專利名稱：衛(wèi)星上行鏈路功率控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及衛(wèi)星通信領(lǐng)域，具體地說，涉及分別根據(jù)權(quán)利要求1、8、15和16的用于對地靜止衛(wèi)星通信系統(tǒng)的抗起伏功率控制技術(shù)。
背景技術(shù)：
衛(wèi)星通信系統(tǒng)一般包括一個或多個入口站、衛(wèi)星和多個用戶站。入口站提供與地面網(wǎng)絡(luò)的接口，并且向衛(wèi)星發(fā)送高頻通信載波以及從衛(wèi)星接收高頻通信載波。衛(wèi)星的功能有點像通信載波的放大器和/或頻率轉(zhuǎn)換器。用戶站可以是固定或移動的。在包括為大量小型用戶站(固定或移動)服務(wù)的少數(shù)大型入口站的系統(tǒng)中，衛(wèi)星的費用通常由前向傳輸鏈路(即從入口站到用戶站)的特性決定。這歸因于在用戶站使用小型天線以便節(jié)省費用的要求，這樣一來，為了保證規(guī)定的傳輸質(zhì)量，要求衛(wèi)星功率更大。為了系統(tǒng)有好的經(jīng)濟效益，要求前向鏈路有高的功率效率。
沿著從入口站到用戶站的路徑，通信載波可能受到多種影響信號質(zhì)量或信號電平的效應(yīng)的作用。
最重要的因素有●發(fā)射機增益的變化導(dǎo)致向衛(wèi)星的輸出功率的變化。
●上行鏈路的大氣影響如雨衰落和起伏導(dǎo)致大的信號變化。
●衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器信號增益的變化。
●下行鏈路大氣影響如雨衰落和起伏。
這些影響的嚴重程度隨著地面站天氣情況和工作載波而改變。對位于地面的地面站(入口站或用戶站)而言，隨著大氣影響的增大，由于較低的仰角增加了經(jīng)過大氣的路徑長度，使得衛(wèi)星看起來處于地平線上的陰影角中。
所有這些影響累加起來造成了地面所接收的信號電平的顯著變化。反過來要求發(fā)射信號額外增大富裕量來保證最低限度的保證質(zhì)量水平。所述富裕量降低了來自衛(wèi)星的功率，降低了系統(tǒng)的容量，因而從整體上降低了系統(tǒng)的經(jīng)濟效益。
先有技術(shù)上行鏈路功率控制系統(tǒng)已經(jīng)在幾個專利中介紹過了。這些專利提出了各種機制來維持衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，無論上行鏈路站所處的大氣或其它擾動如何變化，來自衛(wèi)星的發(fā)射功率均恒定不變。大多數(shù)的應(yīng)用只關(guān)心和設(shè)計來補償在傳送路徑中相對緩慢的變化，例如衰落，其時間常數(shù)的數(shù)量級為分鐘。
美國專利4,567,485描述了一個系統(tǒng)，其中利用衛(wèi)星產(chǎn)生的信標信號作為功率控制環(huán)中的參考電平來穩(wěn)定衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的各個站中的一個站。然后所述站又被用作網(wǎng)絡(luò)中從屬于第一個站的其它站的電平基準。這種系統(tǒng)依賴于其工作模式的衛(wèi)星信標信號，所述衛(wèi)星信標信號不可能在足夠接近被穩(wěn)定的信號頻帶的頻率處獲得。例如，大約3.9GHz的通常的衛(wèi)星信標信號對于具有大約1.5GHz的通信載波的移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)是無效的。
美國專利4,752,967介紹了各種補償在傳送過程中使用網(wǎng)絡(luò)中一個或兩個其它站作為信標站的衛(wèi)星地面站上行傳送路徑中的變化的各種方法。在其建議的方法中，不像在4,567,485專利那樣，穩(wěn)定一個特定的主站，而是選擇具有最佳氣象條件的地點的一個或兩個站作為功率控制系統(tǒng)的基準。雖然所建議的方法能夠相當有效地補償緩慢的氣象變化，但它們?nèi)季哂腥缦氯秉c必須存在這樣的信標站，其氣象條件的變化與被穩(wěn)定的站比較足夠小；在任何所介紹的方法中，都沒有補償或者衛(wèi)星的變化、本地站發(fā)射機的變化、或者兩者，；信標站上行鏈路的氣象變化的或者100％或者一半左右被從信標站轉(zhuǎn)移到本地站；發(fā)射機的短期變化和/或信標站的長期變化或者100％或者一半左右從信標站轉(zhuǎn)移到本地站；發(fā)明綜述本發(fā)明的目的不僅在于對抗緩慢變化的雨衰落，還在于補償特別是當衛(wèi)星地面站以低仰角觀看衛(wèi)星時發(fā)生的快速起伏效應(yīng)。這些變化是由電離層的起伏產(chǎn)生的，并且在幾秒的時間段內(nèi)能夠引起顯著的信號起伏，因此，那些嚴重依賴于低通濾波來去除由于外部參考載波(通常在10秒或更長時間)導(dǎo)致的錯誤的方案將不能補償這種變化。
起伏還呈現(xiàn)出強烈的頻率依賴性，使利用不同頻帶的信標信號對被穩(wěn)定的通信載波的補償方案變成無效。
