DE69417745T2

DE69417745T2 - Wahl eines verbindungssatelliten

Info

Publication number: DE69417745T2
Application number: DE69417745T
Authority: DE
Inventors: Vinod Kumar
Original assignee: Alcatel CIT SA; Alcatel SA; Alcatel NV
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1993-06-07
Filing date: 1994-06-07
Publication date: 1999-10-14
Anticipated expiration: 2014-06-08
Also published as: FI955838A0; WO1994029969A1; EP0702865B1; JPH08511663A; AU6973794A; CA2164435C; DK0702865T3; ATE178747T1; CA2164435A1; CN1125022A; FR2706230B1; JP3221682B2; FR2706230A1; RU2117393C1; ES2132408T3; DE69417745D1; EP0702865A1; FI955838A; AU678488B2; US5777577A

Description

Auswahl eines Verbindungssatelliten

Die vorliegende Erfindung betrifft die Auswahl eines Verbindungssatelliten.
Das Gebiet der Erfindung ist das der Funkkommunikationen, genauer das der Netze von Funkkommunikationen durch Satelliten, in welchen sich eine Endgerät mittels einer Funkwelle mit einem Verbindungssatelliten verbindet, um aus den von einem solchen Netz angebotenen Diensten Nutzen zu ziehen.
Das Netz ist so entworfen, daß eine Vielzahl von Satelliten im allgemeinen auf mehreren ebenen Umlaufbahnen um die Erde laufen, so daß ein Endgerät zu einem gegebenen Zeitpunkt auf wenigstens einen Satelliten, Satellit in der Nähe genannt, zugreifen kann. Hier wird berücksichtigt, daß eine Funkübertragung wirksam zwischen dem Endgerät und mehreren Satelliten in der Nähe aufgebaut werden kann. Außerdem wird darunter verstanden, daß das Endgerät die Synchronisation auf diese erlangt hat. Wenn das Endgerät wünscht, auf ein Netz zuzugreifen, was Kontaktaufnahme genannt wird, muß es dann aus den Satelliten in der Nähe den Verbindungssatelliten auswählen. Da außerdem der Verbindungssatellit vorbeiläuft, hört während der Trajektorie die Übertragung mit dem Endgerät auf, und zu diesem Zeitpunkt stellt sich das Problem der Zuweisung eines neuen Verbindungssatelliten zu diesem Endgerät, was Satellitenumschaltung (basculement de satellite) genannt wird.
Auf ein solches Netz ist in dem Artikel "Multiple Access and Spectrum Utilisation of the GLOBALSTAR Mobile Satellite System", MAZELLA et al., vierte IEE-Konferenz über Telekommunikation, 18.-21. April 1993, MANCHESTER, GB, Seiten 306 bis 311, hingewiesen. Es ist so vorgesehen, daß die Festlegung des Endgerät in einer terrestrischen Station ausgeführt ist, daß die Steuerung der Funkhilfsmittel in einer ebenfalls am Boden angeordneten Steuereinrichtung erfolgt und daß die Zuweisung eines neuen Verbindungssatelliten zum Endgerät mittels Ephemeriden von verschiedenen Satelliten betätigt wird. Wenn dieser Artikel wirklich das Problem der Auswahl des Verbindungssatelliten stellt, schlägt er keine Lösung vor.
Außerdem wird als Information das GPS-System genannt, das die Aufgabe hat, die Position eines Empfängers auf der Erde ausgehend von Daten zu bestimmen, die ihm von mehreren Satelliten gesendet werden. Wenn diese Satelliten ebenfalls vorbeilaufen, schlägt die Patentanmeldung EP-A-0 283 302 ein Verfahren zur Bestimmung der Bahnkoordinaten dieser Satelliten mittels einer Vielzahl von terrestrischen Stationen vor. Natürlich behandelt diese Druckschrift nicht das Problem der Auswahl eines Verbindungssatelliten, da sich dieses Problem ja nicht stellt.
Dagegen stellt sich dieses Problem in analoger Weise bei terrestrischen Funkkommunikationssystemen, beispielsweise bei dem digitalen, zellulären, gesamteuropäischen Funkkommunikationssystem, das unter dem Namen GSM-System bekannt ist. In diesem Fall gehen die Kommunikationen zwischen einem Endgerät und einer Basisstation über Kommunikationskanäle, die Funksignale befördern. Solche System umfassen eine Vielzahl von Kanälen, die entweder für die Sendung von Endgeräten zu Basisstationen oder für die Sendung von Basisstationen zu Endgeräten vorgesehen sind.
Unter diesen letzteren Kanälen kommt ein dauernd ausgesandter Steuerkanal vor, der einem Endgerät gestattet, über die Basisstation, die diesen Kanal aussendet, auf das System zuzugreifen, um Kommunikationen aufbauen zu können. Das Endgerät muß somit diesen Steuerkanal identifizieren, um Informationen zu erlangen, die ihm gestatten, im System erkennbar zu werden. Unter diesen Informationen findet man insbeson dere Synchronisationsinformationen, weshalb es üblich ist, von Synchronisationsprozedur zu sprechen.
Die im allgemeinen für die Synchronisation übernommene Lösung, die über dies in den Empfehlungen 4.08 und 5.08 des GSM vorkommt, findet in zwei Schritten statt. Zu einer ersten Zeit mißt das Endgerät die Leistung aller dem Empfang zugewiesenen Kanäle. Dann versuch das Endgerät, sich auf den Kanal mit der stärksten Leistung zu synchronisieren, und wenn dies nicht gelingt, versucht es auf den anderen Kanälen, wobei es sie in der Reihenfolge der abnehmenden Leistung beim Empfang nimmt, bis es sich wirksam synchronisieren kann.
Diese Lösung wird gern bei terrestrischen Systemen übernommen, weil die Verbindung um so besser ist, je höher die Leistung eines Kanals ist. Andererseits ist in erster Näherung der Abstand, der das Endgerät von der Basisstation trennt um so kürzer, je stärker diese Leistung ist, so daß bei einem derartigen Vorgehen zur Optimierung der Leistungen des Systems beigetragen wird.
