專(zhuān)利名稱：對(duì)通信系統(tǒng)中定時(shí)和頻率進(jìn)行預(yù)校正的裝置和方法
背景技術(shù)：
Ⅰ．發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明總體涉及擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)，更具體地涉及在存在大量的信號(hào)多普勒效應(yīng)時(shí)通信信號(hào)的接收。本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種在時(shí)間和頻率上對(duì)通信信號(hào)進(jìn)行預(yù)校正，以對(duì)這種信號(hào)多普勒效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)男路f和改進(jìn)方法。
Ⅱ．現(xiàn)有技術(shù)的描述典型的先進(jìn)陸上通信系統(tǒng)，如無(wú)線數(shù)據(jù)和電話系統(tǒng)，采用位于預(yù)定地理區(qū)域和小區(qū)內(nèi)的基地臺(tái)，也稱為小區(qū)站點(diǎn)(cell site)對(duì)送至和來(lái)自一個(gè)或多個(gè)用戶終端或系統(tǒng)用戶的通信信號(hào)進(jìn)行中繼。典型的基于衛(wèi)星的通信系統(tǒng)采用被稱為匯接局(gateway)的基地臺(tái)和一顆或多顆衛(wèi)星對(duì)匯接局與一個(gè)或多個(gè)用戶終端之間的通信信號(hào)進(jìn)行中繼。基地臺(tái)和匯接局提供從每個(gè)用戶終端到其它用戶終端或連接的其它通信系統(tǒng)(如公共電話交換網(wǎng))的用戶的通信鏈路。這種系統(tǒng)中的用戶終端可以是固定或者移動(dòng)的，如移動(dòng)電話，以及可以定位在匯接局附近或者遠(yuǎn)處位置。
有些通信系統(tǒng)采用碼分多址(CDMA)擴(kuò)展頻譜信號(hào)，如題目為“利用衛(wèi)星和陸上轉(zhuǎn)發(fā)器的擴(kuò)展頻譜多址通信系統(tǒng)”的1990年2月13日頒發(fā)的第4,901,307號(hào)美國(guó)專(zhuān)利和題目為“為跟蹤各個(gè)接收相位時(shí)間和能量在擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)中利用全頻譜發(fā)射功率的方法和裝置”的1995年1月4日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?8/368,570的專(zhuān)利中所揭示的，這兩項(xiàng)專(zhuān)利轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，這里將其引作參考。
在典型的擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)中，在把發(fā)射的載波信號(hào)調(diào)制為通信信號(hào)前，采用一個(gè)或多個(gè)預(yù)選的偽噪聲(PN)代碼序列對(duì)預(yù)定頻帶上的信息信號(hào)進(jìn)行調(diào)制或“擴(kuò)頻”。PN代碼擴(kuò)頻，一種眾所周知的擴(kuò)展頻譜發(fā)射方法產(chǎn)生帶寬比數(shù)據(jù)信號(hào)帶寬大得多的發(fā)射信號(hào)。在基地臺(tái)或匯接局至用戶終端的通信鏈路中，采用PN擴(kuò)頻代碼或二進(jìn)制序列區(qū)分不同基地臺(tái)發(fā)射的或者在不同射束上發(fā)射的信號(hào)以及多徑信號(hào)。
在典型的CDMA擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)中，采用信道化的代碼區(qū)分小區(qū)內(nèi)的不同用戶終端的信號(hào)或正向鏈路(即從基地臺(tái)或匯接局到用戶終端收發(fā)機(jī)的信號(hào)路徑)上的衛(wèi)星子射束。每個(gè)用戶收發(fā)機(jī)具有其自已的利用唯一“信道化”正交碼在正向鏈路上提供的正交信道。在這些信道上傳送的信號(hào)通常稱為“話務(wù)信號(hào)”。對(duì)于發(fā)射到系統(tǒng)用戶的“尋呼”、“同步化”和其它信號(hào)提供附加正向鏈路信道或信號(hào)。通常采用沃爾什功能來(lái)實(shí)現(xiàn)信道化代碼。
在題目為“CDMA蜂窩電話中產(chǎn)生信號(hào)波形的系統(tǒng)和方法”的第5,103,459號(hào)美國(guó)專(zhuān)利中可以看到有關(guān)這種類(lèi)型發(fā)射裝置的工作的詳細(xì)描述，該專(zhuān)利轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的同一受讓人，這里將其引作參考。
CDMA擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)，如上述專(zhuān)利中所揭示的，對(duì)正向鏈路用戶終端通信采用相干調(diào)制和解調(diào)。在采用這種方法的通信系統(tǒng)中，采用“導(dǎo)頻”載波信號(hào)或者簡(jiǎn)單為“導(dǎo)頻信號(hào)”作為正向鏈路信號(hào)的相干相位參考。導(dǎo)頻信號(hào)是一種通常不包含數(shù)據(jù)調(diào)制的信號(hào)，由遍及覆蓋區(qū)的匯接局或基地臺(tái)所發(fā)射，作為參考。
用戶終端采用導(dǎo)頻信號(hào)獲得由基地臺(tái)或匯接局發(fā)射的其它信號(hào)的起始系統(tǒng)同步和數(shù)據(jù)、頻率和相位跟蹤。從跟蹤導(dǎo)頻信號(hào)載波獲得的相位信息被用作其它系統(tǒng)信號(hào)或話務(wù)(數(shù)據(jù))信號(hào)的相干解調(diào)的載波相位參考。這一技術(shù)允許許多話務(wù)信號(hào)共享一個(gè)作為相位參考的共用導(dǎo)頻信號(hào)，提供了一種成本低、效率高的跟蹤機(jī)制。單個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)通常是由每個(gè)基地臺(tái)或匯接局為所使用的每個(gè)頻率，被稱為CDMA信道或子射束而發(fā)射的，被所有的在該頻率上接收來(lái)自源或匯接局的信號(hào)的用戶終端所共享。
當(dāng)用戶終端不在接收或發(fā)射話務(wù)信號(hào)時(shí)，利用稱為尋呼信號(hào)或信道的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)，能夠把信息傳送到它們。例如，當(dāng)一個(gè)呼叫已經(jīng)置于特定移動(dòng)電話上時(shí)，基地臺(tái)或匯接局通過(guò)尋呼信號(hào)的方式告知該移動(dòng)電話。尋呼信號(hào)被用于指示存在呼叫，該話務(wù)信道在使用，還用于分散系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)信息，以及系統(tǒng)用戶特性消息。通信系統(tǒng)可以有幾個(gè)尋呼信號(hào)或信道。同步信號(hào)還可以被用于傳送對(duì)方便時(shí)間同步有用的系統(tǒng)信息。
用戶終端通過(guò)在反向鏈路上發(fā)送接入信號(hào)能夠?qū)ず粜盘?hào)的消息作出響應(yīng)。反向鏈路即從用戶終端到基地臺(tái)或匯接局的信號(hào)路徑。當(dāng)用戶終端始發(fā)呼叫時(shí)接入信號(hào)也被他們所使用，有時(shí)被稱為接入試探。通常采用附加的長(zhǎng)PN代碼創(chuàng)建反向鏈路話務(wù)信道。與此同時(shí)，利用一組正交碼的M元調(diào)制形式可以被用于改善反向鏈路數(shù)據(jù)傳送。
與任何通信系統(tǒng)一樣，正向鏈路通信信號(hào)被用戶終端所接收被被下轉(zhuǎn)換為基帶頻率，以供進(jìn)一步處理。一旦下轉(zhuǎn)換后，對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，對(duì)接收的特定的導(dǎo)頻信號(hào)或信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)相關(guān)的尋呼、同步和話務(wù)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。在解調(diào)期間，應(yīng)用PN擴(kuò)頻碼對(duì)信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)，將信道化代碼與各信號(hào)相關(guān)以提供數(shù)據(jù)。
為了使這種系統(tǒng)的接收、下轉(zhuǎn)換和解調(diào)處理正確地進(jìn)行，用戶終端必須與發(fā)射被處理信號(hào)的基地臺(tái)或匯接局共享一個(gè)共用頻率參考和一個(gè)共用定時(shí)參考。即，由于信息承載在信號(hào)載波的相位中，必須對(duì)載波頻率準(zhǔn)確檢測(cè)，還必須確定多個(gè)載波的相對(duì)相位的位置。頻率定時(shí)達(dá)不到一定的準(zhǔn)確度，就不能適當(dāng)?shù)厝コd波和準(zhǔn)確地對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)和解調(diào)。
由于PN擴(kuò)頻碼是施加在信號(hào)上的序列，為了適當(dāng)?shù)貙?duì)提供數(shù)據(jù)的信號(hào)的擴(kuò)頻碼進(jìn)行解擴(kuò)和解調(diào)，必須確定信號(hào)的定時(shí)。沒(méi)有適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)定時(shí)或信號(hào)同步化，就不能準(zhǔn)確地去除PN擴(kuò)頻碼和正交信道化代碼。如果代碼被施加不正確的同步化，信號(hào)將象噪聲一樣出現(xiàn)，不能傳送信息。確定衛(wèi)星、用戶終端的位置和這種系統(tǒng)中所使用的代碼定時(shí)偏移還依賴于時(shí)間和或相對(duì)時(shí)間位移的確切知識(shí)。用戶終端依賴于本機(jī)振蕩器的準(zhǔn)確度維持適當(dāng)?shù)臅r(shí)鐘率事件定時(shí)和相對(duì)于基地臺(tái)或匯接局定時(shí)的相對(duì)時(shí)間值以及絕對(duì)計(jì)時(shí)歷史和關(guān)系。
