利用在功率调节中的变化确定干扰移动终端的方法和设备的制作方法

专利名称：利用在功率调节中的变化确定干扰移动终端的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种要求引导经由卫星链路与基站双向通信的移动RF终端，并且尤其涉及一种用于确定多个移动终端中的哪个移动终端引起了对邻近目标卫星的一个或者多个卫星的干扰的方法和装置。
背景技术：
利用位于诸如飞机、舰船的移动平台以及其它运动平台上的经由转发卫星与地面站通信的移动RF终端，由于距离总是较远，尽管可以在该移动终端中植入安全装置，但该终端还是可能出现意想不到的失效。在这样的事件中，存在移动终端可能引起干扰邻近该移动终端与其通信的目标卫星的、绕地球轨道运动的其它卫星的可能性。
还要认识到，固定业务卫星(FSS)操作者可能难以从由在远端的成千的简单终端组成的VSAT(甚小孔径终端)系统中找出干扰。
由此，对于地面站存在一种经由转发卫星与多个移动终端通信、以能够快速地识别引起对非目标卫星的干扰的故障终端并且快速地解决该干扰事故的需求。

发明内容
本发明定位于一种用于通过分析由移动终端所发射的信号的调制功率电平，并且确定何时给定移动终端的调制功率电平不同于期望的调制电平，而从多个移动终端之一中识别干扰移动终端的系统和方法。通过检测该变化，能够快速地识别所述干扰移动终端并且命令它停止发射。
本发明利用具有用于对每个移动终端发送命令的网络操作中心(NOC)的基站，优选是地面站。这些命令信号会经由每个移动终端与之通信的转发卫星中继到该移动终端上。所述NOC命令每个移动终端改变要从位于其相关移动平台上的发射天线上发射的信号的功率。该移动终端能够由飞机、舰船或者其它运动车辆携载，然而为了这个讨论的目的，将该移动平台参照为飞机。
NOC首先从正在经历来自移动终端之一的干扰的固定业务卫星(FSS)操作员处接收一消息，尽管该FSS操作员将不能够确认哪一个移动终端在引起该干扰。接着该NOC开始顺序命令每个飞机对要由其移动终端的发射天线发射的信号进行数据率或者发射功率的变化(即，调制)。该NOC分析接收的信号，并且确定是否该调制信号符合总是指示将不引起干扰的所期望的功率电平。如果接收的信号符合该期望功率电平，则NOC确定该特定移动终端不是所述干扰的原因，并且命令正访问所述转发卫星的下一个移动平台根据所命令的数据率调制方案开始发射信号。NOC继续执行如为第一飞机所描述的同一分析，并且对每个飞机逐一重复所述完整处理，直到它确定正引起干扰的那个移动终端。在该处理期间，NOC还可以与经历干扰的非目标卫星的操作员通信。当在受干扰的卫星处检测到在功率电平上对应的增加时那个操作员能够通知该NOC。以此方式，只要干扰移动终端引起了通过一受干扰终端可看见的功率电平的增加，则NOC就得到通知。
能够使用上述方法在大约5至10秒的时间跨度内检查单个移动终端的干扰。典型地在少于5分钟内能够检查供20至30个飞机使用的一转发卫星。一旦干扰移动终端得到确认，通过NOC能够命令它关闭或者减少其数据传输率，由此有效地降低了它所发射的信号的功率电平。


通过详细描述和附图，本发明将会变得更加充分地得到理解，其中图1是用于使得在基于地面的组件与多个移动终端之间能够通信的一示例系统；图2是位于每个移动终端上的移动终端的简化方框图；以及图3是示出根据由基于地面的组件命令的一示例调制方案所调制的移动平台中所发射的信号的图，从中所述基于地面的组件能够确定是否该信号正引起对邻近与该移动平台正通信的目标卫星的FSS卫星的干扰。
具体实施例方式