Diese Lösung ist bei System über Satelliten schlecht angepaßt, weil von verschiedenen Satelliten in der Nähe ausgesandte Signale am Endgerät eine Dämpfung in der gleichen Größenordnung erfahren. Außerdem geht die Entfernung zwischen einem Endgerät und einem Satelliten nicht in erster Ordnung in die Leistungen des Systems ein.
Wenn außerdem bei einem terrestrischen Netz ein bereits mit einer Basisstation verbundenes Endgerät die Signale empfängt, die sie mit einer zu geringen Leistung aussendet, wird die Verbindung dieses Endgeräts zu einer neuen Basisstation verschoben, eine Prozedur, die unter dem englischen Wort "handover" bekannt ist. Zu diesem Zweck wird eine Zuweisungseinrichtung vorgesehen, die im allgemeinen die neue Basisstation mittels mehrerer Kriterien auswählt. Unter die sen Kriterien erscheint der Pegel der vom Endgerät empfangenen Leistung, die von den verschiedenen benachbarten Basisstationen kommt, die es umgeben. Oft wird ein zusätzliches Kriterium berücksichtigt, das die Anzahl der verfügbaren Kanäle dieser benachbarten Basisstationen widerspiegelt, um zu vermeiden, das Endgerät an eine bereits überlastete Basisstation zu verweisen.
Hier wird auch bemerkt, daß das Kriterium der empfangenen Leistung aus den bereits genannten Gründen nicht mehr beibehalten werden kann, um über die Zuweisung eines neuen Verbindungssatelliten zu einem bereits verbundenem Endgerät zu entscheiden, eine Prozedur, die unter dem englischen Wort "changeover" bekannt ist.
Die vorliegende Erfindung hat also das Ziel, Mittel anzubieten, die gestatten, bei der Kontaktaufnahme eines Endgerätes mit einem Funkkommunikationsnetz über Satelliten einen Verbindungssatelliten auszuwählen und diesem Endgerät einen neuen Verbindungssatelliten zuzuweisen, wenn die Verbindung mit dem vorhergehenden nicht aufrecht erhalten werden kann.
Dieses Ziel wird erreicht, indem als bestimmendes Kriterium nicht mehr die Leistung beibehalten wird, mit welcher ein Signal eines Satelliten empfangen wird, sondern vielmehr die Dauer der Sichtbarkeit dieses Satelliten, d. h. die Zeit, die verstreicht, bevor die eventuelle Übertragung zwischen dem Endgerät und dem betroffenen Satelliten unterbrochen wird.
So wird eine Vorrichtung zur Auswahl eines Verbindungssatelliten für eine Endgerät eines Funkkommunikationssystems, das eine Vielzahl von vorbeilaufenden Satelliten umfaßt, ausgeführt. Diese Vorrichtung umfaßt Meßmittel zum Aufstellen einer Ortungsinformation in Abhängigkeit von der Position des Endgeräts in Bezug auf jeden Satelliten in der Nähe, auf welche es die Synchronisation erlangt hat, Schätzmittel zum Schätzen der Dauer der Sichtbarkeit jedes der Satelliten ausgehend von der Ortungsinformation und Auswahlmittel zum Auswählen desjenigen der Satelliten, der die längste geschätzte Dauer der Sichtbarkeit aufweist.
Es wird auch eine Vorrichtung zur Positionierung für ein Endgerät eines Funkkommunikationssystems, das eine Vielzahl von vorbeilaufenden Satelliten und eine Zuweisungsvorrichtung zum Zuweisen eines Verbindungssatelliten zu diesem Endgerät umfaßt, ausgeführt. Wenn das Endgerät die Synchronisation auf Satelliten in der Nähe erlangt hat, umfaßt die Vorrichtung Meßmittel zum Aufstellen einer Ortungsinformation in Abhängigkeit von der Position des Endgeräts in Bezug auf jeden diese Satelliten in der Nähe, Schätzmittel zum Schätzen der Dauer der Sichtbarkeit jedes dieser Satelliten in der Nähen ausgehend von der Ortungsinformation und Übertragungsmittel zum Übertragen der geschätzten Dauer der Sichtbarkeit von wenigstens zwei Satelliten in der Nähe, für welche diese Dauer die größte ist, an die Zuweisungsvorrichtung.
Es wird auch eine Zuweisungsvorrichtung eines Funkkommunikationssystems ausgeführt, das eine Vielzahl von vorbeilaufenden Satelliten umfaßt, welche zum zuweisen eines Verbindungssatelliten und der Satelliten in der Nähe zu einem Endgerät vorgesehen ist, auf welche dieses Endgerät die Synchronisation erlangt hat. Gemäß einer ersten Ausführungsform der Zuweisungsvorrichtung wählt sie, wenn das Endgerät Meßmittel zum Aufstellen einer Ortungsinformation in Abhängigkeit von seiner Position in Bezug auf jeden der Satelliten in der Nähe, Schätzmittel zum Schätzen der Dauer der Sichtbarkeit der Satelliten in der Nähe ausgehend von der Ortungsinformation und Übertragungsmittel zum Übertragen der geschätzten Dauer der Sichtbarkeit von wenigstens zwei Satelliten in der Nähe an die Zuweisungsvorrichtung umfaßt, den Verbindungssatelliten insbesondere in Abhängigkeit von den vom Endgerät übertragenen, geschätzten Dauern der Sichtbarkeit aus. Nach einer zweiten Ausführungsform der Zuwei sungsvorrichtung umfaßt sie, wenn das Endgerät Meßmittel zum Aufstellen einer Ortungsfunktion in Abhängigkeit von seiner Position in Bezug auf jeden der Satelliten in der Nähe und Übertragungsmittel zum Übertragen der Ortungsinformation von wenigstens zwei Satelliten in der Nähe an die Zuweisungsvorrichtung umfaßt, Schätzmittel zum der Dauer der Sichtbarkeit der Satelliten in der Nähe ausgehend von der vom Endgerät übertragenen Ortungsinformation, um den Verbindungssatelliten insbesondere in Abhängigkeit von den geschätzten Dauern der Sichtbarkeit auszuwählen.
