專利名稱：對(duì)使用衛(wèi)星射束的模糊位置解進(jìn)行模糊分辨的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用衛(wèi)星來進(jìn)行目標(biāo)位置確定。尤其是，本發(fā)明涉及對(duì)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的用戶終端的模糊位置解進(jìn)行模糊分辨的方法。
背景技術(shù)：
典型的基于衛(wèi)星的通信系統(tǒng)包括至少一個(gè)地面基站(以下叫做信關(guān)(gateway))、至少一個(gè)用戶終端(例如，移動(dòng)電話)以及用于在信關(guān)和用戶終端之間轉(zhuǎn)發(fā)通信信號(hào)的至少一個(gè)衛(wèi)星。信關(guān)提供從用戶終端到其它用戶終端或諸如地面電話系統(tǒng)等通信系統(tǒng)的鏈路。
已開發(fā)出使用時(shí)分多址(TDMA)、頻分多址(FDMA)和碼分多址(CDMA)的各種多址通信系統(tǒng)和技術(shù)，其基礎(chǔ)在本領(lǐng)域內(nèi)是眾所周知的。在1990年2月13提出的第4,901,307號(hào)名為“Spread Spectrum Multiple Access Communication SystemUsing Satellite or Terrestrial Repeaters”的美國專利以及1995年1月4日提交的第08/368,570號(hào)名為“Method and Apparatus for Using Full Spectrum TransmittedPower in a Spread Spectrum Communication System for Tracking IndividualRecipient Phase Time and Energy”的美國專利申請(qǐng)中揭示了在多址通信系統(tǒng)中使用CDMA技術(shù)，這兩個(gè)專利已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并在這里通過引用而引入。
上述專利文本揭示了多址通信系統(tǒng)，其中許多普通的移動(dòng)或遠(yuǎn)程系統(tǒng)用戶中的每一個(gè)利用至少一個(gè)用戶終端來與其它系統(tǒng)用戶或諸如公共電話交換網(wǎng)等其它相連系統(tǒng)的用戶進(jìn)行通信。用戶終端使用CDMA頻譜擴(kuò)展型通信信號(hào)通過信關(guān)和衛(wèi)星進(jìn)行通信。
通信衛(wèi)星形成射束(beam)，這些射束照亮通過把衛(wèi)星通信信號(hào)投射到地球表面所產(chǎn)生的“點(diǎn)”或區(qū)域。用于點(diǎn)的典型衛(wèi)星射束圖案包括以預(yù)定覆蓋圖案排列的許多射束。一般，每個(gè)射束包括覆蓋公共地理區(qū)域的許多所謂的子射束(sub-beam)(也叫做CDMA信道)，每個(gè)子射束占據(jù)不同的頻帶。
在典型的頻譜擴(kuò)展通信系統(tǒng)中，在對(duì)作為通信信號(hào)發(fā)射的載波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制前，使用一組預(yù)選的偽隨機(jī)噪聲(PN)碼序列對(duì)預(yù)定頻譜帶上的信息信號(hào)進(jìn)行調(diào)制(即，“擴(kuò)展”)。PN碼擴(kuò)展是本領(lǐng)域內(nèi)所公知的一種頻譜擴(kuò)展發(fā)射方法，該方法產(chǎn)生用于發(fā)射的信號(hào)，該信號(hào)的帶寬比數(shù)據(jù)信號(hào)的帶寬大得多。在前向通信鏈路中(即，在起始于信關(guān)開始并終止于用戶終端的通信鏈路中)，可使用PN擴(kuò)展碼或二進(jìn)制序列來區(qū)分由不同衛(wèi)星或信關(guān)所發(fā)射的信號(hào)或者在不同射束(beam)上所發(fā)射的信號(hào)并分辨多路徑信號(hào)。PN擴(kuò)展碼一般由給定小區(qū)或子射束內(nèi)的通信信號(hào)所共享。
在典型的CDMA頻譜擴(kuò)展系統(tǒng)中，使用信道化代碼來區(qū)分經(jīng)由前向鏈路在衛(wèi)星射束內(nèi)發(fā)射的將用于各種用戶終端信號(hào)。即，提供一系列獨(dú)有的正交信道(包括導(dǎo)頻和尋呼尋呼信道)，以使用獨(dú)有的“信道化”正交代碼在前向鏈路上把信息傳送到用戶終端。一般使用Walsh函數(shù)來實(shí)現(xiàn)此信道化代碼。
諸如4,901,307號(hào)美國專利中所揭示的典型CDMA頻譜擴(kuò)展通信系統(tǒng)打算對(duì)前向鏈路用戶終端通信使用相干調(diào)制和解調(diào)。在使用該手段的通信系統(tǒng)中，把“導(dǎo)頻”載波信號(hào)(以下叫做“導(dǎo)頻信號(hào)”)用作前向鏈路的相干相位基準(zhǔn)。即，由信關(guān)在整個(gè)覆蓋區(qū)內(nèi)發(fā)射不包含數(shù)據(jù)調(diào)制的導(dǎo)頻信號(hào)。一般單個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)只由用于每個(gè)所使用頻率的每個(gè)射束(即，每個(gè)子射束或CDMA信道)的每個(gè)信關(guān)來發(fā)射。這些導(dǎo)頻信號(hào)由接收來自信關(guān)的信號(hào)的用戶終端所共享。
雖然據(jù)說每個(gè)射束或子射束可具有獨(dú)有的導(dǎo)頻信號(hào)(被系統(tǒng)廣泛地再使用)，它們不可能通過使用不同的PN碼多項(xiàng)式而產(chǎn)生，但它們可使用具有不同代碼相移的相同的擴(kuò)展碼。這使得可容易地相互區(qū)分PN碼，繼而區(qū)分起始信關(guān)或衛(wèi)星以及射束或子射束。或者，在通信系統(tǒng)內(nèi)使用一系列PN擴(kuò)展碼，不同的PN碼用于通過其進(jìn)行通信的每個(gè)信關(guān)或衛(wèi)星平面(plane)，而定時(shí)偏移用于每個(gè)射束或子射束。對(duì)本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員很明顯的是，可根據(jù)需要而分配許多或很少的PN碼來識(shí)別受到復(fù)雜性、可行性和系統(tǒng)容量限制的通信系統(tǒng)中的特定信號(hào)源。
用戶終端使用導(dǎo)頻信號(hào)來獲得初始系統(tǒng)同步以及對(duì)信關(guān)所發(fā)射的其它信號(hào)進(jìn)行時(shí)間、頻率和相位上的跟蹤。把通過跟蹤導(dǎo)頻信號(hào)載波獲得的相位信息用作對(duì)其它系統(tǒng)信號(hào)或通話信號(hào)進(jìn)行相干解調(diào)的載波相位基準(zhǔn)。該技術(shù)使得許多通話信號(hào)可共享一作為相位基準(zhǔn)的公共導(dǎo)頻信號(hào)，從而提供花費(fèi)更少且更有效的跟蹤機(jī)構(gòu)。
當(dāng)一用戶終端未處于通信時(shí)間時(shí)(即，該用戶終端未在接收或發(fā)射通話信號(hào))，則信關(guān)可使用稱為尋呼信號(hào)的信號(hào)把信息傳送到該特定用戶終端。例如，當(dāng)一呼叫已接到一特定移動(dòng)電話時(shí)，信關(guān)利用尋呼信號(hào)來通知該移動(dòng)電話。還可使用尋呼信號(hào)給系統(tǒng)分配上面的信息。
用戶終端可通過在反向鏈路(即，起始于用戶終端并終止于信關(guān)的通信鏈路)上發(fā)送接入信號(hào)或接入探針(probe)來響應(yīng)于尋呼信號(hào)。還在用戶終端發(fā)生一呼叫時(shí)使用接入信號(hào)。接入探針或信號(hào)可使用它們自己的一組PN碼序列在反向鏈路上進(jìn)行擴(kuò)展，提供可限制接收和處理這些信號(hào)的特定衛(wèi)星或信關(guān)的信號(hào)識(shí)別形式。
