TW417365B - Adaptive beam pointing method and apparatus for a communication system - Google Patents

Description

f 經濟部中央橾準局貝工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（1 ) 參考先前應用 此應用已於美國專利申請案案號08/529,829 1995年9月 1 8曰提出〇 發明範囡 此發明一般有關於射頻（RF)電信且更特別地有關於衛星 R F電信。 發明背景 在—蜂巢式通訊系統中’一用户單元在一"蜂巢”或包本 多通道之波束”内通訊。當一用户單元離開第一蜂巢，該 通電話在另一利用相同或相異之蜂巢式天線發射之蜂巢中 被掛上。在鄰接的内之頻道頻率典型地是由通訊系統所選 擇，所以它們並不會互相干擾。 先如技藝之地表蜂巢式通訊系統被描述於丨iam c γ Lee之行動蜂巢式電信（2d ed 1995)中。先前技藝之地表蜂 巢式通訊系統藉著自位於30-100英吸高塔上蜂巢式天線發 射固定蜂巢式波束提供通訊頻道。一蜂巢的功率大小依據 功率、天線型式、幾何學及區域性地理而定。天線發射的 功率愈大，則蜂巢的大小就愈大。然而，加大功率會產生 較大的干擾。一種全方向、全蜂巢式天線發射一環繞著蜂 巢式天線之理想圓形蜂巢。一種方向性的天線提供一蜂巢 模型以一與天線有關之既定方甸擴張。 地表蜂巢式系統具有許多的好處。例如，因爲天線高塔 的A求’单單是有限服務區域是可行的。因只有2 0英哩或 較少之天線範圍，所以鄉間或偏僻地區之接收範圍是沒有

-----^^----¾------1T------^ ί請先閔讀背面之注意事項再填寫本頁J

•Π 85 A7 紐濟部中央梯準局貝工消費合作社印製 五、發明説明（2 ) 經濟效益的。亦然，一旦一全方向或方向性的天線被設定 ，只有硬體的改變可影響蜂巢之外形或位置或通訊頻道所 定之頻率。 衛星蜂巢式通訊系統已被提出以克服一些地表蜂巢式系 統之缺點。例如’—使用低地球軌道（LE〇)衛星之衛星蜂 巢式通訊系統可提供一比地表系統更大的服務區域，因爲 該衛星可朝地球的所有表面發射蜂巢。多種已提出之衛星 蜂巢式系統朝向地球表面發射"固定式衛星,,蜂巢。圓】圖 例説明關於假設都市區域丨8當一先前技藝衛星在其軌道上 運行一固足式衛星蜂巢的運動軌跡。在時間t = 1，衛星之 蜂巢軌跡朝向區域12發射β在時間t = 2 ’衛星1〇沿著軌道 路徑16運行，衛星之蜂巢軌跡朝向區域M發射。關於衛 星1〇,被發射之蜂巢軌跡的方向不會改變。然而，關於地 ¥，當衛星1 0在其軌道上運行則蜂巢軌跡平順地在地球表 面上移動。 在一典型地會話期間，數個蜂巢及/或衛星可能經過了一 特殊用户單元之上。因爲有關蜂巢至用户單元之移動，經 常的蜂巢至蜂巢之交遞是有必要的β此外，當一衛星移出 —特定衛星之範圍，一衛星至衛星之交遞是有必要的。這 些經常的交遞增加了系統管理的複雜程度。 地球固定衛星蜂巢式波束亦被提出。在一利用地球固定 衛星4·巢式波束之系統中，該衛星引導它們的天線朝向地 球I一特殊區域發射一軌跡。這些區域是由系統預先決定 的且典型地代表高需求（high_demand)區域（即主要城市區 本紙張从適用中酉圉家棣準（CNS ) A爾（ ϊ^1τ線 ' ' t 7靖先閃讀背面之注意事項再填寫本頁} 417285 A7 B7____ 五、發明説明（3 ) 域或陸地區域）。圖2圖例説明當一先前技藝衛星在其軌道 上運行時與假設都市區域有關之一地球固定蜂巢軌跡。在 時間t = 1、t = 2及t = 3，衛星1 0朝向區域2 2發射其蜂巢軏 跡。當衛星20沿著其軌道路徑24移動，該蜂巢轨跡被朝 向區域2 2電地亦或機械地”運行^當衛星2 〇移動則區域 22之形狀可能改變，但是蜂巢軌跡發射之方向相對地保持 一常數。當衛星在一高仰角（即在時間t = 2)時，區域22的 形狀幾近於是圓形。當衛星2 〇自一低仰角（即在時間i 及t = 3)發射衛星軌跡’衛星軌跡的形狀及軌跡内所含之蜂 巢是橢圓形的。於是，在一衛星通過的期間，特定蜂巢的 形狀由一橢圓形變成圓形且又變回橢圓形β 先前技藝之例子，地球固定衛星蜂巢式系統被描述於美 國專利第 5,415,368 及 5,439，190號中，H〇rstein，etal.發明 —”座標的查對運行’，方法其通訊系統決定在—預定的軌道 周期一衛星轨跡發之射天線焦距的方向。在軌道周期内， 焦距方向被調整’爲的是在軌道周期内軌跡朝向一特殊地 理區域運行。地球固定衛星蜂巢式系統的另一例子被描述 於美國專利第 5,408,237 號，Patterson, et ai,。 