KR20010051380A - 저 지구 궤도 위성통신 시스템용 폐쇄 루프 전력제어 - Google Patents

저 지구 궤도 위성통신 시스템용 폐쇄 루프 전력제어 Download PDF

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KR20010051380A
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로버트에이. 위드만
마이클제이. 싸이츠
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윌리암 에프. 애들러, 아비 캇츠
글로벌스타 엘.피.
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Abstract

위성통신 시스템(10)은 적어도 하나의 위성통신 신호중계기(12); 상기 적어도 하나의 위성통신 신호중계기로 다수의 통신신호로 구성된 피더링크를 송신하기 위한 적어도 하나의 지상국(18); 및 적어도 하나의 위성통신 신호중계기로부터의 사용자 링크에 대하여 각기 하나의 통신신호를 수신하는 다수의 사용자 단말기(13)를 포함한다. 방법은 위성을 경유해 사용자 단말기에 의해서 수신된 적어도 하나의 기준신호의 품질을 측정하는 단계; 사용자 단말기에 의해서 수신된 상기 기준신호의 측정된 품질을 지상국으로 송신하는 단계; 상기 측정된 품질을 소정기준과 비교하는 단계; 및 소정기준과 측정된 품질 사이의 차이에 응답하여 지상국의 송신전력을 조정하는 단계를 포함한다. 지상국의 송신전력은 다운링크 빔의 선속밀도가 빔에서의 사용자 단말기의 위치와 상관없이 사용자 단말기에서 거의 일정하도록 조정된다.

Description

저 지구 궤도 위성통신 시스템용 폐쇄 루프 전력제어{CLOSED LOOP POWER CONTROL FOR LOW EARTH ORBIT SATELLITE COMMUNICATIONS SYSTEM}
본 발명은 일반적으로 중계기 기반 통신 시스템 및, 특히, 하나 이상의 위성과 적어도 하나의 지상국 사이의 양방향 통신신호 링크를 갖는 위성 기반 통신시스템에 관한 것이다.
위성 기반 통신시스템은 종래 기술에 잘 나타내어 진다. 예로서, 본 특허출원의 발명자 중 한사람에게 1994년 4월 12일 발행된 "무선 전화기/위성 로밍 시스템" 명칭의 미국 특허 제 5,303,286호를 참조한다. 또한 다수의 미국특허, 외국특허, 및 미국특허 제 5, 303,286호에 기록된 다른 공시를 참조한다.
저 지구 궤도 위성 시스템은 세계적으로 셀방식 이동통신으로 제안되어져 왔다. 이들 시스템은 위성을 경유해 원격지, 시골, 도시 및 다른 환경에 있는 상대방과 통신하기 위해서 저렴한 비용으로 휴대용 통신장치, 또는 사용자 단말기를 사용할 수 있는 기능을 제공한다.
하나의 예로서, 하나 이상의 위성으로 및 위성으로부터 사용자 링크는 UHF 신호와 같이 비교적 저주파수로 동작할 수 있다. 사용자 링크는 하나 이상의 위성에 의해서, 예를 들면, 3 GHz 내지 40 GHz 이상의 고주파에서 동작하는 지상국 발생 피더링크에 접속된다. 피더링크는 사용자를 공공 스위치 전화망(PSTN), 구내망, 또는 약간 다른 지상통신시설에 액세스를 얻을 수 있도록 지상 게이트웨이에 접속된다.
일반적으로, 피더링크 주파수가 7 GHz 이하이면, 신호손상에 대한 가능성이 작다. 그러나, 7 GHz 이상의 주파수에 대해서 위성으로 및 위성으로부터의 링크에 대한 레인효과(rain effect)는 상당히 중요하다. NASA 및 다른 단체는 상기 레인효과의 정량화를 연구하고 있고, 7 GHz 이상의 위성 업링크 송신기 동작 사이트 주위에 분포되는 '레인셀(rain cell)'로 명명된 손상효과는 더욱 심각하리라는 것을 발견했다.
무선 통신 시스템에서는 송신전력의 제어를 더 고려해야 한다. 예로서, 개별 사용자 링크는 사용자 단말기와 기지국 사이의 링크 손상정보가 교환된 후, 기지국과 같은 중앙 사이트에 의해서 전력제어될 수 있다. 이 기술을 일반적으로 사용자 단말기 전력제어라고 한다. 이 전력제어의 기능은 나무, 빌딩 및 사용자 링크안의 다른 RF-손상요소에 의해서 기인된 페이딩(fading)을 완화시키는 것이다. 이들 손상은 신호전력 레벨을 낮은 레벨로 감소시키는 특징을 가진다. 신호레벨에서 상기 감소를 보상하기 위해서, 사용자 단말기는 그것의 송신된 전력을 증가시키도록 명령될 수 있다. 따라서, 사용자 단말기는 중앙국이 높은 전력레벨에서 송신하는 것을 요구할 수 있다.
그러나, 중계기로서 위성을 사용하는 위성 기반 통신시스템에서, 게이트웨이와 같이 사용자 단말기로부터의 또는 지상국으로부터의 송신된 전력이 증가하게되면 위성 중계기에 대해 요구되는 전력이 증가하게 된다. 위성전력은 많은 사용자 사이에 제공되고 분할되는 일차자원이므로, 위성의 전력소비의 증가는 바람직하지 못하다. 또한, 배터리 전원을 사용하는 사용자 단말기에 있어서, 송신전력의 증가는 배터리가 재충전되게 요구되기전에 만들어 질 수 있는 호출의 수 및 지속에 해로운 영향을 줄 수 있다.
피더링크 자체가 손상되면 모든 관련된 사용자 링크의 신호 전력이 감소되는 결과가 초래될 것이므로, 상기 문제는 더 가중된다. 신호 전력의 감소를 보상하기 위해서, 모든 사용자 단말기는 지상국에 그것의 출력 전력의 증가를 요구할 것이고, 이것에 의해서 위성 전력소비가 상당히 증가하게 된다.
그러므로 이들 및 다른 문제들을 극복하는 위성 기반 통신 시스템용 전력 제어 기능을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명은 적응형 폐쇄 루프 전력제어를 제공하기 위한 위성통신 시스템, 및 그것에 의해 수행된 방법에 관한 것이다. 적어도 하나의 위성 및 적어도 하나의 지상국을 갖는 위성 통신 시스템을 동작시키기 위한 본 발명의 방법에 따르면, 상기 방법은 사용자 단말기에 의해서 수신된 적어도 하나의 기준신호의 품질을 측정하는 단계, 사용자 단말기에 의해서 수신된 상기 기준신호의 측정된 품질을 지상국으로 송신하는 단계, 상기 측정된 품질을 비교하는 단계, 및 상기 비교를 기초로 지상국의 송신전력을 조정하는 단계를 포함한다. 기준신호는 지상국에 의해서 위성을 통해서 사용자 단말기로 송신된다. 측정된 품질은 소정기준과 비교된다. 지상국의 송신전력은 다운링크 빔의 선속밀도가 빔에서 사용자 단말기의 위치에 상관없이 사용자 단말기에서 거의 일정하도록 소정기준과 측정된 품질 사이의 차이에 응답하여 조정된다.
또한 본 발명에 따라서 적어도 하나의 위성 및 적어도 하나의 지상국을 포함하는 위성 통신시스템이 제공된다. 본 발명에 따르면, 위성 통신시스템은 업링크 기준신호를 송신하기 위한 수단, 수신기와 송신기를 포함하는 위성, 적어도 하나의 사용자 단말기 및 지상국에 결합된 처리기를 더 포함한다. 위성수신기는 업링크 기준신호를 수신한다. 위성송신기는 반복 다운링크 기준신호로서 기준신호를 송신한다. 사용자 단말기는 위성에 의해서 반복된 기준신호를 수신하기 위한 수신기를 가진다. 사용자 단말기는 그 사용자 단말기에 의해서 수신된 기준신호의 품질을 측정하기 위한 수단과, 또한 측정된 품질을 송신하기 위한 수단을 가진다. 처리기는 사용자 단말기에 의해서 송신된 상기 측정된 품질을 기초로 지상국의 송신전력을 조정하기 위해 지상국에 연결된다. 처리기는, 위성으로부터의 다운링크 빔의 선속밀도가 빔에서 사용자 단말기의 위치에 상관없이 거의 일정하도록 송신 전력을 조정하거나, 또는 위성이득에서 예측된 변화를 보상하며 사용자 단말기의 위치에서 소정 임계치 이상의 빔선속밀도를 유지하게 단말기 전력을 조정하기 위해 프로그램된다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 다수의 사용자 단말기는 다수 형태의 사용자 단말기를 포함하고, 여기에서 발견된 이론에 따라 위성 통신 시스템을 동작시키기 위한 방법은, 사용자 단말기에 의해서 수신된 기준신호의 품질을 측정하는 단계, 사용자 단말기에 의해서 수신된 상기 기준신호의 측정된 품질을 지상국으로 송신하는 단계, 상기 측정된 품질을 소정기준과 비교하는 단계, 및 상기 비교를 기초로 지상국의 송신전력을 조정하는 단계를 포함한다. 기준신호는 지상국에 의해서 위성을 통해 사용자 단말기로 송신된다. 지상국의 송신전력은, 통상 소정 임계치 이상의 다운링크 신호 품질을 갖는 다운링크 빔 중 소정의 하나에서 모든 사용자 단말기의 소정 퍼센티지를 제공하거나, 또는 각 형식의 사용자 단말기에 대해서 독립적으로 설정되는 대응 소정 임계치 이상의 다운링크 신호 품질을 갖는 빔에서 각 형식의 사용자 단말기의 소정 퍼센티지를 제공하기 위해 양호하게 조정된다.
본 발명의 상기 설명 및 다른 특징은 첨부된 도면과 함께 읽을시 보다 명확하게 된다.