當(dāng)需要與用戶終端進(jìn)行通信時(shí)，通信系統(tǒng)需要確定用戶終端的位置。對(duì)用戶終端位置信息的需要出于幾個(gè)考慮。一個(gè)考慮是，系統(tǒng)應(yīng)選擇用于提供通信鏈路的適當(dāng)信關(guān)。例如，與被適當(dāng)?shù)靥岣叩接脩艚K端水平線上方的衛(wèi)星進(jìn)行通信的信關(guān)可提供較高質(zhì)量的通信鏈路。需要使用與這種衛(wèi)星進(jìn)行通信的信關(guān)。因此，在需要與特定用戶終端進(jìn)行通信時(shí)，通信系統(tǒng)需要知道用戶終端相對(duì)于各種衛(wèi)星的位置，以便選擇適當(dāng)?shù)男抨P(guān)。
另一個(gè)考慮是，把通信鏈路分配到適當(dāng)?shù)臉I(yè)務(wù)供應(yīng)商(例如，電話公司)。通常業(yè)務(wù)供應(yīng)商將被分配特定的地理范圍，并管理在該范圍內(nèi)與用戶的所有呼叫。在需要與特定用戶終端進(jìn)行通信時(shí)，通信系統(tǒng)可根據(jù)用戶終端所在的范圍把呼叫分配給業(yè)務(wù)供應(yīng)商。為了確定適當(dāng)?shù)姆秶ㄐ畔到y(tǒng)需要用戶終端的位置。在必須根據(jù)行政分界把呼叫分配給業(yè)務(wù)供應(yīng)商時(shí)存在類似的考慮。
基于衛(wèi)星的通信系統(tǒng)在進(jìn)行位置確定時(shí)的一個(gè)重要要求是速度。在需要與一特定用戶終端進(jìn)行通信時(shí)，應(yīng)快速地選擇將服務(wù)于該用戶終端的信關(guān)。例如，移動(dòng)電話用戶不可能容忍在接通呼叫時(shí)有幾秒鐘以上的延遲。對(duì)定位準(zhǔn)確性的要求沒有對(duì)速度的要求那么重要；認(rèn)為小于10公里(km)的誤差是適當(dāng)?shù)?，以便?shí)現(xiàn)短的延遲。相反，基于衛(wèi)星的位置確定的大多數(shù)常規(guī)手段強(qiáng)調(diào)準(zhǔn)確性而甚于速度。
此外，許多常規(guī)的手段導(dǎo)致模糊的位置解。即，一確定的位置解包括一個(gè)以上的用戶終端的可能位置。因此，我們需要一種對(duì)模糊位置解中的模糊進(jìn)行分辨的系統(tǒng)和方法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種用于對(duì)衛(wèi)星通信系統(tǒng)中用戶終端(例如，移動(dòng)電話)位置的不同模糊解中的模糊進(jìn)行分辨的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包括一用戶終端、至少一個(gè)衛(wèi)星以及一用于通過衛(wèi)星與用戶終端進(jìn)行通信的信關(guān)。每個(gè)衛(wèi)星具有多個(gè)衛(wèi)星射束，每個(gè)射束對(duì)應(yīng)于衛(wèi)星軌道路徑以公知的方式照亮地球表面上的區(qū)域。
該方法包括確定用戶終端在地球表面上的多個(gè)可能位置、識(shí)別照亮用戶終端的衛(wèi)星射束以及射束所處的子軌跡(sub-track)的相應(yīng)一側(cè)、把可能位置與用于被識(shí)別的衛(wèi)星射束的確定子軌跡一側(cè)相比較來選擇可能位置中的一個(gè)位置這些步驟。
在用戶終端中使用衛(wèi)星識(shí)別裝置和比較裝置可解決模糊解?；蛘?，用戶終端中的第一識(shí)別裝置檢測(cè)照亮用戶終端的衛(wèi)星射束的至少一個(gè)射束特定參數(shù)，諸如用于該射束的PN碼。把與檢測(cè)到的參數(shù)的值有關(guān)的信息報(bào)告給信關(guān)，在該信關(guān)處第二識(shí)別裝置接收該信息并識(shí)別衛(wèi)星射束。由于信關(guān)保存描述衛(wèi)星位置和射束方位的信息，所以信關(guān)可以給定的時(shí)間來確定被識(shí)別的射束處在衛(wèi)星子軌跡的哪一側(cè)。把落到照亮用戶終端的被檢測(cè)射束的子軌跡的不正確一側(cè)的可能用戶終端位置作為該用戶終端的不正確解。因此，可消除或減少多個(gè)解之間的模糊。
在本發(fā)明的其它方面，被識(shí)別的射束可以是前向鏈路或反向鏈路射束或這兩者。即，用于在用戶終端處接收來自信關(guān)的信號(hào)的射束或用于在信關(guān)處接收來自用戶終端的信號(hào)的射束。來自衛(wèi)星的前向和反向鏈路射束圖案最好是不同的(這不是必須的)，在某些情況下可使用這些不同來引起附加的模糊分辨。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它能快速地分辨模糊的用戶終端位置解中的模糊。
附圖概述從以下提出的詳細(xì)描述并結(jié)合附圖將使本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)變得更加明顯起來，其中相同的標(biāo)號(hào)表示相同或在功能上類似的元件。此外，標(biāo)號(hào)最左邊的數(shù)字表示最先出現(xiàn)該標(biāo)號(hào)的附圖。
圖1示出典型的衛(wèi)星通信系統(tǒng)；圖2是在用戶終端中所使用的示例無線電收發(fā)機(jī)的方框圖；圖3是在信關(guān)中所使用的示例發(fā)射和接收設(shè)備的方框圖；圖4以輪廓示出投射到地球表面上的衛(wèi)星范圍及范圍速率(range-rate)參數(shù)；
圖5是示出在確定用戶終端的可能位置解時(shí)本發(fā)明較佳實(shí)施例的操作的流程圖；圖6a和6b示出依據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例的衛(wèi)星“點(diǎn)”的示例射束圖案；以及圖7是示出依據(jù)較佳實(shí)施例的本發(fā)明操作的流程圖。
本發(fā)明的較佳實(shí)施方式Ⅰ．介紹本發(fā)明是一種用于對(duì)衛(wèi)星通信系統(tǒng)中用戶終端的不同模糊位置解中的模糊進(jìn)行分辨的系統(tǒng)和方法。以下詳細(xì)地討論本發(fā)明的較佳實(shí)施例。雖然討論特定步驟、結(jié)構(gòu)和配置，但應(yīng)理解這只是為了示意。相關(guān)領(lǐng)域中的技術(shù)人員將知道，可使用其它步驟、結(jié)構(gòu)和配置而不背離本發(fā)明的精神和范圍。將以三個(gè)部分來描述本發(fā)明。首先，描述典型的衛(wèi)星通信系統(tǒng)。其次，描述用于確定模糊位置解的兩個(gè)候選手段。最后，描述本發(fā)明較佳實(shí)施例的操作。
Ⅱ．典型的衛(wèi)星通信系統(tǒng)圖1示出典型的衛(wèi)星通信系統(tǒng)100。衛(wèi)星通信系統(tǒng)100包括信關(guān)102、衛(wèi)星104和用戶終端106。用戶終端106一般有三種固定用戶終端106A，它們通常安裝在固定結(jié)構(gòu)中；移動(dòng)用戶終端106B，它們通常安裝在汽車中；便攜式用戶終端106C，它們通常是手提式的。信關(guān)102通過衛(wèi)星104與用戶終端106進(jìn)行通信。
圖2中示出用于用戶終端106中的示例無線電收發(fā)機(jī)200。無線電收發(fā)機(jī)200使用至少一個(gè)天線210來接收傳送到模擬接收機(jī)214的通信信號(hào)，這些信號(hào)在該接收機(jī)214處被下變頻、放大和數(shù)字化。通常使用雙工器元件212而允許同一天線服務(wù)于發(fā)射和接收功能。然而，某些系統(tǒng)利用分開的天線在不同的頻率下操作。
把模擬接收機(jī)214輸出的數(shù)字通信信號(hào)傳送到至少一個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)接收機(jī)216A和至少一個(gè)數(shù)字搜索器接收機(jī)218。對(duì)相關(guān)領(lǐng)域中的技術(shù)人員很明顯的是，依據(jù)可接收的單元復(fù)雜程度，還可使用附加的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)接收機(jī)216B-216N來獲得所需程度的信號(hào)分集。以此方式構(gòu)成的接收機(jī)叫做“耙式(rake)接收機(jī)”，每個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)接收機(jī)216叫做“指狀物(finger)”。耙式接收機(jī)的指狀物不僅用于信號(hào)分集，還可用于接收來自多個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)。
