EA005472B1 - Устройство и способ связи - Google Patents

Abstract

Предложен способ повторного использования частотных диапазонов между базовыми станциями наземной сети мобильной связи и спутниковой сетью связи, согласно которому частотные диапазоны распределяют с использованием объединенного управления ресурсами и других средств ослабления так, чтобы минимизировать помеху между системами и, таким образом, обеспечивают оптимальное использование ценного частотного спектра.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к связи с мобильным пользователем и, в частности, к системе связи, в которой линии связи, ведущие к мобильным пользователям, проходят через спутник или спутники, а также относится к ретрансляционной станции наземной сети.

Уровень техники

Известны спутниковые системы мобильной связи (СМС, М88), обеспечивающие глобальное покрытие (охват). Примером такой системы является Шбшт™, а также 1СО™ О1оЬа1з1аг 8уз1ет™ и Те1ебезк™.

Поскольку такие системы охватывают весь мир (или, по крайней мере, большую часть земного шара), они должны использовать диапазон частот, доступный во всем мире.

Таким системам СМС присущи ограничения в возможности предоставлять услуги пользователям, находящимся в помещении или в густонаселенных городских районах. Таким образом, в густонаселенных городских районах и в помещениях частоты, доступные для этих систем, оказываются бесполезными.

Известны различные наземные системы мобильной связи, обеспечивающие локальное географическое покрытие. Известные системы включают в себя О8М и ее варианты, МДКР (СИМА), 18-136 и различные другие системы, работающие по принципу множественного доступа с временным разделением каналов (МДВР, ТИМА) и множественного доступа с кодовым разделением каналов (МДКР).

Система множественного доступа с кодовым разделением каналов предусматривает так называемое «расширение по спектру», т.е. данное мобильное устройство осуществляет связь в сравнительно широком диапазоне, полученном перемножением цифрового сигнала с кодовой последовательностью высокой битовой скорости («чиповой скорости»). Каждая кодовая последовательность задает отдельный кодовый канал.

Такие системы, несмотря на их эффективность и экономичность в обеспечении высокой емкости и покрытия в помещениях и густонаселенных городских районах, неэффективны и неэкономичны с точки зрения обеспечения покрытия обширных малонаселенных сельских районов.

В идеале, спутниковым и наземным системам связи можно было бы распределить совершенно разные диапазоны частот, чтобы они не создавали помех друг для друга.

Известные системы, такие как 1ибшт™ и О1оЬа1з1аг™, работают на основе роуминга между спутниковыми и наземными системами и используют совершенно разные частотные спектры для доступа к спутниковой и наземной системам. Однако, роуминг между спутниковой и наземной системами приводит к расходованию ценного спектра, с учетом того, что спектр, используемый для системы спутниковой связи, нельзя использовать в густонаселенных городских районах и в помещениях, тогда как спектр, распределенный для наземного использования, не развертывается в сельских и океанских областях.

Соответственно, настоящее изобретение призвано увеличить возможности повторного использования одних и тех же каналов (например, частотных каналов) между наземной и спутниковой системами мобильной связи.

В патенте США 5,394,561 раскрыт механизм работы спутниковых и наземных сетей, который предусматривает такое управление уровнями мощности спутниковой и наземной связи, которое позволяет минимизировать межканальные помехи.

Сущность изобретения

Один аспект изобретения предусматривает систему связи, содержащую спутниковую сеть мобильной связи, которая содержит совокупность спутников и совокупность пользовательских терминалов, осуществляющих связь в диапазонах спутниковых восходящих и нисходящих линий связи, и наземную сеть мобильной связи, которая содержит совокупность базовых станций и совокупность пользовательских терминалов, осуществляющих связь в диапазонах наземных восходящих и нисходящих линий связи, отличающуюся тем, что по меньшей мере один из диапазонов наземной связи, по меньшей мере, частично перекрывается, по меньшей мере, с одним из диапазонов спутниковой связи.

Предпочтительно вариант осуществления предусматривает систему связи, в которой функции управления, распределения и планирования ресурсов спутниковой и наземной систем связаны друг с другом таким образом, чтобы обеспечить планируемое повторное использование спектра.

Другой аспект настоящего изобретения предусматривает систему повторного использования частот, содержащую средство сокращения локализованного повторного использования диапазона спутниковой восходящей и/или нисходящей линии связи в зоне действия одной из базовых станций.

В случае, когда спутниковая нисходящая линия связи (обычно, линия мобильной связи) работает на тех же частотах, что и наземная сеть, двухрежимные терминалы могут использовать наземную сеть вместо спутниковой сети, что позволяет снизить помеху от спутниковой нисходящей линии связи в наземной сети. Косвенно, помеха от спутниковой восходящей линии связи также снижается, поскольку терминалы прекращают пользоваться спутниковой службой в отсутствие нисходящей линии связи.

Еще один аспект настоящего изобретения предусматривает систему повторного использования частот, содержащую средство передачи управляющего сигнала на спутниковые пользовательские термина

-1005472 лы, находящиеся в зоне действия одной из базовых станций, для того чтобы пользовательские терминалы сокращали (при необходимости, до нуля) использование спутниковой восходящей линии связи.

Согласно еще одному варианту осуществления настоящее изобретение предусматривает систему повторного использования частот, содержащую средство передачи управляющего сигнала на спутниковые пользовательские терминалы, находящиеся в зоне действия одной из базовых станций, для того чтобы пользовательские терминалы использовали каналы, которые являются беспомеховыми по отношению к наземной сети.

Управляющий сигнал может передавать спутник. Это может быть модифицированный вариант заданного общего управляющего сигнала.

Согласно еще одному варианту осуществления управляющий сигнал может передавать наземная сеть. Как и в предыдущем варианте осуществления это позволяет ослабить помеху от спутниковой восходящей линии связи в случае, когда спутниковая восходящая линия связи совместно использует каналы с наземной сетью. Дополнительно, в этом случае, поскольку пользовательский терминал отвечает на сигнал, переданный самой наземной сетью, а не спутником, как в предыдущем аспекте, использование совместно используемого спектра на спутниковой восходящей линии связи подавляется только, когда пользовательский терминал действительно находится в зоне покрытия наземной сети.

Еще один аспект настоящего изобретения предусматривает двухрежимный пользовательский терминал, в котором спутниковая система совместно использует частоты с наземной системой, причем пользовательский терминал выполнен с возможностью обнаружения передачи по нисходящей или восходящей линии связи наземной сети и при обнаружении ее прекращения использования совместно используемой части спутникового спектра. Опять же, терминал может прекратить передачу через спутниковую систему, но, альтернативно, может переключиться на беспомеховый спутниковый канал.

Согласно одному частному аспекту частоты восходящей и нисходящей линий связи наземной сети перекрываются с частотами спутниковой нисходящей линии связи, но не спутниковой восходящей линии связи. Это дает значительное преимущество в том, что спутник не принимает никаких сигналов, передаваемых по восходящей или нисходящей линии связи наземной сети, такие передачи от базовой станции или большого количества наземных телефонных трубок могут превосходить по мощности слабые сигналы, передаваемые спутниковой трубкой, и следовательно, могут создавать значительные помехи.

В обратном направлении спутниковая нисходящая линия связи имеет низкую мощность, потому что: во-первых, мощность химической батареи и солнечной батареи, установленных на спутнике, ограничена; во-вторых, длина траектории распространения сигнала велика; и, в-третьих, спутниковые терминалы обычно имеют более высокую чувствительность. Таким образом, низкая совокупная мощность спутниковой нисходящей линии связи создает минимальную помеху.

Согласно частному предпочтительному варианту осуществления этот аспект изобретения предусматривает использование на спутнике мультиплексирования с узкополосным частотным или частотным и временным разделением, и использование МДКР в наземной сети. Немногочисленные передачи спутниковой нисходящей линии связи оказывают ограниченное влияние на каждый сигнал МДКР, поскольку они занимают незначительную часть спектра МДКР. Таким образом, в этом варианте осуществления помеха от спутника оказывается еще незаметнее.

Этот аспект особенно предпочтительно применять в совокупности с первым аспектом изобретения, в этом случае, поскольку в затененных областях (например, в городских районах и в помещениях) наземная сеть использует спутниковые частоты, влияние спутниковой нисходящей линии связи еще больше снижается ввиду частого затенения спутникового сигнала.

Еще один аспект изобретения предусматривает спутниковую систему, которая повторно использует радиоспектр с наземной сетью связи, в которой спутниковая восходящая линия связи совместно использует спектр с наземной восходящей линией связи, и спутниковая нисходящая линия связи совместно использует спектр с наземной нисходящей линией связи. В этом случае, и, в особенности, когда этот аспект объединен с первым, спутниковая восходящая линия связи создает сравнительно небольшую помеху в наземной телефонной трубке (и, особенно, когда наземная сеть использует связь с расширением по спектру, а спутник использует мультиплексирование с узкополосным частотным или частотным и временным разделением).