도 1은 본 발명의 현재 바람직한 실시예에 따라서 제조되며 동작되는 위성통신 시스템의 블록도,
도 2는 도 1의 하나의 게이트웨이의 블록도,
도 3a는 도 1의 하나의 위성의 통신 페이로드의 블록도,
도 3b는 도 1의 하나의 위성으로부터 송신되는 빔 패턴의 일부,
도 4는 위성 원격측정 및 제어기능의 지상 설비 지지물을 도시하는 블록도,
도 5는 도 2의 CDMA 서브시스템의 블록도,
도 6은 본 발명에 따라서 적응형 전력 제어기능을 갖는 위성통신 시스템을 도시하는 블록도,
도 7은 적응형 전력 제어기능의 구성요소를 매우 자세하게 도시하는 블록도,
도 8은 본 발명의 전력제어 방법을 도시하는 논리 흐름도,
도 9는 벌크 전력 손상을 보상하는 외부 글로벌 피더링크 전력제어 루프 및 개별 사용자 링크 전력 손상을 보상하는 다수의 내부 사용자 링크 전력제어 루프를 갖는 본 발명의 2레벨 적응형 전력제어 루프,
도 10은 본 발명에 따라서 제 2 제어 방법을 도시하는 제 2 논리 플로우 차트,
도 11a 내지 도 11c는 본 발명에 따라서 제 3 제어 방법을 도시하는 플로우 차트,
도 12는 도 11b 및 도 11c에 도시된 방법의 단계를 더 설명하는 논리 플로우 차트이다.
〈도면의 주요부분에 대한 설명〉
1 : 우주 세그먼트 2 : 사용자 세그먼트
3 : 지상 세그먼트 4 : 전화 시스템 기반 세그먼트
10 : 위성 통신시스템 12 : 위성
13 : 사용자 단말기 14 : 포켓용 이동 무선전화
12g, 12h: 위성 피더링크 안테나 13a: 양방향 통신용 전방향성 안테나
15 : 차량장착 이동 무선전화 16 : 페이징/메세징형 장치
17 : 사용자 링크 18 : 게이트웨이
19 : 피더링크 20 : 공공지상 이동망
22 : 지역 공공 전화망 24 : 국내 장거리망
28 : 구내망 32 : 공용회선 스위치 전화망
36 : 위성동작 제어센터 38 : 지상동작 제어센터
39 : 지상 데이터망 40 : 접시안테나
42 : 안테나 드라이버 43 : RF 시스템 제어기
44 : 저 잡음 수신기 46 : 고 전력 증폭기
48 : 다운컨버터 50 : 업컨버터
52 : CDMA 서브시스템 54 : PSTN 인터페이스
56 : 게이트웨이 제어기 62 : 데이터베이스
70 : 기준신호 수신기 80 : 적응형 전력제어 루프
82 : 외부 피더링크 전력제어 루프
84 : 내부 사용자 링크 전력제어 루프
도 1은 본 발명의 적응 전력 제어기능의 현재 양호한 실시예에 대한 사용에 적당한 위성 통신시스템(10)의 현재 양호한 실시예를 도시한다. 본 발명을 자세하게 설명하기 전에, 전력제어 기능을 보다 완전히 이해하도록 통신시스템(10)의 설명이 먼저 설명될 것이다.
통신시스템(10)은 개념적으로 다수의 세그먼트(1, 2, 3 및 4)로 세분될 수 있다. 세그먼트(1)는 여기에서 우주 세그먼트, 세그먼트(2)는 사용자 세그먼트, 세그먼트(3)는 지상(육상) 세그먼트로, 및 세그먼트(4)는 전화 시스템 기반 세그먼트라고 한다.
본 발명의 양호한 실시예에는 예로서 1414 km 저 지구 궤도(LEO)에 총 48 개의 위성이 있다. 위성(12)은 단위평면당 6개의 동일한 공간위성을 가진 8개의 궤도면(워커 별자리)에 분포된다. 궤도면은 적도선에 대해서 52도 경사지고 각 위성은 매 114 분마다 한 궤도를 완료한다. 이 방법은 바람직하게는 남위 약 70도와 북위 약 70도 사이의 특정 사용자 위치로부터 어떠한 주어진 시간에 보이는 곳에서 적어도 두개의 위성을 갖는 거의 지구전체 유효범위를 제공한다.
이와 같이, 사용자는 전화 기반 세그먼트(4)의 일부를 사용하는 하나 이상의 게이트웨이(18) 및 하나 이상의 위성(12)을 경유해, 게이트웨이(GW) 유효범위지역 내 지구 표면의 거의 모든 지점에서 또는 지점으로부터 지구의 표면의 다른 한점에서 또는 한점으로부터(PSTN 을 지나서) 통신이 허용된다.
이 시점에서 시스템(10)의 전술한 설명은 통신 시스템의 하나의 적당한 실시예를 나타내며, 그 안에서 본 발명의 이론과 사용을 찾을 수 있다는 것을 주지한다. 즉, 통신시스템의 구체적인 설명은 본 발명의 실시를 한정하는 의미로 읽거나 해석되지 않는다.
시스템(10)의 설명을 계속하면, 위성(12)들 사이와, 또한 각 위성에 의해서 송신된 16개 개개의 스폿 빔의 개별 위성 사이의 소프트 전송(핸드오프)처리는(도 3b), 확산 스펙트럼(SS), 코드분할다중접근(CDMA) 기술에 의해서 손상되지 않는 통신을 제공한다. 현재 양호한 SS-CDMA 기술은, 비록 다른 확산 스펙트럼 및 CDMA 기술 및 프로토콜이 사용될 수 있더라도, 1993년 7월에 TIA/EIA/IS-95의 "이중 모드 광역 확산 스펙트럼 셀방식의 시스템용 이동국 기반 스테이션 호환성 규격" 인 TIA/EIA 중간규격과 비슷하다.
저 지구 궤도는 위성(12)을 경유해 저 전원 고정 또는 이동 사용자 단말기(13)의 통신을 허용하고, 상기 각 위성은 본 발명의 현재 양호한 실시예에서, 사용자 단말기(13) 또는 게이트웨이(18)로부터의 통신 트래픽 신호(음성 및/또는 데이터와 같은)를 수신하고, 수신된 통신 트래픽 신호를 다른 주파수 대역으로 변환하고, 그 다음에 변환된 신호를 재송신하는 "밴트 파이프(bent pipe)" 수신기로서 단독으로 기능한다. 즉, 수신된 통신 트래픽 신호의 온보드 신호처리가 발생하고, 위성(12)은 수신된 또는 송신된 통신 트래픽 신호가 전달되는 어떠한 정보를 알게되지 않는다.
또한, 직접 통신링크 또는 위성(12)들 사이의 링크가 필요없다. 즉, 각 위성(12)은 사용자 세그먼트(2)에 위치된 송신기로부터의 또는 지상 세그먼트(3)에 위치된 송신기로부터의 신호만을 수신하고, 사용자 세그먼트(2)에 위치된 수신기 또는 지상 세그먼트(3)에 위치된 수신기로만 신호를 송신한다.
사용자 세그먼트(2)는 위성(12)과의 통신에 적용되는 다수 형태의 사용자 단말기(13)를 포함한다. 예로서, 사용자 단말기(13)는, 한정하는 것은 아니나, 포켓용 이동 무선전화(14), 차량 장착 이동 무선전화(15), 페이징/메세징형 장치(16), 및 고정 무선전화(14a)를 포함하는 다수의 다른 형태의 고정 또는 이동 사용자 단말기를 포함한다. 사용자 단말기(13)는 양호하게 하나 이상의 위성(12)을 경유해 양방향 통신용 전방향성 안테나(13a)를 가지고 있다.
고정 무선전화(14a)가 방향성 안테나를 사용할 수 있다는 것을 유의해야 한다. 이것은 하나 이상의 위성(12)으로 동시에 서비스될 수 있는 사용자 수의 증가의 결과로서 일어나는 간섭을 감소시킬 수 있다는 점에서 이득이다.
또한 사용자 단말기(13)는 지상 셀방식 시스템을 가진 종래의 방식으로 통신하기 위한 회로를 포함하는 이중 사용 장치일 수 있다는 것을 유의해야 한다.
또한 도 3a를 참조하면, 사용자 단말기(13)는 복귀(return) 및 순방향 위성 트랜스폰더(12a 및 12b)를 통해서 각각 예로서 L-대역 RF 링크(업링크 또는 복귀 링크(17(b)) 및 S-대역 RF 링크(다운링크 또는 순방향 링크(17a))를 경유해 전이중(full-duplex)방식으로 동작할 수 있고 통신할 수 있다. 복귀 L 대역 RF 링크(17b)는 1.61 GHz 내지 1.625 GHz 의 주파수, 16.5 MHz 대역폭 범위내에서 동작할 수 있고, 양호한 확산 스펙트럼 기술에 따라 패킷된 디지털 음성신호 및/또는 데이터 신호로 변조된다. 순방향 S 대역 RF 링크(17a)는 2.485 GHz 내지 2.5 GHz 의 주파수, 16.5 MHz 대역폭 범위내에서 동작할 수 있다. 순방향 RF 링크(17a)는 또한 확산 스펙트럼 기술에 따라서 패킷된 디지털 음성신호 및/또는 데이터 신호로 게이트웨이(18)에서 변조된다.
순방향 링크의 16.5 MHz의 대역폭은 예를 들면 단위 채널당 128 사용자까지 할당되는 13개 채널로 분할된다. 복귀링크는 각종 대역폭을 가질 수 있고, 주어진 사용자 단말기(13)기 순방향 링크에 할당된 채널보다 다른 채널로 할당되거나 또는 할당되지 않을 수 있다. 그러나, 복귀링크의 다이버시티 수신모드에서 동작할때, 사용자는 각 위성에 대한 동일한 순방향 및 복귀링크 RF 채널이 할당된다.
지상 세그먼트(3)는, 예를 들면, 일반적으로 3 GHz 이상의 범위안에서 양호하게는 C-대역에서 동작하는 전이중 C 대역 RF 링크(19)(순방향 링크(19a)(위성에 대해), 복귀링크(19b)(위성으로부터)를 경유해 위성(12)과 통신하는 적어도 하나의 그러나 일반적으로 다수의 게이트웨이(18)를 포함한다. C-대역 RF 링크는 양방향으로 통신 피더링크를 전달하고, 또한 위성 및 위성으로부터의 원격측정 정보로 위성명령을 전달한다. 순방향 피더링크(19a)는 5 GHz 내지 5.25 GHz 의 대역에서 동작할 수 있는 반면에, 복귀 피더링크(19b)는 6.875 GHz 내지 7.075 GHz 의 대역에서 동작할 수 있다.
