durch die Systemsender abgedeckten Gebiet sich befindet. Wenn Teilnehmer außerhalb dieses Gebietes oder außerhalb dieser Fläche reisen, können ihre Pager keine Anrufe empfangen. Zugehörige Probleme sind die begrenzte Informationsübertragungskapazität zur Lieferung von „Pages" (Anrufen) und die Erfassung vorheriger Kenntnis der Lage des Pagers. US Patent 5 506 886 offenbart ein großflächiges oder Wide-Area-Paging-System, in dem ein sich bewegender Benutzer einen Telefonanruf zu nur einer einzigen Telefonnummer vornimmt, unabhängig von der Abdeckfläche o der dem Abdeckungsgebiet, in das der Benutzer gereist ist. Der Benutzer liefert an das Paging-System Ortsinformation. Eine sich bewegende (roaming) Teilnehmereinheit wird ebenfalls zur Verwendung in Verbindung mit einem Paging-System offenbart, in dem eine Vielzahl von ähnlichen Teilnehmereinheiten auf codierte HF-Sendungen anspricht. Die Radio- oder HF-Sendungen werden von einer Vielzahl von Sendern übertragen, wobei jeder dieser Sender eine vorgeschriebene geographische Fläche oder ein geographisches Gebiet bedient. Die Teilnehmereinheiten bewegen sich zwischen diesen Gebieten.
Satellitennachrichtensysteme werden oftmals für Zwei-Wege-Verbindungen zwischen einem Paar von Teilnehmern oder Benutzern verwendet. Zwei-Wege-Nachrichtensysteme verwenden sowohl die Vorwärts-Verbindung (forward link) und die Rückwärts-Verbindung (reverse link). Satellitenkommunikations- oder Nachrichtensysteme können auch Einweg-Übertragungen vorsehen. Das Global Positioning System (GPS) ist ein Beispiel eines Satellitennachrichtensystems, welches für Einweg-Kommunikationen verwendet wird. Das GPS ist ein System von Navigationssatelliten, um zu gestatten, dass Empfänger irgendwo auf oder Nahe der Erdoberfläche ihre Position bestimmen können. Das GPS liefert ein mäßig genaues Signal (50m-100m) für die allgemeine Navigation. Ein GPS-Empfänger empfängt Information von den Satelliten, ohne irgendeine Rückkopplung oder Rückmeldung für die Satelliten zu liefern.
Nutzer wie beispielsweise Landvermesser verwenden oftmals GPS-Empfänger zur Ortsbestimmung. Die Genauigkeit eines GPS-Empfängers ist jedoch durch im GPS-System und/oder Empfänger vorgenommene Schätzungen begrenzt. Insbesondere nehmen konventionelle GPS-Systeme und/oder Empfänger einen insgesamten oder durchschnittlichen ionosphärischen Signalverzögerungswert an, obwohl in der Realität die Werte der ionosphärischen Verzögerung dynamisch sind und nur für eine geographische Region genau sind, die einen Durchmesser von annähernd 100 Meilen besitzt. Ein Strahl eines Satelliten kann eine geographische Region oder einen geographischen Bereich auf der Erdoberfläche abdecken, der annähernd 1000 Meilen im Durchmesser ist. Auf diese Weise sind die ionosphärischen Verzögerungswerte zu irgendeinem Zeitaugenblick innerhalb selbst einem der Mehrfachstrahlen (beispielsweise 16 Strahlen) eines Satellitenabdrucks unterschiedlich. D.h., wenn man annimmt, dass der Strahl eine Fläche von annähernd 1000 Meilen im Durchmesser abdeckt, so können innerhalb des einen Strahls annähernd 100 unterschiedliche Werte der ionosphärischen Verzögerung für irgendeinen Zeitaugenblick vorliegen. Es besteht somit eine Notwendigkeit, auf den neuesten Stand gebrachte und zeitliche korrekte Information an Benutzer zu liefern, und zwar innerhalb einer relativ kleinen geographischen Region (beispielsweise 100 Meilen im Durchmesser).
Beispiele von anderen Arten zeitempfindlicher Information, die für Benutzer innerhalb einer relativ kleinen geographischen Region wichtig sind, umfassen Autobahnverkehrsinformation und Wetterinformation.
Ein Satellit wird durch Batterien mit Leistung versorgt, die Solarenergie speichern, und zwar eingefangen durch die Solarplatten des Satelliten. Der Satellit verarbeitet und überträgt Signale unter Verwendung dieser gespeicherten Energie. Wenn der Satellit mehr Leistung verbraucht, als notwendig ist um jedes Signal zu verarbeiten und zu übertragen, dann ist weniger Leistung für die Handhabung bzw. die Verarbeitung zusätzlicher Signale verfügbar. Auch muss die aus der Batterie entnommene Energie verwendet zur Verarbeitung und der Übertragung des Verkehrs während der Ladezeit ergänzt werden, wenn sich der Satellit in der Sonne befindet. Wenn zu viel Energie während des Verarbeitens des Verkehrs entfernt wird, so muss der Satellit auf die Reserveleistung der Batterien zurückgreifen. Die Betriebslebensdauer der Batterie wird jedoch dann verschlechtert, wenn die Batteriereserveleistung benutzt wird. Zudem steigt die durch ein Signal verursachte unerwünschte Interferenz an, wenn die Leistung des Signals ansteigt. Es ist somit oftmals zweckmäßig, eine Minimalmenge an Satellitenleistung notwendig zur Verarbeitung und zur Übertragung der Signale zu verwenden. Insbesondere ist es oftmals zweckmäßig, einen Kanal mit der niedrigsten Leistung zu betreiben, die es ermög licht, dass ein Benutzeranschluss oder Benutzerterminal an der Stelle mit schlechtestem Empfang das Signal empfängt.
Es besteht somit eine Notwendigkeit ein System und ein Verfahren zur Übertragung von gemeinsamer Information zu einer Gruppe von Benutzern vorzusehen, die innerhalb einer relativ kleinen geographischen Fläche oder innerhalb eines kleinen geographischen Gebiets angeordnet sind (beispielsweise eine Fläche von 100 Meilen im Durchmesser) und zwar unter Verwendung von wenig Leistung. Das System und das Verfahren sollte in der Lage sein, gemeinsam Information zu übertragen, die für diese relativ kleine geographische Zone oder Region spezifisch ist. Das System und das Verfahren sollten auch in der Lage sein, die gemeinsame Information, wenn sie sich ändert, zu aktualisieren. Wie oben diskutiert, sind ein Beispiel für die Benutzer Landvermesser und ein Beispiel für die erforderliche gemeinsame Information ist die ionosphärische Verzögerungsinformation benötigt von den Landvermessern.
Ein weiteres Beispiel von Benutzern ist das militärische Personal. Ein weiteres Beispiel der gemeinsamen Information umfasst Truppeneinsatzbefehle, die vom Militärpersonal verwendet werden, um Truppenbewegungen zu koordinieren. Da diese Art von Information üblicherweise „empfindlich" ist, sollte sie nur für authorisierte Benutzer verfügbar sein. Somit sollte das System und das Verfahren zur Übertragung gemeinsamer Information in der Lage sein, die Verwendung der gemeinsamen Information auf authorisierte Benutzer zu begrenzen. Selbst wenn die gemeinsame Information nicht „empfindlich" ist, so kann es doch vorteilhaft sein, die Verwendung der gemeinsamen Information nur auf diejenigen Benutzer zu beschränken, die bereit sind für die gemeinsame Information zu zahlen. Andere Arten von gemeinsamer Information sind Straßenverkehrsberichte, auf eine bestimmte geographische Region zugeschnittene Nachrichten, Information über Unglücke und dergleichen.
Wenn die Information für eine erste geographische Region spezifisch oder speziell ist, sollten sämtliche Benutzer (beispielsweise Landvermesser) innerhalb der ersten geographischen Region, die die gleiche Art von Information anfordern (beispielsweise ionosphärische Verzögerungswerte) die gleiche relevante Information empfangen. Wenn zusätzliche Benutzer innerhalb einer zweiten geographischen Region die gleiche Art von Information (beispielsweise ionosphärische Verzögerungswerte) anfordern, so sollten diese zusätzlichen Benutzer Information relevant für die zweite geographische Region empfangen. D.h., es besteht eine Notwendigkeit, dass das System und das Verfahren zur Übertragung von gemeinsamer Information in der Lage sein soll erste gemeinsame Information zu einer Vielzahl von Benutzern innerhalb einer ersten Region (beispielsweise einer Region mit 100 Meilen Durchmesser) zu übertragen, während gleichzeitig zweite gemeinsame Information zu einer Vielzahl von Benutzern innerhalb einer zweiten Region (beispielsweise eine weitere Region mit 100 Meilen im Durchmesser) übertragen wird. Diese ersten und zweiten Regionen können, brauchen aber nicht, angrenzend zu sein.
Um die Kapazität und Leistung zu sparen, sollte das System und das Verfahren gemeinsame Information in einer Art und Weise übertragen, die es ermöglicht, dass sämtliche authorisierte Benutzer innerhalb eines bestimmten geographischen Bereichs oder einer geographischen Region, die gemeinsame Information von den gleichen Kanälen empfangen. Zusätzlich sollte womöglich das System eine minimale Leistungsmenge für die Kanäle verwenden, die benutzt werden, um die gemeinsame Information zu übertragen, um dadurch Leistung einzusparen und die Kanalinterferenz zu reduzieren.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung richtet sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Übertragung gemeinsamer Information an eine Vielzahl von Benutzeranschlüssen innerhalb einer geographischen Region. Das Verfahren und die Vorrichtung sind in einem System nützlich, wo Sender sich auf einer geplanten Basis bewegen und unterschiedliche Regionen auf der Erdoberfläche zu unterschiedlichen Zeitpunkten beleuchtet werden. Insbesondere sind das Verfahren und die Vorrichtung in einem Satellitennachrichtensystem nützlich, welches ein Gateway und eine Vielzahl von Satelliten besitzt, die derart um laufen, dass sie nicht bezüglich eines Punktes auf der Erdoberfläche stationär sind.
Das Verfahren umfasst den Schritt des Erzeugens einer Liste, die eine Vielzahl von gemeinsamen Datenkanälen identifiziert, über die gemeinsam Information gesendet wird. Die Liste kann für jeden einer Vielzahl von gemeinsamen Datenkanälen Information umfassen, welche einen vorbestimmten Satelliten, Strahl, Frequenz und Kanal identifiziert. Wenn die Satelliten umlaufen, wird ein Strahl, der ein geographische Region zu einem Zeitpunkt abdeckt, nicht mehr diese geographische Region zu einem zweiten Zeitpunkt abdecken. Somit ändert sich in Folge des Umlaufs der Satelliten die Liste abhängig von der Zeit. Das Verfahren weist auch den Schritt des Sendens der gemeinsamen Information aus der Vielzahl von gemeinsamen Datenkanälen von dem Gateway zu der geographischen Region auf. Zudem umfasst das Verfahren den Empfang der gemeinsamen Information über mindestens einen der Vielzahl von gemeinsamen Datenkanälen an einem Benutzerterminal.
Das Benutzerterminal registriert sich mit dem Gateway. Ansprechend auf diese Registrierung sendet das Gateway dem Benutzerterminal die Identität eines oder mehrerer gemeinsamer Datenkanäle. Unter Verwendung der Identität eines oder mehrere gemeinsamer Datenkanäle erfasst oder akquiriert das Benutzerterminal mindestens einen der gemeinsamen Datenkanäle. Das Benutzerterminal kann sodann ein Signal empfangen, welches die gemeinsame Information über die erfassten oder akquirierten gemeinsamen Datenkanäle enthält.
Die gemeinsame Information umfasst einen Teil der Liste der Vielzahl von gemeinsamen Datenkanälen, die auf das Benutzerterminal für eine vorbestimmte Zeitgröße anwendbar ist. Da die Strahlabdeckung (Fußabdruck = footprint) der Satelliten sich ändert, wenn die Satelliten umlaufen, ändert sich der Teil der Liste mit der Zeit. Unter Verwendung des anwendbaren Teils der Liste kann das Benutzerterminal einen oder mehrere zusätzliche gemeinsame Datenkanäle akquirieren, wenn ihre Signale in den Bereich des Benutzerter minals kommen. Diese zusätzlichen gemeinsamen Datenkanäle können auf anderen Strahlen des gleichen Satelliten oder auf Strahlen anderer Satelliten übertragen werden. Zusätzlich kann das Benutzerterminal gemeinsame Datenkanäle fallen lassen, wenn deren Signale aus dem Bereich des Benutzerterminals heraus fallen.
Das Benutzerterminal kann Signale empfangen, die die gemeinsame Information von zusätzlichen gemeinsamen Datenkanälen enthalten. Zudem können diese Signale kombiniert werden, und zwar unter Verwendung maximaler Verhältniskombination, um die gemeinsame Information genauer zu reproduzieren.
Die durch das Benutzerterminal akquirierten oder erfassten mehrfachen gemeinsamen Datenkanäle können über den gleichen Satelliten oder unterschiedliche Satelliten übertragen bzw. gesendet werden. Das Benutzerterminal umfasst Deskew- bzw. Entzerrpuffer um Signale, die von unterschiedlichen Satelliten empfangen wurden, zeitlich auszurichten, so dass die Signale kombiniert werden können.
Kurze Beschreibung der Figuren
Die Merkmale, Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der detaillierten Beschreibung die unten in Verbindung mit den Zeichnungen gegeben wird.