本發(fā)明在其最佳實施例中針對上述先有技術(shù)中的所有缺點。這是用下述方法實現(xiàn)的使用大量的信標站，通常是3-5個，來估計本地下行鏈路的情況以減小對個別信標站特性的依賴性；利用由當前個別特性決定的對信標信號的自適應(yīng)加權(quán)來估計本地下行鏈路的變化的更先進的方法；實施特殊機制來即時檢測和隨后壓抑錯誤的和異常的信標信號；在控制環(huán)路中包括本地射頻基準，使得能夠同時抑制傳送路徑上所有不需要的效應(yīng)，而不會引入對其它不需要的有害效應(yīng)的敏感性。
沿著信號的路徑施加在接收的信號功率電平的變化由下面的方程給出
ΔPrXus＝ΔTXGW+ΔUpGW+ΔSat+ΔDwnUS其中，ΔTXGW是導(dǎo)致向衛(wèi)星的輸出功率的變化的發(fā)射機增益變化；而ΔUpGW是上行鏈路的氣象效應(yīng)，例如雨衰落和起伏所導(dǎo)致的大的信號變化；ΔSat是衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器信號增益的變化；ΔDwnUS是下行鏈路的氣象效應(yīng)，例如雨衰落和起伏效應(yīng)。
通過觀察不同參數(shù)的標稱電平值的變化可以觀察和測量到這些信號電平的變化。本專業(yè)的技術(shù)人員都知道，與設(shè)備相關(guān)的參數(shù)具有它們的標稱電平值，這些值由設(shè)備控制參數(shù)的標稱設(shè)定值來決定?？梢栽谔炜涨缋实娜兆哟_認設(shè)定值。
本發(fā)明的目的在于最大限度地減小這些效應(yīng)對通信系統(tǒng)信號質(zhì)量的影響，使通信系統(tǒng)的質(zhì)量永遠像天空晴朗的日子一樣。
為了盡量提高系統(tǒng)效率，在許多系統(tǒng)中普遍使用的方法是利用上行鏈路功率控制(Uplink Power Control，UPC)來維持從衛(wèi)星發(fā)出的信號功率恒定。其方法是給入口站裝備能夠測量從衛(wèi)星折返的本身載波(或?qū)ьl載波)電平的測量接收機。所述信息用來沿相反的方向來調(diào)整所發(fā)射的電平，以消除信號被地面接收時的信號電平的變化。
為了盡量減小衛(wèi)星功率和系統(tǒng)間干擾，最好使衛(wèi)星輸出端通信載波維持在預(yù)先確定的恒定水平，而與傳送路徑無關(guān)。通過對發(fā)射機、上行鏈路和衛(wèi)星效應(yīng)進行補償來實現(xiàn)這一點。從入口站測量接收機獲取的信號電平信息還包括下行鏈路效應(yīng)和信號檢測器(接收機)的變化。簡單的系統(tǒng)使用經(jīng)驗信息來把所測得的總變化中固定的量分配給上行鏈路和衛(wèi)星效應(yīng)。實際上，下面的效應(yīng)限制了本方案的用途，使之對許多系統(tǒng)不適用●上行鏈路效應(yīng)和下行鏈路效應(yīng)的比例不固定，而是呈現(xiàn)相當大的變化。
●接收機增益變化會引入相當大的功率調(diào)節(jié)精度誤差。
●如果上行鏈路和下行鏈路頻率明顯不同則上行鏈路和下行鏈路起伏不一致，導(dǎo)致在起伏活動期間改善很小或沒有改善。
如果衛(wèi)星擁有一臺工作在與從衛(wèi)星發(fā)出的通信載波的下行鏈路相同的頻帶的信標發(fā)射機，則可以得到實質(zhì)性的改善。使用衛(wèi)星本身的穩(wěn)定的信號電平發(fā)送信標信號，而且只會受到下行鏈路效應(yīng)和入口站接收機錯誤的影響。通過將被折返的通信信號電平與信標信號電平相比較，就可以抵消下行鏈路效應(yīng)，使控制信號只包含所需的成分。
在入口站接收的信標信號帶有如下信號電平變化ΔBeacGW＝ΔDwnGW+ΔRxGW其中ΔRxGW是入口站接收鏈的變化。
在入口站處接收的被折返的導(dǎo)頻信號的信號電平變化是ΔPilGW＝ΔTXGW+ΔUpGW+ΔSat+ΔDwnGW+ΔRxGW用來控制發(fā)射機增益的差值變成ΔGainGW＝ΔDwnGW+ΔRxGW-(ΔTxGW+ΔUpGW+ΔSat+ΔDwnGW+RxGW)簡化后得到ΔGainGW＝-(ΔTxGW+ΔUpGW+ΔSat)在衛(wèi)星輸出端的通信載波是ΔPSat＝ΔGainGW+ΔTxGW+ΔUpGW+ΔSat進一步演化為ΔPSat＝-(ΔTxGW+ΔUpGW+ΔSat)+ΔTxGW+ΔUpGW+ΔSat＝0如果信標發(fā)射頻率和補償后的通信載波之間的頻率差別不是太大，使得氣象條件對信標信號的干擾和對通信載波的干擾大致相等的話，則工作情況是良好的。

發(fā)明內(nèi)容
有些系統(tǒng)沒有任何用作起伏補償?shù)钠漕l率足夠接近通信載波頻率的衛(wèi)星信標發(fā)射機。作為示例，對地靜止的移動衛(wèi)星系統(tǒng)通常使用L波段信號(1.5/1.6GHz)。在衛(wèi)星和移動終端之間，衛(wèi)星和入口站之間的饋送鏈路使用C波段(6/4GHz)。衛(wèi)星信標發(fā)射機在4GHz附近，所述頻率不夠接近準備用作上面所述的起伏對消的下行鏈路L波段信號頻率。
因此，有必要另外尋找解決所述問題的辦法。本發(fā)明利用這樣一個事實，就是在擁有若干個入口站的網(wǎng)絡(luò)中，每一個入口站都向衛(wèi)星發(fā)射通信載波，被任何入口站同時接收到的這些載波可以利用來導(dǎo)出所述入口站當?shù)氐南滦墟溌返臍庀笄闆r。然后可以將這些信息反過來供上行鏈路功率控制系統(tǒng)使用，使得上行鏈路避免受到在入口站所在地下行鏈路普遍受到的不良影響，這類似于上面所述的使用信標發(fā)射機的情況。