参见图1，所示是用于实现本发明的方法的一种系统10。该系统10对在一个或者多个特定覆盖区14a和14b中的多个移动平台12a-12f提供数据内容并且从中得到数据内容。系统10一般包括地面部分16、形成空中部分17的多个卫星18a-18f以及配置在每个移动平台12上的移动终端20。所述移动平台12可以包括飞机、舰船或者任何其它移动车辆。由此，在这里将移动平台12图解为图中所示的飞机、并且在整个描述中将该移动平台参照为飞机，但不应该被解释为将系统10的可应用性仅限于飞机。
空中部分17可以包括在每个覆盖区14a和14b中为通过对每个区域提供覆盖所需的任意数量的卫星18。卫星18a、18b、18d、18e优选地是Ku或者Ka波段卫星。卫星18c和18f是广播卫星业务(BSS)卫星。每个卫星18位于地球静止轨道(GSO)或者非地球静止轨道(NGSO)。能够用于本发明的可能的NGSO轨道的例子包括低地球轨道(LEO)、中地球轨道(MEO)以及高地球轨道(HEO)。每个卫星18至少包括一个射频(RF)转发器，并且更优选地包括多个RF转发器。例如卫星18a被示出具有4个转发器18a1-18a4。应该认识到，所说明的每个其它卫星18能够具有根据处理在该覆盖区中运行的预期数量的飞机12所要求的或多或少的多个RF转发器。所述转发器在飞机12与地面部分16之间提供“弯曲管(bent-pipe)”通信。用于这些通信链接的频段能够包括从大约10兆赫兹至100吉赫兹的任意射频波段。所述转发器优选地包括在由联邦通信委员会(FCC)和国际电信联盟(ITU)为固定卫星业务FSS或者BSS卫星所指定的频段中的Ku波段转发器。另外，可以使用不同类型的转发器(即，每个卫星18不需要包括多个同一类型的转发器)，并且每个转发器可以工作在不同的频率上。每个转发器18a1-18a4还包括宽地理覆盖、高效各向同性辐射功率(EIRP)以及高增益/噪声温度(G/T)。
还是参见图1，地面部分16包括与内容中心24和网络操作中心(NOC)26双向通信的地面站22。如果该业务要求多于一个特定覆盖区，则可以使用位于第二覆盖区14b中的第二地面站22a。在此例子中，地面站22a还将经由陆地地面链接或者用于建立与NOC 26的通信链接的任何其它适当方法与NOC 26双向通信。地面站22a还将与内容中心24a双向通信。为了讨论的目的，将参考发生在覆盖区14a中的操作描述系统10。然而，应该理解，在覆盖区14b中针对卫星18d-18f发生相同的操作。还应该理解，可以将系统10以刚描述的方式扩大到任意数量的覆盖区上。
地面站22包括天线和用于发射数据内容到卫星18a和18b所需的相关的天线控制电子仪器。地面站22的天线还可以用于接收从在覆盖区14a内的每个飞机12的每个移动终端20中产生的由转发器转发的数据内容。地面站22还可以位于覆盖区14a内的任何地方。类似地，如果被合并，地面站22a能够位于在第二覆盖区14b内的任何地方。
内容中心24与各种外部数据内容提供商通信，并且控制由它接收的视频和数据信息对地面站22的发送。优选地，内容中心24连接到因特网服务提供商(ISP)30、视频内容源32和公共交换电话网(PSTN)34。可选地，内容中心24还能够与一个或者多个虚拟专用网(VPN)36通信。ISP 30提供对每个飞机12的每个所有者的因特网访问。视频内容源32提供直播电视节目，例如，有线新闻网(CNN)和ESPN。NOC 26执行传统网络管理、用户验证、记帐、客户服务以及票据作业。与在第二覆盖区14b中的地面站22a相关的内容中心24a还将优选地与ISP 38、视频内容提供商40、PSTN 42以及可选地VPN 44通信。还可以包括可选的空中电话系统28作为对卫星返回链路的替代。
现在参见图2，将详细描述配置在每个飞机12上的移动终端20。每个移动终端20包括与通信子系统52通信的路由器/服务器50(在下文中“服务器”)形式的数据内容管理系统，控制单元和显示系统54，以及局域网(LAN)56形式的发送系统。可选地，还能够为操作将服务器50构造与国家空中电话系统(NATS)58、机组信息业务系统60和/或飞行娱乐系统(IFE)62连接。