采用非地球同步軌道衛(wèi)星的通信系統(tǒng)顯示了較大的用戶終端與衛(wèi)星的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。相對(duì)運(yùn)動(dòng)在通信鏈路內(nèi)信號(hào)的載波頻率上會(huì)產(chǎn)生較明顯的多普勒成分或漂移。由于多普勒成分隨用戶終端與衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)而變化，因此，它們?cè)谳d波信號(hào)的頻率上產(chǎn)生一不確定性的范圍，更簡(jiǎn)單地說(shuō)，頻率不確定性。
除了這些頻率漂移外，多普勒效應(yīng)還會(huì)引起使用的各種代碼，包括PN碼、碼元等的視在時(shí)間或定時(shí)漂移。這些視在時(shí)間漂移也稱為代碼多普勒。具體地說(shuō)，代碼多普勒是衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)被引入到基帶信號(hào)中的一種效應(yīng)。因此，代碼不能以正確的代碼定時(shí)到達(dá)接收器。
除了代碼多普勒外，衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)還在通信鏈路內(nèi)信號(hào)的傳播延遲上產(chǎn)生較大的不確定性，或定時(shí)不確定性。傳播延遲會(huì)從衛(wèi)星直接處于匯接局上所收集的用戶終端上方時(shí)的最小值變?yōu)樾l(wèi)星處于匯接局與并置用戶終端的水平線上時(shí)的最大值。換句話說(shuō)，當(dāng)匯接局到衛(wèi)星到用戶終端的距離最短時(shí)傳播延遲最小。同樣，當(dāng)匯接局到衛(wèi)星到用戶終端的距離最大時(shí)傳播延遲最大。
為了獲得擴(kuò)頻頻譜通信系統(tǒng)中的通信信號(hào)，通信系統(tǒng)必須對(duì)信號(hào)的載波頻率進(jìn)行檢測(cè)和使與信號(hào)的定時(shí)同步化。典型的通信系統(tǒng)通過(guò)將信號(hào)與由各種頻率以及在它們各自的不確定性范圍內(nèi)的定時(shí)值組成的“假設(shè)”進(jìn)行比較“搜索”正確的頻率和定時(shí)。高于預(yù)定閾值的與信號(hào)具有最高相關(guān)性的假設(shè)包括對(duì)信號(hào)解擴(kuò)和解調(diào)的正確頻率和定時(shí)。
然而，典型的通信系統(tǒng)迄今一直遇到相對(duì)較小的“搜索空間”或一組由于頻率和定時(shí)不確定性相對(duì)較小的定時(shí)和頻率假設(shè)。例如，陸上通信系統(tǒng)或采用地球同步衛(wèi)星的衛(wèi)星通信系統(tǒng)顯示的定時(shí)不確定性在1至2ms甚至更大的范圍，多普勒不確定性在百萬(wàn)分之十(ppm)的量級(jí)。相反，采用非地球同步衛(wèi)星的通信系統(tǒng)顯示的定時(shí)不確定性在10至20ms甚至更大的范圍，多普勒不確定性在10ppm甚至更大的量級(jí)。因此，所有其它情況是相同的，采用非地球同步衛(wèi)星的通信系統(tǒng)的搜索空間在比陸上或地球同步通信系統(tǒng)的搜索空間大100倍甚至更大的數(shù)量級(jí)上。
較大的搜索空間或是需要更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)獲得信號(hào)或是需要多個(gè)在部分搜索空間上并行工作的搜索接收器。這兩種替代方法的每一種都是不希望有的。
需要的是一種能夠減小在高多普勒條件下工作的通信系統(tǒng)的搜索空間的方法和裝置。
發(fā)明概要本發(fā)明針對(duì)在經(jīng)歷由于衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器與用戶終端之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)造成的多普勒的通信系統(tǒng)中捕獲信號(hào)。這種類(lèi)型的系統(tǒng)存在范圍較寬的由多普勒漂移造成的頻率不確定性和定時(shí)不確定性和由相對(duì)運(yùn)動(dòng)造成的傳播延遲偏差。本發(fā)明可減小通信系統(tǒng)中頻率和定時(shí)不確定性的范圍。
本發(fā)明的特征在于不需要附加的搜索接收器，解決頻率和定時(shí)不確定性。這是因?yàn)橛深l率不確定性范圍和定時(shí)不確定性范圍組成的搜索空間被減小。因此，為了捕獲信號(hào)只需對(duì)較少的頻率和定時(shí)假設(shè)進(jìn)行搜索。這還減少了捕獲信號(hào)所需的時(shí)間。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，位于通信系統(tǒng)匯接局上的發(fā)射器對(duì)正向鏈路信號(hào)的頻率進(jìn)行預(yù)校正，以補(bǔ)償由于衛(wèi)星與匯接局之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而造成的多普勒頻移。由于衛(wèi)星相對(duì)于匯接局的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是眾所周知的，因此可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，以致于當(dāng)信號(hào)到達(dá)衛(wèi)星時(shí)，信號(hào)不出現(xiàn)由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)造成的任何多普勒頻移。換句話說(shuō)，由發(fā)射器對(duì)正向鏈路信號(hào)的上行鏈路部分(即從匯接局到衛(wèi)星的正向鏈路的部分)進(jìn)行預(yù)校正，以補(bǔ)償多普勒頻移。
然而，衛(wèi)星相對(duì)于用戶終端的相對(duì)運(yùn)動(dòng)不是眾所周知的。因此，當(dāng)正向鏈路信號(hào)的下行鏈路部分由衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)或者發(fā)射到用戶終端時(shí)，信號(hào)將經(jīng)歷由衛(wèi)星與用戶終端之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)而造成的未知的多普勒頻移。因此，根據(jù)本發(fā)明，對(duì)正向鏈路信號(hào)的上行鏈路部分的預(yù)校正不能完全去除頻率不確定性，但是可減小用戶終端上的正向鏈路信號(hào)中的總的頻率不確定性。對(duì)頻率的預(yù)校正減小了接收器為捕獲信號(hào)所需的搜索空間。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，位于通信系統(tǒng)用戶終端上的發(fā)射器發(fā)射反向鏈路信號(hào)，其載波頻率已經(jīng)被預(yù)校正，以補(bǔ)償由于用戶終端與衛(wèi)星之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)而造成的多普勒頻移。這可以在雙向中的一個(gè)方向中實(shí)現(xiàn)。用戶終端或是通過(guò)各種方法知道衛(wèi)星的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，用戶終端或是基于正向鏈路信號(hào)下行鏈路部分存在的多普勒調(diào)節(jié)反向鏈路信號(hào)。在兩種情況中，用戶終端從反向鏈路信號(hào)的上行鏈路部分中有效地去除了多普勒效應(yīng)。在這種情況下，反向鏈路信號(hào)的上行鏈路部分到達(dá)衛(wèi)星沒(méi)有任何明顯的多普勒效應(yīng)，但是下行鏈路部分仍然經(jīng)歷多普勒。
在本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例中，位于匯接局上的發(fā)射器對(duì)正向鏈路信號(hào)的上行鏈路部分的定時(shí)進(jìn)行預(yù)校正。在本實(shí)施例中，連續(xù)地調(diào)節(jié)信號(hào)的定時(shí)，以致于信號(hào)以相同的時(shí)間(稱為衛(wèi)星時(shí)間)到達(dá)通信系統(tǒng)所采用的任何衛(wèi)星。因此，發(fā)射器調(diào)節(jié)通過(guò)衛(wèi)星發(fā)射到用戶終端的信號(hào)的定時(shí)，從而使信號(hào)在預(yù)定的時(shí)間同步到達(dá)衛(wèi)星，不管匯接局與衛(wèi)星之間的距離如何。因此，信號(hào)基本上同時(shí)到達(dá)每顆衛(wèi)星。這意味著，在許多情況中，匯接局以不同的時(shí)間將信號(hào)發(fā)往不同衛(wèi)星。
對(duì)定時(shí)進(jìn)行預(yù)校正的一個(gè)結(jié)果是減小了由于傳播延遲的偏差而造成的用戶終端的定時(shí)不確定性。由于正向鏈路信號(hào)的上行鏈路部分的定時(shí)是已知的，由傳播延遲所造成的不確定性僅出現(xiàn)在正向鏈路的下行鏈路部分中。因此，通過(guò)對(duì)定時(shí)的預(yù)校正，使正向鏈路信號(hào)的定時(shí)不確定性減小約二分之一。
對(duì)CDMA通信系統(tǒng)中的信號(hào)的定時(shí)進(jìn)行連續(xù)預(yù)校正導(dǎo)致PN擴(kuò)頻代碼序列中的每個(gè)代碼到達(dá)任何特定衛(wèi)星與其它任何衛(wèi)星在起始時(shí)間上基本同步，不管匯接局與衛(wèi)星之間的距離如何。換句話說(shuō)，衛(wèi)星上的正向鏈路信號(hào)的上行鏈路部分不顯示任何代碼多普勒。因此，接收器必須僅校正正向鏈路信號(hào)的下行鏈路部分中所經(jīng)歷的代碼多普勒。這降低了用戶終端接收器中定時(shí)跟蹤回路的要求。
在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，用戶終端上的發(fā)送器對(duì)反向鏈路信號(hào)的定時(shí)進(jìn)行預(yù)校正。在這個(gè)實(shí)施例中，對(duì)反向鏈路信號(hào)的定時(shí)進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)，從而使信號(hào)在衛(wèi)星時(shí)間上以基本同步的起始時(shí)間到達(dá)任何衛(wèi)星。因此，發(fā)射器調(diào)節(jié)發(fā)射到衛(wèi)星的信號(hào)的定時(shí)，使得信號(hào)同步到達(dá)衛(wèi)星，不管用戶終端與衛(wèi)星之間的距離如何。這意味著，在許多情況中，根據(jù)用戶終端與衛(wèi)星之間的距離，將在不同的用戶終端時(shí)間上發(fā)射信號(hào)。與正向鏈路一樣，對(duì)定時(shí)的預(yù)校正減小了反向鏈路信號(hào)中存在的定時(shí)不確定性和代碼多普勒。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，在正向鏈路信號(hào)和反向鏈路信號(hào)的上行鏈路部分上同時(shí)進(jìn)行定時(shí)和頻率預(yù)校正。由于預(yù)校正的結(jié)果使定時(shí)和頻率不確定性減小約二分之一，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的總搜索空間減小約四分之一。這將大大節(jié)省硬件成本和捕獲時(shí)間。
