ES2296315T3 - Determinacion de desplazamientos de frecuencia en sistemas de comunicaciones. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para determinar los desplazamientos de frecuencia desde una frecuencia central de señal de comunicaciones deseada en al menos uno de una pluralidad de terminales de usuario (124, 126) en un sistema de comunicaciones (100) con al menos un transceptor fijo de señal (112, 120, 122) para la transferencia de las señales de comunicaciones a y desde terminales de usuario (124, 126), comprendiendo el mencionado procedimiento: la transmisión de una señal de comunicaciones de enlace directo usando una primera frecuencia de portadora predeterminada y un primer valor de precorrección de efecto Doppler para el Doppler del enlace de comunicaciones cuando es conocido; la recepción de la mencionada señal de comunicaciones de enlace directo en el mencionado terminal de usuario (124, 126) y la determinación de un primer desplazamiento para una correspondiente frecuencia de portadora recibida relativa a la primera frecuencia de portadora predeterminada; la generación de una señal de enlace inverso en una segunda frecuencia de portadora predeterminada en el mencionado terminal de usuario (124, 126) que incorpore también cualquier error de fuente de frecuencia de referencia (240) de terminal de usuario; la aplicación de una precorrección de frecuencia a la mencionada señal de enlace inverso en base al mencionado primer desplazamiento determinado; y la transmisión de la mencionada señal de comunicaciones de enlace inverso al mencionado transceptor fijo de señal (112, 120, 122); la recepción de la mencionada señal de enlace inverso en el mencionado transceptor fijo de señal (112, 120, 122), caracterizado porque: la mencionada señal de enlace directo se transmite desde el al menos uno, transceptor fijo de la señal (112, 120, 122); y el error de la fuente de frecuencia de referencia (240) del terminal de usuario se dimensiona para la segunda frecuencia de portadora predeterminada; y por la determinación en el mencionado transceptor fijo de la señal (112, 120, 122) de un segundo desplazamiento para una frecuencia de portadora recibida asociada relacionada con la mencionada segunda frecuencia de portadora predeterminada asociada con la mencionada comunicación de terminal de usuario (124, 126), aplicando después de nuevo el mencionado primer valor de precorrección de efecto Doppler para el Doppler del enlace de comunicaciones cuando es conocido; y la división del segundo desplazamiento resultante a la mitad para producir un desplazamiento de frecuencia del enlace de comunicaciones del terminal de usuario (124, 126) que va a ser compensado durante las comunicaciones.
Description
Determinación de desplazamientos de frecuencia
en sistemas de comunicaciones.
La presente invención se refiere, en general, al
control de frecuencia y de temporización, y de manera más
particular a un procedimiento para determinar y para compensar los
errores de frecuencia en osciladores de referencia usados en
receptores en sistemas de comunicaciones. La invención además se
refiere a una técnica para determinar y para compensar los efectos
Doppler provocados por el movimiento relativo entre transmisores y
receptores.
Los sistemas de comunicaciones terrestres
avanzados típicos, tales como los sistemas sin hilos de datos o
sistemas de telefonía sin hilos, usan estaciones base, a las que
también se hace referencia como emplazamientos celulares, dentro de
regiones o celdas geográficas predefinidas, para la retransmisión de
las señales de comunicaciones a y desde uno o más terminales de
usuario o abonados del sistema. Los sistemas de comunicaciones
basados en satélites usan estaciones base a las que se hace
referencia como pasarelas, y uno o más satélites para la
retransmisión de las señales de comunicaciones entre las pasarelas y
uno o más terminales de usuario. Las estaciones base y las
pasarelas proporcionan enlaces de comunicaciones desde cada terminal
de usuario a los otros terminales de usuario o usuarios de otros
sistemas de comunicaciones conectados, tales como una red de
telefonía pública con conmutación. Los terminales de dichos sistemas
pueden ser fijos o móviles, tales como un teléfono móvil, y pueden
estar situados cerca de una pasarela o estar situados
remotamente.
Algunos sistemas de comunicaciones emplean
señales de espectro expandido de acceso múltiple por división de
código (CDMA), como se describe en la Patente de los Estados Unidos
número 4.901.307, emitida el 13 de febrero de 1990, titulada
"Sistema de Comunicaciones de Acceso Múltiple de Espectro
Expandido que usa Repetidores de Satélite o Terrestres", y
la Patente de los Estados Unidos número 5.691.974, emitida el 25 de
noviembre de 1997, titulada "Procedimiento y aparato para usar
potencia transmitida de espectro completo en un sistema de
comunicaciones de espectro expandido para el seguimiento de tiempo
de fase y energía de un destinatario independiente", ambas
transferidas al cesionario de la presente invención.
En un sistema típico de comunicaciones de
espectro expandido, se usan una o más secuencias de código de
pseudorruido (PN) preseleccionadas para modular o "expandir"
las señales de información sobre una banda espectral predeterminada
antes de la modulación sobre una señal portadora para la transmisión
como señales de comunicaciones. La expansión de código PN, un
procedimiento de transmisión de espectro expandido que es bien
conocido en la técnica, produce señales para la transmisión con un
ancho de banda mucho mayor que el de la señal de datos. En un
trayecto o enlace de comunicaciones entre estación base o pasarela
a un terminal de usuario, se usan los códigos de expansión PN o las
secuencias binarias para discriminar entre señales transmitidas por
diferentes estaciones base o sobre diferentes haces, así como entre
señales multitrayecto. A esto se hace también referencia como el
enlace directo.
En un sistema típico de espectro expandido CDMA,
los códigos de canalización se usan para diferenciar las señales
destinadas a varios terminales de usuario dentro de una celda o un
subhaz de satélite en el enlace directo. Cada transceptor de
usuario tiene su propio canal ortogonal proporcionado sobre el
enlace directo mediante el uso de un único código ortogonal de
"canalización". Por lo general se hace referencia a las señales
transferidas sobre estos canales como "señales de tráfico". Se
proporcionan canales o señales de enlace directo adicionales para
la "radiobúsqueda", "sincronización" y otras señales
transmitidas a los usuarios del sistema. Las funciones de Walsh se
usan por lo general para implementar los códigos de
canalización.
Se pueden encontrar detalles adicionales del
funcionamiento de este tipo de aparato de transmisión en la Patente
de los Estados Unidos número 5.103.459, titulada "Sistema y
procedimiento para la generación de formas de onda de señal en un
teléfono celular CDMA", transferida al mismo cesionario de la
presente invención.
Los sistemas de comunicaciones de espectro
expandido CDMA, tales como los que se describen en las patentes
anteriores, contemplan el uso de modulación y demodulación
coherentes para las comunicaciones de terminales de usuario de
enlace directo. En los sistemas de comunicaciones que usen esta
aproximación, se usa una señal portadora "piloto" o
simplemente una "señal de piloto" como una referencia de fase
coherente para las señales de enlace directo. Una señal de piloto
es una señal que por lo general no contiene modulación de datos, y
que se transmite por medio de una pasarela o estación base a través
de una región de cobertura como una referencia.
Las señales de piloto son usadas por los
terminales de usuario para obtener la sincronización y la hora
iniciales del sistema, y el seguimiento de fase de otras señales
transmitidas por las estaciones base o por las pasarelas. La
información de fase obtenida del seguimiento de una portadora de
señal de piloto se usa como una referencia de fase de portadora
para la demodulación coherente de otras señales del sistema o
señales de tráfico (datos). Esta técnica permite que muchas señales
de tráfico compartan una señal de piloto común como una referencia
de fase, proporcionando un mecanismo de seguimiento menos costoso y
más eficiente. Una única señal de piloto se transmite de manera
típica por cada una de las estaciones base o pasarelas para cada
frecuencia usada, a la que se hace referencia como canales
CDMA
o subhaces, y que es compartida por todos los terminales de usuario que reciben señales de esa fuente a esa frecuencia.
o subhaces, y que es compartida por todos los terminales de usuario que reciben señales de esa fuente a esa frecuencia.
Cuando los terminales de usuario no están
recibiendo o transmitiendo señales de tráfico, la información puede
ser transportada a los mismos usando una o más señales conocidas
como señales o canales de radiobúsqueda. Por ejemplo, cuando se ha
establecido una llamada a un teléfono móvil particular, la estación
base o la pasarela alerta a ese teléfono móvil por medio de una
señal de radiobúsqueda. Las señales de radiobúsqueda se usan para
indicar la presencia de una llamada, qué canal de tráfico usar y
también para distribuir la información de carga fija del sistema,
junto con los mensajes específicos de abonado del sistema. Un
sistema de comunicaciones puede tener varias señales o canales de
radiobúsqueda. Las señales de sincronización se pueden usar también
para la transferencia de información del sistema útil para facilitar
la sincronización de tiempo. Todas estas señales actúan como
recursos compartidos de una manera similar a las señales de
piloto.
Los terminales de usuario pueden responder a un
mensaje sobre una señal de radiobúsqueda mediante el envío de una
seña de acceso sobre el enlace inverso. Esto es, el camino de la
señal desde el terminal de usuario a la estación base o a la
pasarela. Las señales de acceso también son usadas por los
terminales de usuario cuando originen llamadas, y se hace a veces
referencia a las mismas como sondas de acceso. Además, los códigos
PN largos adicionales que no sean ortogonales se usan de manera
típica para crear canales de tráfico de enlace inverso. Al mismo
tiempo, se puede usar un formato de modulación de constelación de M
puntos que use un conjunto de códigos ortogonales para mejorar la
transferencia de datos del enlace inverso.
Como con cualquier sistemas de comunicaciones,
las señales de comunicaciones del enlace directo son recibidas por
el terminal de usuario y se convierten a una frecuencia inferior a
una frecuencia de banda base para su procesado adicional. Una vez
convertidas a una frecuencia inferior, las señales se procesan
digitalmente para detectar la señal o las señales de piloto
particulares que se estén recibiendo, y para demodular las señales
asociadas de radiobúsqueda, sincronización y de tráfico. Para los
sistemas de espectro expandido, los códigos de expansión PN se
aplican durante la demo-
dulación para desexpandir las señales y los códigos de canalización se correlan con las señales para producir datos.
dulación para desexpandir las señales y los códigos de canalización se correlan con las señales para producir datos.
Con el fin de que la recepción, la conversión a
una frecuencia inferior y el procesado de demodulación funcionen de
manera correcta en dichos sistemas, el terminal de usuario debe
compartir una referencia de frecuencia común con las estaciones
base o con las pasarelas que transmiten las señales que se estén
procesando. Esto es, como la información se lleva en la fase de la
señal portadora, la frecuencia de portadora debe ser detectada de
una manera precisa, y también se debe determinar la posición de las
fases relativas de múltiples portadoras. Sin una sintonización de
frecuencia razonablemente precisa, la portadora no puede ser
retirada de manera apropiada y las señales digitales no pueden ser
desexpandidas y demoduladas de manera precisa.
Los códigos de desexpansión PN y los códigos de
canalización ortogonales no pueden ser retirados de manera precisa
sin la temporización apropiada del sistema o sin la sincronización
apropiada de la señal. Si se aplican los códigos con una
sincronización incorrecta, las señales simplemente aparecerán como
ruido y no se transportará información. La determinación de las
posiciones de los satélites, de los terminales de usuario y de los
desplazamientos de la temporización usados en dichos sistemas
depende también del conocimiento preciso del tiempo o del
desplazamiento temporal relativo. Los terminales de usuario
dependen de la precisión de los osciladores locales para mantener
una cadencia de reloj apropiada, temporización de eventos y valores
de tiempo relativos con respecto a la temporización de la estación
base o de la pasarela, y un historial o relaciones cronológicas
absolutas.
Para ayudar en este proceso, se pueden hacer
funcionar las fuentes de frecuencia de oscilador local en los
terminales de usuario con una alta precisión, o pueden incorporar
circuitos de temporización o generadores de frecuencia altamente
avanzados. Se pueden añadir receptores para detectar la "hora
universal" para mantener una precisión cronológica, tal como por
medio del uso de señales del sistema GPS conocidas. Sin embargo,
dichos elementos son por lo general no deseados por varias razones.
En primer lugar, su material o coste de fabricación es prohibitivo
para su uso en muchas aplicaciones comerciales tales como teléfonos
celulares. En segundo lugar, su complejidad afecta a la fiabilidad
del terminal de usuario, espacialmente para entornos comerciales
típicos. Además, el consumo de energía puede verse aumentado con
circuitos más complejos o especializados, que tienen un impacto
negativo en la vida de la batería de los dispositivos portátiles de
comunicaciones.
También se podría comprobar y ajustar o
sintonizar la frecuencia de salida de las fuentes de referencia
usando varias formas de control de realimentación. Sin embargo, los
sistemas de comunicaciones que emplean satélites con órbitas que no
son geoestacionarias, muestran un alto grado de movimiento relativo
del terminal de usuario y del satélite. Esto crea un desplazamiento
Doppler bastante sustancial en la frecuencia de portadora aparente
de las señales dentro de los enlaces de comunicaciones. Dichos
efectos Doppler también deben ser tenidos en cuenta cuando se
determine el error del oscilador, o la deriva durante su uso, y
reduce la utilidad de los lazos enganchados en fase convencionales
y otros controles de realimentación. Una vez más, se necesita una
complejidad no deseada para implementar soluciones. Lo mismo también
es cierto para sistemas de comunicaciones que no estén basados en
satélite y que comuniquen con terminales móviles de usuario u otros
tipos de plataformas repetidoras móviles que se desplacen a altas
velocidades.
Por lo tanto, cualquier sistema que desee
detectar derivas o inexactitudes en las frecuencias de salida del
oscilador local debe ser capaz de tener en cuenta los efectos
Doppler sobre las señales que se estén transfiriendo.
Desafortunadamente, mientras el movimiento relativo entre pasarelas
y satélites está bien definido, el movimiento entre satélites y
terminales de usuario no lo está. Los diseños de los sistemas de
comunicaciones actuales no han sido capaces de tener en cuenta el
impacto del Doppler debido a este último movimiento, en espacial en
presencia de errores de oscilador en ese mismo momento.
El documento
WO-A-96 08882 se ocupa de este
problema teniendo una estimación de la posición del terminal de
usuario usando la información recibida desde un satélite. A partir
de la estimación de la posición y de la información adicional
recibida desde el satélite, el terminal de usuario determina un
error de frecuencia y el desplazamiento Doppler para las señales
que se transmiten entre el terminal de usuario y el satélite.
