专利名称：用于随机接入时分多址卫星无线电话通信中的系统及方法
技术领域：
本发明涉及通信系统及方法，具体而言是涉及卫星无线电话通信系统及方法。
背景技术：
卫星无线电话系统在全球使用以便提供可靠高质的通信。卫星无线电话系统正在日益发展，以便用于较大区域内人口分散的区域或者那些在技术上及经济上实施传统的陆地有线电话或蜂窝电话基础设施是不实用的地形崎岖的区域。此外，卫星无线电话也正在安装于正在发展中的国家，这些正在发展中国家没有现有的通信基础设施并且采用传统陆地有线电话或蜂窝无线电话系统在经济上又是很不实用。
正如图1中所示，卫星无线电话系统100一般包括一个或者多个卫星110，上述卫星110可以作为中心地球站130与无线电话120之间的中继器或者转发器。地球站可以依次地连接至公共交换电话网络140，上述地球站允许卫星无线电话之间的通信以及允许卫星无线电话与传统地面蜂窝无线电话或者陆地有线电话之间的通信。卫星无线电话系统可以利用一个由如图1所示系统服务的覆盖整个区域的单个天线波束，可以这样设计卫星，即卫星产生多个具有最小重叠的波束150，每个在系统服务区域内服务于独立的地域覆盖区域。因此，在基于卫星的系统内能够实施类似于传统地面蜂窝无线电话系统的蜂窝结构。卫星110一般经由双向通信通路与无线电话120进行通信，即从卫星110至无线电话120经由下行链路170与无线电话通信信号进行通信，而从无线电话120至卫星110经由上行链路180进行通信。
正如图2所示，为了提供“双工”通信，即双向通信，对于下行链路及上行链路在载波频谱200内一般分配独立的载波频带组210及220。诸如卫星及无线电话的发射机峰值功率能力、接收机能力以及其它特征的设计考虑可以达到最佳化非对称分配的这些频带。例如，在ACeS(东南亚国家蜂窝卫星联合会)内，由本申请的受让人Ericsson Telcom,AB,Stockholm,Sweden所生产的卫星无线电话通信系统，设计下行链路使用一组具有200KHz带宽的载频频带，而且设计上行链路载波频带具有50KHz的带宽，这部分地是因为受到系统内所使用的无线电话的功率限制。
然而，因为双工通信一般在无线电话系统内是所需要的，所以通常需要大致相同的上行链路及下行链路的信息容量。基于上述原因，可以采用互补的方式分组上行链路及下行链路的频带并且采用时分多址接入技术(下面将详细地讨论)用于建立上行链路及下行链路用户容量的对称性，正如也在图2中所示的。例如，在上述的Ericsson系统内，每个200KHz下行链路载频频带可以与四个(4)50KHz上行链路载频频带相关。正如可以看到的，这会导致分配给下行链路的200KHz频谱与分配给上行链路的200KHz频谱相关联。通过适当地使用时分多址技术，由卫星经由下行链路载波频带所发送的一组无线电话能够据此响应经由互补上行链路载波频带组的卫星。
为了提供较大的信道容量及有效地使用无线频谱，传统的地面无线电话系统经常使用时分多址(TDMA)进行工作，藉此对几个无线电话的无线电话通信在载波频带上是时分复用的。正如图3所示，在TDMA系统内，每个载频频带上的通信出现于一序列连续的时隙320内，采用各个用户分配一个或者多个时隙以便在其分配的时隙期间用户能够接入全部的载波频带。用户采用“突发”与基站或者中心站进行通信，其中“突发”是信息的离散包，一般在其分配的时隙期间发送有限的数字比特流。为了给多个用户提供服务，时隙可以在连续的帧310内进行重复，每个帧包括预定数量的时隙。因此，在典型的TDMA系统内，一个通信“信道”是一个在给定载波频带内分配的时隙。
正如图3所示，时分复用通过使周上行链路与下行链路的每个TDMA帧的不同数量的时隙以便对于非对称的下行链路及上行链路载波频带分配能够提供具有对称的上行链路/下行链路同样的用户容量。例如，用于与单个下行链路载波频带相关联的多个下行链路载波频带的TDMA帧可以划分为第一组时隙，它提供了等于帧内的时隙数量与上行链路载波频带数量之积的上行链路信道的数量。为了提供下行链路信道相当的数量，用于相关下行链路载波频带的TDMA帧310能够使用所需提供信道需要数量的时隙数量来工作，正如图3所示。一个上述时隙设计的实例是前面提到的Ericsson系统，其中用于下行链路的TDMA时间帧包含32个时隙，此时与下行链路载波频带相互补充的四个上行链路载波频带工作于同样时间期间内的一个TDMA帧，它进一步地划分为只有8个时隙。藉此方式，能够提供对应于下行链路TDMA帧所定义的32下行链路信道的32上行链路信道。
因为永久地分配给无线电话一个TDMA信道一般是效率较低，所以典型的无线电话系统在按需的基础上分配信道以便更加有效地使用可用信道的有限数量。因此，无线电话通信中的一个重要任务是提供无线电话接入系统，即当无线电话想要与另一个无线电话或者与陆地有线电话或者经由PSTN与传统的蜂窝电话通信时，分配无线电话一个话音信道或者数据信道。当一个无线电话尝试建立电话时以及当一个无线电话尝试响应来自另一个无线电话或者传统电话的寻呼时，将会遇到上述任务。
