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I. Gebiet
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vielfachzugriffskommunikations- bzw. -nachrichtenübertragungssysteme,
wie beispielsweise drahtlose Daten- oder Telefonsysteme und Spreizspektrumkommunikations-
bzw. -nachrichtenübertragungssysteme
des Satellitenrepeatertyps. Spezieller bezieht sich die Erfindung
auf ein System und Verfahren zum Steuern der Signalstärke von
gemeinsam genutzten bzw. geteilten Ressourcensignalen, wie beispielsweise
Pilotsignalen in einem Satellitenkommunikations- bzw. -nachrichtenübertragungssystem.
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II. Beschreibung der verwandten
Technik
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Eine
Vielzahl von Vielfachzugriffskommunikations- bzw. -nachrichtensystemen
ist zum Transferieren von Information zwischen einer großen Anzahl von
Systemnutzern entwickelt worden. Zwei von solchen Vielfachzugriffskommunikationssystemen
angewandte bekannte Techniken umfassen Zeitmultiplexvielfachzugriff
(time division multiple access, TDMA) und Frequenzmultiplexvielfachzugriff
(frequency division multiple access, FDMA), deren Grundlagen in
der Technik wohl bekannt sind. Spreizspektrummodulationstechniken,
wie beispielsweise Codemultiplexvielfachzugriff-(code divison multiple
access, CDMA)-Spreizspektrumtechniken sehen jedoch signifikante
Vorteile gegenüber
den anderen Modulationsschemata vor und zwar besonders, wenn sie Dienst
für eine
große
Anzahl von Kommunikationssystemnutzern vorsehen. Die Verwendung
von CDMA-Techniken in einem Vielfachzugriffskommunikationssystem
ist offenbart in den Lehren des US-Patents Nr. 4,901,307, erteilt
am 13. Februar 1990, mit dem Titel "Spread Spectrum Multiple Access Communication
System Using Satellite Or Terrestrial Repeaters", und dem US-Patent Nr. 5,691,974, erteilt am 25.
November 1997, mit dem Titel "Method
And Apparatus For Using Full Spectrum Transmitted Power In A Spread
Spectrum Communication System For Tracking Invidiual Recipient Phase
Time And Energy",
die beide an den Rechteinhaber der vorliegenden Erfindung übertragen
sind.
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Die
oben erwähnten
Patentdokumente offenbaren Vielfachzugriffskommunikationssysteme
in denen eine große
Anzahl von im Allgemeinen mobilen oder entfernten Systemnutzern
(hier im Folgenden als Teilnehmer bezeichnet) jeweils wenigstens
eine Teilnehmereinheit anwendet und zwar zum Nachrichtenübertragen
an bzw. Kommunizieren mit anderen Systemteilnehmern oder Nutzern
anderer verbundener Systeme, wie beispielsweise einem öffentlichen Telefonvermittlungsnetzwerk.
Die Teilnehmereinheiten kommunizieren durch Gateways und Satellitenrepeater
unter Verwendung von spreizspektrumartigen CDMA-Kommunikationssignalen.
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Satelliten
formen Strahlen, die einen "Spot" beleuchten, der
durch das Projizieren von Satellitenkommunikationssignalen auf die
Oberfläche
der Erde erzeugt wird. Ein typisches Satellitenstrahlmuster für einen
Spot weist eine Anzahl von Strahlen auf, die in einem vorherbestimmten
Abdeckungsmuster angeordnet sind. Typischerweise weist jeder Strahl
eine Anzahl sogenannter Unter- bzw. Teilstrahlen auf, die ein gemeinsames
geographisches Gebiet abdecken, wobei jeder ein anderes bzw. unterschiedliches
Frequenzband belegt.
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In
einem typischen Spreizspektrumkommunikationssystem wird ein Satz
mit vorgewählten Pseudozufallsrausch-(pseudorandom
noise, PN)-Codesequenzen
verwendet um Informationssignale zu modulieren (d.h. "spreizen") und zwar über ein
vorherbestimmtes Spektralband vor der Modulation auf ein Trägersignal
zur Übertragung
als Kommunikationssignale. PN-Spreizung,
ein Verfahren der Spreizspektrumübertragung,
das in der Technik wohl bekannt ist, erzeugt ein Signal zur Übertragung,
das eine Bandbreite besitzt, die viel größer als die des Datensignals
ist. In der Gateway-zum-Teilnehmer-Kommunikationsverbindung
werden PN-Spreizcodes oder binäre
Sequenzen verwendet um zwischen Signalen zu unterscheiden, die von
einem Gateway über
unterschiedliche Strahlen übertragen werden,
wie auch zwischen Mehrwegesignalen. Diese Codes werden typischerweise
von allen Kommunikationssignalen innerhalb eines Strahls gemeinsam
genutzt bzw. geteilt.
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In
einem typischen CDMA-Spreizspektrumsystem werden Kanalisiercodes
verwendet, um zwischen Teilnehmersignalen zu unterscheiden, die
innerhalb eines Satellitenstrahls auf der Vorwärtsverbindung (d.h. die Verbindung
von dem Gateway zu der Teilnehmereinheit) übertragen werden. D.h. jede Teilnehmereinheit
besitzt ihren eigenen orthogonalen Kanal (im Folgenden als ein "Verkehrskanal" bezeichnet) der
auf der Vorwärtsverbindung
durch Verwendung eines einzigartigen orthogonalen "Kanalisier"-Codes vorgesehen
ist. Walsh-Funktionen werden im Allgemeinen verwendet zum Implementieren der
Kanalisiercodes und zwar mit einer typischen Länge, die in der Größenordnung
von 64 Codechips für
terrestrische Systeme und 128 Codechips für Satellitensysteme ist.
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Typische
CDMA-Spreizspektrumkommunikationssysteme, wie beispielsweise im
US-Patent Nr. 4,901,307 offenbart, betrachten eingehend die Verwendung
von kohärenter
Modulation und Demodulation für
Kommunikationen der Teilnehmereinheit über die Vorwärtsverbindung.
Bei Kommunikationssystemen, die diesen Ansatz verwenden, wird ein "Pilot"-Trägersignal
(hier im Folgenden als ein "Pilotsignal" bezeichnet) als
eine kohärente
Phasenreferenz für
Gateway-zu-Teilnehmer-Verbindungen verwendet. D.h. ein Pilotsignal,
das typischerweise keine Datenmodulation enthält, wird durch ein Gateway über eine
Abdeckungsregion bzw. ein Sendegebiet hinweg übertragen. Ein einzelnes Pilotsignal
wird typischerweise von jedem Gateway für jede verwendete Frequenz übertragen
bzw. gesendet. Diese Pilotsignale werden von allen Teilnehmern die
Signale von jener Quelle empfangen, geteilt bzw. gemeinsam genutzt.
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Da
Pilotsignale typischerweise keine Datenmodulation aufweisen, bestehen
sie im Wesentlichen aus PN-Spreizcodes, die auf eine Trägerfrequenz moduliert
sind. Pilotsignale können
den gleichen PN-Spreizcode über
das Kommunikationssystem hinweg verwenden, aber mit unterschiedlichen
relativen Co dezeitsteuerversätzen
für jeden
Strahl. Das sieht Signale vor, die leicht voneinander unterschieden
werden können,
während
vereinfachte Akquisition und Nachführung bzw. Tracking vorgesehen
ist. Alternativ kann jedes Pilotsignal unter Verwendung eines unterschiedlichen
PN-Codes erzeugt werden.
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Pilotsignale
werden von Teilnehmereinheiten verwendet zum Erlangen von initialer
bzw. Anfangssystemsynchronisation und Zeit-, Frequenz- und Phasennachführung von übertragenen
Signalen. Vom Nachführen
eines Pilotsignalträgers
erlangte Phaseninformation wird als eine Trägerphasenreferenz für kohärente Demodulation
anderer System- oder Verkehrssignale verwendet. Diese Technik erlaubt
es vielen Teilnehmersignalträgern,
ein gemeinsames Pilotsignal als eine Phasenreferenz gemeinsam zu
nutzen, und zwar zum Vorsehen eines günstigeren und effizienteren
Nachführmechanismus.