Usando un oscilador controlado por tensión para producir la
frecuencia de referencia, el terminal de usuario puede precorregir
la frecuencia de las posteriores transmisiones para tener en cuenta
el desplazamiento Doppler entre el terminal de usuario y el
satélite y, en algunos casos, corregir además la frecuencia a
variaciones de contador en la frecuencia del oscilador causadas por
variaciones en la temperatura.
En el documento
EP-A-0 337 269 se toma aproximación
alternativa en la que un terminal de usuario envía una señal
preliminar a un transceptor de señal fijo (es decir, antes de la
transmisión de señales de usuario). La desviación de frecuencia de
la señal recibida respecto de la frecuencia nominal asignada de
manera permanente de la señal transmitida se determina en el
transceptor de señal fijo. La desviación se transmite al terminal
de usuario y la frecuencia usada para la transmisión posterior de la
señal de usuario se desplaza en la desviación notificada, pero con
signo cambiado.
Otra técnica usada para ayudar a compensar el
Doppler o los errores del oscilador, es emplear lo que se hace
referencia como memorias de almacenamiento temporal de corrección
sobre el alineamiento que almacenan de una manera temporal una
parte de las señales recibidas de forma que se puedan desplazar en
el tiempo. El tamaño y la capacidad de almacenamiento de las
memorias de almacenamiento temporal de corrección sobre el
alineamiento define los límites sobre la cantidad de desplazamiento
de frecuencia o error de frecuencia que pueden compensar. Los
tamaños de las memorias de almacenamiento temporal están limitados
por costes bien conocidos y por factores de diseño de circuitos.
Desafortunadamente, las grandes cantidades de desplazamiento
Doppler, la cantidad de almacenamiento de señal necesario para
compensar sobrepasan la capacidad de almacenamiento temporal de
corrección sobre el alineamiento típica. Además, si un oscilador de
un terminal de usuario tiene una deriva suficiente o si continúa la
deriva durante la comunicación, lo que es probable para sistemas que
usen osciladores baratos, los errores de frecuencia también pueden
sobrepasar la capacidad de almacenamiento temporal de corrección
sobre el alineamiento y se perderá la sincronización del enlace de
comunicaciones.
Por lo tanto, lo que se necesita es un
procedimiento y un aparato para separar y para determinar tanto la
precisión del oscilador como los errores de sintonización de
frecuencia para los terminales de usuario y los efectos Doppler
experimentados por los terminales de usuario dentro de un sistema de
comunicaciones. Esto se debería llevar a cabo de una manera muy
fiable sin complejidad o costes excesivos. Es especialmente deseable
medir y tener en cuenta los efectos Doppler que ocurran entre los
terminales de usuario y los satélites que retransmiten las señales
de comu-
nicaciones.
nicaciones.
Un propósito es proporcionar una técnica para
separar los errores del oscilador del receptor y los efectos
Doppler que ocurren para los terminales de usuario dentro de un
sistema de comunicaciones.
Otro propósito es proporcionar una técnica para
determinar una magnitud relativa para los errores en los osciladores
de receptores en sistemas de comunicaciones en los que las señales
de comunicaciones experimenten altos niveles de desplazamiento
Doppler.
Otro propósito más es proporcionar una técnica
para determinar una magnitud relativa de desplazamiento Doppler de
la frecuencia de la señal recibida en los terminales de usuario en
sistemas de comunicaciones.
Una ventaja de las realizaciones de la invención
es que se pueden implementar con un mínimo de complejidad, y ni
siquiera requieren ajustar la frecuencia del oscilador local del
terminal de usuario.
Éstos y otros propósitos, ventajas y objetos se
realizan con un procedimiento y un aparato para detectar rápidamente
los desplazamientos de frecuencia tales como los creados por
errores en los osciladores usados por los terminales de usuario en
sistemas de comunicaciones, o los desplazamientos Doppler. Sistemas
de comunicaciones de ejemplo incluyen sistemas de comunicaciones
sin hilos CDMA de espectro expandido que usan satélites de baja
órbita terrestre, y los terminales de usuario de manera típica
comprenden los teléfonos móviles. Sin embargo, como sería aparente
para alguien que sea experto en la técnica, las realizaciones de la
presente invención también se pueden aplicar a una variedad de
sistemas de satélite y formas de onda, o a sistemas repetidores que
no sean de satélite.
De esta forma, de acuerdo con un primer aspecto
de la invención, se proporciona un procedimiento para determinar
los desplazamientos de frecuencia a partir de una frecuencia central
de señal de comunicaciones deseada en al menos uno de una
pluralidad de terminales de usuario en un sistema de comunicaciones
que tenga al menos un transceptor de señal fijo para la
transferencia de las señales de comunicaciones a y desde los
terminales de usuario como se declara en la reivindicación 1.
De acuerdo con un segundo aspecto, se
proporciona un aparato para determinar los desplazamientos de
frecuencia desde una frecuencia central de comunicaciones deseada
en al menos uno de una pluralidad de terminales de usuario en un
sistema de comunicaciones que tenga al menos un transceptor de señal
fijo para la transferencia de señales de comunicaciones a y desde
los terminales de usuario como se declara en la reivindicación
16.
De acuerdo con una realización preferida de la
presente invención, una señal se transmite a una frecuencia de
portadora predeterminada desde una pasarela o desde una estación
base a un terminal de usuario que use transmisores analógicos de
señal. Esta señal es típicamente un piloto o una señal de
radiobúsqueda, aunque también se pueden usar otros tipos de
designaciones de señal. De manera preferible, la señal se precorrige
para un primer factor Doppler para un desplazamiento de frecuencia
Doppler conocido que ocurra entre una estación base o una pasarela
y un satélite usado para la transferencia de la señal. Dicho Doppler
no es compensado por lo general para cuando no se usa satélite para
la transferencia de la señal. Este proceso hace uso de un elemento
de precorrección acoplado al transmisor analógico de la estación
base o de la pasarela, de manera preferible en el camino de entrada
de la banda
base.
base.
Un receptor de terminal de usuario mide la
cantidad de desplazamiento de frecuencia relativo a una frecuencia
portadora de transmisión nominal esperado para señales que lleguen
al terminal de usuario. Este desplazamiento se determina con
relación a un oscilador del terminal de usuario, dimensionado para
la banda de frecuencia apropiada. Este desplazamiento medido se
trata como resultante solamente de un segundo factor Doppler o un
desplazamiento Doppler que ocurre entre el satélite y el terminal de
usuario, y establece un factor de precorrección de frecuencia
deseado que se puede usar en la generación de señales de
comunicaciones apropiadas de enlace de retorno o enlace inverso.
Cuando no se utilice un satélite para recibir señales desde el
sistema de comunicaciones, el desplazamiento medido se trata de la
misma forma que el segundo factor Doppler, pero surgiendo entre una
estación base y un terminal de usuario.
El terminal de usuario usa un transmisor para
generar señales de comunicaciones de enlace inverso para la
transmisión a la pasarela o a la estación base, a través del mismo
satélite, donde se use un satélite. Las señales de enlace inverso
son de manera típica, pero no es necesario que lo sean, generadas de
manera nominal a otra frecuencia de portadora, pero incorporan
cualquier error de oscilador, dimensionado para la banda de
frecuencia de transmisión debido a la conversión a una frecuencia
superior. Esta señal puede tener su frecuencia precorregida usando
el factor de corrección deseado, o el factor de precorrección se
puede añadir o incorporar dentro de la señal para su transmisión
como información de desplazamiento de frecuencia. Cuando se recibe
esta señal de enlace inverso en la pasarela, el primer factor
Doppler, cuando exista uno, se retira de las medidas de la
frecuencia, mediante el ajuste de una frecuencia de referencia del
receptor o usando un rotador. Si el terminal de usuario no ha
aplicado una precorrección de frecuencia para el segundo factor
Doppler (más el error), la pasarela usa la información
proporcionada por el terminal de usuario para hacer esto.
Se hace una medida del desplazamiento de
frecuencia o de la diferencia entre la frecuencia de la primera
señal de enlace inverso de terminal de usuario corregida por el
primer factor Doppler y la frecuencia de enlace inverso esperada
por la pasarela, para ese enlace de terminal de usuario. Este
desplazamiento proporciona una medida de error nominal, que puede
ser seguido por parte de una estación base o de una pasarela, tal
como mediante el uso de uno o más procesadores de control, para
dividir el valor a la mitad y dimensionarlo a la frecuencia del
oscilador del terminal de usuario, porque representa dos veces el
error de oscilador para el terminal de usuario, habiendo sido
eliminado el Doppler para el camino de comunicaciones de enlace
inverso.
El error detectado se puede transmitir después
al terminal de usuario para su uso adicional en el ajuste o en la
compensación para la frecuencia de salida del oscilador, o se puede
usar por parte de las estaciones base y las pasarelas para
compensar los errores de frecuencia en las señales recibidas. Esto
es, el terminal de usuario puede ajustar o compensar el error de
frecuencia del oscilador para aproximar la precisión de un
oscilador de pasarela, de esta forma, reduciendo el error de
frecuencia en el terminal. Dicho ajuste puede tener lugar a
intervalos periódicos o como se desee para la precisión del sistema
de comunicaciones particular.
Los datos de error del oscilador también se
pueden usar para ajustar la temporización del terminal de usuario,
el seguimiento de la hora o la hora relativa además de la
frecuencia. Esto es, la hora local en un terminal de usuario se
ajusta para tener en cuenta los errores causados por los errores de
frecuencia del oscilador o la imprecisión del oscilador, de forma
que los parámetros que dependen de la hora se determinan de una
manera más precisa. Además, las señales de temporización y de reloj
interno se pueden ajustar de forma que la temporización de códigos
PN y códigos ortogonales se ajuste mediante el adelanto o el retraso
de la aplicación de tales códigos en un número predeterminado de
segmentos para tener en cuenta los errores de temporización
transmitidos por los errores del oscilador.
En algunos sistemas de comunicaciones o en
algunos terminales de comunicaciones puede que no sea conveniente o
barato para un terminal de usuario hacer ajustes precisos de la
frecuencia de transmisión según sea necesario para la corrección
precisa de frecuencia. De manera alternativa, el terminal de usuario
no ajusta la frecuencia del oscilador, sino que almacena el valor
de error en un elemento de memoria o en otro dispositivo de
almacenamiento conocido. El valor del error se recupera después
sobre alguna base predeterminada y se añade a, o se incorpora en
señales de comunicaciones para informar a las pasarelas receptoras
de la cantidad aproximada de error de oscilador en un instante de
tiempo dado. El valor de error se puede enviar como parte de la
petición de acceso o mensajes de sonda o señales de tráfico. El
error se puede transmitir también como el único dato en una señal
particular a una pasarela, según se desee.
Se denomina en este documento a la transferencia
de los datos de error sin realmente corregir la frecuencia de
referencia del oscilador como "precorrección virtual". Esto es,
las señales recibidas se pueden procesar por las estaciones base o
por la pasarelas como si estuviesen precorregidas mientras tengan
estos datos.
En una realización alternativa, los
desplazamientos de frecuencia medidos en el terminal de usuario se
tratan como resultantes solamente del error del oscilador en el
terminal de usuario, y esto se usa para establecer el valor de
precorrección de frecuencia deseado para las señales de
comunicaciones de enlace inverso. En esta configuración, la
frecuencia de las señales de enlace inverso medida en la estación
base o en la pasarela, con un Doppler conocido de pasarela -
satélite eliminado, proporciona una estimación nominal del Doppler
satélite a terminal de usuario o del Doppler estación base a
terminal de usuario. Este valor se puede dividir a la mitad, porque
representa dos veces el desplazamiento Doppler en el terminal de
usuario, habiendo eliminado el error de oscilador para el terminal
de usuario. Como anteriormente, esta estimación Doppler se puede
transferir al terminal de usuario para una precorrección de
frecuencia mejorada o para su uso en una precorrección virtual.
El resultado es un mecanismo rápido para separar
el error de oscilador de los efectos Doppler en un terminal de
usuario, de forma que se pueda determinar sin requerir circuitos
excesivamente complejos o circuitos caros. Esto se puede llevar a
cabo sin requerir que el terminal de usuario corrija dichos errores
o efectos Doppler.
Las características, objetos y ventajas de las
realizaciones de la presente invención serán más aparentes a partir
de la descripción detallada declarada a continuación cuando se tome
junto con los dibujos en los que idénticos caracteres de referencia
identifican de manera correspondiente en todo el documento, los
dígitos de más a la izquierda de un número de referencia
identifican los dibujos en los que primero aparece el número de
referencia, y en los que:
La figura 1 ilustra un sistema de comunicaciones
típico en los que se usan las realizaciones de la presente
invención;
La figura 2 ilustra un aparato transceptor de
ejemplo para su uso en un terminal de usuario;
La figura 3 ilustra un aparato de transmisión y
recepción de ejemplo para su uso en una pasarela o en una estación
base;
La figura 4 ilustra un aparato de seguimiento de
frecuencia de ejemplo para su uso en receptores en el sistema de
comunicaciones de la figura 1;
La figura 5 ilustra los pasos usados para
implementar un proceso de detección de error de frecuencia de
acuerdo con una realización de la presente invención; y
La figura 6 ilustra los pasos usados para
implementar un proceso de detección de desplazamiento Doppler para
una realización de la presente invención.
Las realizaciones de la presente invención
proporcionan un procedimiento y un aparato para medir el error de
oscilador o los cambios en la frecuencia del oscilador en un
terminal de usuario, en la presencia de Doppler, o para medir el
Doppler en presencia de errores de oscilador. Estas realizaciones
separan de manera efectiva los errores de oscilador de ciertos
desplazamientos Doppler de enlace directo de forma que se puedan
detectar y compensar. Esto se lleva a cabo mediante la medida de
los desplazamientos entre la frecuencia de las señales de enlace
directo recibidas por el terminal de usuario, precorregidas para el
Doppler de pasarela - satélite cuando sea apropiado y una
referencia local o frecuencia esperada. Los desplazamientos medidos
se tratan como resultantes solamente del Doppler entre una estación
base o un satélite y el terminal de usuario, y se usan para
establecer un valor o un factor de precorrección de frecuencia
deseado para las señales de comunicaciones de enlace inverso. Se
mide un desplazamiento de frecuencia para dichas señales de enlace
inverso que llegan a una estación base o a una pasarela desde el
terminal de usuario, con relación a una frecuencia esperada,
eliminando el Doppler conocido de pasarela - satélite cuando sea
apropiado, para proporcionar una medida de error nominal. Esta
medida se divide a la mitad y se dimensiona para la frecuencia del
oscilador del terminal de usuario, porque representa dos veces el
error de oscilador para el terminal de usuario, habiendo eliminado
el Doopler para todas las partes del camino de comunicaciones de
enlace inverso.
