低地球轨道分布网关通信系统的制作方法

专利名称：低地球轨道分布网关通信系统的制作方法
技术领域：
本发明总的涉及无线通信系统，具体地，涉及一种应用与地面用户终端相结合的卫星星座的无线通信系统。
通常被称为有线环路规划(WLP)的通信系统，已经被实施或被建议为地球的各个区域提供基本的通信系统或增强已经现存的系统。然而，WLP系统在其规划上必须是精确的，它在扩展业务时由于要获得通行权和考虑环境会经受很长的延迟，具有高的成本／用户比，由于易受自然灾害、被盗窃、和政策上的不稳定因素而造成停止运营，以及也具有高昂的预先的经费投入。
在努力避免或减小这样的问题的过程中，特别是在发展国家中，引入了无线本地环路(WLL)地面通信系统。无线用户环路系统避免了在WLP系统中固有的某些问题，但由于它们典型的较小的覆盖区域以及需要许多“小区”或基站来提供适当的覆盖，实施起来仍旧是很昂贵的。
因此，很希望提供能克服WLP系统中固有的问题的WLL系统，而同时也克服现有的WLL系统中固有的问题。
另外，商用的和其它的用户响应于互联网的广泛分布的使用，正在不断增长地实施TCP／IP协议网络。在当前，很可能TCP／IP将不仅保持优势，而且也将需要能够通过卫星网络来运行。在ACTS(Advanced Communications Technology Satellite(高级通信技术卫星))上的几个实验已经表明，TCP／IP限制信息通过量，以及分析表明这是由于TCP窗口尺寸和用于文件转移协议的TCP“Slow Start(慢启动)”算法造成的。有可能开发另一个协议，通过使用TCP／CP(特别是供卫星使用的)有效地传送信息，然而，许多年来，期望在世界范围内部署的、对于使用地面型的TCP／IP的设备的安装基础是占主要的。
因此，也希望提供这样一种基于卫星的通信系统，它克服在基于卫星的系统中使用传统的TCP／CP和其它的网络协议时固有的问题。
还希望提供这样一种能力，允许一个用户终端呼叫位于至少可由一个卫星提供服务的某个区域内的另一个用户终端，以及在处理该呼叫时使得该在呼叫中所涉及的卫星通信系统中的部分最少。另外，希望扩展本地区域性虚拟网关服务区域的范围和位置。
可以参照在1999年3月16日公布的、Robert A．Wiedeman和Paul A．Monte的、题目为“LOW EARTH ORBIT DISTRIBUTEDGATEWAY COMMUNICATION SYSTEM(低地球轨道分布网关通信系统)”的美国专利NO．5，884，142，该专利内容整体地在此引用，以供参考。
本发明的第一个目的是，提供具有这样一种能力的卫星通信系统，允许一个用户终端呼叫位于至少可由一个卫星提供服务的某个区域内的另一个用户终端，以及在处理该呼叫时使得在该呼叫中所涉及的卫星通信系统中的部分最少。
本发明的第二个目的是，提供增强的无线用户环路通信系统，它提供在WLL终端与地面通信系统之间经过卫星通信系统的单跳连接。
本发明的第三个目的是，提供增强的无线用户环路通信系统，它提供在第一WLL服务区域中的WLL终端与位于第二WLL服务区域中的WLL终端之间经过卫星通信系统的单跳连接。
本发明的再一个目的是，提供具有一个或多个位于地区性的服务区域内的WLL服务区域的卫星WLL系统，以及提供用于结合卫星通信系统自动地处理进入地区性服务区域和从地区性服务区域外出的通信业务量的虚拟网关。
本发明的另一个目的是，提供用于服务于一个或多个本地化的网络区域(诸如一个或多个WLL服务区域、WLP服务区域、和局域网(LAN)服务区域)的基于卫星的通信系统，它允许为固定的和移动的终端提供服务。
本发明的再一个目的是，提供一种具有扩展本地区域性虚拟网关服务区域的范围和位置的能力的卫星通信系统。
本发明的又一个目的是，允许对不在一个网关服务区域或相邻的网关区域的服务区域内的虚拟网关进行定位。
通过按照本发明的实施例的方法和设备，可以克服上述的和其它的问题和实现上述的目的。