圖1表示本發(fā)明所采用的系統(tǒng)，包括對地靜止衛(wèi)星2、使用本發(fā)明的入口站3，工作在同一顆衛(wèi)星2的其它入口站4，多個用戶站5與入口站3進行通信。用戶站5可以是移動的或者是地點固定的。入口站3和4通過發(fā)送出局信號經(jīng)衛(wèi)星2與用戶站5進行通信，而用戶站5則利用經(jīng)過衛(wèi)星2的入局信號與入口站3和4進行通信。
圖2A表示入口站3之一將出局信號10發(fā)射到衛(wèi)星，而衛(wèi)星接下來重新發(fā)送信號11沿著下行鏈路到用戶站5。所述入口站通常還監(jiān)視出局信號10(信號11)。
圖2B表示用戶站將入局信號20發(fā)送到衛(wèi)星，衛(wèi)星接下來重新發(fā)送信號21沿著下行鏈路到入口站3。
圖2C表示入口站3借助信號31監(jiān)視通過衛(wèi)星工作的其它入口站4所發(fā)射的出局信號30。
圖3表示對其發(fā)送的通信載波10實施功率控制400的入口站3的主要組成部分。它包括用來發(fā)送接收信號10、11、31到衛(wèi)星2的天線100；接收機鏈200；發(fā)射機鏈500；信號檢測器300；功率控制功能400和任選的基準信號發(fā)生器600。
圖4表示本發(fā)明的第一示范實施例。衛(wèi)星2轉(zhuǎn)發(fā)TDM(時分復(fù)接)信號30，并作為信號31被采用本發(fā)明的入口站3所監(jiān)視。導(dǎo)頻檢測器310檢測所接收的導(dǎo)頻信號11的功率電平，而掃描檢測器320找到所選的TDM信號31的功率電平，本發(fā)明利用這些參數(shù)來確定起伏和確定在發(fā)射鏈500中功率控制400所需的調(diào)整量。
圖5表示本發(fā)明的第二實施例，除了圖4所描繪的功能之外，它還包括接收鏈200中的基準信號600、用于表達接收系統(tǒng)中增益變化的特點，使得能夠在最后調(diào)整環(huán)路中消除衛(wèi)星2增益的變化。
圖6表示實施本發(fā)明的最佳方式。接收裝置310、320包括用于信號調(diào)節(jié)和信號調(diào)諧的電子線路，可以通過來自微控制器52的控制序列來調(diào)節(jié)所述接收裝置310、320，以便接收不同的TDM信號31或?qū)ьl信號11或基準信號600。模數(shù)轉(zhuǎn)換器53將所接收到的信號11、31轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式，供執(zhí)行本發(fā)明步驟的微控制器52的控制序列處理。數(shù)模轉(zhuǎn)換器54將數(shù)字的UPC控制信號轉(zhuǎn)換成適合于經(jīng)由輸出裝置55連接到標準AGC(自動增益控制)功率放大器的輸入控制信號的形式，所述輸出裝置55包括用于將所述信號連接到發(fā)射機鏈500的功率控制400的AGC輸入端的必要的電子線路。
圖7表示典型的功率控制系統(tǒng)的組成部分。
圖8表示用于根據(jù)本發(fā)明的自適應(yīng)下行鏈路估計器的算法的基本步驟。
圖9表示用于增強的自適應(yīng)下行鏈路估計器的算法的基本步驟。
最佳實施方式在本發(fā)明的最佳實施例(圖4)中，系統(tǒng)包括多個入口站4(N1到Nn)，每一個入口站都不中斷地發(fā)送通信載波或信令載波(例如TDM即時分復(fù)接載波)30。
來自入口站N1 4的TDM 31在入口站3處被接收，所述站的接收機鏈200的輸入端采用本發(fā)明，其信號電平變化如下ΔTDMGwN1＝ΔTXGwN1+ΔUpGwN1+ΔSat+ΔDwnGw+ΔRxGw類似地，來自入口站Nn 4的TDM接收時具有如下信號電平變化ΔTDMGwNn＝ΔTXGwNn+ΔUpGwNn+ΔSat+ΔDwnGw+ΔRxGw入口站4的地點相互之間隔得很遠，這樣彼此的氣象條件可以假定為互不相干的。同樣，發(fā)射機的變化也是獨立的。通過對載波31的多個信號電平取平均并施以適當?shù)谋緦I(yè)的技術(shù)人員所熟知的信號處理，其獨立項可以蛻化為無關(guān)緊要的噪聲項。經(jīng)過這樣處理之后，結(jié)果平均值可以表達為ΔTDMMean＝N+ΔSat+ΔDwnGw+ΔRxGw其中，N表示經(jīng)過取平均處理后的殘留噪聲。對載波31的每一個信號電平的測量或者由一組接收機(一臺對應(yīng)一個TDM 31信號)執(zhí)行，或者由能夠迅速連續(xù)測量載波31的每一個信號電平的掃描接收機執(zhí)行，或者二者相結(jié)合。掃描接收機和取平均的過程在起伏發(fā)生的過程中，必須迅速而且精確地跟蹤氣象環(huán)境的變化。實際速度取決于所涉及的載波頻率。
被折返的導(dǎo)頻信號11在入口站3處被接收，其信號電平具有如下變化ΔPilGw＝ΔTXGw+ΔUpGw+ΔSat+ΔDwnGw+ΔRxGw用來控制發(fā)射機500增益的差值變成ΔGainGw＝N+ΔSat+ΔDwnGw+ΔRxGw-(ΔTXGw+ΔUpGw+ΔSat+ΔDwnGw+ΔRxGw)約簡后得ΔGainGw＝N-(ΔTXGw+ΔUpGw)
在衛(wèi)星2輸出端的通信載波信號電平的變化為ΔPSat＝ΔGainGw+ΔTXGw+ΔUpGw+ΔSat進一步變?yōu)棣Sat＝N-(ΔTXGw+ΔUpGw)+ΔTXGw+ΔUpGw+ΔSat化簡后得到ΔPSat＝N-ΔSat氣象條件的改變和入口站3信號電平的變化已經(jīng)被消除了，其殘留的誤差只剩下衛(wèi)星信號電平的變化和小的噪聲項。