地球固定式系統可將蜂巢至蜂巢的交遞降至最少且將衛 星至衛星的交遞單純化。然而地球固定式衛星蜂巢系統的 —缺點是—軌跡所依發射之 方向是預先決定的。目此，這些系統無料時反應^式各 樣的用户需求。雖然一地球固定式衛星蜂巢系統4對準一 鬲需求區域，但是各個蜂巢的能力是固定的。因此，只有 ------------裝------訂------線 (請先閲讀背面之注項再填寫本頁) 趣濟部中夬樣準局負工消費合作衽印製 -6- 趣濟部中夬梯準局男Η消費合作.杜印裝 _______B7 _ 五、發明説明（4 ) 一數量之用户在不超過蜂巢能力下同時使用本系统。 另一個地球固定式系統的缺點是其連續地向地球發射R F 能量，不管通訊頻道是否被。這樣導致在一大區域上 產生不必要的R F干擾。 一陸上及衛星先前技藝系統之共同缺點是它們朝向一區 域發射一固定蜂巢軌跡而浪費功率，沒有將使思i農名 慮進去。然而一些蜂巢可監督非常高的需求，其他蜂巢可 監督低或無需求。因此，浪費的功率是耗損在朝向低或無 需求區域發射蜂巢。功率考量在衛星通訊系統中是特別地 重要’因爲其受限於衛星之電池貯存能力。 我們所需的是一方法與裝置^^功;^必 要之RF干擾埂加一蜂婁矣^通筑交通灰I能迕。尚 需要一方法與裝置以較佳服務地理上地各式各樣的用户需 求且將交遞問題單純化。 附圖之簡輩锐明 圖1圖例説明當一先前技藝衛星在其軌道中運作時有關 一假設都市區域之衛星固定式蜂巢軌跡的移動： 圖2圖例説明當一先前技藝衛星在其軌道中運作時有關 一假設都市區域之地球固定式蜂巢軌跡； 圖3圖例説明根據本發明一較佳具體實例，—衛星及蜂 巢式通訊系統； 圖4圖例説明根據本發明一較佳具體實例，指向多數個 通訊單元衛星的多數個衛星服務波束； 圖5 - 9圖例説明根據本發明—^交佳具體實例，當圓心爲 -------^----¢------ΐτ------^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} -7-

經濟部4-央棣準局貝工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2i〇x297公釐） 4iv；^5 A7 —------ B7 五、發明説明（5 ) 了服務波束内多數個使用者而移動時服務波束的移動； 圖1 〇圖例説明根據本發明一較佳具體實例，一用於自適 應地指向—服務波束以回應一新的服務波束之方法的流程 圖； 圖1 1圖例説明根據本發明一較佳具體實例，一用於解除 或復原一服務波束以回應一釋放頻道之方法的流程圖； 圖1 2圖例説明根據本發明一較佳具體實例，當一衛星在 其軌道中運作時波束外形的改變； 圖1 3圖例説明根據本發明一較佳具趙實例，當波束外形 改變碉整一波束指向方位之方法之流程圖； 圖1 4圖例説明根據本發明一較佳具體實例之通訊天線裝 置； 圖1 5圖例説明根據本發明一較佳具體實例之通訊單元； 且 圖1 6圖例説明根據本發明一較佳具體實例之網路控制設 備（Network Control Facility)。 附圖之詳細説明 本發明之方法及裝置可増加一蜂巢式通訊系統在最小功 率消耗下之交通載運容量。更進一步的説，本發明之方法 及裝置以較佳的地理性服務各式各樣的用户需求且將交遞 問題單純化。雖然本發明是以一衛星蜂巢式系統環境説明 ，但是本發明亦可應用於地表基地通訊系統。 圖3圖例說明根據本發明一較佳具體實例，一衛星及蜂 巢式通訊系統；系統3 0包含至士一個衛星3 2、網路控制 -8- ______ ----------------^------1T------線> (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

五、發明説明（6 ) 設施（NCF) 34及至少一個通訊單元38。在CU 38向衛星 32提，出服務請求之後，衛星32以連結40與CU 38通訊》 在一較佳具體實例中，連結40爲一 RF連結。如同在圖4_ 1 3中所描述，在一衛星3 2選擇地導引圍繞c U 3 8之服務 波束内提供連結4 0。 衛星3 2以‘連結3 6與NCF 3 4通訊。NCF 3 4如願地接收 來自衛星3 2之遙遠訊息且控制衛星3 2之搡作。在_較佳 具體實例中’ NCF 3 4亦執行計算以決定衛星3 2應該如何 提供及引導服務波束至最好的服務C U 3 8，且傳送操作指 令至衛星32 = NCF 34之機能詳述於圖1〇、11及13中。 - . r 圖4圖例説明根據本發明一較佳具體實例，指向多數個 CU 60、62、64衛星的多數個衛星服務波束54、56、58 。