这里揭示了一种用于运行通信系统的方法，包括以下步骤(a)在卫星系统网关处接收对于用户终端的呼叫，该呼叫是从另一个用户终端发起的；(b)检验数据库，以确定被呼叫的用户终端是否处在卫星通信系统网关的覆盖区域内；和(c)如果是的话，则形成寻呼消息和发送该寻呼消息给被呼叫的用户终端，该寻呼消息经过至少一个卫星被发送。在被呼叫的用户终端应答寻呼后，该方法还(d)通过使用卫星系统资源建立呼叫，(e)指派主叫用户终端和被呼叫的用户终端中的一个终端作为呼叫持续期间内的呼叫管理者，以及(f)将卫星系统资源临时分配给呼叫管理者用户终端，以供管理呼叫的其余部分之用。建立呼叫的步骤包括分配至少一对初始信道／电路给每个用户终端的步骤。
在完成呼叫时从呼叫管理者用户终端发送呼叫对应表格给网关，以及当把与收费有关的信息从该网关发送到与两个用户终端或其中的一个用户终端有关系的另一个网关时，该网关利用该呼叫对应表格。另一个网关可以是服务于在网关的服务区域内的本地化区域的虚拟网关。
在完成呼叫时，分配的卫星系统资源被释放。
本发明优选地被实施于卫星无线用户环路(SWLL)系统，它消除了在WPL和WLL系统中大多数固有的问题。按照本发明的SWLL系统能够自适应于系统增长，而不凭借不精确的一般用户预测市场调查，一旦卫星系统固定，它就可以快速地被部署，它具有非常低的成本／用户比，以及对于由SWLL系统提供服务的团体或居民区，具有相对较低的投资。
本发明教导了这样一种类型的通信系统，以及用于运行该通信系统的方法，这种类型的通信系统包括一个卫星通信系统段，该卫星通信系统段包括至少一个卫星，它投射多个波束到地球表面。卫星通信系统段还包括至少一个地面卫星网关，它被双向地耦合到至少一个卫星和地面通信系统。在该通信系统中，来自一个或多个卫星的一个和多个重叠的波束在地球表面上规定一个区域，在这个区域内，至少有一个无线用户环路(WLL)服务区域被设置于其中。这个区域在这里也被称为地区性服务区域(RSA)。通信系统还包括地面通信段，它包括能够与在WLL服务区域内的多个WLL用户终端进行双向通信的至少一个WLL基站。地面段还包括被双向地耦合到WLL基站和至少一个卫星的虚拟网关。虚拟网关响应于地面卫星网关，以便暂时承担对卫星系统资源的控制，从而用于双向地连接去向WLL服务区域中的单个WLL用户终端和从WLL服务区域中的单个WLL用户终端发出的通信。
虚拟网关还被双向地耦合到被使用来发射至少一个寻呼和广播消息到一个或多个WLL用户终端的发射机。寻呼和广播消息由虚拟网关经由至少一个卫星从地面卫星网关接收。
还揭示了用于通过一种网关到网关分集技术来扩展网关和虚拟网关的有效的服务区域方法和设备，其中网关被互联起来，以便在呼叫建立时和在呼叫期间在它们之间提供用户终端业务和信令信息。
当结合附图阅读时，从本发明的详细说明将更明白本发明的上述的和其它的特性，其中

图1A-1E是对于解释地区性服务区域的概念和地区性服务区域与WLL服务区域的关系是有用的方框图；图2A-2C是对于解释在卫星通信系统中信号经受的各种传播延时是有用的方框图；图3A-3C是对于解释在卫星通信系统中单跳和双跳信号传播路径的概念是有用的方框图；图4是对于各种类型的卫星通信系统在单跳和双跳情况下有关传播路径对卫星高度的图；图5显示了在WLL服务区域内、在WLL服务区域之间、从地区性服务区域到地区性服务区域、和在地区性服务区域之间、以及到PSTN终端的呼叫的各种事例(A-H)；图6是按照本发明的教导的增强的WLL系统的简化方框图；图7A-14B显示了对于图5所示的各种事例(A-H)的、可在图6的增强的WLL系统中实行的多种不同的呼叫方法；
图15A-15C显示了适合于实现构成图6的增强的WLL系统的一部分的卫星通信系统中的卫星的各种卫星转发器结构；图16A-16D显示了构成图15A的转发器的一部分的变频、放大、和信号处理设备的各种实施例；图17是用户接口单元(这里也被称为虚拟网关)的方框图；图18是显示又一个增强寻呼和广播服务系统的总的系统图；图19是对于解释本发明的各种移动终端业务实施例有用的方框图；图20是对于解释一个WLL服务区域处在两个网关覆盖区域内的情形有用的方框图；图21A和21B显示了一个或多个地区性虚拟网关的使用；图22显示了其中使得一个用户终端能够按照本发明的方面呼叫另一个用户终端的事例；图23是对于解释图22所示的系统的运行是有用的逻辑流程图；图24显示了一种网关到网关分集的可选方案，其中呼叫从一个网关覆盖区域被路由到另一个网关覆盖区域；图25显示了另一种网关到网关分集的可选方案，其中呼叫是从不在任一个网关的网关覆盖区域内的一个地区性服务区域发起的；以及图26-31是对于解释本发明的各种网关到网关分集实施例(其中包括虚拟网关分集的使用)有用的系统图。
