KR101822369B1 - 고용량 하이브리드 지상/위성 셀룰러 무선 통신 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 위성 우산 셀들(136, 138, 140; 436, 438, 440)에 의해 커버되는 지상 셀들을 규정하는 기지국들(6, 8, 10, 12)을 포함하는 하이브리드 셀룰러 무선통신 시스템에 관한 것이다.
기지국들(6, 8, 10, 12)은 시불변 분배 기능에 따라 위성 셀들(136, 138, 140; 436, 438, 440)에 의해 구별 가능하도록 분배되고, 상기 시스템은 상기 위성 셀에 포함된 기지국들(6, 8, 10, 12)과 연관되는 상기 지상 셀들(76, 78, 80, 82)의 커버리지에 대한 각각의 위성 셀(136, 138, 140; 436, 438, 440)의 커버리지의 일치(congruence)를 영구적으로 및 동일한 링크 방향에서 유지하기 위한 수단(52; 452)을 포함하고, 위성 셀(136; 436)의 커버리지는 상기 미리 결정된 커버리지 세트가 위성 커버리지에 포함될 때 미리 결정된 지상 커버리지 세트와 일치된다.
기지국들(6, 8, 10, 12)은 시불변 분배 기능에 따라 위성 셀들(136, 138, 140; 436, 438, 440)에 의해 구별 가능하도록 분배되고, 상기 시스템은 상기 위성 셀에 포함된 기지국들(6, 8, 10, 12)과 연관되는 상기 지상 셀들(76, 78, 80, 82)의 커버리지에 대한 각각의 위성 셀(136, 138, 140; 436, 438, 440)의 커버리지의 일치(congruence)를 영구적으로 및 동일한 링크 방향에서 유지하기 위한 수단(52; 452)을 포함하고, 위성 셀(136; 436)의 커버리지는 상기 미리 결정된 커버리지 세트가 위성 커버리지에 포함될 때 미리 결정된 지상 커버리지 세트와 일치된다.
Description
본 발명은 위성 구성요소를 고밀도 지상 셀룰러 네트워크로 통합하고, 광대역 모바일 무선통신 서비스들을 제공하도록 의도된 하이브리드 셀룰러 무선통신 시스템에 관한 것이다.
지상 모바일 무선통신 시스템들, 즉 유럽형 시스템 UMTS(Universal Mobile Telecommunication System), 그의 개발인 HSPA(High Speed Packet Access), 및 미국형 시스템 CDMA2000 뿐만 아니라 그의 개발들은 이미 운용중이고, 소위 제 3 세대 또는 3G의 최대 1Mbits/s로의 광대역 서비스들을 제공한다.
LTE(Long Term Evolution 3GPP Technology) 및 WIMAX IEEE 802. 16(Worldwide Interoperability for Microwave Access)와 같은 소위 제 4 세대 또는 4G 시스템들인 새로운 세대에 대한 표준들이 개발중에 있으며 한층 더 높은 레이트들의 서비스들을 제공한다. 이러한 4G 시스템들의 개발은 2010년에 시작할 계획이다.
모든 이들 제 3 및 제 4 세대 시스템들은 소위 위성 우산 셀들로서, 훨씬 더 작은 지상 셀들의 커버리지를 완성하여 커버하도록 의도되는 위성-기반 공간 구성요소를 부가로 포함할 수 있고, 상기 작은 지상 셀들은 지상 구성요소를 형성하고, 도시 지역들에 배치되는데, 이러한 도시 지역에서 높은 필드 레벨은 양호한 품질 서비스를 보장하고, 인구 밀도는 비용-효과적이기에 충분하여, 제 3 및 제 4 시스템들은, 위성들에 어려운 도시 환경의 무선 전파 조건들과 호환된다.
이러한 하이브리드 원격통신 시스템들의 용량을 증가시키기 위해, 지상 구성요소에 할당되는 지상 주파수들의 대역 내에서 주파수 재사용에 의해 제공된 이득은 지상 셀들의 크기의 감소에 의해 증가된다.
유사하게, 우산 셀들의 크기는 우산 셀들의 세트의 입상도를 우산 셀에 포함되는 지상 셀들의 세트의 입상도로 구성시키고, 위성 구성요소에 할당된 위성 주파수 대역 내에서 동작되는 주파수 재사용의 효율성을 증가시키도록 감소되어야 한다.
지상 주파수들의 할당된 대역 및 위성 주파수들의 할당된 대역이 동일하거나, 부분적으로 동일하거나, 또는 다를 수 있다는 사실에 상관없이, 지상 셀들에 대한 우산 셀들의 원점에서 위성 빔(들)의 위치결정 또는 형상의 불안정성으로 인해 지상 셀들과 위성 우산 셀들 사이에 간섭들이 발생할 것이고, 위치결정 또는 형상 불안정성은 온도의 변동들에 대한 안테나의 감도, 또는 위성 플랫폼의 자세 제어의 불완전성과 같은 다양한 원인들을 가진다.
기술적인 문제는 하이브리드 원격통신 시스템의 전체 용량을 증가시키기 위해 지상 셀들과 위성 우산 셀들 사이의 간섭을 감소시키는 것이다.
이를 위해, 본 발명의 목적은, 하이브리드 셀룰러 무선통신 시스템으로서:
- 함께 상호접속되고 지상 인프라스트럭쳐에 링크되어, 연관된 주파수 서브-대역에서, 각각 서비스 무선통신 신호들을 포워드 다운링크 상에서 송신하고 및/또는 백워드 업링크 상에서 수신하도록 각각 구성되고, 지상 무선통신 셀의 상향 및/또는 하향 커버리지를 무선 범위에 의해 각각 규정하는 지상 기지국들의 네트워크;
- 양방향 접합 링크(junction link)를 통해 적어도 하나의 액세스 스테이션에 의해 상기 지상 인프라스트럭쳐에 링크되고, 무선통신 위성 빔들을 통해 분배되는 서비스 무선통신 신호들을 포워드 위성 다운링크 상에서 송신하고 및/또는 백워드 위성 업링크 상에서 수신하도록 구성된 적어도 하나의 통신 위성으로서, 상기 위성 빔들 각각은 주파수 대역과 연관되고, 그라운드 무선 범위에 의해 위성 우산 셀의 상향 및/또는 하향 위성 커버리지를 각각 규정하는, 상기 적어도 하나의 통신 위성;
- 상기 무선통신 신호들을 송신 및/또는 수신하도록 구성되고, 상기 지상 셀들 및 상기 위성 셀들에 걸쳐 분배되는 통신 서비스 단말기들의 세트,
- 주파수 서브-대역 및/또는 시간 슬롯 및/또는 코드에 의해 각각이 규정되는 송신 리소스들을 기지국들 또는 위성 빔들에 할당하기 위한 수단으로서, 상기 서브-대역들은 상기 기지국들의 세트에 할당된 제 1 주파수 대역 및 상기 위성 빔들에 할당된 제 2 주파수 대역에 대해 결정되는, 상기 할당 수단을 포함하는, 상기 하이브리드 셀룰러 무선통신 시스템에 있어서:
상기 기지국들은 시불변 분배 기능에 따라 위성 셀에 의해 구별 가능하도록 분배되고,
상기 시스템은 상기 위성 셀에 포함된 상기 기지국들과 연관되는 상기 지상 셀들의 커버리지에 대한 각각의 위성 셀의 커버리지의 일치(congruence)를 영구적으로 및 동일한 링크 방향에서 유지하기 위한 수단을 포함하고, 위성 셀의 커버리지는 상기 미리 결정된 커버리지 세트가 상기 위성 커버리지에 완전히 포함될 때 미리 결정된 지상 커버리지 세트와 일치되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 셀룰러 무선통신 시스템이다.