De manera alternativa, los desplazamientos
medidos en el terminal de usuario se tratan como resultantes
solamente del error del oscilador del terminal de usuario, y se
usan para establecer un valor de precorrección de frecuencia
deseado. En esta situación, se mide el desplazamiento de frecuencia
de las señales de enlace inverso que llegan a las estaciones base o
a las pasarelas, habiendo eliminado el Doppler conocido de pasarela
- satélite, para proporcionar un enlace directo nominal o una
estimación Doppler satélite - terminal de usuario. Este valor se
divide entonces a la mitad y se usa como la estimación Doppler del
terminal de usuario.
Las realizaciones de la presente invención son
particularmente adecuadas para su uso en sistemas de comunicaciones
que empleen satélites de baja órbita terrestre (LEO). Sin embargo,
como sería aparente para alguien que sea experto en la técnica
pertinente, el concepto también se puede aplicar a sistemas de
satélite que no se utilicen para propósitos de comunicaciones. Las
realizaciones también son aplicables a sistemas de satélite en los
que los satélites viajan en órbitas que no son LEO, o a sistemas de
repetidores que no sean por satélite, si existe un suficiente
movimiento relativo entre pasarelas o estaciones base y terminales
de usuario para tener impacto sobre las frecuencias portadoras que
se estén recibiendo.
La realización preferida de la invención se
trata con detalle a continuación. Mientras que se tratan los pasos,
configuraciones y disposiciones específicos, se debería comprender
que esto se hace por propósitos ilustrativos solamente. Una persona
que sea experta en la técnica pertinente reconocerá que se pueden
usar otros pasos, configuraciones y disposiciones. Las
realizaciones podrían encontrar uso en una variedad de sistemas de
información y de comunicaciones sin hilos, incluyendo los
destinados a la determinación de la posición y a los sistemas de
telefonía celular por satélite y terrestres. Una aplicación
preferida es en sistemas de comunicaciones de espectro expandido
sin hilos CDMA para el servicio de telefonía móvil o portátil,
típicamente usando repetidores de satélite.
En la figura 1 se ilustra un sistema de
comunicaciones sin hilos de ejemplo en el que son útiles las
realizaciones de la presente invención. Se contempla que este
sistema de comunicaciones usa señales de comunicaciones de tipo
CDMA, pero esto no se necesita. En una parte de un sistema de
comunicaciones 100 ilustrado en la figura 1, se muestran una
estación base 112, dos satélites 116 y 118 y dos pasarelas o nodos
centralizadores asociados 120 y 122 para efectuar las
comunicaciones con dos terminales remotos de usuario 124 y 126. De
manera típica, las estaciones base y los satélites/pasarelas son
componentes de sistemas de comunicaciones independientes, a los que
se hace referencia como que están basados en sistemas terrestres y
sistema por satélite, aunque esto no es necesario. El número total
de estaciones base, pasarelas y satélites en dichos sistemas depende
de la capacidad deseada del sistema y de otros factores bien
conocidos en la técnica.
Los terminales de usuario 124 y 126 tienen o
comprenden cada uno de ellos un dispositivo de comunicaciones sin
hilos tal como, pero no limitándose a, un teléfono celular, un
transceptor de datos o un receptor de determinación de la posición
o un radiobuscador, y pueden ser de mano o estar montados en un
vehículo, según se desee. Aquí, se ilustran los terminales de
usuario como teléfono de mano. Sin embargo, se comprenderá también
que las realizaciones de la invención son aplicables a unidades
fijas donde se desee un servicio sin hilos remoto, incluyendo
localizaciones "en interiores" así como localizaciones "en
exteriores".
Por lo general, los haces que llegan de los
satélites 116 y 118 cubren diferentes áreas geográficas en diagramas
de radiación predefinidos. Los haces a diferentes frecuencias, a
los que también se hace referencia como canales CDMA o
"subhaces", pueden ser dirigidos para solapar la misma región.
Es fácilmente entendido por los que sean expertos en la técnica que
la cobertura del haz o las áreas de servicio para múltiples
satélites o diagramas de radiación de antenas para múltiples
estaciones base, podrían estar diseñados para que se solapen
completamente o parcialmente en una región dada dependiendo del
diseño del sistema de comunicaciones y del tipo de servicio que se
vaya a ofrecer, y de si se está consiguiendo diversidad
espacial.
Se han propuesto una variedad de sistemas de
comunicaciones multisatélite con un sistema de ejemplo que emplea
del orden de 48 o más satélites, viajando en ocho planos orbitales
diferentes en baja órbita terrestre (LEO) para dar servicio a un
gran número de terminales de usuario. Sin embargo, los que sean
expertos en la técnica comprenderán rápidamente cómo las
aplicaciones de la presente invención son aplicables a una variedad
de sistemas de satélite y configuraciones de pasarela, incluyendo
otras distancias orbitales y constelaciones. Al mismo tiempo, las
realizaciones son igualmente aplicables a sistemas terrestres de
varias configuraciones de estaciones base.
En la figura 1, se ilustran algunos posibles
caminos de la señal para que se puedan establecer las comunicaciones
entre los terminales de usuario 124 y 126 y la estación base 112, o
a través de los satélites 116 y 118, con las pasarelas 120 y 122.
Estos enlaces de comunicaciones estación base - terminal de usuario
se ilustran por medio de las líneas 130 y 132. Los enlaces de
comunicaciones satélite - terminal de usuario entre los satélites
116 y 118 y los terminales de usuario 124 y 126 se ilustran por
medio de las líneas 140, 142 y 144. Los enlaces de comunicaciones
pasarela - satélite entre las pasarelas 120 y 122 y los satélites
116 y 118 se ilustran por medio de las líneas 146, 148, 150 y 152.
Las pasarelas 120 y 122, y la estación base 112 pueden ser usadas
como parte de sistemas de comunicaciones unidireccionales o
bidireccionales o simplemente para la transferencia de datos a los
terminales de usuario 124 y 126.
Los sistemas de comunicaciones 100 por lo
general incluyen uno o más controladores de todo el sistema o redes
de conmutación 160. Elementos de ejemplo usados en dichos
controladores son las oficinas de conmutación de telefonía móvil
(MTSO) que incluyen circuitería de interfaz y de procesado para
controlar el encaminamiento de las llamadas telefónicas entre una
red telefónica pública con conmutación (RTPC) y las pasarelas. Otro
equipo de ejemplo incluye los centros de control y órdenes de
operaciones en tierra que proporcionan control de todo el sistema
sobre la temporización, PN y asignaciones de código ortogonal y
frecuencia, acceso al sistema, etc., para pasarelas y satélites. Se
puede establecer un enlace de comunicaciones 162 que acopla
controladores 160 a varias pasarelas o estaciones base usando
técnicas conocidas tales como, pero no limitándose a, líneas
telefónicas dedicadas, enlaces de fibra óptica o enlaces de
microondas o enlaces de comunicaciones dedicados por satélite.
En la figura 2 se ilustra un transceptor de
ejemplo 200 para su uso en un terminal de usuario 124, 126. El
transceptor 200 usa al menos una antena 210 para recibir señales de
comunicaciones que se transfieren a un receptor analógico 214, en
donde se convierten a una frecuencia inferior, se amplifican y se
digitalizan. Se usa de manera típica un elemento duplexor 212 para
permitir que la misma antena dé servicio tanto a las funciones de
transmisión como a las funciones de recepción. Sin embargo, algunos
sistemas emplean antenas separadas para el funcionamiento a
diferentes frecuencias de transmisión y de recepción.
La salida de las señales de comunicaciones
digitales por medio de un receptor analógico 214 se transfieren a
al menos un receptor de datos digital 216A y al menos un receptor
buscador digital 218. Los receptores de datos digitales adicionales
216B-216N se pueden usar para obtener niveles
deseados de diversidad de señal, dependiendo del nivel aceptable de
complejidad de la unidad, como sería aparente para alguien que sea
experto en la técnica pertinente.
Al menos un procesador de control del terminal
de usuario 220 está acoplado a los receptores de datos
216A-216N y al receptor buscador 218. El procesador
de control 220 proporciona, entre otras funciones, procesado básico
de la señal, temporización, alimentación y control de traspasos o
coordinación, y selección de la frecuencia usada para las
portadoras de la señal. Otra función básica de control a menudo
realizada por el procesador de control 220 es la selección o la
manipulación de secuencias de código PN o funciones ortogonales que
se vayan a usar para procesar las formas de onda de la señal de
comunicaciones. El procesado de la señal del procesador de control
220 puede incluir una determinación de la intensidad relativa de la
señal y un cálculo de varios parámetros relacionados con la señal.
Dichos cálculos de parámetros de la señal, tales como la
temporización relativa y la frecuencia, pueden incluir el uso de
una circuitería adicional o independiente dedicada para
proporcionar una eficiencia o una velocidad aumentada en medidas o
una asignación mejorada de recursos de procesado de control.
Las salidas para los receptores de datos
digitales 216A-216N están acopladas a una
circuitería digital de banda base 222 dentro del terminal de
usuario. La circuitería digital de banda base 222 comprende
elementos de procesado y de presentación usados para la
transferencia de información a y desde un usuario de un terminal de
usuario. Esto es, los elementos de almacenamiento de la señal o de
los datos, tales como memoria digital transitoria o de largo plazo;
dispositivos de entrada y de salida tales como pantallas de
presentación, altavoces, terminales de teclado y microteléfonos;
elementos A/D, codificadores de la vozy otros elementos de procesado
de la voz y de la señal analógica; etc., todos ellos forman las
partes de la circuitería de banda base de abonado que usa elementos
bien conocidos en la técnica. Si se emplea procesado de señal de
diversidad, la circuitería de banda base digital de usuario 222
puede comprender un combinador de diversidad y un descodificador.
Algunos de estos elementos pueden funcionar también bajo el control
de, o en combinación con, el procesador de control 220.
Cuando se preparan la voz u otros datos como un
mensaje de salida o se origina una señal de comunicaciones con el
terminal de usuario, se usa una circuitería digital de banda base de
usuario 222 para recibir, almacenar y en cualquier otro caso
preparar los datos deseados para su transmisión. La circuitería
digital de banda base 222 proporciona estos datos a un modulador de
transmisión 226 que funciona bajo el control de un procesador de
control 220. La salida del modulador de transmisión 226 se
transfiere a un controlador de potencia 228 que proporciona un
control de la potencia de salida a un amplificador de potencia de
transmisión 230 para la transmisión final de la señal de salida
desde la antena 210 a una pasarela.
Como se trata de manera adicional más adelante,
con el fin de implementar las realizaciones de la presente
invención, el terminal de usuario 200 puede emplear también uno o
más elementos de precorrección o precorrectores 232 y 234. De
manera preferible, se usa un elemento de precorrección 232 para
ajustar la frecuencia de la salida digital del control digital de
potencia 228 a la frecuencia de banda base. La información espectral
de banda base que incluye el ajuste de frecuencia se traslada a la
frecuencia central apropiada durante la conversión a una frecuencia
más alta realizada en el amplificador de potencia de transmisión
230. La precorrección o el ajuste de frecuencia se lleva a cabo
usando técnicas conocidas en la materia. Por ejemplo, la
precorrección se puede efectuar por medio de una rotación de señal
compleja que es equivalente a multiplicar la señal por un factor de
e^{j\omega t}, donde \omega se calcula en base a efemérides de
satélite conocidas y a la frecuencia deseada de canal. Esto es muy
útil cuando se procesen señales de comunicaciones como en canales
en fase (I) y en cuadratura de fase (Q). Se puede usar un
dispositivo de síntesis digital directa para generar algunos de los
productos de rotación. De manera alternativa, se puede usar un
elemento de cálculo digital de rotación de coordenadas que emplee
desplazamientos binarios, sumas y restas binarias para realizar una
serie de rotaciones discretas, dando como resultado la rotación
global deseada. Dichas técnicas y el hardware relacionado son bien
conocidas en la técnica.
Como una alternativa, se puede disponer un
elemento de precorrección 234 en el camino de la transmisión sobre
la salida del amplificador de potencia de transmisión 230 para
ajustar la frecuencia de la señal de salida. Esto se puede llevar a
cabo usando técnicas bien conocidas, tales como, la conversión a una
frecuencia inferior o a una frecuencia superior de la forma de onda
de transmisión. Sin embargo, el cambiar la frecuencia a la salida
del transmisor analógico puede ser más difícil ya que existen a
menudo una serie de filtros que se usan para dar forma a la forma
de onda, y los cambios en esta etapa pueden interferir con el
proceso de filtrado. En una alternativa, el elemento de
precorrección 234 puede formar parte de una selección de frecuencia
o de un mecanismo de control para la etapa de conversión analógica
a una frecuencia superior y la etapa de modulación (230) del
terminal de usuario, de forma que se usa una frecuencia ajustada de
manera apropiada para convertir la señal digital en una frecuencia
de transmisión deseada en un solo
paso.
paso.
La información o los datos correspondientes a
uno o a más parámetros de la señal medidos para la señales de
comunicación recibidas, o una o más señales de recursos compartidos,
se pueden enviar a la pasarela usando una variedad de técnicas
conocidas en la técnica. Por ejemplo, la información se puede
transferir como señal de información independiente o se puede
añadir a otros mensajes preparados por la circuitería de banda base
digital de usuario 222. De manera alternativa, la información se
puede insertar como bits de control predeterminados por medio del
modulador de transmisión 226 o por el controlador de potencia de
transmisión 228 bajo el control del procesador de control 220.