本發(fā)明的另一個實施例由圖6表示。將基準信號發(fā)生器600用于入口站3的接收子系統(tǒng)200使得能夠?qū)崟r測量接收機鏈200的增益變化。
正如在本發(fā)明的第一個示范實施例那樣，來自不同的入口站4的TDM信號31的信號電平取平均過程和測量過程將產(chǎn)生平均變化電平信號ΔTDMMean＝N+ΔSat+ΔDwnGw+ΔRxGw所述平均值經(jīng)過具有截止頻率的高通濾波器，去除估計值中緩慢的衛(wèi)星2的變化，但讓快速的起伏通過。所述過程還去除了入口站接收機系統(tǒng)200中緩慢的增益變化，其結(jié)果得出如下電平信號的變化ΔTDMMean＝N+ΔDwnGw對所接收的每一個TDM 31信號的信號電平進行高通濾波，然后對信號電平取平均。
所述濾波器可以采取如下形式實現(xiàn)TMPt＝Kt*P+(1-Kt)*TMPt-1P′t＝P-TMPt其中TMPt是在當前時刻t的暫態(tài)變量，Kt是從0到1之間的系數(shù)集；P是TDM 31的當前被測量的功率，此時掃描檢測器320被調(diào)諧到時刻t；TMPt-1是暫態(tài)變量在先前的樣值值；而P′t是所需的TDM 31信號功率電平的高通濾波器值。
所測量的在接收系統(tǒng)200的輸入端注入的基準信號電平的變化是ΔReGw＝ΔRxGw將所述值加到TDM估計值中得出如下值ΔTDMMean′＝N+ΔDwnGw+ΔRxGw在入口站3所接收的折返導(dǎo)頻信號11具有如下的信號電平的變化ΔPilGw＝ΔTXGw+ΔUpGw+ΔSat+ΔDwnGw+ΔRxGw用作控制發(fā)射機500增益的差值變成ΔGainGw＝N+ΔDwnGw+ΔRxGw-(ΔTXGw+ΔUpGw+ΔSat+ΔDwnGw+ΔRxGw)約簡后有ΔGainGw＝N-(ΔTXGw+ΔSat+ΔUpGw)在衛(wèi)星2輸出端的通信載波信號變化電平為ΔPSat＝ΔGainGw+ΔTXGw+ΔUpGw+ΔSat代入相關(guān)式子變成ΔPSat＝N-(ΔTXGw+ΔSat+ΔUpGw)+ΔTXGw+ΔUpGw+ΔSat化簡后變成ΔPSat＝N只剩下小值噪聲項。
在本發(fā)明所公開的兩個示范實施例中，噪聲項是小的。但是，為了進一步減小噪聲項，可以應(yīng)用以下步驟來進行多值TDM估計值計算1.如果來自入口站4的TDM 31的功率電平跌落到預(yù)先確定的閾值(Thr1)以下，它所測量的功率電平值在取平均的過程中用一個常數(shù)值去代替，以便限制入口站4發(fā)生故障時對性能的影響。
2.如果任何特定的TDM 31信號的功率電平的瞬時值偏離所有TDM 31的功率電平的瞬時平均值大于第二預(yù)先確定的值(Thr2)的時間長于1秒，則其值被所述取平均過程的常數(shù)值所取代。這樣就會大大減小在入口站4發(fā)生的本地上行鏈路起伏對功率調(diào)節(jié)的影響。
3.如果所有TDM 31的當前平均值與先前一個處理樣值的平均值的電平差值的絕對值在第三閾值(Thr3)之下，則將所述平均值用具有適當帶寬的低通濾波器進行濾波。如果Thr3被超過，也就是說，在入口站3處檢測到的起伏現(xiàn)象超過Thr3，則增大濾波器帶寬，只要上述條件滿足，就啟動快速跟蹤方式去精確跟蹤并壓抑所述起伏現(xiàn)象。
步驟3的低通濾波器具有如下形式Dt′＝K2*D+(1-K2)*Dt-1′其中，Dt′是在當前取樣時刻t的濾波器輸出；K2可設(shè)置為0與1之間的兩個不同數(shù)值之一，視第三個差值的絕對變化率是大于還是小于預(yù)定的閾值Thr3而定，從而實現(xiàn)快速跟蹤方式；D是普適的第三差值，而Dt-1′是先前樣值的濾波器輸出。
有幾種方法可以在現(xiàn)行的通信地面入口站3中實現(xiàn)本發(fā)明。本發(fā)明要求入口站的發(fā)射機能夠?qū)崿F(xiàn)電子增益控制。如果現(xiàn)存設(shè)施沒有裝設(shè)這一部分。這種功能的獲得，可以通過包括標準的自UPC(上行鏈路功率控制)控制器來實現(xiàn)，這是本專業(yè)的技術(shù)人員都知道的。所述UPC控制器通常只接受導(dǎo)頻信號11的控制，現(xiàn)在接受輸出信號ΔGainGw的控制。可以選擇開環(huán)或閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)實現(xiàn)功率控制，通常通過UPC控制器的設(shè)置命令實現(xiàn)。
圖7還給出了另一個實施例，整個控制系統(tǒng)和以前一樣，但使下行鏈路的估計自適應(yīng)。根據(jù)其當前的各別特性對TDM 31信號采用自適應(yīng)加權(quán)的下行鏈路變化的基本估計器的算法步驟(圖8)，如功能方框圖所示。
方框101高通濾波器信號電平。
其輸入是被掃描檢測器320所檢測到的TDM 31信號的電平。
每一個檢測到的TDM 31信號電平通過單獨的高通濾波器。其形式是從信號本身減去信號通過低通濾波后的版本。其輸出表示電平相對于長期平均值的瞬時變化。
方框102計算瞬時變化。
本方框?qū)姆娇?01的輸出信號作為它的輸入。
它計算每個信號的變化與其它信號變化的平均值之間的差值。然后再計算所述差值的絕對值。
方框103低通濾波器變化。
本方框?qū)⒁苑娇?02的輸出作為它的輸入信號。