In der Zeichnung zeigt:
1A ein Beispiel eines drahtlosen Nachrichtensystems, in dem die vorliegende Erfindung eingesetzt werden kann;
1B ein Beispiel von Nachrichtenverbindungen zwischen einem Gateway und einem Benutzerterminal;
2 ein Beispiel eines Transceivers zur Verwendung in einem Benutzerterminal;
3 ein Beispiel eines Transceivers zur Verwendung in einem Gateway;
4 ein Beispiel eines Satellitenfußabdrucks;
5 geographische Regionen innerhalb einer Strahlabdeckfläche;
6 ein Beispiel einer Liste gemeinsamer Datenkanalidentitäten zur Verwendung gemäß der Erfindung;
7 ein Flussdiagramm, welches den Betrieb der vorliegenden Erfindung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel darstellt; und
8 einen Teil der Architektur eines Benutzerterminalreceivers oder -empfängers gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
I. Einleitung
Die vorliegende Erfindung ist besonders geeignet zur Verwendung in Nachrichtensystemen unter Verwendung von eine niedrige Erdumlaufbahn besitzenden Satelliten (LEO-Satelliten), wobei die Satelliten nicht stationär sind bezüglich eines Punktes auf der Erdoberfläche. Die Erfindung ist auch auf Satellitensysteme anwendbar, bei denen die Satelliten in einem Nicht-LEO-Umlauf vorgesehen sind.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Einzelnen unten erläutert. Obwohl spezielle Schritte, Konfigurationen und Anordnungen diskutiert werden, sei betont, dass dieses nur für Zwecke der Veranschaulichung erfolgt. Die bevorzugte Anwendung erfolgt in CDMA drahtlosen Spreizspektrumnachrichtensystemen.
II. Ein beispielhaften Satellitenkommunikationssystem
Ein beispielhaftes drahtloses Nachrichtensystem in dem die vorliegende Erfindung zweckmäßig verwendbar ist, ist in 1A gezeigt. Es wird ins Auge gefasst, dass dieses Nachrichtensystem CDMA-Nachrichtensignale verwendet, aber dies ist nicht eine Forderung der vorliegenden Erfindung. In einem Teil eines Nachrichtensystems 100 gemäß 1A sind zwei Satelliten 116, 118 vorgesehen und zwei zugehörige Gateways oder Naben (hubs) 120 und 122 sind gezeigt, um die Verbindungen mit zwei entfernten Benutzerterminals 124, 126 zu bewirken. Die Gesamtzahl der Gateways und Satelliten in solchen Systemen hängt von der gewünschten Systemkapazität und anderen Faktoren, die im Stand der Technik bekannt sind, ab. Die Benutzerterminals 124 und 126 weisen jeweils eine drahtlose Nachrichtenvorrichtung auf, wie beispielsweise ein zelluläres oder Zelltelefon (Handy), einen Datentransceiver oder einen Paging- oder Positionsbestimmungsempfänger, wobei diese Geräte in der Hand zu halten oder auf einem Fahrzeug montiert sein könnten, je nach Wunsch, und wobei eine Beschränkung auf diese Geräte nicht erfolgt. In 1A sind Benutzerterminals veranschaulicht als in der Hand zu haltende Telefone. Es sei jedoch bemerkt, dass die Lehren der Erfindung auch auf feststehende Einheiten anwendbar sind wo ein drahtloser Dienst erwünscht ist. Benutzerterminals werden manchmal auch als Teilnehmereinheiten, Mobilstationen, Mobileinheiten oder einfach als „Benutzer" oder „Teilnehmer" in einigen Nachrichtensystemen beschrieben, und zwar abhängig von der jeweiligen Bevorzugung.
Im Allgemeinen decken Strahlen von Satelliten 116 und 118 unterschiedliche geographische Flächen oder Gebiete in vorbestimmten Strahlenmustern ab. Strahlen mit unterschiedlichen Frequenzen werden auch als FDMA-Kanäle oder „Substrahlen" bezeichnet und können derart gerichtet sein, dass sie die gleiche Region überdecken. Es ist für den Fachmann ohne weiteres verständlich, dass die Strahlabdeckung oder die Servicegebiete für Mehrfachsatelliten derart ausgelegt sein können, dass sie vollständig oder teilweise sich überlappen, und zwar in einer gegebenen Region abhängig von der Nachrichtensystemkonstruktion und der Art des Service der offeriert wird und abhängig davon, ob räumliche Diversität (space diversity) erreicht wird.
Es wurden verschiedene Mehrfachsatellitennachrichtensysteme vorgeschlagen und zwar mit einem beispielhaften System, welches in der Größenordnung von 48 oder mehr Satelliten verwendet, die in acht unterschiedlichen Orbitalebenen in LEO-Orbitalen umlaufen, um eine große Anzahl von Benutzeranschlüssen zu bedienen. Der Fachmann erkennt jedoch ohne weiteres, wie die Lehren der vorliegenden Erfindung auf eine Verschiedenheit von Satellitensystemen und Gatewaykonfigurationen anwendbar sind, einschließlich anderer Orbitalabstände und Konstellationen.
In 1A sind einige mögliche Signalpfade für die Nachrichtenübertragungen zwischen Benutzeranschlüssen 124 und 126 und Gateways 120 und 122 veranschaulicht, und zwar durch Satelliten 116 und 118. Die Satelliten-Benutzerterminalnachrichtenverbindungen zwischen Satelliten 116 und 118 und Benutzeranschlüssen 124 und 126 sind durch Linien 140, 142 und 144 veranschaulicht. Die Gateway-Satellitennachrichtenverbindungen zwischen den Gateways 120 und 122 und den Satelliten 116 und 118 sind durch Linien 146, 148, 150 und 152 veranschaulicht. Gateways 120 und 122 können als Teil von Ein- oder Zwei-Weg-Nachrichtensystemen verwendet werden oder einfach zur Übertragung von Nachrichten oder Daten zu Benutzeranschlüssen 124 und 126.
1B sieht zusätzliche Einzelheiten der Nachrichtenverbindungen zwischen Gateway 122 und Benutzeranschluss 124 des Nachrichten- oder Kommunikationssystems 100 vor. Die Nachrichtenverbindungen zwischen dem Benutzeranschluss 124 und dem Satelliten 116 werden im Allgemeinen als Benutzerverbindungen bezeichnet und die Verbindungen zwischen dem Gateway 122 und dem Satelliten 116 werden im Allgemeinen als Feeder oder Einspeisverbindungen bezeichnet. Die Nachrichtenübertragungen schreiten in einer „Vorwärts"-Richtung vom Gateway 122 auf der Vorwärts-Speiseverbindung 160 sodann nach unten vom Satelliten 116 zum Benutzeranschluss 24 auf einer Vorwärts-Benutzerverbindung 162 voran. In einer „Rückkehr"- oder „Umkehr"-Richtung schreitet die Übertragung von einem Benutzeranschluss 124 nach oben zu dem Satelliten 116 auf einer Rückwärts-Benutzerverbindung 164 und sodann nach unten vom Satelliten 116 zum Gateway 122 auf einer Rückwärts-Einspeisverbindung 166.
In einer beispielhaften Ausführung wird Information durch Gateway 122 auf Vorwärts-Verbindungen 160, 162 überfragen und zwar unter Verwendung der Frequenzteilung (frequency division) und des Polarisationsmultiplexing. Das verwendete Frequenzband ist in eine vorbestimmte Anzahl von Frequenz-„Kanälen" oder -„Strahlen" unterteilt. Beispielsweise ist das Frequenzband in acht individuelle 16,5MHz-„Kanäle" oder -„Strahlen" unterteilt, und zwar unter Verwendung der rechte Hand Kreispolarisation (RHCP = right hand circular polarization) und acht individuelle 16,5 MHz-„Kanäle" oder -„Strahlen" unter Verwendung der linke Hand Kreispolarisation (LHCP = left hand circular polarisation). Diese Frequenz-„Kanäle" oder -„Strahlen" werden ferner gebildet durch eine vorbestimmte Anzahl von Frequenzdivisions-gemultiplext (FDM)-„Subkanälen" oder -„Substrahlen". Beispielsweise können die individuellen 16,5MHz-Kanäle ihrerseits gebildet werden durch bis zu dreizehn FDM-„Subkanäle" oder „Substrahlen", jeder mit 1,23MHz Bandbreite. Jeder FDM-Substrahl kann Mehrfachorthogonalkanäle (auch als Walsh-Kanäle bezeichnet) aufweisen, die unter Verwendung von Walsh-Codes gebildet werden. Eine Majorität der orthogonalen Kanäle sind Verkehrskanäle, die Nachrichtenübertragung zwischen dem Benutzeranschluss 124 und dem Gateway 122 liefern. Die verbleibenden Orthogonalkanäle umfassen Pilot-, Sync- und Paging-Kanäle.
Der Pilotkanal wird durch Gateway 122 auf Vorwärts-Verbindung 160, 162 übertragen und wird durch den Benutzeranschluss 124 dazu verwendet um einen Substrahl (CDMA-Träger) zu erfassen.
Der Sync-Kanal wird durch Gateway 122 auf Vorwärts-Verbindung 160,162 übertragen und umfasst eine Wiederholsequenz der Information, die der Benutzeranschluss 124 nach Auffinden eines Pilotkanals lesen kann. Diese Information wird benötigt, um den Benutzeranschluss 124 auf das diesem Substrahl zugewiesene Gateway zu synchronisieren. Paging-Kanäle werden oftmals durch Gateway 122 auf Vorwärts-verbindung 160, 162 verwendet, um eine Nachrichtenverbindung zu etablieren, um dem Benutzeranschluss 124 mitzuteilen, dass ein Anruf ankommt um einem Benutzeranschluss zu antworten, der versucht, Zugriff zum System zu erlangen und zur Registrierung des Benutzeranschlusses.
Der Zugriffskanal wird durch den Benutzeranschluss 124 auf der Rückwärts-Verbindung 164, 166 zum „Zugriff" (access) des Gateways 122 verwendet. Dies könnte sein zum Registrieren auf dem System, zum Vorsehen einer Nachrichtenverbindung, zum Platzieren eines Anrufs oder zur Anerkennung eines Paging-Antrags durch das Gateway 122.
Die Verkehrskanäle sind den Vorwärts- und Rückwärts-Verbindungen zugewiesen, wenn eine Nachrichtenverbindung angefordert wird (beispielsweise wenn ein Anruf platziert wird). Die Nachrichtenübermittlung zwischen dem Benutzeranschluss 124 und dem Gateway 122 erfolgt während eines konventionellen Telefonanrufs durch einen Verkehrskanal.
In der Rückwärts-Richtung sendet der Benutzeranschluss 124 Information zum Satelliten 104 und 116 über Benutzerverbindung 164. Der Satellit 116 empfängt diese Signale von Mehrfachbenutzeranschlüssen (Verbindungen 164) und behandelt diese durch Frequenzdivisions-Multiplexen miteinander für die Satellit-zu-Gateway-Speiseverbindung 166.
III. Benutzeranschlusstransceiver
Ein beispielhafter Transceiver 200 zur Verwendung in Benutzeranschlüssen 124 und 126 ist in 2 gezeigt. Der Transceiver 200 verwendet mindestens eine Antenne 210 zum Empfang von Nachrichtensignalen, die zu einem Analogempfänger 214 übertragen werden, wo sie heraufkonvertiert, verstärkt und digitalisiert werden. Ein Duplexerelement 212 wird oftmals dazu verwendet, zu gestatten, dass die gleiche Antenne sowohl Sende- als auch Empfangsfunktionen ausführen kann. Einige Systeme verwenden jedoch gesonderte Antennen zum Betrieb bei unterschiedlichen Sende- und Empfangsfrequenzen.
Die durch den Analogempfänger 214 ausgegebenen digitalen Nachrichtensignale werden zu zumindest einem digitalen Datenempfänger 216A und mindestens einem Searcher- oder Sucherempfänger 218 transferiert. Zusätzliche di gitale Datenempfänger 216B-216N können verwendet werden, um die gewünschten Pegel oder Soll-Pegel der Signaldiversität zu erreichen, und zwar abhängig von dem akzeptablen Niveau der Transceiverkomplexität, wie dies einem Fachmann auf diesem Gebiet klar ist.
Mindestens ein Benutzeranschlusssteuerprozessor 220 ist mit den digitalen Datenempfängern 216A-216N und dem Searcherempfänger 218 gekoppelt. Der Steuerprozessor 220 sieht neben anderen Funktionen die folgenden Funktionen vor: grundsätzliche Signalverarbeitung, Zeitsteuerung, Leistungs- und Übergabe-(Handoff)-Steuerung oder Koordination, und Auswahl der für die Signalträger verwendeten Frequenz. Eine andere grundsätzliche Steuerfunktion oder Grundsteuerfunktion die oftmals durch den Steuerprozessor 220 durchgeführt wird, ist die Auswahl oder Manipulation von Pseudonoise-(PN)-Codesequenzen oder orthogonalen Funktionen, die zur Verarbeitung der Nachrichtensignalwellenformen verwendet werden. Die Signalverarbeitung durch den Steuerprozessor 220 kann eine Bestimmung der relativen Signalstärke und die Berechnung verschiedener verwandter Signalparameter umfassen. Derartige Berechnungen der Signalparameter wie beispielsweise der Zeitsteuerung und der Frequenz können die Verwendung zusätzlicher oder gesonderter gewidmeter (eigens dafür vorgesehener) Schaltung umfassen, um eine erhöhte Effizienz oder Geschwindigkeit bei den Messungen oder der verbesserten Zuweisung der Steuerverarbeitungsressourcen vorzusehen.