给接入无线电话通信系统可以提供多种方式。例如，轮询技术可以用于中心站或者基站串行地轮询用户，藉此按照顺序的方式而没有争用地给每个用户请求接入的机会。然而，串行地轮询对于无线电话系统趋向于不切实际，因为一般的无线电话系统如果没有上万个用户也具有上千的用户。对本技术领域的专业技术人员将会理解的是串行地轮询如此多的用户可能导致效率极低，特别是考虑到此时许多用户根本不想接入或者在轮询到它们的时候它们根本不想接入的情况。
基于上述原因，无线电话系统一般使用随机接入技术，藉此需要一个话音信道或者数据信道的无线电话能够随机地发送接入请求给基站或者中心站，中心站或者基站如果具有可用信道则通过建立通信信道给请求的无线电话以便确认上述请求。为了处理“碰撞”，即来自多个无线电话的同时请求，基站一般实施某种形式的同抢判决协议。例如，基站可以拒绝确认同时的请求，即如果无线电话在请求没有建立信道之后仍然继续需要接入，那么基站要求请求的无线电话重新发送其请求。同抢判决协议也可以使用多种预定的时延及类似的技术以便减少紧随第一个碰撞之后的可能性。在1992年M.Mouly及M.B.Pautet所公布的“用于移动通信的GSM系统”，此文中的第368-72页描述了欧洲GSM系统内所使用的同抢逻辑。
用于TDMA无线电话通信系统的随机接入技术的一个实例是GSM系统中所使用的技术。在GSM系统中，系统中的无线电话共享一组公共控制信道(CCCHs)，这些公共控制信道(CCCHs)包括一个或者多个随机接入信道(RACHs)。在GSM系统中，RACH是一个由无线电话所使用以便请求接入通信系统的专用TDMA信道。无线电话一般监视RACH的状态以便决定其它的无线电话当前是否正在请求接入。如果无线电话想要接入并且RACH处于空闲，那么无线电话一般发送随机接入信道信号，它一般包括无线电话的标志及无线电话想要联系电话的标志，上述随机接入信道信号经常称作“RACH突发”。安排RACH突发的时间处于接入RACH的已分配TDMA时隙内，例如在获得与基站所发送的同步信号并且随后发送RACH突发之后，通过等待一个预定的时间段来实现。
然而，存在一些与此种接入技术相关的问题。在无线电话请求一个信道之前，它可以只是初步地与基站TDMA帧同步，例如通过调整其内部时间参考对准由基站按照开环方式所发送的同步信号。然而，更加精确的同步一般只有在基站确认了无线电话的接入请求之后才会实现，以及给无线电话提供来自基站响应允许无线电话与基站之间所确定的传播时延的无线电话自身所发送的发送信号。藉此信息，无线电话能够调整其TDMA突发以便防止与来自临近TDMA时隙上的到达基站的其它无线电话的突发相互碰撞。
然而，在此种同步之前请求接入的无线电话一般要遭受系统内相对于其它TDMA系统的时间模糊度，因为各种传播时延可能位于覆盖区域内。图4说明了第一个无线电话与第二个无线电话之间的时间关系，其中第一个无线电话几乎与基站同步并且经由TDMA话音信道与基站正在通信，想要接入系统基站的第二个无线电话位于相隔上述基站一定的距离。因为第二个无线电话只是初步地同步，所以其内部时间可能相对于基站的TDMA帧有所偏离，正如图中所示。由于此种时间偏离不可补偿，所以它可能引起如由第二个无线电话发送的RACH突发具有与在临近时隙上第一个无线电话所发送的话音或者数据通信相当大的重叠410。上述重叠可能引起不需要的干扰并且降低通信质量。
正如图5所示，传统的地面TDMA蜂窝无线电话系统可以补偿上述问题，即通过在每个TDMA时隙320内插入保护时间或者保护比特510。保护比特本质上是插入每个时隙的缓冲比特，其中接收单元将会抛弃上述缓冲比特，因为由于存在重叠RACH突发及其它干扰源从而导致可能遭受到破坏。因为地面无线电话系统内的最大时间模糊度相对于一个TDMA帧趋向于相对地较小，所以需要保证可接受信号质量的保护比特的数量一般较少。例如，在GSM系统中，每个时隙内插入了大约68.25个保护比特，它确保无线电话距离基站最大可达35Km的RACH突发将不会引起对其它TDMA突发的过度干扰。
然而，使用保护时间或者比特以便防止RACH突发的重叠对卫星TDMA无线电话系统将是不切实际的，因为一般卫星波束覆盖较大的区域并且从卫星至无线电话具有较远的距离，它们能够相互结合以致产生了远大于传统地面TDMA蜂窝无线电话系统内所遭受的时间模糊度。例如，在具有近似500公里半径覆盖区域的卫星波束内的无线电话通信信号可以具有接近6毫秒(ms)的位于覆盖区域周围的无线电话的差分传播时延，它将导致对RACH突发相当大的时间模糊度。由于一般的TDMA时间帧可能只有几十毫秒(ms)，所需要防止来自未同步RACH突发的保护比特的数量可能接近整个TDMA帧时长的数量级，并且远远大于单个时隙。提高TDMA帧长及提供足够数量的保护比特的时隙长度一般是不切实际的可选方案，因为此种方法将趋于减少通信信道的潜在信息速率。
发明综述根据前面所述，本发明的目的之一是提供用于随机接入时分多址(TDMA)卫星无线电话系统的系统及方法，上述系统及方法能够抵御随机接入信道请求内的时间模糊度。