Wenn jeder Satellit eine deutliche bzw. unterschiedliche Trägerwelle aussendet, besteht eine vorteilhafte Lösung darin, die Meßmittel derart auszuführen, daß sie als Ortungsinformation die Doppler-Verschiebung dieser Trägerwelle zu einem ersten Zeitpunkt liefern.
So verfügt man über ein bequemes Mittel zum Erhalten dieser Ortungsinformation.
Welches auch immer die betrachtete Vorrichtung ist, eine erste Option besteht darin, die geschätzte Dauer der Sichtbarkeit als eine wachsende Funktion des Wertes der Doppler-Verschiebung zu diesem ersten Zeitpunkt zu wählen.
Eine zweite Option besteht darin vorzusehen, daß die Meßmittel außerdem den Wert der Doppler-Verschiebung zu einem zweiten Zeitpunkt liefern, der vom ersten Zeitpunkt durch eine Meßperiode getrennt ist, wobei ein Formfaktor als das Verhältnis der Differenz der Doppler-Verschiebung zum ersten Zeitpunkt und zum zweiten Zeitpunkt zur Meßperiode definiert wird, das vom Vorzeichen der Doppler-Verschiebung zum ersten Zeitpunkt beeinflußt wird, wobei die geschätzte Dauer der Sichtbarkeit eine wachsende Funktion des Inversen des Formfaktors ist.
Eine dritte Option besteht darin vorzusehen, daß die Meßmittel außerdem den Wert der Doppler-Verschiebung zu einem zweiten Zeitpunkt liefern, wobei ein Formfaktor als das Verhältnis der Summe zur Differenz der Doppler-Verschiebung zum ersten Zeitpunkt und zum zweiten Zeitpunkt definiert wird, wobei die geschätzte Dauer der Sichtbarkeit eine wachsende Funktion des Formfaktors ist.
Eine vierte Option besteht darin vorzusehen, daß die Meßmittel außerdem den Wert der Doppler-Verschiebung zu einem zweiten Zeitpunkt liefern, der vom ersten Zeitpunkt durch eine Meßperiode getrennt ist, wobei die Funktion die Doppler-Verschiebung insbesondere zum Zeitpunkt des Verschwindens darstellt, der durch den Wert der Doppler-Verschiebung zum ersten und zweiten Zeitpunkt bestimmt wird, wobei die geschätzte Dauer der Sichtbarkeit die Differenz des Zeitpunkts des Verschwindens und den zweiten Zeitpunkts ist.
Nach einer Variante der Positioniervorrichtung umfaßt diese Vorrichtung außerdem, wenn das Endgerät die Synchronisation auf Satelliten in der Nähe erlangt hat, Meßmittel zum Aufstellen einer Ortungsinformation in Abhängigkeit von der Position des Endgeräts in Bezug auf jeden der Satelliten in der Nähe und Übertragungsmittel zum Übertragen der Ortungsinformation zur Zuweisungsvorrichtung.
Wenn ferner jeder der Satelliten eine deutliche bzw. unterschiedliche Trägerwelle aussendet, ist die Ortungsinformation die Doppler-Verschiebung der Trägerwelle.
Die vorliegende Erfindung zeigt sich nun genauer beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren, welche zeigen:
Fig. 1 Ein von den Meßmitteln verwendetes Bezugssignalbeispiel, das für die Erfindung geeignet ist,
Fig. 2 Ein Schema, das die zur Ausführung dieser Meßmittel notwendigen Elemente darstellt,
Fig. 3 Die Form des Eingangssignals und des Ausgangssignals eines angepaßten Filters, der bei einer Ausführungsform dieser Meßmittel eingesetzt wird,
Fig. 4 Eine Konfiguration, die ein Endgerät und Satelliten in der Nähe darstellt,
Fig. 5 Kurven der Änderung der Doppler-Verschiebung in Abhängigkeit von der Zeit,
Fig. 6 Einen mit einem Endgerät verbundenen Bezugstrieder, in welchem Satelliten in der Nähe erscheinen,
Fig. 7 Eine Ebene dieses Trieders, die der minimalen Höhe der Satelliten in der Nähe entspricht.
Es wird hier als Hinweis auf Systeme Bezug genommen, die Satelliten verwenden, die in niedrigen Umlaufbahnen, die "LEO" genannt werden, vorbeilaufen, was insbesondere bei unter dem Namen Globalstar bekannten Systemen der Fall ist.
Das Prinzip eines solchen Systems ist, die Verwendung eines Satelliten, der in einer Höhe von beispielsweise etwa 1390 Kilometern und mit einer Geschwindigkeit beispielsweise in der Größenordnung von 7,2 Kilometer pro Sekunde vorbeiläuft, als Relais zwischen dem Endgerät und der Basisstation.
Der Satellit empfängt somit das von der Basisstation kommende Funksignal und sendet es wieder auf einer Trägerwelle in Richtung des Endgeräts aus. Die von diesem Satelliten gespielte Rolle ist eine einfache "Spiegel"rolle: Er überträgt das Signal unverändert, das er von der Basisstation empfängt, wobei er höchstens eine Frequenzverlagerung ausführt.
Wie bereits erwähnt wurde ist der wichtige Punkt, die Dauer der Sichtbarkeit des Satelliten, d. h. die Zeit, während welcher das Endgerät diesen Satelliten nutzen kann, zu schätzen. Diese Nutzungszeit ist z. B. durch das Verschwinden des Satelliten am Horizont oder auch durch eine Höhe begrenzt, wenn sie einen vorbestimmten Wert erreicht.
Ein vorteilhaftes Mittel besteht darin, im Endgerät die Doppler-Verschiebung der vom Satelliten ausgesandten Trägerwelle zu messen.
Es wird nun ein Verfahren zum Messen dieser Verschiebung dargelegt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 befördert die Trägerwelle ein Signalisationspaket. Ein Paket wird als Träger eines Signals während einer vorbestimmten Dauer T definiert. Hier hat dieses Signal, das Bezugssignal, eine Frequenz, die sich in Abhängigkeit von der Zeit linear ändert. Wenn als Nullpunkt der Zeit t der Beginn des Pakets genommen wird, kann dann die augenblickliche Frequenz f dieses Signals durch den folgenden Ausdruck dargestellt werden:
Das Signal wird mit konstanter Amplitude angenommen und es kann sich natürlich in analoger oder auch digitaler Form zeigen.