위성 피더링크 안테나(12g 및 12h)는 양호하게 LEO 위성(12)으로부터 보이는 바와 같이 최대 지구 유효범위지역의 범위를 정하는 넓은 유효범위 안테나이다. 현재 통신시스템(10)의 양호한 실시예에서 주어진 LEO 위성(12)으로부터 범위가 정해진 각(지구의 표면으로부터의 10°상하각을 가정하면)은 대략 110°이다. 이것은 대략 직경이 3600 마일인 유효범위 지대를 산출한다.
L-대역 및 S-대역 안테나는 관련된 지상 서비스 지역내의 유효범위를 제공하는 다중 빔 안테나이다. L-대역 및 S-대역 안테나(12d 및 12c)는 도 3b에 도시된 바와 같이 각각 양호하게 서로 합병한다. 즉, 이 특성이 시스템(10)의 동작에 대해 임계적이지 않더라도, 우주선으로부터의 송신 및 수신 빔은 지구의 표면에 동일한 지역을 커버한다.
예로서, 수천 전이중 통신은 주어진 하나의 위성(12)을 통해서 생길 수 있다. 시스템(10)의 특성에 따라서, 2개 이상의 위성(12)은 주어진 사용자 단말기(13)와 하나의 게이트웨이(18) 사이의 동일한 통신을 각기 전달할 수 있다. 아래에 자세히 설명된 바와 같이, 이 동작의 형태는 소프트 핸드오프 절차의 실행을 페이딩하고 촉진하도록 증가된 저항을 이끄는 각각의 수신기에 다이버시티 결합(diversity combining)을 제공한다.
여기서 설명되는 모든 주파수, 대역폭 등은 단지 하나의 특정 시스템을 대표하는 것을 가리킨다. 다른 주파수 및 주파수의 대역은 논의되는 이론에서 변경없이 사용될 수 있다. 단지 하나의 예로서, 게이트웨이와 위성 사이의 피더링크는 C 대역(대략 3 GHz 내지 대략 7 GHz)보다 다른 대역, 예를 들면 Ku 대역(대략 10 GHz 내지 대략 15 GHz) 또는 Ka 대역(대략 15 GHz 이상)의 주파수를 사용할 수 있다. 이들 후자의 주파수 대역 중 하나를 사용할때 본 발명의 이론은 특히 유용하게 된다.
게이트웨이(18)는 위성(12)의 통신 페이로드 또는 트랜스폰더(12a 및 12b)(도 3a)를 전화 기반 세그먼트(4)에 연결하는 기능을 한다. 트랜스폰더(12a 및 12b)는 L-대역 수신 안테나(12c), S-대역 송신 안테나(12d), C-대역 전력 증폭기(12e), C-대역 저 잡음 증폭기(12f), C-대역 안테나(12g 및 12h), L 대역 내지 C 대역 주파수 변환구간(12i), 및 C 대역 내지 S 대역 주파수 변환구간(12j)를 포함한다. 위성(12)은 또한 마스터 주파수 발생기(12k) 및 명령 및 원격측정 설비를 포함한다.
이 점에 있어서 이.할스필드 엣 올.에 의해서 "위성 통신 전력 관리 시스템"로 명명된 미국 특허번호 제 5,787,336호 뿐만아니라, 이.할스필드 엣 올.에 의해서 "이동 통신 위성 패이로드"로 명명된 미국특허 제 5,422, 647호를 참조할 수 있고, 그 개시된 내용은 여기에 참고하기 위해 온전히 포함되어 있다.
전화 기반 세그먼트(4)는 현존하는 전화시스템으로 구성되고, 공공지역 이동망(PLMN) 게이트웨이(20), 지역공공 전화망(RPTN)(22) 또는 다른 근거리 서비스 제공자와 같은 근거리 전화스위치, 국내 장거리망(24), 국제망(26), 구내망(28) 및 다른 RPTN(30)을 포함한다. 통신시스템(10)은 사용자 세그먼트(2)와 전화 기반 세그먼트(4)의 공용회선 스위치전화망(PSTN)전화(32) 및 비PSTN 전화(32), 또는 구내망일 수 있는 각종 형태의 다른 사용자 단말기 사이의 양방향 음성 및/또는데이터 통신을 제공하도록 동작한다.
도 1에 도시된(도 4에 또한 도시된)것은, 지상 세그먼트(3)의 일부로서, 위성동작 제어센터(SOCC)(36), 및 지상동작 제어센터(GOCC)(38)이다. 지상 데이터망(GDN)(39)(도 2 참조)을 포함하는 통신경로는 게이트웨이(18)와 TCU(18a), 지상 세그먼트의 SOCC(36)와 GOCC(38)의 상호접속시키기 위해 제공된다. 통신시스템(10)의 이 부분은 전체 시스템 제어기능을 제공한다.
도 2는 하나의 게이트웨이(18)를 매우 자세하게 도시한다. 각 게이트웨이(18)는 각기 접시안테나(40), 안테나 드라이버(42)와 페디스탈(42a), 저 잡음 수신기(44), 및 고 전력 증폭기(46)를 포함하는 4 개까지의 이중 극성 RF C-대역 서브시스템을 포함한다. 이들 구성요소 모두는 환경보호를 제공하기 위한 레이돔(radome) 구조안에 위치될 수 있다.
게이트웨이(18)는 수신되고 송신된 RF 캐리어 신호를 각각 처리하기 위한 다운컨버터(48)와 업컨버터(50)를 더 포함한다. 다운컨버터(48)와 업컨버터(50)는 PSTN 인터페이스(54)를 통해서 차례로 공용회선 스위치전화망(PSTN)에 연결되는 CDMA 서브시스템에 접속된다. 선택적으로, PSTN은 위성 대 위성 링크를 사용함으로써 바이패스될 수 있다.
CDMA 서브시스템(52)은 신호합산기/스위치유닛(52a), 게이트웨이 송수신기 서브시스템(GTS)(52b), GTS 제어기(52c), CDMA 상호접속 서브시스템(CIS)(52d), 및 셀렉터 뱅크 서브시스템(SBS)(52e)을 포함한다. CDMA 서브시스템(52)은 기지국 관리자(BSM)(52f)에 의해서 제어되고, CDMA-호환성 있는(예를 들면, IS-95 호환기)기지국과 비슷한 방식으로 기능을 한다. CDMA 서브시스템(52)은 또한 요구 주파수 합성기(52g) 및 글로벌 포지셔닝 시스템(GPS) 수신기(52h)를 포함한다.
PSTN 인터페이스(54)는 PSTN 서비스 스위치 포인트(SSP)(54a), 호출 제어 처리기(CCP)(54b), 방문자 위치 기록기(VLR)(54c), 및 홈 위치 기록기(HLR)에 대한 프로토콜 인터페이스(54d)를 포함한다. HLR은 셀방식의 게이트웨이(20)(도 1)에 또는 마음대로 PSTN 인터페이스(54)에 위치될 수 있다.
게이트웨이(18)는 SSP(54a)를 통해서 만들어진 표준인터페이스를 통해서 전기통신망에 접속된다. 게이트웨이(18)는 인터페이스를 제공하고, 프라이머리 레이트 인터페이스(PRI)를 경유해 PSTN에 접속한다. 게이트웨이(18)는 이동 스위치 센터(MSC)에 직접접속을 더 제공할 수 있다.
게이트웨이(18)는 CCP(54b)에 신호를 알리는 고정된 SS-7 ISDN을 제공한다. 이 인터페이스의 게이트웨이측에는, CCP(54b)가 CIS(52d)와 인터페이스 접속을 하므로 CDMA 서브시스템(52)에 인터페이스 접속을 한다. CCP(54b)는 CDMA 통신용 IS-59 중간 표준과 비슷할 수 있는 에어 인터페이스(AI) 시스템에 대해 프로토콜 자동중계 기능을 제공한다.
블록(54c 및 54d)은 일반적으로 게이트웨이(18)와 예를 들면 IS-41(북미표준, AMPS) 또는 GSM(유럽표준, MAP) 셀방식 시스템과 호환할 수 있고, 특히, 로머(roamer)를 다루기 위한 구체적인 방법에 대해, 즉, 그들 홈 시스템의 외부에 호출을 두는 사용자에게 외부 셀방식 전화망 사이에 인터페이스를 제공한다.
게이트웨이(18)는 시스템 10/AMPS 폰 및 시스템 10/GSM 폰을 위한 사용자 단말기 인증을 지지한다. 전기통신망 기반이 존재하지 않는 서비스지역에서, HLR은 게이트웨이(18)에 가산될 수 있고 인터페이스 신호를 보내는 SS-7과 인터페이스될 수 있다.
정상 서비스 지역밖으로 호출 하는 사용자(로머)는 공인되면 시스템(10)에 의해서 조정된다. 로머는 임의의 환경에서 발견될 수 있으므로 사용자가 전세계 어느곳으로부터 호출을 하기 위해서 동일한 단말기 설비를 사용할 수 있고, 필요한 프로토콜 변환은 게이트웨이(18)에 의해서 명백하게 만들어진다. 프로토콜 인터페이스(54d)는 예를 들면 GSM을 AMPS로 변환시키도록 요구되지 않을때 바이패스된다.
게다가 또는 GSM 이동 스위치 센터를 위해 특정된 종래의 "A" 인터페이스 및 IS-41 이동 스위치 센터에 대한 벤더 독점 인터페이스 또는 대신에 셀방식의 게이트웨이(20)에 대해 전용의, 보편적인 인터페이스를 제공하는 것이 본 발명의 이론의 범위내이다. PSTN-INT로 명명된 신호경로로서 도 1에 도시된 바와 같이, PSTN에 대해 직접 인터페이스를 제공하는 것이 더 본 발명의 범위이다.