Кроме того, в этом и других вариантах осуществления особенно удобно обеспечивать двухрежимный пользовательский терминал, имеющий общие элементы радиочастотных схем приема и передачи, к которым подключены раздельные декодер и демодулятор для наземной (например, МДКР) и спутниковой (например, МДЧР/МДВР) системы.

Еще один аспект изобретения предусматривает спутниковую систему, которая повторно использует радиоспектр с наземной сетью связи, в которой частоты восходящей и нисходящей линий связи наземной сети перекрываются с частотами спутниковой восходящей линии связи, но не спутниковой нисходящей линии связи.

Это особенно выгодно, когда к мобильным терминалам подключено терминальное оборудование для передачи данных, поскольку обнаружено, что такое терминальное оборудование для передачи данных обычно используется весьма асимметрично; т.е. по нисходящей линии связи загружается гораздо

-2005472 больше информации (например, в процессе загрузки электронной почты и просмотра или закачки файлов из Интернета), чем передается по восходящей линии связи (по которой обычно передают только команды выбора и навигации). Поэтому спутниковая восходящая линия связи имеет запас емкости, который можно повторно использовать для наземной связи.

Другие аспекты и предпочтительные варианты осуществления изобретения описаны или заявлены ниже, и их преимущества станут очевидными из нижеследующего.

Краткое описание чертежей

Ниже приведено описание иллюстративных вариантов осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, где фиг. 1 - блок-схема первой системы связи, в которой реализовано настоящее изобретение;

фиг. 2а - схематический чертеж мобильного терминального оборудования, пригодного для использования в соответствии с настоящим изобретением и фиг. 2Ь - соответствующая блок-схема;

фиг. 3 - блок-схема узла наземной станции, входящего в состав системы, отвечающей варианту осуществления, представленному на фиг. 1;

фиг. 4а - схема лучей, создаваемых спутником, согласно варианту осуществления, представленному на фиг. 1;

фиг. 4Ь - схема размещения на околоземных орбитах спутников, входящих в состав системы, отвечающей варианту осуществления, представленному на фиг. 1;

фиг. 5 - схема расположения наземных базовых станций согласно первому варианту осуществления;

фиг. 6 - схема распределения частот в первом варианте осуществления;

фиг. 7 - схема распределения частот во втором варианте осуществления;

фиг. 8 - блок-схема пользовательского терминала согласно второму варианту осуществления;

фиг. 9 - схема распределения частот в третьем варианте осуществления;

фиг. 10 - схема распределения частот в четвертом варианте осуществления;

фиг. 11 - схема восходящих и нисходящих линий связи, рассматриваемых в изобретении.

Подробное описание изобретения

Первый вариант осуществления.

Согласно фиг. 1 сеть спутниковой связи согласно этому варианту осуществления содержит спутниковое мобильное пользовательское терминальное оборудование 2а, 2Ь (например, телефонные трубки 2а и 2Ь); орбитальные ретрансляционные спутники 4а, 4Ь; узлы 6а, 6Ь спутниковой наземной станции; шлюзовые станции 8а, 8Ь спутниковой системы; наземные телекоммуникационные сети 10 (например, коммутируемые общего пользования); стационарное телекоммуникационное терминальное оборудование 12; наземные (например, наземные общего пользования) мобильные телекоммуникационные сети (НМТСО, РЬМЫ) 110 и наземное мобильное терминальное оборудование 112.

Шлюзы 8а, 8Ь спутниковой системы соединены с узлами 6а, 6Ь наземной станции, и узлы 6а, 6Ь соединены друг с другом посредством специализированной сети наземного базирования, содержащей каналы 14а, 14Ь, 14с. Спутники 4, узлы 6 наземной станции и линии (каналы) 14 составляют инфраструктуру спутниковой сети связи для связи с мобильными терминалами 2, доступ к которой осуществляется через шлюзовые станции 8.

Станция 15 центральной базы данных связана через сигнальную линию 60 связи (например, по каналам 14 специализированной сети) со шлюзовой станцией, наземными станциями 6 и НМТСО 110 (что рассмотрено ниже).

Коммутируемые телефонные сети общего пользования (КТСОП, Ρ8ΤΝ) 10 обычно содержат местные АТС 16 ..., к которым через местные линии 18 связи подключено стационарное терминальное оборудование 12; и международные АТС 20 ...., которые могут связываться между собой по национальным и международным линиям 21 связи (например, спутниковым линиям связи или морским оптоволоконным кабельным линиям связи). КТСОП 10 и стационарное терминальное оборудование 12 (например, телефонные аппараты) общеизвестны и в настоящее время практически повсеместно доступны.

НМТСО 110 обычно содержат центры 116 коммутации мобильной связи (ЦКМ), к которым через местные линии 118 радиосвязи и базовые станции 119 подключены наземные мобильные терминалы 112; и международные шлюзы 20Ь.

В этом варианте осуществления большинство или все спутниковые пользовательские терминалы 2 являются двухрежимными и поэтому также имеют возможность связи через наземные базовые станции 119.

Для осуществления речевой связи через спутниковую сеть, каждое спутниковое мобильное терминальное устройство 2 осуществляет связь со спутником 4 по полнодуплексному каналу (в данном варианте осуществления), содержащему канал нисходящей линии связи (к мобильной станции) и канал восходящей линии связи (от мобильной станции), представляющий собой, например (в каждом случае), временной интервал МДВР на конкретной частоте, распределенной при инициации сотовой ячейки, согласно раскрытому в заявках на патент СВ 2288913 и СВ 2293725. В этом варианте осуществления спут

-3005472 ники 4 не являются геостационарными, и, таким образом, периодически, происходит передача обслуживания пользовательского терминала от одного спутника 4 к другому.

Для осуществления речевой связи через НМТСО, каждое мобильное терминальное оборудование (устройство) 2, 112 осуществляет связь с центром 116 коммутации мобильной связи через базовую станцию 119 с использованием диапазона частот восходящей линии связи и диапазона частот нисходящей линии связи.

Мобильный терминал 2.

На фиг. 2а и 2Ь показано оборудование 2а двухрежимной мобильной терминальной телефонной трубки, изображенное на фиг. 1.

Оно представляет собой комбинацию спутниковой телефонной трубки, аналогичной той, которая в настоящее время используется в системе 68М. и наземной телефонной трубки, пригодной для работы в системе связи третьего поколения (36) МДКР, ΙΙΙ-МДКР или МДКР-2000.

Компоненты пользовательского интерфейса (микрофон 36, громкоговоритель 34, дисплей 39 (например, жидкокристаллический дисплей) и клавиатура 38) и источник питания (батарея 40) используются совместно, т. е. в обоих режимах.

Помимо таких общих компонентов (исключенных для ясности из фиг. 2Ь), терминал содержит функциональный блок 200а МДКР и спутниковый функциональный блок 200Ь. Каждый из них содержит цифровой кодер/декодер 30а, 30Ь; модем 32а, 32Ь; управляющую схему 37а, 37Ь; радиочастотный (РЧ) интерфейс 52а, 52Ь и антенны 31а, 31Ь, пригодные для спутниковой и наземной мобильной связи, соответственно. Спутниковая антенна 31а имеет некоторый коэффициент усиления в направлениях над горизонтом (это может быть квадрофилярная (четырехнитевая) спиральная антенна или антенна КСА, 6ΕΉ). Наземная антенна 31Ь является примерно всенаправленной.

Предусмотрен также блок 33 считывания «смарт-карты», в который вставляют смарт-карту (модуль идентификации абонента (МИА) или 8ΙΜ) 35, где хранится пользовательская информация, который подключен для связи со спутниковой управляющей схемой 37Ь. В частности, МИА 35 содержит процессор 35а и постоянную память 35Ь.

Управляющие схемы 37а, 37Ь (на практике объединенные с соответствующим кодеком 30) представляют собой микросхему надлежащим образом запрограммированного микропроцессора, микроконтроллера или процессора цифровых сигналов (ПЦС). Каждая управляющая схема 37 осуществляет различные функции, в том числе, кадрирование речи и данных во временные кадры МДВР для передачи (а также демультиплексирование принятых кадров МДВР) или последовательностей МДКР, соответственно, и осуществляет кодирование или шифрование.

Можно предусмотреть раздельные наборы микросхем для раздельного осуществления совокупности функций 200а, 200Ь наземной или спутниковой системы. Альтернативно, можно запрограммировать единый процессор для осуществления кодирования и управления для обоих совокупностей функций. В каждом случае в данном варианте осуществления предусмотрены раздельные РЧ-компоненты, но компоненты пользовательского интерфейса являются общими.