Die Ausgangsgrößen der digitalen Datenempfänger 216A-216N sind mit der digitalen Basisbandschaltung 222 innerhalb des Benutzeranschlusses gekoppelt. Die Benutzerdigitalbasisbandschaltung 222 weist Verarbeitungs- und Präsentationselemente auf, und zwar verwendet zur Informationsübertragung zu und von einem Benutzeranschlussbenutzer. D.h.: Signal- oder Datenspeicherelemente, wie beispielsweise vorübergehender oder Langzeitdigitalspeicher; Eingabe- und Ausgabevorrichtungen wie beispielsweise Anzeigeschirme, Lautsprecher, Tastaturanschlüsse und Handapparate; A/D-Elemente, Vocoder und andere Sprach- und Analogsignalverarbeitungselemente; und dergleichen, wobei alle diese Mittel Teile von der digitalen Benutzerbasisband schaltung 222 bilden, und zwar unter Verwendung von im Stand der Technik bekannten Elementen. Wenn die Diversity-Signalverarbeitung verwendet wird, so kann die digitale Basisbandschaltung 222 einen Diversitycombiner und Decodierer aufweisen. Einige dieser Elemente können auch unter der Steuerung von oder in Verbindung mit dem Steuerprozessor 220 arbeiten.
Wenn Sprachdaten oder andere Daten als eine Ausgangsnachricht oder vom Benutzeranschluss kommende Nachrichtensignale hergestellt werden, wird die digitale Benutzerbasisbandschaltung 222 verwendet, um die gewünschten Daten zur Übertragung zu empfangen, zu speichern, zu verarbeiten und in anderer Weise vorzubereiten. Die digitale Benutzerbasisbandschaltung 222 liefert diese Daten an einen Sendemodulator 226, der unter der Steuerung eines Steuerprozessors 220 arbeitet. Die Ausgangsgröße des Sendemodulators 226 wird zu einer Leistungssteuervorrichtung 228 übertragen, die Ausgangsleistungssteuerung vorsieht, und zwar für einen Sendeleistungsverstärker 230 für die schließliche Übertragung des Ausgangssignals von einer Antenne 210 zu einem Gateway.
Der Transceiver 200 kann auch ein Vorkorrekturelement in dem Sende- oder Übertragungspfad verwenden, um die Frequenz des abgehenden Signals einzustellen. Dies kann unter Verwendung bekannter Techniken der Auf- oder Ab-Umwandlung der Sendewellenform erreicht werden. Alternativ kann ein Vorkorrekturelement Teil eines Frequenzauswahl- oder -steuermechanismus bilden, und zwar für die analogen Heraufkonversions- und Modulationsstufe 230 des Benutzeranschlusses derart, dass eine in geeigneter Weise eingestellte Frequenz dazu verwendet wird, um das Digitalsignal in eine gewünschte Sendefrequenz in einer Stufe oder in einem Schritt umzuwandeln.
Der Transceiver 200 kann auch ein Vorkorrekturelement im Übertragungs- oder Sendepfad verwenden, um die Zeitsteuerung des abgehenden Signals einzustellen. Dies kann unter Verwendung bekannter Techniken geschehen und zwar des Addierens oder Subtrahierens von Verzögerung in der Sendewellenform.
Digitalempfänger 216A-N und Seacherempfänger 218 sind mit Signalkorrelationselementen konfiguriert, um spezielle Signale zu demodulieren und zu verfolgen. Der Searcherempfänger 218 wird dazu verwendet, um nach Pilotsignalen zu suchen bzw. zu searchen, oder aber auch nach anderen ein relativ festes Muster besitzenden starken Signalen, wo hingegen Digitalempfänger 216A-N dazu verwendet werden, um die anderen Signale assoziiert mit den detektierten Pilotsignalen zu demodulieren. Die Ausgangsgrößen dieser Einheiten können daher überwacht werden, um die Energie oder die Frequenz des Pilotsignals oder von anderen Signalen zu bestimmen. Diese Empfänger verwenden auch Frequenzverfolgungs- oder Nachführelemente, die überwacht werden können, um laufend Frequenz- und Zeitsteuerinformation zum Steuerprozessor 220 für Signale die demoduliert werden, zu liefern.
Der Steuerprozessor 220 verwendet diese Information, um zu bestimmen, in welchem Ausmaß die empfangenen Signale oder die Empfangssignale gegenüber der Oszillatorfrequenz versetzt sind, und zwar bei Skalierung auf das gleiche Frequenzband, je nach Bedürfnis. Diese und andere Information bezüglich Frequenzfehlern und Dopplerverschiebungen kann in einem Speicher oder Speicherelement nach Wunsch gespeichert werden.
IV. Gatewaytransceiver
Eine beispielhafte Transceivervorrichtung 300 zur Verwendung in Gateways 120 und 122 ist in 3 gezeigt. Der in 3 gezeigte Teil des Gateways 120, 122 besitzt einen oder mehrere Analogempfänger 314 und zwar verbunden mit einer Antenne 310 zum Empfang von Nachrichtensignalen, die sodann herabkonvertiert, verstärkt und digitalisiert werden, und zwar unter Verwendung verschiedener Schemata, die in der Technik bekannt sind. Mehrfachantennen 310 werden in einigen Nachrichtensystemen verwendet. Die durch den Analogempfänger 314 ausgegebenen digitalisierten Signale werden als Eingangsgrößen an mindestens ein digitales Empfängermodul geliefert, und zwar angezeigt durch die gestrichelten Linien im Allgemeinen bei 324.
Jedes digitale Empfängermodul 324 entspricht Signalverarbeitungselementen verwendet zum Managen der Kommunikationen oder Nachrichtenübertragungen zwischen einem Gateway 120, 122 und einem Benutzeranschluss 124, 126, obwohl bestimmte Veränderungen oder Variationen in der Technik bekannt sind. Ein Analogempfänger 314 kann Eingangsgrößen für viele digitale Empfängermodule 324 liefern und eine Anzahl von derartigen Modulen wird oftmals in Gateways 120, 122 verwendet, um sämtliche Satellitenstrahlen und mögliche Diversity-Mode-Signale, die zu irgendeiner gegebenen Zeit bearbeitet werden, unterzubringen. Jedes digitale Empfängermodul 324 besitzt einen oder mehrere digitale Datenempfänger 316 und einen Such- oder Searcher-Empfänger 318. Der Searcher-Empfänger 318 sucht oder searcht im Allgemeinen nach geeigneten Diversity-Modes von Signalen, die sich von den Pilotsignalen unterscheiden. Bei Implementierung in dem Nachrichtensystem werden Mehrfachdigitaldatenempfänger 316A-316N für den Diversity-Signalempfang verwendet.
Die Ausgangsgrößen der digitalen Datenempfänger 316 werden an darauf folgende Basisbandverarbeitungselemente 322 geliefert, die Vorrichtungen verwenden, die hier nicht im Einzelnen dargestellt sind und im Stand der Technik wohl bekannt sind. Eine beispielhafte Basisbandvorrichtung umfasst Diversity-Kombinierer und Decodierer um Mehrfachpfadsignale in einer Ausgangsgröße für jeden Benutzer zu kombinieren. Eine beispielhafte Basisbandvorrichtung weist auch Interface-Schaltungen auf, um Ausgangsdaten an einen Digitalschalter oder ein Netzwerk zu liefern. Verschiedene andere bekannte Elemente wie die folgenden können verwendet werden, wobei aber keine Einschränkung darauf erfolgen soll: Vocoder, Datenmodems und digitale Datenschalt- und Speicherkomponenten, wobei diese einen Teil von Basisbandverarbeitungselementen 322 bilden können. Diese Elemente arbeiten zur Steuerung oder Leitung des Transfers der Datensignale zu einem oder mehreren Sendemodulen 334.
Zu Benutzeranschlüssen zu übertragende oder zu sendende Signale werden jeweils an eines oder mehrere geeignete Sendemodule 334 gekoppelt. Ein konventionelles Gateway benutzt eine Anzahl derartiger Sendemodule 334, um eine Service oder Dienste gleichzeitig vielen Benutzeranschlüssen 124, 126 und für mehrere Satelliten und Strahlen zur gleichen Zeit vorzusehen. Die Anzahl der durch Gateway 120, 122 verwendeten Sendemodule 334 wird durch bekannte Faktoren bestimmt, und zwar einschließlich der Systemkomplexität, der Anzahl von sichtbaren Satelliten, der Benutzerkapazität und dem Ausmaß der gewählten Diversity und dergleichen.
Jedes Sendemodul 334 weist einen Sendemodulator 326 auf, der Daten zum Zwecke der Sendung spreizspektrummoduliert. Der Sendemodulator 326 besitzt eine Ausgangsgröße bzw. einen Ausgang gekoppelt mit einer digitalen Sendeleistungssteuervorrichtung 328, welche die für das abgehende Digitalsignal verwendete Sendeleistung steuert. Die Digitalsendeleistungssteuervorrichtung 328 legt einen minimalen Leistungspegel für die Zwecke der Interferenzreduktion und Ressourcenzuweisung an, legt aber entsprechende oder geeignete Leistungspegel dann an, wenn dies notwendig ist, um im Hinblick auf Dämpfung im Sendepfad oder im Hinblick auf andere Pfadtransfercharakteristika zu kompensieren. Mindestens ein PN-Generator 332 wird durch den Sendemodulator 326 beim Spreizen der Signale verwendet. Diese Codeerzeugung kann auch einen funktionellen Teil von einem oder mehreren Steuerprozessoren oder Speicherelementen bilden, die in dem Gateway 122, 124 verwendet werden.
Die Ausgangsgröße der Sendeleistungssteuervorrichtung 328 wird zu einem Summierer 336 übertragen, wo die Ausgangsgrößen von anderen Sendemodulen summiert werden. Diese Ausgangsgrößen sind Signale zur Übertragung zu anderen Benutzer- oder Nutzeranschlüssen 124, 126 mit der gleichen Frequenz und innerhalb des gleichen Strahls wie die Ausgangsgröße der Sendeleistungssteuervorrichtung 328. Die Ausgangsgröße des Summierers 336 wird an Analogsender 338 geliefert und zwar zur Digital-zu-Analog-Umwandlung, zur Umwandlung auf die entsprechende HF-Trägerfrequenz, zur weiteren Verstärkung und zur Ausgabe an eine oder mehrere Antennen 340 zum Abstrahlen zu den Benutzeranschlüssen 124, 126. Die Antennen 310 und 340 können die gleichen Antennen sein, und zwar abhängig von der Komplexität und der Konfiguration des Systems.
Mindestens ein Gatewaysteuerprozessor 320 ist mit den Empfängermodulen 324 gekoppelt, ferner mit den Sendemodulen 334 und der Basisbandschaltung 322. Diese Einheiten können körperlich voneinander getrennt sein. Der Steuerprozessor 320 liefert Befehls- und Steuersignale um die Funktionen zu bewirken, wie beispielsweise, wobei aber darauf keine Einschränkung erfolgen soll, die Signalverarbeitung, die Zeitsteuersignalerzeugung, die Leistungssteuerung, die Übergabe- oder Handoff-Steuerung, die Diversity-Kombination und das System-Interfacing. Zudem weist der Steuerprozessor 320 PN-Spreizcodes zu, ferner orthogonale Codesequenzen und spezielle Sender und Empfänger zur Verwendung in den Benutzerkommunikationen oder Nachrichtenverbindungen.
Der Steuerprozessor 320 steuert auch die Erzeugung und Leistung der Pilot-, die Synchronisations- und Paging-Kanalsignale und deren Kopplung zur Sendeleistungssteuervorrichtung 328. Der Pilotkanal ist einfach ein Signal, das nicht durch Daten moduliert ist und kann ein sich wiederholendes oder repetitives sich nicht änderndes Muster oder eine sich nicht ändernde Rahmenstrukturtype (Muster) sein, oder eine Tontypeingangsgröße zum Sendermodulator 326. D.h., die Orthogonalfunktion, der Walsh-Code, verwendet zur Bildung des Kanals für das Pilotsignal, hat im Allgemeinen einen konstanten Wert, wie beispielsweise sämtliche 1 er oder 0er oder ein wohlbekanntes repetitives oder wiederholtes Muster wie beispielsweise ein strukturiertes Muster aus untereinander verteilten (interspersed) 1en und 0en. Dies hat in effektiver Weise zur Folge, dass nur die PN-Spreizcodes angelegt von dem PN-Generator 32 übertragen werden.
Obwohl der Steuerprozessor 320 direkt mit den Elementen eines Moduls gekoppelt werden kann, wie beispielsweise eines Sendemoduls 324 oder eines Empfangsmoduls 334, weist jedes Modul im Allgemeinen einen modulspezifischen Prozessor auf, wie beispielsweise einen Sendeprozessor 330 oder einen Empfangsprozessor 321, der die Elemente dieses Moduls steuert. Somit ist in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Steuerprozessor 320 mit dem Sendeprozessor 330 und dem Empfangsprozessor 321 wie in 3 gezeigt, gekoppelt. Auf diese Weise kann ein einziger Steuerprozessor 320 die Operationen oder Arbeitsvorgänge einer großen Anzahl von Modulen oder Ressourcen effizienter steuern. Der Sendeprozessor 330 steuert die Erzeugung der Signalleistung von und der Signalleistung für Pilot-, Sync-, Paging-Signale, Verkehrskanalsignale und ihre entsprechende Kopplung zu der Leistungssteuervorrichtung (power controller) 328. Der Empfangsprozessor 321 steuert das Suchen (searching), die PN-Spreizcodes für die Demodulation und die Überwachung der Empfangsleistung.