在一較佳具體實例中，衛星5 0發射兩種型式之通訊波束 。存取波束52含涵蓋一大範圍區域且被Cu 60、62、64 利用以增進通訊系統的存取。典型地，存取波束5 2不處理 服務通訊交通。存取波束5 2可以是一衛星固定波束或可以 是一可導引波波惠。 衛星5 0亦提供於系統存取被准許後所使用之服務波束5 4 ' 56、58。當一通電話在CU 60、62、64的任何兩者之 _間，服務波束54、56、58處理通訊交通。圖4中，爲了 0 化説明’服務波束54 ' 56、5δ.中各只有顯示一個CU 00 、6 2 ' ό 4。然而，在一特別的時間，各服務波束5 4、5 6 、58可以服務多數個cu 60' 62、64。如圖4中所示， 只有一個CU 60存在於一可被單—服務波束54服務之地 _ -9- 本紙張从適开國國家標準(CNS > --~~ -----------------裝------、玎------線 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央揉隼局員工消費合作社印製 417^0： A7 B7 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 五、發明説明（7 區内。於是，服務波束5 4的中心直接地被衛星5 〇導引朝 向C U 6 0 »同樣地，服務波束5 6的中心直接地被導引朝 向C U 6 2且服務波束5 8的中心直接地被導引朝向C U 6 4 。如同將於圖5 - 9中將描述的，當更多的C U在一特別的服 務波東需求服務之範圍内時，該特別服務波束被導引至將 兑許該特別服務波束提供其範圍内多數個C U服務之地面 位置目標點（ground position aim point)。在一較佳具體實 例中，此地面位置目標點是該特別服務波束所支援的C U 之圓心，其中該圓心是一在一 C U定位之數學中心的地表 定位。 • - ~ - 服務波束5 4、5 6 ' 5 8根據交通需求改變而即時各自地 被導引。各自地導引服務波束，比起導引完整蜂巢式軌跡 之先前技藝方法較佳，允許該系統較能命中高需求區域。 此外，只有當有需求時，服務波束5 4、5 6、5 8才會被活 化。因此，本發明之方法及裝置可保存能量，不像先前技 藝系統一樣，當服務一區域時保持所有蜂巢式軌跡之細胞 動作。 圖5 - 9圖例説明根據本發明一較佳具體實例，當圊心爲 了服務波束内多數個使用者而移動時服務波束的移動。圖 5-9圖示服務波束大概的地表涵蓋區域之上空視圖。雖然 所顯示出之服務波束是圓形的’但是它們的眞正形狀是依 衛星的仰角及天線的形狀而變化。該通訊系統如願地可以 相當高準確地計算任何已知服務波束之形狀。 圖5圖例説明一被提供至一第—cu 80之第一服務波束 ^ ---^------ΤΓ------^ <請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -10-

經濟部中央揉準局員工消費合作社印聚 A7 ________B7五、發明説明（8 ) " ~ 一--- 72 »區域70代表一在地球表面上之一地理區域。在一第 -時間，第-CU 8〇需求存取該通訊系統。然後該系統確 定第一CU 80的位置。在一較佳具體實例中，當第—CU 8〇是一行動通訊單元時，在利用—地球位置位 H置之後，第一CU 80傳送其位置玉衛 星β其中第一 CU 80並不常常重新安置（即cu 8〇爲一固 定安裝的部分），該系統可維持第一 C u 8 0位置記錄，且 在當其需求存取該系統之各時間傳送其位置對第一 c 8 〇 可fit*疋，又有必要的。笔一 C U ^Ο^ά-j 對本發明 之方法及裝置而言是不重要的3 當在同一區域内沒有其他有效的CU，在CU 80範圍内 之一衛星朝向第一 CU 80發射第一服務波東72之中心。 當該衛星在其軌道上移動，該衛星朝向第一 CU 80導引第 一服務波束7 2之目標線。 圖6圖例説明在第二C U 8 1需求存取該通訊系統後第— 服務波束7 2么移動。在第二時間，第二C U 8 1的需求存 取該通訊系統》然後該系統確定第二C U 8 1的位置且決定 是否第一服務波束72可被移動以同時服務第一 CU 80及 第二C U 8 1。如果這樣，該系統決定一在第一服務波束 7 2之向之地面位置目嫖點。在一較佳的具體實例 中，該地面位置目標點是沿著在第一 C U 8 0與第二C U 8 1 之間的直線100之矩心。在交替的具體實例中，該地面位 置目標點可以是任何其他致能該第一服務波束7 2.以一起服 務C U 8 0、8 1之點。