本发明的另一个目的是提供用于随机接入TDMA卫星无线电话系统的系统及方法，上述系统及方法能够减少随机接入信道请求碰撞的概率。
根据本发明的随机接入TDMA卫星无线电话系统的系统及方法提供了上述目的、优点及其它特征，其中上述TDMA卫星无线电话系统经由从用于话音、数据或者其它通信的时分复用上行链路载波频带所分隔的专用随机接入信道上行链路载波频带通信随机接入信道信号。在按照上行链路载波频带组与每个下行链路载波频带相关联的此种方式分配载波频谱的TDMA卫星无线电话系统中，能够提供用于随机接入的多个专用上行链路载波频带，上述多个专用上行链路载波频带最好与用来从卫星至无线电话同步或者系统控制信号进行通信的下行链路载波频带相关联。
采用用于通信随机接入信道信号的专用上行链路载波频带有助于避免与采用随机接入的TDMA时隙相关的时间模糊度问题，减少与其它通信信号碰撞概率。给随机接入采用专用载波频带也能够排除可能会减少TDMA信道的潜在信息容量的在TDMA时隙内提供较长的保护时间的需要。提供用于随机接入的多个专用上行链路载波频带也能够减少接入请求碰撞的概率，以及合理的复用多个专用随机接入上行链路载波频带能够进一步地减少接入碰撞的概率。通过用于通信随机接入信号的多个专用上行链路载波频带与互补的下行链路载波频带相关联，本发明也能够提供更加有效的频谱资源的利用率。
具体而言，在至少一个卫星与至少一个无线电话之间经由一个包含多个下行链路载波频带及多个上行链路载波频带的载波频谱内通信无线电话通信信号的时分多址卫星无线电话通信系统中，响应至少一个卫星的下行链路通信装置从至少一个卫星到至少一个无线电话经由多个下行链路载波频带通信无线电话通信信号。响应至少一个无线电话的上行链路通信装置从至少一个无线电话到至少一个卫星经由多个上行链路载波频带通信无线电话通信信号。
上行链路通信装置包括用于经由多个上行链路载波频带的时分复用上行链路载波频带通信无线电话通信信号的时分复用信号通信装置。也包含于上行链路通信装置内的随机接入信道信号通信装置从至少一个无线电话到至少一个基站经由多个上行链路载波频带的专用随机接入信道上行链路载波频带通信随机接入信道无线电话通信信号，其中专用随机接入信道上行链路载波频带不同于时分复用上行链路载频频带。随机接入信道信号通信装置可以包括用于从第一个无线电话到至少一个卫星经由第一个专用随机接入信道上行链路载波频带通信随机接入信道无线电话通信信号的装置，以及用于从第二个无线电话经由不同于第一个专用随机接入信道上行链路载波频带的第二个专用随机接入信道上行链路载波频带通信随机接入信道无线电话通信信号的装置。因此，可以经由多个上行链路载波频带通信随机接入信道无线电话通信信号，藉此减少了正在接收的卫星处的随机接入信道无线电话通信信号之间的碰撞概率。
根据本发明的另一个方面，下行链路通信装置包括用于与位于第一个覆盖区域内的无线电话通信无线电话通信信号的装置，以及用于与位于第二个覆盖区域内的无线电话通信无线电话通信信号的装置。随机接入信道信号上行链路通信装置包括用于从位于第一个覆盖区域内的无线电话经由第一个专用随机接入信道上行链路载波频带通信随机接入信道无线电话通信信号的装置，以及用于从位于第二个覆盖区域内的无线电话经由不同于第一个专用随机接入信道上行链路载波频带第二个专用随机接入信道上行链路载波频带通信随机接入信道无线电话通信信号的装置。因此，提供了专用随机接入信道上行链路载波频带的地域复用，它允许合理的频率规划以便减少来自临近覆盖区域的随机接入信道无线电话通信信号的碰撞可能性。
根据本发明的又一个方面，按照下行链路载波频带与一组上行链路载波频带相关联的此种方式分配无线电话通信系统所使用的载波频谱。下行链路通信装置可以经由多个下行链路载波频率之一通信无线电话通信信号，以及随机接入信道信号通信装置可以从与多个下行链路载波频带之一相关联的上行链路载波频带组中经由至少一个随机接入信道上行链路载波频带通信随机接入信道信号。多个下行链路载波频带之一最好是一个同步下行链路载波频带，经由上述同步下行链路载波频带与无线电话进行通信同步信号。因此，可以提供多个专用随机接入信道上行链路载波频带而且同时有效地利用频谱资源。
根据本发明的另一个方面，用于通信时分复用无线电话通信信号至卫星的无线电话包括用于经由时分复用上行链路载波频带通信时分复用无线电话通信信号至卫星的时分多址接入上行链路通信装置，以及用于经由不同于时分复用上行链路载波频带的专用随机接入信道上行链路载波频带通信随机接入信道无线电话通信信号至卫星的随机接入信道信号通信装置。如果卫星在第一个覆盖区域内通信无线电话通信信号至卫星并且通信无线电话通信信号至位于第二个覆盖区域内的无线电话，那么随机接入信道信号通信装置可以包括用于当无线电话位于第一个覆盖区域内时经由第一个随机接入上行链路载波频带通信随机接入信道无线电话通信信号的装置，以及用于当无线电话位于第二个覆盖区域内时经由不同于第一个随机接入上行链路载波频带的第二个随机接入上行链路载波频带通信随机接入信道无线电话通信信号的装置。因此，提供了专用随机接入上行链路载波频带的地域复用，藉此允许合理的频率规划以便减少来自临近覆盖区域内的随机接入信道无线电话通信信号的碰撞可能性。