Мобильный телефон работает либо как спутниковый телефон, либо как наземный телефон, при этом соответствующий функциональный блок 200а или 200Ь работает практически независимо, как в однорежимном телефоне.

Кодер/декодер (кодек) 30а, 30Ь в данном варианте осуществления содержит кодер, генерирующий речевой битовый поток со скоростью около 3,6 килобит в секунду, совместно с канальным кодером 30Ь, применяющим кодирование коррекции ошибок, чтобы генерировать кодированный битовый поток, и соответствующие декодеры.

В данном варианте осуществления модемы могут поддерживать скорости передачи данных до 384 кбит/с.

Однорежимная спутниковая телефонная трубка 2 аналогична вышеописанной, но в ней отсутствует секция 200Ь; и наземная телефонная трубка 112 аналогична вышеописанной, но в ней отсутствует секция 200а.

Узел 6 наземной станции.

Узлы 6 наземной станции предназначены для связи со спутником.

Наземные станции 6 разбросаны по поверхности Земли таким образом, чтобы спутник 4, в каком бы положении на орбите он ни находился, имел на линии прямой видимости, по меньшей мере, одну наземную станцию 6.

Каждый узел 6 наземной станции содержит, как показано на фиг. 3, традиционную спутниковую наземную станцию 22, состоящую по меньшей мере из одной антенны 24 слежения за спутником, предназначенной для слежения, по меньшей мере, за одним спутником 4, РЧ усилителей мощности, из которых 26а выдает сигнал на антенну 24, а 26Ь принимает сигнал от антенны 24, и блока 28 управления для хранения эфемеридных данных спутника, управления ориентацией антенны 24 и осуществления любого управления спутником 4, которое может потребоваться (путем передачи сигналов через антенну 24 на спутник 4).

-4005472

Узел 6 наземной станции дополнительно содержит центр 42 коммутации мобильной спутниковой связи, содержащий сетевой коммутатор 44, подключенный к магистральным линиям 14 связи, входящим в состав специализированной сети. Мультиплексор 46 принимает коммутированные вызовы от коммутатора 44 и мультиплексирует их в составной сигнал, поступающий на усилитель 26 через речевой кодек 50 низкой битовой скорости. Наконец, узел 6 наземной станции содержит локальное запоминающее устройство 48 для хранения подробной информации по каждой единице мобильного терминального оборудования 2а, находящейся в зоне обслуживания спутника 4, с которым поддерживает связь узел 6.

Шлюз 8.

Шлюзовые станции 8а, 8Ь содержат в данном варианте осуществления коммерчески доступные центры коммутации мобильной связи (ЦКМ) наподобие используемых в системах цифровой мобильной сотовой радиосвязи, например, в системах С8М.

Шлюзовые станции 8 содержат коммутатор, предназначенный для соединения входящих линий КТСОП от КТСОП 10 со специализированными служебными линиями 14 связи, подключенными к одному или нескольким узлам 6 наземной станции.

Станция 15 базы данных.

Станция 15 базы данных содержит хранилище цифровых данных, схему сигнализации, процессор, связанный со схемой сигнализации и хранилищем, и сигнальную линию 60 связи, соединяющую станцию 15 базы данных со шлюзовыми станциями 8 и наземными станциями 6, образующими сеть спутниковой системы, для передачи информативных или сигнальных сообщений.

В ней хранятся данные о терминальном устройстве 2, например, данные положения, данные о состоянии счета абонента, данные аутентификации и т.д., например, регистр исходного местоположения (РИМ, НЬВ) (домашний регистр) системы С8М.

Таким образом, в данном варианте осуществления станция 15 базы данных играет роль регистра исходного местоположения (РИМ) системы С8М и может базироваться на коммерчески доступных продуктах С8М.

Каждый узел наземной станции периодически измеряет задержку и доплеровский сдвиг сигналов терминалов 2 и вычисляет примерное положение мобильного терминального устройства 2 на поверхности Земли с использованием дифференциальных времен прихода и/или доплеровских сдвигов в принятом сигнале. Затем положение сохраняется в базе 48 данных.

Станция 15 базы данных в этом варианте осуществления также осуществляет планирование частот, определяя частоты, подлежащие использованию для связи через спутники 4 с каждым из спутниковых пользовательских терминалов 2 и, таким образом, управляя использованием частот восходящей и нисходящей линий связи, что дополнительно рассмотрено ниже. Станция 15 базы данных соответственно подключена дополнительно к компонентам распределения радиоспектра НМТСО 110 посредством сигнальной линии 60 связи, таким образом, она может связываться с центром коммутации мобильной связи (ЦКМ) или центром управления базовыми станциями, который управляет частотами, используемыми базовыми станциями 119Ь НМТСО.

Станция 15 базы данных периодически передает на наземные станции 6 информацию о распределении частот для использования на спутниках 4 и НМТСО 110.

Спутники 4.

Спутники 4а, 4Ь содержат, в общем случае, традиционные шины спутниковой связи, например, Н8601, доступные от НидЬек Аегокрасе Согр., Калифорния, США, и полезная нагрузка может соответствовать раскрытому в заявке на патент СВ 2288913. Каждый спутник 4 выполнен с возможностью генерирования массива лучей, покрывающего зону под спутником, причем каждый луч содержит некоторое количество разных частотных каналов и временных интервалов, что описано в заявке на патент СВ 2293725 и проиллюстрировано на фиг. 4а.

В каждом луче спутник осуществляет передачу набора частот нисходящей линии связи. Частоты нисходящей линии связи в соседних лучах отличаются, что обеспечивает возможность повторного использования частот между лучами. Таким образом, каждый луч действует наподобие сотовой ячейки традиционной наземной сотовой системы. Количество лучей может составлять 61, 121 или 163.

В этом варианте осуществления каждая частота нисходящей линии связи несет совокупность каналов с временным разделением, что позволяет каждому мобильному терминалу 2 осуществлять связь на данной частоте по каналу, содержащему данный временной интервал.

Спутники 4а образуют орбитальную группировку (созвездие), содержащую достаточное количество спутников и подходящие орбиты, чтобы покрыть (охватить) значительную область земной поверхности (предпочтительно, обеспечивать глобальное покрытие).

На фиг. 4Ь показана орбитальная группировка спутников, обеспечивающая глобальное покрытие, образованная парой орбитальных плоскостей, каждая из которых наклонена под 45 градусов к экваториальной плоски и разнесенных на 90 градусов относительно экваториальной плоскости, причем на каждой орбите размещено десять пар спутников 4а, 4Ь (т.е. всего 20 рабочих спутников), пары равномерно разнесены по орбите, и фазовый интервал между плоскостями равен нулю градусов (т.е. имеет место орбитальная группировка 10/2/0 в обозначениях Уокера) при высоте около 10500 км (6-часовые орбиты).

-5005472

Таким образом, если пренебречь блокировками, пользовательский терминал 2 в любом положении на Земле может всегда иметь траекторию связи, по меньшей мере, с одним спутником 4 на орбите («глобальное покрытие»).

Базовая станция 119.

Базовая станция 119 представляет собой базовую станцию МДКР, имеющую передающую и приемную антенны, предназначенные для передачи сигналов на мобильные терминалы по каналам МДКР нисходящей линии связи и для приема сигналов с мобильных терминалов по каналам МДКР восходящей линии связи. В данном варианте осуществления каналы нисходящей линии связи обеспечены в частотном диапазоне нисходящей линии связи, а сигналы восходящей линии связи - в частотном диапазоне восходящей линии связи. Кроме того, на базовой станции 119 предусмотрен традиционный демодулятор, демодулирующий сигналы восходящей линии связи для обеспечения цифровых данных, и модулятор, модулирующий цифровые данные в сигналы нисходящей линии связи. Каждый кодовый канал можно известным способом расширять по всему спектру восходящей или нисходящей линии связи.

Согласно фиг. 5 базовые станции 119 в данном варианте осуществления включают в себя первые базовые станции 119а, каждая из которых задает вокруг себя сотовую ячейку приема, развернутые в пригородных и сельских районах, а также в городских районах. В этих случаях эффективное радиопокрытие сотовой ячейки будет составлять порядка нескольких километров или даже десятков километров в зависимости от условий прямой видимости.

Данный вариант осуществления также предусматривает второй комплект базовых станций 119Ъ, обеспечиваемых в городских или застроенных районах. Каждая из них задает вокруг себя «микросотовую» ячейку («микроячейку») или «пикосотовую» ячейку («пикоячейку») для обеспечения покрытия в сильно затененных городских или застроенных районах. Например, в здании, скажем, аэропорта или вокзала, а также в метрополитене обеспечивается ряд базовых станций 119Ъ пикоячейки. Таким образом, обеспечивается покрытие в областях, в которых базовые станции 119а обычно не могут осуществлять связь, и спутники 4 почти никогда не осуществляют связь.