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In
einem Satellitenkommunikationssystem ist die Menge an Leistung,
die zur Signalübertragung verfügbar ist,
durch die leistungserzeugende Kapazität des Satelliten beschränkt. Zum
Optimieren der Verwendung dieser Leistung muss diese zwischen Verkehrssignalen
und Pilotsignalen sorgfältig
zugewiesen werden. Falls zu wenig Leistung dem Pilotsignal zugewiesen
wird, können
die Teilnehmereinheiten nicht ausreichend Energie zum Synchronisieren ihrer
Empfänger
mit dem Gateway akkumulieren. Im Gegensatz dazu, falls zu viel Pilotsignalleistung übertragen
wird, ist die Leistungsmenge, die für Verkehrssignale verfügbar ist
und somit die Anzahl von Teilnehmern, die unterstützt werden
können,
reduziert. Um die Teilnehmerkapazität auf dem Satelliten zu maximieren,
muss deshalb die Menge an übertragener
Pilotsignalleistung genau gesteuert werden. Ein solches System ist
in einer japanischen Veröffentlichung
offenbart, und zwar mit dem Titel "Electronics and Communications in Japan", Dezember 1983, USA,
Band 66, Nr. 12, Dezember 1983, Seiten 80–89. Dieses Dokument offenbart
ein Übertragungsleistungssteuerschema,
wobei die Übertragungsleistung
der Übertragungsstation
durch die Verbindungsqualität
von an der Empfangsstation empfangenen Übertragungssignalen gesteuert
wird.
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Zusätzlich zu
Pilotsignalen gibt es andere gemeinsam genutzte Ressourcen, die
in Kommunikationssystemen verwendet werden können. Rundruf- bzw. Paging-Signale
werden zum Übertragen von
Systemoverheadinformation und teilnehmereinheitsspezifischen Nachrichten
an Teilnehmereinheiten verwendet. Ein Kommunikationssystem kann mehrere
Paging-Signale besitzen. Synchronisationssignale können auch
zum Übermitteln
von Systeminformation verwendet werden, die nützlich ist zum Ermöglichen
von Zeitsynchronisation. Alle diese Signale handeln als geteilte
bzw. gemeinsam genutzte Ressourcen in einer Art und Weise, die ähnlich der Pilotsignale
ist. Solche Signale beeinträchtigen
auch die Leistungsaufnahme bei Satelliten oder anderen leistungsbeschränkten oder
leistungsgesteuerten Kommunikationssystemen. Zusätzlich ist es wünschenswert,
die diesen Signalen vorhandene Energiemenge zu minimieren, um Interferenz
bzw. Störungen
zu vermindern und um Systemkapazität zu erhöhen.
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Was
deshalb benötigt
wird ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern der Signalstärke für gemeinsam
genutzte Ressourcensignale, wie beispielsweise einem Pilotsignal
in einem Satellitenkommunikationssystem und zwar zum Maximieren der
Anzahl von unterstützten
Teilnehmern.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist eine Vorrichtung und ein Verfahren wie
in den angehängten
Ansprüchen
dargelegt, zum Steuern der Signalstärke eines gemeinsam genutzten
Ressourcensignals in einem Satellitenkommunikationssystem. Beispielsweise
kann das gemeinsam genutzte Ressourcensignal ein Paging-Signal oder
ein Synchronisationssignal sein. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist
das gemeinsam genutzte Ressourcensignal ein Pilotsignal, das über die
Vorwärtsverbindung über einen
Satelliten in einer niedrigen Erdumlaufbahn (low earth orbiting,
LEO) übertragen
wird. Die Vorwärtsverbindung
ist der Kommunikationsweg, der seinen Ursprung an dem Gateway hat
und an der Teilnehmereinheit endet. Pilotsignale repräsentieren
eine durch die Teilnehmereinheiten gemeinsam genutzte Ressource
zur Zeit-, Frequenz- und Phasensynchronisation.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung weist das Satellitenkommunikationssystem
ein Gateway auf zum Übertragen von
Kommunikationssignalen einschließlich eines gemeinsam genutzten
Ressourcensignals, eines Satellitentransponders zum Weiterleiten
bzw. Weitergeben der Signale zu wenigstens einer Teilnehmereinheit
(beispielsweise einem Telefon) und wenigstens eine Teilnehmereinheit
zum Empfangen der Signale. Das Verfahren weist die folgenden Schritte
auf: Empfangen des gemeinsam genutzten Ressourcensignals bei jeder
Teilnehmereinheit über
den Satellitentransponder, Messen bei jeder Teilnehmereinheit einer
Signalstärke
für das
empfangene gemeinsam genutzte Ressourcensignal; Senden der gemessenen Signalstärken an
das Gateway; und am Gateway Einstellen der Stärke des gemeinsam genutzten
Ressourcensignals, das von dem Satellitentransponder übertragen
wird, und zwar basierend auf den gemessenen Signalstärken, wobei
der genannte Einstellschritt Folgendes aufweist: Verwerfen von jeder
der genannten Signalstärkemessungen,
die eine Größe besitzt,
die kleiner ist als eine vorherbestimmte Schwellengröße; Berechnen,
für jede
Teilnehmereinheit einer durchschnittlichen Größe für die Flussdichte des gemeinsam
genutzten Ressourcensignals, und zwar basierend auf den genannten
Signalstärkemessungen;
Auswählen
der Teilnehmereinheit, die mit der größten durchschnittlichen Größe assoziiert ist;
und Einstellen der Leistung für
das gemeinsam genutzte Ressourcensignal, das von dem Satellitentransponder
weitergeleitet wird, um an die Antenne der genannten ausgewählten Teilnehmereinheit
mit einer vorherbestimmten gemeinsam genutzten Ressourcensignalflussdichte
abgestrahlt zu werden.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung wird die Stärke des empfangenen gemeinsam
genutzten bzw. gemeinsamen Ressourcensignals durch Bestimmen seines
Signal-zu-Rausch-Verhältnisses
gemessen. Bei einem weiteren Aspekt der Erfindung werden die Signal-zu-Rausch-Verhältnisse
verwendet, um die Signalflussdichte für das gemeinsam genutzte Ressourcensignal,
das von den Teilnehmereinheiten empfangen wird, zu berechnen. Die
bestimmte Signalflussdichte wird als eine Basis verwendet zum Einstellen der
gemeinsamen Ressourcensignalleistung, um eine ausgewählte Teilnehmereinheit
mit einem vorherbestimmten Pegel der Flussdichte zu bestrahlen. Der
ausgewählte
Teilnehmer wird im Allgemeinen als ein Teilnehmer mit einem freien
Weg bezeichnet und der vorherbestimmte Leistungsdichtepegel wird
ausgewählt,
um so eine Teilnehmereinheit mit einer gewünschten Spanne für eine Kommunikationssignalqualität zu versorgen.
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Ein
Vorteil des bevorzugten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung ist, dass es eine genaue Regelung der
gemeinsam genutzten Ressourcensignalstärke in einem Satellitenkommunikationssystem
erlaubt.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung wie auch die Struktur
und der Betrieb verschiedener Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung werden unten im Detail mit Bezug auf die begleitenden
Zeichnungen beschrieben.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird am besten verstanden mit Bezug auf die Zeichnungen,
wobei gleiche Bezugszeichen identische oder funktional gleiche Elemente anzeigen.
Zusätzlich
bezeichnet die am weitesten links stehende Ziffer des Bezugszeichens
die Figur, in der das Bezugszeichen als erstes in den begleitenden
Zeichnungen auftritt.
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1 stellt
ein typisches Satellitenkommunikationssystem dar.
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2 zeigt
ein Blockdiagramm eines beispielhaften Transceivers 200 zur
Verwendung in einer Teilnehmereinheit 106.
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3 zeigt
ein Blockdiagramm einer beispielhaften Übertragungs- und Empfangsvorrichtung 300 zur
Verwendung in einem Gateway 102.