至少一個(gè)用戶終端控制處理器220被電氣耦合到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)接收機(jī)216A-216N以及搜索器接收機(jī)218。除了其它功能以外，控制處理器220還可提供基本的信號(hào)處理、定時(shí)、功率和交換控制或用于信號(hào)載波的頻率協(xié)調(diào)和選擇?？刂铺幚砥?20通常進(jìn)行的另一個(gè)基本控制功能是選擇或處理待用于處理通信信號(hào)波形的PN碼序列或正交函數(shù)?？刂铺幚砥?20所進(jìn)行的信號(hào)處理可包括確定本發(fā)明所使用的參數(shù)。對(duì)諸如相對(duì)定時(shí)和頻率等信號(hào)參數(shù)的計(jì)算可包括使用附加或分開的專用電路，從而在測(cè)量時(shí)提供較高的效率或速度，或者改進(jìn)控制處理資源的分配。
數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)接收機(jī)216A-216N的輸出被電氣耦合到用戶終端內(nèi)的用戶數(shù)字基帶電路222。用戶數(shù)字基帶電路22包括來往于用戶終端用戶而傳送信息的公知處理和顯示元件。即，諸如瞬時(shí)或長時(shí)間存儲(chǔ)器等信號(hào)或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元件；諸如顯示屏、揚(yáng)聲器、鍵盤終端和手機(jī)等輸入和輸出裝置；A/D元件、聲碼器和其它話音和模擬信號(hào)處理元件等；所有的這些元件都形成使用本領(lǐng)域內(nèi)公知元件的用戶基帶電路的一部分。如果利用分集信號(hào)處理，則用戶數(shù)字基帶電路222可包括分集組合器和解碼器。這些元件中的某些元件還可在控制處理器220的控制下或在與控制處理器220進(jìn)行通信時(shí)進(jìn)行操作。
當(dāng)準(zhǔn)備話音或其它數(shù)據(jù)作為用戶終端所產(chǎn)生的輸出報(bào)文或通信信號(hào)時(shí)，用戶數(shù)字基帶電路222用于接收、存儲(chǔ)、處理或者準(zhǔn)備待發(fā)射的所需數(shù)據(jù)。用戶數(shù)字基帶電路222把該數(shù)據(jù)提供給在控制處理器220的控制下進(jìn)行操作的發(fā)射調(diào)制器226。發(fā)射調(diào)制器226的輸出被傳送到功率控制器228，該控制器228對(duì)發(fā)射功率放大器230提供輸出功率控制，以最終把輸出信號(hào)從天線210發(fā)射到信關(guān)。
無線電收發(fā)機(jī)200也可利用一個(gè)或多個(gè)預(yù)修正元件或預(yù)修正器232和234。在具有專利號(hào)的名為“Time And Frequency Precorrection For Non-GeostationarySatellite System”未決的共有申請(qǐng)(將被轉(zhuǎn)讓，代理記錄號(hào)PA338)中揭示了這兩個(gè)預(yù)修正器的操作，在這里通過引用而引入。最好在基帶頻率在數(shù)字功率控制器228的輸出處發(fā)生預(yù)修正。在發(fā)生功率放大器230中所進(jìn)行的上變頻期間，把包括頻率調(diào)節(jié)的基帶頻譜信息轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)闹行念l率。使用本領(lǐng)域內(nèi)公知的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)此預(yù)修正或頻率調(diào)節(jié)。例如，可通過復(fù)合信號(hào)旋轉(zhuǎn)來進(jìn)行預(yù)修正，這等效于把該信號(hào)與因子ejωt相乘，這里ω根據(jù)已知的衛(wèi)星天文歷(ephemerides)和所需的信道頻率而計(jì)得的。這在同相(I)和正交相(Q)信道中處理通信信號(hào)時(shí)非常有用。可使用直接的數(shù)字合成裝置來產(chǎn)生一些旋轉(zhuǎn)積?；蛘撸墒褂米鴺?biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計(jì)算元件，該元件利用二進(jìn)制偏移、加法和減法來進(jìn)行一系列離散的旋轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致所需的全部旋轉(zhuǎn)。這些技術(shù)和相關(guān)硬件在本領(lǐng)域內(nèi)是容易理解的。
再者，可把預(yù)修正元件234放置在發(fā)射功率放大器230的輸出的發(fā)射路徑中，以調(diào)節(jié)輸出信號(hào)的頻率。這可以使用眾所周知的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，諸如對(duì)發(fā)射波形進(jìn)行上或下變頻。然而，改變模擬發(fā)射機(jī)的輸出的頻率可能較困難，這是因?yàn)橥ǔＲ褂靡幌盗袨V波器來使波形成形，此連接上的變化可影響濾波過程。此外，預(yù)修正元件234可形成用于用戶終端的模擬上變頻和調(diào)制級(jí)(230)的頻率選擇或控制機(jī)構(gòu)的一部分，從而可使用經(jīng)適當(dāng)調(diào)節(jié)的頻率在一個(gè)步驟內(nèi)把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成所需的發(fā)射頻率。
可使用本領(lǐng)域內(nèi)公知的各種技術(shù)，把相應(yīng)于對(duì)接收到的通信信號(hào)或一個(gè)或多個(gè)共享的資源信號(hào)測(cè)得的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)參數(shù)的信息或數(shù)據(jù)發(fā)送到信關(guān)。例如，可把這些信息作為分離的信息信號(hào)傳送或添加到用戶數(shù)字基帶電路222所準(zhǔn)備的其它報(bào)文中。此外，可在控制處理器220的控制下，由發(fā)射調(diào)制器226或發(fā)射功率控制器228插入這些信息作為預(yù)定控制位。
可以信號(hào)相關(guān)元件來構(gòu)成數(shù)據(jù)接收機(jī)216A-N和搜索器接收機(jī)218，以解調(diào)和跟蹤特定信號(hào)。使用搜索器接收機(jī)218來搜索導(dǎo)頻信號(hào)或其它模式相對(duì)固定的強(qiáng)信號(hào)，而使用數(shù)據(jù)接收機(jī)216A-N來跟蹤導(dǎo)頻信號(hào)或解調(diào)與檢測(cè)到的導(dǎo)頻信號(hào)有關(guān)的其它信號(hào)。因此，可監(jiān)測(cè)這些單元的輸出，以提供用于計(jì)算本發(fā)明的參數(shù)的信息?？墒褂帽绢I(lǐng)域內(nèi)公知的各種技術(shù)，把用戶終端106對(duì)接收到的通信信號(hào)或共享資源信號(hào)測(cè)得的信息發(fā)送到信關(guān)。例如，可把這些信息作為分離的數(shù)據(jù)信號(hào)傳送或添加到用戶數(shù)字基帶電路222所準(zhǔn)備的其它報(bào)文中。數(shù)據(jù)接收機(jī)216還利用可被監(jiān)測(cè)的頻率跟蹤元件，以向控制處理器220提供用于被解調(diào)信號(hào)的當(dāng)前頻率和定時(shí)信息。以下將參考圖4和5對(duì)此進(jìn)行進(jìn)一步討論。
控制處理器220使用這些信息來確定在接收到的信號(hào)被定標(biāo)到同一頻帶時(shí)把該信號(hào)從期望頻率(基于本機(jī)振蕩器頻率)適當(dāng)?shù)仄频绞裁闯潭?。可在必要時(shí)這個(gè)以及相應(yīng)于頻率偏移、誤差和Doppler偏移的其它信息存儲(chǔ)在一個(gè)或多個(gè)誤差/Doppler存儲(chǔ)器或存儲(chǔ)元件236中?？刂铺幚砥?20可使用該信息來調(diào)節(jié)其操作頻率，或者可使用各種通信信號(hào)把該信息傳送到信關(guān)。