首先指出，虽然下面是在基于WLL的系统的环境下描述本发明，但其它的网络类型(例如专用网)也可被采用。通常，理解本发明可提供一种用于把开放型网络(诸如公共交换电话网(PSTN))与封闭型网络(诸如WLL)互联起来和／或互联到单独的用户终端的技术是有用的。虽然下面主要是在单个呼叫到单个实体的环境下进行描述，而不论用户终端是否经过一个到WLL用户的WLL接口，但系统被配置成和运行在可以通过系统的任何部分同时路由多个呼叫的情况。
一个SWLL系统的当前的优选实施例利用了通过一个或多个地面网关进行通信的低地球轨道(LEO)卫星的星座。各个单独的网关被双向地耦合到一个或多个地面通信系统(例如本地公共交换电话网(PSTN))，以及专用和公共数据与话音网络。
以下的美国专利教导了LEO卫星星座图和相关的通信系统的各种方面，它们可被用来实施本发明6／6／95颁布的、E．Hirshfield和C．A．Tsao的、题目为“Mobile CommunicationSatellite Payload(移动通信卫星有用负载)”的美国专利No．5，422，647；4／2／96颁布的、E．Hirshfield的、题目为“ActiveTransmit Phased Array Antenna with Amplitude Taper(带有幅度抽头的有源发送相控阵天线)”的美国专利No．5，504，493；9/5／95颁布的美国专利No．5，448，623和6／11／96颁布的美国专利No．5，526，404即R．A．Wiedeman和P．A．Monte的、题目为“Satellite Communication System Using NetworkCoordinating Gateways Operative with a TerrestrialCommunication System(使用与地面通信系统合作的网络协调网关的卫星通信系统)”；8／3／93颁布的、S．A．Ames的、题目为“Repeater Diversity Spread Spectrum CommunicationSystem(转发器分集扩频通信系统)”的美国专利No．5，233，626；和9／3／96颁布的、F．J．Dietrich和P．A．Monte的、题目为“Antenna for Multipath Satellite Communication Links(用于多径卫星通信链路的天线)”的美国专利No．5，552，798．这些专利内容整体地在此引用，以供参考。
正如将在下面看到的，本发明的教导不限于结合LEO卫星的使用，而是也可以通过使用中地球轨道(MEO)和地面同步轨道(GEO)卫星系统，以及处在其它类型的轨道上的卫星(诸如非常椭圆的轨道)来实施的。在卫星之间的交叉链路也可被本发明的各种实施例得到利用，但它们对于运行是不需要的。
图1A显示了卫星10的总的结构，它产生1到N波束1010，每个波束具有在地球表面上的有关的覆盖区域。按照本发明的一个方面，有可能规定在地面上的一些相邻的或不相邻的区域，它们在这里被称为地区性服务区域(RSA)1011。地区性服务区域1011是由一个或多个虚拟网关提供整体地或局部地服务的地球表面的一部分。这样，在给定的RSA 1011内，可以有一个或多个虚拟网关，每个为RSA 1011的一部分服务。地区性服务区域1011不一定与任何的单个卫星10连接，但通常可以由几个卫星10提供服务。一般地，给定的地区性服务区域1011可以由来自单个卫星10的一个或多个波束1010，或由来自多个卫星的一个或多个波束提供服务。地区性服务区域1011在地球表面上可以具有任意的形状，不一定是相邻的。通常，地区性服务区域1011将由地球表面上的一个多边形规定，它具有被存储在SWLL系统中的某个数据处理装置的存储器(例如，如下所述的网关76、虚拟网关1108、和WLLBS 1105的数据库)中的它的天顶的位置(例如，纬度和经度)。