Fig. 2 stellt die bei einer Ausführungsform unter weiterem möglichen für einen Empfänger notwendigen Elemente dar. In bekannter Weise umfaßt dieser Empfänger somit eine Antenne A zum Empfangen der Trägerwelle. Dieser Antenne folgt ein Verstärker LNA, im allgemeinen ein rauscharmer Verstärker.
Dieser Empfänger umfaßt auch einen Mischer M, der einerseits das Ausgangssignal des Verstärkers LNA und andererseits das Ausgangssignal eines Lokaloszillators VCO empfängt, beispielsweise eines spannungsgesteuerten Oszillators. Dieser Oszillator wird von einer Steuerschaltung CC gesteuert, deren Funktion im folgenden genauer angegeben wird. Der Ausgang des Mischers ist mit einem Bandpaßfilter BP verbunden, der als Ausgangssignal ein Signal mit Zwischenfrequenz IF liefert. Dieser Bandpaßfilter ist entsprechend den üblichen Kriterien der Seitenbandunterdrückung und der Phasenverzerrung ausgeführt. Seine Bandmittenfrequenz und seine Bandbreite werden im folgenden definiert.
Der Empfänger ist dafür vorgesehen, bei einer recht genauen Zwischenfrequenz zu arbeiten, die theoretische Frequenz ft genannt wird und die dem Fall entspricht, in dem es keine Doppler-Verschiebung gibt.
Wenn nun betrachtet wird, daß die Trägerwelle dem Doppler- Effekt unterworfen ist, erfährt das Signal mit Zwischenfrequenz eine Frequenzänderung zwischen fT - Δf und fT + Δf, wobei Δf die Amplitude der Doppler-Verschiebung darstellt, dies für einen Steuerwert des Lokaloszillators VCO, der zu einer Frequenz gleich ft führen soll. Folglich wird die Bandmittenfrequenz des Bandpaßfilters BP gleich ft und seine Bandbreite gleich derjenigen des Signals, um 2.Δf erhöht, gewählt.
Erfindungsgemäß umfaßt der Empfänger drei an das Bezugssignal angepaßte Filter:
- den ersten MF1, der auf die theoretische Frequenz fT zentriert ist,
- den zweiten MF2, der auf die theoretische Frequenz fT, verringert um die Amplitude der Doppler-Verschiebung, nämlich fT - Δf zentriert ist,
- den dritten MF3, der auf die theoretische Frequenz fT, erhöht um die Amplitude der Doppler-Verschiebung, nämlich fT + Δf zentriert ist.
Diese angepaßten Filter können als Beispiel in Oberflächenwellenfiltern bestehen.
In diesem Fall wurden in Fig. 3 das Eingangssignal X und die Einhüllende Y des Ausgangssignals eines solchen Filters unter Verwendung der gleichen Zeitskala dargestellt.
Dieser Filter weist eine Ausbreitungszeit Tp auf und erzeugt ein Ausgangssignal, dessen dem Fachmann wohl bekannte Form in sinx/x gedämpft ist und das somit eine Hauptkeule aufweist, deren Höchstwert ac beträgt und deren bei einer Amplitude, die diesen Höchstwert ac, verringert um einen vorbestimmten Wert Ac (beispielsweise 20 dB) hat, gemessene Breite Tc beträgt.
Es wird ein Formfaktor W bestimmt, der die Form der Hauptkeule kennzeichnet. Es könnte der Höchstwert Ac oder auch die in dieser Keule enthaltene Energie oder auch noch die Breite Tc dieser Keule gewählt werden. Hier wird als Beispiel das Verhältnis des Höchstwertes Ac zur Breite Tc gewählt:
W = Ac/Tc
Jeder der drei angepaßten Filter MF1, MF2, MF3 hat eine Bandbreite, die dafür vorgesehen ist, daß ein Eingangssignal, das einem Bezugssignal, aber in der Frequenz um Δf in Bezug auf seine Einstellfrequenz verringert, entspricht, anders zu einem Formfaktor W mit einem Wert über einer Erfassungsschwelle Sd gibt, so daß die entsprechende Hauptkeule erfaßt werden kann.
Der Empfänger umfaßt außerdem eine Korrekturschaltung CORR, die in Fig. 2 dargestellt ist. Diese Schaltung empfängt die Ausgangssignale des ersten MF1, zweiten MF2 und dritten MF3 angepaßten Filters, um entsprechend einen ersten W&sub1;, einen zweiten W&sub2; und einen dritten W&sub3; Formfaktor zu berechnen. Ein Formfaktor, dessen Wert unter der Erfassungsschwelle Sd liegt, wird auf Null gezwungen. Die Korrekturschaltung CORR erzeugt ein Verschiebungssignal SH mit Ziel Steuerschaltung wie folgt:
Es handelt sich in der Tat um die Gegenzahl (l'opposé) des Schwerpunktes der Bandmittenfrequenzen der angepaßten Filter, gewichtet mit den entsprechenden Formfaktoren. Es kann auch die Anwendung eines Wertes gewählt werden, der zu diesem Schwerpunkt proportional ist oder der eine ganz andere Beschaffenheit hat, vorausgesetzt daß er den Abstand zwischen der theoretischen Frequenz fT und der Frequenz des Signals mit Zwischenfrequenz darstellt.
Es wird daran erinnert, daß man sich bemüht, die Doppler- Verschiebung der Trägerwelle zu messen und zu korrigieren, auf welcher nach der Annahme das Signalisationspaket erscheint.
Es wird außerdem daran erinnert, daß das Signalisationspaket mit der Dauer T gemäß einer Wiederholungsperiode Tr periodisch ausgesandt wird.
So steuert die Steuerschaltung CC den Lokaloszillator VCO derart, daß das Signal mit Zwischenfrequenz IF die Frequenz fT hat, wenn die Trägerwelle nicht von Doppler beeinflußt wird. Am Ende einer ersten Wartedauer wenigstens T + Tr empfängt die Steuerschaltung das Verschiebungssignal SH, das hier den Wert D&sub1; annimmt. Sie steuert dann den Lokaloszillator VCO, damit er eine um D&sub1; erhöhte Frequenz liefert.