使用至少一個(gè)時(shí)基元件238來產(chǎn)生和存儲(chǔ)諸如日期和時(shí)間等時(shí)間順序信息，以有助于確定衛(wèi)星位置。該時(shí)間可周期性地存儲(chǔ)和更新，也可由信關(guān)周期性地提供。此外，每當(dāng)用戶終端輸入諸如什么時(shí)候“關(guān)掉”等停止(inactive)模式時(shí)，存儲(chǔ)當(dāng)前時(shí)間。把該時(shí)間值與“開啟”時(shí)間結(jié)合在一起使用來確定各種與時(shí)間相關(guān)的信號(hào)參數(shù)和用戶終端位置變化。
此外，可使用存儲(chǔ)器或存儲(chǔ)元件240和242來存儲(chǔ)與以下進(jìn)一步詳細(xì)討論的參數(shù)有關(guān)的特定信息。例如，存儲(chǔ)元件240可存儲(chǔ)相對(duì)于范圍速率參數(shù)而進(jìn)行的用戶終端測(cè)量值，諸如兩個(gè)到達(dá)的信號(hào)之間相對(duì)頻率偏移之差。存儲(chǔ)裝置240和242使用本領(lǐng)域內(nèi)公知的結(jié)構(gòu)和電路，并可形成為不同或分離的元件或者形成以受控的方式存儲(chǔ)該信息以備今后檢索的較大的一體化結(jié)構(gòu)。
如圖2所示，把本機(jī)或基準(zhǔn)振蕩器250用作模擬接收機(jī)214的基準(zhǔn)，以把輸入信號(hào)下變頻到所需的頻率處的基帶。必要時(shí)，還可在多個(gè)中間變頻步驟中使用該振蕩器，直至該信號(hào)達(dá)到所需的基帶頻率。如圖所示，還可把振蕩器250用作模擬發(fā)射機(jī)230的基準(zhǔn)，以上變頻到用于反向鏈路發(fā)射的所需的載波頻率，該振蕩器還用作定時(shí)電路252的標(biāo)準(zhǔn)或基準(zhǔn)。定時(shí)電路252對(duì)用戶終端200內(nèi)的其它級(jí)或處理元件產(chǎn)生定時(shí)信號(hào)，這些元件諸如時(shí)間跟蹤電路、數(shù)字接收機(jī)216A-N中的相關(guān)器、發(fā)射調(diào)制器226、時(shí)間基準(zhǔn)元件238和控制處理器220。定時(shí)電路252還可在處理器的控制下，產(chǎn)生延緩或推進(jìn)定時(shí)或時(shí)鐘信號(hào)的相對(duì)定時(shí)的延遲。即，可以預(yù)定的數(shù)量來調(diào)節(jié)時(shí)間跟蹤。這通常還使得把代碼的應(yīng)用從“正?！睍r(shí)間推進(jìn)或延緩一個(gè)或多個(gè)子碼周期(chip period)，從而在必要時(shí)可以不同的定時(shí)來應(yīng)用PN碼或構(gòu)成這些代碼的子碼。
在圖3中示出用于信關(guān)102的一個(gè)示例的發(fā)射和接收設(shè)備300。在圖3中示出的信關(guān)102部分具有連到天線310的用于接收通信信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)接收機(jī)314，然后使用本領(lǐng)域內(nèi)所公知的各種方案對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行下變頻、放大和數(shù)字化。在某些通信系統(tǒng)中使用多個(gè)天線310。把模擬接收機(jī)314輸出的數(shù)字化信號(hào)作為輸入提供給由324處的虛線所示的至少一個(gè)數(shù)字接收機(jī)模塊。
雖然某些變化在本領(lǐng)域內(nèi)是公知的，但每個(gè)數(shù)字接收機(jī)模塊324相應(yīng)于用于信關(guān)102與一個(gè)用戶終端106之間的通信的信號(hào)處理元件。一個(gè)模擬接收機(jī)314可對(duì)許多數(shù)字接收機(jī)模塊324提供輸入，這些模塊中的許多模塊通常使用在信關(guān)102中，以適應(yīng)所有的衛(wèi)星射束和在任何給定時(shí)間處理的可能的分集模式信號(hào)。每個(gè)數(shù)字接收機(jī)模塊314具有一個(gè)或多個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)接收機(jī)316和搜索器接收機(jī)318。搜索器接收機(jī)318一般搜索不同于導(dǎo)頻信號(hào)的適當(dāng)分集模式的信號(hào)。在用于通信系統(tǒng)中時(shí)，把多個(gè)數(shù)據(jù)接收機(jī)316A-316N用于分集信號(hào)接收。
把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)接收機(jī)316的輸出提供給后續(xù)的基帶處理元件322，該元件包括本領(lǐng)域內(nèi)眾所周知的設(shè)備且在這里不再進(jìn)一步說明。示例的基帶設(shè)備包括分集組合器和解碼器，以把多路徑信號(hào)組合成用于每個(gè)用戶的一個(gè)輸出。示例的基帶設(shè)備還包括通常把輸出數(shù)據(jù)提供給數(shù)字開關(guān)或網(wǎng)絡(luò)的接口電路。諸如聲碼器、數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)切換及存儲(chǔ)元件等(但不限于此)各種其它公知的元件可形成基帶處理元件322的一部分。這些元件用于控制或指導(dǎo)把數(shù)據(jù)信號(hào)傳送到一個(gè)或多個(gè)發(fā)射模塊334。
待發(fā)送到用戶終端106的每個(gè)信號(hào)都被電氣耦合到一個(gè)或多個(gè)適當(dāng)?shù)陌l(fā)射模塊334。典型的信關(guān)使用許多這樣的發(fā)射模塊334來同時(shí)為許多用戶終端106以及同時(shí)為幾個(gè)衛(wèi)星和射束提供服務(wù)。由本領(lǐng)域內(nèi)所公知的因素來確定信關(guān)102所使用的發(fā)射模塊334的數(shù)目，這些因素包括系統(tǒng)復(fù)雜性、通常所考慮的衛(wèi)星的數(shù)目、用戶容量、所選擇的分集程度以及類似的因素。
每個(gè)發(fā)射模塊334包括一發(fā)射調(diào)制器326，該調(diào)制器對(duì)用于發(fā)射的數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜擴(kuò)展調(diào)制，其輸出被電氣耦合到控制用于輸出數(shù)字信號(hào)的發(fā)射功率的數(shù)字發(fā)射功率控制器328。為了減少干擾和資源分配，數(shù)字發(fā)射功率控制器328一般用最小的功率電平，但它在需要補(bǔ)償發(fā)射路徑的衰減和其它路徑傳送特性時(shí)應(yīng)用適當(dāng)?shù)墓β孰娖?。發(fā)射調(diào)制器326在對(duì)信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)使用至少一個(gè)PN產(chǎn)生器332。此代碼的產(chǎn)生還可形成信關(guān)102中所使用的一個(gè)或多個(gè)控制處理器或存儲(chǔ)元件的一個(gè)功能性部分。
把發(fā)射功率控制器328的輸出傳送到求和器336，在這里對(duì)該輸出與來自其它發(fā)射功率控制電路的輸出求和。這些輸出是作為發(fā)射功率控制器328的輸出發(fā)射到處于同一頻率并在同一射束內(nèi)的其它用戶終端106的信號(hào)。把求和器336的輸出提供給模擬發(fā)射機(jī)338，以進(jìn)行數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換到適當(dāng)?shù)腞F載波頻率，進(jìn)一步放大、濾波并輸出到一個(gè)或多個(gè)天線340，以發(fā)射到用戶終端106。依據(jù)通信系統(tǒng)的復(fù)雜性和結(jié)構(gòu)，天線310和340可以是同一個(gè)天線。