根据又一个方面，一个用于经由包括多个下行链路载波频带及多个上行链路载波频带进行通信无线电话通信信号至在时分多址卫星无线电话通信系统内至少一个无线电话的卫星，它包括用于经由多个下行链路载波频带通信无线电话通信信号到至少一个无线电话的下行链路通信装置，以及从无线电话至卫星经由多个上行链路载波频带通信无线电话通信信号的上行链路通信装置，上述上行链路通信装置响应至少一个无线电话。
上行链路通信装置包括时分复用信号通信装置，该时分复用信号通信装置用于从无线电话至卫星经由多个上行链路载波频带的时分复用上行链路载波频带通信时分复用无线电话通信信号，例如位于卫星上的天线及接收机。上行链路通信装置也包括随机接入信道信号通信装置，例如位于卫星上的天线及接收机，该装置用于从无线电话至卫星经由多个上行链路载波频带的专用随机接入信道上行链路频带、不同于时分多址上行链路载波频带的专用随机信道上行链路载波频带通信随机接入信道无线电话通信信号的装置。随机接入信道通信信号的装置可以包括用于经由第一个专用随机接入信道上行链路载波频率通信来自第一个无线电话的随机接入信道无线电话通信信号装置，以及经由第二个专用随机接入信道上行链路载波频率通信来自不同于第一个专用随机接入信道上行链路载波频带的第二个无线电话的随机接入信道无线电话通信信号装置。
根据另一个方面，卫星的下行链路通信装置可以包括用于通信无线电话信号至位于第一个覆盖区域内的无线电话的装置及用于信无线电话信号至位于第二个覆盖区域内的无线电话的装置。随机接入信道信号通信装置可以包括用于经由第一个专用随机接入信号上行链路载波频带通信来自位于第一个覆盖区域内的无线电话的无线电话接入信道无线电话通信信号的装置及用于经由不同于第一个专用随机接入信号上行链路载波频的第二个专用随机接入信号上行链路载波频带通信来自位于第二个覆盖区域内的无线电话的无线电话接入信道无线电话通信信号的装置。因此，提供了专用随机接入上行链路载波频带的地域复用，藉此允许减少来自位于临近覆盖区域内的随机接入信道无线电话通信信号的碰撞可能性。
可以如此地划分载波频谱成为多个上行链路载波频带及多个下行链路载波频带，即每个下行链路载波频带与一组上行链路载波频带相关联。下行链路通信装置可以包括用于经由多个下行链路载波频带之一通信无线电话通信信号的装置，以及随机接入信道信号通信装置可以包括用于经由与多个下行链路载波频带之一相关联的上行链路载波频带组的至少一个专用随机接入信道上行链路载波频带进行通信的随机接入信道无线电话通信信号的装置。多个下行链路载波频带之一最好是一个同步下行链路载波频带，经由该同步下行链路载波频带与无线电话通信同步信号。因此，可以提供多个专用随机接入信道上行链路载波频带而且同时有效地利用频谱资源。
根据本发明提供了无线电话接入时分多址卫星无线电话通信系统的方法包括从无线电话至卫星经由专用随机接入信道上行链路载波频带通信随机接入信道无线电话通信信号。响应已通信的随机接入信道无线电话通信信号，分配了不同于上述专用随机接入信道上行链路载波频带的时分复用上行链路载波频带上的时分多址信道。随后经由时分复用上行链路载波频带上的已分配的时分多址信道通信从无线电话至卫星的时分复用无线电话通信信号。
通信随机接入信号的步骤也可以包括从第一个无线电话经由第一个专用随机接入信道上行链路载波频带通信随机接入信道无线电话通信信号至卫星或者从第二个无线电话经由不同于第一个专用随机接入信道上行链路载波频带的第二个专用随机接入信道上行链路载波频带通信随机接入信道无线电话通信信号。对于在卫星通信无线电话通信信号到位于第一个覆盖区域内的无线电话或者通信无线电话通信信号到位于第二个覆盖区域内的无线电话的系统中，通信随机接入信道无线电话通信信号可以包括如果无线电话位于第一覆盖区域内，那么经由第一个专用随机接入上行链路载波频带实施通信随机接入信道无线电话通信信号，或者如果无线电话位于第二覆盖区域内，那么经由不同于第一个专用随机接入上行链路载波频带的第二个专用随机接入上行链路载波频带实施通信随机接入信道无线电话通信信号。因此，可以提供专用随机接入信道上行链路载波频带的地域复用，藉此允许减少来自位于临近覆盖区域内的随机接入信道无线电话通信信号的碰撞可能性。
根据另一个方法的实施，从无线电话通过实施从无线电话至卫星经由专用随机接入信道上行链路载波频带的随机接入信道无线电话通信信号以便接入时分多址接入卫星无线电话通信系统。响应分配的时分多址信道，从无线电话至卫星经由时分复用上行链路载波频带上的时分多址接入信道通信时分复用无线电话通信信号。