Sie wartet dann eine zweite Wartedauer ab, um den neuen Wert D&sub2; des Verschiebungssignals SH zu lesen, und korrigiert von neuem den Lokaloszillator VCO, damit er eine um D&sub2; erhöhte Frequenz liefert. Und so weiter, so daß nach der n-ten Warteperiode das Verschiebungssignal SH Dn beträgt.
Wenn Dn unter einer Korrekturschwelle Sc liegt, die bei der vorliegenden Anwendung ausreichend geschätzt wird, beispielsweise 100 Hz, wird die Doppler-Verschiebung korrigiert und ihr Wert D beträgt:
Bis jetzt wurde die Verwendung von drei angepaßten Filtern vorgesehen. Nun aber gestattet aber in zahlreichen Fällen die Amplitude der Doppler-Verschiebung Δf die Ausführung eines einzigen angepaßten Filters, der auf die theoretische Frequenz fT zentriert ist, dessen Bandbreite so berechnet ist, daß sein Formfaktor über der Erfassungsschwelle Sd liegt, wenn das Eingangssignal dem um ±Δf verschobenen Bezugssignal entspricht.
In diesem Falls steuert die Steuerschaltung CC den Lokaloszillator VCO derart, daß das Signal mit Zwischenfrequenz IF die Frequenz fT hat, wenn die Trägerwelle nicht von Doppler beeinflußt ist.
Die Korrekturschaltung CORR liefert nun als Verschiebungssignal SH den von dem einzigen angepaßten Filter stammenden Formfaktor.
Am Ende einer ersten Warteperiode ist der Formfaktor WT0. Die Steuerschaltung CC steuert dann den Lokaloszillator VCO so, daß er die Zwischenfrequenz um Δf/2 verringert, und zeichnet dann am Ende einer zweiten Warteperiode den Wert Wm0 des Formfaktors auf. Die Steuerschaltung CC steuert dann den Lokaloszillator VCO so, daß er die Zwischenfrequenz um Δf/2 erhöht, und zeichnet dann am Ende einer dritten Warteperiode den Wert WM0 auf.
Sie ermittelt dann, welcher der drei Werte WT0, Wm0, WM0 der größte ist. Es wird vereinbart, ihn mit WT1 zu bezeichnen, und es zeigt sich, daß die Frequenz F&sub1;, die diesen Wert liefert, die ist, die am nächsten bei der Einstellfrequenz liegt.
Die Steuerschaltung CC steuert nun den Lokaloszillator VCO so, daß er die Zwischenfrequenz F&sub1; - Δf/4 liefert. Am Ende einer vierten Warteperiode zeichnet sie den Wert Wm1 des Verschiebungssignals auf. Sie ermittelt, dann, welcher der drei Werte WT1, Wm1 oder WM1 der größte ist. Es wird vereinbart, ihn mit WT2 zu bezeichnen, und es zeigt sich, daß die Frequenz F&sub2;, die diesen Wert liefert, die ist, die am nächsten bei der Einstellfrequenz liegt.
Man fährt dann ebenso fort, wobei der Lokaloszillator gesteuert wird, um die Zwischenfrequenzen F&sub2; ± Δf/8 zu erhalten. Und diese Ermittlung durch aufeinanderfolgende Annäherungen wird fortgesetzt, indem bei jedem Schritt die Frequenzabweichung durch zwei geteilt wird, um Fn dergestalt zu erhalten, daß Δf/2n kleiner als eine Korrekturschwelle Sc ist, die bei der vorliegenden Anwendung ausreichend geschätzt wird, beispielsweise 100 Hz.
Dann wird die Doppler-Verschiebung D korrigiert und ihr Wert beträgt:
D = Fn - fT
Es wurde die Korrekturvorrichtung für die Doppler-Verschiebung mit einem oder drei angepaßten Filtern beschrieben, die nach der Oberflächenwellentechnik genannten Technik ausgeführt sind. Dieses Beispiel wurde gewählt, weil es dem Fachmann wohlbekannt ist, insbesondere wenn die Zwischenfrequenz in der Größenordnung von etwa zehn bis einige -zig MHz liegt.
Der Fachmann versteht auch sehr gut, daß diese Filter mittels eines digitalen Signalprozessors in Digitaltechnologie ausgeführt sein können. Diese Ausführung ist besonders gut an den Fall von Systemen angepaßt, die Systeme mit schmalem Band genannt werden, bei welchen Kanäle einen Abstand in der Größenordnung von beispielsweise 30 kHz haben. Dann kann eine Zwischenfrequenz gleich Null gewählt werden, um das Signal im Basisfrequenzband direkt zu verarbeiten. Es zeigt sich außerdem, daß der Aufbau der angepaßten Filter und der Korrekturschaltung als eine Einheit vorkommen können, die Analyseschaltung genannt wird.
Außerdem wurde das Bezugssignal als ein Signal eingeführt, dessen Frequenz sich mit der Zeit linear ändert. Es handelt sich ohne Zweifel um ein einfaches Beispiel und es können auch andere Änderungsgesetze vorgesehen werden, um so leichter, als die Verarbeitung des Signals digital ist.
Darüber hinaus kann die Analyseschaltung, die die Schätzung der Doppler-Verschiebung gestattet, mittels eines oder mehrerer Filter ausgeführt worden sein. Es bestehen weitere Lösungen, insbesondere die Spektralanalyse, beispielsweise mittels einer schnellen Fouriertransformierten, die nicht mehr dargelegt wird, weil sie dem Fachmann wohlbekannt ist.