특정 실시예들에 따라, 하이브리드 시스템은 다음의 특징들 중 하나 또는 수개를 포함한다:
- 동일한 주파수 대역은 상기 기지국들 및 상기 위성에 의해 공유되는 특징;
- 각각의 위성 셀의 대응하는 위성 빔은 상기 위성의 송신 또는 수신 위상 평면에 대한 상기 빔의 방위각 방향들의 세트로부터 선택되는 최소 개구각으로서 규정되는 특징 개구각 θ를 갖고, 각각의 위성 셀의 상기 대응하는 빔의 상기 최소 개구각 θ는 0.5도와 수 도 사이의 각도 값보다 작고, 상기 일치 유지 수단은 상기 위성 빔의 오정렬 Δθ을 0.05도보다 영구적으로 낮게 유지하도록 구성되는 특징;
- 상기 위성의 궤도는 정지 궤도들(GEO), 사카모아(Sycomores), 툰트라, 또는 몰냐(Molnya) 타입의 고타원 궤도들(HEO), 및 기울어진 지오싱크로너스 궤도들(IGSO)의 그룹에 포함되는 특징;
- 상기 일치 유지 수단은 상기 위성 셀들에 걸쳐 분배되고, 각각이 위성 수신 안테나를 포함하는 교정 단말기들을 포함하고, 상기 위성 수신 안테나는 상기 위성 커버리지 세트를 통과하면서 상기 위성이 따르는 궤도의 타입에 의존하여 관측되는 고도들(elevations)의 세트에 대응하는 입체각에서 실질적으로 전방향 방사 패턴을 가지는 특징;
- 각각의 교정 단말기는 교정에 특정한 다운링크 무선 신호의 전력 또는 무선통신 신호의 전력을 측정하도록 구성되는 무선 전력 측정 수단으로서, 상기 전력 측정의 해상도는 1dB보다 적고, 상기 측정의 정밀도는 5dB보다 적은, 상기 무선 전력 측정 수단, 및 상기 측정 수단에 의해 수집된 측정들 및 상기 교정 단말기들의 위치들이 미리 결정되지 않는 경우 상기 위치들을 포워딩하는 수단을 포함하는 특징;
- 상기 일치 유지 수단은
상기 위성 셀들에 걸쳐 분배되고, 각각이 위성 송신 안테나를 구비하는 교정 단말기들로서, 상기 위성 송신 안테나는 상기 위성 커버리지 세트를 통과할 때 상기 위성이 따르는 궤도 타입에 의존하여 관측되는 고도들의 세트에 대응하는 입체각에서 실질적으로 전방향 방사 패턴을 가지고, 각각의 교정 단말기는 상기 교정 또는 전력-교정된 무선통신에 특정한 위성 업링크 상에서 무선 신호를 송신하기 위한 수단을 가지는, 상기 교정 단말기들, 및
상기 위성 또는 액세스 스테이션에 탑재 위치되어, 대응하는 백워드 위성 업링크 상으로 각각의 교정 단말기의 교정 무선 신호의 전력을 측정하도록 구성되는 측정 수단으로서, 상기 전력 측정의 해상도는 1dB보다 적고, 상기 측정의 정밀도는 5dB보다 적은, 상기 측정 수단, 및 상기 측정 수단에 의해 수집된 측정들 및 상기 교정 단말기들의 위치들이 미리 결정되지 않은 경우에 상기 위치들을 포워딩하기 위한 수단을 포함하는 특징;
- 교정 단말기들의 수가 50개 이상인 특징;
- 교정 단말기들은 그 위치가 정확하게 알려진 다수의 기지국들에서 배열되는 특징;
- 다수의 교정 단말기들은 건물들 내부의 파동 전파를 개선하도록 의도된 FEMTO 중계기들에서 배열되고, 각각의 중계기에는 위치지정 유닛이 구비되고, 상기 교정 단말기는 상기 위치지정 유닛에 의해 제공되는 위치지정 정보를 통해 그 위치를 송신하도록 구성되는 특징;
- 교정 단말기들은 위성들의 콘스털레이션(constellation)을 통한 전지구 위치결정 수신기들, 및 모바일 지상 네트워크에 의해 결정되는 위치결정 정보 추출 수단으로 구성된 세트로부터 선택되는 위치지정 수단을 포함하는 모바일 통신 서비스 단말기들이고, 상기 교정 단말기는 상기 위치지정 수단에 의해 제공되는 위치지정 정보를 통해 위치를 송신하도록 구성되는 특징;
- 상기 시스템은 각각의 교정 단말기와 연관된 전력 측정 정보를 수신하고 예상된 그라운드 방사 패턴으로부터 모든 빔들에 공통인 오정렬 정정 각, 또는 위성 빔 형성의 정정을 결정하도록 구성된 처리 수단을 포함하고, 상기 처리 수단은 인터넷형 그라운드 네트워크의 링크들, 지상 셀룰러 네트워크의 링크들, 및 위성 링크들 중의 통신 링크(들)에 의해 상기 측정 수단에 접속되는 특징;
- 요구된 정정의 추정의 정밀도는 위성 빔들의 세트에서 교정 단말기들의 총수 및/또는 위성 빔에 의한 상기 교정 단말기들의 분포, 상기 교정 단말기들의 안테나들의 송신 및/또는 수신 방사 패턴들의 상기 전력 측정 수단의 측정 정밀도 둘다에 의존하는 특징;
- 상기 처리 수단은 충분한 수의 교정 단말기들이 각각의 빔에서 제공되는 각 빔에 대한 로컬 추정에 의해, 또는 상기 교정 단말기들 모두를 여러 개의 빔들을 병합하는 단일 방사 패턴으로 통합하는 전체 추정에 의해 상기 위성 빔들을 정정하도록 구성되고, 추정은 최소 제곱법 및 상관법들로 구성되는 방법들의 그룹에 포함되는 특징.
또한, 본 발명의 목적은 상술된 하이브리드 원격통신 시스템에서 적어도 하나의 위성에 의해 생성되는 우산으로서 작동하는 위성 커버리지와 셀룰러 무선통신 네트워크의 지상 셀 커버리지의 일치를 유지하기 위한 방법에 있어서:
교정 무선 신호 전력이, 포워드 다운링크 상의 수신기들로서 동작하는 교정 단말기들에 의해, 또는 백워드 업링크 상의 위성 또는 액세스 스테이션에 탑재 위치된 측정 수단에 의해 측정되고, 처리 수단에 재방향지정되는 단계;
상기 처리 수단이, 상기 단계에서 수집된 전력 측정들로부터 및 상기 위성 셀들에서의 기지국들의 시불변 분배 기능으로부터, 위성 안테나 지지 구조에서 대응 오정렬 각에 관해, 또는 방사 요소들의 이득/위상 편이 계수들에 관해 요구된 정정을 추정하는 처리 단계로서, 상기 일치의 조건은 각각의 위성 셀의 커버리지가 상기 분배 기능에 의해 상기 위성 셀에 포함되는 것으로 결정된 상기 기지국들과 연관되는 상기 지상 셀들의 커버리지 세트를 포함할 때, 각각의 위성 셀에 대해 충족되는, 상기 추정 처리 단계, 및
상기 단계에서 추정된 상기 정정이 상기 위성 빔들의 정정 메커니즘에 적용되는 단계를 포함하는, 지상 무선통신 셀 커버리지와 위성 셀 커버리지 사이의 일치 유지하기 위한 방법이다.
본 발명은 도면들을 참조하고 예시를 통해 제공되는 하기의 실시예의 기술을 판독하면 더욱 양호하게 이해될 것이다.
본 발명은 위성 구성요소를 고밀도 지상 셀룰러 네트워크로 통합하고, 광대역 모바일 무선통신 서비스들을 제공하도록 의도된 하이브리드 셀룰러 무선통신 시스템을 제공한다.
도 1은 지상 셀들에 대한 위성 빔들의 포워드 다운링크 상에서 일치가 유지되게 허용하는 본 발명에 따른 하이브리드 원격통신 시스템을 도시한 도면.
도 2는 포워드 위성 다운링크를 교정하도록 의도되고 기지국에서 배열되는 교정 단말기를 도시한 도면.
도 3은 포워드 위성 다운링크를 교정하도록 의도되고 FEMTO-타입 스테이션에서 배열되는 교정 단말기를 도시한 도면.
도 4는 포워드 위성 다운링크를 교정하도록 의도되고 모바일 통신 서비스 단말기로 통합되는 교정 단말기를 도시한 도면.
도 5는 지상 셀들에 대한 위성 빔들의 백워드 업링크 상에서 일치가 유지되게 허용하는 본 발명에 따른 하이브리드 원격통신 시스템을 도시한 도면.
도 6은 백워드 위성 업링크를 교정하도록 의도되고 기지국에서 배열되는 교정 단말기를 도시한 도면.
도 7은 백워드 위성 업링크를 교정하도록 의도되고 FEMTO-타입 중계기에서 배열되는 교정 단말기를 도시한 도면.
도 8은 백워드 위성 업링크를 교정하도록 의도되고 모바일 통신 서비스 단말기로 통합되는 교정 단말기를 도시한 도면.
도 9는 적어도 하나의 위성의 우산으로서 작동하는 위성 커버리지와 셀룰러 무선통신 네트워크의 지상 셀 커버리지의 일치를 유지하기 위한 방법의 흐름도.
도 10은 도 3에 기술된 유지 방법의 변형의 흐름도.
도 2는 포워드 위성 다운링크를 교정하도록 의도되고 기지국에서 배열되는 교정 단말기를 도시한 도면.
도 3은 포워드 위성 다운링크를 교정하도록 의도되고 FEMTO-타입 스테이션에서 배열되는 교정 단말기를 도시한 도면.
도 4는 포워드 위성 다운링크를 교정하도록 의도되고 모바일 통신 서비스 단말기로 통합되는 교정 단말기를 도시한 도면.
도 5는 지상 셀들에 대한 위성 빔들의 백워드 업링크 상에서 일치가 유지되게 허용하는 본 발명에 따른 하이브리드 원격통신 시스템을 도시한 도면.
도 6은 백워드 위성 업링크를 교정하도록 의도되고 기지국에서 배열되는 교정 단말기를 도시한 도면.
도 7은 백워드 위성 업링크를 교정하도록 의도되고 FEMTO-타입 중계기에서 배열되는 교정 단말기를 도시한 도면.
도 8은 백워드 위성 업링크를 교정하도록 의도되고 모바일 통신 서비스 단말기로 통합되는 교정 단말기를 도시한 도면.
도 9는 적어도 하나의 위성의 우산으로서 작동하는 위성 커버리지와 셀룰러 무선통신 네트워크의 지상 셀 커버리지의 일치를 유지하기 위한 방법의 흐름도.
도 10은 도 3에 기술된 유지 방법의 변형의 흐름도.
도 1에 따라, 하이브리드 원격통신 시스템(2)은 무선 중계국들로서 작동하는 명료성을 위해 단 4개의 기지국들만 표현된 지상 기지국들(6, 8, 10, 12)의 네트워크(4), 기지국들을 상호접속하기 위한 지상 인프라 구조(14), 하나 또는 여러 개의 위성들, 여기서 콘스털레이션(22)을 형성하고 무선 중계기들로서 작동하는 3개의 위성들(16, 18, 20), 및 백워드 다운링크(26) 및 포워드 업링크(28)로 구성된 양방향 액세스 링크를 통해 위성들(16, 18, 20)을 지상 인프라스트럭쳐(14)에 링크하는 적어도 하나의 액세스 스테이션(24)을 포함한다.
하이브리드 원격통신 시스템(2)은 또한, 무선통신 신호들을 송신 및/또는 수신하도록 구성되고, 오직 9개만이 예시로서 표현된 통신 서비스 단말기들(32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48)의 세트(30), 기지국들(6, 8, 10, 12)에 대한 송신 리소스들을 적어도 하나의 위성들(16, 18, 20) 및 서비스 단말기들(32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 및 48)에 할당하기 위한 수단(50)을 포함한다.
하이브리드 원격통신 시스템(2)은 또한 커버리지 일치 유지 수단(52)을 포함한다.
각각의 기지국(6, 8, 10, 12)은 연관된 주파수들의 각각의 서브-대역에서 모바일 서비스 무선통신 신호들을 상이한 연관된 포워드 지상 다운링크(56, 58, 60, 62) 상으로 송신하고 및/또는 상이한 연관된 백워드 지상 업링크(66, 68, 70, 72) 상으로 수신하도록 각각 구성되고, 서브-대역들은 지상 주파수들의 제 1 할당된 대역을 형성한다.
각각의 기지국(6, 8, 10, 12)에 대해, 간략화를 위해 각각의 스테이션에 대해 단일 링크로 감소되는 연관된 포워드 지상 다운링크들(56, 58, 60, 62) 및 연관된 백워드 지상 업링크들(66, 68, 70, 72)은 무선 범위에 의해, 기지국과 연관된 지상 무선통신 셀(76, 78, 80, 82)의 각각의 커버리지를 규정한다.
여기서, 주어진 기지국에 대해, 두 연관된 업링크 및 다운링크 커버리지는 동일하다고 상정된다.
도 1에 따라, 서비스 단말기들(32, 34, 38, 42)은 대응하는 기지국(6, 8, 10, 12)에 의해 지연되는 상이한 각각의 지상 셀(76, 78, 80, 82)에 각각 위치된다.