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4 zeigt
ein Flussdiagramm, das den Betrieb eines Satellitenkommunikationssystems
gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Die
vorliegende Erfindung ist ein System und ein Verfahren zum Steuern
der Signalstärke
eines gemeinsam genutzten bzw. gemeinsamen Ressourcensignals in
einem Satellitenkommunikations- bzw. -nachrichtenübertragungssystem.
Eine gemeinsame Ressource kann beispielsweise ein Paging-Signal bzw.
Rundrufsignal oder ein Synchronisationssignal sein. In einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist das gemeinsame Ressourcensignal ein
auf der Vorwärtsverbindung über einen
Satelliten mit niedriger Erdumlaufbahn (low earth orbiting, LEO) übertragenes
Pilotsignal. Die Vorwärtsverbindung
ist der Kommunikations- bzw. Nachrichtenübertragungsweg, der seinen
Ursprung an dem Gateway hat und an der Teilnehmereinheit endet.
Ein Pilotsignal repräsentiert
eine gemeinsame Ressource, die von Teilnehmereinheiten zur Zeit-, Frequenz-
und Phasensynchronisation verwendet wird. Andere gemeinsame Signale,
wie beispielsweise Paging- und Synchronisationssignale können verwendet
werden zum Informieren von Teilnehmereinheiten über gewünschte Kommunikationen zum Transferieren
von Overheadinformation und zum Vorsehen von Zeitsynchronisation.
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In
einem typischen CDMA-Spreizspektrumkommunikationssystem wie beispielsweise
einem drahtlosen Daten- oder Telefonsystem verwenden Basisstationen
innerhalb vordefinierter geographischer Regionen (auch bekannt als
Zellen) jeweils Modulator- und Demodulator-Einheiten oder Spreizspektrummodems,
um Kommunikationssignale für Systemteilnehmer
zu verarbeiten. Jedes Spreizspektrummodem wendet im Allgemeinen
einen digitalen Spreizspektrumübertragungsmodulator
an, mindestens einen digitalen Spreizspektrumdatenempfänger und
mindestens einen Sucherempfänger.
Während typischem
Betrieb ist ein Modem in einer Basisstation jedem Teilnehmer oder
jeder Teilnehmereinheit nach Bedarf zugewiesen, um einen Transfer
von Kom munikationssignalen mit dem zugewiesenen Teilnehmer zu bewerkstelligen.
Mehrere Empfänger
können
verwendet werden, um Diversitätsverarbeitung
zu bewerkstelligen. Für
Kommunikationssysteme, die Satellitentransponder anwenden, werden
Empfänger, Modulatoren
und Übertrager
bzw. Sender im Allgemeinen in Basisstationen platziert, die als
Gateways bezeichnet werden, die mit Teilnehmern kommunizieren, und
zwar durch Transferieren von Signalen über die Satellitentransponder.
Es kann andere assoziierte Steuerzentren geben, die mit den Satelliten
oder Gateways kommunizieren, um systemweite Verkehrssteuerung und
Signalsynchronisation beizubehalten.
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Beispielhafte
spreizspektrumartige Kommunikationssysteme, wie beispielsweise jene,
die in den oben erwähnten
Patentdokumenten erörtert
sind, verwenden eine Wellenform, basierend auf einem direktsequenzpseudozufälligen Rauschspreizspektrumträger. D.h.,
ein Basisbandträger
wird moduliert unter Verwendung einer binären pseudozufälligen Rausch-(pseudorandom
noise, PN)-Sequenz oder einem Paar von Sequenzen, um einen gewünschten Spreizeffekt
zu erzielen. PN-Codes werden verwendet, um das Spektrum von allen
Kommunikationssignalen zu spreizen, die über Gateway-zu-Teilnehmer-Verbindungen übertragen
bzw. gesendet werden, und zwar um zwischen Signalen zu unterscheiden,
die durch das Gateway über
unterschiedliche Strahlen übertragen
bzw. gesendet werden und zum Unterscheiden zwischen Mehrwegesignalen.
Solche PN-Sequenzen werden manchmal als "Spreiz"-Codes
bezeichnet.
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Jede
PN-Sequenz besteht aus einer Folgen von "Chips", die über eine vorgewählte PN-Codedauer
bzw. -Periode mit einer Frequenz auftreten, die viel höher ist
als das Basisbandkommunikationssignal, das gespreizt wird. Eine
beispielhafte Chiprate für Satellitensysteme
ist etwa 1,2288 MHz mit einer PN-Codesequenzlänge von 1024 Chips. Die vorliegende
Erfindung ist jedoch auch nützlich
bei anderen Chipraten und Codelängen,
wie dem Fachmann auf dem relevanten Gebiet der Technik klar wird.
Zum Beispiel verwenden einige terrestrische zellulare Systeme Spreizcodes,
die 215 = 32 768 Chips aufweisen. Jedes
Kommunikationssystemdesign spezifiziert die Art und Verteilung von
Spreizcodes innerhalb eines Kommunikationssystems gemäß in der Technik
bekannten Faktoren. Eine beispielhafte Erzeugungsschaltung für diese
Sequenzen ist offenbart im US-Patent Nr. 5,228,054 mit dem Titel "Power of Two Length
Pseudo-Noise Sequence Generator With Fast Offset Adjustmenfs", erteilt am 13.
Juli 1993 und übertragen
an den Rechteinhaber der vorliegenden Erfindung.
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Eine
einzelne PN-Code-Sequenz oder ein Paar von Sequenzen wird im Allgemeinen
als Spreizfunktion in einem Kommunikationssystem angewendet. Signale
für unterschiedliche
Strahlen werden im Allgemeinen unterschieden durch Vorsehen unterschiedlicher
Zeitversätze
der grundlegenden PN-Code-Sequenz
und zwar für
jeden Strahl relativ zu seinen Nachbarn. D.h. Teilnehmereinheiten
die innerhalb des Dienst- bzw. Versorgungsgebiets eines gegebenen
Strahls betrieben werden, nutzen einen einzelnen PN-Spreizcodezeitversatz
gemeinsam, während
andere Strahlen unterschiedliche Versätze des gleichen PN-Codes verwenden.
Die grundlegende Signalzeitsteuerung, die von jedem Gateway für Teilnehmer
hergestellt wird, die auf einer gegebenen Frequenz versorgt werden,
ist die gleiche. Alternativ können
Strahlen unterschieden werden durch Vorsehen verschiedener PN-Code-Sequenzen für jeden Strahl.
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Informationssignale,
die an Systemteilnehmer zu übertragen
sind werden im Allgemeinen nach Bedarf digitalisiert und wie gewünscht codiert
und intervealt bzw. permutiert, und zwar um ein grundlegendes digitales
Kommunikationssignal zu erzeugen. Signale, die an spezielle Teilnehmer
adressiert sind, werden auch durch eine zusätzliche eindeutige orthogonale
Spreizfunktion moduliert, die der Vorwärtsverbindung des Teilnehmers
zugewiesen ist. D.h. eine einzigartige orthogonale Codesequenz wird verwendet,
um zwischen Signalen unterschiedlicher Teilnehmer innerhalb einer
Zelle oder eines Strahls zu unterscheiden. Solche orthogonalen Sequenzen werden
manchmal als Kanalisiercodes bezeichnet und werden typischerweise
vor den oben diskutierten letzten PN-Spreizcodes angewendet. Dieses
Codieren auf der Vorwärtsver bindung
einer gegebenen Trägerfrequenz
erzeugt Teilnehmersignale, die auch als Verkehrssignale bezeichnet
werden.
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Die
resultierenden PN-gespreizten und orthogonal codierten Ausgangssignale
werden dann typischerweise bandpassgefiltert und auf einen HF-Träger moduliert.