它產(chǎn)生變化值的低通濾波后的版本。所述濾波器的輸出是每一個載波相對于所有TDM 31載波的平均值的當前變化的估計值。
方框104計算相對權(quán)重。
本方框?qū)⒁苑娇?03的輸出作為它的輸入信號。
它計算每個信號的權(quán)重，使得各信號乘以權(quán)重之后對變化的貢獻相同。這就是說，相對的權(quán)重是變化的倒數(shù)。
方框105將權(quán)重歸一化。
本方框?qū)⒁苑娇?04的輸出作為它的輸入信號。
本步驟將權(quán)重歸一化，使所有權(quán)重的和為1，同時維持權(quán)重之間的相對比率，也就是說，歸一化權(quán)重等于相對權(quán)重除以相對權(quán)重之和。
方框106計算下行鏈路的估計值。
本方框?qū)⒁苑娇?01和方框105的輸出作為它的輸入信號。
它計算下行鏈路估計值的過程是，首先將方框101輸出的電平變化乘以從方框105輸出的與之相聯(lián)系的歸一化權(quán)重。將所得到的積求和得到下行鏈路的瞬時估計值。
方框107低通濾波器估計值。
本方框?qū)碜苑娇?06的輸出作為它的輸入信號。
它產(chǎn)生下行鏈路估計值的低通濾波后的版本。其時間常數(shù)是根據(jù)起伏的特點來優(yōu)化的(幾秒鐘或更小)。
圖9表示了本發(fā)明的最佳方式實施例。這是圖8所示的估計器通過增加特殊事件檢測器而形成的增強版本。所述增強版本的估計器的工作步驟如圖9各個方框所示。除了增加了方框208、209和210等方框所表示的步驟之外，其余步驟與圖8是相同的。這些方框的步驟檢測TDM 31信號的異常，然后立即采取步驟防止錯誤被引入到控制環(huán)路。
方框201高通濾波器信號電平。
其輸入是來自掃描檢測器320的TDM 31信號的電平。
使每一個所檢測到的TDM 31信號電平通過單獨的高通濾波器。其形式是從信號本身減去信號的低通濾波器版本。其輸出表示電平相對于其長期平均值的瞬時變化。
方框208檢測載波的存在。
其輸入是來自掃描檢測器320的信號。
將每一個被檢測的TDM 31信號電平與預(yù)先確定的閾值作比較，如果所述電平在閾值之上，則與所述信號相關(guān)聯(lián)的限定符的值被設(shè)定為1，否則被設(shè)定為0。
方框202計算瞬時變化。
本方框?qū)碜苑娇?01的輸出信號以及方框208輸出的限定符作為它的輸入。只有限定符等于1的信號才被處理。
它計算每一個合格信號的變化與所有TDM 31合格信號變化的平均值之間的差值，然后計算上述差值的絕對值。然后將所述絕對值提升到n次冪，通常n等于2到4，這取決于估計值過程有多少TDM可以利用。
方框203低通濾波器變化。
本方框?qū)碜苑娇?02的輸出作為它的輸入信號。
它產(chǎn)生變化的低通濾波器版本。濾波器的輸出是每個載波的當前變化相對于TDM 31載波平均值的估計值。
方框204計算相對權(quán)重。
本方框?qū)碜苑娇?03的輸出作為它的輸入信號。
它計算每一個TDM 31信號的權(quán)重，使得乘以權(quán)重以后，每一信號所貢獻的變化相同。也就是說，所算得的相對權(quán)重是在方框203算得的變化的倒數(shù)。
方框209檢測異常載波。
本方框?qū)碜苑娇?04的輸出作為它的輸入信號。
將每一個TDM 31信號的瞬時變化與預(yù)先設(shè)定的閾值作比較。如果電平的變化小于所述閾值，則將與所述信號相聯(lián)系的第二限定符設(shè)定為1，如果大于閾值，則設(shè)定為0。
方框210抑制異常載波本方框?qū)碜苑娇?04的輸出以及來自方框209的第二限定符作為它的輸入信號。第二限定符等于1的信號被送到輸出端；而第二限定符等于0的信號被截留下來作進一步處理。
方框205將權(quán)重歸一化。
本方框?qū)碜苑娇?10的輸出作為它的輸入信號。
它將權(quán)重歸一化，使得所有的權(quán)重的總和等于1，而維持權(quán)重之間的相對比率不變。也就是說，歸一化權(quán)重等于相對權(quán)重除以相對權(quán)重的總和。
方框206計算下行鏈路估計值。
本方框?qū)碜苑娇?01和方框205的輸出作為它的輸入信號。
它計算下行鏈路估計值的方法是，首先將來自方框201的輸出電平變化乘以來自方框205的相應(yīng)歸一化權(quán)重，然后將所得到的乘積求和而得到瞬時下行鏈路估計值。
方框207低通濾波器估計值。
本方框?qū)碜苑娇?06輸出作為它的輸入信號。
它產(chǎn)生下行鏈路估計值的低通濾波后的版本。時間常數(shù)是根據(jù)起伏的特性進行優(yōu)化過的(幾秒或更小)。
本發(fā)明的最佳方式實施例是用包括“多信道起伏和衰落處理接收機”的配置來替換在傳統(tǒng)的上行鏈路功率控制系統(tǒng)中通常使用的導(dǎo)頻信號11檢測器和配置。如上面介紹的示范實施例所描述的那樣，所述方框和傳統(tǒng)的UPC一起執(zhí)行本實施例的優(yōu)選步驟。