Базовые станции 119 содержат схемы управления базовой станцией, которые распределяют частоты для связи с мобильными терминалами 112.

Передающую и приемную антенны на базовых станциях 119а обычно ограничивают для вещания, предпочтительно, в азимутальной плоскости, например, за счет использования подходящей антенны с тороидальным или коническим отражателем типа «сердцевина яблока», или снабжают каким-то другим средством формирования или направления лучей, которое снижает коэффициент усиления над азимутальной (т.е. горизонтальной) плоскостью, так что формирование лучей эффективно ослабляет помехи для спутников; передающая и приемная антенны наземных телефонных трубок 122 обычно являются всенаправленными, что позволяет использовать телефонную трубку в любой ориентации.

Распределение частот.

На фиг. 6 показано распределение частот в соответствии с данным вариантом осуществления. В нижеследующих вариантах осуществления частоты фидерной линии связи рассматриваться не будут, и термины «спутниковая восходящая линия связи» и «спутниковая нисходящая линия связи» далее будем называться линиями мобильной связи.

Диапазоны спутниковой восходящей линии связи могут находиться в пределах 1985-2014 МГц, а диапазоны спутниковой нисходящей линии связи - в пределах 2170-2200 МГц. Эти частоты обычно называют частотами 8-диапазона.

Можно видеть, что частотный диапазон спутниковой восходящей линии связи занимает спектр, не используемый совместно с наземной сетью. Таким образом, (сравнительно мощная) передача с наземных базовых станций (и терминалов) не создает помехи для (относительно слабых) сигналов восходящей линии связи на спутнике от спутниковых мобильных терминалов.

Любым негородским базовым станциям 119а можно также распределить диапазоны восходящей и нисходящей линий связи, не создающие помех в диапазонах спутниковых восходящих или нисходящих линий связи. Как принято в системах сотовой мобильной связи, этот спектр повторно используется в географически раздельных сотовых ячейках. В городских районах требуется дополнительная пропускная способность ввиду большего количества пользователей на один квадратный километр.

В данном варианте осуществления дополнительная пропускная способность обеспечивается за счет повторного использования спутниковой нисходящей линии связи, что показано на фиг. 6, для обеспечения дополнительных диапазонов наземной восходящей и нисходящей линий связи. В этом варианте осуществления наземная восходящая линия связи, как и нисходящая линия связи занимают одни и те же частоты, но разделены частотным интервалом для обеспечения частотного дуплексного разделения между базовыми станциями и мобильными терминалами.

Они используются базовыми станциями 119Ъ в микроячейках и пикоячейках; применительно к данному варианту осуществления, это сотовые ячейки, расположенные в зданиях или туннелях. (По причинам, дополнительно рассмотренным ниже, в диапазоне спутниковой нисходящей линии связи присутствуют дополнительные частоты, не занятые дополнительными частотами наземных восходящей и нисходящей линий связи.)

-6005472

В таких областях спутниковая нисходящая линия связи часто испытывает ослабление, вызванное потолками или стенами. Ввиду сравнительно низкой мощности, излучаемой спутником, и сравнительно большой длины траектории распространения сигнала, а также сравнительно низкого коэффициента усиления (и/или параметра С/Т) антенны наземного пользовательского терминала, поскольку она является всенаправленной, спутник создает в наземном терминале минимальный уровень помех.

Согласно фиг. 5 в этом варианте осуществления одна или несколько базовых станций 119а, расположенных в городских районах, могут также использовать дополнительные частотные диапазоны, используемые базовыми станциями 119Ь пикоячейки. Дело в том, что, как показано на фиг. 5, уровень затенения, создаваемый зданиями, затрудняет связь со спутниками 4а, 4Ь; лишь в редких случаях, когда спутник 4с находится на линии прямой видимости с пользовательским терминалом, спутниковая нисходящая линия связи будет влиять на пользовательский терминал.

Таким образом, в итоге согласно данному варианту осуществления, частоты, используемые наземными базовыми станциями 119, распределяются так, чтобы в городских или других затененных районах использовались дополнительные диапазоны наземных восходящей и нисходящей линий связи, лежащие в диапазоне спутниковой нисходящей линии связи. Конкретные частотные каналы в диапазоне спутниковой нисходящей линии связи повторно используются для восходящих и нисходящих линий связи наземных базовых станций, находящихся в городских и пригородных районах.

В данном варианте осуществления, поскольку спутник осуществляет связь с каждым пользователем по узкому частотному каналу, даже если связь с относительно малым количеством спутниковых пользователей продолжается в городской области, помеха на частотах наземных восходящей и нисходящей линий связи будет мала, поскольку, в силу расширения по спектру, применяемому в МДКР, помеха на одной отдельно взятой частоте (вплоть до определенного уровня) поглощается при декодировании с коррекцией ошибок, применяемом в МДКР. Таким образом, малое количество (по природе своей маломощных) спутниковых каналов едва ли приведет к существенному подъему уровня шума.

Аналогично, поскольку сигналы МДКР распределены по широкому спектру, мощность шума, вносимая НМТСО 110 в любой узкополосный частотный канал спутниковой связи, мала.

Однако в данном варианте осуществления действие такой остаточной помехи дополнительно снижается за счет управления вещанием со спутников 4. Орбиты всех спутников 4 отличаются высокой степенью точности, и их наклонение подлежит активному управлению для поддержания направлений лучей, точно падающих на Землю. Каждый спутниковый сфокусированный луч имеет радиус порядка нескольких десятков или сотен километров. Сфокусированные лучи каждого спутника перекрываются, и лучи одного спутника перекрываются с лучами другого спутника в большинстве регионов Земли и в большинстве случаев.

В данном варианте осуществления, станция 15 базы данных поддерживает базу данных, в которой записаны положения базовых станций 119Ь, использующих дополнительные частотные диапазоны, которые лежат в диапазоне спутниковой нисходящей линии связи. Частоты, распределенные данному сфокусированному лучу (которые определены таблицей маршрутизации, поддерживаемой на каждом спутнике и периодически перепрограммируемой посредством станции 15 базы данных), регулируются так, чтобы частоты, первоначально распределенные (т.е. предпочтительно распределяемые при наличии), были из диапазона спутниковой нисходящей линии связи, не используемого наземными базовыми станциями 119. Таким образом, некоторое количество спутниковых телефонных трубок могут работать без какихлибо взаимных помех с наземной сетью.

Поскольку базовая станция 15 периодически связывается с НМТСО 110, она имеет возможность изменять распределение частот в зависимости от мгновенных нагрузок (т.е. потребности в обслуживании) на наземной и спутниковой сетях.

Частоты предпочтительно распределять с противоположных концов совместно используемого частотного диапазона; таким образом, например, каждый раз, при необходимости добавления нового канала спутниковой связи, можно распределить следующую более низкую доступную частоту со стороны высокочастотного конца диапазона, а при необходимости распределения дополнительной наземной емкости, можно распределять частоты из следующих более высоких доступных частот со стороны нижнего конца диапазона.

Исчерпав эти частоты, можно начать распределять для вызовов те частоты, которые перекрываются с диапазоном наземной восходящей линии связи. В этом варианте осуществления легче ослаблять помеху на наземной восходящей линии связи, поскольку каждую базовую станцию 119Ь можно снабдить усовершенствованными средствами подавления помех для уменьшения влияния такой помехи.

Наконец, в последнюю очередь распределяются частоты, перекрывающиеся с частотным диапазоном наземной нисходящей линии связи в любом сфокусированном луче, который покрывает область, перекрывающую одну из базовых станций 119Ь.

Когда помеха, обусловленная вышеупомянутым распределением, превышает определенный предел, в результате чего страдает пропускная способность наземной сети, осуществляется динамическое перераспределение частот восходящей и нисходящей линий связи, используемых рядом наземных станций и спутниковой сетью, чтобы свести совокупную помеху к минимуму. Например, набор частот, используе

-7005472 мых одним сфокусированным лучом спутника и его соседями и/или одной из базовых станций и ее соседями, изменяется для распределения спутнику или базовой станции или им обоим беспомеховых каналов путем обмена каналами с соседом.

Управляющие каналы спутника и/или базовой станции могут перераспределять каналы, используемые для действующих вызовов, подавая терминалам сигнализацию передачи обслуживания на новый частотный канал.

Таким образом, согласно предпочтительной структуре этого варианта осуществления осуществляется избирательное управление сигналами спутниковой нисходящей линии связи, поступающими в зоны покрытия, содержащие базовые станции 119Ь, которые повторно используют частоту спутниковой нисходящей линии связи, чтобы ослабить взаимные помехи с наземной системой.