Das wird typischerweise durch Biphasenmodulation eines Quadraturpaares
von Sinusschwingungen erreicht, die in ein einzelnes Kommunikationssignal
summiert werden. Die sich ergebenden Signale können ferner verstärkt und
gefiltert werden, bevor sie mit anderen Vorwärtsverbindungssignalen summiert
werden und über
eine Antenne an das Gateway abgestrahlt werden. Die Filterungs-, Verstärkungs-
und Modulationsoperationen sind in der Technik klar. Zusätzliche
Details des Betriebs dieser Art von Übertragungsvorrichtung können im US-Patent
Nr. 5,103,459 gefunden werden, das am 7. April 1992 erteilt wurde,
und zwar mit dem Titel "System
And Method For Generating Signal Waveforms In A CDMA Cellular Telephone
System" und das
an den Rechteinhaber der vorliegenden Erfindung übertragen ist.
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Eine
Art von orthogonalem Kanalisiercode ist der Walsh-Code, der in einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung angewendet wird. Die Ableitung von Walsh-Codes
ist offenbart im US-Patent Nr. 5,103,459 mit dem Titel "System And Method
For Generating Signal Waveforms In A CDMA Cellular Telephone System" das an den Rechteinhaber
der vorliegenden Erfindung übertragen
ist.
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Wie
oben erwähnt, überträgt jedes
Gateway bei aktuellen CDMA-spreizspektrumartigen
drahtlosen oder zellularen Telefonsystemen ein "Pilot"-Trägersignal
(hier als ein "Pilotsignal" bezeichnet). Pilotsignale
werden von Teilnehmereinheiten verwendet, um initiale bzw. Anfangssystemsynchronisation
zu erlangen. Das Pilotsignal enthält keine Datenmodulation und
repräsentiert
im Wesentlichen die PN-Spreizfunktionen oder Codes, die von dem
Kommunikationssystem verwendet werden. Typischerweise überträgt jedes
Gateway ein Pilotsignal für jede
verwendete Frequenz. Jedes Pilotsignal wird von allen Teilnehmern
gemeinsam genutzt, die Verkehrssignale von dem Gateway über eine
bestimmte Frequenz empfangen.
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Eine
der Haupteinschränkungen
in einem Satellitenkommunikationssystem ist, dass die bei dem Satelliten
zur Signalübertragung
verfügbare Leistungsmenge
streng beschränkt
ist. Aus diesem Grund wird die Signalstärke von jedem Verkehrssignal
individuell gesteuert, um die verbrauchte Satellitenleistung zu
minimieren, während
noch eine akzeptable Verkehrssignalqualität beibehalten wird. Wenn aber
die Signalstärke
eines gemeinsam genutzten bzw. gemeinsamen Ressourcensignals, wie
beispielsweise eines Pilotsignals gesteuert wird, müssen alle
die Nutzer, die die Ressource gemeinsam nutzen, zusammen betrachtet
werden.
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Bei
Satellitenrepeatersystemen wird das Pilotsignal innerhalb jeder
Satellitenstrahlfrequenz transferiert und geht von Gateways aus,
und zwar gemäß dem Satelliten
oder Satellitenstrahl, der für Kommunikationsverbindungen
verwendet wird. Pilotsignale können
jedoch auch als gemeinsame Ressourcen über verschiedene Kombinationen
von Strahlen und Unter- bzw. Teilstrahlen übertragen werden, und zwar
unter Verwendung einer Vielzahl von Satelliten, Gateways oder Basisstationen,
wie es einem Fachmann auf dem relevanten Gebiet der Technik klar
ist. Die Lehren der vorliegenden Erfindung sind nicht beschränkt, weder
auf ein spezielles Pilotübertragungsschema
in einem Kommunikationssystem noch durch die Art der verwendeten
gemeinsamen Ressource.
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Typischerweise
wird jedes Pilotsignal innerhalb eines Kommunikationssystems unter
Verwendung des gleichen PN-Codes mit unterschiedlichen Codezeitsteuerversätzen erzeugt.
Alternativ kann jedes Pilotsignal unter Verwendung eines unterschiedlichen
PN-Codes erzeugt werden. Das sieht Signale vor, die unmittelbar
voneinander unterschieden werden können, und zwar während vereinfachte
Akquisition und Tracking vorgesehen ist. Andere Signale werden zum Übertragen
von spreizspektrummodulierter Information ver wendet, wie beispielsweise Gatewayidentifikation,
Systemzeitsteuerung, Teilnehmerpaginginformation und verschiedene
andere Steuersignale.
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In
einem Satellitenkommunikationssystem ist die Leistungsmenge, die
zur Signalübertragung verfügbar ist,
durch die Leistungserzeugungskapazität des Satelliten beschränkt. Um
die Verwendung dieser Leistung zu optimieren, muss sie sorgfältig zwischen
Verkehrssignalen und Pilotsignalen zugewiesen werden. Falls zu wenig
Leistung dem Pilotsignal zugewiesen ist, können die Teilnehmereinheiten nicht
genügend
Energie akkumulieren, um ihre Empfänger mit dem Gateway zu synchronisieren.
Im Gegensatz dazu, falls zu viel Pilotsignalleistung übertragen
wird, ist die für
Verkehrssignale verfügbare
Leistungsmenge und somit die Anzahl von Teilnehmern, die unterstützt werden
kann, reduziert. Um die Teilnehmerkapazität des Satelliten zu maximieren,
muss deshalb die Menge an übertragener
Pilotsignalleistung genau gesteuert werden.
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Ein
Ansatz zum Lösen
dieses Problems ist eine Pilotsignalleistungssteuerung (open loop).
Bei diesem Ansatz macht das Gateway eine rückkopplungslose (open loop)
Schätzung
der Pfadverstärkung
bzw. des Weggewinns bei der Vorwärtsverbindung,
d.h. von dem Modulator im Gateway über den Satellitentransponder
an die Teilnehmereinheit. Das Gateway verwendet diese Schätzung um
die von dem Gateway übertragene
Pilotsignalleistung zu steuern und somit die von dem Satellitentransponder übertragene
Pilotsignalleistung zu steuern. Ein signifikantes Problem bei diesem
Ansatz ist, dass diese rückkopplungslose
Schätzung
Fehler enthalten wird, und zwar aufgrund der Unsicherheiten der
Pfadverstärkung,
einschließlich
der Unsicherheiten bei der Satellitentransponderelektronikverstärkung, Verstärkungskompression
der Leistungsverstärker
des Satellitentransponders, Antennenverstärkung und Pfadverlust aufgrund
atmosphärischer
Effekte wie beispielsweise Regendämpfung. Der Fehler aufgrund dieser
Verstärkungsunsicherheiten
kann ziemlich groß sein.
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Ein
zweiter Ansatz zur Pilotsignalleistungssteuerung ist teilweise Pilotsignalleistungsregelung (partial
closed loop). Bei diesem Ansatz ist eine Messeinrichtung, typischerweise
eine kalibrierte Teilnehmereinheit, mit dem Gateway örtlich gemeinsam
angeordnet. Die kalibrierte Teilnehmereinheit misst die empfangene
Pilotsignalstärke
und leitet diese an den Steuerprozessor des Gateways weiter. Das
Gateway verwendet diese Schätzung
zum Steuern der von dem Gateway übertragenen
Pilotsignalleistung und steuert somit die von dem Satellitentransponder übertragene
Pilotsignalleistung. Diese Messungen werden jedoch aus mindestens
zwei Gründen
unzuverlässig
sein. Erstens, sollte der Strahl der das Gateway beleuchtet ausfallen,
so kann das Gateway die Schleife nicht schließen. Zweitens können Messungen,
die für
den einzelnen Strahl, der das Gateway beleuchtet, durchgeführt werden,
Pilotsignalpegel in anderen Strahlen nicht genau wiedergeben und zwar
aufgrund von Unterschieden zwischen Strahlen oder lokaler Teilnehmerumgebung
und Pfadverlust. Beispielsweise kann sich die elektronische Verstärkung für unterschiedliche
Strahlen unterscheiden oder der Strahl, der das Gateway beleuchtet,
kann atmosphärischen
Effekten ausgesetzt sein, die zu einem Wesentlichen Messefehler
führen
könnten.