地区性服务区域1011这样可被看作为在地面上的一个规定的区域，它相应于固定的用户终端的位置的数据库，以及实质上是一个显示这些终端的位置的变换表(map)。在本发明的一个实施例中，即，在星上的卫星处理实施例中，该变换表被放在卫星计算机存储器内。在其它的实施例中，变换表被存储在地面设备的数据库中。在本发明的LEO或MEO卫星实施例中，由在轨道上的卫星投射的波束1010相对于地区性服务区域1011移动，服务于地区性服务区域1011的物理波束(和卫星10)的识别号随时间动态地改变。然而，根据卫星天文历数据，有可能计算在任何时刻，哪个卫星和卫星波束正在服务于给定的一个地区性服务区域1011。
图1B显示了位于地区性服务区域1011内的各种类型的通信设备和方法。位于地区性服务区域1011内或该区域附近的有虚拟网关1108，在这里也被称为PSTN链路接口或卫星接口单元(SIU)。虚拟网关1108被分配以在建立、呼叫管理、和呼叫拆除过程时执行的任务，因为这些功能通常是由LEO卫星系统网关76执行的。在本发明的当前的优选实施例中，虚拟网关1108执行这些功能，并且管理卫星系统资源，它们是根据需要在一部分时间内分配给虚拟网关的。也就是说，虚拟网关1108只在建立、呼叫、和呼叫拆除期间，起到本地网关的作用，以及在完成这些功能后，释放其鉴权和它对于系统资源的控制。虚拟网关1108是在系统网关76的控制下，后者在一段有限的时间间隔内把系统资源管理的责任分配给虚拟网关1108。在这段时间间隔期间，分配的资源可以按需要被虚拟网关1108重新分配一次或多次。当然，有可能由虚拟网关1108同时处理许多个呼叫，事实上，在某些情况下，有可能虚拟网关1108在100％的时间是激活的。另外，如上所述，虽然是在到单个实体的单个呼叫的环境下进行描述的，不论用户终端是否经过一个到WLL用户的WLL接口，但系统可被配置成通过系统的任何部分来同时路由多个呼叫。如上所述，一个或多个虚拟网关1108的地面覆盖区域或服务区域被包含在地区性服务区域1011内。
网关76和虚拟网关1108包括一个数据库(分别是76a和1108a)，用于存储例如规定有关的地区性服务区域1011的边界和与地区性服务区域1011有关的授权的用户的识别号的信息。
系统网关76被连接到PSTN 75，它具有与之相连接的PSTN终端75a(例如，电话)。其它的地面通信网(公共的和专用的)也可以被连接到网关76，或可以从网关76达到这些地面通信网。
在地区性服务区域1011内，分别有固定的和移动的终端1202和1106。这些终端中的某些终端希望能有去到和来自本地区域的电信业务。图1C显示了这种类型的业务的一个实施方案。虽然有许多可能的配置，但举例显示了两种，即有线连接和无线连接，以及有可能互联许多中的任一种类型。这些连接可以是经过卫星或地面的互联。
首先考虑有线连接的情形，一个有线连接虚拟网关1108通过干线1207(在这里也称为卫星接口干线单元(例如，参见图18))被连接到PBX 1206。这个装置又通过传统的电话线1205被连接到许多电话1204。PBX 1206以传统的方式运行作为本地环路，允许在电话1204之间进行电话呼叫。干线1207允许本地区域以外的呼叫(有线用户环路)。希望进行有线用户环路范围以外的通信的用户可以使用经过PBX 1206到虚拟网关1108的干线连接，以便通过卫星链路1208进行本地区域以外的通信。卫星链路1208是通过虚拟网关1208、一个或多个卫星10、和网关76(未示出)构成的双向链路，该网关76的服务区域包括由有线用户环路提供服务的区域。这个系统，虽然受限制于在电话1204与PBX 1206之间的安装电话线路1205的要求，但确实允许适当的本地连接。