多信道起伏和衰落處理接收機如圖6所示，它包括載波信號輸入11、31以及它們各自的接收機310和320。模數(shù)轉(zhuǎn)換器電路5 3將載波信號31的信號電平和導(dǎo)頻信號11的電平轉(zhuǎn)換成適合于微型控制器52處理的二進制形式。在微控制器運行的微程序執(zhí)行如上面在本發(fā)明的示范實施例中所描述的本發(fā)明所需的步驟。微程序的輸出通過輸出裝置55饋送到數(shù)模轉(zhuǎn)換器54再被送到UPC(上行鏈路功率控制)單元的AGC(自動增益控制)的輸入端。微程序讀取導(dǎo)頻接收機310所測量的信號11和高頻基準信號600的信號電平，以及掃描接收機320所測量的TDM 31信號的電平。在微控制器52的小型多任務(wù)實時程序系統(tǒng)中實現(xiàn)的最佳方法是讓程序每100毫秒(ms)去測量導(dǎo)頻信號11以獲得連續(xù)的功率調(diào)整。而TDM 31的掃描速率要求可以放松，每一秒完成一次或更低。
應(yīng)該根據(jù)基于被接收信號質(zhì)量的統(tǒng)計分析來選擇作為本方案的一部分(通常最少5個)的入口站4。最少每月一次從可能的站4中選出。在本方案中應(yīng)該選擇具有最佳信號質(zhì)量的站4以便獲得最佳的穩(wěn)定效果。射頻(RF)基準信號600被直接的射頻耦合器注入到射頻信號通道中，而射頻耦合器則從標準的信號發(fā)生器中取得信號。
本發(fā)明的主要好處是在最佳實施例中當將本發(fā)明應(yīng)用到同一通信系統(tǒng)的幾個入口站時的對稱性。如果我們還將本發(fā)明應(yīng)用到入口站4，把它與最佳實施例中所描述的入口站3一樣看待，并像入口站3一樣使用入口站4，那么，通過調(diào)節(jié)用來穩(wěn)定通信系統(tǒng)中上行鏈路功率的信號，入口站3和入口站4兩者將調(diào)節(jié)其出局信號功率電平，從而提高總體信號質(zhì)量。
權(quán)利要求
1.一種用于在衛(wèi)星通信系統(tǒng)的第一地面入口站(3)中實行上行鏈路功率控制的方法，所述衛(wèi)星通信系統(tǒng)包括對地靜止衛(wèi)星(2)、在地理上分散的經(jīng)過所述衛(wèi)星(2)傳送信號載波(30)的至少兩個其它地面入口站(4)和多個用戶站(5)，所述方法包括如下步驟從所述第一地面入口站(3)發(fā)送第一出局信號(10)到所述衛(wèi)星；在所述第一地面入口站(3)接收從所述衛(wèi)星(2)折返的所述第一出局信號(11)并確定所述第一出局信號(10)的功率電平。其特征在于在第一所述入口站(3)接收來自所述衛(wèi)星(2)的由所述同一通信系統(tǒng)的至少一個第二入口站(4)和至少一個第三入口站(4)發(fā)出的的信號載波(31)，確定來自所述入口站(4)的信號(31)的信號功率電平，以及來自所述第三入口站(4)的信號(31)的信號功率電平；如果所述信號(31)之一的功率電平在針對所述信號功率電平的第一預(yù)先確定的閾值之下，則用預(yù)先確定的標稱功率電平取代在所述第一入口站(3)從所述第二入口站(4)或從所述第三入口站(4)接收的任何接收信號(31)的信號功率電平；在所述第一入口站(3)中計算來自所述第二入口站(4)和所述第三入口站(4)的所述信號(31)的所述信號功率電平的平均值；計算來自所述第一入口站(3)的所述第一出局信號(10)的所述第一信號(11)功率電平與從所述衛(wèi)星(2)折返到所述第一入口站(3)的出局信號的標稱信號功率電平之間的第一差值；計算來自所述第二入口站(4)的所述第二信號(31)和來自所述第三入口站(4)的所述第三信號(31)的所述平均信號功率電平與來自所述第二入口站(4)的信號和來自所述第三入口站(4)的信號的標稱平均功率電平之間的第二差值；計算由所述第一差值與所述第二所述差值的差值形成的誤差信號；在所述功率電平的容許范圍內(nèi)，根據(jù)所述誤差信號按照一定量調(diào)整所述第一入口站(3)的出局信號的功率電平。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于以下步驟在所述第一入口站(3)利用以下形式的高通濾波器對超過所述第一預(yù)先確定的閾值的所有所述信號(31)的接收信號電平進行高通濾波TMPt＝Kt*P+(1-Kt)*TMPt-1P′t＝P-TMPt其中TMPt是在當前時刻t的臨時變量，Kt是其值設(shè)定在0到1之間的系數(shù)，P是入口站(3)在時刻t接收的信號(11，31)的當前測量功率，TMPt-1是臨時變量TMP的先前樣值值，而P′t是所述信號(31)的功率電平的所需高通濾波器值。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于以下步驟如果所述信號(31)的接收電平小于所述第一閾值則用0來取代所述高通濾波器的輸出。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在于以下步驟如果所述接收的信號功率電平(31)偏離所述第二接收的功率電平信號(31)和所述第三功率電平信號(31)的當前平均信號功率電平的量超過第二預(yù)定的閾值，則在取平均的過程中用恒定的標稱值代替當前接收的信號功率電平(31)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于以下步驟如果所述當前平均值與前一個處理步驟的平均值之間的第三差值小于第三閾值，則對來自所述第二入口站(4)的所述第二信號(31)和來自所述第三入口站(4)的所述第三信號(31)的信號電平的平均值進行低通濾波，所用的低通濾波器具有如下形式D′t＝K2*D+(1-K2)*D′t-1其中，D′t是在當前取樣時間t的濾波器輸出；K2是參數(shù)，設(shè)定為0到1之間兩個不同值的第一值，根據(jù)所述第三差值的絕對變化率超過或小于所述預(yù)先確定的第三閾值而定；D為普遍使用的所述第三差值；而D′t-1為前一個處理步驟的平均值。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征還在于以下步驟如果所述平均值超過所述第三閾值，則用0到1之間的第二值來取代所述參數(shù)K2，以便能夠跟蹤起伏。