Los receptores de datos 216A-N y
el receptor buscador 218 están configurados con elementos de
correlación de la señal para demodular y hacer un seguimiento de
señales específicas. El receptor buscador 218 se usa para buscar
señales de piloto, u otras señales intensas de patrón relativamente
fijo, mientras que los receptores digitales 216A-N
se usan para demodular otras señales asociadas con las señales de
piloto detectadas. Por lo tanto, las salidas de estas unidades se
pueden supervisar para determinar la energía o la frecuencia de la
señal de piloto o de otras señales. Estos receptores emplean
elementos de seguimiento de frecuencia que se pueden supervisar
para proporcionar la frecuencia actual y la información de
temporización, para el procesador de control 220 para las señales
que se estén demodulando.
El procesador de control 220 usa dicha
información para determinar hasta qué grado las señales recibidas
están desplazadas de una frecuencia de recepción esperada o de la
frecuencia del oscilador, cuando están dimensionadas para la misma
banda de frecuencias, según sea apropiado. Ésta y otra información
relativa a los errores de frecuencia y a los desplazamientos
Doppler, como se ha tratado con anterioridad, se puede almacenar en
uno o en más elementos de almacenamiento del error/Doppler o de
memoria 236, según se desee. Esta información puede ser usada por
el procesador de control 220 para ajustar la frecuencia operativa
del oscilador, o se puede transferir a las pasarelas o a las
estaciones base usando varias señales de comunicaciones.
Se usa al menos un elemento de referencia de
tiempo 238 para generar y almacenar la información cronológica tal
como la fecha y la hora del día. Un uso de esta información es
ayudar en la determinación de las posiciones de satélites dentro de
órbitas conocidas. La hora se puede almacenar y se puede actualizar
de manera periódica, y la señal de Hora Universal (UT) proveniente
de un receptor GPS se puede usar como parte de este proceso en
algunas aplicaciones. Esta hora se puede suministrar también al
terminal de usuario de manera periódica por medio de una pasarela.
Además, la hora actual se almacena cada vez que un terminal de
usuario entra en el modo inactivo tal como cuando se "apaga".
Este valor de la hora se usa junto con la hora de "encendido"
para determinar varios parámetros de la señal dependientes del
tiempo y cambios de la posición del terminal de usuario. Por lo
general, el oscilador local actúa como una referencia para un
circuito de reloj usado para generar o hacer un seguimiento del
tiempo en el elemento de referencia de tiempo 238, y los errores
pueden provocar que la "hora" sufra derivas o comience a ser
imprecisa.
Como se muestra en la figura 2, se usa un
oscilador local o un oscilador de referencia 240 como una referencia
para el receptor analógico 214 para convertir a una frecuencia
inferior la señal entrante a banda base a la frecuencia deseada.
También se puede emplear en múltiples pasos de conversión inmediata,
como se desee, hasta que la señal esté a la frecuencia de banda
base deseada. Como se muestra, el oscilador 240 se usa también como
una referencia para un transmisor analógico 230, para la conversión
a una frecuencia superior desde la banda base a la frecuencia de
portadora deseada para las transmisiones de enlace inverso. Por lo
tanto, los errores del oscilador local tienen impacto tanto en el
procesado de la señal de entrada como en el procesado de la señal
de salida.
El oscilador 240 se usa también como un estándar
de frecuencia o como una referencia de frecuencia para un circuito
de temporización 242. El circuito de temporización 242 genera
señales de temporización para otras etapas o elementos de procesado
dentro del terminal de usuario 200 tales como, circuitos de
seguimiento de la hora, o los correladores en los receptores
digitales 216A-N y 218, o el modulador de
transmisión 226, el elemento de referencia de tiempo 238 y el
procesador de control 220. La frecuencia de la salida del oscilador
se puede ajustar, usando una circuitería conocida, para formar las
señales de temporización deseadas, como se conoce bien en la
técnica. Se hace referencia de manera típica a dichas señales de
temporización como señales de reloj para muchos circuitos. El
circuito de temporización 242 también se puede configurar para
producir retrasos o retardos, o adelantos en la temporización
relativa de las señales de reloj, bajo el control del procesador.
Esto es, el seguimiento del tiempo se puede ajustar en cantidades
predeterminadas. Esto permite también la aplicación de códigos para
su adelanto o su retraso de la temporización "normal", de
manera típica en uno o más períodos de segmento, de forma que los
códigos PN que constituyen los códigos se puedan aplicar con una
temporización diferente, según se desee.
A partir de esto, está claro por qué la salida
del oscilador 240 juega un papel clave en la recepción y en la
demodulación de las señales de comunicaciones, así como en la
generación de señales de comunicaciones salientes. Los errores en
la salida de frecuencia por parte del oscilador 240, o la deriva de
esta frecuencia durante su uso, afecta a los valores de frecuencia
usados y a la temporización para virtualmente todas las etapas de
entrada y de salida del terminal de usuario 200.
En la figura 3 se ilustra un aparato de ejemplo
de transmisión y de recepción 300 para su uso en pasarelas 120 y
122, o una estación base. La parte de pasarela 120, 122 ilustrada en
la figura 3 tiene uno o más receptores analógicos 314 conectados a
una antena 310 para la recepción de las señales de comunicaciones
que son después convertidas a una frecuencia más baja, amplificadas
y digitalizadas usando varios esquemas bien conocidos en la
técnica. Se usan múltiples antenas 310 en algunos sistemas de
comunicaciones. Las señales digitalizadas que salen del receptor
analógico 314 se entregan como entradas a al menos un módulo
receptor digital, indicado por medio de líneas discontinuas
generalmente en 324.
Cada módulo receptor digital 324 corresponde a
elementos de procesado de la señal usados para gestionar las
comunicaciones entre una pasarela 120, 122 y un terminal de usuario
124, 126, aunque se conocen ciertas variaciones en la técnica. Un
receptor analógico 314 puede proporcionar entradas para muchos
módulos receptores digitales 324, y un número de dichos módulos se
usan de manera típica en las pasarelas 120, 122 para acomodar todos
los haces de satélite y las posibles señales de modo diversidad que
se estén manejando en un momento dado. Cada módulo receptor digital
324 tiene uno o más receptores de datos digitales 316 y receptores
buscadores 318. Los receptores buscadores 318 generalmente buscan
los modos de diversidad apropiados de las señales distintas a las
señales de piloto. Cuando se implementen en el sistema de
comunicaciones, se usan múltiples receptores de datos digitales
316A-316N para la recepción de señal con
diversidad.
Las salidas de los receptores de datos 316 se
entregan a posteriores elementos de procesado de banda base 322 que
comprenden aparatos bien conocidos en la técnica y que no se
ilustran con más detalle en este documento. Aparatos de banda base
de ejemplo incluyen combinadores de diversidad y descodificadores
para combinar señales multitrayecto en una salida para cada
usuario. Aparatos de banda base de ejemplo también incluyen
circuitos de interfaz para proporcionar datos de salida, de manera
típica a una red o a un conmutador digital. Una variedad de otros
elementos conocidos tales como, pero no limitándose a éstos,
codificadores de la voz, módems de datos y conmutadores digitales
de datos y componentes de almacenamiento pueden formar parte de los
elementos de procesado de banda base 322. Estos elementos funcionan
para controlar o para dirigir también la transferencia de señales
de datos a uno o a más módulos de transmisión 334.
Las señales que se vayan a transmitir a los
terminales de usuario se acoplan cada una de ellas a uno o más
módulos de transmisión apropiados 334. Una pasarela típica usa un
número de dichos módulos de transmisión 334 para proporcionar
servicio a muchos terminales de usuario 124, 126 a la vez, y para
varios satélites y haces a la vez. El número de módulos de
transmisión 334 usados por las pasarelas 120, 122 se determina por
medio de factores bien conocidos en la técnica, incluyendo la
complejidad del sistema, el número de satélites a la vista, la
capacidad del usuario, el grado de diversidad elegido, etc.
Cada módulo de transmisión 334 incluye un
modulador de transmisión 326 que modula en espectro expandido los
datos para la transmisión y que tiene una salida acoplada a un
controlador digital de la potencia de transmisión 328, que controla
la potencia de transmisión usada para la señal digital saliente. El
controlador digital de potencia de transmisión 328 aplica un nivel
mínimo de potencia para propósitos de reducción de la interferencia
y asignación de recursos, pero aplica niveles apropiados de potencia
cuando es necesario para compensar la atenuación en el camino de
transmisión y otras características de transferencia del camino. El
modulador de transmisión 326 usa al menos un generador PN 332 en la
expansión de las señales. Esta generación de código también forma
una parte funcional de uno o más procesadores de control o elementos
de almacenamiento usados en pasarelas 122, 124, o en la estación
base 112, y puede ser compartida en el tiempo.
La salida del controlador de potencia de
transmisión 328 se transfiere a un sumador 336 donde se suma con
las salidas provenientes de otros circuitos de control de potencia
de transmisión. Esas salidas son señales para su transmisión a
otros terminales de usuario 124, 126 a la misma frecuencia y dentro
del mismo haz que la salida del controlador de potencia de
transmisión 328. La salida del sumador 336 se entrega a un
transmisor analógico 338 para la conversión digital a analógica, la
conversión a la frecuencia de portadora de RF apropiada y la
amplificación adicional, el filtrado y la salida a una o más antenas
340 para radiar a los terminales de usuario 124, 126. Las antenas
310 y 340 pueden ser las mismas antenas dependiendo de la
complejidad y de la configuración del sistema de comuni-
caciones.
caciones.
Al menos un procesador de control de pasarela
320 está acoplado a los módulos de receptor 324, a los módulos de
transmisión 334 y a la circuitería de banda base 322; estas unidades
pueden estar físicamente separadas unas de las otras. El procesador
de control 320 proporciona señales de órdenes y de control para
efectuar funciones tales como, pero no limitándose a éstas, el
procesado de la señal, la generación de la señal de temporización,
el control de potencia, el control de traspasos, la combinación de
diversidad y la interfaz del sistema. Además, el procesador de
control 320 asigna códigos de expansión PN, secuencias de código
ortogonal y transmisores y receptores específicos para su uso en
comunicaciones de usuario.
El procesador de control 320 controla también la
generación y la potencia de señales de piloto, señales de
sincronización y señales de canal de radiobúsqueda y su acoplamiento
al controlador de potencia de transmisor 328. La señal o el canal
de piloto es simplemente una señal que no está modulada por datos, y
que puede usar un patrón invariable repetitivo o una entrada de
tipo estructura de trama no variable al modulador de transmisión
326. esto es, la función ortogonal, el código Walsh, usado para
formar el canal para la señal de piloto generalmente tiene un valor
constante, tal como todos "1" o todos "0", o un patrón
repetitivo bien conocido, tal como un patrón estructurado de unos y
ceros intercalados. Esto de manera efectiva da como resultado la
transmisión solamente de los códigos PN expandidos aplicados desde
el generador PN 332.
Mientras el procesador de control 320 se puede
acoplar directamente a los elementos de un módulo, tal como el
módulo de transmisión 334 o el módulo de recepción 324, cada módulo
por lo general comprende un procesador específico del módulo, tal
como un procesador de transmisión 330 o un procesador de recepción
321, que controla los elementos de ese módulo. De esta forma, en
una realización preferida, el procesador de control 320 está
acoplado a un procesador de transmisión 330 y a un procesador de
recepción 321, como se muestra en la figura 3. De esta manera, un
único procesador de control 320 puede controlar las operaciones de
un gran número de módulos y recursos de una manera más eficiente.
El procesador de transmisión 330 controla la generación de, y la
potencia de la señal para, las señales de piloto, las señales de
radiobúsqueda y las señales de canales de tráfico, y su respectivo
acoplamiento al controlador de potencia 328. El procesador de
recepción 321 controla la búsqueda de los códigos de expansión PN
paras la demodulación y la supervisión de la potencia recibida.
Para ciertas operaciones, tales como el control
de la potencia de los recursos compartidos, las pasarelas 120 y 122
reciben información tal como la intensidad de la señal recibida, las
medidas de frecuencia u otros parámetros de señal recibida desde
los terminales de usuario en las señales de comunicaciones. Esta
información se puede derivar a partir de las salidas demoduladas de
los receptores de datos 316 por medio de los procesadores de
recepción 321. De manera alternativa, esta información se puede
detectar como que ocurre en localizaciones predefinidas en las
señales que se están supervisando por medio del procesador de
control 320, o los procesadores de recepción 321, y se transfiere
al procesador de control 320. El procesador de control 320 usa esta
información (como se ha descrito anteriormente) para controlar la
temporización y la frecuencia de las señales que se estén
transmitiendo y procesando usando los controladores de potencia de
transmisión 328 y el transmisor analógico 338.
Con el fin de implementar las realizaciones de
la presente invención, se usan uno o más precorrectores de
elementos de precorrección de frecuencia 342 y 344. De manera
preferible, se usa un elemento de precorrección 342 para ajustar la
frecuencia de la salida digital del controlador digital de potencia
328 en la frecuencia de banda base. Como en el terminal de usuario,
la información espectral de banda base que incluye los ajustes de
frecuencia se traslada a la frecuencia central apropiada durante la
conversión a una frecuencia superior realizada en el transmisor
analógico 338. La precorrección de frecuencia se lleva a cabo usando
técnicas conocidas en la materia, tal como la rotación de señal
compleja tratada con anterioridad, en la que el ángulo de rotación
se calcula en base a las efemérides de satélite conocidas y a la
frecuencia de canal deseada. Como en el terminal de usuario, otras
técnicas de rotación de la señal y hardware relacionado son bien
conocidas en la técnica.
En la figura 3, se muestra el precorrector 342
dispuesto en el camino de transmisión antes del sumador 336. Esto
permite el control independiente sobre cada señal de terminal de
usuario según se desee. Sin embargo, se puede usar un único
elemento de precorrección de frecuencia cuando se realice la
precorrección después del sumador 336, porque los terminales de
usuario comparten el mismo camino de transmisión desde la pasarela
al satélite.
Como alternativa, se puede disponer un
precorrector 344 en el camino de transmisión en la salida del
transmisor analógico 338, para ajustar la frecuencia de la señal
saliente, usando técnicas bien conocidas. Sin embargo, el cambio de
frecuencias a la salida del transmisor analógico puede ser más
difícil, y puede interferir con los procesos de filtrado de la
señal. De manera alternativa, la frecuencia de salida de un
transmisor analógico 338 se puede ajustar directamente por medio
del procesador de control 320 para proporcionar una frecuencia de
salida desplazada, desplazada de la frecuencia central normal.