至少一個(gè)信關(guān)控制處理器320被電氣耦合到接收機(jī)模塊324、發(fā)射模塊334和基帶電路322。這些單元實(shí)際上可相互隔離?？刂破魈幚砥?20提供命令和控制信號(hào)，以實(shí)行諸如信號(hào)處理、定時(shí)信號(hào)產(chǎn)生、功率控制、傳送控制、分集組合和系統(tǒng)連接等功能，但不限于此。此外，控制處理器320分配PN擴(kuò)展碼、正交代碼序列和特定發(fā)射機(jī)和接收機(jī)或模塊以用于用戶通信。此外，控制處理器可用于計(jì)算參數(shù)并執(zhí)行本發(fā)明的定位方法?？刂铺幚砥?20還控制導(dǎo)頻、同步和尋呼信道信號(hào)的產(chǎn)生和功率及其與發(fā)射功率控制器328的耦合。導(dǎo)頻信號(hào)不經(jīng)過數(shù)據(jù)調(diào)制，一般不受功率控制，且可使用重復(fù)不變的模式或不變的幀結(jié)構(gòu)。即，用于形成導(dǎo)頻信號(hào)信道的正交函數(shù)一般具有諸如1或0等恒定值，或者散布有1和0的眾所周知的重復(fù)模式。
而控制處理器320可被直接電氣耦合到諸如發(fā)射模塊334或接收模塊324等模塊的元件，每個(gè)模塊一般包括控制該模塊的元件的諸如發(fā)射處理器330或接收處理器321等模塊專用處理器。因而，如圖3所示，在較佳實(shí)施例中，控制處理器320被電氣耦合到發(fā)射處理器330和接收處理器321。這樣，單個(gè)控制處理器320可更有效地控制大量模塊和資源的操作。
發(fā)射處理器330控制導(dǎo)頻、同步、尋呼信號(hào)和通話信道信號(hào)的產(chǎn)生和信號(hào)功率及其各自與功率控制器328的耦合。接收處理器321對(duì)搜索哪些PN擴(kuò)展碼用于解調(diào)和對(duì)監(jiān)測(cè)接收到的功率進(jìn)行控制。處理器321還可用于確定本發(fā)明的方法中所使用的信號(hào)參數(shù)，或可檢測(cè)和傳送從用戶終端接收到的與這些參數(shù)有關(guān)的信息，從而降低控制處理器320的負(fù)擔(dān)。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例，可使用一個(gè)或多個(gè)預(yù)修正器或頻率預(yù)修正元件342和344。預(yù)修正元件342最好用于調(diào)節(jié)處于基帶頻率的數(shù)字功率控制器328的數(shù)字輸出的頻率。如同在用戶終端中一樣，在模擬發(fā)射器338中所進(jìn)行的上變頻期間，把包括頻率調(diào)節(jié)的基帶頻譜信息轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)闹行念l率。使用本領(lǐng)域內(nèi)公知的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)頻率預(yù)修正，此技術(shù)諸如以上討論的復(fù)合信號(hào)旋轉(zhuǎn)，其中根據(jù)已知的衛(wèi)星天文歷和所需的信道頻率來計(jì)算旋轉(zhuǎn)角。如同在用戶終端中一樣，可使用其它信號(hào)旋轉(zhuǎn)技術(shù)和相應(yīng)的硬件而不背離本發(fā)明的精神和范圍。
在圖3中，示出預(yù)修正器342被放置在求和器336前的發(fā)射路徑中。這使得可在必要時(shí)對(duì)每個(gè)用戶終端進(jìn)行獨(dú)立地控制。然而，也可在求和器336后進(jìn)行預(yù)修正時(shí)使用單個(gè)頻率預(yù)修正元件，這是因?yàn)橛脩艚K端共享從信關(guān)到衛(wèi)星的同一發(fā)射路徑。
此外，可把預(yù)修正器344放置在模擬發(fā)射機(jī)338的輸出上的發(fā)射路徑中，以使用公知的技術(shù)來調(diào)節(jié)輸出信號(hào)的頻率。然而，改變模擬發(fā)射機(jī)的輸出的頻率可能較困難，且可能影響信號(hào)濾波過程。此外，可通過控制處理器320來直接調(diào)節(jié)模擬發(fā)射機(jī)338的輸出頻率，以提供與正常中心頻率偏移的偏移輸出頻率。
施加在輸出信號(hào)上的頻率修正量是根據(jù)信關(guān)和通過其建立通信的每個(gè)衛(wèi)星之間的已知Doppler?？刂铺幚砥?20使用已知的衛(wèi)星軌道位置數(shù)據(jù)來計(jì)算計(jì)入衛(wèi)星Doppler所需的偏移量。可把該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在諸如查詢表或存儲(chǔ)元件等一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)元件346中，并可從中進(jìn)行檢索。必要時(shí)，還可由其它數(shù)據(jù)源來提供該數(shù)據(jù)?？墒褂弥T如RAM和ROM電路或磁性存儲(chǔ)裝置等各種眾所周知的裝置來構(gòu)成存儲(chǔ)元件346?？墒褂迷撔畔⒃诮o定的時(shí)間對(duì)信關(guān)所使用的每個(gè)衛(wèi)星建立Doppler調(diào)節(jié)。
如同3所示，時(shí)間和頻率單元(TFU)348為模擬接收機(jī)314提供了基準(zhǔn)頻率信號(hào)。在某些應(yīng)用中，可把來自GPS接收機(jī)的世界時(shí)(UT)信號(hào)用作此過程的一部分。在必要時(shí)，它還用于多個(gè)中間變頻步驟。TFU348還用作模擬發(fā)射機(jī)348的基準(zhǔn)。TFU348還為信關(guān)發(fā)射和接收設(shè)備300中的其它級(jí)或處理元件提供定時(shí)信號(hào)，這些元件諸如數(shù)字接收機(jī)316A-N和318中的相關(guān)器、發(fā)射調(diào)制器326和控制處理器320。在必要時(shí)，TFU348還在處理器的控制下把(時(shí)鐘)信號(hào)的相對(duì)定時(shí)延緩或推進(jìn)預(yù)定的量。
Ⅲ．位置確定為了在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中確定用戶終端的位置，系統(tǒng)通常首先計(jì)算描述衛(wèi)星與用戶終端之間的地理關(guān)系的各種參數(shù)。有幾個(gè)這樣的手段。一個(gè)這樣的手段是諸如全球定位系統(tǒng)(GPS)所使用的三角測(cè)量(triangulation)手段。
在三角測(cè)量手段中，每個(gè)衛(wèi)星測(cè)量描述衛(wèi)星與用戶終端之間距離的范圍參數(shù)。于是，每個(gè)范圍參數(shù)表示以測(cè)量衛(wèi)星為中心的球。以球與地球表面的交叉點(diǎn)來描述用戶終端在地球表面上的可能位置。如果有三個(gè)衛(wèi)星(繼而三個(gè)范圍參數(shù))，則可無模糊地識(shí)別用戶終端的位置。然而，如果范圍參數(shù)少于三個(gè)的，則不能無模糊地識(shí)別用戶終端的位置。例如，如果只可獲得兩個(gè)范圍參數(shù)，則存在兩個(gè)可能的解，一個(gè)解是衛(wèi)星子軌跡相對(duì)一側(cè)上另一個(gè)解的“鏡象”。衛(wèi)星的子軌跡是在地球表面上直接位于衛(wèi)星路徑下方的線。如果只獲得一個(gè)范圍參數(shù)，則以地球表面上以衛(wèi)星子軌跡為中心的圓圈來描述可能的用戶終端位置。
在具有申請(qǐng)?zhí)?已諸如，代理登記號(hào)PA286)的同時(shí)提交的名為“PositionDetermination Using One Low-Earth Orbit Satellite”的共有申請(qǐng)中揭示了另一個(gè)手段，這里通過引用而引入。在該手段的一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)測(cè)量描述衛(wèi)星104和用戶終端106之間地理關(guān)系的兩個(gè)參數(shù)范圍和范圍速率。范圍速率參數(shù)描述了衛(wèi)星104和用戶終端106之間的相對(duì)徑向速度。
可把衛(wèi)星104相對(duì)于用戶終端的范圍和范圍速率參數(shù)描述為圖4所示投射到地球表面的輪廓。范圍參數(shù)輪廓描述了以集中在子軌跡404上并繞衛(wèi)星104的當(dāng)前位置405為中心的圓402以用于測(cè)量。范圍速率參數(shù)描述了相對(duì)于衛(wèi)星子軌跡404對(duì)稱的雙曲線狀弧406。使用該手段一般會(huì)產(chǎn)生模糊位置解408，它包括兩個(gè)可能的位置，即正確解408A和“鏡象”解408B，每個(gè)解位于范圍參數(shù)輪廓402和范圍速率參數(shù)輪廓406的兩個(gè)交叉點(diǎn)中的每個(gè)交叉點(diǎn)處。