附圖簡(jiǎn)述從以下結(jié)合附圖所作的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將更加清楚，在整個(gè)附圖中，相似的參考字符有相應(yīng)的表示，參考編號(hào)中最左側(cè)的數(shù)字代表參考編號(hào)首次出現(xiàn)的附圖。


圖1示出采用本發(fā)明的典型通信系統(tǒng)。
圖2示出供用戶終端使用的示例收發(fā)機(jī)裝置。
圖3示出供匯接局(gateway)或基地臺(tái)使用的發(fā)射和接收裝置。
圖4示出匯接局與用戶終端之間的正向鏈路和反向鏈路傳輸。
圖5示出與尚未進(jìn)行頻率預(yù)校正的正向鏈路信號(hào)有關(guān)的各種頻率。
圖6示出與已進(jìn)行頻率預(yù)校正的正向鏈路信號(hào)有關(guān)的各種頻率。
圖7示出對(duì)從匯接局的正向鏈路傳輸進(jìn)行頻率預(yù)校正的步驟。
圖8示出對(duì)從用戶終端的反向鏈路傳輸進(jìn)行頻率預(yù)校正的步驟。
圖9示出尚未進(jìn)行定時(shí)預(yù)校正的正向鏈路和反向鏈路傳輸。
圖10示出根據(jù)本發(fā)明已進(jìn)行定時(shí)預(yù)校正的話務(wù)信道的正向鏈路和反向鏈路傳輸。
圖11示出根據(jù)本發(fā)明已進(jìn)行定時(shí)預(yù)校正的接入信道的正向鏈路和反向鏈路傳輸。
圖12示出為來(lái)自匯接局的正向鏈路傳輸進(jìn)行定時(shí)預(yù)校正的步驟。
圖13示出為來(lái)自用戶終端的反向鏈路傳輸進(jìn)行定時(shí)預(yù)校正的步驟。
較佳實(shí)施例的詳細(xì)描述本發(fā)明是對(duì)由于多普勒效應(yīng)造成的定時(shí)和頻率漂移進(jìn)行預(yù)校正以降低通信系統(tǒng)中定時(shí)和頻率不確定性的方法和裝置。本發(fā)明通過(guò)確定和補(bǔ)償正向鏈路信號(hào)在從匯接局發(fā)射到衛(wèi)星時(shí)的上行鏈路部分所經(jīng)歷的多普勒效應(yīng)部分地實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。因此，所有的正向鏈路信號(hào)到達(dá)衛(wèi)星對(duì)相同頻率進(jìn)行預(yù)校正。對(duì)正向鏈路信號(hào)的下行鏈路部分未作補(bǔ)償，因?yàn)樾l(wèi)星與用戶終端之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是未知的。盡管下行鏈路部分未作補(bǔ)償，但是，正向鏈路信號(hào)中的總的頻率不確定性大大降低(大約二分之一)。這導(dǎo)致正向鏈路接收器捕獲信號(hào)所需的搜索空間相應(yīng)減小。
本發(fā)明特別適用于采用低地球軌道衛(wèi)星的通信系統(tǒng)。然而，對(duì)熟悉有關(guān)技術(shù)的人員而言顯然易見(jiàn)，本發(fā)明的概念可以用于非通信用途而使用的衛(wèi)星系統(tǒng)。如果匯接局或基地臺(tái)于用戶終端之間存在足夠大的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，影響到接收信號(hào)的頻率，或者如果在信號(hào)的傳播延遲上存在足夠大的不確定性，那么，本發(fā)明還可用于衛(wèi)星在非LEO軌道中行走的衛(wèi)星系統(tǒng)或者用于非衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)。
以下將詳細(xì)討論本發(fā)明的較佳實(shí)施例。在討論具體的步驟、配置或排列時(shí)，應(yīng)當(dāng)明白這么做僅僅是為了說(shuō)明目的。熟悉相關(guān)技術(shù)的人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到只要不背離本發(fā)明的精神和范圍可以采用其它的步驟、配置和排列。本發(fā)明可以在各種無(wú)線信息和通信系統(tǒng)，包括位置確定的系統(tǒng)，和衛(wèi)星和陸上蜂窩式電話系統(tǒng)中找到應(yīng)用。較佳的應(yīng)用是通常利用無(wú)線傳送信號(hào)的移動(dòng)或便攜電話業(yè)務(wù)的CDMA無(wú)線擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)。
圖1示出了可使用本發(fā)明的示例無(wú)線通信系統(tǒng)。可以設(shè)想這一通信系統(tǒng)采用CDMA型通信信號(hào)，但是這并不是本發(fā)明所要求的。在圖1所示的一部分通信系統(tǒng)100中，為了實(shí)現(xiàn)與兩個(gè)遠(yuǎn)程用戶終端124和126的通信，圖中示出兩顆衛(wèi)星116和118和兩個(gè)有關(guān)的匯接局(gateway)或中心(hub)120和122。通常，基地臺(tái)和衛(wèi)星/匯接局是單獨(dú)通信系統(tǒng)的組成部分，稱為陸基或衛(wèi)星基部分，當(dāng)然，這不是必須的。在這種系統(tǒng)中基地臺(tái)、匯接局和衛(wèi)星的總數(shù)目取決于所需的系統(tǒng)容量和現(xiàn)有技術(shù)很理解的其它因素。
用戶終端124和126各有或包括一個(gè)諸如(但不限于)蜂窩電話機(jī)的無(wú)線通信裝置、一個(gè)數(shù)據(jù)收發(fā)機(jī)或一個(gè)尋呼或位置確定接收器，根據(jù)需要可以手持或者安裝在車(chē)上。這里，用戶終端是作為手持電話示出的。然而，也應(yīng)當(dāng)明白，本發(fā)明的所述內(nèi)容可應(yīng)用于需要遠(yuǎn)程無(wú)線業(yè)務(wù)的固定裝置，包括“戶內(nèi)”以及“戶外”位置。
通常，來(lái)自衛(wèi)星116和118的射束以預(yù)定碼型覆蓋不同的地理區(qū)域。不同頻率的射束也稱為CDMA信道或“子射束”，可以使它們定向，重疊于相同區(qū)域。熟悉現(xiàn)有技術(shù)的人員還明白，多顆衛(wèi)星的射束覆蓋區(qū)或服務(wù)區(qū)或多個(gè)基地臺(tái)的天線碼型可以根據(jù)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)和提供業(yè)務(wù)的類(lèi)型以及是否獲得空間分集而設(shè)計(jì)成在給定區(qū)域上完全或部分重疊。
已經(jīng)提出了多種多樣的多衛(wèi)星通信系統(tǒng)，一種示例系統(tǒng)采用在低地球軌道(LEO)的8個(gè)不同軌道平面中行走的48或更多顆衛(wèi)星為大量用戶終端服務(wù)。然而，熟悉該技術(shù)的人員將會(huì)明白，如何將本發(fā)明所述內(nèi)容應(yīng)用于各種衛(wèi)星系統(tǒng)和匯接局配置，包括其它軌道距離和星座。這時(shí)，本發(fā)明等效地應(yīng)用于各種基地臺(tái)配置的陸基系統(tǒng)。
在圖1中，示出了用戶終端124和126與基地臺(tái)12、或通過(guò)衛(wèi)星116和118與匯接局120和122之間建立通信的一些可能信號(hào)路徑?；嘏_(tái)-用戶終端通信鏈路由線路130和132表示。衛(wèi)星116和118與用戶終端124和126之間的衛(wèi)星-用戶終端通信鏈路由線路140、142和144表示。匯接局120和122與衛(wèi)星116和118之間的匯接局-衛(wèi)星通信鏈路由線路146、148、150和152表示。匯接局120和122和基地臺(tái)112可以用作單向或雙向通信系統(tǒng)的一部分，或者簡(jiǎn)單地把消息或數(shù)據(jù)傳送給用戶終端124和126。
圖2示出供用戶終端106使用的一個(gè)示例收發(fā)機(jī)200。收發(fā)機(jī)200采用至少一個(gè)天線210接收通信信號(hào)，將通信信號(hào)傳送到模擬接收器214，這里對(duì)它們進(jìn)行下變換、放大和數(shù)字化。雙工器元件212通常被用于允許同一天線同時(shí)起發(fā)射和接收功能作用。然而，有些系統(tǒng)采用在不同發(fā)射和接收頻率上工作的單獨(dú)天線。
將模擬接收器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)接收器216A和至少一個(gè)數(shù)字搜索接收器218?？梢圆捎酶郊訑?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)接收器216A-216N根據(jù)裝置復(fù)雜性的可接受程度獲得信號(hào)分集的所需電平，對(duì)于熟悉有關(guān)技術(shù)的人員而言是顯然的。
至少一個(gè)用戶終端控制處理器220被耦合到數(shù)據(jù)接收器216A-216N和搜索接收器218?？刂铺幚砥?20提供其它功能當(dāng)中的基本信號(hào)處理、定時(shí)、功率和切換控制或協(xié)調(diào)和選擇信號(hào)載波所用的頻率。通常由控制處理器220進(jìn)行的另一個(gè)基本控制是選擇或處理用于處理通信信號(hào)波形的PN碼序列或正交功能?？刂铺幚砥?20的信號(hào)處理可包括確定相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度和計(jì)算各個(gè)相關(guān)信號(hào)參數(shù)。這種信號(hào)參數(shù)，如相對(duì)定時(shí)和頻率的計(jì)算可以包括使用附加或單獨(dú)專(zhuān)業(yè)電路提供測(cè)量結(jié)果在效率和速度上的提高或改善控制處理資源的分配。
數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)接收器216A-216N的輸出被耦合到用戶終端內(nèi)的數(shù)字基帶電路222。用戶的數(shù)字基帶電路222包括用于向用戶終端傳送信息和捕獲信息的處理和表征元件。即信號(hào)或數(shù)字存儲(chǔ)器元件，如瞬時(shí)或長(zhǎng)期數(shù)字存儲(chǔ)器；輸入和輸出裝置，如顯示屏、揚(yáng)聲器、鍵盤(pán)終端和手機(jī)；A/D元件、聲碼器和其它語(yǔ)音和模擬信號(hào)處理元件等等；所有這些形成利用本領(lǐng)域眾所周知元件的用戶終端基帶電路的各部件。如果采用分集信號(hào)處理，用戶數(shù)字基帶電路222可以包括分集合成器和解碼器。這些元件當(dāng)中有些還可以在通信中在控制處理器220的控制下工作。