通信子系统52包括发射器子系统64和接收器子系统66。发射器子系统64包括编码器68、调制器70以及用于编码、调制和从服务器50升频数据内容信号到发射天线74的升频器72。接收器子系统66包括解码器76、解调器78以及用于解码、解调和降频由接收天线82接收的信号为基带视频和音频信号以及数据信号的降频器80。当仅示出一个接收器子系统66时，应该认识到优选地将典型地包括多个接收器子系统66使得能够同时接收来自多个RF转发器的RF信号。如果示出了多个接收器子系统66，则还将要求对应的多个组件76-80。
由接收器子系统66接收的信号接着输入到服务器50上。系统控制器84用于控制移动系统20的所有子系统。该系统控制器84尤其提供信号给用于电子操纵接收天线82以保持该接收天线定位于在卫星18中的一特定卫星(在下文中称作“目标”卫星)的天线控制器86。发射天线74从属于接收天线82使得它也能够跟踪目标卫星18。应该认识到，一些类型的移动天线可以从相同的孔径发射和接收。在此情形中，发射天线74和接收天线82合并为单个天线。
还是参见图2，局域网(LAN)56用于将服务器50连接到与在飞机12a上的每个座位相关的多个接入站88上。每个接入站88能够用于将服务器50直接与用户的膝上计算机、个人数字助手(PDA)或者该用户的其它个人计算设备连接。接入站88每个还能够包括安装于座位后背的计算机/显示器。LAN 56允许在用户的计算设备和服务器50之间的数据能够双向通信，使得每个用户能够请求期望频道的电视节目、访问期望的网站、访问他/她的电子邮件或者执行独立于在飞机12上的其它用户的各种其它任务。
接收和发射天线82和74分别可以包括任何形式的可操纵天线。在一优选形式中，这些天线包括电子扫描相位阵列天线。相位阵列天线尤其适于其中空气动力学阻力是重要考虑的航空应用。在分配给波音公司的第5886671号美国专利中公开了适用于本发明的一种特定形式的电子扫描相位阵列天线。
还是参见图1，在系统10的操作中，数据内容在被地面站22或者从每个移动终端20的发射天线74中发射之前优选地被格式化为因特网协议(IP)分组。为讨论的目的，将来自地面站22的IP分组形式的数据内容的发射称为“前向链路”发射。还优选地使用IP分组复用，使得能够利用单点传送、多点传送以及广播发射同时向在覆盖区14a内运行的每个飞机12提供数据内容。
由每个转发器18a1-18a4接收的IP数据内容分组接着会由该转发器转发到在覆盖区14a内运行的每个飞机12上。在跨越覆盖区14a图示了多个卫星18的同时，应该认识到当前单个卫星能够提供对包含整个美国本土的区域的覆盖。由此，取决于覆盖区的地理尺寸和在该区域内预期的移动平台业务量，有可能可以仅需要组合了单个转发器的单个卫星来提供整个区域的覆盖。除了美国本土之外其它特定覆盖区包括欧洲、南/中美洲、东亚、中东、北大西洋等。可以预期在大于美国本土的业务区域中，可以要求每个组合了一个或者多个转发器的多个卫星18来提供该区域的完全覆盖。
接收天线82和发射天线74每个优选地配置在它们的相关飞机12的机身的顶部。每个飞机的接收天线74从转发器18a1-18a4的至少一个转发器中接收代表IP数据内容分组的编码RF信号的整个RF发射。接收天线82接收将输入到至少一个接收器66中的水平极化(HP)和垂直极化(VP)信号。如果组合了多于一个接收器66，则将指定一个接收器结合由它指向的目标卫星18所携载的特定转发器18a1-18a4使用。该接收器66解码、解调和降频(down-convert)所述编码RF信号以产生将输入到服务器50的视频和音频信号以及数据信号。服务器50工作以过滤掉和丢弃在飞机12上的用户不想要的任何数据内容，并且接着经由LAN 56提供剩余的数据内容到恰当的接入站88上。以此方式，每个用户仅接收该用户预先请求的节目或者其它信息。相应地，每个用户可以自由地请求和接收期望频道的节目、访问电子邮件、访问因特网，并且执行独立于在飞机12a上的其它用户的其它数据传送操作。