Somit kann eine einzelne Messung, die an dem Gateway aufgenommen
wird als Prädiktor
für den
Interferenzpegel an anderen Orten nicht so gut wie gewünscht sein.
Um zuverlässige
Messungen durchzuführen
zur Verwendung bei geregelter Pilotsignalnachführung sollten die Pilotstärkenmessungen über das
gesamte Satellitenabdeckungsgebiet verteilt sein.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung misst jede Teilnehmereinheit die Signalstärke für das empfangene
Pilotsignal oder für
ein anderes gemeinsam genutztes Ressourcensignal und überträgt diese
Information zurück zu
dem Gateway. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung wird die Stärke
des empfangenen gemeinsam genutzten Ressourcensignals durch Bestimmen
seines Signal-zu-Rausch-Verhältnisses
gemessen. Die Teilnehmereinheiten können sowohl ungesteuerte Nutzer des
Systems sein als auch strategisch platzierte kalibrierte Einheiten
oder Telefone, die zum Durchführen von
Pilotsignalstärke- (oder Qualitäts-)-Messungen bestimmt
sind. Der Gatewaysteuerprozessor verwendet dann diese Messungen
um einen geeigneten Pegel der Pilotsignalleistung zur Übertragung
zu bestimmen.
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1 stellt
ein typisches Satellitenkommunikations- bzw. Nachrichtenübertragungssystem 100 dar.
Das Satellitenkommunikationssystem 100 umfasst ein Gateway 102,
einen Satellitentransponder 103 und Teilnehmereinheiten 106.
Die Teilnehmereinheiten 106 sind im Allgemeinen von 3 Arten:
fixierte bzw. feste Teilnehmereinheiten 106A, die typischerweise
an permanenten Strukturen befestigt sind; mobile Teilnehmereinheiten 106B,
die typischerweise in Fahrzeugen befestigt sind; und portable bzw.
tragbare Teilnehmereinheiten 106C, die typischerweise in
der Hand gehalten werden. Das Gateway 102 kommuniziert
mit den Teilnehmereinheiten 106 über den Satellitentransponder 103.
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Ein
beispielhafter Transceiver 200 zur Verwendung in einer
Teilnehmereinheit 106 ist in 2 dargestellt.
Der Transceiver 200 verwendet mindestens eine Antenne 210 zum
Empfangen von Kommunikationssignalen, die an einen analogen Empfänger 213 transferiert
werden, in dem sie herunterkonvertiert, verstärkt und digitalisiert werden.
Ein Duplexerelement 212 wird typischerweise verwendet zum
Zulassen, dass die gleiche Antenne sowohl Übertragungs- bzw. Sende- als auch Empfangsfunktionen dient.
Einige Systeme verwenden jedoch getrennte Antennen zum Betrieb bei
verschiedenen Frequenzen. Die von einem analogen Empfänger 214 ausgegebenen
digitalen Kommunikationssignale werden an wenigstens einen digitalen
Datenempfänger 216A und
wenigstens einen Sucherempfänger 218 transferiert.
Zusätzliche
digitale Datenempfänger 216B–216N können verwendet
werden um gewünschte
Pegel von Signaldiversität
zu erlangen, und zwar abhängig
von dem akzeptablen Komplexitätspegel
der Einheit, wie es einem Fachmann in dem relevanten Gebiet der
Technik klar ist.
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Mindestens
ein Steuerprozessor 220 ist mit den digitalen Datenempfängern 216A–216N neben dem
Sucherempfänger 218 gekoppelt.
Der Steuerprozes sor 220 sieht neben anderen Funktionen
Folgendes vor: grundlegende Signalverarbeitung, Zeitsteuerung, Leistungs-
und Handoff- bzw. Weitergabesteuerung oder Koordination. Eine andere
grundlegende Funktion, die oft von dem Steuerprozessor 220 durchgeführt wird,
ist die Auswahl oder Manipulation von PN-Codesequenzen oder orthogonalen Funktionen
zur Verwendung für
eine Verarbeitung von Kommunikationssignalwellenformen. Die Signalverarbeitung
des Steuerprozessors 220 kann eine Bestimmung von relativer
Signalstärke
und eine Berechnung verschiedener verwandter Signalparameter umfassen.
In einigen Ausführungsbeispielen
kann die Berechnung der Signalstärke
die Verwendung zusätzlicher
oder getrennter Schaltungen aufweisen, wie beispielsweise ein Empfangsleistungselement 221 zum
Vorsehen erhöhter
Effizienz oder Geschwindigkeit bei Messungen oder verbesserter Zuweisung von
Steuerungsverarbeitungsressourcen.
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Ausgänge der
digitalen Datenempfänger 216A–216N sind
mit einem digitalen Basisbandschaltkreis 222 innerhalb
der Teilnehmereinheit gekoppelt. Der digitale Basisbandschaltkreis 222 des Nutzers
umfasst Verarbeitungs- und Präsentationselemente,
die zum Transferieren von Information zu und von einem Nutzer der
Teilnehmereinheit verwendet werden. Das sind Signal- oder Datenspeicherelemente,
wie beispielsweise transienter oder Langzeitdigitalspeicher; Eingabe-
und Ausgabeeinrichtungen wie beispielsweise Anzeigebildschirme,
Lautsprecher, Tastenfeldterminals und Hörer bzw. Handsets; A/D-Elemente, Vocoder
und andere Sprach- und analoge Signalverarbeitungselemente; usw.,
alle bilden Teile der Teilnehmerbasisbandschaltkreise unter Verwendung
von in der Technik bekannten Elementen. Falls Diversitätssignalverarbeitung
angewendet wird, kann der digitale Basisbandschaltkreis 222 für den Nutzer
einen Diversitätskombinierer
und Decoder aufweisen. Einige dieser Elemente können auch unter der Steuerung
von oder in Kommunikation mit dem Steuerprozessor 220 betrieben
werden.
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Wenn
Sprache oder andere Daten als eine Ausgangsnachricht oder Kommunikationssignal
vorbereitet werden, das den Ursprung innerhalb der Teilnehmereinheit
hat, wird der digitale Basisbandschaltkreis 222 des Nutzers
ver wendet zum Empfangen, Speichern, Verarbeiten und anderweitigem
Vorbereiten der gewünschten
Daten und zwar zur Übertragung.
Der digitale Basisbandschaltkreis 222 des Nutzers liefert
diese Daten an einen Übertragungs- bzw. Sendemodulator 226,
der unter der Steuerung des Steuerprozessors 220 betrieben
wird. Die Ausgabe des Übertragungsmodulators 226 wird
an einen digitalen Übertragungs-
bzw. Sendeleistungscontroller 228 transferiert, der eine
Ausgangsleistungssteuerung für
einen analogen Übertragungs-
bzw. Sendeleistungsverstärker 230 vorsieht,
und zwar zur endgültigen Übertragung
des Ausgangssignals von einer Antenne 210 an ein Gateway.
Information über
die gemessene Signalstärke
für empfangene
Kommunikationssignale oder eine oder mehrere gemeinsam genutzte
Ressourcensignale können
an das Gateway gesendet werden, und zwar unter Verwendung einer
Vielzahl von in der Technik bekannten Techniken. Beispielsweise
kann diese Information als ein Datensignal transferiert werden oder
an andere Nachrichten angehängt
werden, die von dem digitalen Basisbandschaltkreis 222 des
Nutzers vorbereitet werden. Alternativ kann die Information als
vorherbestimmte Steuerbits von dem Übertragungsmodulator 226 oder
dem Übertragungsleistungscontroller 228 unter
der Steuerung des Steuerprozessors 220 eingefügt werden.
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Der
analoge Empfänger 214 kann
eine Ausgabe vorsehen, die die Leistung oder Energie in Empfangssignalen
anzeigt. Alternativ kann das Empfangsleistungselement 221 diesen
Wert bestimmen, und zwar durch Abtasten eines Ausgangs des analogen
Empfängers 214 und
Durchführen
von in der Technik bekannter Verarbeitung. Diese Information kann
von dem Übertragungsleistungsverstärker 230 oder
dem Übertragungsleistungscontroller 228 direkt verwendet
werden zum Einstellen der Leistung von übertragenen Signalen der Teilnehmereinheit.