當(dāng)語(yǔ)音或其它數(shù)據(jù)被準(zhǔn)備作為用用戶終端始發(fā)的輸出消息或通信信號(hào)時(shí)，采用用戶數(shù)字基帶電路222進(jìn)行接收、存儲(chǔ)、處理等等，否則準(zhǔn)備發(fā)射所需數(shù)據(jù)。用戶數(shù)字基帶電路222將這一數(shù)據(jù)提供給在控制處理器220控制下工作的發(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，它將輸出功率控制提供給發(fā)射功率放大器230，從天線210把輸出信號(hào)最終發(fā)射到匯接局。
正如下面將進(jìn)一步討論的，為了實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例，用戶終端200還能夠使用一個(gè)或多個(gè)預(yù)校正元件或預(yù)校正器232和234。較佳地，預(yù)校正元件232被用于把數(shù)字功率控制器228的數(shù)字輸出的頻率調(diào)節(jié)到基帶頻率。在發(fā)射功率放大器230中進(jìn)行上轉(zhuǎn)換期間把包括頻率調(diào)節(jié)的基帶頻譜信息變換到合適的中心頻率。
利用本領(lǐng)域所熟知的技術(shù)可實(shí)現(xiàn)預(yù)校正或頻率調(diào)節(jié)。例如，通過(guò)復(fù)信號(hào)旋轉(zhuǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)校正，這等效于使信號(hào)乘以因子ejωt，這里ω是根據(jù)已知的衛(wèi)星星歷表和所需信道頻率計(jì)算的。在把通信信號(hào)處理為同相位(I)和正交相位信道(Q)的地方，這是十分有用的?？梢圆捎弥苯訑?shù)字合成裝置來(lái)產(chǎn)生一些旋轉(zhuǎn)積。另一方面，可以采用坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計(jì)算元件，它采用二進(jìn)制平移、加和減來(lái)完成一系列的分立旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致所需的總旋轉(zhuǎn)。這種技術(shù)和有關(guān)硬件是本領(lǐng)域人員所眾所周知的。
作為另一種替代方法，可以將預(yù)校正元件234設(shè)置在發(fā)射功率放大器230輸出的發(fā)射路徑上，以調(diào)節(jié)出局信號(hào)的頻率。利用眾所周知的技術(shù)，如發(fā)射波形的上轉(zhuǎn)換或下轉(zhuǎn)換，能夠?qū)崿F(xiàn)這一點(diǎn)。然而，在模擬發(fā)射器輸出上的頻率變化在經(jīng)常采用一系列濾波器對(duì)波形成形中可能更困難，在這一結(jié)點(diǎn)上的變化會(huì)干擾濾波過(guò)程。在另一種替代方法中，預(yù)校正元件232、234能夠形成用戶終端模擬上轉(zhuǎn)換和調(diào)制級(jí)(230)的頻率選擇或控制機(jī)制中的一部分，從而采用適當(dāng)調(diào)節(jié)頻率一步把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為所需發(fā)射頻率。
正如下面進(jìn)一步詳細(xì)討論的，用戶終端200還可以采用發(fā)射路徑中的預(yù)校正元件232、234調(diào)節(jié)出局信號(hào)的定時(shí)，這里，定時(shí)預(yù)校正電路形成這些元件的一部分。這可以利用發(fā)射波形中增加和減小延遲的眾所周知技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，根據(jù)需要可以使用與預(yù)校正元件232和234相似和除此之外(未示出)的預(yù)校正元件，專(zhuān)門(mén)執(zhí)行定時(shí)變化。時(shí)間預(yù)校正可以與頻率預(yù)校正一起或者不一起使用，改變信號(hào)或PN碼的相關(guān)定時(shí)。
然而，定時(shí)調(diào)節(jié)通常是在以基帶產(chǎn)生信號(hào)時(shí)和功率控制器228輸出前通過(guò)使控制處理器調(diào)節(jié)代碼產(chǎn)生和定時(shí)或其它信號(hào)參數(shù)定時(shí)而實(shí)現(xiàn)的。控制器220能夠例如確定何時(shí)產(chǎn)生代碼和它們的定時(shí)和應(yīng)用于信號(hào)，以及何時(shí)發(fā)射調(diào)制器226對(duì)信號(hào)起作用和由功率控制器228發(fā)射到各顆衛(wèi)星。
采用至少一個(gè)時(shí)間參考元件238來(lái)產(chǎn)生和存儲(chǔ)諸如日期和時(shí)間的時(shí)序信息，它們可以用于幫助確定衛(wèi)星在已知軌道中的位置?？梢园褧r(shí)間存儲(chǔ)起來(lái)和周期性地更新，在有些應(yīng)用中，可以采用GPS接收器的世界時(shí)(UT)信號(hào)作為這一過(guò)程的一部分。通過(guò)匯接局還可以把時(shí)間周期性地提供給用戶終端。此外，當(dāng)用戶終端進(jìn)入非啟用模式時(shí)，例如當(dāng)“關(guān)機(jī)”時(shí)，能夠把當(dāng)前時(shí)間存儲(chǔ)起來(lái)，用于確定與信號(hào)參數(shù)有關(guān)的各種時(shí)間。
如圖2所示，本地或參考振蕩器240被用作模擬接收器214、模擬發(fā)射器230和時(shí)間參考元件238所采用的時(shí)鐘電路的參考。振蕩器340還被用作定時(shí)電路242的頻率標(biāo)準(zhǔn)或參考，產(chǎn)生用戶終端200中其它級(jí)或處理元件的定時(shí)參考，如數(shù)字接收器216A-216N和218中的時(shí)間跟蹤電路或相關(guān)器、或發(fā)射調(diào)制器226、時(shí)間參考元件238和控制處理器220。
利用已知電路可以調(diào)節(jié)振蕩器輸出的頻率，形成所需定時(shí)信號(hào)，正如本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員所熟知的。對(duì)于許多電路而言，這種定時(shí)信號(hào)通常被稱為時(shí)鐘信號(hào)。還可以將定時(shí)電路配置為在處理器的控制下使時(shí)鐘信號(hào)的相對(duì)定時(shí)產(chǎn)生延遲或滯后或超前。即，可以使時(shí)間跟蹤調(diào)節(jié)預(yù)定量。這也允許代碼的應(yīng)用從“正?！倍〞r(shí)超前或滯后，通常有一個(gè)或多個(gè)子碼周期，以致于能夠根據(jù)需要，給構(gòu)成代碼的PN碼或子碼施加不同的定時(shí)。
利用本領(lǐng)域人員所熟知的技術(shù)可以把對(duì)應(yīng)于所接收通信信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)測(cè)量信號(hào)參數(shù)、或一個(gè)或多個(gè)共享資源信號(hào)的信息或數(shù)據(jù)送至匯接局。例如，可以把這種信息作為單獨(dú)信息信號(hào)傳送或者添加到由用戶數(shù)字基帶電路222制作的其它消息上。另一方面，在控制處理器220的控制下，可以把信息作為預(yù)定控制位被發(fā)射調(diào)制器226或者發(fā)射功率控制器228插入。
數(shù)據(jù)接收器216A-N和搜索接收器218配置有信號(hào)相關(guān)元件，對(duì)特定信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和跟蹤。搜索接收器218被用于搜索導(dǎo)頻信號(hào)或其它相對(duì)固定碼型強(qiáng)信號(hào)，而數(shù)字接收器216A-N被用于對(duì)與檢測(cè)到的導(dǎo)頻信號(hào)相關(guān)的其它信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。數(shù)據(jù)接收器416也能夠被指定對(duì)捕獲后的導(dǎo)頻信號(hào)進(jìn)行跟蹤或解調(diào)。因此，能夠監(jiān)測(cè)這些單元的輸出，以確定導(dǎo)頻信號(hào)或其它信號(hào)的能量或頻率。這些接收器采用頻率跟蹤元件，能夠?qū)λ鼈冞M(jìn)行監(jiān)測(cè)，把當(dāng)前頻率和定時(shí)信息提供給控制處理器220，對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。
控制處理器220采用這種信息確定接收信號(hào)偏移到什么程度，在合適時(shí)，當(dāng)按比例換算到相同頻率頻帶時(shí)，形成預(yù)期的接收頻率或振蕩器頻率。如下所討論的，與頻率誤差和多普勒頻移有關(guān)的這一和其它信息可以根據(jù)需要存儲(chǔ)在一個(gè)或多個(gè)誤差/多普勒儲(chǔ)存或存儲(chǔ)器元件236中。控制處理器220可以利用這一信息調(diào)節(jié)振蕩器工作頻率或者利用各種通信信號(hào)可以將其傳送到匯接局或基地臺(tái)。
圖3示出供匯接局120和122或基地臺(tái)使用的一個(gè)示例發(fā)射和接收裝置300。這種裝置是本領(lǐng)域人員熟知的，在以上參考的專(zhuān)利中作了討論。例如，在題目為“CDMA蜂窩電話中產(chǎn)生信號(hào)波形的系統(tǒng)和方法”的1992年4月7日頒發(fā)的第5,103,549號(hào)美國(guó)專(zhuān)利中可看到有關(guān)這類(lèi)裝置操作的詳細(xì)描述，該專(zhuān)利轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的同一受讓人，這里將其引作參考。
圖3所示的匯接局120、122的一部分具有一個(gè)或多個(gè)模擬接收器314，與接收通信信號(hào)的天線310連接，然后，利用本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員眾所周知的各種方案對(duì)通信信號(hào)進(jìn)行下轉(zhuǎn)換、放大和數(shù)字化。在有些通信系統(tǒng)中采用多個(gè)天線310。由模擬接收器314輸出的已數(shù)字化的信號(hào)作為輸入提供給至少一個(gè)數(shù)字接收器模塊324，一般以虛線表示。