附图简述已经说明了本发明的某些目的及其优点，根据下面的详述并且参照下列附图将能够更加全面地域解本发明的其它目的及其优点图1说明了根据现有技术的卫星通信系统；图2说明了根据现有技术的无线电话通信系统的载波频谱的分配；图3说明了根据现有技术的TDMA无线电话通信系统中所采用的时隙及帧；图4说明了根据现有技术的TDMA无线电话通信系统中无线电话之间的时间关系；图5说明了根据现有技术的TDMA无线电话通信系统的TDMA时隙中的比特名称；图6说明了根据本发明的TDMA无线电话通信系统；图7说明了根据本发明的的TDMA无线电话通信系统中的载波频率分配；图8说明了根据本发明的专用随机接入信道上行链路载波频带的复用；图9说明了根据本发明的专用随机接入信道上行链路载波频带的地域复用；图10说明了接入根据本发明的TDMA卫星无线电话通信系统的无线电话；图11说明了用于根据本发明的TDMA卫星无线电话通信系统的卫星；图12说明了接入根据本发明的TDMA卫星无线电话通信系统的工作。
图示实施方案详述至此之后参考附图将更加全面地描述本发明，上述
了本发明的实施方案。然而，可以采用许多不同的形式实现本发明并且不应该把本发明释作来限制此文所提出的实施方案。反之，对本技术领域的技术人员，提供这些实施方案以便公开的内容全面及完全，并且全面地表达本发明的范围。在附图中，同样的编号都指识同样的单元。
现在参考图6及7，说明了根据本发明的时分多址卫星无线电话通信系统。下行链路通信装置630从卫星110至无线电话120通信无线电话通信信号635。类似地，上行链路通信装置640从无线电话120至卫星110通信无线电话通信信号655和665。上行链路通信装置640进一步地包括用于从无线电话120至卫星110通信时分复用无线电话通信信号655的时分复用信号通信装置650，以及用于从无线电话120至卫星110通信随机接入信道无线电话通信信号665的随机接入信道信号通信装置660。
正如图7所示，下行链路通信装置620经由载波频谱200内的多个下行链路载波频带210通信无线电话通信信号。正如本领域的专业技术人员可以理解的，下行链路通信装置620可以包括共同地用于卫星通信系统内以便从一个位置至另一个位置通信无线电话信号的组件。这些组件可以包括下列装置，例如位于卫星110内的经由下行链路及上行链路载波频带发送无线电话通信信号的发射机、位于无线电话120内接收已发送信号的接收机、以及其它通信组件如天线、信号处理器等等，它们采用专用的模拟及数字硬件实现、采用通用的运行计算机软件的计算设备实现、或者上述二者的组合。
上行链路通信装置640经由载波频谱200内的多个上行链路载波频带220通信无线电话通信信号。正如本领域的专业技术人员可以理解的，时分复用信号通信装置650从几个无线电话120通信无线电话通信信号，来往于上述每个无线电话通信信号的信号在一系列的TDMA时隙内进行时分复用。藉此方式，多个无线电话可以以最小的同频道干扰来利用同样的上行链路载波频带，同时允许比传统频分多址(FDMA)系统更加有效的频谱利用率，其中上述传统频分多址(FDMA)系统连续地分配全部的载波频带给单个用户。随机接入信道信号通信装置660工作于专用上行链路载波频带740，它减少了随机接入信道信号对出现于时分复用上行链路载波频带上的TDMA通信的干扰。
正如本领域的专业技术人员可以理解的，上行链路通信装置630可以包括共同地用于卫星通信系统内以便从一个位置至另一个位置通信无线电话信号的组件。例如，这些组件可以包括位于无线电话120内的经由上行链路频带220发送无线电话通信信号的发射机、位于卫星110内接收已发送信号的接收机、以及各种其它通信组件如天线、放大器、交换器件、混频器、解调器、存储器、信号处理器以及其它通信组件，它们采用专用的模拟及数字硬件实现、采用通用的运行计算机软件的计算设备实现、或者上述二者的组合。
正如图7所示，可以在下行链路载波频带210及上行链路载波频带220之间分配载波频谱200以便与每个下行链路载波频带210相关联。正如本领域的专业技术人员可以理解的，此种分配在需要系统的下行链路及上行链路侧上具有近似同样容量的全双工能力的通信系统中是较理想的。根据本发明，下行链路通信装置620可以从卫星110至无线电话120经由多个下行链路载波频带210的同步下行链路载波频带730通信同步无线电话通信信号，以及随机接入信道信号通信装置660可以从无线电话120至卫星110经由与同步下行链路载波频带730相关联的上行链路载波频带740的至少之一通信随机接入无线电话通信信号，藉此有效地利用频谱资源。对本领域的专业技术人员可以理解的是可以在整个下行链路载波频带730或者在一个或多个下行链路载波频带730上通信同步无线电话通信信号。例如，可以在下行链路载波频带730的单个时隙上通信同步无线电话通信信号，并且在具有与用于同步无线电话通信信号互补时隙的上行链路载波频带上通信随机接入无线电话通信信号。对本领域的专业技术人员也可以理解的是尽管优选了前述的载波频带，但是上行链路及下行链路载波频带的其它组也可以用于本发明。例如，随机接入信道上行链路载波频带可以与专用于从卫星至无线电话通信无线电话通信信号如其它时隙或者控制信号相关的不同下行链路载波频带。