Diese Information kann auch von dem Steuerprozessor 220 verwendet
werden.
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Die
digitalen Empfänger 216A–N und der
Sucherempfänger 218 werden
mit Signalkorrelationselementen zum Demodulieren und Verfolgen bzw. Nachführen spezieller
Signale konfiguriert. Der Sucherempfänger 218 wird verwendet
zum Suchen nach Pilotsignalen, während
die digitalen Empfänger 216A–N zum Demodulieren
anderer Signale (Verkehr) verwendet werden, die mit den detektierten
Pilotsignalen assoziiert sind. Deshalb können die Ausgänge dieser
Einheiten überwacht
werden, um die Energie in dem Pilotsignal oder anderen gemeinsam genutzten
Ressourcensignalen zu bestimmen. Hier wird dies entweder unter Verwendung
des Empfangsleistungselements 221 oder des Steuerprozessors 220 bewerkstelligt.
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Eine
beispielhafte Übertragungs-
und Empfangsvorrichtung 300 zur Verwendung in einem Gateway 102 ist
in 3 dargestellt. Der in 3 dargestellte
Teil des Gateways 102 besitzt einen oder mehrere analoge
Empfänger 314,
die mit einer Antenne 310 zum Empfangen von Kommunikationssignalen
verbunden sind, die dann herunterkonvertiert, verstärkt und
digitalisiert werden und zwar unter Verwendung verschiedener in
der Technik bekannter Schemata. Mehrere Antennen 310 werden
in einigen Kommunikationssystemen verwendet. Von dem analogen Empfänger 314 ausgegebene
digitalisierte Signale werden als Eingaben für wenigstens ein digitales
Empfangsmodul vorgesehen und zwar durch gestrichelte Linien im Allgemeinen
bei 324 angezeigt.
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Jedes
digitale Empfängermodul 324 entspricht
Signalverarbeitungselementen, die zum Verwalten von Kommunikationen
zwischen einer Teilnehmereinheit 106 und einem Gateway 102 verwendet
werden, obwohl bestimmte Variationen in der Technik bekannt sind.
Ein analoger Empfänger 314 kann
Eingaben für
viele digitale Empfangsmodule 324 vorsehen und eine Anzahl
solcher Module wird typischerweise in Gateways 102 verwendet,
um alle der Satellitenstrahlen und mögliche Diversitätsmodussignale
aufzunehmen, die zu irgendeiner gegebenen Zeit gehandhabt werden.
Jedes digitale Empfangsmodul 323 besitzt einen oder mehrere
digitalen Datenempfänger 316 und
einen Sucherempfänger 318.
Der Sucherempfänger 318 sucht
im Allgemeinen nach geeigneten Diversitätsmodi von anderen Signalen
als den Pilotsignalen. Wenn sie in dem Kommunikationssystem implementiert
sind, werden mehrere digitale Datenempfänger 316A–316N für Diversitätssignalempfang
verwendet.
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Die
Ausgaben der digitalen Datenempfänger 316 werden
an nachfolgende Basisbandverarbeitungselemente 322 geliefert,
die Vorrichtungen aufweisen, die in der Technik bekannt sind und
hier nicht detaillierter dargestellt sind. Beispielhafte Basisbandvorrichtungen
umfassen Diversitätskombinierer
und Decoder zum Kombinieren von Mehrwegesignalen in eine Ausgabe
für jeden
Teilnehmer. Beispielhafte Basisbandvorrichtungen umfassen auch Schnittstellenschaltungen
zum Vorsehen von Ausgabedaten, typischerweise an einen digitalen
Schalter oder ein Netzwerk. Eine Vielzahl anderer bekannter Elemente
wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf, Vocoder, Datenmodems
und digitale Datenschalt- und Speicherkomponenten können einen
Teil der Basisbandverarbeitungselemente 322 bilden. Diese
Elemente werden betrieben zum Steuern oder Anweisen des Transfers
von Datensignalen an ein oder mehrere Übertragungsmodule 334.
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An
Teilnehmereinheiten zu übertragende
Signale werden jeweils an ein oder mehrere geeignete Übertragungsmodule 334 gekoppelt.
Ein typisches Gateway verwendet eine Anzahl solcher Übertragungsmodule 334 zum
Vorsehen von Dienst jeweils an viele Teilnehmereinheiten 106 und
jeweils für mehrere
Satelliten und Strahlen bzw. Beams. Die Anzahl von Übertragungsmodulen 334,
die von dem Gateway 102 verwendet werden, wird durch in
der Technik bekannte Faktoren bestimmt und zwar einschließlich Systemkomplexität, Anzahl
von sichtbaren Satelliten, Teilnehmerkapazität, Grad der gewählten Diversität und Ähnlichem.
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Jedes Übertragungsmodul 334 umfasst
einen Übertragungsmodulator 326,
der Daten zur Übertragung
spreizspektrummoduliert. Der Übertragungsmodulator 326 besitzt
einen Ausgang, der mit einem digitalen Übertragungsleistungscontroller 328 gekoppelt
ist, der die Übertragungsleistung
steuert, die für
das abgehende digitale Signal verwendet wird. Der digitale Übertragungsleistungscontroller 328 wendet
einen minimalen Leistungspegel an und zwar zum Zwecke der Interferenzreduktion
und Ressourcenzuweisung aber wendet geeignete Leistungspegel an,
wenn dies nötig
ist, um Dämpfung
auf dem Übertragungsweg
und andere Pfadtransfereigenschaften zu kompensieren. Ein PN-Generator 332 wird
von dem Übertragungsmodulator 326 beim Spreizen
der Signale verwendet. Diese Codeerzeugung kann auch eine funktionalen
Teil eines oder mehrerer Steuerprozessoren oder Speicherelemente bilden,
die in dem Gateway 102 verwendet werden.
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Die
Ausgabe des Sendeleistungscontrollers 328 wird zur einem
Summierer 336 transferiert, wo sie mit den Ausgaben von
anderen Sendeleistungssteuerschaltungen summiert wird. Diese Ausgaben sind
Signale zur Übertragung
an andere Teilnehmereinheiten 106 auf derselben Frequenz
und innerhalb des gleichen Strahls, wie die Ausgabe des Sendeleistungscontrollers 328.
Die Ausgabe des Summierers 336 wird an einen analogen Übertrager 338 geliefert
und zwar zur Digital-zu-Analog-Konvertierung, Konvertierung auf
die geeignete HF-Trägerfrequenz, weitere
Verstärkung
und Ausgabe zu einer oder mehreren Antennen 330 zum Abstrahlen
an Teilnehmereinheiten 106. Die Antennen 310 und 330 können die gleichen
Antennen sein und zwar abhängig
von der Komplexität
und Konfiguration des Systems.
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Wenigstens
ein Gatewaysteuerprozessor 320 ist an die Empfängermodule 324,
die Übertragungsmodule 334 und
den Basisbandschaltkreis 322 gekoppelt; diese Einheiten
können
physikalisch voneinander getrennt sein. Der Steuerprozessor 320 sieht
Befehls- und Steuersignale vor, um Funktionen durchzuführen, wie
beispielsweise, aber nicht beschränkt auf, Signalverarbeitung,
Zeitsteuersignalerzeugung, Leistungssteuerung, Handoff- bzw. Weitergabesteuerung,
Diversitätskombination
und Systemzwischenverbindungen. Zusätzlich weist der Steuerprozessor 320 PN-Spreizcodes,
orthogonale Codesequenzen und spezielle Übertrager und Empfänger zur
Verwendung bei Teilnehmerkommunikationen zu.
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Der
Steuerprozessor 320 steuert auch die Erzeugung und die
Leistung von Pilot-, Synchronisations- und Rundruf- bzw. Pagingkanalsignalen
und ihre Kopplung an den Übertragungs-
bzw. Sendeleistungscontroller 328. Der Pilotkanal ist einfach
ein Signal, das nicht mit Daten moduliert ist und kann eine Konstantwert-
oder tonartige Eingabe an den Übertragungsmodulator 326 verwenden,
und zwar effektiv nur die von dem PN-Generator 332 angelegten PN-Spreizcodes übertragend.