每個(gè)數(shù)字接收器模塊324對(duì)應(yīng)于用于管理匯接局120、122與一個(gè)用戶終端124、126之間通信的信號(hào)處理元件。盡管本領(lǐng)域人員熟知一些不同改型。一個(gè)模擬接收器314能夠把輸入提供給許多數(shù)字接收器調(diào)制器324，在匯接局120中通常采用若干個(gè)這樣的模塊來(lái)容納所有的衛(wèi)星射束和在任何給定數(shù)據(jù)處理的可能的分集模式信號(hào)。每個(gè)數(shù)字接收器模塊324具有一個(gè)或多個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)接收器316和搜索接收器318。搜索接收器318通常搜索信號(hào)而非導(dǎo)頻信號(hào)的合適分集模式。在通信系統(tǒng)中所執(zhí)行的地方，采用多個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)接收器316A-316N作分集信號(hào)接收。
把數(shù)據(jù)接收器316的輸出提供給隨后的基帶處理元件322，它包括本領(lǐng)域眾所周知的裝置，這里未進(jìn)一步詳細(xì)示出。示例的基帶裝置包括為每個(gè)用戶將多路徑信號(hào)合并為一個(gè)輸出的分集合成器和解碼器。示例的基帶裝置還包括將輸出數(shù)據(jù)提供給通常為數(shù)字交換機(jī)或網(wǎng)絡(luò)的接口電路。其它各種熟知元件，如聲碼器。數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器、和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)交換和存儲(chǔ)部件(但不限于這些)可以形成基帶處理元件322的一部分。這些元件在操作中還控制或指揮數(shù)據(jù)信號(hào)至一個(gè)或多個(gè)發(fā)射模塊334的傳送。
被發(fā)射到用戶終端的信號(hào)是與一個(gè)或多個(gè)合適發(fā)射模塊334耦合的每個(gè)信號(hào)。典型的匯接局采用若干個(gè)這種發(fā)射模塊334把業(yè)務(wù)在某時(shí)提供給用戶終端124、126，在某時(shí)給幾顆衛(wèi)星和射束。匯接局120、122所采用的發(fā)射模塊334的數(shù)目是由本領(lǐng)域人員所眾所周知的因素確定的，包括系統(tǒng)復(fù)雜性、視線中的衛(wèi)星數(shù)目、用戶容量、所選分集的程度等。
每個(gè)發(fā)射模塊334包括一個(gè)發(fā)射調(diào)制器326，它對(duì)發(fā)射數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)展頻譜調(diào)制，其輸出耦合到數(shù)字發(fā)射功率控制器328，它控制出局?jǐn)?shù)字信號(hào)所采用的發(fā)射功率。數(shù)字發(fā)射功率控制器328為了減小干擾和資源分配施加最小功率電平，但是，當(dāng)需要補(bǔ)償發(fā)射路徑中的衰減和其它路徑傳送特性時(shí)施加合適的功率電平。發(fā)射調(diào)制器326在對(duì)信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)展中使用至少一個(gè)PN發(fā)生器332。這一代碼發(fā)生還能夠形成匯接局122、124或基地臺(tái)112中所使用的一個(gè)或多個(gè)控制處理器或存儲(chǔ)元件的一部分功能，可以時(shí)間共享。
發(fā)射功率控制器328的輸出被傳送到加法器336，這里與來(lái)自其它發(fā)射功率控制電路的輸出相加。這些輸出是在相同頻率上發(fā)射到其它用戶終端124、126的信號(hào)，作為發(fā)射功率控制器328的輸出在相同射束內(nèi)。加法器336的輸出提供給數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換的模擬發(fā)射器338，轉(zhuǎn)換到合適的RF載波頻率，經(jīng)進(jìn)一步放大、濾波和輸出到一個(gè)或多個(gè)向用戶終端124、126輻射的天線340。根據(jù)系統(tǒng)的復(fù)雜性和結(jié)構(gòu)，天線310和340可以是相同的天線。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例，采用一個(gè)或多個(gè)預(yù)校正器或頻率/定時(shí)預(yù)校正元件342和344。較佳地，預(yù)校正元件342用于以基帶頻率調(diào)節(jié)數(shù)字功率控制器328的數(shù)字輸出的頻率。如用戶終端一樣，在模擬發(fā)射器338中進(jìn)行的上轉(zhuǎn)換期間，把包括頻率調(diào)節(jié)的基帶頻譜信息轉(zhuǎn)換為合適的中心頻率。頻率預(yù)校正是利用本領(lǐng)域人員熟知的技術(shù)，例如以上討論的復(fù)數(shù)信號(hào)旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這里旋轉(zhuǎn)的角度是基于已知衛(wèi)星星歷表和所需信道頻率計(jì)算的。如用戶終端中一樣，其它信號(hào)旋轉(zhuǎn)技術(shù)和相關(guān)硬件是本領(lǐng)域人員眾所周知的。
在圖3中，示出的預(yù)校正器342設(shè)置在加法器336前的發(fā)射路徑中。這允許根據(jù)需要分別控制每個(gè)用戶終端信號(hào)。然而，由于用戶終端共享匯接局至衛(wèi)星的相同發(fā)射路徑，當(dāng)在加法器336后進(jìn)行預(yù)校正時(shí)，能夠采用單個(gè)頻率預(yù)校正元件。
作為一種替代方法，可以將預(yù)校正器344設(shè)置在模擬發(fā)射器338的輸出上的發(fā)射路徑中，利用眾所周知的技術(shù)調(diào)節(jié)出局信號(hào)的頻率/定時(shí)。然而，在模擬發(fā)射器的輸出上改變頻率可能是很困難的，也許干擾信號(hào)濾波過(guò)程。另一方面，可以由控制處理器320直接調(diào)節(jié)模擬發(fā)射器338的輸出頻率，提供一平移輸出頻率、偏離正常中心頻率的偏差。
正如以上針對(duì)用戶終端200所討論的，可以在發(fā)射路徑中采用預(yù)校正元件342、344，利用可以由部分這種元件形成的已知預(yù)校正電路調(diào)節(jié)出局信號(hào)的定時(shí)。這可以利用發(fā)射波形中增加或減小延遲的眾所周知技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，根據(jù)需要，可以使用與預(yù)校正元件342和344相似和除此之外(未示出)的預(yù)校正元件，專(zhuān)門(mén)執(zhí)行定時(shí)變化。時(shí)間預(yù)校正也可以與頻率預(yù)校正一起或者不一起使用，改變信號(hào)或PN碼的相關(guān)定時(shí)。
然而，定時(shí)調(diào)節(jié)通常是在以基帶產(chǎn)生信號(hào)時(shí)和功率控制器328輸出前通過(guò)使控制處理器調(diào)節(jié)代碼產(chǎn)生和定時(shí)或其它信號(hào)參數(shù)定時(shí)而實(shí)現(xiàn)的?？刂破?20例如確定代碼定時(shí)和應(yīng)用，以及何時(shí)由功率控制器328發(fā)射到各顆衛(wèi)星和用戶終端。
疊加在出局用戶終端信號(hào)，正向鏈路上的頻率和/或定時(shí)校正量是根據(jù)通過(guò)其建立通信的匯接局與每顆衛(wèi)星之間的已知多普勒效應(yīng)。利用已知的衛(wèi)星軌道位置數(shù)據(jù)，控制處理器320能夠計(jì)算考慮衛(wèi)星多普勒效應(yīng)所需的頻移量。這一數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在一個(gè)或多個(gè)諸如查看表的儲(chǔ)存元件346或存儲(chǔ)器元件中和從中進(jìn)行檢索?？梢圆捎弥T如RAM和ROM電路的各種裝置或磁性儲(chǔ)存裝置來(lái)構(gòu)造儲(chǔ)存元件346。利用這一信息建立在任何給定時(shí)間被匯接局所使用的每顆衛(wèi)星的頻率或定時(shí)調(diào)節(jié)。
如圖3所示，時(shí)間和頻率單元(TFU)348給模擬接收器314提供參考頻率信號(hào)。在有些應(yīng)用中，可以采用來(lái)自GPS接收器的世界時(shí)(UT)信號(hào)作為這一過(guò)程的一部分。根據(jù)需要，在多個(gè)中間轉(zhuǎn)換步驟中還可以使用它。如圖所示，TFU 348還用作模擬發(fā)射器338的參考。TFU 348還把定時(shí)信號(hào)提供給匯接局或基地臺(tái)300中其它級(jí)或處理元件，如數(shù)字接收器316A-N和318中的相關(guān)器、或發(fā)射調(diào)制器326和控制處理器320。還可以將TFU 348配置為在處理器控制下根據(jù)需要使(時(shí)鐘)信號(hào)的相對(duì)定時(shí)滯后或超前預(yù)定量。
至少一個(gè)匯接局控制處理器320與接收器模塊324、發(fā)射模塊334和基帶電路322相耦合；這些單元可以相互物理分開(kāi)?？刂铺幚砥?20提供命令和控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)功能，諸如信號(hào)處理、定時(shí)信號(hào)發(fā)生、功率控制、切換控制、分集合并和系統(tǒng)接口，但不限于這些。此外，控制處理器320分配擴(kuò)展碼、正交碼序列和供用戶通信使用的特定發(fā)射器和接收器或模塊。
控制處理器320還控制導(dǎo)頻、同步和尋呼信道信號(hào)的發(fā)生和功率以及它們與發(fā)生功率控制器328的耦合。導(dǎo)頻信道簡(jiǎn)單地就是不用數(shù)據(jù)調(diào)制的信號(hào)，可以使用輸入到發(fā)生調(diào)制器326的重復(fù)的非變化碼型或非變化幀結(jié)構(gòu)。即，用于形成導(dǎo)頻信號(hào)的信道的正交功能、沃爾什代碼通常具有常量值，如全部1或0，或者眾所周知的重復(fù)碼型，如由分散的1和0構(gòu)成的碼型。這將有效地導(dǎo)致僅發(fā)生PN發(fā)生器332、332施加的PN擴(kuò)展碼。
而控制處理器320可以直接耦合到一個(gè)模塊，如發(fā)射模塊334或接收模塊324的元件，每個(gè)模塊通常包括一個(gè)模塊專(zhuān)用處理器，如發(fā)射處理器330或接收處理器321，控制該模塊的元件。因此，在較佳實(shí)施例中，控制處理器320被耦合到發(fā)射處理器330和接收處理器321，如圖3所示。用這種方法，單個(gè)控制處理器320能夠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)和話務(wù)信道信號(hào)的發(fā)生和信號(hào)功率以及它們各自與功率控制器328的耦合。接收處理器321控制搜索、解調(diào)的PN擴(kuò)展碼和監(jiān)測(cè)接收信號(hào)。