서비스 단말기들(32, 34, 38, 42)은, 백워드 업링크(56, 58, 60, 62) 및/또는 포워드 다운링크(66, 68, 70, 72) 상의 무선통신 신호들을 이들이 속하는 무선 범위에서 기지국(6, 8, 10, 12)에 송신 및/또는 이로부터의 수신을 위한 지상 모드에 따라 각각 구성된다.
지상 송신 모드는 즉 무선 전파의 조건들이 어려운 도시 환경에서 양호하다. 그러나, 지상 셀들에 위치된 단말기들은 위성과 여전히 통신할 수 있다.
여기서, 예를 통해, 통신 서비스 단말기들(36, 40, 44, 46)은, 이들이 비용-절감을 위해 지상 기지국의 배치가 옳지 않은 사막 또는 인구가 희박한 지리적 영역에 위치된다는 사실로 인해, 임의의 기지국 무선 범위 밖에 위치되며, 위성들은 상기 영역에 위치된 서비스 단말기들에 대한 통신 중계기들로서 동작하도록 가정된다.
통신 서비스 단말기들(36, 40, 44, 46)은 각각, 위성 모드에 따라, 연관된 백워드 업링크(86, 88, 90, 92) 및/또는 연관된 포워드 다운링크(96, 98, 100, 102) 상의 무선통신 신호들을, 가시선 내에 있고 단말기들에 대한 최상의 고도를 갖는 위성, 도 1의 위성(18)에 독립적으로 송신 및/또는 그로부터 수신할 수 있다.
여기서, 통신 서비스 단말기(48)는 지상 인프라스트럭쳐에 링크되는 기지국 범위 밖에 위치되지만, 무선 범위를 통해 FEMTO-타입 셀(106)로서 알려진 것을 규정하는 건물 중계기(104)의 범위에 위치된다. 또한 "펨토 셀(femto cell)"로서 표시되는 FEMTO-타입 셀은 통상적으로 매우 소규모의 셀이고, 이것은 가정의 규모에 대응하는 접두어 "펨토"를 설명한다. 이것은 오퍼레이터가, 일반적으로 광대역 유선 링크를 통해 인터넷에 접속되는 개인 인스톨에 기초하여 가입자에게 어떤 추가의 커버리지를 제공할 수 있게 한다. 위성 모드에서 동작하는 단말기(36, 40, 44, 46)에 대해 상술된 것들과 유사한 이유들로 인해, 임의의 지상 기지국 범위 밖과 같은 건물 중계기(104)는 백워드 업링크(108) 및/또는 포워드 다운링크(110) 상의 무선통신 신호들을 가시선에서의 위성, 여기서 위성(18)에 독립적으로 송신 및/또는 그로부터 수신하도록 구성된다. 따라서, 통신 서비스 단말기(48)는 중계기(104)를 통해 무선 신호들을 위성(18)에 송신 및/또는 그로부터 수신하도록 구성된다.
여기서, 위성들(16, 18, 20)의 콘스털레이션(22)은 예를 들면, 기울어지고 상호 위상-편이된 궤도들을 따르는 3개의 위성들(16, 18, 20)로 구성된 사카모아 타입의 콘스털레이션이어서, 하나의 위성이 차례로 지상 커버리지 영역의 가시선에 위치하고 이로부터 그 영역의 임의의 지점에서 위성은 고 보장 최소 고도 각에서 보이게 된다. 이러한 타입의 콘스털레이션은, 온대 영역들의 위도들, 예를 들면 유럽에 대응하는 +45도에 이웃하는 북반부의 위도들에 위치된 지역적 커버리지 영역에 특히 적합하다. 사카모아 타입의 콘스털레이션은 1988년 모바일 통신 및 네비게이션에 대한 위성 시스템들, 제 4 국제 회의 IEEE, 페이지들 138-142에 있는 명칭이 "A new concept for land mobile satellite communications" 인 D. Rouffet 등에 의한 논문에 기술된다.
대안적으로, 위성(들)의 궤도는 정지 궤도들(GEO), 툰트라 또는 몰냐 타입의 고타원 궤도들(HEO), 및 기울어진 지오싱크로너스 궤도들(IGSO)과, 더욱 일반적으로는 위성 원격통신 시스템에 이용될 수 있는 임의의 궤도의 그룹에 포함된다.
도 1에 따라, 모바일 통신 서비스 단말기들의 가시선에 있는 위성(18)은 모바일 통신 서비스 단말기들에 의해 수신 및/또는 송신되는 무선 신호들을 송신 및/또는 수신하기 위한 안테나 어레이(120), 및 안테나 어레이(120)에 의해 수신되는 신호들을 백워드 다운링크(26) 상으로 액세스 스테이션(24)에 재방향지정하고, 지상 인프라스트럭쳐(14)에 의해 송신되고 서비스 단말기들을 위해 의도되는 무선 신호들을 포워드 업링크(28) 상으로 서비스 단말기들에 재방향지정하기 위해 이용되는 하나 또는 두 개의 송신 및/또는 수신 안테나들(122)을 포함한다.
안테나 어레이(120)는 예를 들면 송신 안테나(124) 및 수신 안테나(126)로 구성되고, 송신 안테나(124)는 송신 안테나(124)의 지지 구조에 대한 고정된 방사 패턴을 가진 능동 안테나이고, 수신 안테나(126)는 또한 수신 안테나의 구조에 대한 고정된 방사 패턴을 가진 능동 안테나이다.
송신 안테나(124) 또는 수신 안테나(126)는, 능동 안테나들(124, 126)의 각각과 연관되는 미리 결정된 제어에 의존하여 안테나 구조의 오정렬을 위해 개별 경사 수단(128, 129)을 각각 포함한다.
대안적으로, 능동 안테나들의 패턴들은 능동 안테나들(124, 126)을 구성하는 방사 요소들의 이득 및/또는 위상-편이 계수들의 변화들에 의해 수정될 수 있다.
대안적으로, 능동 송신 및 수신 안테나들의 단일 지지 구조 및 두 안테나들에 의해 공유되는 단일 오정렬 메커니즘이 제공된다.
대안적으로, 능동 송신 및 수신 안테나들(124, 126)은 공용 바이-밴드(bi-band) 방사 요소들을 가진 단일 안테나를 형성한다.
송신 구성요소의 안테나 어레이(120)는 포워드 위성 다운링크들 상의 서비스 단말기들에 무선 신호들을 송신하도록 구성되고, 무선 신호들은 무선통신 위성 빔들을 통해 분배되고, 간략화를 위해 단 3개의 위성 빔들(130, 132, 134)만 도 1에 표현된다.
각각의 위성 빔(130, 132, 134)은 주파수 서브-대역과 연관되고, 그라운드 무선 범위를 통해 위성 우산 셀(136, 138, 140)의 각각의 위성 커버리지를 실선으로 표현된 바와 같이 규정한다.
다른 위성 셀들(142, 144, 146)은 예시를 통해 표현되며, 여기서 도면이 붐비지 않도록 위성 셀(140)과 같이 서비스 단말기들이 표현되지 않는다.
가시선에서의 위성(18)의 위성 빔 커버리지의 예의 도면을 표현하는 도 1에 따라, 위성 우산 셀(136)은 기지국들(6, 8, 10) 및 임의의 기지국 범위 밖에 있는 서비스 단말기(36)와 각각 연관된 지상 셀들(76, 78, 80)을 커버한다.
위성 우산 셀(138)은 지상 셀(82), 임의의 기지국 범위 밖에 있는 서비스 단말기들(40, 44, 46), 및 서비스 단말기(48)와 중계기(104)를 포함하는 FEMTO-타입 셀(106)을 커버한다.
지상 인프라스트럭쳐(14)는 예를 들면 인터넷 타입의 네트워크 백본(148), 각각의 기지국(6, 8, 10, 12)을 네트워크 백본(148)에 링크하는 접속 링크들(150), 및 위성 액세스 스테이션(24)으로부터 네트워크 백본(148)으로의 접속 링크(152)를 포함한다.
송신 리소스 할당 수단(50)은 네트워크 백본(148)에 접속되고, 도 1에 도시되지 않은 링크 - 위성 링크이거나 아닌- 를 통해 각각의 기지국(6, 8, 10, 12) 또는 각각의 위성 빔(130, 132, 134)에 송신 리소스들을 할당하도록 구성된다.
각각의 송신 리소스는 기지국들(6, 8, 10, 12) 또는 위성 빔들(130, 132, 134)에 할당되는 주파수 서브-대역 및/또는 시간 슬롯 및/또는 코드에 의해 규정되고, 서브-대역은 기지국들(6, 8, 10, 12)의 세트에 할당된 제 1 주파수 대역, 및 위성 빔들(130, 132, 134)에 할당된 제 2 주파수 대역에 대해 결정된다.
여기서, 동일한 주파수 대역이 기지국들(6, 8, 10, 12) 및 위성(18)에 의해 공유된다.
대안적으로, 지상 주파수들의 제 1 할당 대역 및 위성 주파수들의 제 2 할당 대역은 동일하거나, 부분적으로 동일하거나, 또는 상이하다.
위성 셀들(136, 138, 140)의 윤곽들은 기지국들(6, 8, 10, 12)이 분배되어, 시불변 분배 기능에 따라 위성 셀(136, 138)에 의해 구별 가능하도록 결정되었다.
위성 셀의 커버리지는 미리 결정된 커버리지 세트가 위성 커버리지에 완전히 포함될 때, 즉 미리 결정된 분배 기능에 따라 위성 셀에 걸쳐 분배되는 지상 셀들의 경계들이 대응하는 위성 셀의 경계로 둘러싸일 때, 지상 셀들의 상기 미리 결정된 커버리지 세트와 일치된다고 한다.
일치 유지 수단(52)은 상기 위성 셀에 포함되는 기지국들과 연관되는 포워드 다운링크 지상 셀들의 커버리지에 대한 각각의 포워드 다운링크 위성 셀의 커버리지를 유지하도록 구성된다.
포워드 서비스 다운링크의 일치 유지 수단(52)은 위성 셀들(130, 132, 134)에 걸쳐 분배되는 교정 단말기들(162, 164, 166), 교정 단말기들(162, 164, 166)의 측정들을 재방향지정하기 위한 수단(170), 정정 제어들을 전개하기 위해 교정 단말기들에 의해 송신된 교정 측정들을 처리하기 위한 수단(172), 정정 제어들을 위성(18)에 재방향지정하기 위한 수단(174)을 형성하는 처리 수단(172)에 접속되는 원격 제어 위성 스테이션(174), 위성(18)의 송신 방사 패턴을 정정하기 위한 메커니즘(176), 여기서 능동 송신 안테나(124) 지원의 경사 메커니즘(128)을 포함한다.