В случае невозможности распределения спутниковым пользователям беспомехового спектра, спутниковая система может подавать терминалам сигнал прекращения использования спутниковой сети. Предполагается, что в этом случае потеря емкости спутниковой сети препятствует экономичной работе спутниковой системы. Однако этот вариант осуществления предусматривает, что подавляющее большинство спутниковых пользовательских терминалов 2 являются двухрежимными терминалами, проиллюстрированными на фиг. 2. Соответственно, в областях, в которых спутник отключил обслуживание, имеется покрытие наземных базовых станций 119.

Второй вариант осуществления.

Согласно фиг. 7 в этом варианте осуществления второй комплект базовых станций 119Ь, находящихся в городских районах, повторно использует диапазон спутниковой восходящей линии связи для наземной восходящей линии связи, и эти базовые станции повторно используют диапазон спутниковой нисходящей линии связи для наземной нисходящей линии связи.

Как и в предыдущем варианте осуществления, промежуток между спутниковой системой и наземной системой так же мал из-за эффектов блокирования и затенения, обусловленных зданиями.

В данном варианте осуществления предпринимаются дополнительные меры для ограничения помех от спутниковых пользовательских терминалов на наземных базовых станциях (влияния спутниковой восходящей линии связи на наземные восходящие линии связи), за счет того, что спутниковые пользовательские терминалы обнаруживают сигнал, указывающий возможность помехи, и, соответственно, прекращают передавать спутниковые сигналы по помеховым каналам и используют беспомеховые каналы, если таковые имеются.

Опять же, согласно этому варианту осуществления большинство спутниковых пользовательских терминалов является двухрежимными терминалами. Согласно фиг. 8 в этом варианте осуществления в отличие от предыдущего варианта осуществления, поскольку спектры спутниковых восходящей и нисходящей линий связи совпадают с дополнительными спектрами наземных восходящей и нисходящей линий связи, возможно совместное использование некоторых радиочастотных компонентов. Фиг. 8 составлена на основе фиг. 2Ь, и для ясности, аналогичные компоненты на фиг. 8 не показаны.

В этом варианте осуществления поддерживаются раздельные спутниковая и наземная антенны 31а, 31Ь, поскольку, хотя они работают в одной и той же области спектра, спутниковая антенна, предпочтительно, имеет более высокий коэффициент усиления над горизонтом, тогда как наземная антенна обычно бывает всенаправленной.

Предусмотрен общий РЧ усилительный блок 52, содержащий малошумящий усилитель 54Ь нисходящей линии связи и усилитель мощности 54а восходящей линии связи, подключенные с возможностью коммутации к одной из антенн 31а, 31Ь. Усилительная секция 52 подключена к общему блоку 58 повышающего/понижающего преобразования частоты, содержащего повышающий преобразователь, преобразующий от частоты немодулированного сигнала к РЧ, и понижающий преобразователь, преобразующий от РЧ к частоте немодулированного сигнала, работающий в двух диапазонах с возможностью переключения, соответствующих диапазонам каналов спутниковой связи (сравнительно узких) и каналов наземной связи (сравнительно широких).

На частоте смодулированного сигнала сигнал маршрутизируется между блоком 58 преобразования и отдельными кодеками и др., рассмотренными со ссылкой на фиг. 2Ь. Таким образом, дорогостоящие РЧ-компоненты не нужно дублировать, что позволяет снизить стоимость, вес и энергопотребление. Однорежимные спутниковые телефонные трубки 2 отличаются тем, что из фиг. 8 исключена секция кодека МДКР.

В этом варианте осуществления для передачи по широковещательному общему каналу управления в каждом сфокусированном луче, задан специальный код, указывающий используемые частотные каналы и местоположение наземной базовой станции. Код рассылают, когда сфокусированный луч перекрывает базовую станцию 119Ь, которая повторно использует спутниковые частоты. Когда он поступает на какой-либо спутниковый пользовательский терминал 2, пользовательский терминал 2 реагирует таким образом, что спутниковый кодек прекращает все передачи восходящей линий связи на совместно используемых каналах, пока в сфокусированном луче спутниковой нисходящей линии связи не будет обнаружен канал управления, на котором не происходит вещания управляющего сигнала, или присутствует управляющий сигнал, указывающий другую частоту (указывающий, что в данный момент пользователь

-8005472 ский терминал находится в зоне покрытия сфокусированного луча, который не перекрывает наземные базовые станции 119Ь).

Вышеописанный вариант осуществления предусматривает, что все спутниковые пользовательские терминалы 2, которые могут принимать нисходящую линию связи в луче, перекрывающем одну из базовых станций 119Ь, прекращают генерацию спутниковых сигналов на совместно используемых частотных каналах. Однако, во-первых, поскольку зона покрытия луча может быть больше сотовой ячейки базовой станции 119Ь, многие спутниковые пользовательские терминалы 2, которые могли бы связываться со спутником без взаимных помех с наземной базовой станцией 119, тем не менее, отключаются от спутника. Во-вторых, спутниковые пользовательские терминалы 2, которые не могут принимать вышеупомянутый сигнал (например, вследствие замирания или блокировки), тем не менее, могут вещать на канале спутниковой восходящей линии связи, что приводит к взаимным помехам с наземной базовой станцией 119.

Для решения первой из этих проблем, вместо того, чтобы посылать вещательный сигнал управления режимом, который должен действовать на всех спутниковых пользовательских терминалах 2, находящихся в луче, положение каждого спутникового пользовательского терминала 2 регистрируют с помощью станции 15 базы данных (либо встроив в каждый пользовательский терминал приемник глобальной системы позиционирования (ГСП, СР8), который периодически сообщает свои данные на спутник, либо с использованием вышеописанных средств определения положения по дальности и доплеровскому сдвигу).

Станция 15 базы данных сравнивает положение каждого из них с данными, задающими зону покрытия каждой из базовых станций 119Ь, и обнаружив, что спутниковый пользовательский терминал 2 находится в одной из зон покрытия, передают управляющий сигнал вышеописанного типа именно на этот спутниковый пользовательский терминал по выделенному каналу управления, либо по широковещательному каналу с декодируемым адресом пользовательского терминала. Таким образом, использовать спутниковую систему запрещается только тем терминалам, для которых обнаружено, что их работа может быть связана с помехами.

Альтернативно, когда телефонные трубки располагают информацией о своем местоположении (например, каждая из них оборудована приемником ГСП), управляющий сигнал может задавать координаты зоны покрытия базовой станции 119Ь, и каждый спутниковый пользовательский терминал 2 может прекращать передачи по восходящей линии на совместно используемых частотных каналах только, если он находится в этой зоне покрытия.

Чтобы решить вторую вышеуказанную проблему в альтернативном варианте осуществления не предусмотрено, что спутниковые пользовательские терминалы, получив управляющий сигнал, вещаемый по нисходящей линии связи со спутника, прекращают передачи в спутниковом режиме, но предусмотрено, что наземные базовые станции 119Ь, которые повторно используют диапазоны спутниковых восходящей и нисходящей линий связи, оборудованы передатчиком, предназначенным для передачи управляющих сигналов.

Кодек спутниковой системы на каждом спутниковом пользовательском терминале 2, который может принимать передачи с базовой станции 119Ь (и, следовательно, может генерировать передачи восходящей линии связи, которые создают помеху для приема этой базовой станции), выполнен с возможностью прекращения передачи на совместно используемых частотных каналах посредством кодека спутниковой системы, обнаружив управляющий сигнал.

Управляющий сигнал может представлять собой просто маяк, вещаемый на заданной частоте. Альтернативно, он может эмулировать один из спутниковых вещательных каналов управления.

Таким образом, в этом варианте осуществления при некоторой небольшой модификации базовых станций 119Ь, спутниковым пользовательским терминалам 2 запрещается связываться со спутником 4 с использованием совместно используемых частотных каналов только, если они действительно находятся в зоне покрытия базовой станции 119Ь, и это достигается независимо от того, могут они принимать спутниковую нисходящую линию связи или нет. Кодек наземной системы мобильной связи двухрежимного терминала 2 в этом варианте осуществления (как и в последнем) не требует модификации. Этот вариант осуществления эффективен не только применительно к двухрежимным спутниковым терминальным установкам 2, но также применительно к спутниковым пользовательским терминалам, не содержащим кодека наземной системы мобильной связи, поскольку кодек спутниковой системы принимает и обрабатывает вещательный сигнал базовой станции 119Ь.