然後該衛董導引第一服務波束7 2之 -11 - ------=--1^---赛------1Τ------線 {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度邊用中國圉家標準（CNS )Α4说格（210X297公釐） Μ *< iV TV Λ ^ Μ *< iV TV Λ ^ 經濟部中央榇準局負工消費合作社印製 Α7 _______Β7 五、發明説明（9 ) 中心朝向矩心90。圓73圖例説明第—服務波束”先前的 位置以清楚的説明在回應使用者需求時第一服務波束以的 移動。 圖7圖例説明在第三CU 82的需求存取該通訊系統後第 一服務波束72之移動。在第三時間，第三cu 82的需求 存取該通訊系統》然後泫系統確定第三c U 8 2故偉置且決 定是否第一服務波束72可被移動以同時服務第一cu 8〇 、第二CU 81及第三CU 82。如果這樣，該系統決定一在 由第一 CU 80、第二CU 81及第三cu 82所形成的三角 形101内之矩心91。然後該衛星導引第一服務波束72之中 心朝向矩心9 1。圓7 3及7 4圖例説明第一服務波束7 2先前 的位置以清楚的説明在回應使用者需求時第—服務波束7 2 的移動3 圖8圖例説明在第四CU 取該通訊系統後一 第二服務波束76之有故化’其中第四cu g 一

服務波束7 2所服務。在第四時間，第四c u 8 3的需求存 取該通訊系統。然後該系統確定第四c U 8 3的位置且決定 是否第一服務波束7 2可被移動以同時服務第一 cu 80、 第二CU 81、第三CU 82及第四CU 83。在此狀沉中， 第一服務波束72無法被移動以i務C U 8 0 - 8 3全部。在一 較佳具體實例中，該系統以朝向第四C U 8 3發射第二服務 波束7 6之中心提供第四C U 8 3服務。第二服束7 6可 由相同發射。在一替代的具體實例中，該系 統可決定一個或更多第一 CU 80、第二cu 81或第三CU -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） j--------------ΐτ------^. (請先閩讀背面之注意事項再填寫本頁) ， A7 B7 經濟部中央橾準局，真工消费合作社印裝 五、發明说明（10 ) 8 2以不連續服務，且可移動第一服務波束7 2以服務C ϋ 83 ° 其中多數鄰接的或重疊的服務波束7 2、7 6被提供’該系 統配置了在鄰接的波束内之通訊頻道，如此它們將不會彼 此互相干擾。在某些情況下，本來不相交錯的兩服務波束 當服務波束的矩心使用者集中時可能開始重疊。該系統決 定新重晏歇務波束之通訊頻敗立4_^會目干擾這 樣，該系統配置通訊頻道给任一或兩者重疊的服務波束。 圖9圖例説明在第一 C U 8 0結束其電話後第一服務波束 7 2的移動及在第五C U 8 4的需求存取該通訊系統後第二 . r 服務波束76的移動。在當第一 CU 80結束其電話時’該 系統重新計算第一服務波束7 2所繼續服務之C U 81、8 2 的矩心9 2。在此案例中，矩心9 2位於沿著介於第二C U 8 1與第三C U 8 2之間的直線102。然後衛星朝向矩心9 2導 引第一服務波束7 2的中心。 在第五C U 8 4的需求存取該通訊系統後，該系統確定第 五CU 84的位置且決定是否第二服務波束76可被移動以 同時地服務第四CU 83及第五CU 84。如果這樣，該系統 決定沿著介於第四C U 8 3及第五C U 8 4間直線103的矩心 9 3。然後該衛星朝向矩心9 3導引第二服務波束7 6之中心 。圓圈7 3 - 7 5及7 7個別地圖例説明第一服務波束7 2及第 二服務波束7 6先前的位置。 在一許多使用者幾乎同時需求服務之通訊系統中，圖8 及9圖例。钍如，其中多個使用者幾乎同 -13- ----------^---裝------訂------旅 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標孪（CNS ) A4说格（2〖〇X297公釐） 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印東 * f〆 k y J 1 ^ - Co A7 ___ B7 五、發明説明（11 ) 時地在一新服務波束被請求之區域中請求服務。該系統可 計算出該新使用者之矩心且立即朝向該矩心發射_新服務 波束，勝過朝向一個使用者（圖8 )發射且然後移動該波束 至該矩心（圖9 )。 不像先前技藝之系統，圖5 - 9證明本發明之方法及裝置 能夠即時精確地命中高需求區域，且以只有當需卷時 才亨L化服務波束這種方式來保存能量。 