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Während der
Steuerprozessor 320 direkt mit den Elementen eines Moduls
gekoppelt sein kann, wie beispielsweise dem Sendemodul 324 oder
dem Empfangsmodul 334, umfasst jedes Modul im Allgemeinen
einen modulspezifischen Prozessor wie beispielsweise den Übertragungsprozessor 330 oder den
Empfangsprozessor 321, die die Elemente jenes Moduls steuern.
Somit ist der Steuerprozessor 320, in einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel,
mit dem Übertragungsprozessor 330 und
dem Empfangsprozessor 321 gekoppelt, wie in 3 gezeigt.
Auf diese Art und Weise kann ein einzelner Steuerprozessor 320 den
Betrieb bzw. die Operationen einer großen Anzahl von Modulen und
Ressourcen effizienter steuern. Der Übertragungsprozessor 330 steuert
die Erzeugung von und die Signalleistung für Pilot-, Synchronisations-,
Pagingsignale und Verkehrskanalsignale und ihre entsprechende Kopplung
an den Leistungscontroller 328. Der Empfangsprozessor 321 steuert
Suchen, PN-Spreizcodes zur Demodulation und Überwachen von Empfangsleistung.
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Wie
oben beschrieben, kann ein Empfangsleistungselement 324 verwendet
werden, um die Leistung in einem Signal zu detektieren und zwar durch Überwachen
der Energie in den Ausgängen der
digitalen Datenempfänger 316.
Diese Leistungsinformation wird an den Übertragungsleistungscontroller 328 geliefert,
um die Ausgangsleistung einzustellen, um große Änderungen der Pfad- bzw. Wegdämpfung zu
kompensieren. Somit bilden diese Elemente Teil einer Leistungssteuerungsrückkopplungsschleife.
Diese Leistungsinformation kann auch, wie gewünscht, an den Empfangsprozessor 321 oder
den Steuerprozessor 320 geliefert werden. Teil der Leistungssteuerfunktion
kann auch innerhalb des Empfangsprozessors 321 einbezogen
sein.
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Für Leistungsregelung
von gemeinsam genutzten Ressourcen gemäß der vorliegenden Erfindung
empfängt
das Gateway 102 Information über Empfangssignalstärke oder
Signal-zu-Rausch-Verhältnis
von den Teilnehmereinheiten 106 und zwar in Kommunikationssignalen.
Diese Information kann von den demodulierten Ausgaben der Datenempfänger 316 durch
die Empfangsprozessoren 321 abgeleitet werden; alternativ
kann diese Information detektiert werden, wenn sie an vordefinierten
Stellen in den Signalen auftritt, die von dem Steuerprozessor 320 oder
den Empfangsprozessoren 321 überwacht werden und an den
Steuerprozessor 320 transferiert werden. Der Steuerprozessor 320 verwendet
diese Information (wie unten beschrieben) um die für gemeinsam
genutzte Ressourcensignale verwendete Leistungsmenge zu steuern
und zwar unter Verwendung von Übertragungsleistungscontrollern 328.
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4 ist
ein Flussdiagramm, das den Betrieb des Satellitenkommunikationssystems 100 gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darstellt. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist im Detail mit Bezug auf die 1 und 4 beschrieben.
Das Gateway 102 überträgt ein Pilotsignal,
wie in einem Schritt 402 gezeigt. Der Satellitentransponder 104 empfängt das
Pilotsignal und sendet das Pilotsignal an die Teilnehmereinheiten 106 aus,
wie in einem Schritt 404 gezeigt. In einem Schritt 406 empfangen
die Teilnehmereinheiten 106 das ausgesendete Pilotsignal.
Dann berechnet jede Teilnehmereinheit 106 das Signal-zu-Rausch-Verhältnis für das empfangene
Pilotsignal, wie in einem Schritt 408 gezeigt, und überträgt dieses
Verhältnis
an das Gateway 102 über
den Satellitentransponder 104, wie in einem Schritt 410 gezeigt.
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Aufgrund
von Fading- bzw. Schwund, Blockierung oder unrichtigem Betrieb werden
einige Teilnehmereinheiten 106 unter nicht adäquater Signalqualität leiden
(wie durch ihre Signal-zu-Rausch-Verhältnisse angezeigt wird). Solche
Teilnehmereinheiten tendieren dazu, mehr und mehr Vorwärtsverbindungssignalleistung
anzufragen, und zwar einschließlich
des Pilotsignals, um wahrgenommene Probleme bei der Kommunikationssignalqualität zu überkommen.
Leider kann das Zulassen von unbeschränkten Eingaben oder Anfragen
nach mehr Leistung von solchen Teilnehmern einen unakzeptabel großen Verlust
von Leistungsressourcen erzeugen. Ohne Randbedingungen bzw. Beschränkungen könnte eine
Teilnehmereinheit mit einem blockierten oder stark ge dämpften Vorwärtsverbindungspfad
die Kapazität
des Kommunikationssystems drastisch reduzieren, und zwar ohne einen
gewünschten
Signalqualitätspegel
zu erreichen. Das bedeutet, dass für bestimmte Teilnehmereinheiten
die Signalbedingungen durch einfaches Erhöhen von Signalleistung nicht
verbessert werden können.
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Weil
es nicht vorteilhaft ist, die Pilotsignalstärke für diese Teilnehmereinheiten 106 zu
steuern, werden ihre Signal-zu-Rausch-Verhältnisse verworfen, falls diese
unter einer vorherbestimmten Schwelle sind, wie in einem Schritt 412 gezeigt.
Diese Schwelle wird von den Kommunikationssystembetreibern ausgewählt, und
zwar basierend auf der Abwägung
zwischen dem Vorsehen eines gegebenen gewünschten Pegels an Qualitätsdienst
für Systemnutzer
und der beizubehaltenden minimalen Systemkapazität, wie es einem Fachmann auf
dem relevanten Gebiet der Technik einleuchtet. Für jene Teilnehmereinheiten 106,
die akzeptable Signalqualität
besitzen, berechnet das Gateway 102 die Pilotsignalflussdichte,
die die Antenne der Teilnehmereinheiten bestrahlt, wie in einem
Schritt 414 gezeigt. Diese Berechnung berücksichtigt
die Art der Teilnehmereinheit (zum Beispiel fest, mobil oder portabel)
und zwar aufgrund ihrer unterschiedlichen bekannten Charakteristika,
wie beispielsweise Empfängerleistungsfähigkeit,
Antennenmuster und Pfadverlust (Distanz).
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Um
die Anzahl von Unsicherheiten zu minimieren, die bei den Berechnungen
zur Pilotsignalstärkensteuerung
einbezogen sind, werden diese Berechnungen für eine Teilnehmereinheit durchgeführt, die
einen freien Pfad zu dem Satellitentransponder 104 besitzt.