Наконец, вместо того, чтобы модифицировать базовые станции 119Ь, можно модифицировать кодеки наземной системы мобильной связи двухрежимных спутниковых пользовательских терминалов 2, чтобы такие терминалы непрерывно отслеживали нисходящую линию связи на предмет сигналов от наземной базовой станции 119Ь. При обнаружении сигнала МДКР нисходящей линии связи кодек наземной системы посылает управляющий сигнал на кодек спутниковой системы, указывающий обнаруженные частоты наземной системы, чтобы кодек спутниковой системы прекратил передавать по совместно используемым каналам и переключился на свободные спутниковые каналы. При потере сигнала от базовой станции 119 и по прошествии заданного времени отсутствия сигнала от базовой станции, кодек наземной

-9005472 системы выдает на кодек спутниковой системы управляющий сигнал, разрешающий снова использовать совместно используемые каналы при необходимости.

Таким образом, преимущество данного варианта осуществления состоит в том, что требуются минимальные модификации наземных базовых станций 119.

Можно видеть, что этот вариант осуществления, в котором спектр спутниковой восходящей линии связи также доступен для восходящей линии связи наземной мобильной системы, и спектр спутниковой нисходящей линии связи также доступен для нисходящей линии связи наземной мобильной системы, позволяет наземной сети совместно использовать более широкий диапазон, чем предыдущий вариант осуществления, и позволяет использовать общие РЧ-компоненты в спутниковом пользовательском терминале 2.

В отличие от предыдущего варианта осуществления также имеется возможность помехи на спутниковой восходящей линии связи и наземной восходящей линии связи.

Поскольку каналы спутниковой восходящей линии связи действуют в узких частотных диапазонах, влияние любых остаточных передач спутниковой восходящей линии связи на широкополосные каналы МДКР наземной восходящей линии связи едва ли значительно повысит воспринимаемый уровень шума.

Третий вариант осуществления.

Согласно фиг. 9 в этом варианте осуществления повторное использование частоты зеркально симметрично предыдущему варианту осуществления. Иными словами, диапазон спутниковой восходящей линии связи повторно используется наземной нисходящей линией связи и наоборот. Таким образом, передачи нисходящей линии связи со спутника не влияют на наземные телефонные трубки, но могут приниматься наземными базовыми станциями 119Ь. Однако каждую такую базовую станцию может защитить от сигнала, распространяющегося сверху, накрыв ее металлической пластиной или надлежащим образом сконструировав антенны, чтобы снизить коэффициент усиления и ослабить боковые лепестки с большими углами возвышения, а также сориентировав антенны вниз от горизонтали.

Таким образом, такое экранирование или формирование лучей, помимо затенения и блокировки, обусловленного развертыванием базовых станций 119Ь в помещениях и городских районах, значительно снижает уровни мощности спутниковой нисходящей линии связи, достигающей базовых станций 119Ь.

По аналогичным причинам, и поскольку антенны базовых станций 119Ь предназначены для вещания, в основном, в азимутальной плоскости, влияние наземной нисходящей линии связи на спутниковую восходящую линию связи минимально.

Как и в предыдущих вариантах осуществления, антенны базовых станций могут либо вещать предпочтительно в азимутальной плоскости, либо во всех направлениях, отличных от направлений над азимутальной плоскостью, чтобы снизить мощность, вещаемую на спутник 4 и снизить чувствительность к сигналам от спутника 4.

Хотя сигналы, передаваемые пользовательскими терминалами по наземной и спутниковой восходящей линии связи, имеют пониженную амплитуду по причине более низкой мощности, имеющейся на пользовательских терминалах, следует заметить, что сигналы наземной восходящей линии связи, передаваемые наземными телефонными трубками, могут создавать помехи для сигналов спутниковой нисходящей линии связи, принимаемых телефонными трубками в спутниковом режиме, и наоборот, когда действующие наземная телефонная трубка 112 и телефонная трубка 2 в спутниковом режиме находятся близко друг к другу.

Соответственно, в этом варианте осуществления предпочтительно применять рассмотренные в вышеописанных первом и втором вариантах осуществления средства сокращения передач спутника на спутниковой нисходящей линии связи и передач телефонной трубки на спутниковой восходящей линии связи.

Альтернативно, каждая двухрежимная телефонная трубка 2, отвечающая данному варианту осуществления, имеет возможность обнаружения передачи МДКР по наземной восходящей линии связи (т.е. частоты наземной восходящей линии связи, используемой другими наземными телефонными трубками) посредством спутникового приемника. При обнаружении частоты передач от наземной телефонной трубки 112, кодек спутниковой системы получает команду на прекращение передач по любым совместно используемым частотным каналам спутниковой восходящей линии связи. Таким образом, когда двухрежимный терминал 2 находится достаточно близко к терминалу 112 наземного режима, чтобы обнаружить его передачи (что связано с вероятной помехой от него), потенциально помеховые передачи двухрежимной телефонной трубки 2 прекращаются.

Преимущество этого варианта осуществления состоит в том, что относительно мощные передачи спутниковой и наземной нисходящей линии связи принимают спутник 4 и базовая станция 119, а не пользовательские терминалы 2, 112, что снижает вероятность помехи на пользовательских терминалах по сравнению с вероятностью помехи на спутнике 4 и базовой станции 119. Поскольку легче обеспечить развитые средства ослабления и подавления помех наподобие, например, описанных в наших более ранних заявках \¥О 00/48333, \УО 00/49735 или \УО 00/35125, в сети, а не в пользовательских терминалах, эффекты любой такой помехи можно легче ослаблять.

-10005472

Четвертый вариант осуществления.

Согласно фиг. 10 в этом варианте осуществления, как и в первом, частотные диапазоны наземных восходящей и нисходящей линий связи занимают один из спутниковых диапазонов частот. Однако, в этом варианте осуществления совместно используется частотный диапазон спутниковой восходящей линии связи. Для этого между диапазонами наземных восходящей линии связи и нисходящей линии связи должен существовать частотный зазор, чтобы дуплексер частотного разделения мог разделять диапазоны в телефонных трубках и базовых станциях.

Данный вариант осуществления имеет преимущество в ситуациях, когда большое количество спутниковых пользовательских терминалов 2 подключено к терминальному оборудованию, например, персональным компьютерам, карманным компьютерам или другим устройствам. Обычно, такие устройства используются для получения электронной почты или для закачки файлов через Интернет с использованием протокола передачи файлов (РТР) или протокола передачи гипертекстовых файлов (т.е. «сетевого просмотра»).

В этих случаях по восходящей линии связи нужно лишь время от времени передавать команды управления и навигации, задающие файлы, подлежащие закачке, или подтверждающие получение данных, в отличие от сильно загруженной спутниковой нисходящей линии связи. Таким образом, имеется значительный объем повторного использования диапазона спутниковой восходящей линии связи.

Несмотря на низкую скорость передачи данных на каналах спутниковой восходящей линии связи, они, по природе своей, более подвержены дополнительному шуму, генерируемому широкополосным графиком МДКР в НМТСО, если каждому каналу спутниковой восходящей линии связи позволено занимать ту же ширину полосы, что и каналу спутниковой нисходящей линии связи. Альтернативно, каналам спутниковой восходящей линии связи можно распределить более узкую полосу, например, за счет мультиплексирования с временным разделением большего количества каналов восходящей линии связи. Высвобожденные таким образом неиспользуемые канальные частоты восходящей линии связи становятся доступны для наземного повторного использования.

Сводка режимов и эффектов помехи.

На фиг. 11 показаны спутниковые и наземные восходящие и нисходящие линии связи.

Режимы помехи

Помеха	1-й вариант осуществления	2-й вариант осуществления	3-й вариант осуществления	4-й вариант осуществления
на наземной БС от спутника	Возможна		Возможна
на наземном ПТ от спутника	Возможна	возможна
на наземной БС от спутникового ПТ		возможна		возможна
на наземном ПТ от спутникового ПТ			возможна	возможна
на спутнике от наземной БС			возможна	возможна
на спутниковом ПТ от наземной БС	Возможна	возможна
на спутнике от наземного ПТ		возможна		возможна
на спутниковом ПТ от наземного ПТ	Возможна		возможна

В соответствии с таблицей рассмотрим в общих чертах возможные режимы помехи для каждого из вышеописанных вариантов осуществления, а также предпочтительные средства их ослабления. Можно видеть, что в первом варианте осуществления возможна помеха со стороны спутника на наземных базовой станции 119 и пользовательском терминале 112, а также со стороны наземных базовой станции 119 и пользовательского терминала 112 на спутниковом пользовательском терминале 2. Во втором варианте осуществления возможна помеха со стороны спутника 4 на наземном пользовательском терминале 112 и наоборот, а также со стороны базовой станции 119 на спутниковом пользовательском терминале 2 и наоборот.

В третьем варианте осуществления возможна помеха со стороны спутника 4 на наземной базовой станции 119 и наоборот, а также со стороны спутникового пользовательского терминала 2 на наземном пользовательском терминале 112 и наоборот.

-11005472

В четвертом варианте осуществления возможна помеха со стороны спутникового пользовательского терминала 2 на наземных базовой станции 119 и пользовательском терминале 112, а также со стороны наземных базовой станции 119 и пользовательского терминала 112 на спутнике 4.