图1D上显示了具有更宽的利用特性的系统。图1D的系统利用无线用户环路(WLL)来连接用户。无线用户环路(WLL)系统具有覆盖或服务区域1101，也被称为WLLSA。这个WLLSA 1101通常限制于几英里的半径(典型地小于10英里)，服务于位于其范围内的许多用户。用户接入到WLL用户单元1102，其每个具有一个相关的手机1103。也可能具有其它的用户(以下称为固定的虚拟网关用户(FVGWU)，具有FVGWU用户单元1202和有关的手机1203)，他们处在WLLSA 1101以外并希望被连接到WLL，或者被连接到其它WWL、以及具有被连接到其上的终端75a(例如，电话)的PSTN 75。在WLLSA 11O1内，至少有一个无线用户环路基站(WLLBS)1105，它可以包括或不包括交换机。带有WLL设备的用户通过本地射频链路1104被连接到WLLBS 1105。在本地RF链路1104上可以使用任意类型的调制方案，并且这些调制方案不必类似于卫星链路1108上所使用的调制方案。WLLBS 1105通过干线1207被连接到无线连接虚拟网关1108。干线1207可以是一条物理电缆、一对线对、一个射频链路、或任何其它适当的传输媒体。WLLBS 1105可以与虚拟网关1108处在同一个位置。虚拟网关1108被连接到卫星10，从而通过卫星射频链路1208经过网关76(未示出)被连接到PSTN 75或者公共网或专用网。WLLBS 1105包括数据库1105a，它存储描述例与WLL服务区域有关的WLL用户终端的识别号的信息。多个WLLBS 1105可以与一个虚拟网关1108相联系，以及被连接到一个虚拟网关1108。
参照图1E，可以看到，给定的网关76具有相关的网关覆盖或服务区域79。在网关服务区域79内，可以有多个不同的本地化的网络覆盖区域，其中包括WLL区域(WLL 1-WLL 2)、专用网(专用网1-专用网2)、地面蜂窝系统、和WLP区域，其中的某些区域可以重叠。固定用户1206和漫游用户1106可以位于在一个本地化网络覆盖区域以外的网关服务区域79内。本发明的教导可被利用来提供卫星通信业务给任一个或全部的这些不同的本地化的网络覆盖区域、以及固定的和移动的用户1206和1106。
现在参照图18，图上显示了提供各种寻呼和呼叫提醒类型的服务的SWLL系统的实施例。被包括在这种类型的服务中的是对非常小的服务区域的单向广播(非常有限的发射)。实施于卫星接口单元或虚拟网关1108中的分布网关的一个应用项是传递寻呼、消息、低速率数据、SCADA控制、和通过使用其它地面系统向移动用户提供的呼叫提醒。对于这种业务，虚拟网关1108(也被称为PSTN接口单元)，连同其相关的卫星接口干线单元1207一起，经过地面连接1110或其它适当的装置被连接到各个寻呼／广播系统1112。寻呼和广播系统1112借助于寻呼／广播／消息链路1113发送数据给移动终端1106和固定的用户设备。作为使用这样的系统的例子，可以考虑这样一个移动用户1106，它已在某个时间间隔内与系统相联系，以及在网关76处被登录为移动用户。这个用户然后在室内移动。由于网关寻呼消息(通常是用来通知移动用户1106接收到一个呼叫)可能被建筑物阻挡，移动终端1106不能接收寻呼消息。该系统在作出几次与移动终端1106联系的尝试后，在网关76处形成一个消息，并把该消息发送到适当的卫星接口干线单元1207，从而送到寻呼／广播系统1112。寻呼／广播系统1112位于良好的位置(例如，山顶和某个其它的高的地方)。寻呼／广播系统1112又以一个能够成功地穿透建筑物的频率(典型地是较低的频率)广播该寻呼消息。移动用户终端1106由于具有能够自动地或者按用户的要求调谐到较低的频率的适当的接收机，从而被告知有一个呼叫正在等待它。移动用户被提醒后，可移动到一个位置(例如，室外或靠近窗口)，在那里，寻呼消息可被应答以及接入的呼叫可被连接。提供使用这种方法，寻呼／广播系统1112也可被使用来通过寻呼／广播／消息链路1113同时广播数据和消息给许多用户。
本发明的一个特性是消除双跳，以改进通信质量。通常，使用LEO卫星(和MEO)的无线通信被发送到网关76，从而送到PSTN75。如果通信是要到地面的被呼叫方，则通过卫星的“跳跃”延时等于T(delay)=T(digitization)+T(modulation)+T(uplink)+T(sat delay)+T(dnlink)+ T(gateway)；其中上行链路和下行链路延时是卫星高度的函数。对于GEO同步系统的总的延时为T(GEO)=T(digitization)+T(modulation)+ T(sat delay)+ T(gateway)+250ms．对于数字化、调制、和网关作用的典型的数值，将产生100ms的静态延时，外加上传播延时。