Für bestimmte Vorgänge oder Operationen wie beispielsweise die geteilte Ressourcenleistungssteuerung empfangen die Gateways 120 und 122 Information wie beispielsweise Empfangssignalstärke, Frequenzmessungen oder andere Empfangssignalparameter von den Benutzeranschlüssen in Kommunikations- oder Nachrichtensignalen. Diese Information kann aus den demodulierten Ausgangsgrößen der Datenempfänger 316 abgeleitet werden, und zwar durch Empfangsprozessoren 321. Alternativ kann diese Information als an vordefinierten Stellen in den Signalen auftretend detektiert werden, und zwar überwacht durch Steuerprozessor 320 oder Empfangsprozessoren 321 und übertragen werden zu dem Steuerprozessor 320. Der Steuerprozessor 320 verwendet diese Information zur Steuerung der Zeitsteuerung und der Frequenz der Signale, die gesendet werden, und die verarbeitet werden und zwar unter Verwendung der Sendeleistungssteuervorrichtung 328 und der Analogsender 338.
V. Satellitenstrahlmuster
Im Allgemeinen decken Strahlen von Satelliten 116 und 118 unterschiedliche geographische Flächen oder Gebiete in vordefinierten Strahlmustern ab. Die Satellitenstrahlen werden beispielsweise durch eine „Phased-Array"-Strahlformungsantenne gebildet, wie dies für einen Fachmann bekannt ist. 4 veranschaulicht ein beispielhaftes Satellitenstrahlmuster, welches auch als „Fußabdruck" (footprint) bekannt ist. Wie in 4 gezeigt, weist der beispielhafte Satellitenfootprint 400 16 Strahlen 401-416 auf. Insbesondere weist der Satellitenfußabdruck 400 einen Innenstrahl (Strahl 401), Mittelstrahlen (Strahlen 402-407) und Außenstrahlen (Strahlen 408-416) auf. Jeder Strahl 401 bis 416 deckt (ein) bestimmtes) oder spezifisches) geographisches) Fläche bzw. Gebiet ab, obwohl normalerweise eine gewisse Strahlenüberlappung vorhanden ist. Zusätzlich können Strahlen mit unterschiedlichen Frequenzen, die auch als FDMA-Kanäle oder „Substrahlen" (sub-beams) bezeichnet werden, zur Überlappung der gleichen Region oder des gleichen Gebietes gerichtet oder geleitet werden. Die Strahlabdeckungs- oder die Dienstleistungsgebiete bzw. -flächen für Mehrfachsatelliten könnten derart ausgelegt sein, dass sie sich vollständig oder teilweise in einem gegebenen Gebiet oder einer gegebenen Region überlappen und zwar abhängig von der Nachrichtensystemkonstruktion und der Art der angebotenen Dienstleistung und auch abhängig davon, ob Raum- oder Space-Diversity erreicht wird.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden unterschiedliche Strahlenmuster für die Vorwärts- und die Rückwärts-Nachrichtenverbindungen verwendet. Die Strahlmuster für die Vorwärts- und Rückwärts-Nachrichtenverbindungen können die gleichen sein, ohne den Sinn und Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Strahlstärke variiert innerhalb eines individuellen Strahls. Insbesondere ist die Strahlstärke an der Mitte des Strahls (auch als die „boresight" des Strahls bezeichnet) am stärksten. In 4 ist der Benutzeranschluss 420 in der „boresight" des Strahls 405 angeordnet. Die schlechteste Empfangsstelle oder Empfangslage (wo der Strahl am schwächsten ist) ist normalerweise die „Kante" des Strahls. In 4 ist der Nutzeranschluss 422 an der Kante des Strahls 405 gezeigt.
Eine Kante eines Strahls ist oftmals die Kante eines zweiten Strahls. Beispielsweise ist der Benutzeranschluss 422 zusätzlich zu der Tatsache, dass er an der Kante des Strahls 405 liegt, auch annähernd an der Kante des Strahls 413 gelegen. Dadurch, dass der Benutzeranschluss 422 an der Kante von zwei Strahlen angeordnet ist, liegt der Anschluss 422 an dem Ort gleicher Stärke zwischen zwei Strahlen. Der gleiche Stärke besitzende Ort ist üblicherweise derart ausgelegt, dass er an einem vorbestimmten Punkt wie beispielsweise dem 3-dB-Punkt (auch als Halbleistungspunkt bezeichnet) von jedem der zwei Strahlen liegt. Das heißt, die Signalleistung jedes Strahls an der Kante jedes Strahls beträgt annähernd 3 dB weniger als die Leistung an der Mitte jedes Strahls. Dies bedeutet, dass in einem konventionellen Satellitennachrichtensystem der Kanal bei einer Leistung von annährend 3 dB höher als die Leistung arbeiten muss, die erforderlich ist, um einen Benutzeranschluss an der besten Stelle (an der „boresight") zu bedienen, damit ein Kanal jedes Strahls 405 oder Strahls 413 als ein Benutzeranschluss 422 (an der Kante) dienen kann.
5 veranschaulicht ein Abdeckungsgebiet des Strahls 405 im Einzelnen. Der Strahl 405 ist durch Gitter in geographische Zonen oder Regionen aufgeteilt. Für die Zwecke der Diskussion sei angenommen, dass diese geographischen Zonen (beispielsweise die Zonen 502, 504 und 520) annähernd 100 Meilen Durchmesser besitzen und dass somit die gesamte Strahlabdeckung 405 annähernd 1000 Meilen ist. Wie oben diskutiert, können Benutzeranschlüsse angeordnet innerhalb des gleichen Strahlabdeckungsgebietes Information benötigen, die für die geographische Zone in der sie angeordnet sind, spezifisch ist. Beispielsweise können Benutzeranschlüsse 420 und 424 Information benötigen, die spezifisch für die geographische Zone oder Region 520 ist. Im Gegensatz dazu kann der Benutzeranschluss 422 Information benötigen, die spezifisch für die geographische Zone 522 ist.
VI. Bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird unten im Einzelnen diskutiert. Obwohl spezielle Schritte, Konfigurationen und Anordnungen diskutiert werden, ist doch klar, dass dies lediglich aus Gründen der Veranschaulichung erfolgt. Ein Fachmann wird erkennen, dass andere Schritte, Konfigurationen und Anordnungen verwendet werden können, ohne den Sinn und Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Die Erfindung kann in den verschiedensten drahtlosen Informations- und Kommunikationssystemen verwendet werden, einschließlich denjenigen, die für die Positionsbestimmung vorgesehen sind.
Wie oben diskutiert, besteht ein Bedarf nach einem System und einem Verfahren zur Übertragung von gemeinsamer Information zu einer Vielzahl von authorisierten Benutzern innerhalb eines relativ kleinen geographischen Gebiets. Um die Kanalinterferenz zu reduzieren, die Kapazität zu erhöhen und Leistung zu sparen, sollte das System und das Verfahren derart ausgelegt sein, dass eine minimale Leistungsmenge für die Kanäle zur Übertragung der gemeinsamen Information verwendet wird.
7 ist ein Flussdiagramm, welches den Betrieb der vorliegenden Erfindung in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
1. Erzeugung einer Liste von gemeinsamen Datenkanälen für die geographische Region
Der erste Schritt 704 bei der Übertragung oder Sendung gemeinsamer Information an eine Vielzahl von authorisierten Nutzern innerhalb einer relativ kleinen geographischen Zone oder eines kleinen geographischen Gebietes besteht darin, zu bestimmen, welche Strahlen ein Gateway benutzen wird, um die geographische Zone abzudecken und welche Kanäle das Gateway verwendet wird, um die gemeinsame Information zu übertragen. D.h., wenn die Grenzen der geographischen Zonen an die die gemeinsame Information zu übertragen ist, vorher bekannt sind, so können die exakten Identitäten der Kanäle, die zur Übertragung der gemeinsamen Information verwendet wer den, zuvor bestimmt werden. Diese Kanäle, die zur Übertragung der gemeinsamen Information verwendet werden, sollen im Folgenden als „gemeinsame Datenkanäle" (common data channels) bezeichnet werden. Die Identitäten der gemeinsamen Datenkanäle können in einer Liste formatiert werden. Die Liste 600 der 6 ist ein Beispiel einer derartigen Liste, die hier zur Listung oder Aufzeichnung gemeinsamer Datenkanäle verwendet wird, die für die geographische Zone 520 spezifisch sind.
In einem Ausführungsbeispiel, wie in Liste 600 gezeigt, umfasst die Identität eines gemeinsamen Datenkanals, welcher Satellit, Strahl, Frequenz und Kanal verwendet wird, um die gemeinsame Information in ein spezifisches oder bestimmtes geographisches Gebiet während einer spezifischen oder bestimmten Zeit zu übertragen. Wenn mehrfache gemeinsame Datenkanäle verwendet werden, um gemeinsame Information zu einem bestimmten geographischen Gebiet oder Region zu übertragen, dann umfasst die Liste 600 die Identitäten der mehrfachen gemeinsamen Datenkanäle. Beispielsweise übertragen zu einer Zeit t₁ der erste gemeinsame Datenkanal 602, der zweite gemeinsame Datenkanal 604 und der n-te gemeinsame Datenkanal 610 alle gemeinsame Dateninformation zu dem geographischen Gebiet 520. Die zur Identifizierung eines gemeinsamen Datenkanals notwendige Information hängt davon ab, was für ein Satellitenzugriffsschema verwendet wird. Wenn beispielsweise CDMA verwendet wird, dann ist die Identität des orthogonalen Kanals, hier eines Walsh-(Code)-Kanals, verwendet zur Übertragung der gemeinsamen Information notwendig. Wenn Zeitdivisions-Mehrfachzugriff (TDMA) verwendet wird, dann muss der Zeitschlitz des gemeinsamen Datenkanals identifiziert werden. Wenn Frequenzdivisions-Mehrfachzugriff (FDMA) verwendet wird, dann muss die Frequenz des gemeinsamen Datenkanals identifiziert sein.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dient die vorliegenden Erfindung zur Verwendung in einem satellitenbasierenden Nachrichtensystem, wo die Satelliten nicht stationär bezüglich eines Punktes auf der Erdoberfläche sind. Es sei bemerkt, dass, wenn die Satelliten verwendet zur Übertragung der gemeinsamen Datenkanäle geosynchron wären – geosynchron bedeutet syn chron mit der Erdrotation – die Liste 600 sich nicht verändernde Werte oder Inhalte haben könnte, da die Satelliten die gleichen geographischen Regionen oder Bereiche unendlich (indefinitely) abdecken könnten. In einem auf Satelliten basierenden Nachrichtensystem wo die Satelliten nicht stationär bezüglich eines Punktes auf der Erdoberfläche sind, ändert sich das geographische Gebiet bzw. Fläche, welches durch einen gegebenen Satelliten und einen gegebenen Strahl abgedeckt wird konstant. Infolge dessen gilt Folgendes: Ein Benutzeranschluss, der zu einer Zeit innerhalb eines speziellen Strahls eines speziellen Satelliten positioniert war, ist zu einer späteren Zeit innerhalb eines unterschiedlichen Strahls des gleichen Satelliten und/oder innerhalb eines unterschiedlichen Strahls eines unterschiedlichen Satelliten positioniert. Insbesondere kann ein Satellitenstrahl der eine geographische Region zu einer Zeit t₁ (612) abdeckt, diese gleiche geographische Region zu einer Zeit t₂ (614) (beispielsweise t₁ + 2 Minuten) nicht abdecken. Somit ist in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Liste 600 dynamisch und ändert sich mit der Zeit.
Wie oben diskutiert, ist die gemeinsame Information die auf den gemeinsamen Datenkanälen 602, 604 und 610 der Liste 600 übertragen wird spezifisch oder speziell für die geographische Zone bzw. Region 520. Für eine geographische Zone 504 kann eine andere Liste existieren, wobei diese Liste spezifisch oder speziell für die geographische Region 504 ist. Ähnliche Listen können für die geographischen Regionen 502, 522 und dergleichen existieren.
Es ist wichtig zu bemerken, dass die Benutzeranschlüsse 420 und 424, da sie innerhalb der gleichen geographischen Region 520 angeordnet sind, die gleiche gemeinsame Information benötigen. Im Gegensatz dazu benötigt der Benutzeranschluss 422 angeordnet in der geographischen Region 522 unterschiedliche gemeinsame Information. Somit wird mit „gemeinsamer Information" diejenige Information gemeint oder bezeichnet, die gemeinsam oder spezifisch für eine bestimmte geographische Region ist oder für eine Gruppe von Benutzeranschlüssen, die in einer oder mehreren benachbarten Strahlen angeordnet sind.
Die Liste 600 kann an dem Gateway erzeugt werden oder an einem zentralen Punkt und eingespeist werden in das Gateway. Die Liste 600 kann die Identitäten der gemeinsamen Datenkanäle umfassen, von denen erwartet wird, dass sie irgendeine Menge an Zeit, die sich in die Zukunft erstreckt, verwendet werden, beispielsweise 2 Minuten, 2 Stunden, 2 Tage und dergleichen, und zwar begrenzt nur durch die langsame Drift und Korrekturen der Satelliten von ihrer nominellen Umlaufbahn.