Außerdem ist die Wiederholungsfrequenz der Signalisationspakete, die das Inverse der Wiederholungsperiode Tr ist, üblicherweise mit der Frequenz der Trägerwelle durch eine Proportionalitätsrelation verbunden, aber sie ist sehr viel geringer, so daß sie vom Doppler-Effekt viel weniger beeinflußt wird. Es kann somit in einer ersten Zeit die Erlangung dieser Wiederholungsfrequenz ausgeführt werden, indem das Zeitintervall gemessen wird, das zwei aufeinanderfolgende Hauptkeulen am Ausgang eines angepaßten Filters trennt, wie es bereits dargelegt wurde. So wird eine gute Annäherung der Zeitreferenz der Basisstation erhalten und der Lokaloszillator VCO mittels der Steuerschaltung CC korrigiert, damit er diese Referenz übernimmt.
Nun kann mit der Schätzung der Doppler-Verschiebung wie weiter oben dargelegt fortgefahren werden, wobei diese Schätzung dank der Verschiebung der zeitlichen Referenzen der Basisstation und des Endgerätes praktisch nicht mehr mit Fehlern behaftet ist.
Da die im Endgerät eingebauten Meßmittel für die Doppler- Verschiebung beschrieben sind, wird nun versucht, eine besondere Konfiguration des Systems unter Bezugnahme auf Fig. 4 darzulegen. Bei diesem zur Information gegebenen Beispiel wurden die Erde mit ihrer Nord-Süd-Achse, ein Endgerät T und zwei Umlaufbahnen O1, O2 schematisch dargestellt. Es wurden auch drei Satelliten in der Nähe dargestellt, die fähig sind, Verbindungssatellit zu werden, der erste S1 und der zweite S2 auf der ersten Umlaufbahn, O1, der dritte S3 auf der zweiten Umlaufbahn O2.
Die Doppler-Verschiebung hängt von der Höhe des Satelliten in bezug auf das Endgerät ab, d. h. vom Winkel zwischen der durch das Endgerät hindurchgehenden, die Erde berührenden Ebene und der das Endgerät mit dem Satelliten verbindenden Geraden. Außerdem wird im allgemeinen die Nutzung eines Satelliten für eine Höhe über einer gegebenen minimalen Höhe vorgesehen, die dem Zeitpunkt des Verschwindens entspricht.
Für einen festen Punkt auf der Erde hängt die Form der Doppler-Verschiebung in Abhängigkeit von der Zeit von der Höhe des Satelliten ab. Wenn man diese Höhe sich ändern läßt, werden eine Schar von dem Fachmann wohlbekannten Kurven, die für eine gegebene minimale Höhe, die beispielsweise auf 20º festgelegt werden kann, zwischen zwei äußersten Grenzen variieren, eine maximale Frequenz fM und eine minimale Zeit Tm einerseits und eine minimale Frequenz fm und eine maximale Zeit TM andererseits erhalten, wobei diese maximale Zeit dem Zeitpunkt des Verschwindens entspricht. Es ist außerdem bekannt, daß fm und fM den gleichen Absolutwert und entgegengesetzte Vorzeichen haben.
Diese Kurven weisen einen einzigen gemeinsamen Punkt auf, der die Koordinaten (Tm + TM)/2 und (fm + fM)/2 hat. Die direkte Folge dieser Besonderheit ist, daß man weiß, auf welcher der Kurven sich der Satellit befindet, wenn man den Wert der Doppler-Verschiebung an zwei von einer bekannten Dauer getrennten Zeitpunkten kennt.
In Fig. 5 wurden zwei dieser Kurven gezeichnet, die den Wert der Doppler-Verschiebung D in Abhängigkeit von der Zeit darstellen, die erste C1, die der ersten Umlaufbahn O1 und entspricht und die zwischen den Punkten (Tm1, fM1) und (TM1, fm1) variiert, und die zweite C2, die der zweiten Umlaufbahn O2 entspricht und die zwischen den Punkten (Tm2, fM2) und (TM2, fm2) variiert.
Es wird sofort festgestellt, daß ein auf der ersten Umlaufbahn befindlicher Satellit eine mögliche Nutzungsdauer (TM1 - Tm1) aufweist, die größer als diejenige (TM2 - Tm2) eines auf der zweiten Umlaufbahn befindlichen Satelliten ist.
Die Dauer der Sichtbarkeit wird um so größer als man sich auf dem linken Teil der Kurve befindet, d. h. zu den hohen Werten der Verschiebung hin. So kann in erster Näherung gesagt werden, daß die Dauer der Sichtbarkeit um so größer ist, je höher die Verschiebung ist. Somit können Schätzmittel vorgesehen werden, die eine geschätzte Dauer der Sichtbarkeit als wachsende Funktion des Wertes der Doppler-Verschiebung, beispielsweise eine Gleichheitsfunktion, aufstellen.
An diesen Kurven wird auch bemerkt, daß für einen positiven Wert der Verschiebung seine Steigung um so geringer ist, je größer dieser Wert ist. So kann eine weitere Näherung durchgeführt werden, die darin besteht, zu sagen, daß wenn ein Formfaktor als die vom Vorzeichen der Verschiebung beeinflußte Gegenzahl der Steigung definiert wird, die Dauer der Sichtbarkeit mit dem Inversen dieses Formfaktors wächst. Die Steigung wird ausgehend von der Messung der Doppler-Verschiebung zu zwei durch eine bekannte Meßperiode getrennten, verschiedenen Zeitpunkten durch Extrapolation berechnet.
Unter Kombination der beiden oben genannten Näherungen zeigt sich, daß die Dauer der Sichtbarkeit auf eine dritte Weise geschätzt werden kann, indem das Verhältnis des Mittelwerts der Verschiebung während dieser Meßperiode zur entsprechenden Steigung berechnet wird.
Es zeigt sich, daß es in allen Fällen wirklich der Satellit S2 ist, der ausgewählt wird, was erwünscht ist, weil er sich in einer der Vertikalen des Endgeräts relativ nahen Umlaufbahn befindet, wobei er relativ fern ist und sich nähert.
Nun wird ein genaueres aber komplexeres Schätzverfahren dargelegt.
Tatsächlich kann der Wert der Höhe &epsi;(t) eines Satelliten an einem Punkt irgendeiner Umlaufbahn unter dem Vorbehalt, daß diese Höhe größer als die minimale Höhe E&sub0; ist, wie folgt unter Bezugnahme auf Fig. 6 und 7 ausgedrückt werden, die einen auf das Endgerät T zentrierten Bezugstrieder Txyz, bei dem die Achse Tz die Vertikale zeigt, beziehungsweise eine zu dieser Vertikalen senkrechte Ebene mit der Höhe H darstellen.