교정 단말기들(162, 164, 166)은 세 타입의 단말기들로 분류될 수 있으며, 제 1 타입의 단말기들(162)은 상이한 기지국에서 각각 배열되고, 제 2 타입의 단말기들은 FEMTO-타입 셀의 중계기에서 배열되고, 제 3 타입의 단말기들은 위성 모드에서 동작하는 서비스 단말기들에 통합된다.
여기서 제 1 타입의 단말기(162)는 각각의 기지국(6, 8, 10, 12)에서 배열되고, 동시에 연관된 포워드 위성 다운링크(182, 184, 186, 188) 상으로 교정 신호들을 수신하고, 적합한 전파 조건들 하에서 예를 들면 연관된 기지국(6, 8, 10, 12)에 의한 측정값을 리턴하기 위해 구성된다.
제 2 타입의 단말기(164)는 건물(106)의 중계기(104)에서 배열되고, 동시에 포워드 다운링크(190) 상으로 위성(18)으로부터의 교정 신호를 수신하고, 위성(18)으로부터 백워드 위성 업링크(192) 및 백워드 위성 다운링크(194)를 통해 측정들의 결과를 송신하기 위하여 구성된다.
개별 교정 단말기(166)는 각각의 서비스 단말기(36, 40, 44, 46)로 통합되고, 동시에 연관된 포워드 위성 다운링크(196, 198, 200, 202) 상으로 교정 신호들을 수신하고, 적합한 전파 조건들 하에서, 위성(18)으로부터 연관된 백워드 위성 업링크(204, 206, 208, 210) 및 백워드 위성 다운링크(194)를 통해 측정들의 결과들을 송신하기 위해 구성된다.
백워드 위성 업링크들(192, 204, 206, 208, 210), 위성(18), 및 백워드 다운링크(194)는 또한 이들 연관된 교정 단말기의 위치를 위성 액세스 스테이션(24)으로 향하게 하도록 구성된다.
각각의 교정 단말기(162, 164, 166)는 위성 수신 안테나(212) 및 무선 전력 측정 수단을 포함한다.
위성 수신 안테나(212)는, 위성 빔들의 커버리지 세트를 통과하면서 관측되고, 위성이 따르는 궤도의 타입에 의존하는 고도들의 세트에 대응하는 입체각에서 실질적으로 전방향 방사 패턴을 가지도록 구성된다.
예를 들면, 본 명세서에서 임의의 교정 단말기의 수신 안테나(212)는 간단히 반구형 전방향 패턴을 가진다.
무선 전력 측정 수단은 포워드 위성 다운링크 무선통신 신호의 교정 또는 전력에 특정한 포워드 위성 다운링크 무선 신호의 전력을 측정하도록 구성되고, 전력 측정의 해상도는 1dB보다 적고, 측정의 정밀도는 5dB보다 적고, 측정 수단에 의해 수집된 측정들 및 교정 단말기들의 위치들을 포워딩하기 위한 수단은, 상기 교정 단말기들의 위치들이 미리 결정되지 않은 경우이다.
측정들을 재방향지정하기 위한 수단(170)은 위성 링크들(192, 194, 198, 204, 208, 210), 접속 스테이션(24), 네트워크 백본(148), 접속 링크들(150, 152), 및 처리 유닛(172)을 네트워크 백본(148)에 접속하는 링크(213)를 포함한다.
처리 수단(172)은 재방향지정 수단(170)을 통해, 각각의 교정 단말기(162, 164, 166)와 연관된 전력 측정 정보를 수신하고, 예상된 그라운드 수신 위성 방사 패턴으로부터 빔 세트에 의해 공유되는 오정렬 정정에 대한 추정된 각을 결정하도록 구성된다.
요구된 정정의 추정의 정밀도는 모든 위성 빔들(130, 132, 134)에서 및/또는 위성 빔에 의한 교정 단말기들의 분배에서의 교정 단말기들(162, 164, 166)의 총수, 교정 단말기들의 안테나들(212)의 송신 및/또는 수신 방사 패턴들의 전력 측정 수단의 측정 정밀도, 둘 다에 의존한다.
처리 수단(172)은 충분한 수의 교정 단말기들이 각각의 빔에 제공되는 빔당 로컬 추정에 의해, 또는 교정 단말기들 모두를 여러 개의 빔들을 병합하는 단일 방사 패턴으로 통합하는 전체 추정에 의해 위성 빔들을 정정하기 위한 제어를 제공하도록 구성되고, 추정은 최소 제곱법 및 상관법들, 예를 들면 소위 MinMax 방법, 또는 패턴 반전으로 구성된 방법들의 그룹에 포함된다.
대안적으로, 처리 수단(172)은 위성 빔 형성의 정정을 결정하도록 구성된다.
대안적으로, 처리 수단(172)은 위성에 탑재되어 작동된다.
교정 단말기들(162, 164, 166)의 수는, 통계적 크기가 위성 빔들과 지상 셀들 사이의 일치를 유지하기 위한 송신 안테나의 패턴에 적용될 정정을 충분히 정확하게 추정하기에 충분하도록, 50개 이상이다.
바람직하게, 교정 단말기들의 수는 100과 200 사이의 수이다.
통계적 크기의 효과는 교정 스테이션들을 이용할 필요성을 제거하도록 허용하며, 교정 스테이션들은 패턴들이 매우 지향적인 안테나들로 인해, 및 예를 들면 고도 또는 기후에 관해 인스톨의 어려움들을 유발하고, 위성 빔 궤도 트랙들의 예상된 교차점들을 엄격하게 매칭해야 하는 각각의 위치결정으로 인해 복잡하다.
처리 수단은 송신 안테나(124) 및 정정 메커니즘(128)의 이전에 알려진 응답 기능으로부터 일치를 유지하기 위한 제어를 전개하도록 구성된다.
원격 제어 스테이션(174)은 원격 제어 업링크(220)를 통해 위성(18)에 제어를 송신하도록 구성된다.
여기서, 위성(18)의 송신 안테나(124)는 각각의 위성 빔(130, 132, 134)의 대응하는 빔이 0.15도보다 작은 특징 개구각 θ를 가지도록 구성된다.
대안적으로, 특징 개구각 θ는 0.5도와 수 도 사이의 수보다 작다.
특징적인 각 θ은 위성(18)의 송신 안테나(124)의 송신 위상 평면에 대한 빔의 방위각 방향들의 세트로부터 선택되는 최소 개구각으로서 규정된다.
일치 유지 수단(52)을 형성하는 상이한 수단은 임의의 위성 빔의 오정렬 Δθ이 0.012도보다 작게 영구적으로 유지되도록 배열된다.
바람직하게, 임의의 위성 빔의 오정렬 Δθ은 0.02와 0.05도 사이의 값들보다 낮게 영구적으로 유지된다.
도 2에 따라, 제 1 타입의 교정 단말기(162)는 일반 기준에 의해 지정되는 기지국(302)에서 배열된다.
기지국(302)은 2개의 실선 화살표들로 표현된 백워드 지상 업링크(306) 및 포워드 지상 다운링크(308)를 통해 무선통신 신호들을 송신 및 수신하도록 구성되는 무선통신 안테나(304)를 포함한다.
제 1 타입의 교정 단말기(162)는 포워드 무선 다운링크(311)를 통해 무선 교정 신호를 수신하도록 구성된 위성 수신 안테나(212), 안테나에 접속된 무선 전력 측정 수단(312), 및 처리 유닛(152)에 교정 측정을 송신하기 위한 인터페이스(318) 및 기지국(302)에 대한 접속을 위한 지상 링크(316)를 통해 처리 수단(172)에 측정 수단(312)에 의해 제공되는 측정 정보를 송신하도록 구성된 이미터(314)를 포함한다.
도 3에 따라, 제 2 타입의 교정 단말기(164)는 기지국 범위 밖에 있는 건물(324) 내부에 무선 파형 전파를 용이하게 하도록 의도되는 소위 FEMTO 셀의 중계기(322)에서 배열된다.
중계기(322)는 업링크들 및 다운링크들(326, 328)을 통해 위성(18)과 통신하도록 구성된 외부 안테나(325), 건물(324) 내부에 위치하고 가능한 증폭 기능을 가진 투명 링크(332)에 의해 외부 안테나(325)에 접속되는 내부 안테나(330)를 포함한다. 내부 안테나(330)는 건물(324) 내부에 위치한 모바일 통신 서비스 단말기(334)와의 통신을 개선하도록 구성된다.
중계기(324)는 또한 GPS(Global Positioning System) 타입의 위치지정 유닛(336)을 포함한다.
제 2 타입의 교정 단말기(164)는 무선 링크(340)를 통해 무선 교정 신호를 수신하도록 구성된 위성 수신 안테나(338), 송-수신 듀플렉서(344)를 통해 위성 수신 안테나(338)에 접속된 무선 전력 측정 수단(342), 교정 단말기의 위치지정 정보 및 무선 필드 측정 정보를 수집하고 듀플렉서(344), 안테나(338), 및 백워드 무선 시그널링 위성 업링크(348)를 통해 위성(18)에 모든 정보를 포워딩하도록 구성된 이미터(346)를 포함한다.
도 4를 참조하면, 제 3 타입의 교정 단말기(166)는 무선 다운링크(366)를 통해 무선 교정 신호를 수신하도록 구성된 위성 수신 안테나(364)를 공통으로 포함하는 모바일 통신 서비스 단말기(362)이다.
교정 단말기(360)는 송-수신 듀플렉서(370)를 통해 위성 수신 안테나(364)에 접속된 무선 전력 측정 수단(368), 위치지정 수단(372), 및 무선 필드 측정 정보, 및 교정 단말기의 위치지정 정보를 수집하고, 듀플렉서(370), 안테나(364), 및 백워드 시그널링 무선 위성 업링크(376)를 통해 위성(18)에 모든 정보를 포워딩하도록 구성된 이미터(374)를 포함한다.
예를 들면, 위치지정 수단(372)은 예를 들면 지상 네트워크의 삼각 측량법을 이용하여 지상 처리 유닛에 의해 결정된 위치 정보 추출 수단에 의해 형성된다.
여기서, 점선들로 표시된 측정을 위한 교정 업링크들(366, 376) 및 시그널링을 위한 다운링크들은 실선들로 도시된 서비스 업링크(380) 및 서비스 다운링크(382)와 상이하다.