對(duì)于特定的操作，如共享資源功率控制，匯接局120和122接收通信信號(hào)中諸如接收信號(hào)強(qiáng)度、頻率測(cè)量或來(lái)自用戶終端的其它接收信號(hào)參數(shù)的信息。這一信息可以由接收處理器321從數(shù)據(jù)接收器316的已解調(diào)輸出中導(dǎo)出。另一方面，在控制處理器320或接收處理器321所監(jiān)測(cè)并傳送到控制處理器320的信號(hào)中，在預(yù)先限定的位置上出現(xiàn)時(shí)可以對(duì)這一信息進(jìn)行檢測(cè)?？刂铺幚砥?20采用這一信息(如下所述)控制利用發(fā)射功率控制器328和模擬發(fā)射器338發(fā)射和處理的信號(hào)的定時(shí)和頻率。
在通信系統(tǒng)100操作期間，稱為正向鏈路信號(hào)的通信信號(hào)s(t)由匯接局(120、122)利用匯接局產(chǎn)生的載波頻率A0發(fā)射到用戶終端(124、126)。正向鏈路信號(hào)經(jīng)歷時(shí)間延遲、傳播延遲、由于多普勒效應(yīng)造成的頻移和其它效應(yīng)。正向鏈路信號(hào)從匯接局發(fā)射到衛(wèi)星(即在正向鏈路信號(hào)的上行鏈路部分上)時(shí)第一次經(jīng)歷這些效應(yīng)，從衛(wèi)星發(fā)射到用戶終端(即在正向鏈路信號(hào)的下行鏈路部分上)時(shí)第二次經(jīng)歷這些效應(yīng)。一旦信號(hào)被接收，便存在發(fā)送返回或反向鏈路信號(hào)的進(jìn)一步延遲、傳播延遲、和從用戶終端到衛(wèi)星(即在反向鏈路信號(hào)的上行鏈路部分)和再?gòu)男l(wèi)星到匯接局(即在反向鏈路信號(hào)的下行鏈路部分)的過(guò)渡中的多普勒效應(yīng)。
圖4示出在通信系統(tǒng)100中發(fā)射的各種信號(hào)。匯接局120經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器116將正向鏈路信號(hào)410發(fā)射到用戶終端124。正向鏈路信號(hào)410由匯接局120到衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器116的上行鏈路部分412和衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器116到用戶終端124的下行鏈路414部分組成。用戶終端124經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器116將反向鏈路信號(hào)420發(fā)射到匯接局120。反向鏈路信號(hào)420由用戶終端124到衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器116的上行鏈路部分422和衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器116到匯接局120的下行鏈路部分424組成。
當(dāng)匯接局120把正向鏈路信號(hào)410發(fā)射到衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器116時(shí)，上行鏈路部分412經(jīng)歷因匯接局120與衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器116之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的頻率多普勒和代碼多普勒。眾所周知，當(dāng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器116接近匯接局120時(shí)，由于頻率多普勒的結(jié)果，上行鏈路部分412經(jīng)歷其載波頻率的升高。由于代碼多普勒的結(jié)果，上行鏈路部分412還經(jīng)歷其PN碼序列的代碼或脈沖寬度的減小。當(dāng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器116從匯接局120后退時(shí)，對(duì)于上行鏈路部分412，將出現(xiàn)相反的效應(yīng)。
同樣，當(dāng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器116將正向鏈路信號(hào)410發(fā)射到用戶終端124時(shí)，下行鏈路部分414經(jīng)歷因衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器116與用戶終端124之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)(即當(dāng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器116和用戶終端124二者都運(yùn)動(dòng)時(shí))導(dǎo)致的頻率多普勒和代碼多普勒。眾所周知，當(dāng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器116接近用戶終端124時(shí)，由于頻率多普勒的結(jié)果，下行鏈路部分414經(jīng)歷其載波頻率的升高。由于代碼多普勒的結(jié)果，下行鏈路部分414還經(jīng)歷其PN碼序列的代碼或脈沖寬度的減小。當(dāng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器116從用戶終端124后退時(shí)，對(duì)于下行鏈路部分414，將出現(xiàn)相反的效應(yīng)。
參考圖5描述多普勒對(duì)載波頻率的影響。圖5示出例如當(dāng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器116接近匯接局120和用戶終端124二者時(shí)多普勒對(duì)正向鏈路信號(hào)410的載波頻率510的影響。從匯接局120發(fā)射具有載波頻率510(f載波510)的正向鏈路信號(hào)410。上行鏈路部分412經(jīng)歷因多普勒效應(yīng)造成的其載波頻率的增大，圖5中以上行鏈路多普勒頻率520(f上行鏈路520)示出。因此，正向鏈路信號(hào)410在衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器上的頻率(f衛(wèi)星)是載波頻率510和上行鏈路多普勒頻率520之和。下行鏈路部分414經(jīng)歷因多普勒效應(yīng)造成的其載波頻率的增大，圖5中以下行鏈路多普勒頻率530(f下行鏈路530)示出。因此，正向鏈路信號(hào)410在用戶終端124上的頻率(f用戶終端)是載波頻率510、上行鏈路多普勒頻率520和下行鏈路多普勒頻率530之和。
由于上行鏈路多普勒頻率520和下行鏈路多普勒頻率530隨衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器116的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而變化，因此，正向鏈路信號(hào)410在用戶終端124上的頻率也變化。這種變化被稱為頻率不確定性。在采用LEO衛(wèi)星的通信系統(tǒng)100中，頻率不確定性在50至300KHz的范圍，甚至更大。
圖6示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行的頻率預(yù)校正處理的例子。正向鏈路信號(hào)410具有所需的載波頻率510(f載波510)。在從匯接局120發(fā)射前，由預(yù)校正器342以預(yù)校正頻率、預(yù)校正因子610對(duì)正向鏈路信號(hào)410進(jìn)行調(diào)節(jié)。預(yù)校正頻率610與上行鏈路多普勒頻率520幅度相等，符號(hào)相反。因此，當(dāng)正向鏈路信號(hào)410從匯接局120發(fā)射時(shí)，正向鏈路信號(hào)410的起始頻率為載波頻率510加上預(yù)校正頻率610。然后，正向鏈路信號(hào)410的上行鏈路部分412經(jīng)歷由上行鏈路多普勒頻率520造成其頻率的變化。在本發(fā)明中，正向鏈路信號(hào)410在衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器116上的頻率(f衛(wèi)星)是載波頻率510、預(yù)校正頻率610和上行鏈路多普勒頻率520之和。由于預(yù)校正頻率610和上行鏈路多普勒頻率520大小相等而符號(hào)相反，正向鏈路信號(hào)410在衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器116上的頻率等于載波頻率510。
下行鏈路部分414仍經(jīng)歷因下行多普勒頻率530造成的其頻率的變化。然而，根據(jù)本發(fā)明，正向鏈路信號(hào)410在用戶終端124上的頻率(f用戶終端)是載波頻率510和下行鏈路多普勒頻率530之和。正向鏈路信號(hào)410在用戶終端124上的頻率僅僅從載波頻率510改變下行鏈路多普勒頻率530。因此，在本發(fā)明中，頻率不確定性僅僅是下行鏈路多普勒頻率530中不確定性的結(jié)果。在實(shí)際應(yīng)用上，本發(fā)明使與衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器116相對(duì)靜止的用戶終端的頻率不確定性降低二分之一。