전체 게이트웨이 제어는 전술한 지상 데이터망(GDN)(39)에 대한 인터페이스(56a)와 서비스 공급자 제어 센터(SPCC)(60)에 대한 인터페이스(56b)를 포함하는 게이트 제어기(56)에 의해서 제공된다. 게이트웨이 제어기(56)는 일반적으로 BSM(52f)를 통해서 그리고 각 안테나(40)와 결합된 RF 제어기(43)를 통해서 게이트웨이(18)에 상호접속된다. 게이트웨이 제어기(56)는 사용자의 데이터베이스와 같은 데이터베이스(62), 위성 천체력 데이터 등, 및 서비스 인원이 게이트웨이 제어기(56)에 액세스를 얻게하는 I/O 유닛(64)에 추가로 연결된다. GDN(39)은 또한 양방향으로 원격측정 및 명령(T＆C) 유닛으로 인터페이스된다(도 1 및 도 4).
도 4를 참조하면, GOCC(38)의 기능은 게이트웨이(18)에 의해서 위성이용을 계획하고 제어하는 것이며, SOCC(36)와 이 이용을 조정하는 것이다. 일반적으로, GOCC(38)는 트렌드를 분석하고, 트래픽 계획을 발생하며, 위성(12) 및 시스템 자원(전력 및 채널 할당과 같은 것이나 한정하려는 것은 아니다)을 할당하고, 전체시스템(10)의 실행을 모니터링하며, GDN(39)을 경유해 실시간 또는 미리 게이트웨이(18)에, 사용 지시를 송출한다.
SOCC(36)는 다른 기능들에 더하여 궤도를 유지하고 모니터링하기 위해서, GDN(39)을 경유해 GOCC(38)에 입력하기 위한 게이트웨이로 위성사용정보를 중계하기 위해서, 위성배터리의 상태를 포함하여 각 위성(12)의 전체기능을 모니터링하기 위해서, 위성(12)안에 RF 신호경로에 대한 이득을 설정하기 위해서, 그리고 지구 표면에 관해 최적의 위성방위를 보증하기 위해서 동작한다.
상술된 바와 같이, 각 게이트웨이(18)는 음성 및/또는 데이터 통신, 양쪽 모두의 신호를 보내기 위한 PSTN으로 주어진 사용자를 접속하는 기능을 하고, 또한 빌링(billing) 목적으로 데이터베이스(62)를 경유해(도 2) 데이터를 발생시키는 기능을 한다. 선택된 게이트웨이(18)는 복귀링크(19b) 이상의 위성(12)에 의해서 송신되는 원격측정 데이터를 수신하기 위한, 순방향 링크(19a)를 경유해 위성(12)까지 명령을 송신하기 위한 원격측정 및 명령 유닛(TCU)(18a)을 포함한다. GDN(39)은 게이트웨이(18), GOCC(38) 및 SOCC(36)를 상호접속시키기 위해서 동작한다.
일반적으로, LEO 별자리의 각 위성(12)은 게이트웨이(18)로부터 사용자에게 정보를 중계하기 위해서 동작하고(C 대역 순방향링크(19a) 내지 S 대역 순방향링크(17a)), 사용자로부터 게이트웨이(18)에게 정보를 중계하기 위해서 동작한다(L 대역 복귀링크(17b) 내지 C 대역 복귀링크(19b)). 이 정보는 전력제어신호외에 SS-CDMA 동기현상과 페이징 채널을 포함한다. 각종 CDMA 감시통신로는 순방향링크에 간섭을 모니터링하기 위해서 사용될 수도 있다. 위성 천체력 갱신 데이터는 위성(12)을 경유해 게이트웨이(18)로부터 각 사용자 단말기(13)로 통신될 수도 있다. 위성(12)은 또한 사용자 단말기(13)에서 게이트웨이(18)로 액세스 요구, 전력변경요구, 및 등록요구를 포함하는 신호정보를 중계하는 기능을 한다. 위성(12)은 사용자와 게이트웨이(18) 사이의 통신신호를 중계할 수도 있고, 권한이 없는 사용을 완화하는 보호를 적용할 수 있다.
동작에서, 위성(12)은 위성 동작상태의 측정을 포함하는 우주선 원격측정 데이터를 송신한다. 위성으로부터의 원격측정 스트림, SOCC(36)로부터의 커맨드, 및 통신피더링크(19)는 모두 C 대역 안테나(12g 및 12h)를 공유한다. TCU(18a)를 포함하는 그 게이트웨이(18)에 있어서 수신된 위성 원격측정 데이터는 SOCC(36)로 즉시 전송되거나, 또는 원격측정 데이터는 거의 SOCC 요구로, 뒤의 시간에 SOCC(36)로 전송된 다음에 저장된다. 즉시 송신되거나 또는 전송된 다음에 저장되는 원격측정 데이터 단일 마이너 원격측정 프레임을 포함하는 패킷메시지로서 GDN(39)으로 발송된다. 하나 이상의 SOCC(36)가 위성 지지물에 제공되면, 원격측정 데이터는 모든 SOCC로 발송된다.
SOCC(36)는 GOCC(38)와 몇개의 인터페이스 기능을 가진다. 하나의 인터페이스 기능은 각 게이트웨이(18)가 정확하게 게이트웨이를 고려하게 되는 4개까지의 위성을 추적할 수 있도록 SOCC(36)가 GOCC(38)로 궤도정보를 제공하는 궤도위치정보이다. 이 데이터는 공지된 알고리즘을 사용하여, 게이트웨이(18)가 그들 자신의 위성접촉리스트를 개발시키기에 충분한 데이터 테이블을 포함한다. SOCC(36)는 알려진 게이트웨이 추적일정에 요구되지 않는다. TCU(18a)는 다운링크 원격측정 대역을 찾고 명령의 전파에 앞서 각 안테나에 의해서 추적되는 위성을 유일하게 확인한다.
다른 인터페이스 기능은 SOCC(36)로부터 GOCC(38)로 보고되는 위성상태 정보이다. 위성상태 정보는 양쪽 위성/트랜스폰더 유용성, 배터리 상태 및 궤도정보를 포함하고, 일반적으로 통신목적용 위성(12)의 전체 사용 또는 일부사용을 불가능하게 되는 어떠한 위성관련제한을 혼합한다.
시스템(10)의 중요한 양상은 게이트웨이 수신기에서와 사용자 단말기 수신기에서의 다이버시티 결합과 함께 SS-CDMA의 사용이다. 다이버시티 결합은 신호가 다중 및 다른 경로길이에 의해서 다중위성으로부터의 사용자 단말기(13) 또는 게이트웨이(18)에 도달할때 페이딩의 효과를 완화시키기 위해서 사용된다. 사용자 단말기(13)와 게이트웨이(18)에서의 레이크 수신기는 다중소스로부터의 신호를 수신하여 결합시키기 위해서 사용된다. 예로서, 사용자 단말기(13) 또는 게이트웨이(18)는 순방향 링크 신호 또는 위성(12)의 다중 빔을 통해서 동시에 송수신되는 복귀링크신호에 대한 다이버시티 결합을 제공한다.
이점에 있어서 "중계기 다이버시티 스펙트럼 확산 통신시스템"의 명명으로 스테펀 에이.아메스에 의해서 1993년 8월 3일 발행된 미국특허 제5, 233, 626호의 개시된 바는 여기 참조를 위해서 온전히 그대로 포함된다.
연속 다이버시티 수신모드에서의 수행은 하나의 위성 수신기를 통해서 하나의 신호를 수신하는 것보다 우수하고, 또한 수신된 신호에 악영향을 미치는 나무 또는 다른 장애물로부터의 새도윙(shadowing)이나 방해에 기인하여 하나의 링크를 잃게되는 통신에 있어서 끊김이 없다.
주어진 하나의 게이트웨이(18)의 다중의 지향성 안테나(40)는 사용자 단말기(13)에서의 다이버시티 결합을 지지하기 위해 하나 이상의 위성(12)의 다른 빔을 통해서 순방향링크(게이트웨이에서 사용자 단말기)를 송신할 수 있다. 사용자 단말기(13)의 전방향 안테나(13a)는 사용자 단말기(13)로부터 "보일" 수 있는 모든 위성빔을 통해서 송신한다.
각 게이트웨이(18)은 느린 페이드를 처리하기 위해서 송신 전력 제어기능을 지지하고, 또한 빠른 페이드에 매체를 처리하기 위해서 블록 인터리빙을 지지한다. 전력제어는 순방향링크와 역방향링크에서 이행된다. 전력제어 기능의 응답시간은 최악의 경우 30 msec 위성 왕복여행 지연을 수용하도록 조정된다.
블록 인터리버( 도 5에서 53d, 53e, 53f)는 보코더(53g) 패킷 프레임과 관계가 있는 블록길이를 통해서 동작한다. 최적의 인터리버 길이는 전체 단부대단부 지연의 증가를 무릅쓰고, 더 긴 길이를 교환하고, 따라서 에러보정이 향상된다. 양호한 단부대단부 지연은 150 msec 미만이다. 이 지연은 다이버시트 결합, 보코더(53g) 처리지연, 블록 인터리버(53d-53f)지연, 및 CDMA 서브시스템(52)의 일부를 형성하는 비터비 디코더(도시되지 않음)의 지연에 의해서 수행된 수신된 신호정렬에 기인하는 것을 포함하는 모든 지연을 포함한다.
도 5는 도 2의 CDMA 서브시스템(52)의 순방향링크 변조부의 블록도이다. 합산기 블록(53a)의 출력은 합산기와 스위치(52a)블록을 차례로 공급하는 주파수 변경가능 업컨버터(53b)을 공급한다. 원격측정 및 제어(T＆C)정보도 블록(52a)에 입력된다.
변조되지않은 직접 순차 SS 감시통신로는 원하는 비트속도로 모든 제로 월시코드를 발생시킨다. 이 데이터 스트림은 다른 게이트웨이(18) 및 다른 위성(12)으로부터 신호를 분리하기위해 사용되는 쇼트 PN 코드와 결합된다. 사용되면, 감시통신로는 상기 쇼트코드에 가산된 모듈로(2)이고 그다음에 CDMA FD RF 채널 대역폭에 걸쳐서 확산된 QPSK 또는 BPSK 이다. 다음의 다른 의사잡음(PN) 코드 오프셋이 제공된다: (a) 사용자 단말기(13)가 유일하게 게이트웨이(18)를 확인시키게 하는 PN 코드 오프셋; (b) 사용자 단말기(13)가 유일하게 위성(12)을 확인시키게 하는 PN 코드 오프셋; 및 (c) 사용자 단말기(13)가 유일하게 위성(12)으로부터 송신되는 주어진 하나의 빔을 확인시키게 하는 PN 코드 오프셋: 다른 하나의 위성(12)으로부터의 파일럿 PN 코드는 동일한 파일럿 시드 PN 코드로부터의 다른 시간/위상 오프셋으로 할당된다.