多个专用随机接入信道载波频带的使用可以减少随机接入请求碰撞的可能性。正如图8所示，能够各自分配各个无线电话120a-d一个特定的专用随机接入信道上行链路载波频率用于发送RACH突发以便随机地分配随机接入信道载波频带的使用。通过使用多个专用随机接入信道上行链路载波频带，减少了接入请求碰撞的可能性，因为对于两个无线电话更小的可能性是在同样的载波频带上同时发送RACH。正如图9所示，也可以利用地域复用规划，藉此不同的专用随机接入信道上行链路载波频带可以用于无线电话通信系统所服务的不同覆盖区域160a-d。通过利用上述频率复用规划，来自临近覆盖区域的RACH突发具有最小可能地彼此相互干扰，据此减少了在临近区域的无线电话同样的频带上同时发送RACH突发所引起的失败接入及相关问题的数量。
正如图10所示，无线电话120可以包括时分复用信号通信装置650和随机接入信道信号通信装置660，其中时分复用信号通信装置650用于通信时分复用无线电话通信信号至卫星110，随机接入信道信号通信装置660用于通信随机接入无线电话通信信号至卫星110。例如，正如图中所示，时分复用信号通信装置650可以包括同步器651和发射机652，其中上述同步器651安排无线电话通信信号的时间处于合适的TDMA时隙内，上述发射机652经由天线653发送时分复用无线电话通信信号655。类似地，随机接入信道信号通信装置660可以包括发射机661，该发射机经由天线654发送随机接入无线电话通信信号。本领域的专业技术人员可以理解的是发射机、同步器、天线，它们的各种结构可以用于本发明，例如，使用单个宽带天线和发射时分复用的信号及随机接入信号信号二者的发射机。本领域的专业技术人员也可以理解的是时分复用信号通信装置650及随机接入信道信号通信装置660也可以包括其它的通信组件，例如交换器件、放大器、信号处理器等等，它们采用专用的模拟或者数字硬件实现、或者运行于通用的计算机软件实现。
正如图11所示，卫星110可以包括上行链路通信装置640、包含时分复用信号通信装置650、以及随机接入信道通信装置660。例如，卫星110可以包括一个接收机656，该接收机656经由天线657接收诸如由图10所示类型的无线电话120所发射的此种时分复用信号655并且在去复用器654内去复用已收到的信号。类似地，卫星可以包括另一个接收机658，该接收机658经由天线659接收随机接入信道无线电话通信信号665。本技术领域的技术人员可以理解的是其它的结构可以用于本发明，并且时分复用信号通信装置650及随机接入信道信号通信装置660也可以包括下列通信组件，例如交换器件、混频器、解调器、信号处理器以及等等，它们采用专用的模拟及数字硬件实现、采用通用的运行计算机软件的计算设备实现、或者上述二者的组合。
图6的下行链路通信装置630也可以包含于卫星110内。例如，正如图11所示，卫星110可以包括一个发射机631，该发射机631经由天线642通信无线电话通信信号。可以理解的是下行链路通信装置630也可以包括其它的通信组件，例如均衡器、解调器、去复用器、信号处理器以及等等，它们采用专用的模拟或者数字硬件实现、或者运行于通用的计算机软件实现。
提供接入时分多址卫星无线电话通信系统的工作图示说明于图12中(方框图1200)。从无线电话至卫星经由专用随机接入信道上行链路载频频带通信随机接入信道无线电话通信信号(方框图1210)。响应地，分配了不同于专用随机接入信道上行链路载波频带的时分复用上行链路载波频带上的时分多址接入信道(方框图1220)。在分配信道之后，从无线电话至卫星经由时分复用上行链路载波频带上已分配的时分多址接入信道通信时分复用无线电话通信信号(方框图1230)。如果分配了无线电话一个特定专用随机接入信道上行链路载波频带或者如果无线电话处于分配的特定专用随机接入信道上行链路载波频带的特定覆盖区域内，那么通信随机接入信道无线电话通信信号的步骤可以在识别步骤之前(方框图1205)，并且通信随机接入信道无线电话通信信号步骤(方框图1210)基于已分配的专用随机接入信道上行链路载波频带可以包括通信随机接入信道无线电话通信信号。
正如图示实施方案所说明的，本发明提供了经由专用随机接入信道上行链路载波频带通信随机接入信道信号，据此避免了与使用用于随机接入的TDMA时隙可能相关的时间模糊度问题。使用专用的载波频带也能够排除需要提供TDMA时隙内过多的保护时间，上述过多的保护时间可能降低用于话音、数据或者其它通信的TDMA信道的潜在信息容量。提供多个专用随机接入信道上行链路载波频带也能够减少接入请求碰撞的概率，并且允许能够进一步地减少接入请求碰撞的概率的随机载波频带复用或者地域载波频带复用。
在上面的附图及其详述说明中，公布了本发明的典型实施方案，尽管采用了特定的术语，但是它们的使用只具有一般及说明意义并且不是为了限制的目的，本发明的范围在下面权利要求中提出。
权利要求