Die Anzahl der Satelliten und die Anzahl der gemeinsamen Datenkanäle die verwendet werden um gemeinsame Information zu übertragen die für eine spezielle geographische Region relevant ist, kann abhängig von der Konstruktion des Systems sich verändern. Die zusätzlichen gemeinsamen Datenkanäle sind normalerweise einfach Kanäle in anderen Strahlen, d.h. ein gemeinsamer Datenkanal pro Strahl, der die gewünschte Zielfläche auf der Erde überlappt. Beispielsweise für den Fall, dass drei Satelliten jeweils Strahlen besitzen, die eine spezielle geographische Region abdecken, wenn maximale Diversität und Redundanz erwünscht sind, dann sollten alle drei Satelliten die gemeinsame Information relevant für die spezifische geographische Region übertragen. Das Übertragen oder Senden der gemeinsamen Information über mehr als einen gemeinsamen Datenkanal ermöglicht einem Benutzeranschluss, das Signal-zu-Rausch-Verhältnis von Mehrfachsignalen, wie unten bei der Beschreibung von 8 diskutiert, zu kombinieren, um dadurch die Genauigkeit der empfangenen gemeinsamen Information zu erhöhen. In Situationen, wo die Diversität und Redundanz nicht wichtig sind, könnte nur ein Satellit verwendet werden, um die gemeinsame Information zu übertragen. Zusätzlich kann jeder Satellit die gemeinsame Information über mehr als einen gemeinsamen Datenkanal übertragen, obwohl dies im Allgemeinen weniger nützlich ist.
2. Übertragung gemeinsamer Information zur geographischen Region oder Zone
Wie im Schritt 708 angedeutet, kann, sobald die zur Abdeckung einer geographischen Region verwendeten Strahlen ausgewählt sind, die gemeinsame Information auf gemeinsamen Datenkanälen zu der geographischen Region gesandt werden. Die für eine geographische Region, wie beispielsweise Region 520, spezifische gemeinsame Information kann kontinuierlich auf gemeinsamen Datenkanälen übertragen werden. Unter Verwendung der Liste 600 weiß das Gateway, welche Satelliten, Strahlen, Frequenzen und Kanäle auf denen die gemeinsame Information zu speziellen Zeiten übertragen werden muss. In einem weiteren Ausführungsbeispiel, welches Leistung einspart, sendet das Gateway gemeinsame Information spezifisch für ein geographisches Gebiet auf gemeinsamen Datenkanälen bis mindestens ein Benutzer sich innerhalb der geographischen Region mit der Gateway registriert.
Ein Benutzeranschluss sollte wissen, welche gemeinsamen Datenkanäle für die geographische Region spezifisch oder speziell sind, so dass der Benutzeranschluss diejenigen Kanäle erfassen kann und dadurch gemeinsame Information über diese Kanäle empfängt. In einem Ausführungsbeispiel ist jeder Benutzeranschluss angeordnet innerhalb des Strahlenabdeckgebiets 405 in der Lage, wenn mit der notwendigen Information versehen, gemeinsame Datenkanäle zu empfangen, die für irgend eine der geographischen Regionen (beispielsweise 502, 504, 520 und 522), angeordnet in dem Strahlabdeckfläche, spezifisch ist. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel liefert an einen Benutzeranschluss angeordnet innerhalb einer speziellen geographischen Region (beispielsweise 520) einer Strahlabdeckfläche (beispielsweise 405) nur gemeinsame Information, die für die geographische Region (beispielsweise 520) des Benutzeranschlusses spezifisch ist.
Wie unten erläutert muss der Benutzeranschluss authentifiziert sein, bevor ein Gateway einen Benutzeranschluss mit den Identitäten der gemeinsamen Datenkanäle bzw. des gemeinsamen Datenkanals, beliefert. Zudem kann der Benutzeranschluss einen ordnungsgemäßen Entschlüsselungsschlüssel benötigen, um die Identitäten des bzw. der gemeinsamen Datenkanals bzw. –kanäle und/oder die gemeinsame Information zu lesen.
3. Registrieren des Benutzeranschlusses mit dem Gateway
Im Schritt 712 registriert sich ein Benutzeranschluss mit dem Gateway. Die Registrierung dient mindestens zwei Zwecken. Ein erster Zweck besteht darin, das Gateway mit dem Ort oder der Lage des Benutzeranschlusses zu versehen, so dass das Gateway weiß, welche gemeinsame Information der Benutzeranschluss empfangen sollte und somit welche gemeinsamen Datenkanalidentitäten an den Benutzeranschluss geliefert werden sollen. Ein zweiter Zweck besteht darin, den Benutzeranschluss für den Zugriff (access) zu dem Nachrichtensystem zu authentifizieren.
Es gibt mindestens zwei Verfahren für das Gateway um einen Ort oder eine Lage eines Benutzeranschlusses zu bestimmen. In einem Ausführungsbeispiel verwendet der Benutzeranschluss einen Global-Positioning-Satellite-(GPS)-Empfänger, der im Stand der Technik bekannt ist. Unter Verwendung des GPS-Empfängers kann der Benutzeranschluss seine Lage bestimmen und zum Gateway übertragen. Die Lage des Benutzeranschlusses kann von dem Benutzeranschluss zum Gateway als eine Zugriffsprobe (access probe) auf einem Zugriffs- oder Access-Kanal gesandt werden, und zwar eingebettet innerhalb anderer Signale oder als ein gesondertes Signal. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Gateway die Lage des Benutzeranschlusses basierend auf Information bestimmen, die vom Benutzeranschluss zum Gateway gesandt wird. Beispiele von Systemen und Verfahren, die verwendet werden können um die Lage eines Benutzeranschlusses zu bestimmen sind in den folgenden US-Patenten offenbart: 5 126 748 ausgegeben am 30. Juli 1992 mit dem Titel „Dual Satellite Navigation System and Method", 6 327 534 eingereicht am 23. Juni 1998 mit dem Titel „Unambiguous Position Determination Using Two Low-Earth Orbit Satellites", 6 078 248 eingereicht am 30. September 1996 mit dem Titel "Passive Position Determination Using Two Low-Earth Orbit Satellites" und 6 107 959, eingereicht am 30. September 1996 mit dem Titel „Position Determination Using One Low-Earth Orbit Satellite". Jedes dieser Patente ist auf den Inhaber der vorliegenden Erfindung übertragen.
Diese Patente und Anmeldungen diskutieren die Lage oder den Ort eines Benutzeranschlusses und zwar unter Verwendung von Information wie beispielsweise Charakteristika der Nachrichtensignale, die zu und von dem Benutzeranschluss übertragen werden und bekannte Positionen und Geschwindigkeiten der Satelliten.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, wenn ein Benutzer einen Benutzeranschluss einschaltet, wird eine Registrierungsanforderung, die die Identifikation des Benutzeranschlusses und möglicherweise seine Lage umschließt, vom Benutzeranschluss zum Gateway gesandt. In einem Ausführungsbeispiel ist der Registrierungsantrag oder die Registrierungsanforderung eine Zugriffsprobe, die von dem Benutzeranschluss zu dem Gateway über einen Zugriffskanal geschickt wird. Zugriffs- oder Access-Kanäle, die in dem Stand der Technik bekannt sind, liefern Verbindungen von einem Benutzeranschluss zu einem Gateway dann, wenn der Benutzeranschluss keinen Verkehrskanal verwendet. Einer oder mehrere Zugriffskanäle sind im Allgemeinen mit einem Paging-Kanal gepaart. In CDMA-Systemen ist jeder Zugriffskanal auf einer Rückwärts-Verbindung durch einen unterschiedlich langen PN-Code unterschieden. Konventionelle Nachrichten gesandt über die Zugriffskanäle liefern für sämtliche Anrufursprünge Antworten auf "Pages" und Registrierungen. Das Gateway spricht auf die Übertragung auf einem speziellen oder bestimmten Zugriffskanal an, und zwar durch eine Nachricht auf dem mit dem Zugriffskanal assoziierten Paging-Kanal. In ähnlicher Weise spricht der Benutzeranschluss auf eine Paging-Kanal-Nachricht an durch Senden auf einem der zugehörigen Zugriffskanäle.
Basierend auf der Lage oder dem Ort des Benutzeranschlusses und der Identifikation prüft das Gateway eine Listen-Datenbasis (data base) oder einen anderen Nachschaumechanismus um festzustellen, welche gemeinsame Information der Benutzeranschluss anfordert. D.h., das Gateway bestimmt welche gemeinsame Information angefordert ist, und zwar basierend auf der geographischen Region innerhalb der der Benutzeranschluss angeordnet ist oder auf irgend einer anderen bekannten Basis (beispielsweise auf der Basis einer Gruppenmitgliedschaft). Zusätzlich kann das Gateway bestimmen, und zwar basierend auf mindestens der Identifikation des Benutzeranschlusses, ob der Benutzeranschluss Zugriff zur gemeinsamen Information haben darf.
In einem Ausführungsbeispiel muss ein Benutzeranschluss authentifiziert sein und zwar bevor das Gateway dem Benutzeranschluss die Identitäten gemeinsamer Datenkanäle bzw. eines gemeinsamen Datenkanals übermittelt. Die Authentifizierung kann einfach basierend auf der Identifikation des Benutzeranschlusses erfolgen. Dieses Ausführungsbeispiel wird dann bevorzugt, wenn die Identität eines Benutzers des Benutzeranschlusses relativ unwichtig ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel schickt das Gateway eine Anforderung (challenge) bzw. Anforderungen (challenges) an den Benutzeranschluss und vergleicht das Ansprechen des Benutzeranschlusses bzw. der Benutzeranschlüsse mit einer erwarteten Authentifizierungssignatur, um die Authentizität des Benutzeranschlusses bzw. der Benutzeranschlüsse zu verifizieren. Eine grundsätzliche Authentifizierungsanforderung (basic authenication challenge) umfasst ein Verfahren zum Liefern Jemandes Identität. Insbesondere kann sie einfache Passwörter (passwords), geteilte oder gemeinsame (shared) Geheimnisse (beispielsweise den Namen der unverheirateten Mutter), kryptographische Authentifizierungsprotokolle, biometrische Tests (beispielsweise Retina-Abtastungen) oder andere Authentifizierungstechnik umfassen. Zusätzliche Authentifizierung kann in der gleichen Weise durchgeführt werden, wie dies in konventionellen Zellmobilkommunikationssystemen ausgeführt wird, die das „Klonen" verhindern. Die Kompliziertheit oder Sophistikation des Authentifizierungsprozesses sollte direkt mit dem Risikopegel in Beziehung stehen, der damit verbunden ist, dass ein nicht authorisierter Benutzer Zugriff zum System erlangt. Abhängig von dem Authentifizierungsprozess muss der Benutzeranschluss klug (sophisticated) genug sein, um die Eingabe von Ansprechungen (responses) auf Anforderungen (challenges) anzunehmen und die Ansprechungen (responses) zu dem Gateway weiter zu schicken. Wenn beispielsweise die Anforderung (challenge) eine Retina-Abtastung anfordert, so muss der Benutzeranschluss eine Retina-Abtastvorrichtung umfas sen. Wenn die Anforderung (challenge) ein Passwort erfordert, so muss der Benutzeranschluss eine Tastatur besitzen.
Zusätzlich kann die gemeinsame Information derart verschlüsselt sein, dass nicht authorisierte Benutzeranschlüsse, denen es gelingt die gemeinsamen Datenkanäle zu erfassen, die gemeinsame Information nicht entschlüsseln können. D.h., wenn die gemeinsame Information verschlüsselt ist, können nur Benutzeranschlüsse mit dem richtigen Entschlüsselungsschlüssel die gemeinsame Information entschlüsseln. Verschiedene Verschlüsselungs- und Entschlüsselungstechniken sind im Stand der Technik bekannt.
Wie oben erwähnt, kann zur Einsparung von Leistung, ein Gateway warten bis mindestens ein Benutzer innerhalb einer geographischen Region sich mit einem Gateway registriert bevor das Gateway gemeinsame Information zu der geographischen Fläche auf gemeinsamen Datenkanälen überträgt. Zur weiteren Leistungseinsparung kann von einem Benutzeranschluss gefordert werden, dass er sich mit dem Gateway ent-registriert oder abmeldet, dann, wenn der Benutzeranschluss die gemeinsame Information nicht mehr benötigt. Dadurch dass man die Benutzeranschlüsse ent-registrieren lässt, kann das Gateway verfolgen, wie viele Benutzer innerhalb einer speziellen geographischen Region vorhanden sind und kann dadurch die Verwendung gemeinsamer Datenkanäle inaktivieren oder aufheben, wenn keine registrierten Benutzer innerhalb der spezifischen oder speziellen geographischen Region vorhanden sind. Alternativ kann das Gateway diese Kanäle irgendeiner anderen Benutzung zuweisen, wenn keine registrierten Benutzer innerhalb der bestimmten geographischen Region angeordnet sind.
Da ein Gateway die Lage oder den Ort von Benutzeranschlüssen bestimmen kann, wenn sich Benutzeranschlüsse registrieren, kann das Gateway zusätzlich die Stärke der gemeinsamen Datenkanäle einstellen, und zwar abhängig von den Lagen oder Orten der Benutzeranschlüsse. Wenn sämtliche Benutzeranschlüsse innerhalb einer geographischen Region sich sämtlich in einer kleineren wohl definierten Subregion wie beispielsweise der gleichen Ecke der geographischen Region befinden, kann auch die Anzahl der gemeinsamen Datenkanäle, die die gemeinsame Information übertragen, demgemäß reduziert werden. Zusätzliche Verfahren zur Einsparung von Leistung werden unten diskutiert.