圖1 0根據本發明之較佳具體實例圖例説明用於適當地指 出一服務波束以回應一個新的服務請求方法的流程圖。在 一較佳具體實例中’除了導引及發射步驟132、142之外， 該方法之所有步驟都是由一 NCF執行（即NCF 3 4，圖3 )。 在一替代的具體實例中，任何或所有步驟可以由一衛星或 其他計算裝置執行。 該方法開始120，在步驟122中接收一來自CU之服務請 求（11請求C U ") »在步驟124中該系統確定該C U位置。在 一較佳具體實例中，C U位置是由c U請求服務傳送至N C F 之訊息所確定。該c U可使用任何普通的辨法以確定其位 置。例如’包括地球位差（ge〇locati〇n) 3 其次，在步驟126中，該NCF決定一工作服務波束是否 對服務該請求有效β 一工作服務波束可能因爲數種原因而 無法服務該請求c U。第一，該工作服務波束可能無法移 動以環繞該請求C U而不損失涵蓋其他C U該工作服務波束 是現在服務（現在服務c υ )=在一較佳具體實例中’—工 作服務波束是無效的如果其移動將排除現在服務c υ的話 ___-14- ___ 本紙張尺度適用t國國家標隼（CNS ) Α4规格（2丨〇·〆2?»7公廣） ------,-----^------iT------i (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 417^65 A7 經濟部中央揉準局男工消費合作社印袈 ___B7______五、發明説明（12 ) 。在一替代的具體實例中’該N C F可以辨別一個或更多個 其服務將終止之現在服務波束，所以該工作服務波束可被 移動以圍繞該請求C U。此功能可能是令人滿意的’例如 ，在一請求CU比一現在服務CU有較高使用優先權之通訊 系統中。 爲決定一工作服務波束是否可被移動以包含該請求c u ，該系统決定該通訊單元及該現在服務C U之矩心。然後 ，該矩心與各請求C U及現在服務C U之間的距離會被計算 。任何C U離矩心最大距離被決定。如果最大距離超過工 作服務波束的半徑，該工作服務波束被考慮無法服務請求 - _ r .CU。 如果該工作服務波束不具有足夠的頻道有能力服務請求 C U，一工作服務波束可能亦無法服務請求c U «當一新頻 道加入時，該NCF計算該工作服務波束將被請求支援之頻 道的數目。然後，該NCF決定頻道的數目是否超過工作服 務波束之最大頻道容量。如果超過，該工作服務波束被判 定是無效的。否則，工作服務波束可能是有效的3 當一工作服務波束不是有效的，在步骤127中該NCF計 算一新服務波束的位置，該新服務波束的中心將被導引朝 向請求CU ^接下來，該NCF在步驟128中決定通訊頻道， 該頻道將不會干擾服務波束中之通訊頻道，該服務波束將 將與新服務波束重疊或鄰接。在步驟130中，該NCF指定 該非干擾頻道至一新服務波束。 然後在步驟127中，一衛星朝向請求C U發射新的服務波 __ - 15- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4g ( 210Χ297公釐） -----------^----装------^------^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 _____B7___ 五、發明説明（13 ) 束。在一較佳具體實’例中，該新的服務波束之中心與請求 C U的位置重合。如果多個請求c U存在，該中心則與地面 位置目標點（即矩心）重合，該地面位置目標點將准許服務 所有多個請求C U。該方法於步骤148結束。 在一較佳具體實例中，當一工作服務波束有效服務請求 CU時，該NCF在步驟134中決定所有被工作服務波束服務 CU之矩心，包含請求CU，在步驟136中，該NCF決定服 務波束，當該工作服務波束的中心移至矩心，其工作服務 波束將被鄰接或重疊。如果重疊及鄰接服務波束存在，在 步驟138中’該NCF決定鄰接的或重疊的服務波束之通訊 * · ·- 頻道是否將干擾工作服務波束之通訊頻道。如果是，在步 驟140中’該NCF重新指定工作服務波束、鄰接服赛波束 且/或重疊服務波束之頻道，所以頻道的干擾將不存在。 濟部中央棣準局貝工消費合作社印製 (請先时讀背面之注意事項再填寫本頁) 在一較佳具體實例中，該NCF傳送一訊息至衛星上，該 訊息包含衛星朝向矩心導引工作服務波束所需要的資料S 如有需要，該訊息亦包含頻道重新指定的資訊β在一替代 的具體實例中，衛星執行計算，沒有必要將矩心的資訊傳 送至衛星。在步驟142中’該衛星導引工作服務波束至矩 心。然後該方法於步騍148結束。 雖然在一較佳具體實例中矩心被用來當作該服務波束之 目標點’但在一替代的具體實例中，任何固繞所有C υ之 地面位置目標點可以使用。 在一較佳具體實例中，發射服務波束之天線位於一依據 地球表面移動之衛星上。因此’爲了保持一工作服務波束 ______ ·16· 本用中gg緖準（CNS ) Α4^ (加Χ297公釐)^ ---