还是参见图1，将描述数据内容从飞机12a到地面站22的发射。该发射被称为“返回链路”发射。天线控制器86引起发射天线74去维持其天线波束定向于目标卫星18a。用于从每个移动终端20返回到地面站22的通信的信道表示由地面部分16的NOC 26单个分配和动态管理的点对点链接。为了系统10容纳几百个或者更多的飞机12，将需要分配多个飞机到由给定卫星18携载的每个转发器上。返回链路的优选多路接入方法是码分多址(CDMA)、频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)或者其组合。由此，可以分配多个移动终端20到单个转发器18a1-18a4上。其中组合了移动终端20的较大数量的飞机12运行在覆盖区14a内，接着所要求的转发器的数量相应地增加。
接收天线82可以实现一种闭环跟踪系统，用于定向天线波束和用于基于接收信号幅度调节天线的极化。发射天线74从属于接收天线82的定向方向和极化。一种替换的实现能够使用利用由使用机上惯性参照单元(IRU)的飞机12的位置和姿态的知识和卫星18的位置的知识所确定的定向方向和极化的一种开环跟踪方法。
编码RF信号会从给定飞机12的移动终端20的发射天线74发射到转发器18a1-18a4中所分配的一个转发器上，并且由该指定的转发器转发到地面站22上。地面站22与内容中心24通信以确定和提供由用户请求的恰当数据(例如，来自万维网的内容、来自用户的VPN的电子邮件或者信息)。
对于系统10必须考虑的另外一个问题是可以由接收天线82的小孔径尺寸引起的潜在的干扰。接收天线82的孔径尺寸典型地小于传统的“甚小孔径终端”(VAST)天线。优选地，来自接收天线82的波束可以包含沿地球同步轨道的邻近卫星。这可能导致来自不是被特定移动终端20接收的目标卫星的卫星的干扰。为了克服这个潜在问题，系统10优选地使用克服了来自邻近卫星的干扰的一种低于正常的前向链路数据率。例如，使用了典型的FSS Ku波段转发器(例如，Telstar-6)和具有大约17英寸乘24英寸(43.18厘米乘60.96厘米)的有效孔径的天线的系统10工作于每个转发器至少大约5兆比特每秒的优选前向链路数据率。为了比较的目的，典型的Ku波段转发器使用的传统VAST天线通常工作于大约30兆比特每秒的数据率。
利用标准数字视频广播(DVB)波形，前向链路信号典型地占用整个转发器27兆赫兹带宽中的不到8兆赫兹。然而，在小于转发器的全部带宽中集中转发器的功率能够创建一种受规则限制的问题。FCC规则当前调节来自转发器的最大有效各向同性辐射功率(EIRP)频谱密度以防止在两空间接近的卫星之间的干扰。相应地，在所述系统的一优选实例中，在调制器70中使用了扩频调制技术以利用公知的信号扩展技术跨越该转发器的带宽“扩展”前向链路信号。这减少了该转发器信号的频谱密度，由此消除了在两个或者更多移动终端20之间的干扰。