사용될 경우, 각 감시통신로는 다른 신호들보다 높거나 또는 낮은 전력 레벨로 송신되는 게이트웨이(18)에 의해서 송신된다. 감시통신로는 사용자 단말기(13)가 순방향 CDMA 채널의 타이밍을 얻을 수 있게 하고, 간섭성의 복조를 위한 페이즈 기준을 제공하고, 핸드오프 시작할때를 결정하기 위해서 신호강도비교를 수행하기 위한 메커니즘을 제공한다. 그러나 상기 감시통신로 사용은 강제가 아니고, 다른기술이 이 목적으로 사용될 수 있다.
동기채널은 다음 정보를 포함하는 데이터 스트림을 발생시킨다: (a) 시각; (b) 게이트웨이 식별송신; (c) 위성 천체력; 및 (d) 활당된 페이징 채널. 동기 데이터는 빠른 페이드를 제거하기 위해 블록 인터리브된 다음에 데이터가 회선으로 부호가 매겨지는 회선 부호기(53h)에 적용된다. 결과 데이터스트림은 동기월시코드 및 CDMA FD RF 채널 대역폭에 걸쳐서 확산된 QPSK 또는 BPSK 에 두개 가산된 모듈로이다.
페이징 채널은 회선으로 부호가 매겨진 다음에 블록 인터리브되는 회선부호기(53i)에 적용된다. 롱 코드 발생기(53j)의 출력과 결합된다. 롱 PN 코드는 다른 사용자 단말기(13) 대역을 분리하기 위해서 사용된다. 페이징 채널 및 롱 코드는 두개 가산되고, 결과신호가 월시코드에 2개 가산된 모듈로인 심볼커버에 제공된 모듈로이다. 그 다음에 결과는 CDMA FD RF 채널 대역폭에 걸쳐서 확산된 QPSK 또는 BPSK 이다.
일반적으로, 페이징 채널은 다음과 같은 몇개의 메시지 형태를 전송한다: (a) 시스템 파라미터 메시지; (b) 액세스 파라미터 메시지; 및 (c) CDMA 채널 리스트 메시지.
시스템 파라미터 메시지는 페이징 채널의 구성, 등록 파라미터, 및 포착을 돕기 위한 파라미터를 포함한다. 액세스 파라미터 메시지는 액세스 채널의 구성 및 액세스 채널 데이터 속도를 포함한다. CDMA 채널 리스트 메시지는 사용되면 관련된 파일럿 식별 및 월시 코드 할당을 전송한다.
보코더(53k)는 음성을 PCM 순방향 트래픽 데이터 스트림으로 부호화시킨다. 순방향 트래픽 데이터 스트림은 회선으로 부호화된 다음에 블록(53f)에서 블록 인터리버되는 회선부호기(53l)에 적용된다. 그로 인해 형성된 테이터스트림은 사용자 롱 코드 블록(53k)의 출력과 결합된다. 사용자 롱 코드는 다른 가입자 채널을 분리하기 위해서 사용된 다음에, 그로 인해 형성된 데이터 스트림은 멀티플렉서(MUX)(53m), 월시코드에 2개 가산된 모듈로, 및 이때에 CDMA FD RF 채널 대역폭에 걸쳐서 확산된 QPSK 또는 BPSK에서 전력제어된다.
게이트웨이(18)는 CDMA 복귀링크를 복조하기 위해서 동작한다. 복귀링크에 대해 다음과 같은 2개의 다른 코드가 있다: (a) 제로 오프셋 코드; (b) 롱 코드: 이들은 두개의 다른 형태의 복귀링크 CDMA 링크, 즉 액세스 채널 및 복귀 트래픽 채널에 의해서 사용된다.
액세스 채널에 있어서 게이트웨이(18)는 액세스를 요구하는 액세스 채널로 버스트(burst)를 수신하고 기호를 푼다. 액세스 채널 메시지는 상대적으로 소량의 데이터에 따른 롱 프리앰블(preamble)에서 구현된다. 프리앰블은 사용자 단말기의 롱 PN 코드이다. 각 사용자 단말기(13)는 유일한 공통 PN 발생기 다항식으로 오프셋되는 유일한 시간에 의해서 발생된 유일한 롱 PN 코드를 가진다.
액세스 요구를 수신한 후, 게이트웨이(18)는 액세스 요구의 수신을 알리고 순방향 트래픽 채널을 개설하기 위해서 사용자 단말기(13)로 월시코드를 할당하는 링크 페이징 채널(블록 53e, 53i, 53j)에 대해서 메시지를 보낸다. 게이트웨이(18)는 또한 사용자 단말기(13)에 주파수 채널을 할당한다. 사용자 단말기(13)와 게이트웨이(18)는 할당된 채널소자로 스위치하고 할당된 월시(확산)코드를 사용하는 이중통신을 시작한다.
복귀 트래픽 채널은 사용자 단말기(13)에서 지역 데이터 출처 또는 사용자 단말기 보코더로부터의 디지털 데이터를 회선으로 부호화함으로써 발생된다. 그 다음에 데이터는 소정간격으로 블록 인터리브되고 충돌을 감소시키기 위해서 128-아리 변조기 및 데이터 버스트 랜덤아이저에 적용된다. 그 다음에 데이터는 제로 오프셋 PN 코드에 가산되며 하나 이상의 위성(12)을 통해서 게이트웨이(18)로 송신된다.
게이트웨이(18)는 128-아리 월시 코드를 복조하기 위해서 예를 들면 빠른 하다마르 변환(Fast Hadamard Transform)(FHT)을 사용함으로써 복귀링크를 처리하며 다이버시티 결합기에 복조된 정보를 제공한다.
전술한 것은 컴퓨터 시스템(10)의 현재 양호한 실시예의 일반적인 설명이 되어져 왔다. 이제 설명은 순방향링크 전력제어 시스템의 실시예로 만들어진다.
순방향링크는 적어도 하나의 위성(12)을 경유해 게이트웨이(18)에서 사용자 단말기(13)로의 링크로 간주된다. 피더링크(19)는 위성(12)을 게이트웨이(18)로 및 그것으로부터 접속하는 순방향링크의 일부로 간주되는 반면에, 사용자링크(17)는 위성(12)을 사용자 단말기(13)로 및 단말기로부터 접속하는 순방향링크의 일부로 간주된다.
도 6을 참조하면, 게이트웨이(18)로부터의 하나 이상의 위성(12)에 대한 피더링크는 사용자 링크에 대해 구동전력을 제공한다. 사용자 링크는 위성(12)에 대해 상당한 양의 전력을 소비한다. 게이트웨이(18)와 위성(12')사이의 피터링크에 손상이 없다면, 위성의 전력은 그것의 연결된 사용자 링크에 대해 최대화됨으로써, 전체 시스템의 효율과 용량을 최대화시킨다.
그러나, 게이트웨이(18)와 위성(12") 사이에 위치된 레인셀에 의해서 피더링크 자체가 손상되면, 이전에 설명된 사용자 링크 전력 루프는 특정 사용자 단말기(13)가 자신이 손상된 것을 발견하는지 어떤지가 활성화될 것이다. 즉, 위성(12")으로부터 수신된 신호전력에서 감소를 검출하는 사용자 단말기(13)는 역방향링크에 대해 순방향의 전력 증가를 요구하는 메시지를 보낼것이다. 레인셀에 기인한 피더링크 신호에서의 감쇠에 기인하여 위성(12″)으로부터의 통신신호를 수신하는 모든 사용자 단말기(13)는 수신된 전력의 감소를 동시에 경험하고, 피더링크의 증가를 동시에 요구할것이라는 것이 통찰될 수 있다. 피더링크 전력에서의 결과 돌발서지는 위성(12")에서 전력소비의 상당한 대응 증가로 변형되고, 이것은 거의 선모양으로 수신된 피더링크 전력에 대응하는 전력과 함께 사용자 단말기(13)로 피더링크신호를 반복하기 위해서 동작한다.
즉, 저 지구 궤도 위성시스템 및 다른 위성시스템은 일반적으로 지상국, 이 경우에는 게이트웨이(18)를 지나는 위성을 추적한다. 이것은 레인셀을 통해서 피더링크 신호(F1)를 송신하도록 게이트웨이(18)안테나(40)가 조종된다. 그 결과, 피터링크부분(F2)의 신호레벨은 F1과 비교되 감소될 것이다. 피더링크부분(F2)은 위성(12")에 도달할때까지 추가경로손실을 경험한다. 이 손실의 결과로 모든 사용자 단말기(13)는 보다 위성 프라임 전력을 요구할 것이다.
외부 전력제어 루프는 게이트웨이(18)에서의 피더링크에 제공된다. 외부 전력제어 루프는 피더링크 손실, 이 경우는 레인셀에 의해서 야기된 감쇠에 비례하여 게이트웨이(18)안테나(40)로부터 송신된 전력을 증가시키기 위해서 동작한다. 따라서 이 외부전력제어루프는 거의 일정한 레벨에서 위성(12")에 의해서 수신된 전력속밀도를 유지하고, 그결과, 사용자 단말기(13)는 위성(12")으로부터 수신된 전력에서 상당한 감소를 경험하지 않는다.