圖7示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例對(duì)來(lái)自匯接局120的正向鏈路信號(hào)410的頻率進(jìn)行預(yù)校正的步驟。在步驟710中，發(fā)射器338準(zhǔn)備發(fā)射到一個(gè)或多個(gè)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器116的正向鏈路信號(hào)410。在步驟720中，控制處理器320計(jì)算正向鏈路信號(hào)410發(fā)往的每個(gè)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器116的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和相關(guān)的上行鏈路多普勒頻率520。接著，在步驟730中，預(yù)校正器342考慮到上行鏈路多普勒頻率520對(duì)正向鏈路信號(hào)410進(jìn)行預(yù)校正或補(bǔ)償。最后，在步驟740中，發(fā)射器338以用上行鏈路多普勒頻率520預(yù)校正的載波頻率510發(fā)射正向鏈路信號(hào)410。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例以同樣的方式在反向鏈路信號(hào)420上操作。在這個(gè)實(shí)施例中，用戶終端124不具有衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器116相對(duì)運(yùn)動(dòng)的知識(shí)。因此，用戶終端124必須采用不同的技術(shù)來(lái)確定上行鏈路多普勒頻率520。用戶終端124基于已知的載波頻率510和正向鏈路信號(hào)410的頻率進(jìn)行這件事。這些頻率之間的差是下行多普勒頻率530。假設(shè)衛(wèi)星的相對(duì)運(yùn)動(dòng)在用戶終端124接收正向鏈路信號(hào)410與發(fā)射反向鏈路信號(hào)420之間變化不明顯，基于這一假設(shè)，正向鏈路信號(hào)410的下行鏈路多普勒頻率530與反向鏈路信號(hào)420的上行鏈路多普勒頻率510大致相同。在以上引用的題目為“通信系統(tǒng)中頻率偏移的確定”的共同申請(qǐng)?zhí)枮?8/723,724的專(zhuān)利中更詳細(xì)地討論了這一技術(shù)。
圖8示出對(duì)來(lái)自用戶終端124的反向鏈路信號(hào)420的頻率進(jìn)行預(yù)校正的步驟。在步驟810中，發(fā)射器230準(zhǔn)備發(fā)射到衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器116的反向鏈路信號(hào)420。在步驟820中，控制處理器220基于已知的載波頻率510和最新收到的正向鏈路信號(hào)410的頻率計(jì)算下行鏈路多普勒頻率530。這兩個(gè)頻率之間的差就是正向鏈路信號(hào)410的下行鏈路多普勒頻率530。這大約為反向鏈路信號(hào)420的上行鏈路多普勒頻率520。接著，在步驟830中，預(yù)校正器232考慮到上行鏈路多普勒頻率520對(duì)反向鏈路信號(hào)420進(jìn)行預(yù)校正或補(bǔ)償。最后，在步驟840中，發(fā)射器230以用上行鏈路多普勒頻率520預(yù)校正的載波頻率510發(fā)射反向鏈路信號(hào)420。
本發(fā)明的其它實(shí)施例基于有關(guān)用戶終端124的位置和動(dòng)力學(xué)的知識(shí)。如果用戶終端124的位置和動(dòng)力學(xué)是已知的，例如，通過(guò)將定位裝置裝入用戶終端124中，那么，可以計(jì)算上行鏈路多普勒頻率520和下行鏈路多普勒頻率530二者，補(bǔ)償它們的影響。事實(shí)上，如果這兩個(gè)多普勒頻率都是已知，那么，既可以采用預(yù)校正也可以采用后校正。在兩種情況中，都能夠有效地去除與信號(hào)有關(guān)的頻率不確定性。
與通過(guò)衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)有關(guān)的另一個(gè)問(wèn)題是對(duì)于位置靠近發(fā)射器的衛(wèi)星，例如，位于匯接局中衛(wèi)星和位置遠(yuǎn)離發(fā)射器的衛(wèi)星，存在傳播延遲的變化。這一變化被稱為定時(shí)不確定性。圖9示出正向鏈路信號(hào)910和反向鏈路信號(hào)920的定時(shí)不確定性。如圖9所示，正向鏈路信號(hào)910實(shí)際上是兩個(gè)信號(hào)經(jīng)最遠(yuǎn)衛(wèi)星930發(fā)射到用戶終端124的正向鏈路信號(hào)910A和經(jīng)最近衛(wèi)星940發(fā)射到用戶終端124的正向鏈路信號(hào)910B。對(duì)于這一討論，正向鏈路信號(hào)910A和910B從信息考慮是相同信號(hào)。這兩個(gè)信號(hào)之間的差別是匯接局120將它們送往分別的衛(wèi)星。圖9還示出用戶終端在二個(gè)分隔離上有二倍的關(guān)系。這么做是為了圖面清楚。對(duì)于針對(duì)圖9的討論，用戶終端124是指同一物理裝置。換句話說(shuō)，正向鏈路信號(hào)910A和910B到達(dá)同一用戶終端124，盡管它們經(jīng)過(guò)不同的衛(wèi)星930、940而到達(dá)。正向鏈路信號(hào)910A包括上行鏈路部分912A和下行鏈路部分914A。同樣，正向鏈路信號(hào)910B包括上行鏈路部分912B和下行鏈路部分914B。
圖9中也是把反向鏈路信號(hào)920示出為兩個(gè)信號(hào)經(jīng)最遠(yuǎn)衛(wèi)星930發(fā)射到匯接局120的反向鏈路信號(hào)920A和經(jīng)最近衛(wèi)星940發(fā)射到匯接局120的反向鏈路信號(hào)920B。反向鏈路信號(hào)920A包括上行鏈路部分922A和下行鏈路部分924A。同樣，反向鏈路信號(hào)920B包括上行鏈路部分922B和下行鏈路部分924B。
由于匯接局120與衛(wèi)星930、940之間的距離不同，正向鏈路信號(hào)910A、910B以不同的時(shí)間到達(dá)用戶終端124。如圖9所示，正向鏈路信號(hào)910A在時(shí)間960到達(dá)用戶終端124，而正向鏈路信號(hào)910B在時(shí)間950到達(dá)用戶終端124。這兩個(gè)時(shí)間之間的差代表能夠預(yù)料正向鏈路信號(hào)910到達(dá)用戶終端124的時(shí)間范圍。換句話說(shuō)，當(dāng)信號(hào)從匯接局120發(fā)射時(shí)，它將在由時(shí)間950和時(shí)間960限定的時(shí)間范圍內(nèi)到達(dá)用戶終端124。這一范圍通常稱為定時(shí)不確定性。相對(duì)于正向鏈路信號(hào)910，這一定時(shí)不確定性稱為用戶終端(UT)正向定時(shí)不確定性。
圖9還示出反向鏈路信號(hào)920的定時(shí)不確定性。反向鏈路信號(hào)920A在時(shí)間980到達(dá)匯接局120，而反向鏈路信號(hào)920B在時(shí)間970到達(dá)匯接局120。這兩個(gè)時(shí)間之間的差代表能夠預(yù)料反向鏈路信號(hào)920到達(dá)匯接局120的時(shí)間范圍。由時(shí)間970和980限定的這一定時(shí)不確定性稱為匯接局(GW)反向定時(shí)不確定性。同定時(shí)不確定性為1至2ms的陸上或地球同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)相比，在采用LEO衛(wèi)星的通信系統(tǒng)中，定時(shí)不確定性約為10至20ms，甚至更大。
如上所述，與定時(shí)不確定性有關(guān)的問(wèn)題是為了捕獲擴(kuò)展頻譜通信信號(hào)接收器必須搜索整個(gè)定時(shí)范圍。對(duì)于使用PN碼序列的系統(tǒng)，尤其是這樣。本發(fā)明可降低定時(shí)不確定性，通過(guò)基于發(fā)射器與衛(wèi)星之間的距離以不同時(shí)間發(fā)射通信信號(hào)，以致于一個(gè)給定的通信信號(hào)以相同時(shí)間到達(dá)信號(hào)發(fā)往的所有衛(wèi)星，不管距離如何。
圖10示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的正向鏈路信號(hào)910和反向鏈路信號(hào)920的定時(shí)不確定性。根據(jù)本發(fā)明，正向鏈路信號(hào)910A是在時(shí)間1010由匯接局120經(jīng)最遠(yuǎn)衛(wèi)星930發(fā)射到用戶終端124。在時(shí)間1020，正向鏈路信號(hào)910B是由匯接局120經(jīng)最近衛(wèi)星940發(fā)射到用戶終端124。時(shí)間1010與時(shí)間1020之間的差被稱為預(yù)校正時(shí)間，或者，在本情況中，更具體地稱為正向鏈路預(yù)校正時(shí)間。正向鏈路預(yù)校正時(shí)間是基于匯接局120與接收信號(hào)的衛(wèi)星之間的距離和相關(guān)的傳播延遲確定，以致于不管距離如何，信號(hào)以相同時(shí)間到達(dá)衛(wèi)星。例如，在相同的時(shí)間，時(shí)間1030(稱為衛(wèi)星時(shí)間1030)，正向鏈路信號(hào)910A到達(dá)最遠(yuǎn)衛(wèi)星，正向鏈路信號(hào)910B到達(dá)最近衛(wèi)星。
每顆衛(wèi)星930、940將正向鏈路信號(hào)910轉(zhuǎn)發(fā)到用戶終端124。正向鏈路信號(hào)910A在時(shí)間1050到達(dá)用戶終端124。正向鏈路信號(hào)910B在時(shí)間1040到達(dá)用戶終端124。時(shí)間1050與時(shí)間1040之間的差代表本發(fā)明的用戶終端正向定時(shí)不確定性。實(shí)際上，本發(fā)明使用戶終端正向定時(shí)不確定性減小與正向鏈路信號(hào)910上行鏈路部分912相關(guān)的定時(shí)不確定性的量，這是因?yàn)椤耙阎闭蜴溌沸盘?hào)910在衛(wèi)星時(shí)間1030到達(dá)衛(wèi)星930、940。
圖10示出基于最遠(yuǎn)衛(wèi)星930和最近衛(wèi)星940的定時(shí)不確定性的最壞情況。而以上的討論針對(duì)把正向鏈路信號(hào)910發(fā)射到一顆或多顆衛(wèi)星，可以不是這種情況。例如，僅有一顆衛(wèi)星位于特定匯接局120的視線中。在這種情況中，匯接局120只能向一顆衛(wèi)星發(fā)射。在另一個(gè)實(shí)施例中，特定的通信系統(tǒng)100可以不進(jìn)行分集處理，由此而使相同信號(hào)的多次發(fā)射無(wú)用。不管使用衛(wèi)星的數(shù)目多少，本發(fā)明通過(guò)對(duì)信號(hào)發(fā)射的定時(shí)進(jìn)行預(yù)校正，以致于信號(hào)以已知時(shí)間到達(dá)衛(wèi)星，減小接收信號(hào)的定時(shí)不確定性。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例不僅對(duì)信號(hào)的發(fā)射的起始時(shí)間進(jìn)行預(yù)校正，而且在發(fā)射時(shí)對(duì)信號(hào)進(jìn)行連續(xù)預(yù)校正，以致于信號(hào)(即PN碼)的每個(gè)分量以已知時(shí)間到達(dá)衛(wèi)星。本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例除了檢測(cè)定時(shí)不確定性外還對(duì)代碼多普勒進(jìn)行補(bǔ)償。同以上討論的頻率預(yù)校正一樣，僅在正向鏈路信號(hào)的上行部分912上對(duì)代碼多普勒進(jìn)行預(yù)校正，因?yàn)樵谛l(wèi)星上，定時(shí)是已知的和正確的。然而，由代碼多普勒造成的不確定性被減小，由此更易于進(jìn)行時(shí)間跟蹤環(huán)路的任務(wù)。