대안적으로, 위치지정 수단(372)은 예를 들면 GPS과 같은 위성 콘스털레이션에 의한 전지구 위치결정 수신기이다.
대안적으로, 교정 단말기의 위치지정 정보를 향하게 하기 위한 경로에 대응하는 서비스 업링크(380) 및 교정 업링크(376)는 동일하다. 서비스 다운링크(382) 및 교정 다운링크(382)도 또한 동일하다. 무선 전력 측정 수단(368), 송-수신 듀플렉서(370), 교정에 이용되는 이미터(374)는 지상 링크들에 이용되는 것들과 동일한 구성요소들이다.
도 5에 따라, 하이브리드 원격통신 시스템(402)은 도 1에 기술된 하이브리드 원격통신 시스템(2)에 대한 원격통신 서비스에 대해 동일하고, 일치를 유지하기 위한 수단이 여기서 백워드 업링크 위성 빔들과 동일한 방향의 링크들 상의 대응하는 지상 셀들 사이의 일치를 유지하기 위해 제공된다는 점에서 상이하다.
기지국들, 위성들, 위성에서 지상 인프라스트럭쳐로의 액세스 스테이션, 통신 서비스 단말기들, 포워드 지상 서비스 다운링크들, 백워드 지상 서비스 업링크들, 지상 셀들, 위성 안테나들, 및 안테나들의 오정렬을 정정하기 위한 수단의 참조번호들은 도 1과 동일하다.
도 5에 따라, 백워드 업링크들의 위성 빔들이 도시된다.
수신 구성요소에서의 안테나 어레이(120), 즉 능동 수신 안테나(126)는 서비스 단말기들로부터의 포워드 위성 업링크들 상으로 무선 신호들을 수신하도록 구성되고, 무선 신호들은 간략화를 위해 단 3개의 위성 빔들(430, 432, 434)만 도 5에 도시된 무선통신 위성 빔들을 통해 분배된다.
각각의 위성 빔(430, 432, 434)은 주파수 서브-대역과 연관되고, 그라운드 무선 범위를 통해 실선들로 도시된 위성 우산 셀(436, 438, 440)의 각각의 위성 커버리지를 규정한다.
다른 위성 셀들(442, 444, 446)은 예시를 통해 표현되며, 여기서 도면이 붐비지 않도록 위성 셀(440)과 같이 서비스 단말기들이 도시되지 않는다.
가시선에서의 위성(18)의 포워드 업링크 위성 빔 커버리지의 인스턴트 도를 표현하는 도 5에 따라, 위성 우산 셀(436)은 기지국들(6, 8, 10)과 각각 연관된 지상 셀들(76, 78, 80) 및 임의의 기지국 범위 밖에 있는 서비스 단말기(36)를 커버한다.
위성 우산 셀(438)은 지상 셀(82), 임의의 기지국 범위 밖에 있는 서비스 단말기들(40, 44, 46), 및 서비스 단말기(48)와 중계기(104)를 포함하는 FEMTO-타입 셀(106)을 커버한다.
송신 리소스들을 할당하기 위한 수단(50)은 네트워크 백본(148)에 접속되고, 각각의 기지국(6, 8, 10, 12) 또는 각각의 위성 빔(430, 432, 434)에 송신 리소스들을 할당하도록 구성된다.
각각의 송신 리소스는 기지국들 또는 위성 빔들(430, 432, 434)에 할당되는 주파수 서브-대역 및/또는 시간 슬라이스 및/또는 코드에 의해 규정되고, 서브-대역은 기지국들(6, 8, 10, 12)의 세트에 할당된 제 1 주파수 대역, 및 위성 빔들(430, 432, 434)에 할당된 제 2 주파수 대역에 대해 결정된다.
여기서, 동일한 주파수 대역이 기지국들(6, 8, 10, 12) 및 위성(18)에 의해 공유된다.
대안적으로, 지상 주파수들의 제 1 할당 대역 및 위성 주파수들의 제 2 할당 대역은 동일하거나, 부분적으로 동일하거나, 또는 상이하다.
시불변 분배 기능에 따라 업링크 위성 셀에 의해 구별 가능하도록 분배되기 위해 기지국들(6, 8, 10, 12)에 대한 위성 셀들(436, 438, 440)의 윤곽들이 결정되었다.
위성 셀의 커버리지는, 미리 결정된 커버리지 세트가 위성 커버리지에 완전히 포함될 때, 즉 미리 결정된 분배 기능에 따라 위성 셀에 걸쳐 분배되는 지상 셀들의 경계들이 대응하는 위성 셀의 경계로 둘러싸일 때, 동일한 방향에서의 링크들의 지상 셀들의 상기 미리 결정된 커버리지 세트와 일치된다고 말할 수 있다.
일치 유지 수단(452)은 동일한 방향의 링크들의 지상 셀들의 커버리지에 대한 각각의 백워드 업링크 위성 셀의 커버리지를 유지하도록 구성되고, 상기 위성 셀에 포함되는 기지국들과 연관된다.
백워드 서비스 업링크의 일치 유지 수단(452)은 위성 셀들(436, 438, 440)에 걸쳐 분배되는 교정 단말기들(562, 564, 566), 교정 단말기들(562, 564, 566)로부터 위성(18)에 의해 수신되는 무선 신호들의 측정 수단(568), 측정 수단(568)에 의해 처리 수다(572)에 제공된 측정들을 재방향지정하기 위한 수단(570), 정정 제어들을 전개하기 위해 측정 수단(568)에 의해 제공된 교정 측정들을 처리하기 위한 수단(572), 정정 제어들을 위성(18)에 재방향지정하기 위한 수단을 형성하는 처리 수단(572)에 접속되는 원격 제어 위성 스테이션(174), 위성(18)의 수신 안테나(126)의 수신 방사 패턴을 정정하기 위한 메커니즘(576), 여기서 능동 수신 안테나(126)를 지원하는 경사 메커니즘(129)을 포함한다.
교정 단말기들(562, 564, 566)은 세 타입의 단말기들로 분류될 수 있으며, 제 1 타입의 단말기들(562)은 상이한 기지국에서 각각 배열되고, 제 2 타입의 단말기들은 FEMTO-타입 셀의 중계기에서 배열되고, 제 3 타입의 단말기들은 위성 모드에서 동작하는 서비스 단말기들에 통합된다.
여기서 제 1 타입의 단말기(562)는 각각의 기지국(6, 8, 10, 12)에서 배열되고, 이와 동시에 적합한 전파 조건들 하에서 전력-교정된 교정 신호들을 송신하도록 구성되고, 여기서, 기지국(6, 8, 10, 12)의 식별자가 코딩되고, 연관된 백워드 위성 업링크(582, 584, 586, 588) 상에서 이미터 단말기(562)가 이와 연관된다.
제 2 타입의 단말기(564)는 건물(106)의 중계기(104)에서 배열되고, 동시에 백워드 업링크(590) 상으로 위성(18)에 교정 신호를 송신하도록 구성되고, 교정 신호는 위성(18)에 의해 백워드 위성 다운링크(592)를 통해 액세스 스테이션(24)에 투명하게 재방향지정되도록 의도된다.
제 2 타입 단말기(564)는 또한, 위성(18)의 시그널링 업링크(594) 및 시그널링 다운링크(595)를 통해 액세스 스테이션(24)에 단말기 위치지정 신호를 송신하도록 구성된다.
개별 교정 단말기(566)는 각각의 서비스 단말기(36, 40, 44, 46)로 통합되고, 동시에 적합한 전파 조건들 하에서 연관된 백워드 위성 업링크(596, 598, 600, 602) 상으로 교정 신호들을 송신하도록 구성되고, 교정 신호들은 위성(18)에 의해 백워드 위성 다운링크(592)를 통해 액세스 스테이션(24)에 투명하게 재방향지정되도록 의도되고, 연관된 이미터 단말기(566)의 각각의 식별자는 여기서 코딩된다.
서비스 단말기(36, 40, 44, 46)와 각각 연관된 각각의 교정 단말기(566)는 또한, 위성(18)의 연관된 시그널링 업링크(604, 606, 608, 610) 및 시그널링 다운링크(595)를 통해 액세스 스테이션(24)에 단말기 위치지정 신호를 송신하도록 구성된다.
각각의 교정 단말기(562, 564, 566)는, 본 명세서에서 도 1에 도시된 교정 단말기들의 수신 안테나(212)와 동일한 것으로 간주되는 위성 송신 안테나, 및 송신 전력이 정확하게 알려진 무선 신호를 생성하기 위한 수단을 포함한다.
도 1의 수신 안테나와 같이, 송신 안테나(212)는 위성 빔들의 커버리지 세트를 통과하면서 위성이 따르는 궤도의 타입에 의존하여 관측되는 고도들의 세트에 대응하는 입체각에서 실질적으로 전방향 방사 패턴을 가지도록 구성된다.
예를 들면, 본 명세서에서 임의의 교정 단말기의 송신 안테나(212)는 간단히 반구형 전방향 패턴을 가진다.
교정 신호들의 측정 수단(568)은 그 후에 액세스 스테이션(24)에 배열되고, 위성 업링크들(582, 584, 586, 588, 590, 596, 598, 600, 602) 및 다운링크(592)의 댐핑 특성들뿐만 아니라, 투명한 중계기와 같이 동작하는 위성(18)의 이득 특성도 정확하게 알려진다고 상정한다.
측정 재방향지정 수단(570)은 접속 스테이션(24), 네트워크 백본(148), 및 접속 링크들(152, 154)을 포함한다.
대안적으로, 측정 수단(568)은 위성(18)에 탑재되어 배열되고, 재방향지정 수단은 또한 위성 다운링크(592)를 포함한다.
처리 수단(572)은 재방향지정 수단(570)을 통해, 위성(18)에서 각각의 교정 단말기(562, 564, 566)와 연관된 전력 측정 정보를 수신하고, 그라운드 상에서 관측되고 예상되는 업링크 수신 위성 방사 패턴으로부터 빔들의 세트에 공통인 오정렬 정정 각을 결정하도록 구성된다.
대안적으로, 처리 수단(572)은 위성 빔 형성의 정정을 결정하도록 구성된다.
대안적으로, 처리 수단(572)은 위성에 탑재되어 동작한다.
교정 단말기들(562, 564, 566)의 수는, 통계적 크기가 업링크 위성 빔들과 지상 업링크의 지상 셀들 사이의 일치를 유지하기 위한 수신 안테나의 패턴에 적용될 정정의 충분히 정확한 추정에 충분하도록, 50개 이상이다.