7.如權(quán)利要求1、5或6所述的方法，其特征在于以下步驟計算注入的基準信號電平和所述信號電平的信號標稱值之間的第四差值；以及計算誤差信號，所述誤差信號由所述各低通濾波信號之間的差值、所述第三差值和所述第四差值形成；以及根據(jù)所述誤差信號，在所述功率電平的允許范圍內(nèi)按照一定量調(diào)整所述第一入口站(3)的出局信號的功率電平。
8.一種用于在衛(wèi)星通信系統(tǒng)的第一地面入口站(3)中實行上行鏈路功率控制的設(shè)備，所述衛(wèi)星通信系統(tǒng)包括對地靜止衛(wèi)星(2)、在地理上分散的經(jīng)過所述衛(wèi)星(2)傳送信號載波(30)的至少兩個其它地面入口站(4)和多個用戶站(5)，所述設(shè)備包括用于從所述第一入口站(3)向所述衛(wèi)星發(fā)射第一出局信號(10)的裝置；用于在所述第一入口站(3)接收從所述衛(wèi)星(2)折返的所述的第一出局信號(11)并確定所述第一出局信號(10)功率電平的裝置；其特征在于用于在所述第一入口站(3)接收來自所述衛(wèi)星(2)的由在同一所述通信系統(tǒng)中的至少一個第二入口站(4)和至少一個第三入口站(4)發(fā)出的信號載波(31)并確定來自所述第二入口站(4)的信號(31)的信號功率電平以及來自所述第三入口站(4)的信號(31)的信號功率電平的裝置；用于當所述各信號(31)之一小于所述信號功率電平的第一預(yù)先設(shè)定的閾值時，在所述第一入口站(3)中用預(yù)先確定的標稱功率電平代替來自所述第二入口站(4)或來自所述第三入口站(4)的任何接收的信號(31)的信號功率電平的裝置；用于計算所述第一入口站(3)中來自所述第二入口站(4)和所述第三入口站(4)的各出局信號(31)的信號功率電平的平均值的裝置；用于計算來自所述第一入口站(3)的所述第一出局信號(10)的所述第一信號(11)的功率電平與從所述衛(wèi)星(2)折返到所述第一入口站(3)的出局信號的標稱信號功率電平的第一差值的裝置。用于計算來自所述第二入口站(4)的所述第二信號(31)和來自所述第三入口站(4)的所述第三信號(31)的平均信號功率電平與來自所述第二入口站(4)的信號和來自所述第三入口站(4)的信號的標稱平均功率電平之間的第二差值的裝置；用于計算由所述第一差值與所述第二差值的差值形成的誤差信號的裝置；用于在所述功率電平的允許的范圍內(nèi)根據(jù)所述誤差信號按照一定量調(diào)整所述第一入口站(3)的出局信號的功率電平的裝置。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于用于通過以下形式的高通濾波器對在所述第一入口站(3)的高于所述第一預(yù)先確定的閾值的所有所述信號(31)的接收信號電平進行高通濾波的裝置TMPt＝Kt*P+(1-Kt)*TMPt-1P′t＝P-TMPt其中，TMPt是當前時刻t的臨時變量，Kt是設(shè)置在0到1之間的系數(shù)，P是時刻t在所述入口站(3)接收的信號(31)的當前測量功率，TMPt-1是臨時變量TMP的前一個樣值，而P′t是所需的信號功率電平(31)的所需高通濾波器值。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征還在于用于當所述信號(31)的接收電平在所述第一閾值之下時用0代替所述高通濾波器的輸出值的裝置。
11.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于用于當所接收的信號功率電平(31)偏離所述第二接收功率電平信號(31)和所述第三功率電平信號(31)的當前平均信號功率電平超過第二預(yù)先確定的閾值時，在取平均的過程中，用恒定的標稱值來代替當前所接收的信號功率電平(31)的裝置。
12.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于用于當所述當前平均值與前一個處理步驟之前的所述平均值的第三差值低于第三閾值時，用以下形式的低通濾波器對從所述第二入口站(4)接收的所述第二信號(31)的信號電平與從所述第三入口站(4)接收的第三信號(31)的信號電平的平均值進行低通濾波的裝置D′t＝K2*D+(1-K2)*D′t-1其中，D′t是在當前取樣時刻t的濾波器輸出，而K2是參數(shù)，設(shè)置為對應(yīng)在0到1之間的兩個不同值中的第一值，取決于所述第三差值的絕對變化率是大于還是小于所述預(yù)先確定的第三閾值；D是通行的所述第三差值，而D′t-1是前一個處理步驟的平均值。
13.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征還在于用于當所述平均值超過所述第三閾值時用0到1之間的第二值來取代所述參數(shù)K2以便能夠跟蹤起伏變化的裝置。