當(dāng)存在這樣的模糊位置解時(shí)，想要對(duì)此模糊進(jìn)行分辨。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，如下所述使用衛(wèi)星104的衛(wèi)星射束來對(duì)模糊進(jìn)行分辨。
圖5是示出在確定用戶終端106的可能位置解時(shí)本發(fā)明較佳實(shí)施例的操作的流程圖。在步驟502，確定描述衛(wèi)星102與用戶終端106之間地理關(guān)系的某些參數(shù)的值。例如，要測(cè)量或確定值的參數(shù)可包括上述范圍和范圍速率參數(shù)。在步驟504，使用這些參數(shù)值來確定用戶終端106的兩個(gè)或多個(gè)可能的位置。例如，用于確定可能位置的方法可包括上述三角測(cè)量和范圍/范圍速率手段。對(duì)相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員來說明顯的是，可使用其它參數(shù)和位置確定手段而不背離本發(fā)明的精神和范圍。
Ⅳ．位置模糊分辨如上所述，通信衛(wèi)星形成用于照亮通過把衛(wèi)星通信信號(hào)投射到地球表面上而產(chǎn)生的“點(diǎn)”或服務(wù)或覆蓋區(qū)。把該點(diǎn)600表示成圖6a和6b中的兩種形式。用于點(diǎn)600的典型衛(wèi)星射束圖案包括以預(yù)定覆蓋圖案排列的許多射束。對(duì)相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員很明顯的是，例如，可由相控陣列(pbased-array)射束形成天線來形成衛(wèi)星射束。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，點(diǎn)600的前向鏈路射束圖案包括以基本上如圖6a所示的同心組排列的十六個(gè)射束601-616。點(diǎn)600的另一個(gè)射束圖案(最好用于反向鏈路)包括以基本上如圖6b所示的拉長扇區(qū)排列的十六個(gè)射束621-636。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，對(duì)前向和反向通信鏈路使用不同的射束圖案。例如，這樣可用于對(duì)兩個(gè)鏈路之間的特定射束圖案提供不同的增益特性，并且用于改善功率分集成形。此外，可對(duì)前向和反向鏈路通話或訪問信道使用不同的PN代碼組。在某些通信系統(tǒng)中，可對(duì)前向和反向通信鏈路使用相同的射束圖案，這些射束甚至還可使用相同的PN擴(kuò)展碼。然而，也可使用其它射束配置而不背離本發(fā)明的精神和范圍。
依據(jù)本發(fā)明，只要在前向和反向鏈路中的至少一個(gè)上使用多射束圖案，就可使用不同的配置。例如，可只在前向鏈路或只在反向鏈路上使用多射束圖案。
圖6a和6b中的每個(gè)圖還示出對(duì)應(yīng)于衛(wèi)星104所產(chǎn)生的點(diǎn)600的子軌跡404和速度矢量620。速度矢量620表示衛(wèi)星沿其相應(yīng)子軌跡的行進(jìn)方向。
應(yīng)注意，點(diǎn)600可相對(duì)于子軌跡404旋轉(zhuǎn)。通信衛(wèi)星一般由太陽能電池板來供電。太陽能電池板在位于太陽的法向時(shí)可進(jìn)行最有效的操作。因此，一般想要相對(duì)于入射的太陽光保持特定的電池板方向，以優(yōu)化衛(wèi)星功率的產(chǎn)生。由于一般把通信衛(wèi)星保持在與太陽同步的方向，所以每個(gè)衛(wèi)星可相對(duì)于其速度矢量旋轉(zhuǎn)，以相對(duì)于太陽保持所需的方向。結(jié)果，點(diǎn)600可相對(duì)于衛(wèi)星的子軌跡旋轉(zhuǎn)。依據(jù)各種眾所周知的因素，對(duì)于每個(gè)衛(wèi)星，這些方位旋轉(zhuǎn)的角度、方向和變化率在任何給定的時(shí)間可能各不相同。然而，這些改變代表了眾所周知的通信系統(tǒng)內(nèi)的位置變化，它們可被每個(gè)信關(guān)估計(jì)到。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，使用衛(wèi)星點(diǎn)內(nèi)的射束來分辨用戶終端位置解的模糊。依據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例，通過在所考慮的時(shí)間識(shí)別用戶終端所在的射束來選擇正確的解。在較佳實(shí)施例中，衛(wèi)星104在每個(gè)衛(wèi)星射束上廣播該射束的標(biāo)識(shí)(identity)。使用一射束或該射束中的信號(hào)的每個(gè)用戶終端接收衛(wèi)星射束標(biāo)識(shí)作為這些信號(hào)的一部分，檢測(cè)或確定該標(biāo)識(shí)，并把它回報(bào)給信關(guān)。信關(guān)對(duì)每個(gè)用戶終端保持該射束標(biāo)識(shí)。
例如可使用系統(tǒng)尋呼信號(hào)來提供射束標(biāo)識(shí)?？墒褂妹總€(gè)尋呼信號(hào)中的預(yù)定部分或字段來列出或指定被發(fā)射到射束的標(biāo)識(shí)符或ID。在產(chǎn)生尋呼信號(hào)時(shí)，選擇將被傳送到特定射束的適當(dāng)?shù)纳涫鴺?biāo)識(shí)符，并把它插入尋呼信號(hào)報(bào)文結(jié)構(gòu)中。射束ID可采取使用各種公知的文字?jǐn)?shù)字模式或索引方案的許多不同形式，并可通過通信系統(tǒng)和衛(wèi)星設(shè)計(jì)來建立。在本例中，給每個(gè)射束提供獨(dú)有的數(shù)字指示601-616和621-636。必要時(shí)可使用附加的符號(hào)來識(shí)別特定衛(wèi)星和子射束。
或者，可從PN擴(kuò)展碼分配模式中得到射束標(biāo)識(shí)。即，如上所述，射束中的每個(gè)衛(wèi)星子射束依據(jù)公知的系統(tǒng)信號(hào)源PN碼分配而使用特定的PN碼，包括基本代碼序列和定時(shí)偏移。因此，用戶終端可依據(jù)由于獲取和接收子射束上的信號(hào)的PN碼(和定時(shí))來識(shí)別接收到的子射束繼而射束。用戶終端可使用公知的代碼分配信息(諸如可存儲(chǔ)在存儲(chǔ)元件中的)來確定哪個(gè)射束相應(yīng)于檢測(cè)到的PN碼。然后，用戶終端把此射束標(biāo)識(shí)符報(bào)告給信關(guān)。
為了把此標(biāo)識(shí)符報(bào)告給信關(guān)，用戶終端本質(zhì)上不需要“識(shí)別”射束，而可簡單地報(bào)告所使用的PN碼。然后，信關(guān)使用公知的系統(tǒng)代碼分配信息(它們可被存儲(chǔ)在一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)裝置中)來確定哪個(gè)射束相應(yīng)于該P(yáng)N碼信息或所使用的任何其它參數(shù)。
實(shí)現(xiàn)射束識(shí)別檢測(cè)的設(shè)備在本領(lǐng)域內(nèi)是公知的，這些設(shè)備通常形成以上所討論的接收機(jī)和控制處理器的一部分。這些接收機(jī)檢測(cè)使用哪些PN擴(kuò)展碼(包括可應(yīng)用的PN碼偏移)來形成接收到的信號(hào)，并對(duì)還可能包含識(shí)別信息的報(bào)文進(jìn)行解碼。然而，在必要時(shí)也可使用附加的其它射束識(shí)別成分。
在必要時(shí)也可利用其它射束識(shí)別過程，諸如在同步信道上發(fā)射與導(dǎo)頻信號(hào)有關(guān)的預(yù)先分配的“射束ID”，檢測(cè)這些ID與獲取導(dǎo)頻定時(shí)相結(jié)合等。本發(fā)明不限于也不依據(jù)以上所討論的特殊射束識(shí)別技術(shù)。同時(shí)，本發(fā)明不嚴(yán)格地限于使用CDMA信號(hào)，只要存在可被通信系統(tǒng)所利用的可識(shí)別射束，且每個(gè)射束具有可被用戶終端和信關(guān)檢測(cè)的識(shí)別信息。