바람직하게, 교정 단말기들의 수는 100과 200 사이의 수이다.
통계적 크기의 효과는 복잡한 교정 스테이션들을 이용할 필요성을 제거하도록 허용하는데, 이러한 교정 스테이션들은 패턴들이 매우 지향적인 이들의 안테나로 인해, 및 예를 들면 고도 또는 기후에 관해 인스톨의 어려움들을 유발하는 위성 빔 궤도 트랙들의 예상된 교차점들을 엄격하게 매칭해야 하는 각각의 위치결정으로 인해 복잡하다.
처리 수단(572)은 미리 알려진 정정 메커니즘 응답 기능으로부터 일치 유지 제어를 전개하도록 구성된다.
원격 제어 스테이션(174)은 도 1의 것처럼, 원격 제어 업링크(220)를 통해 위성(18)에 제어를 송신하도록 구성된다.
여기서, 위성의 수신 안테나(126)는 각각의 위성 셀의 대응하는 빔이 0.15도보다 작은 특징 개구각 θ를 가지도록 구성된다.
대안적으로, 특징 개구각 θ는 0.5도와 수 도 사이의 수보다 작다.
특징적인 각 θ은 위성(18)의 수신 안테나(126)의 수신 위상 평면에 대한 빔의 방위각 방향들의 세트로부터 취해지는 최소 개구각으로서 규정된다.
일치 유지 수단(452)을 형성하는 상이한 수단은 임의의 위성 빔의 오정렬이 0.012도의 각도 차 Δθ보다 작게 영구적으로 유지되도록 배열된다.
바람직하게, 임의의 위성 빔의 오정렬 Δθ은 0.02와 0.05도 사이의 값들보다 작게 영구적으로 유지된다.
도 6에 따라 제 1 타입의 교정 단말기(562)는,, 도 2에 기술된 것과 동일한 기지국(302)에서 에서 배열된다.
도 2와 같이, 기지국(302)은 2개의 실선 화살표들로 표현된 백워드 지상 업링크(306) 및 포워드 지상 다운링크(308)를 통해 무선통신 신호들을 송신 및 수신하도록 구성되는 무선통신 안테나(304)를 구비한다.
제 1 타입의 교정 단말기(562)는, 도 2의 수신 안테나와 동일하고, 무선 링크(710)를 통해 무선 교정 신호를 송신하도록 구성된 위성 송신 안테나(310), 그 전력이 정확하게 알려진 교정 신호를 생성하기 위한 수단(712), 교정 단말기가 배열되는 기지국(302)의 식별자를 코딩하기 위한 변조기(714)를 포함한다.
도 7에 따라, 제 2 타입의 교정 단말기(564)는 기지국 범위 밖에 있는 건물(324) 내부에 무선 파동 전파를 개선하도록 소위 FEMTO 셀의 중계기(322)에서 배열된 도 3과 같다.
중계기(322)는 도 3에 도시된 것들과 동일한 구성요소들(325, 330, 332, 336) 및 동일한 업링크들 및 다운링크들(326, 328)을 포함한다.
제 2 타입의 교정 단말기(564)는, 도 3의 수신 안테나와 동일하고, 무선 링크(720)를 통해 무선 교정 신호를 송신하도록 구성된 위성 송신 안테나(338), 그 전력이 정확하게 알려진 교정 신호를 생성하기 위한 수단(722), 위치지정 수단(336)에 대한 제 1 입력으로서 및 생성 수단(722)에 대한 제 2 입력으로서 접속되어, 교정 신호와 연관된 캐리어 외의 시그널링 업링크(726)의 특징적인 캐리어에 대한 위치지정 정보를 변조하고 교정 신호와 변조된 위치지정 신호를 주파수 듀플렉싱하도록 구성된 출력 듀플렉서/변조기(724)를 포함한다.
도 8에 따라, 제 3 타입의 교정 단말기(566)는, 도 4의 수신 안테나와 동일하고 무선 업링크(730)를 통해 무선 교정 신호를 송신하도록 구성된 위성 송신 안테나(364)를 공통으로 구비하는 모바일 통신 서비스 단말기(362)이다.
제 3 타입의 교정 단말기(566)는, 그 전력이 정확하게 알려진 교정 신호를 생성하기 위한 수단(732), 도 4와 동일한 위치지정 수단(336)에 대한 제 1 입력으로서 및 생성 수단(722)에 대한 제 2 입력으로서 접속되어, 교정 신호와 연관된 캐리어 외의 시그널링 업링크(736)의 특징적인 캐리어에 대한 위치지정 정보를 변조하고 교정 신호와 변조된 위치지정 신호를 주파수 듀플렉싱하도록 구성된 출력 듀플렉서/변조기(734)를 포함한다.
여기서, 점선들로 도시된 교정 및 시그널링 업링크들(730, 736)은 서로, 및 실선들로 도시된 서비스 업링크(380)와 상이하다.
대안적으로, 교정 및 시그널링 업링크들(730, 736)은 예를 들면, 캐리어 교정 신호에 대한 위치지정 정보를 변조함으로써 공유된다.
대안적으로, 교정 및 시그널링 업링크들(730, 736) 및 서비스 업링크(380)는 상기 신호 및 그 일부를 교정 신호로서 및 서비스 신호를 시그널링 신호로서 이용함으로써 공유된다.
교정 신호의 생성 수단(732)은 기존의 전력 제어 기능에 대해 구현된 통상적인 수단일 수 있다.
도 9에 따라, 셀룰러 무선통신 네트워크의 동일 방향의 링크들에 대한 지상 셀 커버리지와, 지상 셀들의 링크들과 동일한 방향의 링크들에 대응하고 우산 셀들로서 작동하는 위성 셀 커버리지 사이의 일치 유지 방법(700)은 도 1 및 도 5에 기술된 하이브리드 원격통신 시스템에서 구현되고, 일련의 단계들(702, 704, 706)을 포함한다.
제 1 단계(702)에서, 교정 무선 신호들의 전력은 포워드 다운링크 상에서 수신기들로서 동작하는 교정 단말기들에 의해, 또는 위성(18)에 탑재 위치된 측정 수단 또는 백워드 업링크 상의 액세스 스테이션(24)에 의해 측정된다.
교정 무선 신호들은 포워드 다운링크 상의 위성에 의해 또는 백워드 업링크 상의 이미터로서 동작하는 교정 단말기들에 의해 송신된다.
그 후에, 동일 단계(702) 동안, 측정들은 처리 수단(172, 572)에 재방향지정된다.
다음 단계(704)에서, 처리 수단(172, 571)은 안테나의 전체 안테나 구조, 또는 각각의 위성 빔의 일치를 보장하도록 방사 요소들의 이득/위상 편이 계수들에 대한 오정렬 각에 대해 요구된 상관들을 추정한다.
단계(704)에서, 전체 추정은 모든 교정 단말기들을 여러 빔들을 병합하는 단일 방사 패턴으로 통합함으로써 구현된다.
추정은 최소 제곱법 및 상관법들로부터 선택되는 방법에 따라 행해진다.
요구된 정정 추정의 정밀도는 모든 위성 빔들에서 및/또는 위성 빔당 교정 단말기들의 분배에서의 교정 단말기들의 총수, 교정 단말기들의 안테나들의 송신 및/또는 수신 방사 패턴들의 전력 측정 수단의 측정 정밀도, 둘 모두에 의존하고, 및 또한 위성 빔들 사이의 원하는 일치 레벨뿐만 아니라 원하는 포인팅 안정성에 의존한다.
단계(706)에서, 단계(704)에서 추정된 정정은 위성 빔들의 정정 메커니즘(128, 129)에 적용된다.
도 10에 따라, 도 9에 기술된 방법의 변형은 일련의 단계들(722, 724, 726, 728)을 포함한다.
제 1 단계(722)는 단계(702)와 유사하고, 충분한 수의 교정 단말기들이 빔당 처리를 수행하도록 각각의 위성 빔에서 제공된다는 점에서 상이하다.
단계(724)에서, 측정 데이터는 빔마다 분류된다.
동일한 단계(724)에서, 각각의 빔에 대해, 처리 수단은 안테나의 전체 안테나 구조 또는 안테나의 로컬 구조들에 대한 오정렬 각, 또는 분석된 빔에 대한 일치를 보장하도록 방사 요소들의 이득/위상 편이 계수들에 대해 요구되는 빔과 연관된 정정들을 추정한다.
그 후에, 다음 단계(726)에서, 처리 유닛은 단계(724)에서의 각각의 빔에 대한 추정된 정정들을 빔 세트에 대한 일치의 최상의 전체 절충을 제공하는 정정으로 합성한다.
단계(728)에서, 단계(726)에서 합성된 정정은 위성 빔들의 정정 메커니즘(128, 129)에 적용된다.
이것은 동일한 방향의 링크들에 대한 위성 빔들과 지상 셀들 사이에 일치가 유지되게 할 것이다.
상술된 본 발명은 비-하이브리드 위성 시스템, 즉 다수의 서비스 단말기들 및 위성 셀들을 가지지만 지상 셀들의 네트워크를 구비하지 않은 단일 위성 시스템에도 또한 적용 가능하다.
비-하이브리드 무선통신 위성 시스템은 양방향 결합 링크를 통해 적어도 하나의 액세스 스테이션에 의해 지상 구조에 접속되고, 무선통신 위성 빔들을 통해 분배되는 서비스 무선통신 신호들을 포워드 위성 다운링크 상으로 송신 및/또는 백워드 위성 업링크 상으로 수신하도록 구성되는 적어도 하나의 통신 위성을 포함하고, 위성 빔은 주파수 서브-대역과 각각 연관되고 그라운드 무선 범위를 통해 위성 셀의 위성 커버리지를 각각 규정한다.
비-하이브리드 무선통신 위성 시스템은 또한, 무선통신 신호들을 송신 및/또는 수신하도록 구성되고, 위성 셀들에 걸쳐 분배되는 통신 서비스 단말기들의 세트, 위성 빔들에 송신 리소스들을 할당하기 위한 수단을 포함하고, 각 리소스는 주파수 서브-대역 및/또는 시간 슬라이스 및/또는 코드에 의해 규정되고, 서브-대역들은 각각의 리소스는 위성 빔들에 할당된 주파수 대역에 관해 결정된다.