1．一种用于在至少一个卫星与至少一个无线电话之间经由包括多个下行链路载波频带及多个上行链路载波频带的载波频谱上通信无线电话通信信号的时分多址卫星无线电话通信系统，该系统包括响应至少一个卫星的下行链路通信装置，该装置用于从至少一个卫星到至少一个无线电话经由多个下行链路载波频带通信无线电话通信信号；以及响应至少一个无线电话的上行链路通信装置，该装置用于从至少一个无线电话到至少一个卫星经由多个上行链路载波频带通信无线电话通信信号，上述上行链路通信装置包括时分复用信号通信装置，该装置用于经由多个上行链路载波频带的时分复用上行链路载波频带通信时分复用无线电话通信信号；以及随机接入信道信号通信装置，该装置用于经由多个上行链路载波频带的专用随机接入信道上行链路载波频带通信随机接入信道无线电话通信信号，上述专用随机接入信道上行链路载波频带不同于上述的时分复用上行链路载波频带。
2．按照权利要求1的系统，其中上述的下行链路通信装置包括用于与位于第一个覆盖区域内的无线电话通信无线电话信号的装置；以及用于与位于第二个覆盖区域内的无线电话通信无线电话信号的装置；以及其中上述随机接入信道信号通信装置包括用于从位于上述第一个覆盖区域内的无线电话经由第一个专用随机接入信道上行链路载波频带通信无线电话接入信道无线电话通信信号的装置；以及用于从位于上述第二个覆盖区域内的无线电话经由不同于第一个专用随机接入信道上行链路载波频带的第二个专用随机接入信道上行链路载波频带通信无线电话接入信道无线电话通信信号的装置。
3．按照权利要求1的系统，其中上述的随机接入信道信号通信装置包括用于从第一个无线电话至少一个卫星经由第一个专用随机接入信道上行链路载波频带通信随机接入信道无线电话通信信号的装置；以及用于从第二个无线电话至少一个卫星经由不同于上述第一个专用随机接入信道上行链路载波频带的第二个专用随机接入信道上行链路载波频带通信随机接入信道无线电话通信信号的装置。
4．按照权利要求1的系统，其中上述的载波频谱包括多个下行链路载波频带及按照与上行链路载波频带组相关联的每个下行链路载波频带此种方式分配的多个上行链路载波频带其中上述的下行链路通信装置包括用于经由多个下行链路载波频带之一通信无线电话通信信号的装置；以及其中上述随机接入信道信号通信装置包括用于经由与上述多个下行链路载波频带之一相关联的上行链路载波频带组的至少一个专用随机信道上行链路载波频带通信随机接入信道无线电话通信信号的装置。
5．按照权利要求4的系统，其中上述的下行链路通信装置包括用于经由同步下行链路载波频带通信同步无线电话通信信号的装置；以及其中上述随机接入信道通信装置包括用于经由与上述同步下行链路载波频带相关联的上行链路载波频带组的至少一个专用随机接入信道上行链路载波频带通信随机接入信道无线电话通信信号的装置。
6．一种无线电话，上述无线电话用于在时分多址卫星无线电话通信系统内通信时分复用的无线电话通信至卫星，上述无线电话包括时分复用信道通信装置，该装置用于经由时分复用上行链路载波频带通信时分复用无线电话通信信号至卫星；以及随机接入信道信号通信装置，该装置用于经由不同于上述时分复用上行链路载波频带的专用随机接入信道上行链路载波频带通信随机接入信道无线电话通信信号至卫星。
7．按照权利要求6的无线电话，其中卫星经由第一个下行链路载波频带通信无线电话通信信号至在第一个覆盖区域内的无线电话，以及卫星经由第二个下行链路载波频带通信无线电话通信信号至在第二个覆盖区域内的无线电话，并且其中上述随机接入信道信号通信装置包括用于当无线电话位于第一个覆盖区域内时经由第一个随机接入上行链路载波频带通信随机接入信道无线电话通信信号；以及用于当无线电话位于第二个覆盖区域内时经由不同于第一个随机接入上行链路载波频带的第二个随机接入上行链路载波频带通信随机接入信道无线电话通信信号。
8．一种卫星，该卫星经由一个包括多个下行链路载波频带及多个上行链路载波频带的载波频谱通信无线电话通信信号至时分多址卫星无线电话通信系统内的至少一个无线电话，上述卫星包括下行链路通信装置，该装置用于经由多个下行链路载波频带通信无线电话通信信号到至少一个无线电话；以及响应至少一个无线电话的上行链路通信装置，该装置用于从无线电话至卫星经由多个上行链路载波频带通信无线电话通信信号，上述上行链路通信装置包括时分复用信号通信装置，该装置用于经由多个上行链路载波频带的时分复用上行链路载波频带通信时分复用无线电话通信信号；以及随机接入信道信号通信装置，该装置用于经由多个上行链路载波频带的专用随机接入信道上行链路载波频带通信随机接入信道无线电话通信信号，上述专用随机接入信道上行链路载波频带不同于上述时分复用上行链路载波频带。
9．按照权利要求8的卫星，其中上述下行链路通信装置包括用于通信无线电话信号至位于第一个覆盖区域内的无线电话的装置；以及用于通信无线电话信号至位于第二个覆盖区域内的无线电话的装置；以及其中上述随机接入信道信号通信装置包括用于从位于上述第一个覆盖区域内的无线电话经由第一个专用随机接入信道上行链路载波频带通信无线电话接入信道无线电话通信信号的装置；以及用于从位于上述第二个覆盖区域内的无线电话经由第二个专用随机接入信道上行链路载波频带通信无线电话接入信道无线电话通信信号的装置。