以上過程假定了前向鏈路射束識(shí)別技術(shù)。此外，可使用反向鏈路識(shí)別過程。這里，信關(guān)接收諸如用于開始通信的訪問指針或反向鏈路通話信號(hào)等用戶終端通信信號(hào)。在任一種情況下，信號(hào)到達(dá)使用對(duì)用戶終端信號(hào)進(jìn)行掃描的特定射束。信關(guān)知道衛(wèi)星使用哪個(gè)射束來接收反向鏈路信號(hào)。信關(guān)依據(jù)以上列出的方案和各自頻率分配方案完全可識(shí)別射束。因此，當(dāng)使用反向鏈路信號(hào)時(shí)，信關(guān)自動(dòng)地接收表示用戶終端使用哪個(gè)射束的信息。
信關(guān)還保持描述每個(gè)衛(wèi)星繼而在衛(wèi)星通過軌道時(shí)被衛(wèi)星投射的每個(gè)射束的特定位置和方位的信息。該信息可用于通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一部分，并可存儲(chǔ)在信關(guān)內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)裝置中。系統(tǒng)操作人員還可依據(jù)各種衛(wèi)星軌道位置的測(cè)量值而隨時(shí)更新此衛(wèi)星方位信息。
相對(duì)于每個(gè)衛(wèi)星射束的衛(wèi)星子軌跡的方位或位置知識(shí)使得可在任何給定的時(shí)間確定射束處在軌跡的哪一側(cè)。于是，如果用戶終端落在與照亮該用戶終端的被檢測(cè)射束不正確的子軌跡一側(cè)上，則該用戶終端的任何可能或預(yù)知位置對(duì)該用戶終端來說都是不正確的解。此外，如果用戶終端的幾個(gè)可能的解中的一個(gè)落在與照亮用戶終端的被檢測(cè)射束相同的軌跡一側(cè)內(nèi)或上，則該可能的位置是正確的位置。
本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員容易理解，不必對(duì)“射束解”進(jìn)行“地理”上的修正。即信關(guān)或用戶終端可在任一時(shí)間預(yù)言覆蓋地球表面上某些預(yù)選地理區(qū)域的某些射束。然而，即使在當(dāng)時(shí)所進(jìn)行這些假設(shè)是不正確的，使用射束識(shí)別信息仍將能準(zhǔn)確地確定用戶終端處在子軌跡的哪一側(cè)。此確定不依賴射束的任何特定覆蓋區(qū)，而只依賴衛(wèi)星及其投射的射束的方位以及射束識(shí)別過程本身。這樣提出分辨位置確定技術(shù)中的模糊所需的信息。
作為一個(gè)例子，本發(fā)明應(yīng)用分辨圖4中所存在的位置模糊。在圖6中也示出圖4所示的模糊位置解408。模糊位置解408包括兩個(gè)可能的位置408A和408B。參考圖6，可能的解408落在沿子軌跡404移動(dòng)的點(diǎn)600的不同射束內(nèi)。一個(gè)解408A落在射束612內(nèi)，而另一個(gè)解408B落在射束61 5內(nèi)。依據(jù)本發(fā)明，信關(guān)確定用戶終端位于射束612。由于射束612相對(duì)于衛(wèi)星104和子軌跡404的方位或位置是已知的，所以信關(guān)知道用戶終端位于子軌跡404上最靠近解408A而最遠(yuǎn)離解408B的一側(cè)。因此，網(wǎng)關(guān)選擇位置408A作為用戶終端的位置。
當(dāng)用戶終端在根據(jù)信關(guān)所提供的信息來確定位置時(shí)，還可向用戶終端提供關(guān)于信關(guān)相信用戶終端處在子軌跡的哪一側(cè)的指示作為該信息的一部分。
還應(yīng)注意，可在某種程度上把諸如圖6中的射束601、602、605和609等某些射束對(duì)稱地延伸到衛(wèi)星子軌跡404的兩側(cè)上。初看起來這樣可能存在問題，但這是有限的范圍和持續(xù)時(shí)間內(nèi)。一般，位置確定解不會(huì)落到靠近于子軌跡，從而這些射束之一就成為問題。然而，如上所述，在較佳實(shí)施例中，使用不同的反向和前向鏈路射束圖案。因此，在確定用戶終端的位置時(shí)，信關(guān)實(shí)際上具有諸如622、623、629、630和636等多個(gè)可選擇的射束。結(jié)果，前向和反向鏈路這兩個(gè)圖案之間的差異把不確定的解減到最少。這在選用其它圖案組時(shí)也成立。此外，在某些通信系統(tǒng)中，可把基本旋轉(zhuǎn)速度告知衛(wèi)星。在此配置中，點(diǎn)或射束圖案快速旋轉(zhuǎn)，從而快速地改變服務(wù)于用戶終端的射束并產(chǎn)生所需的射束分辨配置。
圖7是示出依據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例的操作中各步的流程圖。如步驟702所示，當(dāng)通信系統(tǒng)100已確定用戶終端106的位置的模糊解時(shí)，本發(fā)明的操作就開始了。在較佳實(shí)施例中，由信關(guān)102內(nèi)的處理器320和321使用上述定位方法來確定模糊位置解。然而，也可使用本領(lǐng)域內(nèi)眾所周知的其它計(jì)算和存儲(chǔ)元件，從用戶終端所提供的以及信關(guān)內(nèi)可獲得的信息進(jìn)行此確定。模糊解包括用戶終端106的兩個(gè)或多個(gè)可能的位置。每個(gè)可能的位置落在點(diǎn)600的射束601-616或621-636之一內(nèi)。
如步驟704所示，由用戶終端106來識(shí)別照亮用戶終端、向用戶終端發(fā)射信號(hào)或檢索來自用戶終端的信號(hào)的衛(wèi)星射束。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，檢測(cè)作為接收到的尋呼信號(hào)的一部分的每個(gè)衛(wèi)星射束的標(biāo)識(shí)。在步驟706，在接收或檢測(cè)到此衛(wèi)星射束標(biāo)識(shí)時(shí)，用戶終端106把此信息作為訪問信號(hào)的一部分發(fā)射到信關(guān)102。然而，在必要時(shí)，用戶終端106可在步驟706使用其它已知的信號(hào)來發(fā)射射束識(shí)別信息。
或者，用戶終端106不確定實(shí)際射束標(biāo)識(shí)符，而在步驟708確定特定射束特定參數(shù)或只與每個(gè)射束有關(guān)的參數(shù)的值。例如，在步驟706，用戶終端106可檢測(cè)用于獲取和接收子射束上的信號(hào)的PN碼(定時(shí)偏移)，并把此信息報(bào)告給信關(guān)。然后，信關(guān)在步驟710使用此已知的通信系統(tǒng)代碼分配信息來識(shí)別照亮用戶終端的射束。
然而，信關(guān)可使用反向鏈路射束標(biāo)識(shí)符作為此過程的一部分，并可檢測(cè)用戶終端直接使用哪個(gè)反向鏈路射束。圖7中示出此變形體，其中信關(guān)在步驟712測(cè)量反向鏈路射束特定參數(shù)值。例如，信關(guān)在獲取反向鏈路訪問請(qǐng)求時(shí)確定哪個(gè)訪問指針特定PN碼被使用。從反向鏈路通話信道中可獲得類似的信息。在步驟710使用該信息來識(shí)別射束。
用戶終端106還可周期性地發(fā)射與射束識(shí)別相關(guān)信息，諸如在使用通話或訪問信號(hào)進(jìn)行通信時(shí)。這使得信關(guān)102可周期性地確定服務(wù)于該用戶終端的當(dāng)前射束(適當(dāng)?shù)那跋蚝?或反向鏈路)，且具有備用于可周期性發(fā)生的位置確定處理的模糊分辨因素。
信關(guān)102接收來自用戶終端前向鏈路射束處理或確定和/或來自反向鏈路射束確定過程的射束識(shí)別信息。在步驟714，如上所述，根據(jù)與信關(guān)所保持的每個(gè)衛(wèi)星的方位有關(guān)的信息，從通信系統(tǒng)信息中確定用戶終端位于衛(wèi)星軌跡的哪一側(cè)。在步驟716，把用戶終端106的可能位置與其子軌跡位置或被識(shí)別衛(wèi)星射束的方位相比較，以選擇落在被識(shí)別射束內(nèi)的可能位置。如果只有一個(gè)位置落在被識(shí)別射束的覆蓋區(qū)內(nèi)，則在解選擇步驟718，刪除不正確的其它可能位置。如此來分辨位置解中的模糊。
在用于某些定位操作時(shí)，在步驟720，把選擇為“正確”或最可能解的位置解作為一個(gè)或多個(gè)已知的前向鏈路報(bào)文信號(hào)一部分提供給用戶終端。