외부 전력제어 루프는 도 6 및 도 7에 도시된 바와같이 기준신호 수신기(70) 및 기준신호 추적처리기(72)를 포함한다. 상기 기준신호 수신기(70) 및 기준신호 추적처리기(72)는 RF 시스템 제어기(43) 및 피더링크 RF 시스템(46, 50)과 함께 동작한다(도 2의 게이트웨이(18)블록도에 도시된 바와 같은). 기준신호 수신기(70)는 특정 주파수에서 위성(12)으로부터의 다운링크 기준(R)신호를 모니터링한다. 이 주파수는 레인셀(예를 들면 S-대역에서의 주파수)에 상당히 손상되지 않을 정도로 낮게 선택되고, 따라서 본질적으로 부분(R2)에서 부분(R1)에서와 같은 레벨로 남는다. 기준신호 수신기(70)는 수신된 SS-CDMA 신호를 복조하고 게이트웨이(18)에서 수신된 신호전력지시의 기준신호를 데이터 스트림(70a)으로서 기준신호 추적처리기(72)로 출력한다. 기준신호 추적처리기(72)는 데이터 스트림(70a)을 처리하며 에러신호 또는 명령을 하나 이상의 RF 시스템 제어기(43)에 송출하고, RF 시스템 제어기는 게이트웨이(18)의 링크(1) 내지 링크(N)에 대해 피더링크 RF 시스템(46, 50)의 이득을 제어한다. 이와 같이 송신된 피더링크 전력은 게이트웨이(18)와 위성(12) 사이의 피더링크에 의해서 경험된 감쇠의 양에 비례하여 증가된다.
보다 자세하게는, 도 8의 논리 흐름도를 참조하면, 블록 A에서 피더링크 확산 스펙트럼 기준신호 수신기(70)는 각 다운링크 기준신호(R)를 수신하고 복조한다. 기준신호 다운링크 주파수가 업링크 피더링크 수파수보다 현저히 작기 때문에, 대다수의 레인손실(있다면)은 업링크 피더링크 신호에 의해서 초래된다. 결과적으로, 블록 B에서 수신된 신호전력 지시신호는 기준신호 추적처리기(72)에 의해서 소정기준과 비교되고, 블록 C에서 레인과 같은 채널손상에 의해서 야기된 피더링크 손실에 비례한 에러신호(E)는 RF 시스템 제어기(43)로 유래되어 출력된다. 즉, 에러신호(E1내지 EN)는 각 피더링크(1 내지 N)에 대해 유래된다. 차례로 에러신호는 각 RF 시스템 제어기(43)에 의해서 블록 D에서 기준신호(R)로 구성되는 복합피더링크의 전력, 및 개별 사용자 단말기(13) 통신신호를 제어하기 위해서 사용되고, 레인손실을 보상하기 위해서 사용된다.
즉, 기준신호(R)는 소정 PN 코드 및 게이트웨이(18)로부터의 제 1 주파수와 업링크 피더링크에 송신되고, 위성(12")과 게이트웨이(18) 사이의 레인셀과 같은 RF 손실에 의해서 감쇠되고, 다운링크에 대해 제 2 저주파수에서의 위성(12")에 의해서 수신되며 반복되고, 기준신호 수신기(70) 및 기준신호 추적처리기(72)에 의해서 수신되고, 디스프레딩되고, 복조되며 처리된다. 이어, 에러신호는 전개되어 업링크 피더링크에 생기는 RF 손실량을 지시하며, 이것은 업링크 주파수 대역이 피더링크를 위성(12")으로부터의 다운링크 신호보다 레인과 같은 RF 손실에 더 영향을 받게시키는 것을 기억하게 된다. 그 다음에 에러신호는 각 사용자 단말기(13)에 의해서 수신된 각 신호의 전력레벨을 거의 동일하게 되도록 업링크 피더링크 송신전력을 변화시키기 위해서 사용된다.
에러신호가 각 RF 시스템 제어기(43)에 제공될 수 있고, 이것으로부터 각 RF 시스템 제어기(43)가 그것의 관련된 피더링크 전력의 변경; 또는 각 RF 시스템 제어기(43)에 있어서 에러신호로부터의 기준신호 추적처리기(72)에서 유도될 수 있고, 적당한 전력제어명령으로서 RF 시스템 제어기로 송신될 수 있는 피더링크 전력에서의 변경을 유도한다는 것을 알 수 있다.
각 기준신호에 대해서 유일 PN 코드를 사용함으로써 다수의 위성으로부터의 다중복합 기준신호를 분리하는 확산 스펙트럼 수신기의 능력때문에, 단일 기준신호 수신기(70)는 특정 게이트웨이(18)의 시야안에서 각 위성(12)으로 피더링크 업링크 전력을 독립적으로 제어하기 위해서 사용될 수 있다. 즉, 독특한 PN 코드는 각 기준신호에 할당된다. 이점에 있어서, 기준신호 수신기(70)는 다수의 기준신호를 동시에 디스프레딩 및 추적하기 위한 다수의 핑거(finger)를 갖는 잘 알려진 레이크 수신기를 사용할 수 있다. 교대로 기준신호 수신기(70)는 그 기준신호 수신기(70)를 고려하는 다수의 위성(12)에 의해서 반복된 기준신호 사이에 타임 다중송신되는 단일 핑거를 대신 사용할 수 있다. 각 경우에 업링크 피더링크 전력은 필요할때만 증가되므로, 보다 효율적으로 위성용량을 사용하게 하고, 동일 주파수 대역을 공유하는 비슷한 궤도의 다른 위성(12)과 조정 어려움을 최소로 한다. 이 기술은 또한 지상조정에 있어서 높은 피더링크 전력의 효과를 최소로 한다.
다중 다운링크 빔을 사용하는 시스템에 대하여 다수의 기준신호 수신기(70)(도 7에서 70′을 가리킴)는 게이트웨이 유효범위지역에 대해 적당한 지점에 위치될 수 있고, 기준신호 데이터 스트림은 지상 데이터 라인에 대해 또는 위성(12)을 경유한 데이터 스트림으로서 기준신호 추적처리기(72)에 전달된다. 후자의 경우에서 데이터 스트림은 게이트웨이(18)에서의 기준신호 수신기(70)에 의해서 수신된 다음에 기준신호 추적처리기(72)에 입력될 수도 있다.
여기에 사용된 것으로 데이터 스트림(70a)에서 게이트웨이(18)로 역으로 보고되는 수신된 신호전력 또는 품질지시는 예를 들면, 수신된 신호강도 지시기(RSSI) 측정, 또는 신호품질 측정이다. 신호 품질지시는 예를 들면 수신된 비트 에러율(BER)측정, 또는 예를 들면 비터비 디코더 매트릭스로부터 유도된 프레임 에러율(PER)측정에 기초될 수 있다. 품질지시는 또한 소정 음성 시퀀스가 청취자의 모집단에 의해서 평가되는 전체적으로 또는 부분적으로 주관적인 오피니언평균값(Mean Opinion Score)에 기초될 수 있다. 신호전력 또는 품질지시는 기준신호 강도 또는 신호품질값과 같은 소정값에 기준신호 추적처리기(72)에 의해서 비교되고, 에러신호는 두개의 비교된값 사이의 편차를 나타내도록 개발된다. 외부전력 제어루프의 목표는 희망한 링크품질과 일관되는 방식으로 피더링크 전력을 최소화하는 것이다. 동시에 만족할만한 사용자 통신을 제공하면서 피더링크 전력을 최소화하는 것은 위성 프라임 전력을 보존한다.
수신된 신호전력지시가 비교되는 기준값은, 사용자 단말기(13)가 피더링크로부터의 위성(12)에 의해서 반복되는 통신신호를 수신하는 곳에서 원하는 전력레벨에 따라서 결정된다. 기준값은 고정된 값일 필요는 없으나, 예를 들면 총사용자 로드 또는 요구, 일시, 주어진 위성 스폿빔내의 지상에서 총 원하는 RF 플럭스 레벨(예를 들면, 상하각의 함수로서 대략 154 dBW/㎡/4 kHz) 등에 따라 변화될 수 있다.
다수의 기준신호 수신기(70)가 게이트웨이(18)에 의해서 공급되는 지역내에 위치되는 경우에 있어서, 게이트웨이(18)는 평균화 또는 가중평균화 기술과 같은 소정 방식으로 그들을 결합함으로써 다수의 기준신호 수신기(70 및 70′)로부터의 입력을 처리할 수 있다. 후자의 경우에 있어서 고 사용자 밀도를 가지는 지역(즉, 도시지역)과 관련된 그들 기준신호 수신기(70′)로부터 수신된 기준신호 전력지시는 저 사용자 밀도를 가진 지역으로부터 수신된 신호 전력 지시보다 더 무겁게 가중된다.
따라서 본 발명의 전력제어기술은 피더링크에서 손상(예를 들면, Ka 또는 Ku 대역 피더링크에 대한 레인감쇠, C-대역 피더링크를 수신하는 저 상하각 위성에 기인한 손상, 손상된 빔으로부터 수신된 신호에 기인한 손상 등)을 보상하고, 또한 위성 동작 용량 초과시간의 열화(degradation)를 보상한다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 폐쇄 루프 전력제어기술은 집단전력손실(예를 들면, 레인셀에 기인한)을 보상하기 위한 외부 글로벌 피더링크 전력제어루프(82)및 개별 사용자 링크 손상(폴리지(foliage)에 기인한)을 보상하기 위한 다수의 내부 사용자 링크 전력제어루프(84)가 있는 2레벨 적응형 전력제어 루프(80)로 간주된다. 외부 피터링크 전력제어 루프(82)의 시간상수는 내부 사용자 링크 전력제어루프(84)의 것보다 양호하게 길다(예를 들면 5 내지 10 배 길다).
본 발명의 폐쇄 루프 전력제어 기술의 예로서; 사용자 단말기 동적 전력제어범위가 10 dB이라 가정하고, 레인셀이 위성(12)으로부터의 사용자 단말기에 의해서 수신된 S-대역 순방향링크로 8 dB 손실을 도입하면, 이때의 페이드에 의해서 야기된 사용자 링크에서의 6 dB 손상은 보정할 수 없다. 대신에 게이트웨이(18)가 균형잡히게 피더링크 전력을 증가시킴으로써 모든 사용자 링크에 대해 8 dB 레인셀 손실을 보상한다면, 이때의 사용자 단말기 전력제어기능의 동적범위는 레인셀 유도손실에 의해서 악영향을 미치지 않는다.
본 발명에 따르면, 업링크 및 다운링크 감쇠, 게이트웨이 안테나(40)의 잘못향함, 안테나 패턴의 수신 및 송신과 같은 요소에 기인한 위성이득의 변형, 및 온도에 기인한 트랜스폰더 이득의 불확실;의 예와 같은 요소에 기인한 순방향링크의 손실을 보상하는 외부전력 제어루프는 지구의 표면 상에 게이트웨이(18)를 거의 일정하게 원하는 선속밀도로 유지시킨다. 본 발명의 외부전력 제어루프는 게이트웨이에 의해서 송신된 신호가 게이트웨이에 의해서 수신되게 요구하지 않고, 또는 지상으로부터 송신되게 파일럿 신호를 요구하지 않고, 위성으로부터 송신되게 비이컨(beacon)을 요구하지 않는다.