10．按照权利要求8的卫星，其中上述随机接入信道信号通信装置包括用于从第一个无线电话经由话经由第一个专用随机接入信道上行链路载波频带通信随机接入信道无线电话通信信号的装置；以及用于从第二个无线电话经由话经由不同于第一个专用随机接入信道上行链路载波频带的第二个专用随机接入信道上行链路载波频带通信随机接入信道无线电话通信信号的装置。
11．按照权利要求8的卫星，其中上述的载波频谱包括多个下行链路载波频带及按照与上行链路载波频带组相关联的每个下行链路载波频带此种方式分配的多个上行链路载波频带其中上述的下行链路通信装置包括用于经由多个下行链路载波频带之一通信无线电话通信信号的装置；以及其中上述随机接入信道信号通信装置包括用于经由与上述多个下行链路载波频带之一相关联的上行链路载波频带组的至少一个专用随机信道上行链路载波频带通信随机接入信道无线电话通信信号的装置。
12．按照权利要求11的卫星，其中上述的下行链路通信装置包括用于经由同步下行链路载波频带通信同步无线电话通信信号的装置；以及其中上述随机接入信道通信装置包括用于经由与上述同步下行链路载波频带相关联的上行链路载波频带组的至少一个专用随机接入信道上行链路载波频带通信随机接入信道无线电话通信信号的装置。
13．提供了无线电话接入在至少一个卫星与至少一个无线电话经由包含多个下行链路载波频带及上行链路载波频带的载波频谱内通信无线电话通信信号所使用的此种类型的时分多址卫星无线电话通信系统的方法，该方法包括的步骤从无线电话至卫星经由专用随机接入信道上行链路载波频带通信随机接入信道无线电话通信信号；响应已通信的随机接入信道无线电话通信信号，在不同于上述专用随机接入信道上行链路载波频带的时分复用上行链路载波频带内分配时分多址信道；从无线电话至卫星经由时分复用上行链路载波频带上的已分配时分多址信道通信时分复用无线电话通信信号。
14．按照权利要求13的方法，其中卫星通信无线电话通信信号至位于第一个覆盖区域内的无线电话并且信无线电话通信信号至位于第二个覆盖区域内的无线电话，其中通信随机接入信道无线电话通信信号的上述步骤包括的步骤如果无线电话位于第一个覆盖区域内，那么经由第一个专用随机接入上行链路载波频带通信随机接入信道无线电话通信信号，或者如果无线电话位于第二个覆盖区域内，那么经由不同于上述第一个专用随机接入上行链路载波频带的第二个专用随机接入上行链路载波频带通信随机接入信道无线电话通信信号。
15．按照权利要求13的方法，其中通信随机接入信道无线电话通信信号的上述步骤包括的步骤从第一个无线电话经由第一个专用随机接入信道上行链路载波频带通信随机接入信道无线电话通信信号到至少一个卫星或者从第二个无线电话经由不同于上述第一个专用随机接入信道上行链路载波频带的第二个专用随机接入信道上行链路载波频带通信随机接入信道无线电话通信信号。
16．从无线电话接入时分多址卫星无线电话通信系统的方法，上述无线电话通信系统包括至少一个卫星和至少一个无线电话，该方法包括的步骤从无线电话至卫星经由专用随机接入信道上行链路载波频带通信随机接入信道无线电话通信信号；从无线电话至卫星经由时分复用上行链路载波频带上的时分多址信道通信时分复用无线电话通信信号，其中响应已通信的随机接入信道无线电话通信信号以便分配时分多址信道。
17．按照权利要求16的方法，其中卫星通信无线电话通信信号至位于第一个覆盖区域内的无线电话以及通信无线电话通信信号至位于第二个覆盖区域内的无线电话，其中通信随机接入信道无线电话通信信号的上述步骤包括的步骤如果无线电话位于第一个覆盖区域内，那么经由第一个专用随机接入上行链路载波频带通信随机接入信道无线电话通信信号，或者如果无线电话位于第二个覆盖区域内，那么经由不同于上述第一个专用随机接入上行链路载波频带的第二个专用随机接入上行链路载波频带通信随机接入信道无线电话通信信号。
全文摘要
在时分多址(TDMA)卫星无线电话通信系统中,无线电话经由专用随机接入信道上行链路载波频带通信随机接入无线电话通信信号。响应地分配一个在时分复用上行链路载频频带上不同于专用随机接入信道上行链路载频频带的时分多址接入信道。无线电话经由分配的时分多址接入信道通信时分复用无线电话通信信号。经由来自第一个无线电话的第一个专用随机接入信道上行链路载频频带或者经由来自第二个无线电话的不同于上述第一个专用随机接入信道上行链路载频频带的第二个专用随机接入信道上行链路载频频带可以通信随机接入信道无线电话通信信号至卫星。对于卫星通信无线电话与位于第一个覆盖区域内的无线电话进行信号通信及与位于第二个覆盖区域内的无线电话进行无线电话通信信号的系统,如果无线电话位于第一个覆盖区域内,那么经由第一个专用随机接入上行链路载频频带可以通信随机接入信道无线电话通信信号,并且如果无线电话位于第二个覆盖区域内,那么经由不同于第一个专用随机接入上行链路载频频带的第二个专用随机接入上行链路载频频带可以通信随机接入信道无线电话通信信号。
文档编号H04B7/15GK1215513SQ97193679
公开日1999年4月28日 申请日期1997年4月3日 优先权日1996年4月8日
发明者A·哈桑, R·拉梅斯, S·L·雷恩霍尔德, L·W·马森吉尔, E·Y·－P·王 申请人:艾利森公司