Ⅴ．結(jié)論以上對(duì)較佳實(shí)施例進(jìn)行了描述，以使本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員可使用本發(fā)明。雖然參考本發(fā)明的較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了表示和描述，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)理解，可在其中進(jìn)行各種形式和細(xì)節(jié)上的改變而不背離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1．一種用于分辨衛(wèi)星通信系統(tǒng)的位置確定中模糊的設(shè)備，其特征在于包括用戶終端；具有多個(gè)衛(wèi)星射束的至少一個(gè)衛(wèi)星，每個(gè)射束以相應(yīng)于衛(wèi)星子軌跡的已知圖案來照亮地球表面的一個(gè)區(qū)域；通過所述至少一個(gè)衛(wèi)星與所述用戶終端進(jìn)行通信的信關(guān)，用于確定所述用戶終端在地球表面上的多個(gè)可能的位置；識(shí)別裝置，用于識(shí)別照亮所述用戶終端的衛(wèi)星射束和所述射束所在的所述子軌跡的相應(yīng)一側(cè)；以及比較裝置，用于把所述多個(gè)可能的位置與所述被識(shí)別衛(wèi)星射束的所述確定子軌跡一側(cè)相比較，以根據(jù)所述比較的結(jié)果從所述多個(gè)可能的位置中選擇一個(gè)位置。
2．如權(quán)利要求1所述的模糊分辨設(shè)備，其特征在于還包括所述用戶終端中的第一識(shí)別裝置，用于檢測(cè)照亮所述用戶終端的衛(wèi)星射束的至少一個(gè)射束特定參數(shù)；所述用戶終端中的傳送裝置，用于把所述射束特定參數(shù)報(bào)告給所述信關(guān)；以及所述信關(guān)中的第二識(shí)別裝置，用于接收所述值并根據(jù)所述報(bào)告的值來識(shí)別照亮所述用戶終端的衛(wèi)星射束。
3．如權(quán)利要求2所述的模糊分辨設(shè)備，其特征在于所述一個(gè)射束特定參數(shù)包括PN碼。
4．如權(quán)利要求1所述的模糊分辨設(shè)備，其特征在于還包括用于確定所述用戶終端在地球表面上的多個(gè)可能位置的裝置。
5．如權(quán)利要求4所述的模糊分辨設(shè)備，其特征在于所述確定裝置包括參數(shù)確定裝置，用于確定描述所述用戶終端和所述至少一個(gè)衛(wèi)星之間地理關(guān)系的多個(gè)參數(shù)；以及位置確定裝置，用于根據(jù)所述多個(gè)參數(shù)以及所述至少一個(gè)衛(wèi)星的所述位置和速度來確定所述多個(gè)可能的位置。
6．如權(quán)利要求5所述的模糊分辨設(shè)備，其特征在于所述參數(shù)確定裝置包括用于確定范圍參數(shù)的范圍參數(shù)確定裝置。
7．如權(quán)利要求5所述的模糊分辨設(shè)備，其特征在于所述參數(shù)確定裝置包括用于確定范圍比參數(shù)的范圍速率參數(shù)確定裝置。
8．一種用于衛(wèi)星通信系統(tǒng)的位置確定系統(tǒng)，其特征在于包括用戶終端；具有多個(gè)衛(wèi)星射束的至少一個(gè)衛(wèi)星，每個(gè)衛(wèi)星射束以相應(yīng)于衛(wèi)星子軌跡的已知圖案來照亮地球表面的一個(gè)區(qū)域；通過所述至少一個(gè)衛(wèi)星與所述用戶終端進(jìn)行通信的信關(guān)；范圍參數(shù)確定裝置，用于確定范圍參數(shù)；范圍比參數(shù)確定裝置，用于確定范圍速率參數(shù)；所述信關(guān)中的位置確定裝置，用于根據(jù)所述范圍參數(shù)、所述范圍速率參數(shù)和所述至少一個(gè)衛(wèi)星的所述位置和速度來確定所述用戶終端在地球表面上的多個(gè)可能位置；識(shí)別裝置，用于識(shí)別照亮所述用戶終端的衛(wèi)星射束；以及比較裝置，用于把所述多個(gè)可能的位置與所述被識(shí)別衛(wèi)星射束的所述確定子軌跡一側(cè)相比較，以根據(jù)所述比較結(jié)果從所述多個(gè)可能的位置中選擇一個(gè)位置。
9．在一種通信系統(tǒng)中，包括用戶終端、至少一個(gè)衛(wèi)星和通過該衛(wèi)星與所述用戶終端進(jìn)行通信并確定該用戶終端在地球表面上的多個(gè)可能位置的信關(guān)，每個(gè)衛(wèi)星具有多個(gè)衛(wèi)星射束，每個(gè)射束以相應(yīng)于衛(wèi)星子軌跡的已知方式照亮地球表面的一個(gè)區(qū)域，一種用于分辨用戶終端在地球表面上的位置模糊的方法，其特征在于包括以下步驟識(shí)別照亮該用戶終端的衛(wèi)星射束和所述射束所在的衛(wèi)星子軌跡的相應(yīng)一側(cè)；以及把多個(gè)可能的位置與所述被識(shí)別衛(wèi)星射束的所述確定子軌跡一側(cè)相比較，以根據(jù)所述比較的結(jié)果從多個(gè)可能的位置中選擇一個(gè)位置。
10．如權(quán)利要求9所述的模糊分辨方法，其特征在于還包括以下步驟檢測(cè)照亮所述用戶終端的衛(wèi)星射束的至少一個(gè)射束特定參數(shù)；把來自所述用戶終端的所述射束特定參數(shù)報(bào)告給所述信關(guān)；以及接收所述信關(guān)中的所述值并根據(jù)所述報(bào)告的值來識(shí)別照亮所述用戶終端的衛(wèi)星射束。
11．如權(quán)利要求10所述的模糊分辨方法，其特征在于檢測(cè)一個(gè)射束特定參數(shù)的所述步驟包括檢測(cè)PN碼。
12．如權(quán)利要求9所述的模糊分辨方法，其特征在于還包括確定用戶終端在地球表面上的多個(gè)可能位置的步驟。
13．如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于所述確定步驟包括以下步驟確定描述用戶終端和至少一個(gè)衛(wèi)星之間地理關(guān)系的多個(gè)參數(shù)；以及根據(jù)所述多個(gè)參數(shù)以及至少一個(gè)衛(wèi)星的位置和速度來確定多個(gè)可能的位置。
14．如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于所述多個(gè)參數(shù)包括范圍參數(shù)。
15．如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于所述多個(gè)參數(shù)包括范圍速率參數(shù)。
全文摘要
一種對(duì)衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的用戶終端的模糊位置解的模糊進(jìn)行分辨的系統(tǒng)和方法，它包括用戶終端(106)、至少一個(gè)衛(wèi)星(104)和通過該衛(wèi)星(104)與用戶終端(106)進(jìn)行通信的信關(guān)(102)。每個(gè)衛(wèi)星(104)具有多個(gè)衛(wèi)星射束(601－616)，每個(gè)射束以相應(yīng)于衛(wèi)星子軌跡(404)的已知圖案來照亮地球的一個(gè)區(qū)域。識(shí)別照亮用戶終端(106)的衛(wèi)星射束(601－616)及其相對(duì)于子軌跡(404)的相對(duì)位置。把可能的用戶終端位置(408A，408B)與相對(duì)于衛(wèi)星子軌跡(404)的被識(shí)別射束(601－616)的方位相比較.認(rèn)為落在與照亮用戶終端(106)的被檢測(cè)射束(601－616)不正確的子軌跡(404)一側(cè)的可能用戶終端位置(408A，408B)對(duì)于該用戶終端(106)來說是不正確的解?？墒褂糜脩艚K端(106)中的衛(wèi)星識(shí)別和比較元件或在信關(guān)(102)處確定模糊解。在此情況下，把確定的射束信息報(bào)告給信關(guān)(102)。在本發(fā)明的另一個(gè)方面，被識(shí)別的射束可以是前向鏈路(601－616)或反向鏈路(621－636)射束或這兩者，每個(gè)鏈路具有不同的射束圖案。
文檔編號(hào)G01S1/04GK1238837SQ97180030
公開日1999年12月15日 申請(qǐng)日期1997年9月26日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月30日
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