본 발명에 따르면, 게이트웨이(18)는 위성으로부터의 지구가 보이는 지역을 커버하는 하나 이상의 다운링크 빔에서 하나 이상의 사용자 단말기(13)에 의해서 수신되며, 하나 이상의 위성(12)을 통해서 예를 들면 파일럿 채널 또는 순방향링크의 통신채널에 하나 이상의 신호와 같은 하나 이상의 신호를 송신한다. 적어도 약간의 사용자 단말기(13)는 특정 기준신호 또는 정상 통신신호인 수신된 신호의 품질을 측정한다. 사용자 단말기(13)는 특정의 알려진 위치에 위치되는 보정성능을 갖는 공시된 형태(13′)이거나, 또는 서비스 지역에 걸쳐 일반적으로 무작위로 또는 의사난수로 분배되는 성능의 전형적인 공장방식의 확산을 가진 다양한 사용자 단말기 형태(13″)를 포함할 수 있다. 기준 사용자 단말기(13′, 13″)는 측정된 신호품질 데이터를 송신하고, 이것은 예를 들면 수신 단말기의 형태 및 위치와 같은 다른 요소에 기초할 뿐만아니라 단말기로부터의 품질 데이터에 기초한 기준신호의 전력을 조정한다.
더욱 자세하게는, 또한 도 10의 플로우 챠트를 참조하면, 기준 사용자 단말기(13′)가 서비스 진역의 알려진 위치에서 보정된 형태인 경우에는, 수신된 신호의 품질은 단계 A에서 각 기준 단말기(13′)에 의해서 측정된다. 기준 단말기(13′)는 게이트웨이로부터 보이지 않는 빔을 포함하는 어떠한 빔에 위치될 수 있다. 단계 B 에서, 기준 단말기(13′)는 측정된 품질(예를 들면, Ec/No 및/또는 하나 이상의 측정된 에러율(예를 들면, 프레임 또는 심볼))을 랜드라인에 의해서, 또는 위성을 통해서 측정된 데이터를 복귀함으로써 대응 게이트웨이(18)로 보낸다. 단계 C 에서, 기준 단말기(13′)로부터 수신된 측정된 값은 게이트웨이(18)에서의 신호추적처리기(72)에 의해서 소정 기준 또는 목표치와 비교된다. 기준신호의 게이트웨이 송신전력은 목표치와 측정치 사이의 차이에 응해서 도 10의 단계 D 및 단계 F 에서 조정된다. 게이트웨이(18)는 기준 단말기(13′)에 의해서 수신된 신호의 품질을 거의 일정하게 유지하기 위해서 단계 D 에서 기준신호의 송신전력을 조정함으로, 빔(기준 단말기(13′)에서의 전방향성 안테나를 가정)에서 기준 단말기의 위치와 상관없이 단말기에서 선속밀도를 거의 일정하게 유지한다. 단계 F 에서, 게이트웨이(18)에 의해서 수행된 송신된 신호의 전력 조정은 예를 들면, 순방향 링크 송신 및 위성안테나 송신의 지상패턴에서 예측된 변화, 및/또는 위성(12)과 기준 사용자 단말기(13′) 사이의 공간변경에 기인한(예를 들면, 궤도추적을 따라서 이동하는 위성에 기인해) 트랜스폰더 이득 및 경로손실에서의 변화를 고려하는 보상요소를 포함할 수 있다. 위성(12)이 궤도에서 주행하기 때문에 트랜스폰더 이득 및 안테나 패턴에서의 변화는 위성특성의 종래 측정에 기초되어 전개될 수 있고, 그 측정은 게이트웨이 제어기(56)에 연결된 데이터베이스(62)와 같은 적당한 데이터 기억장치에 저장된다. 안테나 지향성 변경 및 경로손실은 위성(12), 게이트웨이(18), 및 기준 단말기(13′)의 위치의 상태위치로부터 전개될 수 있다. 이 경우, 송신신호의 전력을 조정하기 위해서 게이트웨이(18)에 의해서 사용된 보상요소는 기준 단말기(13′)에서의 선속밀도를 빔에서 기준 단말기(13′)의 위치에 따라 변화시키나, 기준 단말기가 특정 빔내에 있는한 기준 단말기(13′)에서의 선속밀도를 최소치 이하로 떨어지지 않도록 한다. 도 10의 단계 F 에서 게이트웨이(18)에 의해서 수행된 이 전력조정은 일반적으로 통신 트래픽을 지지하기 위해서 위성의 용량을 최대화시키는 것이 좋다. 그러나, 단계 E 에서 결정된 바와 같이, 적절한 위성용량이 가능하면, 게이트웨이는 특정 빔에서 사용자 링크의 선속밀도를 거의 일정하게 유지하기 위해서 도 10의 단계 D 를 따라서 피더링크의 전력을 조정한다.
게이트웨이(18)는 순방향링크에서 통신신호의 전력을 조정하기 위해서 전술한 바와 같이 조정된 기준신호의 전력에서의 변화를 사용한다. 양호하게, 조정기능은 단말기에서 다운링크 빔 선속밀도를 거의 일정하게 유지하기 위해(도 10의 단계 D와 같이) 또는 빔의 선속밀도가 소정임계치 아래로 떨어지지 않도록 위성이득에서 예측된 변화를 보상하기 위해, 게이트웨이(18)의 송신전력을 조정하도록 적당하게 프로그램되는 게이트웨이(18)(도 7 참조)에서의 신호처리기(72)에 의해서 처리된다. 그러나, 두 실시예에서, 조정기능의 처리는 게이트웨이(18)로 보내지는 보정신호만으로 게이트웨이 외부로 하나 이상의 처리기에 의해서 수행될 수 있다.
도 11a의 플로우 차트를 참조하면, 사용자 단말기(13″)가 다양한 형태를 포함하는 경우에는, 외부 전력제어 루프는 조정된 단말기(13′)를 위해 전술한 방법과 비슷한 방식으로 동작하나, 기준 단말기(13″)의 위치가 알려지는 것을 요구하지 않는다. 이 방법에서, 다수의 각종 형태의 기준 단말기(13″)는 서비스 지역에 대해 다소 무작위로 또는 의사난수로 위치될 수 있다. 기준 단말기(13″)는 하나 이상의 위성(12)을 통해서 게이트웨이(18)에 의해서 송신된 기준신호를 수신하고 단계 A1에서 기준신호의 품질(예를 들면, Ec/No)을 측정한다. 단계 B1 에서, 단말기(13″)는 측정된 신호 품질 데이터를 랜드라인에 의해서 게이트웨이(18)로 복귀하거나 또는 하나 이상의 위성(12)을 통해서 복귀한다. 게이트웨이 기준전력은 서비스 지역에서 기준 사용자 단말기(13″)의 위치 또는 분포에 상관없이 보고된 신호품질로부터 유도된 매트릭스에 기초한 단계 C1 에서 조정된다.
본 발명의 이런 특징에 따르면, 게이트웨이 전력은, 도 11b 에 도시된 바와 같이, 게이트웨이(18)가 단계 B1′에서 기준 단말기(13″)로부터의 기준신호 품질 매트릭스를 수신하고, 단계 C1′에서 송신전력과 다수의 단말기(13″)에 대한 신호품질을 조정하는 프로세스에의해 조정된다.. 이것은 단일빔에서 단말기의 주어진 퍼센티지가, 빔에서 단말기의 위치 또는 단말기의 형태에 상관없이, 특정의, 선택할 수 있는 임계치 이상의 신호품질을 수신하도록 성취된다. 즉, 신호품질은 주어진 다운링크 빔내의 어떠한 위치에서 모든 단말기 형태에 대해 공통인 설정된 임계치에 의해서 형성된다.
본 발명에 따른 다른 처리에서, 다수의 단말기(13″)에 대한 신호품질은 도 11c의 플로우 차트에 도시된 바와같이 게이트웨이 전력을 제어함으로써 조정된다. 여기서, 주어진 빔에서 각 각종 형태의 기준 단말기(13″)의 특정의 퍼센티지에 의해서 수신된 기준신호의 신호품질이 빔에서 단말기의 위치와 상관없이 각 형태의 기준 단말기(13″)에 대해 독립적으로 설정되는 특정의 선택할 수 있는 임계치 이상이도록, 단말기(13″)로부터 수신된 품질 매트릭스에 기초된(즉, 단계B1″) 게이트웨이(18)는 단계 C1″에서 송신전력을 조정한다. 게이트웨이(18)는 각 형태에 대해 설정된 임계치로부터의 최고의 임계치를 갖는 형태의 사용자 단말기의 특정 퍼센티지에 의해서 수신된 신호품질이 이 최소임계치 아래로 떨어지지 않도록 송신전력을 조정하는 것은 또한 본 발명의 범위내이다.
또한 본 발명에 따르면, 게이트웨이(18)는 트랜스폰더에서 트랜스폰더로 및 빔에서 빔으로부터의 위성이득의 어떠한 변화를 설명하기 위해서 도 11a의 단계 D1′및 도 11c 의 단계 D1″에서 송신전력을 각각 조정한다. 이 경우, 서비스 지역을 커버하는 위성(12)의 각 빔에서 기준 단말기(13″)의 적어도 소정 퍼센티지가 빔내 단말기의 형태 및 위치를 개의치않고 소정 임계치 이상의 신호품질을 수신하도록, 신호품질은 도 11b의 단계 C1′에서 조정된다. 다른점에 있어서, 도 11c의 단계 C1″에서, 적어도 기준 단말기(13″)의 각 형태의 소정 퍼센티지는 각 형태의 기준 단말기(13″)에 대해 독립적으로 설정된 소정 임계치 이상의 신호품질을 수신한다.