На базовой станции 119 от спутника 4.

С использованием представительских фигур, обеспечение значительного количества непрерывных каналов спутниковой нисходящей линии связи (порядка 40) повышает уровень шума, а следовательно, уменьшает эффективный размер сотовой ячейки, допустимый для наземной базовой станции 119, примерно на 60%. Чтобы снизить это воздействие на НМТСО 110, предложены следующие меры.

Обеспечив подходящее снижение коэффициента усиления над азимутальной плоскостью (например, путем экранирования, формирования лучей или обоих мер), рассмотренное выше, можно добиться селективности до 25 дБ, в результате чего уменьшение размера сотовой ячейки ослабевает вдвое.

Согласно рассмотренному выше, первоначальное распределение станцией 15 базы данных беспомеховых каналов спутниковой и наземной сетям снижает влияние помехи. Затем совместно используемые частотные каналы распределяются лишь до заданного предела, который определяется величиной помехи. Наконец, динамическое управление количеством каналов, перекрывающих диапазон НМТСО, которые можно распределить спутниковым восходящим и нисходящим линиям связи, в зависимости от относительного нагружения двух сетей, дополнительно способствует ослаблению влияния. Поскольку большинство или все спутниковые терминалы 2 являются двухрежимными, они, при необходимости, могут также работать в наземной НМТСО 110.

В сочетании эти средства значительно ослабляют влияние помехи между наземной и спутниковой системами.

На наземном мобильном терминале 112 от спутника 4.

С использованием аналогичных фигур оценивается, что до 40 каналов спутниковой нисходящей линии связи могут уменьшать эффективный размер наземной сотовой ячейки примерно на 50%, когда они создают помехи на наземной нисходящей линии связи.

Для ослабления этого эффекта, согласно вышесказанному, станция 15 базы данных первоначально, предпочтительно, распределяет спутниковым терминалам 2 каналы, которые не перекрываются с наземным спектром, и динамически управляет количеством спутниковых каналов, совместно использующих спектр, когда невозможно избежать перекрытия. Сочетание этих средств эффективно ослабляет возможную помеху.

На наземной базовой станции 119 от спутникового пользовательского терминала 2.

Радиогоризонт, существующий между антенной базовой станции и пользовательским терминалом, препятствует помехе со стороны пользовательских терминалов, находящихся на расстоянии, скажем, более 30 км от базовой станции. Однако, в пределах этого расстояния, в отсутствие препятствий для распространения сигналов, пользовательские терминалы 2 могут создавать помехи на наземных базовых станциях 119Ь в случае совместного использования спектров восходящей линии связи.

Чтобы ослабить помеху, во-первых, спутниковые терминалы 2 делают двухрежимными, и управляют, как описано выше, чтобы они работали как наземные мобильные терминалы и, следовательно, подавляли передачи спутниковой восходящей линии связи, находясь в зоне покрытия наземных базовых станций 119. Это существенно устраняет помеху за исключением тех случаев, когда спутниковый пользовательский терминал 2 находится вне зоны покрытия базовой станции 119Ь, но достаточно близко, чтобы создавать на ней помеху, или когда спутниковый терминал является однорежимным.

Во-вторых, согласно рассмотренному выше, станция 15 базы данных использует информацию о местоположении базовых станций 119 и пользовательских терминалов 2, динамически ограничивая присвоение частот восходящей линии связи пользовательским терминалам 2, находящимся вблизи базовой станции 119 для каналов, которые не перекрывают приемный диапазон базовой станции. Поскольку максимальное расстояние действия помехи оценено равным около 30 км, в разных частях каждого спутникового луча можно применять разные распределения.

Сочетание этих средств эффективно устраняет возможную помеху в этом режиме.

На наземном мобильном терминале 112 от спутникового пользовательского терминала 2.

Радиогоризонт между двумя портативными терминалами составляет лишь около 8 км, так что терминалы, находящиеся на большем расстоянии друг от друга, не создают помехи друг для друга, даже при совместном использовании спектров восходящей линии связи.

Чтобы ослабить эту помеху, используют те же средства, что и для предыдущего режима помехи, с теми же результатами.

На спутнике 4 от наземной базовой станции 119.

Как было отмечено выше, затенение существенно ограничивает зону прямой видимости от городских базовых станций к спутнику. Кроме того, согласно рассмотренному выше антенны базовой станции, предпочтительно, сконструированы так, чтобы минимизировать коэффициент усиления под углами выше горизонта, обеспечивая селективность в направлении спутников до 25 дБ. Кроме того, станция 15 базы данных первоначально назначает для спутниковых лучей, перекрывающих наземные базовые стан

-12005472 ции 119Ь, каналы спутниковой восходящей линии связи, которые не перекрываются с полосой излучения базовой станции; совместно используемые каналы назначаются только по необходимости.

В-третьих, согласно рассмотренному выше, осуществляется динамическое управление количеством совместно используемых каналов, распределяемых спутниковым восходящим линиям связи, в зависимости от относительной нагрузки двух сетей.

На спутниковом пользовательском терминале 2 от наземной базовой станции 119.

Помеховая ситуация по существу зеркально симметрична случаю помехи на наземной базовой станции от спутникового пользовательского терминала, и для ослабления помехи используют те же средства.

На спутнике 4 от наземного мобильного терминала 112.

Чтобы ослабить помеху, станция 15 базы данных первоначально назначает каналы спутниковой восходящей линии связи, которые не перекрываются с диапазоном нисходящей линии связи базовой станции в областях, в которых спутниковые лучи перекрывают сотовые ячейки базовых станций 119Ь; совместно используемые каналы назначаются только когда спутниковые или наземные системы исчерпывают свою емкость. Во-вторых, количество совместно используемых каналов динамически регулируют в зависимости от относительной нагрузки двух сетей, и таким образом, сводят к минимуму помехи между двумя сетями.

На спутниковом пользовательском терминале 2 от наземного мобильного терминала 112.

Как сказано выше, максимальное расстояние действия помехи между двумя пользовательскими терминалами составляет лишь 8 км. Чтобы ослабить помеху, во-первых, как сказано выше, поскольку спутниковые терминалы 2 являются двухрежимными, они, находясь в диапазоне базовой станции 119Ь, они всегда работают как наземные мобильные терминалы, что практически устраняет помеху за исключением тех случаев, когда наземный терминал 112 находится на связи с базовой станцией 119Ь и находится в пределах действия спутникового пользовательского терминала 2, связь которого с наземной сетью 119Ь блокирована или иначе затруднена.

Во-вторых, станция 15 базы данных в сочетании с ЦКМ 116 динамически распределяет частоты спутниковой и наземной восходящей и нисходящей линии связи для спутниковых пользовательских терминалов, находящихся вблизи базовой станции 119, чтобы каналы не перекрывали друг друга.

Другие варианты осуществления.

Из вышеизложенного очевидно, что вышеописанные варианты осуществления представляют всего лишь несколько путей применения изобретения. Специалисты в данной области могут предложить многочисленные альтернативы, не выходя за пределы объема настоящего изобретения.

Например, хотя вышеописанные варианты осуществления предусматривают, что базовая станция находится в помещении или в городских кварталах, и, таким образом, предусматривают возможность затенения, очевидно, что для базовых станций, находящихся дополнительно или альтернативно в пригородных или сельских районах, также можно использовать различные описанные средства ослабления помехи и средства повторного использования спектра.

Хотя, согласно вышеописанным вариантам осуществления, установлено предельное количество используемых помеховых частот, вместо него можно использовать предел, основанный на других критериях, например, суммарной мощности помехи (вычисленной, например, с учетом потерь на траектории и мощности, используемой на каждом канале, и/или других критериях).

Хотя, согласно некоторым из вышеописанных вариантов осуществления, для наземных восходящей и нисходящей линий связи, совместно использующих спутниковый спектр, используется частотный дуплекс, альтернативно можно использовать дуплекс с временным разделением каналов между наземными восходящей и нисходящей линиями связи (как в некоторых существующих наземных сетях).

Очевидно, существуют другие возможности повторного использования спутникового спектра наземными сетями с использованием вышеописанных наблюдений и средств. Кроме того, вышеописанные средства можно объединять.

Кроме того, очевидно, что каждое из вышеописанных средств снижения помех между спутниковой и наземной системами или средств обнаружения для этой цели можно применять отдельно от других в других аналогичных помеховых сценариях.

Хотя в вышеописанных вариантах осуществления двухрежимный пользовательский терминал содержит общий корпус и пользовательский интерфейс, и отдельные кодеки спутниковой и наземной систем, возможны и другие конструкции; например, он может содержать раздельные однорежимные терминалы, соединенные между собой проводным или беспроводным интерфейсом.