同样重要的是，发射天线74满足防止对邻近目标卫星18的卫星的干扰的规则要求。在大多数移动应用中使用的发射天线还趋向于小于传统VAST天线(典型地，直径1米的反射器天线)。用于航空应用的移动发射天线应该具有低的空气动力学阻力、重量轻、具有低的功耗以及相对小的尺寸。由于所有这些原因，发射天线74的天线孔径优选地小于传统VAST天线。将VAST天线的尺寸做成使得天线波束窄到足以照射到沿地球同步轨道的单个FSS卫星上。这是重要的，因为FSS卫星是沿地球同步轨道每隔2°间隔的。在一些例子中用于本发明的发射天线74的小于正常的天线孔径可以创建宽得足以照射沿地球同步轨道邻近于目标卫星的卫星的天线波束，这将造成干扰问题。通过同时在返回链路发射上使用扩频调制技术将极大地减少引起该潜在问题的机会。来自发射天线74的发射信号在频率上得到扩展以在邻近卫星处产生低于该信号可能对其干扰的阈值EIRP频谱密度的一干扰信号。然而，应该认识到，如果在给定覆盖区内的卫星之间的角度空间使得干扰不是一个问题，则可以不要求扩频调制技术。
本发明涉及用于快速地检测单个移动RF终端20中的哪一个正在引起对环绕在所转发的目标卫星附近的FSS卫星18(诸如移动终端20正在与之通信的卫星18a)的干扰的一种系统和方法。
参见图3，示出了从第一个移动终端20中发射的调制信号的图100。NOC26通过命令第一移动终端20以改变的数据率(即，功率电平)发射信号来开始本发明的方法。在该例子中，数据率从160千比特每秒变换到16千比特每秒，并且该信号的占空比是50％。
NOC 26接着检查干扰了FSS卫星的操作者以确定是否所述干扰情况以相同的方式被调制(即，已经增加和/或减少)为从第一移动终端20发射的调制信号。如果所述干扰情况未受影响，则NOC 26确定该第一移动终端20没有引起所述干扰。接着NOC 26命令正访问目标卫星18a的第二移动终端20根据图100中所示的信号水平的调制包去发射信号。如果NOC 26确定该移动终端20也没有干扰，则它将以顺序的方式继续测试每个移动终端20，直到它确定哪个移动终端20正在引起对所述卫星的干扰。一旦它确定哪个移动终端20正在引起对所述卫星的干扰，则它或者命令那个移动终端20降低它的发射功率电平到将不引起干扰的适当水平，或者完全停止发射。
NOC26还可以监视目标卫星18a和/或受干扰的FSS卫星。如果NOC26能够检测干扰信号，则NOC26能够直接确定所述干扰信号是否受到功率调制的影响。以此方式，NOC26能够确定哪个移动终端20正在引起干扰而不需要与干扰FSS卫星的操作者连续通信。
利用上述处理，NOC26能够在大约5至10秒的时间跨度内检查每个飞机12的移动终端20。能够在少于大约5分钟内检查容纳多达大约30架飞机的整个转发卫星。
本领域的技术人员现在能够从前面的描述中认识到能够以各种形式实现本发明的广泛指导。还应该认识到其中在具体实例中的各种优选实例可能已经在所述实例的其它实例中得到实现。由此，虽然联系其特定例子描述了本发明，但本发明的真正范围应该不受到这样的限制，因为一旦研究了附图、说明书和以下的权利要求，则对一般技术人员而言其它修改将变得显而易见。
权利要求
1.一种用于检测位于对应的多个移动平台上并且与转发目标卫星通信的多个移动RF终端中的哪个移动终端正在引起对环绕在所述目标卫星的附近的非目标卫星的干扰的方法，所述方法包括步骤a)利用基站组件去接收指示对所述非目标卫星的干扰正在发生的消息；b)利用所述基站组件去命令与所述基站组件通信的多个移动终端的第一移动终端以调制它的发射信号在由所述基站分配的多个数据率或者功率电平之间；c)利用所述基站去检查所述非目标卫星的操作者以确定是否所述操作者检测到在所述干扰程度上的变化；以及d)如果所述操作者检测到在程度上的变化，则确定所述移动终端的所述第一移动终端正在引起所述干扰。
2.如权利要求1所述的方法，还包括步骤如果步骤b)和c)显示出所述移动终端的所述第一移动终端不是所述干扰的原因，则利用所述基于地面的组件重复步骤b)和c)以顺序地检查正在访问所述目标卫星的每个所述移动终端，直到它确定哪个所述移动终端正在引起所述干扰。