La cantidad de corrección de frecuencia impuesta
sobre la señal de salida del terminal de usuario, enlace directo,
se basa en el Doppler conocido entre la pasarela y cada uno de los
satélites a través de los que se establece la comunicación. La
cantidad de desplazamiento requerido para el Doppler del satélite se
puede calcular por medio del procesador de control 320 usando los
datos conocidos de la posición orbital del satélite. Estos datos se
pueden almacenar y se pueden recuperar de uno o más elementos de
almacenamiento 346, tales como tablas de consulta o elementos de
memoria. Estos datos también se pueden entregar desde otras fuentes
de datos, según se desee. Se pueden usar una variedad de
dispositivos bien conocidos tales como circuitos RAM y ROM, o
dispositivos magnéticos de almacenamiento para construir los
elementos de almacenamiento 346. Esta información se usa para
establecer el ajuste Doppler para cada satélite que la pasarela esté
usando en cualquier momento dado.
Como se muestra en la figura 3, una unidad de
tiempo y frecuencia (TFU) 348 proporciona señales de frecuencia de
referencia para el receptor analógico 314. Se puede usar una señal
de Tiempo Universal (UT) proveniente de un receptor GPS como parte
de este proceso en algunas aplicaciones. También se puede emplear en
múltiples pasos de conversión intermedia, según se desee. Como se
muestra, la TFU 348 sirve también como una referencia para el
transmisor analógico 338. La TFU 348 proporciona también señales a
otras etapas o elementos de procesado dentro de la pasarela o de la
estación base 300, tal como los correladores en los receptores
digitales 316A-N y 318, o el modulador de
transmisión 326, y el procesador de control 320. La TFU 348 también
está configurada para retardar o adelantar la temporización
relativa de las señales (de reloj), bajo el control del procesador,
en cantidades predeterminadas, según se desee.
Durante el funcionamiento del sistema de
comunicaciones 100, una señal de comunicaciones s(t)
transmitida por medio de una pasarela (120, 122) a un terminal de
usuario (124, 126) usando una frecuencia de portadora generada por
la pasarela, f_{F}, experimenta retardos en el tiempo, un
desplazamiento en frecuencia debido a Doppler y otros efectos.
Primeramente, mientras se produce el tránsito desde una pasarela a
los satélites (116, 118), y en segundo lugar cuando se produce el
tránsito desde los satélites a los terminales de usuario. Una vez
que se recibe la señal, existe un retardo adicional en el envío de
una señal de retorno, y existe un Doppler en el tránsito desde el
terminal de usuario (124, 126) al satélite (116, 118) y de nuevo
desde el satélite a la pasarela.
Si se tratasen la mayoría de las variaciones
debidas a los efectos atmosféricos o a las características del
transpondedor y el transmisor del satélite como si tuviesen un
impacto despreciable, la frecuencia de una señal que llegue a un
receptor está esencialmente (de manera aparente) desplazada de la
frecuencia absoluta inicial o la frecuencia de referencia f_{F}
por causa de los efectos Doppler. Por lo tanto, las señales de
comunicaciones recibidas por un satélite desde una pasarela sobre un
enlace directo tienen una nueva frecuencia de portadora o una
frecuencia de portadora desplazada f_{SatF}, de acuerdo con la
relación:
donde \upsilon_{gs} es la
velocidad relativa pasarela - satélite, o el cambio en la distancia
de separación o el intervalo sobre el tiempo (al que se hace
referencia como velocidad de intervalo), y c es la velocidad de la
luz, que es la velocidad aproximada de la señal a través del medio
de transferencia
(aire).
Cuando las señales de comunicación que
experimentan este desplazamiento Doppler son retransmitidas por
medio de un satélite a la misma frecuencia (f_{SatF}) y
posteriormente son recibidas por un terminal de usuario, son
recibidas a otra nueva frecuencia de portadora nueva f_{Urec}, de
acuerdo con la relación:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
donde \upsilon_{su} es la
velocidad relativa de satélite - terminal de usuario o la velocidad
de intervalo. La frecuencia de portadora f_{Urec} recibida por el
terminal de usuario es la frecuencia de portadora transmitida
f_{SatF} desplazada por el Doppler, cuya magnitud es desconocida
en este
punto.
Si el receptor del terminal de usuario se
sintoniza para recibir a esta nueva frecuencia (f_{Urec}) y para
retornar o transmitir señales a la misma frecuencia, entonces las
señales del enlace inverso que llegan a la pasarela provenientes
del terminal de usuario tienen una nueva frecuencia de portadora
f_{Grec} de acuerdo con la siguiente relación:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
donde \upsilon_{us} es la
velocidad relativa terminal de usuario - satélite o la velocidad de
intervalo, que es igual a \upsilon_{su}, y \upsilon_{sg} es
la velocidad relativa satélite - pasarela que es igual a
\upsilon_{gs}.
Las relaciones anteriormente mencionadas suponen
que se está usando una única frecuencia nominal. Sin embargo, los
sistemas de comunicaciones por satélite están de manera más típica
configurados para usar diferentes frecuencias nominales o bandas de
frecuencia para las distintas partes de los enlaces de
comunicaciones directo e inverso por razones bien conocidas. Por
ejemplo, se pueden usar para minimizar la interferencia o mejorar
ciertas funciones de control de amplificador o funciones de
ganancia en los satélites. Esto es, se usan diferentes frecuencias
centrales o nominales para cada enlace pasarela a satélite, satélite
a terminal de usuario, terminal de usuario a satélite y satélite a
pasarela, respectivamente. Por ejemplo, una pasarela puede
transmitir señales a f_{F1} mientras que ocurre una transmisión
de señal de satélite a terminal de usuario de enlace directo a una
frecuencia nominal de f_{F2}, las señales de enlace inverso
transmitidas por el terminal de usuario pueden tener una frecuencia
nominal de f_{R1}, y las señales de satélite de enlace inverso una
frecuencia nominal de f_{R2}. En esta situación, las frecuencias
de señal recibidas para estos enlaces, f_{SatF}, f_{Urec},
f_{SatR} y f_{Grec}, respectivamente, después del desplazamiento
Doppler pasan a ser:
Sin embargo, por propósitos de claridad, la
siguiente discusión se limitará por lo general, excepto para algunas
generalizaciones, a usar dos frecuencias, una para cada uno de los
enlaces directo e inverso completos de pasarela a terminal de
usuario, dando como resultado las relaciones de señal de enlace
de:
donde f_{F} = f_{F1} = f_{F2}
y f_{R} f_{R1} = f_{R2}. Los que sean expertos en la técnica
comprenderán rápidamente cómo las realizaciones de la presente
invención se aplican en varios entornos de frecuencia
múltiple.
En un sistema de comunicaciones basado en
satélite, se conoce la posición y el movimiento relativo de los
satélites dentro de sus órbitas en un momento dado con una gran
cantidad de certidumbre (efemérides conocidas). Hasta el grado de
que las posiciones del satélite varían en cualquier momento dado,
existen técnicas conocidas en la materia para determinar de manera
precisa dichas variaciones o nuevas posiciones y trayectorias. Por
ejemplo, las señales se pueden transferir desde una pasarela a un
satélite y viceversa, para determinar los cambios en la velocidad o
en la distancia que se comparan con los datos prealmacenados. Por lo
tanto, usando técnicas conocidas tales como, pero no limitándose a
éstas, tablas de consulta, elementos de memoria, interpolación y
varias técnicas de cálculo, se conoce la posición y el movimiento de
cada satélite usado en un sistema de comunicaciones con relación a
cualquier pasarela. Esta información se puede almacenar o calcular
en cada pasarela o de manera periódica se puede proporcionar desde
los centros de control centralizados.
En cualquier caso, el uso de la información
conocida de la posición y del movimiento del satélite, se pueden
determinar o ser cantidades conocidas el factor Doppler para los
caminos de pasarela a satélites
(1-\upsilon_{gs}/c) y de satélite a pasarela
(1-\upsilon_{gs}/c) o para las partes de
cualquier enlace de comunicaciones. Estos valores Doppler se pueden
generar o se pueden determinar por medio de una pasarela
virtualmente para cualquier combinación de enlace de comunicaciones
entre satélite y pasarela.
Por lo tanto, mediante el etiquetado del término
Doppler camino satélite a pasarela como D_{1}, y el término
Doppler camino satélite a terminal de usuario como D_{2}, las
anteriores relaciones para f_{Grec} y f_{Urec} se pueden
rescribir como:
para un modo de frecuencia nominal
única (f = f_{R} = f_{F}),
y
para un modo de frecuencia nominal
dual (frecuencia de enlace inverso independiente, f_{R} \neq
f_{F}) con D_{2} siendo la única cantidad desconocida para la
pasarela (o terminal de usuario) cuando se transfieren las
señales.
Como las efemérides de satélite o las posiciones
de órbita son conocidas para la pasarela, la pasarela puede
precorregir el Doppler. Esto es, la pasarela ajusta la frecuencia de
las señales para el Doppler de pasarela a satélite (D_{1}) del
satélite en particular que se esté usando, antes de ser
transmitidas. Esto se puede hacer, por ejemplo, mediante el uso de
elementos de precorrección tratados con relación a la figura 3, con
anterioridad. En esta situación, las frecuencias recibidas
f_{Grec} y f_{Urec} pasan a ser:
con la última frecuencia siendo
ajustada al producirse la recepción por parte de la pasarela para
eliminar o para compensar el Doppler conocido (D_{1}). En la
alternativa, la transmisión de enlace directo se podría precorregir
para el Doppler conocido del enlace de retorno (D_{1}) así como
durante la transmisión inicial en algunos
sistemas.
Sin embargo, como se ha tratado con
anterioridad, el oscilador de referencia en el terminal de usuario
puede no estar funcionando de manera precisa a las frecuencias
esperadas de recepción o de transmisión f_{F} o f_{R}. En lugar
de esto, debido a la inexactitud o a la deriva del oscilador, la
salida del oscilador se ve desplazada en un error \chi, que
típicamente se expresa como una parte fraccional de la frecuencia
deseada en partes por millón (ppm). Este factor de error da lugar a
un desplazamiento de frecuencia f_{OffF} o f_{OffR} de f_{F}
o de f_{R}, respectivamente. Esto es, el oscilador no está
funcionando a una frecuencia apropiada para proporcionar las
frecuencias esperadas o deseadas f_{F} y f_{R}, o bien de manera
directa, o bien cuando se dimensionen a esas frecuencias a través
de un proceso de conversión deseado. Los desplazamientos de
frecuencias de la señal de enlace directo y de enlace inverso
normalizados (frecuencias dimensionadas) están relacionados con el
error \chi de acuerdo con:
para el modo de doble frecuencia,
y
para el modo de cuatro
frecuencias.
Por lo tanto, cuando el terminal de usuario
recibe una señal de comunicaciones, la frecuencia de portadora
"medida" f_{Murec} está relacionada con la frecuencia
transmitida f_{F} de acuerdo con la relación:
o
Si la pasarela precorrige las señales para el
efecto Doppler pasarela a satélite (D_{1}), para el satélite en
particular que se esté usando, entonces ésta pasa a ser:
El terminal de usuario transmite entonces la
señal de enlace inverso a una frecuencia de f_{R}, pero usando
precorrección para tener en cuenta el efecto Doppler de satélite a
terminal de usuario (D_{2}). Sin embargo, este factor de
precorrección incluirá el error del oscilador o el factor de
desplazamiento de frecuencia (1 + \chi), y el error de frecuencia
\chi o el desplazamiento f_{OffR}/f_{R} también tendrá impacto
en esta generación de esta señal de manera directa, dando como
resultado una señal f_{SatR} que llega al satélite con una
frecuencia de:
o
y, cuando se recibe la señal en la
pasarela:
sin haber error de frecuencia
transmitido por la pasarela, o la estación base, osciladores por
definición. Esta señal es de nuevo compensada en el Doppler por la
pasarela, mediante la aplicación de un desplazamiento Doppler
negativo, para eliminar el valor del desplazamiento Doppler
D_{1}.
El análisis anterior del error de oscilador
parecería implicar otro grado de incertidumbre u otra variable que
resolver dentro del sistema. Sin embargo, los inventores
descubrieron que existe una solución menos compleja que la que se
entiende en la técnica, para obtener el desplazamiento de frecuencia
y, de esta forma, para corregir el error del oscilador local del
terminal de usuario. Por lo tanto, de acuerdo con realizaciones de
la presente invención, la información de frecuencia y el Doppler
asociados con las señales de comunicación de ida y vuelta se
procesan de una única manera para obtener el error de oscilador para
el que entonces se compensa.
Primeramente, nótese que la relación anterior
para f_{Grec} también se puede expresar como:
Para las señales de comunicaciones o para los
sistemas de interés, el tercer término, con el exponente, se
aproxima a cero. Este es un resultado del término de error de
frecuencia que es muy pequeño, por lo general del orden de una a
diez partes por millón (10^{-6}-10^{-5}), de
forma que su cuadrado proporciona una contribución sustancialmente
inconmensurable (10^{-12}-10^{-10}). Las
frecuencias de portadora (f_{F}, f_{R}) son muy grandes, por lo
general del orden de varios gigahercios (10^{9}). Por ejemplo,
usando frecuencias portadoras nominales de ejemplo de 1,618 GHz y
2,492 GHz para la transmisión y la recepción, un error típico de 10
ppm (10^{-5}) produce desplazamientos de frecuencia de 16,18 kHz y
24,92 kHz, respectivamente, mientras que el último término anterior
produce un impacto del orden de 0,16 Hz y 0,24 Hz,
respectivamente.
Por lo tanto, para las señales en sistemas de
comunicaciones típicos, la anterior relación para f_{Grec} se
puede reducir a la forma:
que se usa en realizaciones de la
presente invención como la base para determinar el error de
frecuencia.
Con el fin de determinar y de separar el error
de frecuencia en la realización preferida de la invención, se
supone en cada terminal de usuario que cualquier desplazamiento de
frecuencia de la frecuencia de portadora nominal para las señales
recibidas desde una pasarela, es el resultado del Doppler D_{2}.