Alle Satelliten bewegen sich in einer Höhe H. Folglich stellt die Gesamtheit der möglichen Umlaufbahnen eine Kugel dar, deren Zentrum das der Erde ist. Für das Endgerät ist dann diese Gesamtheit auf eine Kugelkappe eingeschränkt, die von der Schnittlinie eines Kegels mit dem Öffnungswinkel π/2 - E&sub0; mit dieser Kugel begrenzt ist, wenn E&sub0; die minimale Höhe darstellt.
Wenn man sich auf einer besonderen Umlaufbahn befindet, beispielsweise der ersten Umlaufbahn O1, werden die folgenden Schreibweisen übernommen:
- γ: maximale Höhe auf dieser Umlaufbahn,
- Hi: Abstand vom Endgerät T zur durch die beiden Punkte dieser Umlaufbahn auf der Kugelkappe gezogenen Sehne, die der minimalen Höhe E&sub0; entsprechen,
- ω: Winkel zwischen den beiden Geraden, die durch den Ursprung und durch die beiden Punkte dieser Umlaufbahn auf der Kugelkappe gehen, die der minimalen Höhe E&sub0; entsprechen,
- d: Abstand dieser selben Sehne von der Achse Oz,
- l: halbe Länge dieser Sehne,
- R: Radius der Kugelkappe für die minimale Höhe E&sub0;, nämlich den maximalen Wert von d,
- Ω: Winkelgeschwindigkeit des Satelliten,
- v: Lineargeschwindigkeit des Satelliten,
- c: Ausbreitungsgeschwindigkeit der Funkwellen,
- p: Frequenz der Trägerwelle,
- D: Wert der Doppler-Verschiebung.
Dann kann geschrieben werden:
d = H tan(π/2 - γ) = H/tan(γ)
R = H tan(π/2 - E&sub0;) = H/tan(E&sub0;)
cos(π - γ) = H/Hi = sin(γ) woraus:
Hi = H/sin(γ)
woraus:
Somit variiert die Höhe &epsi;(t) in Abhängigkeit von der Zeit im Intervall [π/2 - ω/2, π/2 + ω/2]
Der Wert der Doppler-Verschiebung D ist gegeben durch:
D = v/c.p.sin(γ).cos(E(t, γ))
Unter Notierung von &epsi;&sub0; = π/2 - ω/2 beträgt die Höhe &epsi;(t, γ):
s(t, γ) = &epsi;&sub0; + Ω.t.
So zeigt sich, daß unter Kenntnis zweier besonderer Werte der Doppler-Verschiebung, wobei der zweite nach einer bekannten Meßperiode nach dem ersten gemessen wird, der Wert der maximalen Höhe y auf der betrachteten Umlaufbahn und davon ausgehend die allgemeine Form der Verschiebung D in Abhängigkeit von der Zeit aufgefunden werden kann.
An diesem Punkt ist es leicht, den Zeitpunkt TM des Verschwindens aufzufinden und daraus die Dauer der Sichtbarkeit herzuleiten, die die Differenz dieses Zeitpunktes des Verschwindens und der Zeit ist, zu welcher die zweite Messung der Verschiebung ausgeführt wurde.
Die Schätzmittel können somit dafür vorgesehen sein, die Dauer der Sichtbarkeit auf diese Weise zu berechnen.
Außerdem wird festgestellt, daß es genügt, zwei aufeinanderfolgende Werte der Verschiebung zu kennen, um die Dauer der Sichtbarkeit zu erhalten. Es kann somit ein Feld mit doppeltem Eingang, beispielsweise ein Speicher, vorgesehen werden, wobei der erste Eingang der ersten Messung der Verschiebung entspricht, der zweite Eingang der zweiten Messung der Verschiebung entspricht und irgendeiner der Plätze des Feldes die entsprechende Dauer der Sichtbarkeit darstellt.
Dieses Feld kann unter Verwendung der oben erwähnten Gleichungen gefüllt werden, aber es kann auch empirisch ausgeführt werden. Es kann tatsächlich die Durchführung von Meßkampagnen auf dem Boden für die verschiedenen möglichen Situationen ins Auge gefaßt werden.
Zum Schluß versteht sich, daß die Meßmittel im Endgerät angeordnet sein müssen. Dies ist nicht notwendigerweise der Fall für die Schätzmittel, die in einem Mikroprozessor, beispielsweise einem Prozessor zur digitalen Verarbeitung des Signals bestehen können.
Nach einer ersten Option sind diese Schätzmittel ebenfalls im Endgerät angeordnet und können beispielsweise mit Hilfe einer Steuerschaltung ausgeführt sein. In diesem Fall werden Übertragungsmittel vorgesehen, um die Dauer der Sichtbarkeit zur Zuweisungsvorrichtung zu befördern, die sich an irgendeiner Stelle des Systems befindet. Es wird bemerkt, daß diese Übertragungsmittel mit Hilfe der bereits im Endgerät vorgesehenen Sendeschaltung ausgeführt sein können.
Nach einer zweiten Option können diese Schätzmittel anderswo angeordnet sein, insbesondere in der Zuweisungsvorrichtung. In diesem Fall werden Übertragungsmittel vorgesehen, um die Ortungsinformation zur Zuweisungsvorrichtung zu befördern.

Claims

1. Vorrichtung zur Auswahl eines Verbindungssatelliten für ein Endgerät (T) eines Funkkommunikationssystems, das eine Vielzahl von vorbeilaufenden Satelliten umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß sie Meßmittel zum Aufstellen einer Ortungsinformation (D) in Abhängigkeit von der Position des Endgeräts in bezug auf jeden Satelliten (S1, S2, S3) in der Nähe, auf welche es die Synchronisation erlangt hat, Schätzmittel zum Schätzen der Dauer der Sichtbarkeit jedes der Satelliten ausgehend von der Ortungsinformation und Auswahlmittel zum Auswählen desjenigen (S2) der Satelliten umfaßt, der die längste geschätzte Dauer der Sichtbarkeit aufweist.