經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 五、發明説明（14 ) 指向一矩心，當衛星移動時，該工作服務波束必須追蹤該 目檁點。此外’在一衛星移動超出目標點之範圍前，該通 由衛星所提供之電話在目標點範圍内應該交遞一或更多個 衛星。在一替代具體實例中’該天線可以設置於地球衛星 或地表高塔上。在這些替代具體實例中，不需要補償天線 之移動。 圖1 1圖例說明依據本發明之一較佳具體實例復原或重新 定位一對應釋放頻道之服務波束方法流程圖。該方法開始 於步驟160，在步驟162中一頻道被cu(，'終止CU")所釋放 。例如，當一 C ϋ的使用者故意地終止該電話或當該c U被 - · r 、 放置於通訊系統之聯結空間足夠克服物理的障礙的區域時 ，一頻道可能會被釋放。 在步驟164中’ NCF決定任何其他c U是否繼續使用正在 服務終止CU工作服務波束之通訊。當沒有cu保留於工作 服務波束中時，該工作服務波束於步驟丨66中被解除。當 至少一個CU保留於工作服務波束中時，該NCF在步驟168 中決定這些保留CU的矩心。然後在步驟no中，衛星朝向 該矩心發射工作服務波束。此程序於步驟178結束》 當一衛星在其軌道上移動時’一衛星指向一特別地面位 置目標點的波束外形將會改變-。在一對應地面位置目標點 的低仰角時，該波束的外形是&圓形的《在一高仰角（即 :正上方）時’該波束的外形幾乎是圓形的。圖〗2圖例説 明依據本發明之一較佳具體實例中當一衛星在其軌道中行 進時波束的外形改變。在時間I時，衛星1 80在具有矩心 -17- 本紙張尺度適用中國國家楳準（CNS ) A4規格（210X297公釐j I I Ji I! n^衣 l n n I n I n I n ^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 經濟部t央樣準局貝工消費合作社印製 A7 ________B7 五、發明侧（15 ) 一~： ~ -- 183之橢圓形區域182内發射_波束。在時間時，在衛 星以沿著路徑181前進後，衛星18〇在具有矩心185之圓形 區域184内發射一波束。因爲波束的形狀會隨衛星的位置 而改變，故所涵蓋的區域亦會改變。如果當涵蓋區域改變 而衛星之地面位置目標點不改變，則一些〇1;可能落於它 們通訊工作服務波束之外》因爲這個理由，—衛星可能皋 法經常在使用者之矩心直接導引—服務波束的中心。 圖1 3圖例説明依據本發明之一較佳具體實例中當波束形 狀改變時調整波束指向方法之流程圖。該開始於步驟188 ，在步骤190中，該系統等待一任意的時間增加量（例如： 1 0衫鐘）a然後该系統在步驟19 2中計算一工作服務波束不 久後的形狀。因爲對應地面位置目標點的衛星位置可以被 系統計算出，所以一工作服務波束的大略形狀亦可被計算 。在步驟194中，決定工作服務波束所涵蓋區域是否將要 改變以含括被工作服務波束所服務之C U。當涵蓋區域將 影響C U服務時’該系統於步驟196重新計算地面位置目標 點’所以該工作服務波束將不含括該C U。然後在步驟198 該衛星調整地面位置目標點以符合重新計算之地面位置目 標點。然後該方法反覆如圖1 3中所示。 圖1 4圖例説明依據本發明之一較佳具趙實例之通訊天線 裝置200 »在一較佳具體實例中，.—通訊天線裝置200位於衛 星上。在一替代具體實例中，通訊天線裝置200可位於地 表高塔上。通訊天線装置200包含處理器202、通訊天線控 制器204、至少一個可導引天線元件206-209及一存取波束 -18- 本纸張尺度適用中國國家榇準（CNS ) ( 2!0><297公釐） - 裝-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 • * » r - - In · 65 A7 B7 經濟部中央梯準局員工消費合作社印裝 -19- 五、發明説明（16 ) 天線212。 存取波束天線2 12朝向地球發射一存取波束，且接收來 自CU的服務請求。存取波束天線212可以發射一衛星固定 式波束或可導引波束。存取波束天線2 12傳送服務請求至 處理器202。在一較佳具體實例中，處理器202初始相關資 料之通訊至NCF，然後其執行圖1 0中所示大部份的計算。 