Esto es, cualquier desplazamiento de f_{Murec} de la frecuencia
esperada f_{F}, en base a su oscilador (usado como una referencia
para f_{F}) se trata como si fuese D_{2}. Por lo tanto, en la
transmisión de señales de retorno a la misma pasarela a través del
mismo satélite, el terminal de usuario compensa este Doppler
recibido D_{2}, mediante el ajuste de su frecuencia de
transmisión. Esto se hace, por ejemplo, mediante el uso de elementos
de precorrección tratados con anterioridad para aplicar un factor
Doppler negativo, teniendo la misma magnitud que el cuadrado de
D_{2}.
Cuando la señal llegue al satélite, el factor
D_{2}^{2} que en cualquier otro caso hubiese estado presente,
está ausente o se ha eliminado (se ha compensado), dando como
resultado una frecuencia de la señal recibida f_{SatR} para el
enlace inverso en el satélite de:
y en la pasarela
de:
Como se ha declarado con anterioridad, la
pasarela conoce el valor de D_{1} y una vez se determina la
frecuencia de la señal recibida, puede compensar los efectos
Doppler conocidos y eliminar el factor D_{1} que está presente.
Una vez más, el uso de los elementos de precorrección tratados con
anterioridad para aplicar un factor Doppler negativo, se tiene la
misma magnitud que D_{1}. Por lo tanto, la frecuencia de la señal
de ida y vuelta recibida en la pasarela, después de tener en cuenta
esta compensación del Doppler, pasa a ser:
\newpage
o
Como la pasarela conoce tanto esta frecuencia de
señal portadora recibida, f_{Grec} (medida), como la frecuencia
de transmisión esperada, f_{R}, (fijada en el sistema), el error
del oscilador para este enlace creado por el error en el terminal
de usuario se puede calcular de acuerdo con las relaciones:
y
con f_{OffR}/f_{R} =
\chi.
La señal devuelta por el terminal de usuario a
la pasarela simplemente incorpora dos veces el desplazamiento de
frecuencia creado por el error del oscilador, o dos veces el error.
El error se factoriza cuando se recibe la señal proveniente de la
pasarela en el terminal de usuario, y es seguida o su frecuencia es
medida, y de nuevo se hace esto cuando se genera la señal de
retorno para su transmisión a la pasarela, o a una estación base.
la diferencia medida entre las frecuencias recibida y esperada se
divide a la mitad para proporcionar el desplazamiento de error
(aquí f_{OffR}) y se dimensiona a la frecuencia del oscilador del
terminal de usuario (f_{OffR}/f_{R}) para proporcionar el error
\chi.
En este punto, una pasarela o una estación base
ha hecho una determinación del error del oscilador para cada
terminal de usuario en particular (124, 126) con el que esté en
comunicación, y para el que se desea la información de error de
oscilador. El error de oscilador del terminal de usuario o la
información de error se pueden transmitir de vuelta a cada terminal
de usuario correspondiente para permitir que el terminal corrija la
frecuencia del oscilador.
En la figura 4 se ilustra una realización para
realizar las medidas de frecuencia, que presenta una vista de
conjunto de un bucle de seguimiento de frecuencia 400 para su uso en
un terminal de usuario, o en un receptor de pasarela. En la figura
4, las señales de comunicaciones provenientes del receptor analógico
se introducen a un rotador 402 que funciona a una frecuencia o
cantidad de rotación de fase preseleccionadas para transferir
muestras a las etapas posteriores. Las muestras rotadas se
transfieren a uno o más elementos de combinación 404, de manera
típica multiplicadores, para combinar con los códigos de expansión
PN y códigos ortogonales del sistema apropiados, cuando se usen,
respectivamente. Estos códigos se proporcionan mediante al menos un
generador o fuente de códigos 406. Para el seguimiento de
frecuencia, el código ortogonal es generalmente uno usado para
generar una señal de piloto o una señal de radiobúsqueda. De manera
alternativa, los códigos de expansión PN y los códigos ortogonales
se pueden combinar juntos y después se pueden combinar con las
muestras en un solo paso. Cuando se usen canales de tráfico para
ajustar la frecuencia, se puede usar el elemento FHT en lugar del
combinador 404 y el generador de código 406. Esta técnica se muestra
en la Patente de los Estados Unidos número 6 330 291 titulada
"Seguimiento de frecuencia para señales de comunicaciones
usando Modulación de Walsh ortogonal de constelación de M
puntos", que está transferida al cesionario de la presente
invención.
Las señales desexpandidas y descodificadas se
acumulan sobre un período de símbolo en el acumulador 414, como se
conoce, para proporcionar un símbolo de datos, y los resultados son
proporcionados tanto a un elemento de generación de producto de
vectorial o a un generador 418 como a un elemento de retardo de
tiempo de símbolo 416. El elemento de retardo 416 proporciona un
retardo de período de símbolo de uno antes de la transferencia de
los símbolos al generador de producto vectorial 418. El generador de
producto vectorial 418 forma un producto vectorial entre un símbolo
dado y el símbolo precedente (período de símbolo) para determinar el
error de fase entre los símbolos. Para las señales de piloto, esto
proporciona una medida del error en la rotación de fase de la señal
de entrada. La salida del generador de producto vectorial 418 se
entrega como una estimación del error de frecuencia o factor de
ajuste al rotador 402 y al generador de código 404.
El control de temporización para los procesos de
decimación, desexpansión y descodificación se proporciona por medio
de una circuitería tal como un circuito de control de la
temporización 424, como antes. Esta temporización puede ser
proporcionada como una salida desde uno o más bucles de seguimiento
del tiempo o elementos de control, como se ha tratado con
anterioridad.
La cantidad en la que cada etapa o receptor
digital ajusta su fase o frecuencia para alinearse con una señal de
entrada se usa para determinar los desplazamientos de frecuencia
relativos en las señales de llegada. Esto es, la cantidad en la que
el decimador tiene que ajustarse para alinear las señales indica esa
cantidad en la que se desplaza la frecuencia de la señal de llegada
desde la frecuencia esperada o la frecuencia de referencia local
para el receptor.
Como el sistema de comunicaciones funciona
dentro de conjuntos fijos de bandas de frecuencia para las señales
de comunicaciones, los receptores conocen las frecuencias de
portadoras centrales o nominales que usar o que esperar. Sin
embargo, como resultado del Doppler, la señal de llegada no estará
en la frecuencia central esperada. Estos ajustes tratados
anteriormente definen un desplazamiento, que se puede usar para
determinar el Doppler y la frecuencia real de las señales de
llegada.
Esto se lleva a cabo de una manera fácil
mediante el seguimiento de la cantidad total del cambio implementado
por el bucle de seguimiento de frecuencia 400. Se puede usar un
acumulador 422 simplemente para acumular y sumar cada una de las
estimaciones de error, señales u órdenes sobre un período
preseleccionado. Esto proporciona una cantidad total o una cantidad
neta de cambio necesario para alinear la señal entrante y las
frecuencias de receptor, y representa el desplazamiento de
frecuencia de la señal desde la frecuencia del terminal de usuario
o receptor locales, dimensionado para la banda de frecuencia
apropiada.
El procedimiento o el proceso emprendidos por
las realizaciones de la presente invención se ilustra en forma de
diagrama de flujo en la figura 5. Durante este proceso, se
determinan los desplazamientos de frecuencia relativos o los
errores de frecuencia relativos en uno o en más terminales de
usuario. Los errores detectados se usan después para compensar los
errores de frecuencia durante la demodulación de la señal.
Como se muestra en la figura 5, se genera una
señal de comunicaciones en una pasarela a una frecuencia nominal
f_{F} en un paso 500. esta señal es típicamente una señal de
recurso compartido tal como una señal de piloto que sustancialmente
reciben para un canal CDMA todos los terminales de usuario a los que
una estación base está dando servicio (sometidos a sectorización) o
una pasarela les está dando servicio. De manera alternativa, la
señal puede ser de recursos compartidos o señales intensas como
señales de radiobúsqueda o señales de sincronización transmitidas
de manera regular por medio de las pasarelas.
Antes de la transmisión, la señal de salida se
precorrige para el Doppler en un paso 512. Esto es, se compensa el
efecto Doppler conocido que ocurre para las señales que viajan entre
la pasarela y un satélite dado a través del cual se está
transfiriendo la señal. Esta precorrección se puede llevar a cabo
usando elementos de precorrección de frecuencia en el tren de la
transmisión, como se ha tratado con anterioridad. Las técnicas para
ajustar la frecuencia de las señales antes de la transmisión son
bien conocidas en la técnica y no se tratan con más detalle en este
documento. La cantidad de desplazamiento requerido para tener en
cuenta el Doppler del satélite se puede recuperar de una serie de
tablas de consulta o de dispositivos de almacenamiento de
información, o se puede calcular usando datos de la posición
orbital del satélite conocidos, en un paso 510. Esta información se
usa para establecer el ajuste Doppler aplicado a las señales de
salida o a las señales del enlace directo en cualquier momento
dado. Cuando no se use un satélite para la transferencia de la señal
de enlace directo, cualquier Doppler es típicamente una cantidad
desconocida y no se compensa en este punto.
Se puede usar un elemento o un circuito de
precorrección de frecuencia única en este punto, si se desea, porque
todos los terminales de usuario de interés comparten el mismo
camino de transmisión desde la pasarela al satélite. Las
diferencias de camino ocurren cuando el satélite transfiere señales
de comunicaciones a los distintos terminales de usuario que tienen
diferentes posiciones dentro de subhaces diferentes.
Las señales de comunicaciones del terminal de
usuario se transmiten y se reciben en un paso 514, de nuevo,
típicamente como señales de piloto o señales de radiobúsqueda,
aunque se pueden usar las señales de tráfico. Cada terminal de
usuario usa receptores de tipo buscadores, o receptores que busquen
posibles señales y páginas de comunicaciones, para adquirir señales
de comunicaciones que lleguen desde una pasarela o una estación
base. como parte del proceso, los receptores buscan varias
hipótesis de frecuencia y código PN o potenciales valores
proyectados, para detectar las señales de comunicaciones. En un paso
516, los terminales de usuario hacen un seguimiento de la
frecuencia de las señales de comunicaciones entrantes y miden su
frecuencia o determinan una diferencia o un desplazamiento desde la
frecuencia de enlace directo esperada (fijada por el sistema de
comunicaciones), en base a la salida del oscilador del terminal de
usuario en el paso 518.
El terminal de usuario prepara entonces una
señal de comunicaciones para su transmisión a la pasarela, a través
del mismo satélite, en un paso 520. El terminal de usuario emplea el
tipo de banda base, modulación digital y circuitería analógica
descritas anteriormente con relación a la figura 2. La señal de
retorno puede ser una petición para que un canal de tráfico haga
una llamada, una respuesta a una señal de radiobúsqueda o señal de
radiodifusión u otros tipos de señales conocidas. Estas señales no
se preparan simplemente usando el oscilador como una referencia,
sino que tienen la frecuencia ajustada en un paso 522, después de
que se prepara la señal básica, para compensar los efectos Doppler
entre el satélite y el terminal de usuario.
La precorrección de frecuencia aplicada por el
terminal de usuario en el paso 522 implica el uso de un
precorrelador de frecuencia como se ha tratado con anterioridad, y
de una manera similar a la de la pasarela. La cantidad de
corrección de frecuencia impuesta sobre la señal de terminal de
usuario saliente, enlace inverso, se determina a partir de los
resultados del paso 518.
La señal que es transmitida por cada uno de los
terminales de usuario se transfiere por medio de un satélite
apropiado, en un paso 526, a la pasarela donde se mide en un paso
528 la frecuencia o el desplazamiento de frecuencia relativo a la
frecuencia de la señal de enlace inverso esperada. A menos que el
satélite esté funcionando en una configuración en la que aplique
precorrección de frecuencia a las señales transferidas, la señal que
llega a la pasarela tiene un desplazamiento Doppler transmitido.
Por lo tanto, la pasarela en primer lugar compensa este
desplazamiento Doppler mediante la resta del desplazamiento Doppler
conocido (paso 512) de la frecuencia medida. En la alternativa,
todas las señales recibidas desde un satélite dado puede tener una
cantidad automática de corrección Doppler aplicada antes de buscar
receptores que incluso intenten adquirir dichas señales y
determinar su desplazamiento de frecuencia.
En cualquier caso, con el Doppler conocido
eliminado, la pasarela mide la diferencia entre la frecuencia
recibida f_{Grec} y la referencia de pasarela para la frecuencia
de enlace inverso esperada f_{R} (fijada y conocida por el
sistema) en el paso 530. El resultado se divide a la mitad en el
paso 532 para formar el error de desplazamiento de oscilador
estimado (f_{Off}). Este desplazamiento se dimensiona a la
frecuencia del oscilador del terminal de usuario para formar el
valor de error final \chi. El error de oscilador se puede
transmitir entonces al correspondiente terminal de usuario (124,
126) como parte de una señal de enlace directo en un paso 534.
El terminal de usuario ajusta después la
frecuencia de salida del oscilador en un paso 536, usando cualquier
número de técnicas bien conocidas en la materia. El ajuste puede
tener lugar a intervalos periódicos, o antes de que se establezca
cada enlace de comunicaciones o sobre una base frecuente durante las
comunicaciones. La elección del intervalo de corrección o de la
temporización se basa en una precisión deseada mínima del sistema,
y se puede basar también en un valor umbral para la magnitud del
error o un paso predeterminado de tiempo desde una corrección
anterior. Éstos son factores bien conocidos en la técnica y se basan
en parte en la deriva esperada en la frecuencia durante el uso, y
cambia en osciladores de terminal de usuario particulares, que
también pueden verse afectados por un entorno operativo.
En algunos sistemas de comunicaciones, el
oscilador del terminal de usuario puede que no tenga una capacidad
de ajuste o una sintonización fina de la frecuencia. Esto es, el
oscilador se puede prefijar para su funcionamiento a una frecuencia
fija sin ninguna capacidad de ajuste durante su uso, o se puede
configurar para usar un conjunto preseleccionado de frecuencias sin
sintonización fina. Estas configuraciones se pueden usar debido a
consideraciones de costes en algunos sistemas de comunicaciones en
los que se considera comercialmente importante proporcionar una
solución de comunicaciones de muy bajo coste. En dichos sistemas,
muchos terminales de usuario no serán capaces de usar el error de
oscilador local para cambiar realmente la salida del oscilador.