4. Versehen des Benutzeranschlusses mit Identitäten gemeinsamer Datenkanäle bzw. eines gemeinsamen Datenkanals
Um gemeinsame Information speziell für eine geographische Region eines Benutzeranschlusses zu empfangen, muss der Benutzeranschluss mit den relevanten Identitäten des gemeinsamen Datenkanals bzw. der gemeinsamen Datenkanäle versehen sein, der bzw. die die gemeinsame Information übertragen. Somit werden die Identitäten der gemeinsamen Datenkanäle dem Benutzeranschluss im Schritt 714 geliefert. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird diese Information (die Identitäten des gemeinsamen Datenkanals bzw. der gemeinsamen Datenkanäle) von dem Gateway zu dem Benutzeranschluss geschickt, und zwar ansprechend auf die Registrierungsanforderung des Benutzeranschlusses. Natürlich kann das Gateway das Senden dieser Information zu denjenigen Benutzeranschlüssen beschränken, die authentifiziert sind. Zudem kann diese Information verschlüsselt sein, so dass nur diejenigen Benutzeranschlüsse mit dem richtigen Entschlüsselungsschlüssel, die Identitäten der gemeinsamen Datenkanäle ermitteln oder entschlüsseln können.
Wie oben diskutiert, weist die Liste 600 die Identitäten der gemeinsamen Datenkanäle auf, welche für die geographische Region 520 relevant sind und somit relevant für die Benutzeranschlüsse 420 und 424. Sobald ein Benutzeranschluss 420 in ordnungsgemäßer Weise authentifiziert ist, schickt das Gateway dem Benutzeranschluss 420 die Identitäten von mindestens einem der gemeinsamen Datenkanäle in der Liste 600 und zwar ansprechend auf den Registrierungsantrag oder die Registrierungsanforderung des Benutzeranschlusses. In einem Ausführungsbeispiel sendet das Gateway einfach dem Benutzeranschluss 420 einen Teil der Liste 600. D.h., wenn der Benutzeran schluss 420 sich zur Zeit t₁ (612) registriert, kann das Gateway einen Teil der Liste 600 senden, der die Identitäten der gemeinsamen Datenkanäle umfasst, die relevant sind, für die geographische Lage oder den geographischen Ort 520 nur zur Zeit t₁ (612). Alternativ kann der Teil der Liste 600, die Identitäten der gemeinsamen Datenkanäle zu den Zeiten t₁ (612), t₂ (614) und dergleichen umfassen.
In einem Ausführungsbeispiel schickt das Gateway die Identitäten der gemeinsamen Datenkanäle bzw. des gemeinsamen Datenkanals zu dem Benutzeranschluss 420 über einen Paging-Kanal, wobei der Paging-Kanal mit dem Zugriffskanal assoziiert ist, auf dem der Benutzeranschluss 420 ursprünglich die Registrationsantragszugriffsprobe sandte. Wie oben diskutiert weist der Benutzeranschluss 420 Signale oder Datenspeicherelemente auf, wie beispielsweise einen vorübergehenden (transienten) oder Langzeitdigitalspeicher. Wenn der Benutzeranschluss 420 die Identitäten von mindestens einem gemeinsamen Kanal empfängt, so hebt der Benutzeranschluss die Identitäten in einem Speicherelement auf.
Im Schritt 718 erfasst der Benutzeranschluss 420 mindestens einen gemeinsamen Datenkanal unter Verwendung der empfangenen Identitäten der gemeinsamen Datenkanäle bzw. des gemeinsamen Datenkanals und anderer bekannter Information. Spezieller gesagt sucht der Such- oder Searcher-Empfänger 218 im Benutzeranschluss 420 unter Verwendung der Identitäten des gemeinsamen Datenkanals bzw. der gemeinsamen Datenkanäle nach mindestens einem gemeinsamen Datenkanal und erfasst diesen.
Sobald der Benutzeranschluss 420 mindestens einen gemeinsamen Datenkanal erfasst hat, kann er in Schritt 720 anfangen, die gemeinsame Information zu empfangen. Wie oben diskutiert gilt Folgendes: wenn die gemeinsame Information verschlüsselt ist, so muss der Benutzeranschluss 420 den ordnungsgemäßen Entschlüsselungsschlüssel verwenden, um die gemeinsame Information zu lesen.
Da, wie oben diskutiert, die in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendeten Satelliten nicht stationär bezüglich einer geographischen Region auf der Erdoberfläche sind, ändern sich die Identitäten der gemeinsamen Datenkanäle, die gemeinsame Information zu der speziellen geographischen Region übertragen mit der Zeit. Somit muss ein Benutzeranschluss hinsichtlich der sich ändernden Identitäten der gemeinsamen Datenkanäle aktualisiert, d.h. auf den neuesten Stand gebracht werden. Ansonsten wird der Benutzeranschluss nicht mehr in der Lage sein, die gemeinsame Information zu empfangen, sobald die Strahlen, welche die gemeinsamen Datenkanäle (die der Benutzeranschluss zur Zeit t₁ erfasst) nicht mehr die geographische Region, innerhalb der der Benutzeranschluss liegt (beispielsweise zur Zeit t₃), abdecken.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden Daten, die einen Teil der Liste 600 repräsentieren, von dem Gateway zu dem Benutzeranschluss 420 von Zeit zu Zeit (nicht notweniger Weise periodisch) übertragen. Wie oft das Gateway einen Teil der Liste 600 senden sollte, hängt von mindestens zwei Faktoren ab. Der erste Faktor ist die Relativbewegung der Satelliten und der Erde. Mit anderen Worte gilt Folgendes: wie schnell erfasste gemeinsame Datenkanäle aus dem Bereich des Benutzeranschlusses 420 heraus gehen beeinflusst wie oft ein Teil der Liste 600 zum Benutzeranschluss 420 gesandt werden sollte. Der zweite Faktor ist Folgender: wie weit in die Zukunft ist jeder Teil der Liste 600 relevant. Anders ausgedrückt gilt: der Teil der Liste 600 der zum Benutzeranschluss 420 geschickt wurde, kann die Identitäten von allen gemeinsamen Datenkanälen umfassen, die innerhalb der nächsten zwei Stunden erfasst werden können, oder aber nur innerhalb der nächsten 10 Minuten. Wenn der Teil der Liste 600 für nur 10 Minuten relevant ist, dann muss er zum Benutzeranschluss 420 öfters geschickt werden als dann, wenn die Liste 600 für zwei Stunden relevant wäre. Zusätzlich gilt Folgendes: da das Gateway die angenäherte Position des Benutzeranschlusses 420 kennt, kann das Gateway warten, um dem Benutzeranschluss 420 einen Teil der Liste 600 zu schicken, und zwar bis ein gemeinsamer Datenkanal den der Benutzeranschluss 420 erfasst, gerade dabei ist, außer Bereich des Benutzeranschlusses 420 zu gehen.
Obwohl man im Prinzip das Senden der Listenaktualisierungsinformation verzögern kann bis zu der Zeit, dass der erste Benutzer in einem Gebiet einen laufenden Strahl außer Bereich gehen sieht, und nichts mehr auf der Liste ist, ist in der Praxis jedoch ein solches System, welches diese Lösungsmöglichkeit verwendet, unwahrscheinlich. Es ist nicht wahrscheinlich, dass ein System so lange warten will und den Verlust einer Signalakquisition riskiert infolge eines Fehlens von Strahlzuweisungen oder Assignments. Listenaktualisierungen sollten hinreichend oft durch oder innerhalb eines Systems übertragen werden, so dass jeder Benutzer mindestens einen oder zwei mehr Strahlen auf der Liste verbleiben hat, und zwar darüber hinaus, was laufend verwendet wird, um gegenüber verfehlten Akquisitionen Schutz vorzusehen.
Es sei bemerkt, dass dann, wenn die Satelliten verwendet zur Sendung von gemeinsamen Datenkanälen geosynchron wären, und die Liste 600 sich nicht verändernde Werte oder Inhalte besäße, da die Satelliten unbegrenzt die gleichen geographischen Regionen abdecken könnten, müsste die Liste nur einmal zu Benutzeranschluss 420 gesendet werden.
In einem Ausführungsbeispiel kann ein Teil der Liste 600 auf dem gemeinsamen Datenkanal zusammen mit der gemeinsamen Information gemultiplext werden. Anders ausgedrückt gilt Folgendes: die gemeinsame Information kann einen Teil der Liste 600 und „Teilnehmerleitungs-„ (party line) Daten umfassen. Die Teilnehmerleitungs- oder Party-Line-Daten sind die Information, die für die geographische Region des Benutzeranschlusses spezifisch ist. Die Party-Line-Daten können Information sein, die sich häufig ändert und somit konstant aktualisiert werden muss. Beispiele von Party-Line-Daten umfassen die Folgenden: ionosphärische Verzögerungsinformation und Truppenbewegungsinstruktionen wie oben diskutiert. Zusätzliche Beispiele von Party-Line-Daten umfassen ferner: Schnellstraßenverkehrszustände, Wetterzustände, örtliche Marktinformation und dergleichen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst der Teil der Liste 600 der zu dem Benutzeranschluss 420 geschickt wird, die Identität von sämtlichen gemeinsamen Datenkanälen, die übertragen werden, und zwar für die nächsten N Minuten (beispielsweise 5 Minuten) und zwar zur geographischen Region 520 innerhalb derer der Benutzeranschluss 420 angeordnet ist.
Da der Benutzeranschluss 420 vorgesehen ist, kann der Benutzeranschluss 420 von Zeit zu Zeit mit den Identitäten des relevanten gemeinsamen Datenkanals bzw. der relevanten gemeinsamen Datenkanäle für die nächsten N Minuten wenn notwenig nach neuen gemeinsamen Datenkanälen suchen, um die gemeinsamen Datenkanäle bzw. den gemeinsamen Datenkanal die bzw. der auf Strahlen übertragen werden bzw. wird, die sich aus dem Bereich des Benutzeranschlusses (d.h. der nicht länger die geographische Region des Benutzeranschlusses abdeckt), zu ersetzen. Beispielsweise gilt Folgendes: sobald der die Strahlabdeckfläche 405 erzeugende Strahl nicht mehr die geographische Fläche 520 abdeckt, kann der Benutzeranschluss 420 unter Verwendung der Identitäten in dem Teil der Liste 600 andere gemeinsame Datenkanäle übertragen auf anderen Strahlen erfassen, um dadurch den Empfang der gemeinsamen Information fortzusetzen. Die anderen Strahlen können von dem gleichen Satelliten übertragen werden, wie beispielsweise die Strahlen 401, 404, 413, 414 und dergleichen. Zusätzlich können die anderen Strahlen von einem unterschiedlichen Satelliten übertragen werden.
In einem Ausführungsbeispiel gilt Folgendes: sobald der Benutzeranschluss die Identität von mindestens einem gemeinsamen Datenkanal vom Gateway empfängt, ist keine weitere Kommunikation oder Nachrichtenverbindung vom Benutzeranschluss zum Gateway erforderlich. Somit gilt für dieses Ausführungsbeispiel Folgendes: der Betrieb erfolgt mit „offener Schleife" (open-loop) von dem Punkt an im Sinne dass es keine Rückkopplung (beispielsweise Leistungssteuerinformation) vom Benutzeranschluss zum Gateway gibt, sondern nur Übertragung vom Gateway zum Benutzeranschluss.
5. Empfängerteil des Benutzeranschlusses
8 zeigt einen Empfängerteil der Architektur des Benutzeranschlusstransceivers 800 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel. Der Receiver oder Empfänger 800 umfasst eine Antenne 210, Analogempfänger 216, Searcher- oder Suchempfänger 218 und digitale Datenempfänger 216A-216N. Der Empfänger 800 umfasst auch so genannte Entschrägungs- oder „Deskew"-Puffer 808A-808N, Zeitausrichtungsregler 806 und Digitalmaximalverhältniskombinierer 812. Der Empfänger 800 empfängt die Identitäten der gemeinsamen Datenkanäle bzw. des gemeinsamen Datenkanals im Schritt 718 und die gemeinsame Information im Schritt 720.
Der Empfänger 800 weist einen digitalen Maximalverhältniskombinierer 812 auf, um Digitalsignale zu kombinieren, und zwar erzeugt durch jeden Digitaldatenempfänger 216A-216N, um ein kombiniertes Ausgangssignal 820 zu erzeugen. Das Ausgangssignal 820 ist ein digitales Datensignal, welches in Decoder oder Entcodierer und dergleichen eingespeist werden kann und zwar zur weiteren Verarbeitung, was dem Fachmann bekannt ist.
Der Analogempfänger 214 weist einen Herab- oder Abwärtskonverter auf, um die Frequenz der Empfangssignale auf Basisband zu reduzieren. Der Analogempfänger 214 weist auch einen Analog-zu-Digital-Wandler auf, um analoge Basisbandsignale in Digitalsignale umzuwandeln. Die digitalen Datenempfänger 216A-216N entspreizen und demodulieren Digitalsignale, liefern Fehlerkorrekturen und dergleichen. Die Ausgangsgrößen 804A-804N der Digitalempfänger 216A-216N sind digitale Datensignale.