비-하이브리드 무선통신 위성 시스템은 또한, 위성 셀에 대해 원하는 연관된 최소 커버리지 템플릿에 관해 각각의 위성 셀의 커버리지의 일치를 영구적으로 유지하기 위한 수단을 포함한다.
비-하이브리드 위성 시스템에서, 위성 셀의 커버리지는 원하는 연관된 최소 커버리지 템플릿이 위성 커버리지에 완전히 포함될 때 원하는 연관된 최소 커버리지 템플릿에 관해 일치된다.
특정 모드들에 따라, 각각의 위성 셀의 대응하는 위성 빔은 위성의 송신 또는 수신 위상 평면에 관한 위성 빔의 방위각 방향들의 세트로부터 선택되는 최소 개구각으로서 규정되는 특징 개구각 θ를 가진다.
각각의 위성 셀의 대응하는 빔의 최소 개구각 θ는 0.5도와 수 도 사이의 각도 값보다 적고, 일치 유지 수단은 위성 빔의 오정렬 Δθ을 0.05도보다 작게 영구적으로 유지되도록 구성된다.
비-하이브리드 시스템의 위성들의 궤도들은 하이브리드 시스템에 이용된 궤도들과 유사하다.
하이브리드 시스템과 같이, 일치 유지 수단은 위성 셀들에 걸쳐 분배되는 교정 단말기들을 포함하고, 각각은 위성 수신 안테나를 포함하고, 위성 수신 안테나는, 위성 커버리지 세트를 통과하면서 위성이 따르는 궤도의 타입에 의존하여 관측되는 고도들의 세트에 대응하는 입체각에서 실질적으로 전방향 방사 패턴을 가진다.
각각의 교정 단말기는 교정에 특정한 다운링크 무선 신호의 전력 또는 무선통신 신호의 전력을 측정하도록 구성된 무선 전력 측정 수단으로서, 전력 측정의 해상도가 1dB보다 적고, 측정의 정밀도가 5dB보다 적은, 상기 무선 전력 측정 수단, 및 이들이 미리 결정되지 않은 경우에 교정 단말기들의 위치들 및 측정 수단에 의해 수집된 측정들을 포워딩하는 수단을 포함한다.
일치 유지 수단은 위성 셀들에 걸쳐 분배되는 교정 단말기들을 포함하고, 각각은 위성 송신 안테나를 포함하고, 위성 송신 안테나는, 위성 커버리지 세트를 통과하면서 위성이 따르는 궤도의 타입에 의존하여 관측되는 고도들의 세트에 대응하고 입체각에서 실질적으로 전방향 방사 패턴을 가지고, 각각의 교정 단말기는 전력-교정된 무선통신 또는 교정에 특정한 무선 신호를 상향 위성 링크 상으로 송신하기 위한 수단, 및 대응하는 백워드 위성 업링크 상의 각각의 교정 단말기의 교정 무선 신호의 전력을 측정하도록 구성된 액세스 스테이션 또는 위성에 탑재 위치된 측정 수단으로서, 전력 측정의 해상도가 1dB보다 적고, 측정의 정밀도가 5dB보다 적은, 상기 측정 수단, 및 이들이 미리 결정되지 않은 경우에 교정 단말기들의 위치들 및 측정 수단에 의해 수집된 측정들을 포워딩하는 수단을 포함한다.
비-하이브리드 시스템에서, 교정 단말기들의 수는 50개 이상이다.
교정 단말기는 또한, 그 위치가 정확하게 알려진 다수의 고정된 통신 서비스 단말기들에서 배열된다.
다수의 교정 단말기들은 건물들 내부의 파동 전파를 개선하도록 의도된 FEMTO 중계기들 상에서 배열되고, 각각의 중계기에는 위치지정 유닛이 구비되고, 교정 단말기는 위치지정 유닛에 의해 제공되는 위치지정 정보를 통해 그 위치를 송신하도록 구성된다.
교정 단말기들은 위성들의 콘스털레이션을 통한 전지구 위치결정 수신기들, 및 모바일 지상 네트워크에 의해 결정되는 위치결정 정보 추출 수단으로 구성된 세트로부터 선택되는 위치지정 수단을 포함하는 모바일 통신 서비스 단말기들이고, 교정 단말기는 위치지정 수단에 의해 제공되는 위치지정 정보를 통해 그 위치를 송신하도록 구성된다.
비-하이브리드 위성 통신 시스템은 각각의 교정 단말기와 연관된 전력 측정 정보를 수신하고 예상된 그라운드 방사 패턴으로부터 빔 세트에 공통인 오정렬 정정 각, 또는 위성 빔 형성의 정정을 결정하도록 구성된 처리 수단을 포함하고, 처리 수단은 인터넷형 그라운드 네트워크의 링크들, 셀룰러 지상 네트워크의 링크들, 및 위성 링크들로부터 하나 또는 여러 개의 통신 링크들에 의해 측정 수단에 접속된다.
요구된 정정의 추정의 정밀도는, 모든 위성 빔들에서 및/또는 위성 빔에 의한 교정 단말기들의 분배에서의 교정 단말기들의 총수, 교정 단말기들의 안테나들의 송신 및/또는 수신 방사 패턴들의 전력 측정 수단의 측정 정밀도, 둘 다에 의존한다.
처리 수단은 충분한 수의 교정 단말기들이 각각의 빔에 제공되는 빔당 로컬 추정에 의해, 또는 교정 단말기들 모두를 여러 개의 빔들을 병합하는 단일 방사 패턴으로 통합하는 전체 추정에 의해 위성 빔들을 정정하도록 구성되고, 추정은 최소 제곱법 및 상관법들로 구성되는 방법들의 그룹에 포함된다.
상술된 바와 같은 비-하이브리드 위성 원격통신 시스템에서 위성에 의해 생성되는 원하는 커버리지와 위성 셀 커버리지 사이의 일치를 유지하기 위한 처리 방법으로서:
교정 무선 신호들의 전력이, 포워드 다운링크 상의 수신기들로서 동작하는 교정 단말기들에 의해, 또는 백워드 업링크 또는 백워드 다운링크 상의 위성 또는 액세스 스테이션에 탑재 위치된 측정 수단에 의해 측정되고, 처리 수단에 재방향지정되는 단계;
처리 수단이, 측정 단계에서 수집된 전력 측정들, 단말기들의 위치지정 정보, 및 시불변의 원하는 커버리지로부터, 위성 안테나 지지 구조에 대한 오정렬 각에 관해 요구된 정정, 또는 방사 요소들의 이득/위상 편이 계수들을 추정하는 단계로서, 상기 일치의 조건은 각각의 위성 셀의 커버리지가 연관된 원하는 커버리지를 포함할 때 각각의 위성 셀에 대해 충족되는, 상기 추정 단계,
추정 단계에서 추정된 정정이 위성 빔들의 정정 메커니즘에 적용되는 단계를 포함한다.
2 :하이브리드 원격통신 시스템 4 : 지상 기지국들의 네트워크
6,8,10,12 : 지상 기지국 14 : 지상 인프라 구조
16, 18, 20 : 위성 22 : 콘스털레이션
24 : 액세스 스테이션 26 : 백워드 다운링크
28 : 포워드 업링크 30 : 통신 서비스 단말기들의 세트
36,40,44,46,48 : 통신 서비스 단말기
50 : 할당하기 위한 수단 52 : 커버리지 일치 유지 수단
56,58,60,62 : 포워드 지상 다운링크 66,68,70,72 : 백워드 지상 업링크
76,78,80,82 : 지상 무선통신 셀 32,34,38,42 : 서비스 단말기
86,88,90,92 : 백워드 업링크 96,98,100,102 :포워드 다운링크
104 : 건물 중계기 106 : FEMTO-타입 셀
6,8,10,12 : 지상 기지국 14 : 지상 인프라 구조
16, 18, 20 : 위성 22 : 콘스털레이션
24 : 액세스 스테이션 26 : 백워드 다운링크
28 : 포워드 업링크 30 : 통신 서비스 단말기들의 세트
36,40,44,46,48 : 통신 서비스 단말기
50 : 할당하기 위한 수단 52 : 커버리지 일치 유지 수단
56,58,60,62 : 포워드 지상 다운링크 66,68,70,72 : 백워드 지상 업링크
76,78,80,82 : 지상 무선통신 셀 32,34,38,42 : 서비스 단말기
86,88,90,92 : 백워드 업링크 96,98,100,102 :포워드 다운링크
104 : 건물 중계기 106 : FEMTO-타입 셀
Claims (15)
- 하이브리드 셀룰러 무선통신 시스템으로서:
- 함께 상호접속되고 지상 인프라스트럭쳐(14)에 링크되어, 연관된 주파수 서브-대역에서, 각각 서비스 무선통신 신호들을 포워드 다운링크(56, 58, 60, 62) 상에서 송신하고 및/또는 백워드 업링크(66, 68, 70, 72) 상에서 수신하고, 지상 무선통신 셀(76, 78, 80, 82)의 상향 및/또는 하향 커버리지를 무선 송신 신호 강도 또는 무선 수신 신호 감도에 의해 각각 규정하는 지상 기지국들(6, 8, 10, 12)의 네트워크;
- 양방향 접합 링크(bidirectional junction link; 26, 28)를 통해 적어도 하나의 액세스 스테이션(24)에 의해 상기 지상 인프라스트럭쳐(14)에 링크되고, 무선통신 위성 빔들(130, 132, 134; 430, 432, 434)을 통해 분배되는 서비스 무선통신 신호들을 포워드 위성 다운링크(96, 98, 100, 102, 110) 상에서 송신하고 및/또는 백워드 위성 업링크(86, 88, 90, 92, 100) 상에서 수신하도록 구성된 적어도 하나의 통신 위성(16, 18, 20)으로서, 상기 위성 빔들(130, 132, 134, 430, 432, 434)은 각각 주파수 대역과 연관되고, 무선 송신 신호 강도 또는 무선 수신 신호 감도에 의해 위성 우산 셀(satellite umbrella cell; 136, 138, 140; 436, 438, 440)의 상향 위성 커버리지 및/또는 하향 위성 커버리지를 각각 규정하는, 상기 적어도 하나의 통신 위성(16, 18, 20);
- 상기 무선통신 신호들을 송신 및/또는 수신하도록 구성되고, 상기 지상 무선통신 셀들(76, 78, 80, 82) 및 상기 위성 우산 셀들(136, 138, 140; 436, 438, 440)에 걸쳐 분배되는 통신 서비스 단말기들(32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48)의 세트,
- 주파수 서브-대역 및/또는 시간 슬롯 및/또는 코드에 의해 각각이 규정되는 송신 리소스들을 기지국들(6, 8, 10, 12) 또는 위성 빔들(130, 132, 134, 430, 432, 434)에 할당하기 위한 수단(50)으로서, 상기 주파수 서브-대역들은 상기 기지국들(6, 8, 10, 12)의 세트에 할당된 제 1 주파수 대역 및 상기 위성 빔들(130, 132, 134, 430, 432, 434)에 할당된 제 2 주파수 대역에 대해 결정되는, 상기 할당 수단(50)을 포함하는, 상기 하이브리드 셀룰러 무선통신 시스템에 있어서:
상기 기지국들(6, 8, 10, 12)은 시불변 분배 기능(time-invariant distribution function)에 따라 위성 우산 셀(136, 138, 140; 436, 438, 440)에 의해 구별 가능하도록 분배되고,