Sin embargo, incluso cuando un terminal de
usuario no pueda ajustar la frecuencia del oscilador para compensar
errores, puede incluir la información de la determinación del error
en posteriores transmisiones de la señal, mientras que los
receptores de pasarela de información pueden emplear en la
adquisición y en el seguimiento de señales desde ese terminal de
usuario. El terminal de usuario informa a las pasarelas de recepción
de la cantidad en la que habría ajustado la frecuencia de
referencia si hubiese sido capaz de hacerlo. Esta información se
usa en la pasarela o en la estación base, de la misma manera que se
usa el Doppler conocido, para ajustar las frecuencias de buscador
para la adquisición y el seguimiento de señales.
Además, cuando no se encuentre disponible la
sintonización fina del oscilador, el oscilador puede que no sea
capaz de compensar el Doppler de las señales recibidas como se usa
en el paso 522 de la figura 5. En esta situación, el terminal de
usuario puede determinar un valor de desplazamiento como en el paso
518, y proporcionar esta información a las pasarelas. Esto se puede
hacer mediante la incorporación o mediante el anexado de la
información a las señales de enlace inverso, como en el paso 524, o
por medio de la generación de una señal justo para transferir dicha
información como datos.
Con estos datos y las señales de enlace inverso
realmente medidas provenientes del terminal de usuario, una
pasarela puede determinar el error de oscilador como anteriormente
se ha dicho.
Sin embargo, como el terminal de usuario no está
ajustando la frecuencia de oscilador, el terminal de usuario recibe
y almacena el error de oscilador en el paso 538, tal como en el
elemento de memoria 236. Esta información es anexada, incorporada o
en cualquier otro caso transmitida en las señales de comunicaciones
posteriores a una pasarela, como en el paso 540. Aquí, no existe
precorrección de la frecuencia, como se muestra por medio de la
línea 542.
Los ajustes de frecuencia anteriormente
descritos pueden tener lugar a intervalos periódicos o según se
desee para la precisión del sistema de comunicaciones en
particular. Cuando el terminal de usuario almacena el valor de
error en una memoria o en otro dispositivo de almacenamiento
conocido, los valores de error se recuperan sobre alguna base
predeterminada para informar a las pasarelas receptoras de la
cantidad aproximada de error de oscilador en un instante dado. El
valor de error se puede enviar como parte de los mensajes de
petición de acceso, o pueden formar parte de las señales de
tráfico. El error se puede transmitir como los únicos datos de una
señal en particular a una pasarela según se desee.
El valor de error determinado de acuerdo con los
pasos anteriores, también se puede usar para ajustar la
temporización del terminal de usuario o la hora del terminal de
usuario, en lugar de o además de la frecuencia. Por ejemplo, la
hora local que se calcula o se almacena en un terminal de usuario se
puede ajustar para tener en cuenta los errores provocados por los
errores de frecuencia del oscilador. El procesador de control del
terminal de usuario puede cambiar el valor de la hora almacenado en
la memoria, sobre una base periódica o al iniciar. De esta manera,
el terminal de usuario mantiene la hora para ciertas tareas de
procesado de la señal, y/o según es almacenada y después
actualizada por el terminal de usuario, puede ser mantenida de una
manera más precisa. Esto es especialmente importante para los
cambios en el estado del terminal de usuario, como cuando cambia de
modo operativo inactivo a modo operativo activo, o cuando
experimenta lo que se denomina arranques "en frío" o "en
caliente", en los que la información de la hora se usa para
adquirir las señales.
Además, la temporización de los códigos PN se
puede ajustar mediante el adelanto o mediante el retraso de la
aplicación de dichos códigos un número predeterminado de segmentos
para tener en cuenta los errores de temporización transmitidos por
los errores del oscilador. Dichos ajustes se pueden implementar
usando las entradas de control para el elemento de
reloj/temporización descrito con anterioridad. También se puede
usar otra circuitería conocida en la técnica para recibir o para
interceptar y ajustar la temporización de las señales usadas dentro
del terminal de usuario.
Las medidas de frecuencia para las señales de
comunicaciones pueden tener lugar durante el establecimiento del
enlace de comunicaciones o durante los períodos de comunicaciones
reales. Si la medida tiene lugar durante la configuración o el
establecimiento de llamada, la señal que está siendo medida por los
terminales de usuario 124, 126 se transmite por lo general desde
las pasarelas 122, 124 como parte de una señal de radiobúsqueda. El
proceso de "retransmisión" para esta señal es por lo general
llevado a cabo como parte de una señal de acceso o sonda de canal
de acceso. Si la medida de la frecuencia tiene lugar durante una
llamada, la señal que se esté midiendo se transmite desde las
pasarelas 122, 124 y después de vuelta como parte de las señales de
tráfico de enlace directo e inverso. Como sería aparente para los
que sean expertos en la técnica pertinente, las señales medidas
pueden tener otras funciones o etiquetas, o pueden estar
incorporadas o formar partes de otras señales.
Mientras que la anterior aproximación permite
una técnica mejorada para la detección y para la corrección o la
compensación de errores de oscilador en terminales de usuario, se
pueden hacer mejoras adicionales en el funcionamiento de sistemas
si se determina también el desplazamiento Doppler de satélite a
terminal de usuario. Esto se puede llevar a cabo volviendo a las
expresiones anteriores y precorrigiendo el error de frecuencia en
lugar de los efectos Doppler.
En esta realización alternativa de la invención,
cada terminal de usuario supone que cualquier desplazamiento de la
frecuencia portadora recibida de la frecuencia de portadora central
generada localmente, para las señales recibidas desde una pasarela,
es el resultado del error de oscilador \chi o del desplazamiento
f_{OffF}. En la transmisión de retorno de señales a la pasarela,
o a la estación base, el terminal de usuario compensa el error de
oscilador percibido de nuevo mediante el ajuste de la frecuencia de
transmisión. Cuando la señal llegue al satélite, el error de
oscilador ha sido precorregido (compensado), dando como resultado
una frecuencia recibida f_{SatR} para el enlace inverso en el
satélite de:
y, cuando la señal se recibe en la
pasarela:
lo que, tras la corrección del
Doppler conocido (D_{1}) y la inserción de la definición para el
factor Doppler (D_{2}), pasa a escribirse
como:
Una vez más, el último término se aproxima a
cero, o produce un impacto sustancialmente reducido, para las
señales de comunicaciones o para los sistemas de interés,
proporcionando:
y
que se pueden usar como la base
para estimar o para determinar el Doppler entre el satélite y el
terminal de
usuario.
\newpage
El procedimiento o el proceso emprendidos por
las realizaciones de la presente invención para compensar los
desplazamientos Doppler entre el satélite y un terminal de usuario
se ilustra, en parte, en forma de diagrama de flujo en la figura 6.
Aquí, ya se ha transmitido por parte de una pasarela una señal de
comunicaciones a una frecuencia f_{F}, por lo general después de
ser precorregida por los efectos Doppler, y de ser adquirida por el
terminal de usuario (como en los pasos 500, 510, 512, 514 y 516). El
terminal de usuario mide entonces la diferencia o el desplazamiento
de la frecuencia de enlace directo esperada en base a la frecuencia
del oscilador en el paso 518, y prepara una señal de comunicaciones
para su transmisión a la pasarela, a través del mismo satélite, en
un paso 620.
La frecuencia se puede precorregir o se puede
ajustar, como anteriormente, en un paso 622, después que se haya
preparado la señal básica, para compensar los errores del oscilador
del terminal. La precorrección de frecuencia aplicada en el paso
622 implica el uso de un precorrector de frecuencia como se ha
tratado con anterioridad, y la cantidad de corrección de frecuencia
impuesta se determina a partir del resultado del paso 518. La
diferencia en esta realización es que se aplica la precorrección
para eliminar el error de oscilador percibido y no el
desplazamiento Doppler.
La señal transmitida por cada uno de los
terminales de usuario se transfiere por medio de un satélite
apropiado, en un paso 626, a una pasarela donde se mide de nuevo la
frecuencia en un paso 628. A menos que el satélite aplique
precorrección de frecuencia, la pasarela compensa el desplazamiento
Doppler mediante la resta del desplazamiento Doppler conocido
creado (paso 512) del desplazamiento de frecuencia medido. Por
supuesto, para los sistemas que usen estaciones base, no se
necesita precorrección para el Doppler de satélite. En la
alternativa, todas las señales recibidas desde un satélite pueden
tener una cantidad automática de corrección Doppler aplicada antes
de que los receptores intenten adquirir o seguir las señales y
determinar la frecuencia.
En cualquier caso, con el Doppler conocido
eliminado, la pasarela mide la diferencia entre la frecuencia
recibida f_{Grec} y la frecuencia de enlace inverso esperada de
pasarela f_{R} en un paso 630. El resultado se divide a la mitad
en el paso 632 y se dimensiona a la frecuencia del enlace para
formar el desplazamiento Doppler desconocido estimado. El Doppler
estimado se puede transmitir después al correspondiente terminal de
usuario (124, 126) como parte de una señal de enlace directo en un
paso 636.
El terminal de usuario ajusta entonces la
frecuencia de salida del oscilador en un paso 636, usando cualquier
número de técnicas bien conocidas en la técnica. El ajuste puede
tener lugar a intervalos periódicos, antes de que se establezca
cada enlace de comunicaciones o sobre una base frecuente durante las
comunicaciones. Como anteriormente, la elección de la frecuencia de
corrección se basa en factores bien conocidos en la técnica, que
pueden verse afectados por el entorno operativo.
También como anteriormente con relación a los
errores de oscilador, cuando no se encuentre disponible la
sintonización fina del oscilador o cuando no se desee ésta, la
información de la determinación Doppler se puede incluir en
transmisiones posteriores de la señal, mientras que los receptores
de pasarela de información pueden emplearse en la adquisición y en
el seguimiento de las señales provenientes de ese terminal de
usuario. El terminal de usuario informa a las pasarelas de la
cantidad en la que se habría tenido que ajustar la señal de enlace
de retorno si hubiese sido posible, o deseable que se hubiese hecho.
Esta información se usa en la pasarela, de la misma manera en la
que se usa el Doppler conocido, para ajustar las frecuencias del
receptor para la adquisición y el seguimiento de las señales.
Además, esta información se puede emplear en un terminal de usuario
para ajustar las señales de temporización y de reloj en
contraposición a la precorrección de frecuencia. Por ejemplo, la
temporización de la aplicación de códigos PN se puede ajustar para
proporcionar compensación del Doppler de código.
En esta situación, el terminal de usuario recibe
y almacena la estimación Doppler en un paso 638, tal como en un
elemento de memoria 236. Esta información se anexa, se incorpora o
en cualquier otro caso se transmite en las señales de
comunicaciones posteriores a una pasarela, en el paso 640. Aquí, no
existe precorrección de la frecuencia, como se muestra por medio de
la línea 642.
Además, cuando no se encuentre disponible una
sintonía fina del oscilador, el terminal de usuario puede no ser
capaz de compensar los errores de oscilador detectados para las
señales recibidas según se usa en el paso 522 de la figura 5. En
esta situación, el terminal de usuario puede determinar un valor de
desplazamiento como en el paso 518 y proporcionar esta información
a las pasarelas, como en el paso 624. Con estos datos y las señales
de enlace inverso realmente medidas provenientes del terminal de
usuario, una pasarela puede determinar el Doppler de la misma
manera como anteriormente.
Como anteriormente, los ajustes o la transmisión
de información relativa a los efectos Doppler pueden tener lugar a
intervalos periódicos o según se desee para la precisión del sistema
de comunicaciones en particular. Además, esta información se puede
emplear en un terminal de usuario para ajustar las señales de
temporización y de reloj en contraposición a la frecuencia.
La descripción anterior de las realizaciones
preferidas se proporciona para hacer posible a cualquier persona
que sea experta en la técnica hacer uso de las realizaciones de la
presente invención. Las distintas modificaciones a estas
realizaciones serán rápidamente aparentes para los que sean expertos
en la técnica, y los principios genéricos definidos en este
documento se pueden aplicar a otras realizaciones sin el uso de la
facultad inventiva. De esta forma, la presente invención no está
destinada a estar limitada a las realizaciones mostradas en este
documento, sino que debe de estar de acuerdo con el alcance más
amplio como se define por medio de las reivindicaciones.
Claims (32)
1. Un procedimiento para determinar los
desplazamientos de frecuencia desde una frecuencia central de señal
de comunicaciones deseada en al menos uno de una pluralidad de
terminales de usuario (124, 126) en un sistema de comunicaciones
(100) con al menos un transceptor fijo de señal (112, 120, 122) para
la transferencia de las señales de comunicaciones a y desde
terminales de usuario (124, 126), comprendiendo el mencionado
procedimiento:
- la transmisión de una señal de comunicaciones de enlace directo usando una primera frecuencia de portadora predeterminada y un primer valor de precorrección de efecto Doppler para el Doppler del enlace de comunicaciones cuando es conocido;
- la recepción de la mencionada señal de comunicaciones de enlace directo en el mencionado terminal de usuario (124, 126) y la determinación de un primer desplazamiento para una correspondiente frecuencia de portadora recibida relativa a la primera frecuencia de portadora predeterminada;
- la generación de una señal de enlace inverso en una segunda frecuencia de portadora predeterminada en el mencionado terminal de usuario (124, 126) que incorpore también cualquier error de fuente de frecuencia de referencia (240) de terminal de usuario;
- la aplicación de una precorrección de frecuencia a la mencionada señal de enlace inverso en base al mencionado primer desplazamiento determinado; y
- la transmisión de la mencionada señal de comunicaciones de enlace inverso al mencionado transceptor fijo de señal (112, 120, 122);
- la recepción de la mencionada señal de enlace inverso en el mencionado transceptor fijo de señal (112, 120, 122), caracterizado porque:
- la mencionada señal de enlace directo se transmite desde el al menos uno, transceptor fijo de la señal (112, 120, 122); y
- el error de la fuente de frecuencia de referencia (240) del terminal de usuario se dimensiona para la segunda frecuencia de portadora predeterminada; y por
- la determinación en el mencionado transceptor fijo de la señal (112, 120, 122) de un segundo desplazamiento para una frecuencia de portadora recibida asociada relacionada con la mencionada segunda frecuencia de portadora predeterminada asociada con la mencionada comunicación de terminal de usuario (124, 126), aplicando después de nuevo el mencionado primer valor de precorrección de efecto Doppler para el Doppler del enlace de comunicaciones cuando es conocido; y
- la división del segundo desplazamiento resultante a la mitad para producir un desplazamiento de frecuencia del enlace de comunicaciones del terminal de usuario (124, 126) que va a ser compensado durante las comunicaciones.