在一替代具體實例中，處理器202執行圖1 〇中所示之一些 或所有的計算。在系統決定是否提供一新的服務波束或重 新定位一工作服務波束後，如有必要，通訊天線控制器 204控制可導引天線元件206-209以提供一新的服務波束或 重新定位一工作服務波束。可導引天線元件206-209可以 各自獨立地被導引且如所願地是電子式可導引元件〇在一 替代具趙實例中，可導引天線元件206-209可以是機械式 可導引元件=可導引天線元件206-2〇9的數量是依據通訊 系統而疋且其知園可以自單一元件至上千個元件。 圖15圖例說明依據本發明之—較佳具體實例之通訊單元 220 (CU)。例如，CU 22〇可以是一攜帶蜂巢式電話、呼 叫器或傳眞裝置。C U 22〇包含處理器222、無線電收發機 224及天線226。在一較佳具體實例中，c U 220亦包含位 置決疋單元228。處理器222接牧來自一使用者介面或電腦 (未顯示出）的指示’其指示C U -220應發出一服務請求β 然後處理器222利用無線電收發機224及天線226發出服務 請求。該服務請求發出至一 C U 220所位於之存取波束中 的通訊天線（在一衛星上）。無線電收發機224在—如圖i 〇 良紙法尺度適用中固國豕樣準（CNS ) A4規格（21 〇χ297公楚 -----------^------1Τ------^ (請先聞ΤΑ背面之注意事項再填寫本頁) Α7 Β7 經濟部中央梯準局—工消費合作.社印裝 五、發明説明（17 ) 之通訊天線所提供之工作服務波束或一新的服務波束上通 訊。 在一較佳具體實例中，位置決定單元228計算C U 220的 位置。這位置資訊依照服務請求傳送。例如’位置決定單 元228可以是地面定位裝置（geolocation device)或一些其他 使用三角函數決定位置之裝置。在一替代具體實例中， C U 220的位置可以由存於在系統中別處之註册資料決定 圖1 6圖例說明依據本發明之一較佳具體實例之網路控制 設備25 0 (NCF)。NCF 250包含處理器252及記憶裝置254 ， , r 。處理器252確定一具有來自系統請求服務C U之位置，且 決定是否提供一新的服務波束至C U或導引一工作服務波 束至一將提供服務至CU的位置β該被處理器252所執行的 計算詳述於圖1 〇、1 1及1 3。記憶裝置254被用於貯存執行 計算所需的資料。 在一較佳具體實例中’ NCF 250利用無線電通訊裝置260 與衛星通訊，該裝置可以與NCF 250裝在一起或離NCF 250很遠的地方。無線電通訊裝置260包含傳送器262、接 收器264及天線266。接收器264經由天線266接收一服務 請求且傳送此服務請求至處理器252。一旦NCF 250熟行必 要的計算，一告訴通訊天線如彳可.提供服務至請求C U的訊 息例用傳送器262及天線266被傳送至通訊天線。 在一替代具體實例中，通訊天線位於一地面高塔上，無 線電通訊裝置260可能不是必需的，且一在NCF 250與通訊 _ - 20 - ' I.----_-----裝-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線 本紙張尺度通用中囷國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局WC工消費合作社印製 ：J：7C65 A7 _ B7 五、發明説明（18 ) 天線之間的硬線鏈結即可滿足。 總之，本發明之方法及裝置提供一種艮F通訊系統其服務 波束是依據需求而提供。在一較佳具體實例中，一工作服 務波束蓋c U的矩心。當沒有服務波束是有效的或 C U因爲超出工作服務波束容量或波束之地理涵蓋不能包 含C U而無法被工作服務波束服務時，新的服務波束朝向 C U發射。較好地，只有那些有需要服務c'u之波束在一已 知時段_是工银，因此節省了電力且降低不必要的RF能 量傳輸s不像先技藝的系統，本發明之方法及裝置提供有 效的涵蓋能力及獨立地利用回應C U需求之可導引服務波 束來達到實質的省電。 ' Γ 本發明之方法及設備在幾個重要的方面與先前技藝不同 。第一，在先前技藝系統中，服務波束並不是時常開著的 。因此，實質的省電是可以實現的。第二，當被一服務波 束服務之CU數量改變時，本發明之方法及設備可決定這 些c U之一矩心4L 驾矩心。矩心的追蹤使該系統可以 爲大量的C U提供較好的服務。第三，本發明之方法及設 備意味獨立地導引一衛星所提供的服務波束，比導引整個 蜂巢式軌跡之先前技藝要好。這樣允許該系統較能命中高 需求區域’且亦能夠使一衛星朝向一非常高需求區域發射 多個服務波束。第四，不像先前槔藝系統其朝向已於事先 被系統決定之一地表固定區域目標它們的衛星軌跡，本發 明之方法及設備即時導引服務波束至任何區域。這樣提供 命中對應實際使用者需求區域的'：)!；點，因此降低使用者在 繁忙區域將無法存取該系統可能發生的事。 ________-21 - 本紙張尺度適用中國國家榇準（CNS ) A4規格（210X297公疫) ' (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝- 訂