상기 시스템은 상기 위성 우산 셀에 포함된 상기 기지국들(6, 8, 10, 12)과 연관되는 상기 지상 무선통신 셀들(76, 78, 80, 82)의 커버리지에 대한 각각의 위성 우산 셀(136, 138, 140; 436, 438, 440)의 커버리지의 일치(congruence)를 영구적으로 및 동일한 링크 방향에서 유지하기 위한 일치 유지 수단(52; 452)을 포함하고, 위성 우산 셀(136; 436)의 커버리지는 미리 결정된 지상 커버리지 세트가 상기 위성 커버리지에 완전히 포함될 때 상기 미리 결정된 지상 커버리지 세트와 일치되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 셀룰러 무선통신 시스템. - 제 1 항에 있어서,
동일한 주파수 대역은 상기 기지국들(6, 8, 10, 12) 및 상기 통신 위성(18)에 의해 공유되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 셀룰러 무선통신 시스템. - 제 1 항에 있어서,
각각의 위성 우산 셀(136, 138, 140; 436, 438, 440)의 대응하는 위성 빔(130, 132, 134, 430, 432, 434)은 상기 통신 위성의 송신 또는 수신 위상 평면에 대한 상기 빔의 방위각 방향들의 세트로부터 선택되는 최소 개구각으로서 규정되는 특징 개구각 θ를 갖고, 각각의 위성 우산 셀의 상기 대응하는 빔의 상기 특징 개구각 θ는 0.5도의 각도 값보다 작고, 상기 일치 유지 수단(52; 452)은 상기 위성 빔의 오정렬 Δθ를 0.05도보다 작게 영구적으로 유지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 셀룰러 무선통신 시스템. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 통신 위성(18)의 궤도는 정지 궤도들(GEO), 사카모아(Sycomores), 툰트라, 또는 몰냐(Molnya) 타입의 고타원 궤도들(HEO), 및 기울어진 지오싱크로너스 궤도들(IGSO)의 그룹에 포함되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 셀룰러 무선통신 시스템. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 일치 유지 수단(52)은 상기 위성 우산 셀들(136, 138, 140)에 걸쳐 분배되는 교정 단말기들(162, 164, 166; 562, 564, 566)을 포함하고, 각각은 위성 수신 안테나(212)를 포함하고, 상기 위성 수신 안테나(212)는 상기 위성 커버리지들 모두를 통과하면서 상기 통신 위성(18)이 따르는 궤도의 타입에 의존하여 관측되는 고도들(elevations)의 세트에 대응하는 입체각에서 실질적으로 전방향 방사 패턴을 가지는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 셀룰러 무선통신 시스템. - 제 5 항에 있어서,
각각의 교정 단말기(162, 164, 166)는 교정에 특정한 다운링크 무선 신호(311, 340, 366)의 전력 또는 무선통신 신호의 전력을 측정하도록 구성되는 무선 전력 측정 수단(312, 342, 368)으로서, 상기 전력 측정의 해상도는 1dB보다 적고, 상기 측정의 정밀도는 5dB보다 적은, 상기 무선 전력 측정 수단(312, 342, 368) 및 상기 무선전력 측정 수단(312, 342, 368)에 의해 수집된 측정들(318, 346, 370) 및 상기 교정 단말기들의 위치들이 미리 결정되지 않는 경우 상기 위치들을 포워딩하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 셀룰러 무선통신 시스템. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 일치 유지 수단(452)은,
상기 위성 우산 셀들(436, 438, 440)에 걸쳐 분배되고, 각각이 위성 송신 안테나(310, 338, 364)를 포함하는 교정 단말기들(562, 564, 566)로서, 상기 위성 송신 안테나(310, 338, 364)는 상기 위성 커버리지들 모두를 통과할 때 상기 통신 위성(18)이 따르는 궤도 타입에 의존하여 관측되는 고도들의 세트에 대응하는 입체각에서 실질적으로 전방향 방사 패턴을 가지고, 각각의 교정 단말기(562, 564, 566)는 상기 교정 또는 전력-교정된 무선통신에 특정한 무선 신호를 위성 업링크(710, 720, 730) 상으로 송신하기 위한 수단(712, 722, 732)을 구비하는, 상기 교정 단말기들(562, 564, 566), 및
상기 통신 위성(18) 또는 액세스 스테이션(24)에 탑재 위치되어, 대응하는 백워드 위성 업링크 상에서 각각의 교정 단말기의 교정 무선 신호의 전력을 측정하도록 구성되는 측정 수단(568)으로서, 상기 전력 측정의 해상도는 1dB보다 적고, 상기 측정의 정밀도는 5dB보다 적은, 상기 측정 수단(568), 및 상기 측정 수단에 의해 수집된 측정들 및 상기 교정 단말기들의 위치들이 미리 결정되지 않은 경우에 상기 위치들을 포워딩하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 셀룰러 무선통신 시스템. - 제 5 항에 있어서,
교정 단말기들(162, 164, 166; 562, 564, 566)의 수가 50개 이상인 것을 특징으로 하는, 하이브리드 셀룰러 무선통신 시스템. - 제 5 항에 있어서,
교정 단말기들(162, 164, 166; 562, 564, 566)은 그 위치가 정확하게 알려진 다수의 기지국들(6, 8, 10, 12)에서 배열되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 셀룰러 무선통신 시스템. - 제 5 항에 있어서,
다수의 교정 단말기들은 건물들(106) 내부의 파동 전파를 개선하도록 의도된 FEMTO 중계기들(104)에서 배열되고, 각각의 중계기(104)에는 위치지정 유닛(locating unit; 336)이 구비되고, 상기 교정 단말기(564)는 상기 위치지정 유닛(336)에 의해 제공되는 위치지정 정보를 통해 그 위치를 송신하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 셀룰러 무선통신 시스템. - 제 5 항에 있어서,
교정 단말기들(564, 566)은 통신 위성들의 콘스털레이션(constellation)을 통한 전지구 위치결정 수신기들(global positioning receivers), 및 모바일 지상 네트워크에 의해 결정되는 위치결정 정보 추출 수단으로 구성된 세트로부터 선택되는 위치지정 수단(locating means; 326, 372)을 포함하는 모바일 통신 서비스 단말기들이고, 상기 교정 단말기는 상기 위치지정 수단(326, 372)에 의해 제공되는 위치지정 정보를 통해 위치를 송신하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 셀룰러 무선통신 시스템. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 교정 단말기와 연관된 전력 측정 정보를 수신하고 예상된 그라운드 방사 패턴으로부터 빔 세트에 공통인 오정렬 정정 각, 또는 위성 빔 형성의 정정을 결정하도록 구성된 처리 수단(172; 572)을 포함하고, 상기 처리 수단(172; 572)은 인터넷형 그라운드 네트워크의 링크들, 셀룰러 지상 네트워크의 링크들, 및 위성 링크들로부터 하나 또는 여러 개의 통신 링크들에 의해 측정 수단(312, 342, 368, 568)에 접속되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 셀룰러 무선통신 시스템. - 제 12 항에 있어서, 요구된 정정의 추정의 정밀도는
모든 상기 위성 빔들(130, 132, 134; 430, 432, 434)에서 교정 단말기들(162, 164, 166; 562, 564, 566)의 총수 및/또는 위성 빔에 의한 상기 교정 단말기들의 분포, 상기 교정 단말기들의 안테나들(212)의 송신 방사 패턴들 및/또는 수신 방사 패턴들의 전력 측정 수단의 측정 정밀도, 둘 모두에 의존하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 셀룰러 무선통신 시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 처리 수단(172; 572)은 복수의 교정 단말기들이 각각의 빔에 제공되는 빔당 로컬 추정에 의해, 또는 상기 교정 단말기들 모두를 여러 개의 빔들을 병합하는 단일 방사 패턴으로 통합하는 전체 추정에 의해 상기 위성 빔들을 정정하도록 구성되고, 추정은 최소 제곱법 및 상관법들로 구성되는 방법들의 그룹에 포함되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 셀룰러 무선통신 시스템. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 하이브리드 셀룰러 무선통신 시스템에서 적어도 하나의 통신 위성(18)에 의해 생성되는 우산으로서 작동하는 위성 우산 셀 커버리지와 지상 무선통신 셀 커버리지 사이의 일치를 유지하기 위한 처리 방법에 있어서:
교정 무선 신호들의 전력이, 포워드 다운링크 상의 수신기들로서 동작하는 교정 단말기들에 의해, 또는 백워드 업링크 상의 통신 위성(18) 또는 액세스 스테이션(24)에 탑재 위치된 측정 수단에 의해 측정되고(702), 처리 수단(172, 572)에 재방향지정되는 단계;
상기 처리 수단(172, 572)이, 단계(702)에서 수집된 전력 측정들 및 상기 위성 우산 셀들(136, 138, 140; 436, 438, 440)에서의 기지국들(6, 8, 10, 12)의 시불변 분배 기능으로부터, 위성 안테나 지지 구조에 대한 오정렬 각에 관해 요구된 정정, 또는 방사 요소들의 이득/위상 편이 계수들을 추정하는 단계(704)로서, 상기 일치의 조건은 각각의 위성 우산 셀의 커버리지가 상기 분배 기능에 의해 상기 위성 우산 셀에 포함되는 것으로 결정된 상기 기지국들과 연관되는 상기 지상 무선통신 셀들의 커버리지들 모두를 포함할 때, 각각의 위성 우산 셀에 대해 충족되는, 추정 단계(704),
단계(704)에서 추정된 상기 정정이 상기 위성 빔들의 정정 메커니즘(128, 129)에 적용되는 단계를 포함하는, 위성 셀 커버리지와 지상 무선통신 셀 커버리지 사이의 일치를 유지하기 위한 처리 방법.
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