Unter Bezugnahme auf die 4, 5 und 8 sei Folgendes ausgeführt: der Benutzeranschluss 422 empfängt Signal 802A übertragen durch Satelliten 116 auf einem gemeinsamen Datenkanal eines ersten Strahls 413 und Signal 802B übertragen durch den gleichen Satelliten 116 aber auf einem unterschiedlichen gemeinsamen Datenkanal eines zweiten Strahls 405. Die Signale 802A und 802B enthalten beide die gleiche gemeinsame Information, werden aber über gesonderte gemeinsame Datenkanäle gesendet oder übertragen. D.h., die gemeinsame Information übertragen über gesonderte gemeinsame Datenkanäle sind identisch und sind beide spezifisch für die geographische Region 522. Da die Signale 802A und 802B von dem gleichen Satelliten übertragen bzw. gesendet werden, ist ihre Zeitsteuerung im Wesentlichen ausgerichtet (aligned). Dies liegt daran, dass alle Strahlen, die vom gleichen Satelliten kommen, ihre Zeitsteuerung im Wesentlichen ausgerichtet an allen Punkten innerhalb des Fußabdrucks des Satelliten besitzen. Auf diese Weise sind die demodulierten Signale 804A und 804B eingegeben in den digitalen Maximalverhältniskombinierer 812 im Wesentlichen zeitlich ausgerichtet (time aligned). Der digitale Maximalverhältniskombinierer 812 kombiniert die demodulierten Signale um ein effektives Signal 820 zu erzeugen und zwar mit einer effektiven Signalstärke, die größer ist als bei den Signalen 804A oder 804B einzeln gesehen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gewichtet der digitale Maximalverhältniskombinierer 812 jedes Digitalsignal 804A und 804B basierend auf seinem Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR = signal to noise ratio) und zwar vor der Kombination, um so das SNR des Ausgangssignals 820 zu maximieren.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Empfänger 800 Entschrägungs- oder Deskewpuffer 808A-808N und Zeitausrichtungsregler oder Steuervorrichtungen 806 auf. Beispiele von Entschrägungspuffern und einem Zeitausrichtungsregler sind US-Patent 6 181 912 mit dem Titel „System and Method for User Terminal Clock Error Measurement and Correction" beschrieben. Dieses Patent ist auf den Inhaber der vorliegenden Erfindung übertragen. Die Entschrägungspuffer 802A, 802B sind notwendig, wenn Signale 802A und 802B von einem ersten bzw. einem zweiten Satelliten übertragen werden, wobei der Abstand zwischen dem Benutzeranschluss und dem ersten Satelliten unterschiedlich von dem Abstand zwischen dem Benutzeranschluss und dem zweiten Satelliten ist. Dies liegt daran, dass die Zeit die für das Signal 802A nötig ist, um den Benutzeranschluss zu erreichen, von der Zeit unterschiedlich ist, die das Signal 802B benötigt, um den Benutzeranschluss zu erreichen. Die Entschrägungspuffer 808A, 808B und der Zeitausrichtungsregler bzw. Controller 806 prägen eine Zeitausrichtung auf die Signale 802A, 802B auf, die jeweils durch die ersten und zweiten Satelliten übertragen wer den, so dass dann, wenn die zwei Signale ihre entsprechenden Entschrägungspuffer verlassen, diese zeitlich ausgerichtet sind und durch den digitalen Maximalverhältniskombinierer 812 kombiniert werden können. Ein Beispiel eines digitalen Maximalverhältniskombinierers ist in der US-Patentanmeldung Seriennummer 08/939,325, eingereicht am 29. September 1997 beschrieben und zwar unter dem Titel „Using Multiple Antennas to Mitigate Specular Reflection". Diese Anmeldung ist auf den Inhaber der vorliegenden Erfindung übertragen.
Unter Bezugnahme auf 4 sei Folgendes ausgeführt: der Benutzeranschluss 422 ist nahe an der „Kante" der Strahlen 413 und 405. Wie oben diskutiert bedeutet nahe an der „Kante" von Strahlen 413 und 405 dass der Benutzeranschluss 422 sich an einem Ort annähernd gleicher Stärke zwischen den Strahlen 413 und 405 befindet, der normalerweise derart ausgelegt ist, dass er auf einem vorbestimmten Wert wie beispielsweise 3 dB liegt, und zwar herab oder nach unten gegenüber der „boresight" der Strahlen 413 und 405. Anders ausgedrückt ist die Signalleistung an der Kante der Strahlen 413 und 405 annähernd 3 dB kleiner als die Leistung in der Mitte der Strahlen 413 und 405. Eine Reduktion von 3 dB hat ungefähr die Hälfte der Leistung zur Folge. Wenn somit der Benutzeranschluss 422 ein Signal nur über Strahl 413 oder nur über Strahl 405 empfangen würde, so könnte die Leistungsfähigkeit inadäquat sein. Durch Kombination der Leistungen der Signale 802A und 802B erzeugt jedoch der digitale Maximalverhältniskombinierer 812 ein digitales Datensignal 820 mit einer effektiven Stärke annähernd gleich der Stärke eines einzigen Signals empfangen nahe der „boresight" von einem der Strahlen 413 und 405. Um daher den Benutzeranschluss 422 zu versorgen, wenn dieser nahe der Kante von zwei Strahlen angeordnet ist, kann die Leistung jedes gemeinsamen Datenkanals kleiner sein als die Leistung die notwendig ist, um einen Benutzeranschluss zu bedienen (der Signalleistungen nicht kombiniert) der nahe der „boresight" eines Strahles angeordnet ist. Somit können die gemeinsamen Datenkanäle eine Leistung besitzen, die kleiner ist als die von konventionellen Paging-Kanälen, die oftmals bei ungefähr 3 dB höher arbeiten als die Leistung die benötigt wird, um die beste Lage oder den bes ten Ort zu versorgen, um einen Benutzeranschluss an der schlechtesten Stelle oder am schlechtesten Ort zu bedienen, beispielsweise der Kante eines Strahls.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erfasst, unter Verwendung des Teils der Liste 600 empfangen von dem Gateway, der Empfänger 800 so viele gemeinsame Datenkanäle wie möglich. Dies ist durch die Anzahl der verfügbaren gemeinsamen Datenkanäle spezifisch für die geographische Region eines Benutzeranschlusses und die Anzahl der digitalen Datenempfänger 216A-N innerhalb des Empfängers 800 des Benutzeranschlusses begrenzt. Diese gemeinsamen Datenkanäle können über unterschiedliche Strahlen des gleichen Satelliten oder über Strahlen unterschiedlicher Satelliten übertragen werden. Wie oben diskutiert, ist das Signal-zu-Rausch-Verhältnis der gemeinsamen Datenkanalsignale kombiniert, um die Genauigkeit der gemeinsamen Information zu erhöhen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wählt der Empfänger 800, wenn immer möglich (abhängig von der Information in der Liste 600) gemeinsame Datenkanäle aus, die von unterschiedlichen Satelliten mit Sendung versorgt werden, um die Diversität zu erhöhen. Ein Vorteil davon besteht darin, dass dies die Wahrscheinlichkeit reduziert, dass der Benutzeranschluss durch eine Versperrung blockiert wird und somit nicht in der Lage ist, die gemeinsame Information zu empfangen.
In einem Ausführungsbeispiel umfasst der Analogempfänger 214 mehr als einen Herabkonverter um dadurch den Benutzeranschlussempfänger 800 in die Lage zu versetzen, gleichzeitig Mehrfachsignale herabzukonvertieren und zwar empfangen von gemeinsamen Datenkanälen die auf unterschiedlichen Frequenzen übertragen werden. Wie oben diskutiert, identifiziert die Liste 600 die Frequenzen der gemeinsamen Datenkanäle bzw. des gemeinsamen Datenkanals. Auf diese Weise ist die Liste 600 in einem System brauchbar, wo die gemeinsamen Datenkanäle relevant für eine spezielle geographische Region auf mehr als einer Frequenz übertragen werden.
6. Wilting
In einem Ausführungsbeispiel eines Verfahrens wird „Wilting" verwendet. „Wilting" ist in US-Patent (US-A-) 5 584 049, ausgegeben am 10. Dezember 1996, mit dem Titel „Apparatus And Method For Adding And Removing A Base Station From A Cellular Communication System" und US-Patent 5 475 870, ausgegeben am 12. Dezember 1995 mit dem Titel „Apparatus And Method For Adding And Removing A Base Station From A Cellular Communication System" beschrieben. Beide Patente sind auf den Inhaber der vorliegenden Erfindung übertragen. Gemäß dem Wilting-Prozess wird die Leistung eines oder mehrerer der gemeinsamen Datenkanäle sehr langsam über die Zeit hinweg durch das Gateway reduziert. Unter Verwendung von Information wie beispielsweise der die in der Liste 600 enthalten ist, weiß der Benutzeranschluss, welche gemeinsamen Datenkanäle er zu einem bestimmten Zeitpunkt erfassen kann. Wenn das Gateway die Leistung von gemeinsamen Datenkanälen absenkt, und zwar bis zu dem Punkt, wo ein Benutzeranschluss nicht mehr die gemeinsame Information genau reproduzieren kann, dann schickt der Benutzeranschluss eine Nachricht an das Gateway und informiert dieses, die Kanalleistung zu erhöhen. Ansprechend auf die Nachricht erhöht das Gateway die Leistung der gemeinsamen Datenkanäle bzw. des gemeinsamen Datenkanals und zwar um eine vorgewählte Größe, beispielsweise 1 dB. Das Gateway kann dann wiederum anfangen, die Leistung der gemeinsamen Datenkanäle bzw. des gemeinsamen Datenkanals zu reduzieren oder zu „wilt"en, bis das Gateway eine weitere Nachricht empfängt, die anzeigt, dass die Leistung zu niedrig ist.
Die Nachricht vom Benutzeranschluss kann das Gateway einfach darüber in Kenntnis setzen, dass es die gemeinsame Information nicht mehr genau reproduzieren kann. Zusätzlich kann die Nachricht, die Identität und/oder die Lage des Benutzeranschlusses umfassen. Unter Verwendung der Lage oder Ortsinformation kann das Gateway bestimmen für welche gemeinsamen Datenkanäle deren Leistung erhöht werden sollte. Alternativ kann die Nachricht von einem Benutzeranschluss darüber in Kenntnis setzen, dass der Benutzer anschluss gemeinsame Information über einen speziellen Kanal, über eine spezielle Frequenz, über einen speziellen Strahl und einen speziellen Satelliten empfangen sollte, wodurch das Gateway in die Lage versetzt wird, den Leistungsanstieg auf bestimmte oder spezifische gemeinsame Datenkanäle zu begrenzen oder zu gestatten, dass die Leistung zu denjenigen speziellen Kanälen schnell erhöht wird ohne Verarbeitung zur Bestimmung, welche Kanäle eingestellt werden sollten, zu fordern.
Die vorstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele setzt jeden Fachmann in die Lage die vorliegende Erfindung zu nutzen. Obwohl die Erfindung speziell gezeigt und beschrieben wurde in Hinblick auf bevorzugte Ausführungsbeispiele erkennt der Fachmann, dass verschiedene Änderungen in der Form und in Details vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der Erfindung wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, zu verlassen.

Claims

Ein Verfahren zum Vorsehen von gemeinsamer Information (common information) an eine Vielzahl von Benutzerterminals (124, 126, 420, 422, 424) innerhalb einer vordefinierten geographischen Region (502, 504, 520, 522), in einem Satellitenkommunikationssystem mit einem Gateway (120, 122) und einer Vielzahl von Satelliten (116, 118), die die Erde so umkreisen, dass sie nicht stationär bezüglich eines Punktes auf der Oberfläche der Erde sind, wobei jeder der Vielzahl von Satelliten (116, 118) Strahlen bzw. Beams (401-416) besitzen, die verschiedene geographische Gebiete in vordefinierten Strahlmustern abdecken, dadurch gekennzeichnet dass: die vordefinierte geographische Region (502, 504, 520, 522) kleiner als die geographische Fläche ist, die durch einen Strahl (401-416) abgedeckt ist, und die gemeinsame Information in Beziehung steht zu der vordefinierten geographischen Region (502, 504, 520, 522); und dadurch gekennzeichnet, dass Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Generieren einer Liste (600), die eine Vielzahl von gemeinsamen Datenkanälen (602, 604, 610) identifiziert, über die die gemeinsame Information von dem Gateway (120, 122) zu der vordefinierten geographischen Region (502, 504, 520, 522) gesendet wird, wobei die Liste (600) sich zeitlich aufgrund der Umkreisung bzw. Umlaufbahn der Satelliten (116, 118) verändert und wobei die Liste spezifisch ist für die vordefinierte geographische Region (502, 504, 520, 522); Senden der gemeinsamen Information auf der Vielzahl von gemeinsamen Datenkanälen (602, 604, 610); und Empfangen an einem Benutzerterminal (124, 126, 420, 422, 424), der gemeinsamen Information über zumindest einen der Vielzahl von gemeinsamen Datenkanälen (602, 604, 610).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Liste (600) für jede der Vielzahl von gemeinsamen Datenkanälen (602, 604, 610) Information enthält, die einen vorbestimmten Satelliten (116, 118), Strahl (410-416), Frequenz und Kanal identifiziert.
Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin den Schritt des Registrierens des Benutzerendgeräts bzw. Terminals (124, 126, 420, 422, 424) mit dem Gateway (120, 122) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Registrierungsschritt weiterhin folgenden Schritt aufweist: Senden, und zwar von dem Benutzerterminal (124, 126, 420, 422, 424) zu dem Gateway (120, 122), eine Zugriffsprobe (access probe) auf einem Zugriffskanal, um hierdurch den Benutzerterminal (124, 126, 420, 422, 424) mit bzw. bei dem Gateway (120, 122) zu Registrieren und um das Gateway (120, 122) mit der Position des Benutzerterminals zu versorgen.
Verfahren nach Anspruch 3, das weiterhin den folgenden Schritt aufweist: Senden, und zwar von dem Gateway (120, 122) zu dem Benutzerterminal (124, 126, 420, 422, 424) einer oder mehrerer Identitäten von einem oder mehreren Datenkanälen (602, 604, 610) der Vielzahl von gemeinsamen Datenkanälen (602, 604, 610).
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Identitäten von einem oder mehreren gemeinsamen Datenkanälen (602, 604, 610) auf einem Paging-Kanal gesendet werden.