对于GEO同步情形，这导致360ms的典型值。对于双跳通信链路，这导致720ms的数值。这样大的延时值对于话音产生不能接受的性能，以及实际上对于数据通信是不可接受的。对于低地球轨道卫星，这个延时较低T(LEo)=T(digitization)+T(modulation)+ T(sat delay)+T(gateway)+ [T(uplink)+ T(dnlink)]；其中T(uplink)=从用户到卫星的传播延时以及T(dnlink)=从卫星到网关(或其它设备)的传播延时，或其中T(dnlink)=从用户到卫星的传播延时以及T(uplink)=从卫星到网关(或其它设备)的传播延时。
由于在任一种情形下路径长度是相同的，只有一种需要被考虑。到LEO卫星的延时是从网关76到卫星10、从而到用户的距离的函数。这个距离是卫星的瞬时高度、其轨道位置、和在用户与网关之间的距离的函数。这个延时也随时间改变。
例如，参照图2A，对于直接在1400km的高度的头顶上的卫星，在网关与用户之间的距离为零时，单程路径延时是路径延时(分)=1400×2／300=9．4ms参照图2B和2C，对于在轨道卫星的最大斜距处的用户，用户和网关都具有10度的最小仰角时，路径延时(路径=3500km)为路径延时(分)=3500×2／300=23．4ms这样，总的最大LEO延时是110ms+23．4ms=133．4ms，这产生266．8ms的双跳延时值。虽然133ms的数值对于话音通信以及对于单跳数据通信是非常能接受的，但双跳数值虽然可产生可接受的话音通信，但对于数据会产生很差的性能。
所以，将会看到，重要的是，要使到用户和来自用户的数据通信缩减到单跳配置情况，由此，消除了与双跳情况有关的延时。正如将在下面更详细地描述的，本发明的教导使能在大多数类型的呼叫配置下可以消除双跳延时。
首先考虑惯常的一般情况将是有益的。用户终端典型地被连接到网关，从而连到PSTN 75连接，这是按照以下方式实现的(a)单跳配置，其中呼叫另一个用户的用户按照图3A被连接，(b)通过一个卫星(图3B)，或(c)通过两个不同的卫星(图3C)。在传统的实践中，用户到用户的延时没有被最佳化，呼叫通过交换机被建立，从而造成两倍的延时。也就是，对于GEO双跳延时(GEO-full)=2×单跳延时=2×360ms=720ms。
如果交换机是充分智能的，不必对信号解调就连接到用户，则可以消除延时成分之一，导致双跳延时(LEO-max)=2×单跳延时=2×360ms-11Oms=610ms。
对于在1400km处的LEO卫星，延时是双跳延时(LEO-max)=2×单跳延时=2×133．3ms=266．6ms(最坏情况)，或双跳延时(GEO-min)=2×单跳延时=2×119．4ms=238．8ms(最好情况)。
通过使用智能交换机和消除信号在网关76处的解调，因此可减小延时，这时需只加上另一个路径损耗，(最坏情况下是23．4ms和最好情况下是9．4ms)，再加上在网关处的大约50ms的某些处理附加开销双跳延时(LEO-partial max)=1×133．3ms+23．4ms+50ms=206．7ms(最坏情况)；双跳延时(LEO-partial min)=1×119．4ms+9．4ms+50ms=178．8ms(最好情况)。
对于中地球轨道(MEO)系统(在大约10，312km)，对于10度仰角的双程路径，延时是96ms，以及对于直接从卫星到次卫星点的路径，延时是69ms。这些数值导致在358到412ms之间的双跳延时，或对于最佳情况下的298到352ms。
图4所示的图形概括了对于LEO，MEO，和GEO卫星事例的各种延时。
本发明的教导的重要的方面是信号路径延时的显著减小，从而获得在使用各种数据网(诸如先前提到的TCP／IP网络)时的改进。按照本发明的实施例的通信方法通过采用在卫星上的信号处理和对去向与来自无线用户环路系统的呼叫进行路由，从而有利地减小或消除通过卫星的双跳情形。
现在参照图5，以便说明对于多个地区性服务区域1011连接的呼叫组合的各种事例(A-H)。以下的表格总结了这些各种情况。
表格事例说明A在WLLSA 1101内的呼叫，例如第一WLL用户单元1102经过WLLBS 1105到第二WLL用户单元1105的呼叫。