주어진 서비스 지역에서 여러가지 다른 형태의 사용자 단말기와 통신하는 게이트웨이(18)는 전술한 전력제어 방법의 하나를 독립적으로 하나 또는 조합하여 사용할 수 있다. 예를 들면, 게이트웨이 송신전력은 주어진 단말기의 퍼센티지가 특정 임계치 이상의 신호품질을 수신하도록 최초에 조정될 수 있다(아직도 기준 단말기(13″)로부터의 매트릭스에 대응하여) (도 11b 의 단계 C1′). 그러나, 그때의 위성용량이 충분하지 않다면, 송신전력은 최고의 독립 임계치를 가진 소정 단말기의 퍼센티지가 최소 임계치 이상인 신호품질을 수신하도록 조정된다(도 11c 의 단계 C1″). 위성용량이 아직도 불충분하면, 송신전력은 트랜스폰더에서 트랜스폰더로 및 빔에서 빔으로 위성이득의 편차를 설명하기 위해서 더 조정된다(도 11b, 11c의 단계 D1′, D1″참조).
단계 C1′, C1″에서 설정된 임계치가 도 11b, 11c의 단계 E1′, E2″에 도시된 빔에서 기준 단말기(13″)의 위치를 동적으로 더 보상되는것을 제외하고, 전술한 바와같이 거의 게이트웨이 송신전력을 조정함으로써 신호품질을 제어하는 것도 역시 본 발명의 범위내이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 이 경우는 단말기(13″)의 개략적인 위치가 단계 G의 게이트웨이(18)에 의해서 결정되는 것을 요구하고, 또한 거의 피더링크 및 사용자 링크 빔에 대한 지구의 순간 빔 패턴이 단계 H 에서 알려지거나 또는 추정되는 것을 요구한다. 위성 빔 패턴은 더욱 자세하게 아래에 설명된 바와 같은 본 발명에 따라서 개설된다.
임계치가 위성(12) 및 그것의 대응 빔이 지구의 소정 지역을 통과할때 더 동적으로 변화되는 것을 제외하고는 도면(도 11a 내지 도 11c, 도 12)과 관련해서 전술한 방식과 비슷하게 게이트웨이 송신전력을 더 제어하는것도 본 발명의 범위내이다. 이 경우에 전술한 어떠한 단계에서 사용된 임계치는 지구의 이 소정 지역에서 서비스지역의 예상지대에 걸쳐 서비스의 제공된 품질에서의 변화를 설명하기 위해서 동적으로 변화된다. 예를 들면, 서비스 지역이 상당한 양의 정글을 포함하는 그러한 지구의 한 지방에 있다면, 이 기술은 많은 양의 용량이 다른지대를 커버하기 위해서 소비되는 것을 방지한다.
레인 및 다른 신호손상에 기인한 일시적 변화를 제거하기 위해서 요구된 게이트웨이 전력 초과시간의 이력(history)을 생성하는것도 본 발명에 따른 것이다. 일시적 변화를 제거함으로써, 특정 지리적 영역으로 서비스를 제공하기 위해 요구된 다운링크 전력은 예를 들면 트랜스폰더 이득 같은 위성의 측정된 특성을 사용하여 결정될 수 있다. 원하는 신호품질을 제공하는 최소량의 전력을 결정하기 위해서 기간의 함수로서 GW 기준신호 전력을 기록하는 것이 한 방법이다.
전술한 방법은 위성빔의 프로파일을 개설하기 위해서 기준 단말기의 사용이 연장될 수도 있다. 위성빔이 서비스 지역을 이동함에 따라 기준신호에서 상대 전력량 뿐만아니라 빔에서 기준단말기의 상대위치 또는 반대로 기준신호의 전력은 기준신호의 품질이 일정하게 유지되면서 측정된다. 개설된 후, 위성 빔 패턴은 전술한 바와 같이 게이트웨이 전력제어처리(즉, 도 12의 단계 H)로 입력된다.
본 발명이 양호한 실시예 및 그 처리단계에 관해 특히 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 단지 양호한 실시예에서 설명된 이들 특정 방법 및 장치에, 또는 단지 처리 단계, 그 처리단계의 순차에, 또는 도면에 도시된 구조에 한정되지 않는 것이 당업자에 의해서 이해될 것이다. 반대로, 모든 대안, 변형, 및 동등물이 첨부된 청구항에 의해서 정의된 본 발명의 이론와 범위 안에 포함될 수 있도록 커버하려고 의도되었다. 특히, 본 발명의 범위는 예를 들면, 매체 지구궤도 및 지구정지 궤도위성 통신시스템 뿐만아니라 지상 기반 셀방식의 통신시스템용 전력제어를 포함하려고 의도된다. 또, 본 발명을 실시하는 다른 방법 및 장치가 동일한 결과를 가지는 다른 지상 기반 또는 위성 데이터 송신 시스템에 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 지상국의 송신전력이 다운링크 빔의 선속밀도가 빔에서의 사용자 단말기의 위치와 상관없이 사용자 단말기에서 거의 일정하도록 조정됨으로써, 위성 중계기에 대해 요구되는 전력이 필요없고, 피더링크가 손상되더라도 관련된 사용자 링크의 신호전력에는 별로 영향을 미치지 않으므로, 위성전력소비가 상당히 감소된다.

Claims (9)

  1. 적어도 하나의 위성, 적어도 하나의 지상국, 및 적어도 하나의 사용자 단말기를 갖는 위성 통신시스템을 동작시키기 위한 방법에 있어서,
    상기 위성을 통해서 지상국에 의해서 송신되며, 상기 사용자 단말기에 의해서 수신된 적어도 하나의 기준신호의 품질을 측정하는 단계;
    상기 사용자 단말기에 의해서 수신된 상기 기준신호의 측정된 품질을 지상국으로 송신하는 단계;
    상기 측정된 품질을 소정기준과 비교하는 단계; 및
    소정기준과 상기 측정된 품질 사이의 차이에 응답하여 지상국의 송신전력을 조정하는 단계를 포함하며, 상기 지상국의 송신전력은 다운링크 빔의 선속밀도가 빔에서 사용자 단말기의 위치에 상관없이 사용자 단말기에서 거의 일정하도록 조정되는 것을 특징으로 하는 위성 통신시스템을 동작시키기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    다운링크 빔의 선속밀도가 거의 일정하도록 지상국 송신전력이 조정될때 가용 위성용량이 충분한지를 결정하는 단계 및, 가용용량이 불충분할 경우, 위성이득에서 소정 변화를 보상하고 소정 임계치 이상의 사용자 단말기에서 다운링크 빔의 선속밀도를 유지하게 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 통신시스템을 동작시키기 위한 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 사용자 단말기는 알려진 보정수행을 갖는 형태이고, 다운링크 빔에서 알려진 위치에 있는 것을 특징으로 하는 위성 통신시스템을 동작시키기 위한 방법.
  4. 적어도 하나의 위성 및 적어도 하나의 지상국으로 구성된 위성 통신시스템에 있어서,
    상기 위성 통신시스템은 업링크 기준신호를 송신하기 위한 수단;
    기준신호를 수신하기 위한 수신기 및 반복 다운링크 기준신호로서 기준신호를 송신하기 위한 송신기를 구비하는 위성;
    상기 위성에 의해서 반복된 기준신호를 수신하기 위한 수신기를 구비한 적어도 하나의 사용자 단말기를 포함하는데, 상기 사용자 단말기는 사용자 단말기에 의해서 수신된 기준신호의 품질을 측정하기 위한 수단 및 측정된 품질을 송신하기 위한 수단을 가지며;
    상기 위성으로부터의 다운링크 빔의 선속밀도가 빔에서 사용자 단말기의 위치와 상관없이 사용자 단말기에서 거의 일정하도록 송신전력을 조정하거나 또는 위성이득에서 예측된 변화를 보상하고 사용자 단말기의 위치에서 소정 임계치 이상 빔의 선속밀도를 유지하도록 송신전력을 조정하기 위해 프로그램되며, 사용자 단말기에 의해서 송신된 측정된 품질에 기초된 지상국의 송신전력을 조정하기 위한 지상국에 연결된 처리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 통신시스템.
  5. 적어도 하나의 위성, 적어도 하나의 지상국, 및 다수 형태의 사용자 단말기을 구비하며 상기 위성의 다운링크 빔에 위치된 다수의 사용자 단말기를 갖는 위성 통신시스템을 동작시키는 방법에 있어서,
    상기 지상국에 의해서 위성을 통해서 송신되며 상기 사용자 단말기에 의해서 수신된 기준신호의 품질을 측정하는 단계;
    상기 사용자 단말기에 의해서 수신된 상기 기준신호의 측정된 품질을 지상국으로 송신하는 단계;
    상기 측정된 품질과 소정기준을 비교하는 단계; 및
    주어진 하나의 다운링크 빔에서 모든 사용자 단말기의 소정 퍼센티지에 공통 소정 임계치 이상의 다운링크 신호품질을 제공하거나, 또는 빔에서 각 형태의 사용자 단말기의 소정 퍼센티지에 각 형태의 사용자 단말기에 대해 독립적으로 설정된 대응 소정 임계치 이상의 다운링크 신호품질을 제공하기 위해 지상국의 송신전력을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 통신시스템을 동작시키는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 조정단계는 최고 임계치 이상의 각 형태의 사용자 단말기에 대해 독립적으로 설정된 임계치로부터 최고 임계치인 대응임계치를 갖는 형태의 사용자 단말기의 소정 퍼센티지에 대해서 다운링크 신호품질의 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 통신시스템을 동작시키는 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 조정단계는 위성 트랜스폰더와, 피더링크와 위성의 사용자 링크 빔 사이의 사이의 위성이득에서의 변화를 설명하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 통신시스템을 동작시키는 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 조정단계는 적어도 하나의 공통 임계치, 또는 주어진 빔에서 기준신호를 수신하는 사용자 단말기의 위치를 동적으로 보상하기 위해 각 형태의 사용자 단말기에 대해 독립적으로 설정된 임계치중 적어도 하나를 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 통신시스템을 동작시키는 방법.
  9. 제 5 항에 있어서,
    위성의 서비스 지역에서 위성 빔 패턴의 프로파일을 결정하며, 하나의 빔 패턴 프로파일 내에서 적어도 하나의 사용자 단말기의 위치를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 통신시스템을 동작시키는 방법.
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