Claims (1)

1. 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 D8六、申請專利範圍 1. 一種用於通訊系統以提供服務波束至通訊單元\方涂， 該方法包含下列步驟：C a)接 遥專，. (b) 確定該通訊單元的位; (c) 依據位置決定該服務波束之一工作服務波束是否能 服務該通訊單元； (d) 當該工作服務波束能服務該通訊單元，導引該工-I 月民務浚東至一波束，該位置.允許該工作服務波 束提供服務至該通訊單元。 2. —種用於通訊單元與通訊天線通訊之方法，其中該通訊 天線是由一連接通訊天線之通訊天線控制器所控制，該 方法包含下列步驟： (a) 傳送一服務請求至該通訊幻泉控制器，該服務請求 包含镇」也訊單元之一位置； (b) 當在工作服務波束服務通訊單元能力所不及的位置 時，使用一新的由通訊天線發射之服務波束，其中 工作服務波束提供服務至一或更多現在受服務之通 訊單元；且 (c) 當工作服務波束能夠服務通訊單元而不會漏失服務 一或更多現在受服務.之通訊單元時，使用由通訊天 線所發射之工作服務波束，…其中工作服務波束之中 心被導引至地面位置目標點，其允許工作服務波束 服務通訊單元及一或更多現在受服務之通訊單元。 3. —種通訊天線袁置包含·_ _122J_ 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4^ ( 210X297公釐） ----------夢------ΪΤ------Λ.-. (請先Η讀背面之注意事項再填寫本頁) A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 一用以控制一第一可導引天線元件及至少一個第二可 導引天線元件之通訊天線控制器； 連接至通訊天線控制器之第一可導引天線元件’該第 一可導引天線元件用於朝向工作服務波束正在服務之一 個或更多個現在服務通訊單元發射一工作服務波束’且 當該工作服務波束可以被移動以服務一具有請求服務之 新的通訊單元而不會漏失服務任何的一個或更多個現在 服務通訊單元，該第一可導引天線元件用於導引工作服 務波束之中心至一地面位置目標點，該點允許服務新的 通訊單元及一個或·更多個現在服務通訊單元；及 ， - 7 · 連接至通訊天線控制器之至少一個第二可導引天線元 件，當工作服務波束無法服務新的通訊單元而不漏失服 務一個或更多個現在服務通訊單元時，該至少一個第二 可導引天線元件用於朝向新的通訊單元發射一新的服務 波束。 4, 一種網路控制設備包含： 一用於確定具有來自一通訊天線請求服務之通訊單元 位置之處理器，決定一由通訊天線所提供之工作服務波 束是否能夠依位置服務通訊單元，當工作服務波束無法 服務該通訊單元時，通知通訊天線朝向.該通訊單元發射 一'新的版務波東’且當工作敗務波束能狗服務該通訊單 元時，通知通訊天線使用該以提供服務至該通訊單元。 5. —種通訊單元包含： —用以建立一服務請求之處理器；及 23- 本紙張尺度通用f國國家標準（CNS ) A4规格（21〇χ20公着} ---------------tr------.4. (請先《讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央搮準局負工消费合作社印袈 AS B8 C8 D8

   一連接至處理器用以傳送服務請求且當一工作服務波 束祛法依位置服務該通訊單元時用以在由一通訊天線所 提供一新的服務波束上通訊，其中該工作服務波束正提 供服務至一個或更多個現在服務通訊單元，當該工作服 務波束忐夠版務該通訊單元時，無線電收發器亦用於使 用工作服務波束，其中該工作服務波束之中心被通訊天 線導引至一地面位置目標點，此點允許該工作服務波束 服務該通訊單元及一個或更多個現在服務通訊單元。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 装· ,1T -^. 經濟部中央標準局員工消費合作社印装 -24 本紙银尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29^* )