Verfahren nach Anspruch 5, das weiterhin den Schritt des Aquirierens an dem Benutzerterminal (124, 126, 420, 422, 424) von zumindest einem der Vielzahl von gemeinsamen Datenkanälen (602, 604, 610) unter Verwendung der Identitäten von einem mehreren gemeinsamen Datenkanälen (602, 604, 610) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 7, das weiterhin den folgenden Schritt aufweist: Multiplexieren, an dem Gateway (120, 122) eines Teils der Liste (600) mit Leitungsdaten eines Beteiligten (party line data) um hierdurch die gemeinsamen Information zu erzeugen, wobei der Teil der Liste (600) durch das Benutzerterminal (124, 126, 420, 422, 424) für einen vorbestimmten Zeitbetrag anwendbar bzw. gültig ist und sich zeitlich aufgrund der Umlaufbahn der Satelliten (116, 118) verändert.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die gemeinsamen Information einen Teil der Liste (600) beinhaltet, der für das Benutzerterminal (124, 126, 420, 422, 424) für einen vorbestimmten Zeitbetrag anwendbar ist und der sich zeitlich aufgrund der Umlaufbahn bzw. Erdumkreisung der Satelliten (116, 118) verändert.
Verfahren nach Anspruch 9, das weiterhin den folgenden Schritt aufweist: Akquirieren einer oder mehrerer zusätzlicher gemeinsamen Datenkanälen (602, 604, 610) der Vielzahl von gemeinsamen Datenkanälen (602, 604, 610) an dem Benutzerterminal (124, 126, 420, 422, 424) unter Verwendung des erwähnten Teils der Liste (600), und zwar wenn Signale der zusätzlichen gemeinsamen Datenkanälen (602, 604, 610) in die Reichweite bzw. Bereich des Benutzerterminal (124, 126, 420, 422, 424) gelangen.
Verfahren nach Anspruch 10, das weiterhin folgende Schritte aufweist: Fallenlassen von gemeinsamen Datenkanälen (602, 604, 610) wenn die Signale die Reichweite des Benutzerterminal (124, 126, 420, 422, 424) verlassen.
Verfahren nach Anspruch 10, das weiterhin den folgenden Schritt aufweist: Empfangen, an dem Benutzerterminal (124, 126, 420, 422, 424) der gemeinsamen Information von dem einen oder mehreren zusätzlichen gemeinsamen Datenkanälen (602, 604, 610).
Verfahren nach Anspruch 10, das weiterhin den folgenden Schritt aufweist: Kombinieren von Signalen, die über die akquirierten gemeinsamen Datenkanäle (602, 604, 610) empfangen wurden, um hierdurch die gemeinsamen Information genauer zu reproduzieren.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Schritt des Kombinierens Maximalverhältniskombinieren (maximal ratio combining) beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei ein erster gemeinsamer Datenkanal der akquirierten gemeinsamen Datenkanälen (602, 604, 610) auf einem Strahl (401-416) eines Satelliten (116, 118) gesendet wird und ein zweiter gemeinsamer Datenkanal der akquirierten gemeinsamen Datenkanälen (602, 604, 610) auf einem unterschiedlichen Strahl (401-416) des Satelliten (116, 118) gesendet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei ein erster gemeinsamer Datenkanal der akquirierten gemeinsamen Datenkanälen (602, 604, 610) auf einem Strahl (401-416) eines Satelliten (116, 118) gesendet wird und ein zweiter gemeinsamer Datenkanal der akquirierten gemeinsamen Datenkanälen (602, 604, 610) auf einem unterschiedlichen Strahl (401-416) eines unterschiedlichen Satelliten (116, 118) gesendet wird, und wobei das Verfahren weiterhin folgenden Schritt aufweist: zeitliches Ausrichten, und zwar an dem Benutzerterminal (124, 126, 420, 422, 424) von Signalen, die auf dem ersten gemeinsamen Datenkanal empfangen werden, mit Signalen, die auf dem zweiten gemeinsamen Datenkanal empfangen werden, und zwar vor dem Schritt des Kombinierens.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei eine Strahlstärke von einem der akquirierten gemeinsamen Datenkanälen (602, 604, 610) nicht ausreicht, um akkurat die gemeinsame Dateninformation zu reproduzieren.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei ein erster gemeinsamer Datenkanal auf einem Strahl (401-416) eines Satelliten (116, 118) gesendet wird, wobei der Schritt des Akquirierens zusätzlicher gemeinsamer Datenkanäle (602, 604, 610) das Auswählen zumindest einer der zusätzlichen gemeinsamen Datenkanälen (602, 604, 610) aus einem Strahl (401-416) eines unterschiedlichen Satelliten (116, 118) enthält um hierdurch eine Diversity bzw. Vielfalt vorzusehen.
Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin den Schritt des Reduzierens der Leistung zumindest einer der Vielzahl von gemeinsamen Datenkanälen (602, 604, 610) über die Zeit hinweg aufweist.
Verfahren nach Anspruch 19, das weiterhin den folgenden Schritt aufweist: Erhöhen der Leistung zumindest einer der Vielzahl von gemeinsamen Datenkanälen (602, 604, 610), wenn das Gateway (120, 122) einen Hinweis erhält, das die Leistung zu niedrig ist.
Eine Vorrichtung zum Vorsehen gemeinsamer Information an eine Vielzahl von Benutzerterminals (124, 126, 420, 422, 424) innerhalb einer vordefinierten geographischen Region (502, 504, 520, 522), in einem Satellitenkommunikationssystem mit einem Gateway (120, 122) und einer Vielzahl von Satelliten (116, 118), die so die Erde umkreisen, dass sie nicht stationär bezüglich eines Punktes auf der Oberfläche der Erde sind, wobei jede der Vielzahl von Satelliten (116, 118) Strahlen (401-416) besitzen, die verschiedene geographische Flächen in vordefinierten Strahlmustern abdecken, dadurch gekennzeichnet dass die vordefinierte geographische Region (502, 504, 520, 522) kleiner sind als die geographische Fläche, die durch einen Strahl (401-416) abgedeckt ist und die gemeinsame Information in Beziehung steht zu der vordefinierten geographischen Region (502, 504, 520, 522); und dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Folgendes aufweist: Mittel zum Generieren einer Liste (600), die eine Vielzahl von gemeinsamen Datenkanälen identifiziert, über die gemeinsame Information von dem Gateway (120, 122) zu der vordefinierten geographischen Region (502, 504, 520, 522) gesendet werden wird, wobei die Liste (600) sich über die Zeit hinweg aufgrund der Erdumkreisung der Satelliten (116, 118) verändert und spezifisch ist für die vordefinierte geographische Region (502, 504, 520, 522); Mittel zum Senden der gemeinsamen Information auf der Vielzahl von gemeinsamen Datenkanälen (602, 604, 610); und Mittel zum Empfangen an dem Benutzerterminal (124, 126, 420, 422, 424) der gemeinsamen Information über zumindest einen der Vielzahl von gemeinsamen Datenkanälen (602, 604, 610).
Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei die Liste (600) für jeden der Vielzahl von gemeinsamen Datenkanälen (602, 604, 610) Information enthält, die einen vorbestimmten Satelliten (116, 118), einen Strahl (401-416), eine Frequenz und einen Kanal identifiziert.
Vorrichtung nach Anspruch 21, die weiterhin Mittel aufweist zum Registrieren des Benutzerterminals (124, 126, 420, 422, 424) mit dem Gateway (120, 122).
Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei die Mittel zum Registrieren weiterhin Mittel aufweisen zum Senden von dem Benutzerterminal (124, 126, 420, 422, 424) zu dem Gateway (120, 122), einer Zugriffsprobe auf einen Zugriffskanal bzw. Access-Kanal, um hierdurch den Benutzerterminal (124, 126, 420, 422, 424) bei dem Gateway (120, 122) zu registrieren und um das Gateway (120, 122) mit der Benutzerterminalposition zu versorgen.
Vorrichtung nach Anspruch 23, die weiterhin Mittel aufweist zum Senden, von dem Gateway (120, 122) zu dem Benutzerterminal (124, 126, 420, 422, 424), von Identitäten von einem oder mehreren gemeinsamen Datenkanälen der Vielzahl von gemeinsamen Datenkanälen (602, 604, 610).
Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei die Identitäten einer oder mehrerer gemeinsamer Datenkanäle (602, 604, 610) auf einem Paging-Kanal gesendet werden.
Vorrichtung nach Anspruch 25, die weiterhin Mittel aufweist zum Akquirieren, an dem Benutzerterminal (124, 126, 420, 422, 424) zumindest eines Datenkanals einer Vielzahl von gemeinsamen Datenkanälen (602, 604, 610) unter Verwendung der erwähnten Identitäten einer oder mehrerer gemeinsamer Datenkanäle (602, 604, 610).
Vorrichtung nach Anspruch 27, die weithin Mittel aufweist zum Multiplexen bzw. Multiplexieren, an dem Gateway (120, 122), eines Teils der Liste (600) mit Leitungsdaten eines Beteiligten, um hierdurch die gemeinsame Information zu erzeugen, wobei der Teil der Liste (600) auf das Benutzerterminal (124, 126, 420, 422, 424) für einen vorbestimmten Zeitbetrag anwendbar ist und wobei sich die Liste (600) über die Zeit hinweg aufgrund der Erdumkreisung der Satelliten (116, 118) verändert.
Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei die gemeinsame Information einen Teil der Liste (600) enthält, der auf das Benutzerterminal (124, 126, 420, 422, 424) für einen vorbestimmten Zeitbetrag anwendbar ist und sich über die Zeit hinweg verändert aufgrund der Umkreisung der Satelliten (116, 118).
Vorrichtung nach Anspruch 29, die weiterhin Mittel aufweist zum Akquirieren einer oder mehrerer zusätzlicher gemeinsamer Datenkanäle der Vielzahl von gemeinsamen Datenkanälen (602, 604, 610) an dem Benutzerterminal (124, 126, 420, 422, 424) unter Verwendung des Teils der Liste (600), und zwar wenn Signale der zusätzlichen gemeinsamen Datenkanäle in die Reichweite des Benutzerterminals (124, 126, 420, 422, 424) gelangen.
Vorrichtung nach Anspruch 30, die weiterhin Mittel aufweist zum Fallenlassen gemeinsamer Datenkanäle, wenn deren Signale außerhalb der Reichweite des Benutzerterminals (124, 126, 420, 422, 424) gelangen.
Vorrichtung nach Anspruch 30, die weiterhin Mittel aufweist zum Empfangen, an dem Benutzerterminal (124, 126, 420, 422, 424), der gemeinsamen Information von dem einen oder mehreren zusätzlichen gemeinsamen Datenkanälen (602, 604, 610).
Vorrichtung nach Anspruch 32, die weiterhin Mittel aufweist zum Kombinieren von Signalen, die über die akquirierten gemeinsamen Datenkanälen (602, 604, 610) empfangen werden, um hierdurch genauer die gemeinsamen Informationen zu reproduzieren.
Vorrichtung nach Anspruch 33, wobei die Mittel zum Kombinieren einen Maximalverhältniskombinierer (812) beinhalten.
Vorrichtung nach Anspruch 33, wobei ein erster gemeinsamer Datenkanal der akquirierten gemeinsamen Datenkanälen (602, 604, 610) auf einen Strahl (401-416) eines Satelliten (116, 118) gesendet wird und ein zweiter gemeinsamer Datenkanal der akquirierten gemeinsamen Datenkanälen (602, 604, 610) auf einem unterschiedlichen Strahl (401-416) des Satelliten (116, 118) gesendet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 33, wobei ein erster gemeinsamer Datenkanal der akquirierten gemeinsamen Datenkanäle (602, 604, 610) auf einen Strahl (401-416) eines Satelliten (116, 118) gesendet wird und ein zweiter gemeinsamer Datenkanal der akquirierten gemeinsamen Datenkanälen (602, 604, 610) auf einem unterschiedlichen Strahl (401-416) eines unterschiedlichen Satelliten (116, 118) gesendet wird, und wobei die Vorrichtung weiterhin Mittel aufweist zum zeitlichen Ausrichten an dem Benutzerterminal (124, 126, 420, 422, 424), von Signalen, die auf dem ersten gemeinsamen Datenkanal empfangen werden, mit Signalen, die auf dem zweiten gemeinsamen Datenkanal empfangen werden, und zwar vor dem Schritt des Kombinierens.
Vorrichtung nach Anspruch 33, wobei die Mittel zum zeitlichen Ausrichten einem Deskew- bzw. Entzerrpuffer (808A bis 808N) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 33, wobei eine Strahlstärke (401-416) einer der akquirierten gemeinsamen Datenkanälen (602, 604, 610) nicht ausreichend ist, um die gemeinsame Dateninformation genau zu reproduzieren.
Vorrichtung nach Anspruch 30, wobei ein erster gemeinsamer Datenkanal auf einem Strahl (401-416) eines Satelliten (116, 118) gesendet wird, und wobei die Mittel zum Akquirieren zusätzlicher gemeinsamer Datenkanäle (602, 604, 610) zumindest einen der zusätzlichen gemeinsamen Datenkanäle (602, 604, 610) von einem Strahl (401-416) eines unterschiedlichen Satelliten (116, 118) auswählt, um hierdurch eine Diversity bzw. Vielfalt vorzusehen.
Vorrichtung nach Anspruch 21, die weiterhin Mittel aufweist zum Reduzieren einer Leistung zumindest einer der Vielzahl von gemeinsamen Datenkanälen (602, 604, 610) und zwar über die Zeit hinweg.
Vorrichtung nach Anspruch 40, die weiterhin Mittel aufweist zum Erhöhen der Leistung des zumindest einen der Vielzahl von gemeinsamen Datenkanälen (602, 604, 610), wenn das Gateway (120, 122) eine Anzeige bzw. Hinweis darauf erhält, dass die Leistung zu niedrig ist.