3.如权利要求1所述的方法，其中步骤a)包括利用基于地面的基站组件。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述预定信号参数包括多个不同数据传输率。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述预定信号参数包括在大约16千比特每秒至160千比特每秒之间的多个比特数据传输率。
6.一种用于检测位于对应的多个移动平台上并且与转发目标卫星通信的多个移动RF终端中的哪个移动终端正在引起对环绕在所述目标卫星的附近的非目标卫星的干扰的方法，所述方法包括步骤a)利用基站去接收指示对所述非目标卫星的干扰正在发生的消息；b)利用所述基站去命令与所述基站通信的多个移动终端的第一移动终端去调制它的发射信号在由所述基站分配的多个数据率或者功率电平之间；c)检查所述非目标卫星的操作者以确定当所述移动终端的所述第一移动通信单元改变了它的数据率时是否所述操作者检测到相对于所述非目标卫星在干扰程度上的变化；以及d)如果未检测到在所述程度干扰上的变化，则执行步骤b)和c)重复地测试每个所述移动终端，直到确定所述移动终端的哪个移动终端产生了由所述非目标卫星的所述操作者检测到的在干扰上的变化。
7.如权利要求6所述的方法，还包括利用所述基站去传送命令到所述移动终端的所述第一移动终端以降低它的发射功率电平的步骤。
8.如权利要求6所述的方法，其中步骤b)包括命令述移动终端的所述第一移动终端去调制它的所述发射信号在大约16千比特每秒到160千比特每秒的范围的数据率之间。
9.如权利要求6所述的方法，其中在检查所述多个移动终端的不同的移动终端之前确定每个所述移动终端未引起所述干扰。
10.如权利要求6所述的方法，其中步骤a)包括利用基于地面的基站。
11.一种用于检测位于对应的多个移动平台上并且与转发目标卫星通信的多个移动RF终端中的哪个移动终端正在引起对环绕在所述目标卫星的附近的非目标卫星的干扰的方法，所述方法包括步骤a)利用具有网络操作中心(NOC)的地面站去从所述非目标卫星的操作者处接收指示对所述非目标卫星的干扰正在发生的消息；b)利用所述NOC去命令多个移动终端的第一移动终端去调制它的发射信号在由所述NOC分配的多个数据率之间；c)利用所述NOC去检查所述操作者以确定是否所述干扰情况已经变化；d)如果所述干扰情况已经变化，则确定所述移动终端的所述第一移动终端正在引起所述干扰情况；以及e)如果所述干扰未变化，则对所述移动终端的下一个移动终端重复步骤b)和c)，直到确定引起在所述干扰情况中的变化的所述移动终端。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述步骤b)包括利用所述NOC去命令每个所述移动终端去调制它的所述发射信号在大约16千比特每秒到160千比特每秒的数据率之间。
13.如权利要求11所述的方法，其中在检查所述多个移动终端的不同的移动终端之前所述NOC检查所述多个移动终端之一并且验证其未引起所述干扰。
全文摘要
一种用于确定与基于地面的基站通信的多个移动终端中的哪个移动终端正在引起对环绕在转发卫星的附近的非目标卫星的干扰的方法和装置。所述方法涉及利用基站顺序地检查每个移动终端以确定哪个移动终端正在引起干扰。所述检查是由基站命令每个移动终端调制它所发射信号的功率电平并且接着检查干扰非目标卫星的操作者来看是否干扰情况已经改变来进行的。一旦确认了引起该干扰情况的移动终端，则基站能够命令该移动终端相应地降低它的发射功率。
文档编号H04B7/185GK1427648SQ02150448
公开日2003年7月2日 申请日期2002年11月12日 优先权日2001年12月17日
发明者克里斯托弗·J·麦克莱因, 迈克尔·德拉夏佩尔 申请人:波音公司