Es wird angenommen, dass die Teilnehmereinheit, die die größte durchschnittliche Pilotflussdichte
besitzt, die ihre Antenne bestrahlt, einen freien Pfad zu dem Satellitentransponder
besitzt. Deshalb wählt
das Gateway 102 in einem Schritt 416 die Teilnehmereinheit 106 aus,
die mit der größten durchschnittlichen
Pilotsignalflussdichte bestrahlt wird. Wie es einem Fachmann auf
dem relevanten Gebiet der Technik klar wäre, kann das Mitteln von Flussdichtemessungen
entweder bei der Teilnehmereinheit oder dem Gateway durchgeführt werden. Ferner
ist die Länge
des Mittelungsintervalls eine Designwahl, die Variieren kann ohne
von dem Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Schließlich stellt
das Gateway 102 die Stärke des
Pilotsignals so ein, dass die in einem Schritt 416 ausgewählte Teilnehmereinheit 106 mit
einer vorherbestimmten Pilotsignalflussdichte bestrahlt wird, wie in
einem Schritt 418 gezeigt. Der Pilotsignalpegel wird langsam
(zum Beispiel im Zeitbereich von Sekunden) eingestellt, um Variationen
in dem Pfad bzw. Weg durch den Satelliten zu kompensieren oder um Satellitenleistung
zu sparen bzw. zu konservieren, wenn alle Teilnehmer in einem Strahl
Signale hoher Qualität
besitzen oder sich in bevorzugten (höhere Verstärkung) Stellen in dem Satellitenstrahl
befinden. Variationen in dem Pfad umfassen Änderungen in Separationsabständen aufgrund
von Satellitenbewegung, Änderungen
der Fading-Eigenschaften
der lokalen Umgebung (Regen, Laub und Ähnliches), Änderungen des lokalen Terrains
und Hindernissen. Diese Variationen umfassen jedoch auch Änderungen
bei den Transfereigenschaften des Satelliten aufgrund von thermischer
Belastung, treiberabhängiger
Verstärkung
und anderen bekannten Faktoren. Diese vorherbestimmte Pilotsignalflussdichte
ist so festgelegt, dass der Teilnehmer mit dem freien Pfad ausreichenden
Abstand bzw. Margin besitzt, um normale Variation des Signals zuzulassen,
und zwar aufgrund von Hohem-K-Rice-Fading, spiegelnder Reflektion,
kleinerer Pfadblockierung und Satellitenstrahl-Rolloff (d.h. höhere Dämpfung neben
Strahlkanten bzw. am Rand des Strahls). Wie es einem Fachmann auf
dem relevanten Gebiet der Technik klar ist, könnte das Verfahren der vorliegenden
Erfindung erweitert werden, um Strahl-Rolloff und Pfadverlustdifferenzen
zu kompensieren, falls die Stelle bzw. Position des Teilnehmers
bekannt ist.
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Die
vorliegende Erfindung arbeitet bei allen Lastbedingungen gut und
zwar von stark bzw. heftig ausgelasteten (d.h. das System besitzt
viele Teilnehmer) bis zu leicht ausgelasteten (d.h. das System besitzt
wenig Teilnehmer). Weil die auf dem Satellitentransponder 104 zur
Signalübertragung
verfügbare Leistungsmenge
beschränkt
ist, muss das Gateway die Servicequalität mit der Teilnehmerkapazität ausbalancieren.
Die vorliegende Erfindung erlaubt die genaueste Pilotsignalstärkensteuerung,
wenn das System stark ausgelastet ist, und zwar aufgrund der großen Anzahl
von verfügbaren
Messungen. Im Gegensatz dazu ist die vorliegende Erfindung am wenigsten
genau, wenn das System leicht ausgelastet ist und zwar aufgrund
der kleinen Anzahl von verfügbaren
Messungen. Glücklicherweise
ist dann, wenn das System stark ausgelastet ist, genaue Steuerung am
meisten erwünscht,
und zwar um es dem Gateway zu erlauben, Dienstqualität gegenüber zusätzlicher
Systemkapazität
abzuwägen;
das kann beispielsweise erreicht werden durch Reduzieren der Pilotsignalleistung
und Erhöhen
von Teilnehmer- oder Verkehrssignalleistung. Im Gegensatz dazu, wenn
das System leicht ausgelastet ist, kann es sich das Gateway leisten,
Abstand bzw. Margin zu dem Pilotsignal zu addieren um die Dienstqualität zu verbessern.
Die verteilte Pilotsignalmessung der vorliegenden Erfindung ist
auch geeignet, um Gebiete mit hoher Interferenz aufgrund von Verkehr
in einem benachbarten Gateway oder einem Wettbewerbssystem zu detektieren.
Das Gateway kann die Pilotsignalleistung erhöhen, um die Dienstqualität in diesen Situationen
beizubehalten. Somit funktioniert die vorliegende Erfindung gut
in jeder dieser Situationen.
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Als
ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung kann das Konzept
der vorliegenden Erfindung erweitert werden, um den Leistungsverbrauch eines
Pilotsignals auf dem Satelliten statistisch zu schätzen. Beispielsweise
kann die Pilotsignalmessung der Teilnehmereinheit in eine Flussdichte
konvertiert werden, wie oben beschrieben, und dann in eine Messung
einer Pilotsignalleistung, die an dem Satelliten verbraucht wird,
falls die Art des Teilnehmers, das Satellitenantennenmuster und
die Teilnehmerposition bekannt sind. Die größte berechnete HF-Pilotsignalleistung
bei dem Satelliten ist dann die Pilotsignalleistungsschätzung für diesen
Unter- bzw. Teilstrahl.
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Die
Pilotsignalleistungsschätzung
kann ein laufender Mittelwert von Tastungen sein, die über eine
Zeitskala bzw. Zeitbereich von Sekunden aufgenommen worden sind.
Die Genauigkeit der Schätzung
hängt von
den Statistiken auf der Vorwärts-Satelliten-zum-Teilnehmer-Verbindung
und dem Betrieb der Teilnehmereinheit ab. Solche Statistiken beschreiben
Pfadverlust oder -qualität,
Fehlen von Hindernissen, Empfängereigenschaften,
Art von Interferenz, die typischerweise erfahren wird und Ähnliches. Das
Vorhandensein von gut-gesteuerten festen Teilnehmereinheiten in
dem System reduziert die Unsicherheit der Schätzung, weil solche Teilnehmereinheiten
nicht unter vielen der Signalvariationen leiden, unter denen eine
mobile oder portable Teilnehmereinheit leidet. Die Genauigkeit der
Schätzung
hängt auch
von der Kenntnis der Interferenz ab, die von jeder Teilnehmereinheit
empfangen wird.
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Als
ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung kann dieses Konzept
ferner erweitert werden, um die gesamte HF-Leistung zu schätzen, die auf
dem Satelliten durch einen Teilstrahl verbraucht wird. Diese HF-Leistung
kann geschätzt
werden durch Summieren der Leistungsverbrauchsschätzungen
für das
Pilotsignal und für
alle der Verkehrssignale, die den Teilstrahl belegen. Die von den
Verkehrssignalen verbrauchte Leistung kann geschätzt werden, weil das Verhältnis der
Pilotsignalverstärkung
im Verhältnis
zu der Verkehrssignalverstärkung
in dem Gatewaymodulator oder den Leistungssteuerelementen das Verhältnis der
Pilotsignalleistung zu der Verkehrssignalleistung bei dem Satelliten
bestimmt.
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Der
obige Prozess kann auch in Verbindung mit anderen gemeinsam genutzten
Ressourcensignalen verwendet werden, wie beispielsweise den Paging- oder Synchronisationssignalen,
die früher
erörtert
wurden, wie es einem Fachmann auf dem relevanten Gebiet der Technik
klar ist. In dieser Situation werden die Signal-zu-Rausch-Verhältnisse
dieser Signale von den empfangenden Teilnehmereinheiten gemessen
und das Ergebnis wird zurück
zu dem Gateway übertragen.
Die Information, die von Teilnehmereinheiten ankommt und Signale
niedriger Qualität
aufweist, wird verworfen, um einen exzessiven Abfluss von Ressourcen
zu vermeiden. Wie vorher wird die Flussdichte des gemeinsam genutzten bzw.
gemeinsamen Ressourcensignals berechnet und die Signalstärke wird
eingestellt, um die Teilnehmereinheit mit freiem Pfad unterzubringen.
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Nach
dem Lesen der obigen Beschreibung wird es einem Fachmann auf dem
relevanten Gebiet der Technik klar werden, wie die Erfindung unter
Verwendung anderer alternativer Ausführungsbeispiele zu implementieren
ist. Während
oben verschiedene Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, sollte es klar
sein, dass diese nur als Beispiel und nicht beschränkend präsentiert
worden sind. Somit sollte der Umfang der vorliegenden Erfindung
nicht durch irgendeines der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsbeispiele
begrenzt sein sondern sollte nur in Übereinstimmung mit den folgenden
Ansprüchen
definiert sein.