B往／来于WLLSA 1101中的WLL用户单元1102与处于地区性服务区域1011内、但在WLLSA 1101外面的用户单元1202之间的呼叫。
C往／来于PSTN终端75a与在WLLSA 1101中的用户单元1202之间的、其中经过网关76、卫星链路1208、虚拟网关1108、和WLLBS 1105的呼叫。
D往／来于PSTN终端75a与在地区性服务区域1011内的、但在WLLSA 1101外面的用户单元1202之间的、其中经过网关76和卫星链路1208、以及旁路虚拟网关1108和WLLBS 1105的呼叫。
E往／来于WLLSA 1101中的用户单元1102与同一个地区性服务区域1011内的另一个WLLSA 1101’中的另一个用户单元1102之间的呼叫。
F通过使用WLLBS 1105和虚拟网关1108的、往／来于第一地区性服务区域1011’中的WLLSA 1101’中的用户单元1102与第二地区性服务区域1011内的、但不在第二WLLSA 1101’中的用户单元1102之间的呼叫。
G通过使用WLLBS 1105和虚拟网关1108、以及可能旁路网关76的、往／来于第一地区性服务区域1011’中的一个WLLSA 1101’中的用户单元1102与第二WLLSA 1101”中的第二地区性服务区域1011内的用户单元1102之间的呼叫。
H可能使用网关76的、往／来于地区性服务区域1011中的用户单元1102与在地区性服务区域1011内的、或在另一个地区性服务区域1011’中的另一个用户单元1202(两个用户单元都不在WLLSA 1101中)之间的呼叫。
在所有这些事例中，除了后面的事例(往／来于地区性服务区域1011中的用户单元1102与在地区性服务区域1011内的、或在另一个地区性服务区域1011’中的另一个用户单元1202之间的呼叫)以外，有可能避免利用双跳通信链路，由此可保持信号传播延时尽可能低。除了事例A(即，在单个WLLSA 1101的用户到用户的链路)以外，这些链路可以利用卫星10(以及也可能利用网关76)来完成链接。重要的是，链路接口(网关76和／或虚拟网关1108)可认出呼叫类型，随之路由该呼叫。在本发明的卫星上处理实施方案中，必须卫星10认出呼叫的类型和目的地，并随之路由该呼叫。
图1A-1D上显示了基本互联规划，其中地区性服务区域1011位于卫星波束1010内。地区性服务区域1011的一个目的是增大地面WLL装置，以便形成增强的无线本地环路(EWLL)服务。图6显示了按照本发明的示例性EWLL装置和到远端PSTN 75的连接。无线用户环路系统1100通过某些装置被连接到PSTN 75，这些装置或者是地面的(例如，光纤或微波)或者是卫星链路1300(典型地是非常小孔径终端(VSAT)或其它卫星链路)。在这种情况下，存在有地面无线用户环路系统，它包括被安装在住所内被连接到用户手机1103的WLL用户单元(SU)1102。WLL SU 1102又能够通过光或射频链路1104与无线用户环路基站(WLLBS)1105通信。WLLBS 1105执行在WLL服务区域(WLLSA)1107内往／来于WLL 1102与另一个WLL SU 1102之间的呼叫连接的任务。WLLSA 1107可被看作为地区性服务区域1011的子区域。可以有一个以上的WLLSA 1107位于给定的地区性服务区域1011。在WLLSA 1107外面的连接在本例中是通过虚拟网关1108(也被称为卫星-接口单元)完成的。虚拟网关1108的一个用途是允许进行从WLLSA 1107到被连接到PSTN75的PSTN 75a的呼叫，该PSTN可以位于离开几百或几千哩远的远端位址。VSAT或其它卫星业务链路1300(诸如到LEO卫星通信系统的L波段和S波段链路)把WLLSA 1107连接到卫星10和通过馈送链路1305(例如，C波段和Ka波段馈送链路)连接到网关76，从而连接到PSTN 75。
在这方面可以参考上述的各个美国专利，其中描述了适合于实施本发明的LEO卫星星座和网关结构的实施例。例如，卫星业务链路1300和馈送链路1305可以使用直接序列的码分多址(DS-CDMA)协议。在其它的实施例中，可以使用时分多址(TDMA)协议。因此，应当看到，本发明的教导并不限于任何一种特定的卫星系统结构、轨道高度、调制或接入类型，频段等等。