Система МДКР может представлять собой систему третьего поколения широкополосного МДКР (\\'-С1)МА) или МДКР-2000 (СИМА 2000).

Хотя выше описаны спутниковая система МДВР/МДЧР и наземная система МДКР, в принципе, спутниковая система может работать по принципу МДКР, а наземная система - по принципу МДВР/МДЧР или МДЧР.

Количества спутников и спутниковых орбит приведены исключительно в порядке иллюстрации. Можно использовать меньшие количества геостационарных спутников (для регионального покрытия)

-13005472 или спутников на орбитах большей высоты; или большие количества спутников на низких околоземных орбитах (НОО), согласно раскрытому в ЕР 0365885 или, например, в публикациях, посвященных системам Ιπάίιιιη или Тс1с6с51с. Кроме того, можно использовать другие количества спутников на промежуточных орбитах. В принципе, нельзя исключать даже летающие платформы, например, аэростаты или самолеты.

Следует понимать, что компоненты, отвечающие вариантам осуществления изобретения, могут располагаться в разных государствах или в космосе. Во избежание сомнений, объем защиты нижеследующей формулы изобретения распространяется на любую часть телекоммуникационного устройства или системы или любой способ, осуществляемый такой частью, которая способствует осуществлению идеи изобретения.

Claims (27)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Система связи, содержащая спутниковую сеть мобильной связи, которая содержит совокупность спутников и совокупность пользовательских терминалов, осуществляющих связь в диапазонах спутниковых восходящих и нисходящих линий связи, причем совокупность спутников и совокупность пользовательских терминалов осуществляют связь в режиме частотного разделения с использованием сравнительно узких частотных каналов в диапазонах спутниковых восходящих и нисходящих линий связи и наземную сеть мобильной связи, которая содержит совокупность базовых станций и совокупность пользовательских терминалов, осуществляющих связь в диапазонах наземных восходящих и нисходящих линий связи, причем совокупность базовых станций и совокупность пользовательских терминалов осуществляют связь в режиме кодового разделения с использованием относительно широких частотных каналов в диапазонах наземных восходящих и нисходящих линий связи, при этом по меньшей мере один из диапазонов наземной связи, по меньшей мере, частично перекрывается по меньшей мере с одним из диапазонов спутниковой связи.
2. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что упомянутые базовые станции включают в себя вторые базовые станции, повторно использующие диапазоны спутниковой связи, причем вторые базовые станции предусмотрены только в областях, в которых траектория распространения сигнала от спутников к пользовательским терминалам затенена.
3. 3. Система по п.2, отличающаяся тем, что области являются замкнутыми пространствами.
4. 4. Система по п.2, отличающаяся тем, что области являются городскими районами.
5. 5. Система по п.1, отличающаяся тем, что диапазоны наземных восходящей и нисходящей линий связи, по меньшей мере, частично перекрываются с диапазоном спутниковой нисходящей линии связи.
6. 6. Система по п.1, отличающаяся тем, что диапазоны наземной связи не перекрываются с диапазоном спутниковой восходящей линии связи.
7. 7. Система по п.1, отличающаяся тем, что диапазоны наземных восходящей и нисходящей линий связи, по меньшей мере, частично перекрываются с диапазоном спутниковой восходящей линии связи.
8. 8. Система по п.7, отличающаяся тем, что диапазоны наземной связи не перекрываются с диапазоном спутниковой нисходящей линии связи.
9. 9. Система по п.1, отличающаяся тем, что диапазон наземной восходящей линии связи перекрывается с диапазоном спутниковой восходящей линии связи и диапазон наземной нисходящей линии связи перекрывается с диапазоном спутниковой нисходящей линии связи.
10. 10. Система по п.1, отличающаяся тем, что диапазон наземной нисходящей линии связи перекрывается с диапазоном спутниковой восходящей линии связи и диапазон наземной восходящей линии связи перекрывается с диапазоном спутниковой нисходящей линии связи.
11. 11. Система по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит распределитель каналов, распределяющий каналы для использования по меньшей мере одной из сетей в зависимости от частот, распределенных другой сети.
12. 12. Система по п.11, отличающаяся тем, что распределитель каналов выполнен с возможностью управления распределением частот для обеих сетей.
13. 13. Система по п.11, отличающаяся тем, что распределитель каналов выполнен с возможностью распределения канала для использования терминалом для связи с одной из сетей первоначально из набора частот, не используемых другой сетью, в зоне действия терминала при наличии такой беспомеховой частоты.
14. 14. Система по п.11, отличающаяся тем, что распределитель каналов выполнен с возможностью распределения канала для использования терминалом для связи с одной из сетей из набора частот, используемых также другой сетью, в зоне действия терминала при условии, что в этом случае помеха не превысит заданный уровень.
15. 15. Система по п.14, отличающаяся тем, что упомянутый уровень определяется количеством каналов.

    -14005472
16. 16. Система по п.14, отличающаяся тем, что распределитель каналов выполнен с возможностью использования планирования частот и информации местоположения терминала и сети для динамического распределения совместно используемых частотных каналов при достижении упомянутого уровня.
17. 17. Двухрежимный пользовательский терминал для использования в системе по п.1, причем двухрежимный пользовательский терминал выполнен с возможностью осуществления связи по меньшей мере с одним из совокупности спутников в режиме частотного разделения и дополнительно выполнен с возможностью осуществления связи по меньшей мере с одной из совокупности базовых станций в режиме кодового разделения.
18. 18. Терминал по п.17, отличающийся тем, что содержит общую радиочастотную схему, совместно используемую управляющей схемой спутниковой системы и управляющей схемой наземной системы.
19. 19. Терминал по п.17, отличающийся тем, что выполнен с возможностью прекращения использования частот, совместно используемых спутниковой и наземной системами, при обнаружении выполнения заданных условий, связанных с близостью наземной сети мобильной связи, во избежание взаимных помех.
20. 20. Терминал по п.19, отличающийся тем, что заданные условия включают в себя обнаружение управляющего сигнала, передаваемого спутником.
21. 21. Терминал по п.19, отличающийся тем, что заданные условия включают в себя обнаружение сигнала, передаваемого базовой станцией.
22. 22. Терминал по п.19, отличающийся тем, что заданные условия включают в себя обнаружение сигнала, передаваемого пользовательским терминалом в диапазоне наземной восходящей линии связи.
23. 23. Спутниковая сеть связи для использования в системе по п.1, причем каждый из совокупности спутников выполнен с возможностью осуществления связи по меньшей мере с одним из совокупности пользовательских терминалов в режиме с частотным разделением, при этом упомянутая сеть дополнительно содержит управляющую станцию, выполненную с возможностью сокращения использования спутниковой нисходящей и/или восходящей линии связи в зоне действия одной из базовых станций.
24. 24. Сеть по п.23, отличающаяся тем, что содержит управляющее устройство, выполненное с возможностью передачи управляющего сигнала на спутниковые пользовательские терминалы, находящиеся в зоне действия одной из базовых станций, чтобы пользовательские терминалы сокращали использование спутниковой восходящей линии связи.
25. 25. Наземная сеть связи для использования в системе по п.1, содержащая совокупность базовых станций, выполненных с возможностью осуществления связи по меньшей мере с одним из совокупности пользовательских терминалов в режиме кодового разделения, при этом упомянутая сеть дополнительно содержит управляющее устройство, выполненное с возможностью передачи управляющего сигнала на спутниковые пользовательские терминалы, находящиеся в зоне действия одной из базовых станций, чтобы пользовательские терминалы сокращали использование спутниковой восходящей линии связи.
26. 26. Способ функционирования системы связи, содержащей спутниковую сеть связи, имеющую совокупность спутников и совокупность пользовательских терминалов, и наземную сеть связи, имеющую совокупность базовых станций и совокупность пользовательских терминалов, заключающийся в том, что осуществляют связь между совокупностью спутников и совокупностью пользовательских терминалов спутниковой сети связи в диапазонах спутниковых восходящей и нисходящей линий связи в режиме частотного разделения с использованием относительно узких частотных каналов в диапазонах спутниковой связи и осуществляют связь между совокупностью базовых станций и совокупностью пользовательских терминалов наземной сети связи в диапазонах наземных восходящих и нисходящих линий связи в режиме кодового разделения с использованием относительно широких частотных каналов в диапазонах наземной связи, причем по меньшей мере один из диапазонов наземной связи, по меньшей мере, частично перекрывается по меньшей мере с одним из диапазонов спутниковой связи.
27. 27. Способ по п.26, отличающийся тем, что пользовательский терминал является двухрежимным пользовательским терминалом, выполненным с возможностью осуществления связи по меньшей мере с одним из совокупности спутников и с возможностью осуществления связи по меньшей мере с одной из базовых станций.