2. Vorrichtung zur Positionierung für ein Endgerät (T) eines Funkkommunikationssystems, das eine Vielzahl von vorbeilaufenden Satelliten und eine Zuweisungsvorrichtung zum Zuweisen eines Verbindungssatelliten zu diesem Endgerät umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß wenn das Endgerät (T) die Synchronisation auf Satelliten (S1, S2, S3) in der Nähe erlangt hat, sie Meßmittel zum Aufstellen einer Ortungsinformation (D) in Abhängigkeit von der Position des Endgeräts in bezug auf jeden der Satelliten in der Nähe, Schätzmittel zum Schätzen der Dauer der Sichtbarkeit jedes der Satelliten in der Nähe ausgehend von der Ortungsinformation und Übertragungsmittel zum Übertragen der geschätzten Dauer der Sichtbarkeit von wenigstens zwei der Satelliten in der Nähe, für welche diese Dauer die größte ist, an die Zuweisungsvorrichtung umfaßt.

3. Zuweisungsvorrichtung eines Funkkommunikationssystems, das eine Vielzahl von vorbeilaufenden Satelliten umfaßt, welche zum Zuweisen eines Verbindungssatelliten unter Satelliten (S1, S2, S3) in der Nähe zu einem Endgerät (T) vorgesehen ist, auf welche dieses Endgerät die Synchronisation erlangt hat, dadurch gekennzeichnet, daß wenn das Endgerät Meßmittel zum Aufstellen einer Ortungsinformation (D) in Abhängigkeit von seiner Position in bezug auf jeden der Satelliten in der Nähe, Schätzmittel zum Schätzen der Dauer der Sichtbarkeit der Satelliten in der Nähe ausgehend von der Ortungsinformation und Übertragungsmittel zum Übertragen der geschätzten Dauer der Sichtbarkeit von wenigstens zwei Satelliten in der Nähe an die Zuweisungsvorrichtung umfaßt, sie den Verbindungssatelliten insbesondere in Abhängigkeit von den vom Endgerät übertragenen, geschätzten Dauern der Sichtbarkeit auswählt.

4. Zuweisungsvorrichtung eines Funkkommunikationssystems, das eine Vielzahl von vorbeilaufenden Satelliten umfaßt, welche zum Zuweisen eines Verbindungssatelliten unter Satelliten (S1, S2, S3) in der Nähe zu einem Endgerät (T) vorgesehen ist, auf welche dieses Endgerät die Synchronisation erlangt hat, dadurch gekennzeichnet, daß wenn das Endgerät Meßmittel zum Aufstellen einer Ortungsinformation (D) in Abhängigkeit von seiner Position in bezug auf jeden der Satelliten in der Nähe und Übertragungsmittel zum Übertragen der Ortungsinformation von wenigstens zwei der Satelliten in der Nähe an die Zuweisungsvorrichtung umfaßt, sie Schätzmittel zum Schätzen der Dauer der Sichtbarkeit der Satelliten in der Nähe ausgehend von der vom Endgerät übertragenen Ortungsinformation umfaßt, um den Verbindungssatelliten insbesondere in Abhängigkeit von den geschätzten Dauern der Sichtbarkeit auszuwählen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenn jeder der Satelliten eine deutliche Trägerwelle aussendet, die Meßmittel als Ortungsinformation die Doppler-Verschiebung (D) der Trägerwelle zu einem ersten Zeitpunkt liefern.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die geschätzte Dauer der Sichtbarkeit eine wachsende Funktion des Wertes der Doppler-Verschiebung (D) zu diesem ersten Zeitpunkt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenn die Meßmittel außerdem den Wert der Doppler-Verschiebung (D) zu einem zweiten Zeitpunkt liefern, der vom ersten Zeitpunkt durch eine Meßperiode getrennt ist, wobei ein Formfaktor als das Verhältnis der Differenz der Doppler-Verschiebung zum ersten Zeitpunkt und zum zweiten Zeitpunkt zur Meßperiode definiert wird, das vom Vorzeichen der Doppler-Verschiebung zum ersten Zeitpunkt beeinflußt wird, die geschätzte Dauer der Sichtbarkeit eine wachsende Funktion des Inversen des Formfaktors ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenn die Meßmittel außerdem den Wert der Doppler-Verschiebung (D) zu einem zweiten Zeitpunkt liefern, wobei ein Formfaktor als das Verhältnis der Summe zur Differenz der Doppler-Verschiebung zum ersten Zeitpunkt und zum zweiten Zeitpunkt definiert wird, die geschätzte Dauer der Sichtbarkeit eine wachsende Funktion des Formfaktors ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenn die Meßmittel außerdem den Wert der Doppler-Verschiebung (D) zu einem zweiten Zeitpunkt liefern, der vom ersten Zeitpunkt durch eine Meßperiode getrennt ist, wobei die Funktion die Doppler-Verschiebung insbesondere zum Zeitpunkt (TM) des Verschwindens darstellt, der durch den Wert der Doppler-Verschiebung zum ersten und zweiten Zeitpunkt bestimmt wird, die geschätzte Dauer der Sichtbarkeit die Differenz des Zeitpunkts des Verschwindens und des zweiten Zeitpunkts ist.

10. Positioniervorrichtung für ein Endgerät (T) eines Funkkommunikationssystems, das eine Vielzahl von vorbeilaufenden Satelliten und eine Zuweisungseinrichtung zum Zuweisen eines Verbindungssatelliten zu diesem Endgerät umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß wenn das Endgerät die Synchronisation auf Satelliten (S1, S2, S3) in der Nähe erlangt hat, sie Meßmittel zum Aufstellen einer Ortungsinformation (D) in Abhängigkeit von der Position des Endgeräts in bezug auf jeden der Satelliten in der Nähe und Übertragungsmittel zum Übertragen der Ortungsinformation zur Zuweisungsvorrichtung umfaßt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenn jeder der Satelliten (S1, S2, S3) eine deutliche Trägerwelle aussendet, die Ortungsinformation die Doppler-Verschiebung (D) der Trägerwelle ist.