圖11示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的正向鏈路信號(hào)910和反向鏈路信號(hào)920的定時(shí)不確定性。根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例，以與圖9所述方式相同的方式，正向鏈路信號(hào)910由匯接局120發(fā)射。這個(gè)實(shí)施例對(duì)于反向鏈路信號(hào)920采用了相似的技術(shù)。在時(shí)間1110，用戶終端124經(jīng)最遠(yuǎn)衛(wèi)星930將反向鏈路信號(hào)920A發(fā)射到匯接局120。在時(shí)間1120，用戶終端124經(jīng)最近衛(wèi)星940將反向鏈路信號(hào)920B發(fā)射到匯接局120。時(shí)間1110與時(shí)間1120之間的差稱為反向鏈路預(yù)校正時(shí)間。由于用戶終端124不具有其自身位置的知識(shí)，用戶終端124基于衛(wèi)星時(shí)間1030與正向鏈路信號(hào)910到達(dá)用戶終端124的時(shí)間之間的時(shí)間差確定反向鏈路預(yù)校正時(shí)間。這一時(shí)間差對(duì)應(yīng)于正向鏈路信號(hào)910的下行鏈路部分914的傳播延遲。如前所述，假設(shè)在接收正向鏈路信號(hào)910和發(fā)射反向鏈路信號(hào)920期間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)很小，下行鏈路部分914的傳播延遲與反向鏈路信號(hào)920的上行鏈路部分922的傳播延遲相同，因此，反向鏈路預(yù)校正時(shí)間是必要的。
采用反向鏈路預(yù)校正時(shí)間來(lái)調(diào)節(jié)或補(bǔ)償反向鏈路信號(hào)920的發(fā)射，從而使它在被稱為衛(wèi)星時(shí)間1130的已知時(shí)間到達(dá)衛(wèi)星。衛(wèi)星將反向鏈路信號(hào)920轉(zhuǎn)發(fā)到用戶終端124。反向鏈路信號(hào)920A在時(shí)間1150到達(dá)用戶終端124，反向鏈路信號(hào)920B在時(shí)間1140到達(dá)用戶終端124。時(shí)間1150與時(shí)間1140之間的差表示本發(fā)明的匯接局反向定時(shí)不確定性。實(shí)際上，本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例同時(shí)減小了用戶終端正向定時(shí)不確定性以及匯接局反向定時(shí)不確定性。相對(duì)于正向鏈路910，用戶終端正向定時(shí)不確定性減小了與上行鏈路部分912相關(guān)的定時(shí)不確定性的量。相對(duì)于反向鏈路920，匯接局反向定時(shí)不確定性減小了與上行鏈路部分922相關(guān)的定時(shí)不確定性的量。
圖12示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例對(duì)匯接局120處正向鏈路信號(hào)910的定時(shí)進(jìn)行預(yù)校正的步驟。在步驟1210中，控制處理器320計(jì)算匯接局120與正向鏈路信號(hào)910被發(fā)往的每顆衛(wèi)星930、940之間的距離。接著，在步驟1220中，控制處理器320根據(jù)這些距離中的每一個(gè)計(jì)算傳播延遲。
這種距離可以例如通過(guò)測(cè)量信號(hào)從衛(wèi)星發(fā)射到用戶終端和立即返回或是在已知延遲后返回的往返行程延遲，然后使測(cè)量結(jié)果除以2和使測(cè)量結(jié)果乘以信號(hào)(光)的速度而獲得。往返行程延遲可以通過(guò)發(fā)射一含有已知運(yùn)行PN序列或擴(kuò)展代碼的信號(hào)，將匯接局上接收的重復(fù)發(fā)射信號(hào)中的PN序列的狀態(tài)與原發(fā)射信號(hào)的狀態(tài)進(jìn)行比較而測(cè)得。采用狀態(tài)差確定總的往返行程延遲，它包括已知匯接局至衛(wèi)星的延遲。利用已知的衛(wèi)星星歷表，采用本領(lǐng)域人員眾所周知的各種方法計(jì)算已知延遲。另一方面，利用通過(guò)一顆衛(wèi)星發(fā)射和通過(guò)第二顆衛(wèi)星返回的信號(hào)的往返行程延遲測(cè)量距離。然而，需要有關(guān)它們相對(duì)位置的一些附加信息，這通常是利用其它信號(hào)參數(shù)提供的。在上面引用的與位置確定有關(guān)的共同專(zhuān)利申請(qǐng)中更詳細(xì)地討論了這些技術(shù)。
在步驟1230中，預(yù)校正器342考慮到每個(gè)衛(wèi)星930、940的傳播延遲對(duì)正向鏈路信號(hào)410進(jìn)行預(yù)校正或補(bǔ)償。最后，在步驟1240中，發(fā)射器338發(fā)射正向鏈路信號(hào)410，其定時(shí)已經(jīng)相對(duì)于適當(dāng)?shù)男l(wèi)星930、940作了預(yù)校正。
圖13示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例在用戶終端124對(duì)反向鏈路信號(hào)920的定時(shí)進(jìn)行預(yù)校正的步驟。在步驟1310中，控制處理器220基于從反向鏈路信號(hào)920發(fā)往的每顆衛(wèi)星930、940最新收到的正向鏈路信號(hào)910計(jì)算傳播延遲。在步驟1320中，預(yù)校正器232考慮到每顆衛(wèi)星930、940的傳播延遲對(duì)反向鏈路信號(hào)920進(jìn)行預(yù)校正或補(bǔ)償。最后，在步驟1330中，發(fā)射器230把已經(jīng)作過(guò)定時(shí)預(yù)校正的反向鏈路信號(hào)920發(fā)射到合適的衛(wèi)星930、940。
除了減小定時(shí)不確定性，因而減小接收器試圖捕獲信號(hào)的搜索空間外，本發(fā)明還減小了采用分集處理的通信系統(tǒng)100所需的抗偏離存儲(chǔ)緩沖器的量。這類(lèi)系統(tǒng)為了從所有可能的路徑“接收”信號(hào)必須在定時(shí)不確定性的整個(gè)范圍上對(duì)入局信號(hào)進(jìn)行緩沖。通過(guò)減小定時(shí)不確定性(即能夠預(yù)料來(lái)自所有可能路徑的信號(hào)的時(shí)間)，于是相應(yīng)地減少抗扭斜存儲(chǔ)器。
本發(fā)明的較佳實(shí)施例加入了預(yù)校正器，它同時(shí)進(jìn)行頻率和定時(shí)預(yù)校正。正如上面所討論的，頻率預(yù)校正和定時(shí)預(yù)校正分別使它們各自的不確定性減小約二分之一。因此，本發(fā)明的較佳實(shí)施例能夠使接收器的搜索空間減小到約為原來(lái)搜索空間的四分之一。因此，加入本發(fā)明較佳實(shí)施例的匯接局120或用戶終端124與其傳統(tǒng)的對(duì)應(yīng)物相比能夠在四分之一時(shí)間里或者用四分之一的搜索接收器數(shù)目捕獲信號(hào)。
以上提供的對(duì)較佳實(shí)施例的描述使得本領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)人員能夠制造和使用本發(fā)明。對(duì)于他們而言，對(duì)這些實(shí)施例的各種改進(jìn)是顯而易見(jiàn)的，不需要用創(chuàng)造性的才能便可以把這里所限定的基本原理應(yīng)用到這些實(shí)施例上。因此，本發(fā)明不希望限于這里所說(shuō)明的實(shí)施例，而是根據(jù)與這里所揭示的原理和新穎特性相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
1．一種在使用衛(wèi)星的通信系統(tǒng)中發(fā)射信號(hào)的方法，其特征在于，所述方法減小多普勒對(duì)接收器的影響，所述方法包括下列步驟連續(xù)地計(jì)算衛(wèi)星相對(duì)于發(fā)射器的多普勒頻率，所述衛(wèi)星從所述發(fā)射器接收信號(hào)，所述衛(wèi)星將信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)到接收器；和隨所述多普勒頻率的變化而調(diào)節(jié)信號(hào)的發(fā)射頻率，使得在所述衛(wèi)星上接收的信號(hào)好象沒(méi)有多普勒。
2．一種在使用衛(wèi)星的通信系統(tǒng)中發(fā)射信號(hào)的方法，其特征在于，所述方法減小多普勒對(duì)接收器的影響，所述方法包括下列步驟連續(xù)地計(jì)算衛(wèi)星與發(fā)射器之間的距離，所述衛(wèi)星從所述發(fā)射器接收信號(hào)；確定信號(hào)穿過(guò)所述計(jì)算距離所需的傳播時(shí)間；從預(yù)定時(shí)間中減去所述傳播時(shí)間，獲得已校正發(fā)射定時(shí)；和在所述的已校正發(fā)射定時(shí)上發(fā)射信號(hào)，使得所述衛(wèi)星在所述預(yù)定時(shí)間上接收信號(hào)。
全文摘要
一種對(duì)采用衛(wèi)星(116、118)的通信系統(tǒng)(100)中定時(shí)和頻率進(jìn)行預(yù)校正以減小由于衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)而造成的定時(shí)不確定性和頻率不確定性的方法和裝置。考慮到發(fā)射信號(hào)從發(fā)射器(120)傳播到衛(wèi)星(116)時(shí)基于已知衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的效應(yīng)，對(duì)發(fā)射信號(hào)(410)進(jìn)行預(yù)校正或補(bǔ)償(342)。去除這些效應(yīng)可減小發(fā)射信號(hào)到達(dá)接收器(124)時(shí)的不確定性，由此使信號(hào)接收的任務(wù)更加容易。
文檔編號(hào)H04B7/01GK1238866SQ97180170
公開(kāi)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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