2. El procedimiento de la reivindicación 1,
comprendiendo de manera adicional:
- la aplicación de una precorrección de frecuencia en el mencionado terminal de usuario (124, 126) como una corrección para un segundo valor Doppler para el terminal de usuario (124, 126) respecto del Doppler del transceptor fijo de señal (112, 120, 122), en base al mencionado segundo desplazamiento determinado; y
- el dimensionamiento del mencionado segundo desplazamiento resultante que se divide a la mitad para producir un valor de error de frecuencia de la fuente de referencia (240) del terminal de usuario.
3. El procedimiento de la reivindicación 2, en
el que la mencionada fuente de referencia (240) comprende un
oscilador local, y el mencionado valor de error de frecuencia de la
mencionada fuente de referencia (240) comprende un valor de error
de oscilador.
4. El procedimiento de la reivindicación 3,
comprendiendo de manera adicional la transferencia del valor de
error del oscilador al mencionado terminal de usuario (124, 126)
como una parte de una señal de comunicaciones posterior.
5. El procedimiento de la reivindicación 4,
comprendiendo de manera adicional la recepción del valor de error
del oscilador en el mencionado terminal de usuario (124, 126) como
una parte de la mencionada señal de comunicaciones posterior, y el
ajuste de la mencionada frecuencia de salida del oscilador por medio
del mencionado valor de error, para provocar que la frecuencia de
salida del oscilador se aproxime a la frecuencia de referencia del
transceptor fijo de señal (112, 120, 122).
6. El procedimiento de la reivindicación 4,
comprendiendo de manera adicional la recepción del valor de error
del oscilador en el mencionado terminal de usuario (124, 126) como
una parte de la mencionada señal de comunicaciones posterior, y la
inserción del mismo en las señales de comunicaciones posteriores
para el transceptor fijo de señal (112, 120, 122).
7. El procedimiento de la reivindicación 6, en
el que el mencionado valor de error de oscilador se inserta como
datos en una señal de petición de acceso.
8. El procedimiento de la reivindicación 1,
comprendiendo de manera adicional:
- la aplicación de una precorrección de la frecuencia en el mencionado terminal de usuario (124, 126) como corrección para el error de frecuencia de la fuente de referencia (240) en el mencionado terminal (124, 126), en base al mencionado segundo desplazamiento; y
- la división del mencionado segundo desplazamiento resultante a la mitad para producir un valor de Doppler de terminal de usuario (124, 126) respecto al transceptor fijo de señal (112, 120, 122).
9. El procedimiento de la reivindicación 8,
comprendiendo de manera adicional la transferencia del valor Doppler
de terminal de usuario (124, 126) respecto al transceptor (112,
120, 122) al mencionado terminal de usuario (124, 126) como parte
de una señal de comunicaciones posterior.
10. El procedimiento de la reivindicación 9,
comprendiendo de manera adicional el valor Doppler de terminal de
usuario (124, 126) respecto al transceptor (112, 120, 122) en el
mencionado terminal de usuario (124, 126) como parte de la
mencionada señal de comunicaciones posterior, y la inserción del
mencionado valor Doppler de terminal de usuario (124, 126) respecto
al transceptor (112, 120, 122) en señales de comunicaciones
posteriores al transceptor fijo de señal (112, 120, 122) como un
Doppler conocido.
11. El procedimiento de la reivindicación 10, en
el que el valor del Doppler de terminal de usuario (124, 126)
respecto de transceptor (112, 120, 122) se inserta como datos en la
señal de petición de acceso.
12. El procedimiento de la reivindicación 1, en
el que el transceptor fijo de señal (112, 120, 122) comprende una
estación base (112).
13. El procedimiento de la reivindicación 1, en
el que el mencionado transceptor fijo de señal (112, 120, 122)
comprende una pasarela (120, 122) y se usa un satélite (116, 118)
para la transferencia de las mencionadas señales de enlace directo
e inverso con la mencionada pasarela (120, 122).
14. El procedimiento de la reivindicación 1, en
el que el mencionado sistema de comunicaciones por satélite
comprende un sistema de comunicaciones CDMA de espectro
expandido.
15. El procedimiento de la reivindicación 1, en
el que el mencionado terminal de usuario (124, 126) comprende un
teléfono sin hilos.
16. Un aparato para la determinación de los
desplazamientos de frecuencia desde una frecuencia central de señal
de comunicaciones deseada en al menos uno de una pluralidad de
terminales de usuario (124, 126) en un sistema de comunicaciones
(100) que tenga al menos un transceptor fijo de señal (112, 120,
122) para la transferencia de señales de comunicaciones a y desde
terminales de usuario (124, 126), comprendiendo el mencionado
aparato:
- un medio (326, a 344) para transmitir una señal de comunicaciones de enlace directo usando una primera frecuencia de referencia de portadora predeterminada y un primer valor de precorrección de efecto Doppler para el Doppler del enlace de comunicaciones, cuando es conocido;
- un medio (210 a 218) para recibir la mencionada señal de comunicaciones de enlace directo en el mencionado terminal de usuario (124, 126), y para determinar un primer desplazamiento para la frecuencia de portadora asociada relacionada con la primera frecuencia de referencia de portadora predeterminada;
- un medio (226, 228) para generar una señal de enlace inverso a una segunda frecuencia de referencia de portadora predeterminada en el mencionado terminal de usuario (124, 126) incorporando también cualquier error de fuente de frecuencia de referencia (240) del terminal de usuario;
- un medio (232, 234) para aplicar una precorrección de frecuencia a la mencionada señal de enlace inverso en base al mencionado primer desplazamiento determinado; y
- un medio (210, 212, 230) para transmitir la mencionada señal de enlace inverso al mencionado transceptor fijo de señal (112, 120, 122);
- un medio (310 a 324) para recibir la mencionada señal de enlace inverso en el mencionado transceptor fijo de señal (112, 120, 122), caracterizado porque:
- la mencionada señal de comunicaciones de enlace directo se transmite desde el al menos uno, transceptor fijo de la señal (112, 120, 122); y
- el mencionado error de fuente de frecuencia de referencia (240) del terminal de usuario se dimensiona para la segunda frecuencia de referencia de portadora predeterminada, y por:
- un medio para determinar en el transceptor fijo de señal (112, 120, 122) un segundo desplazamiento para una frecuencia de portadora recibida relacionada con la mencionada segunda frecuencia de referencia de portadora predeterminada asociada con la comunicación del mencionado terminal de usuario (124, 126), después de nuevo aplicando el mencionado primer valor de precorrección de efecto Doppler para el Doppler del enlace de comunicaciones cuando es conocido; y
- un medio (320, 321) para dividir el segundo desplazamiento resultante a la mitad para producir un desplazamiento de frecuencia de enlace de comunicaciones de terminal de usuario (124, 126) que se vaya a compensar durante las comunicaciones.
17. El aparato de la reivindicación 16,
comprendiendo de manera adicional:
- un medio (232, 234) para aplicar una precorrección de frecuencia en el mencionado terminal de usuario (124, 126) como una corrección para un segundo valor de Doppler para el Doppler de terminal de usuario (124, 126) respecto al transceptor fijo de señal (112, 120, 122), en base al mencionado segundo desplazamiento determinado; y
- un medio (220) para dimensionar el mencionado segundo desplazamiento resultante que se divide a la mitad para producir un valor de error de frecuencia de la fuente de referencia (240) del terminal de usuario.
18. El aparato de la reivindicación 17, en el
que la mencionada fuente de referencia (240) comprende un oscilador
local, y el mencionado valor de error de frecuencia de la fuente de
referencia (240) comprende un valor de error de oscilador.
19. El aparato de la reivindicación 18,
comprendiendo de manera adicional un medio (338, 340) para la
transferencia del valor de error de oscilador al mencionado
terminal de usuario (124, 126) como parte de una señal de
comunicaciones posterior.
20. El aparato de la reivindicación 19,
comprendiendo de manera adicional un medio (210 a 218) para recibir
el valor de error de oscilador en el mencionado terminal de usuario
(124, 126) como parte de una mencionada señal de comunicaciones
posterior, y para ajustar la mencionada frecuencia de salida del
oscilador por medio del mencionado valor de error, para provocar
que la frecuencia de salida del oscilador se aproxime a la
frecuencia de referencia del transceptor fijo de señal (112, 120,
122).
21. El aparato de la reivindicación 19,
comprendiendo de manera adicional un medio (210 a 218) para recibir
el valor de error del oscilador en el mencionado terminal de usuario
(124, 126) como parte de la mencionada señal de comunicaciones
posterior, y para insertarlo en las posteriores señales de
comunicaciones al transceptor fijo de señal (112, 120, 122).
22. El aparato de la reivindicación 21, en el
que el mencionado valor de error de oscilador se inserta como datos
en la señal de petición de acceso.
23. El aparato de la reivindicación 16,
comprendiendo de manera adicional:
- un medio (232, 234) para aplicar una precorrección de frecuencia en el mencionado terminal de usuario (124, 126) como corrección para el error de frecuencia de la fuente de referencia (240) en el mencionado terminal de usuario (124, 126) en base al mencionado segundo desplazamiento determinado; y
- un medio (220) para dividir el mencionado segundo desplazamiento resultante a la mitad para producir un valor de Doppler de terminal de usuario (124, 126) respecto al transceptor fijo de señal (112, 120, 122).
24. El aparato de la reivindicación 23,
comprendiendo de manera adicional un medio (338, 340) para la
transferencia del valor Doppler de terminal de usuario (124, 126)
respecto al transceptor (112, 120, 122) al mencionado terminal de
usuario (124, 126) como una parte de una señal de comunicaciones
posterior.
25. El aparato de la reivindicación 24,
comprendiendo de manera adicional un medio (210 a 218) para recibir
el valor de Doppler de terminal de usuario (124, 126) respecto al
transceptor (112, 120, 122) en el mencionado terminal de usuario
(124, 126) como parte de la mencionada señal de comunicaciones
posterior, y la inserción del mencionado valor de Doppler de
terminal de usuario (124, 126) respecto al transceptor (112, 120,
122) en señales de comunicaciones posteriores al transceptor fijo
de señal (112, 120, 122) como un Doppler conocido.
26. El aparato de la reivindicación 25, en el
que el valor de Doppler de terminal de usuario (124, 126) respecto
al transceptor (112, 120, 122) se inserta como datos en una señal de
petición de acceso.
27. El aparato de la reivindicación 16, en el
que el mencionado transceptor fijo de señal (112, 120, 122)
comprende una estación base (112).
28. El aparato de la reivindicación 16, en el
que el mencionado transceptor fijo de señal (112, 120, 122)
comprende una pasarela (120, 122) y se usa un satélite (116, 118)
para la transferencia de las mencionadas señales de enlace directo
y enlace inverso con la mencionada pasarela (120, 122).
29. El aparato de la reivindicación 16, en el
que el mencionado sistema de comunicaciones por satélite comprende
un sistema de comunicaciones sin hilos CDMA de espectro
expandido.
30. El aparato de la reivindicación 16, en el
que el mencionado terminal de usuario (124, 126) comprende un
teléfono sin hilos.
31. El aparato de la reivindicación 17 para
determinar el error de oscilador en al menos uno de una pluralidad
de terminales de usuario, en el que:
- el mencionado transceptor fijo de señal (112, 120, 122) comprende una pasarela y se usa un satélite para la transferencia de las mencionadas señales de enlace directo y de enlace inverso con la pasarela (120, 122);
- el mencionado primer valor de precorrección Doppler es para el Doppler del enlace de comunicaciones de pasarela (120, 122) a satélite (116, 118);
- la mencionada fuente de frecuencia de referencia (240) del terminal de usuario comprende un oscilador local, y el mencionado valor de error de frecuencia de la mencionada fuente de referencia (240) comprende un valor de error de oscilador;
- la mencionada precorrección de frecuencia para la mencionada señal de enlace inverso para un segundo valor Doopler es para el Doppler de terminal de usuario (124, 126) respecto a satélite (116, 118);
- el mencionado medio (326 a 344) para transmitir la mencionada señal de enlace inverso puede funcionar para transmitir la mencionada señal a la mencionado al menos una pasarela (120, 122) a través del mencionado satélite (116, 118); y
- el mencionado medio (320, 321) para dividir el segundo desplazamiento resultante a la mitad puede funcionar además para dimensionar el mencionado resultado a la frecuencia de oscilador del terminal de usuario (124, 126) para producir un valor de error de oscilador de terminal de usuario.
32. El procedimiento de la reivindicación 2 para
determinar el error de oscilador en al menos uno de una pluralidad
de terminales de usuario (124, 126), en el que:
- el mencionado transceptor fijo de señal (112, 120, 122) comprende una pasarela y se usa un satélite para la transferencia de las mencionadas señales de enlace directo y de enlace inverso con la pasarela (120, 122);
- el mencionado primer valor de precorrección Doppler es para el Doppler del enlace de comunicaciones de pasarela (120, 122) respecto a satélite (116, 118);
- la mencionada fuente de frecuencia (240) de referencia del terminal de usuario comprende un oscilador local, y el mencionado valor de error de frecuencia de la mencionada fuente de referencia (240) comprende un valor de error de oscilador local;
- la mencionada precorrección de frecuencia para la mencionada señal de enlace inverso para un segundo valor Doppler es para el Doppler de terminal de usuario (124, 126) respecto a satélite (116, 118);
- la mencionada señal de enlace inverso se transfiere a través del mencionado satélite (116, 118) a la mencionada pasarela (120, 122); y
- la mencionada división del segundo desplazamiento resultante a la mitad comprende el dimensionamiento del resultado a la frecuencia de oscilador del terminal de usuario (124, 126) para producir un valor de error de oscilador (240) de terminal de usuario.
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