14.如權(quán)利要求8、12或13所述的設(shè)備，其特征在于用于計算注入的基準信號電平和所述信號電平的所述信號標稱值之間的第四差值的裝置；用于計算由所述各低通濾波信號之間的差值、所述第三差值和所述第四差值形成的誤差信號的裝置；以及用于根據(jù)所述的誤差信號在所述功率電平允許的范圍內(nèi)按照一定量調(diào)整所述第一入口站(3)的出局信號的功率電平的裝置。
15.一種用于在衛(wèi)星通信系統(tǒng)的第一地面入口站(3)中實行上行鏈路功率控制的方法，所述衛(wèi)星通信系統(tǒng)包括對地靜止衛(wèi)星(2)、在地理上分散的經(jīng)過所述衛(wèi)星(2)傳送信號載波(30)的至少兩個其它地面入口站(4)和多個用戶站(5)，所述方法包括如下步驟從所述第一地面入口站(3)發(fā)送第一出局信號(10)到所述衛(wèi)星；在所述第一地面入口站(3)接收從所述衛(wèi)星(2)折返的所述第一出局信號(11)并確定所述第一出局信號(10)的功率電平。其特征在于在第一所述入口站(3)接收來自所述衛(wèi)星(2)的由所述同一通信系統(tǒng)的至少一個第二入口站(4)和至少一個第三入口站(4)發(fā)出的的信號載波(31)，在單獨的高通濾波器中以從所述信號本身減去所述信號的低通濾波后的版本的形式對任何接收的信號進行濾波，產(chǎn)生瞬時變化電平信號；通過從所有所述信號載波(31)的變化的變化平均值減去所述瞬時變化電平信號來計算絕對值變化電平信號，并計算所述差值的絕對值；通過把每一個信號的絕對值變化電平信號提升到2到5次冪來計算每一個所述信號(31)的變化并將結(jié)果用低通濾波器進行濾波；通過取所述變化的倒數(shù)來計算每個信號的權(quán)重，使得當乘以所述權(quán)重后每一個信號貢獻出相同的變化；計算每一個所述信號的歸一化權(quán)重使得所述歸一化權(quán)重的總和等于1；計算下行鏈路估計值，其做法是首先將所述瞬時變化電平信號乘以相關(guān)聯(lián)的歸一化權(quán)重，然后將所有的乘積相加，以產(chǎn)生瞬時下行鏈路估計值；計算由所述瞬時下行鏈路估計值與接收的折返導(dǎo)頻信號(11)和RF基準信號之間的差值形成的誤差信號；在所述功率電平所允許的范圍內(nèi)根據(jù)所述誤差信號按照一定量調(diào)整所述第一入口站(3)的出局信號的功率電平。
16.一種用于在衛(wèi)星通信系統(tǒng)的第一地面入口站(3)中實行上行鏈路功率控制的設(shè)備，所述衛(wèi)星通信系統(tǒng)包括對地靜止衛(wèi)星(2)、在地理上分散的經(jīng)過所述衛(wèi)星(2)傳送信號載波(30)的至少兩個其它地面入口站(4)和多個用戶站(5)，所述設(shè)備包括用于從所述第一入口站(3)向所述衛(wèi)星發(fā)射第一出局信號(10)的裝置；用于在所述第一入口站(3)接收從所述衛(wèi)星(2)折返的所述的第一出局信號(11)并確定所述第一出局信號(10)功率電平的裝置；其特征在于用于在第一所述入口站(3)接收來自所述衛(wèi)星(2)的由所述同一通信系統(tǒng)的至少三個其它入口站(4)發(fā)出的信號載波(31)，在單獨的高通濾波器中以從所述信號本身減去所述信號的低通濾波后的版本的形式對任何接收的信號進行濾波，產(chǎn)生瞬時變化電平信號的裝置；用于通過從所有所述信號載波(31)的變化的變化平均值減去所述瞬時變化電平信號來計算絕對值變化電平信號并計算所述差值的絕對值的裝置；用于通過把每一個信號的絕對值變化電平信號提升到2到5次冪來計算每一個所述信號(31)的變化并將結(jié)果用低通濾波器進行濾波的裝置；用于通過取所述變化的倒數(shù)來計算每個信號的權(quán)重使得當乘以所述權(quán)重后每一個信號貢獻出相同的變化的裝置；用于計算每一個所述信號的歸一化權(quán)重使得所述歸一化權(quán)重的總和等于1的裝置；用于首先將所述瞬時變化電平信號乘以相關(guān)聯(lián)的歸一化權(quán)重，然后將所有的乘積相加以產(chǎn)生瞬時下行鏈路估計值來計算下行鏈路估計值的裝置；用于對所述下行鏈路估計值進行低通濾波的裝置；用于計算由所述瞬時下行鏈路估計值與接收的折返導(dǎo)頻信號(11)和RF基準信號之間的差值形成的誤差信號的裝置；用于在所述功率電平的允許的范圍內(nèi)根據(jù)所述誤差信號按照一定量調(diào)整所述第一入口站(3)的出局信號的功率電平的裝置。
全文摘要
描述用于衛(wèi)星通信系統(tǒng)中上行鏈路功率控制的系統(tǒng)和方法，所述衛(wèi)星通信系統(tǒng)包括與應(yīng)用本發(fā)明的入口站(3)和至少兩個其它入口站(4)通信的對地靜止衛(wèi)星(2)。本發(fā)明使用衛(wèi)星通信系統(tǒng)中現(xiàn)行的通信信號來補償諸如起伏和雨衰落效應(yīng)的大氣畸變。本方法相對于把本發(fā)明用于通信系統(tǒng)中的入口站是對稱的，因此增強了對系統(tǒng)中所有通信信號的調(diào)節(jié)能力。
文檔編號H04B7/19GK1539212SQ02815346
公開日2004年10月20日 申請日期2002年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月6日
發(fā)明者J·安登內(nèi)斯, J 安登內(nèi)斯 申請人:特倫諾有限公司