回到图6，典型地有一个或多个固定电话装置1201位于地区性服务区域1011，它们由于地形的困难、山脉，或二者的组合而被不经济地连接到WLLSA 1107。希望把包括用户单元1202和手机1203在内的固定电话装置1201连接到在地区性服务区域1011内的其它WLLSA用户单元1102，以及进行互相连接。本发明使得便于进行这些连接，而不用通过网关76来路由该呼叫。这个特性提供在网关76处总的通过量利益，以及减小总的系统延时。
仍旧参照图6，有些用户位于地面WLLSA 1107，他们使用电话手机进行呼叫。至少可能有四种类型的呼叫(A)到／来自在WLLSA 1107内的另一个用户的呼叫；(B)到／来自在WLLSA 1107外面的、但在地区性服务区域1011中的另一个用户的呼叫；(C)由WLLSA地面系统内的用户进行的、到／来自PSTN 75的呼叫；以及(D)到／来自在地区性服务区域1011中的固定电话装置1201的呼叫。
现在分别地和更详细地讨论这些各种呼叫的事例(A-D)。
应当看到，虽然对于以下程序的说明是在当前的优选实施例的环境下作出的，但对于这些实施例可以作出各种改变和修正，以及这些改变和修正仍将属于本发明的教导的范围内。
(A)对于到／来自WLLSA 1107内的另一个用户的呼叫的事例，外出的呼叫从用户手机1103被路由到用户单元1102，在那里，业务被数字化、调制、和例如在射频链路1104上被发送到WLLBS1105。通过解调该呼叫而处理该呼叫，并把呼叫发送到WLLBS 1105内的交换机。交换机根据由用户在RF链路1104上发送的信息(被拨打的电话号码)作出用于路由呼叫的决定。在这种情况下，根据路由信息，用户的呼叫被路由到WLLSA 1107内的另一个用户。然后，呼叫被调制到RF载波上，并由WLLBS 1105在链路1104上发送到另一个用户单元1102。通常，交换机根据被拨打的电话号码(或许是用户ID号)作出路由的决定。无论如何，交换机在查询号码或一部分号码后知道呼叫是一个WLSSA 1107内的本地呼叫，因而不把该呼叫连接到虚拟网关1108。在被呼叫的用户单元1102处接收呼叫后，相关的用户终端手机1103被提示，以及如果需要的话，被呼叫方进行应答，从而使业务电路被完成。
具有这种特征的许多呼叫是可能的，因为WLLBS 1105可被做成处理多达100或更多的同时进行的呼叫。取决于呼叫模式，这个数目的电路可支持总数为200-5000个用户。地面本地环路RF系统的范围可以使得覆盖的区域限制到半径约10km，或约315平方公里的范围。
进入用户终端手机1103的呼叫以同样的方式完成。在这种情况下，WLLBS 1105只需要识别用户正在呼叫另一个WLLSA用户单元。一个小型PBX装置是对于本用途所必须的全部设备。PBX设备可以使用数字交换，询问被保持在存储器中的数据库，以完成对于外出的和进入的呼叫的寻址功能。
图7A和7B上显示了对于从一个WLLSA用户单元1103到另一个WLLSA用户单元1103的进入和外出呼叫的用于建立呼叫的信令。呼叫信令的细节对于不同的WLL系统可以是不同的，但总括地，处理过程将类似于图7B所示的过程。如上所述，手机1103的用户拨打在同一个WLLSA 1107内的另一个WLLSA用户手机1103。主叫用户单元通知WLLBS 1105，它确证用户是处在WLLBS数据库中以及是授权的。然后，WLLBS 1105发起呼叫建立程序。WLLBS 1105接收拨打号码，分配信道和启动呼叫定时器。主叫WLL用户单元和被呼叫的WLL用户单元由WLLBS 1105信令通知他们被分配的供使用的信道对(发送和接收)。然后，用户单元移到所分配的信道对，以及开始通信业务。通信继续进行，直至一个用户单元断开连接为止。在这时，WLLBS 1105接收一个挂机信号，停止呼叫定时器，以及解除对用来完成呼叫的WLL系统资源的分配，例如，解除对所指定的信道对的分配。用户单元回到待机状态，正如WLLBS 1105所进行的那样(假定它不是处在处理其它呼叫的过程中)。
在这时，讨论呼叫计费将是有益的。对于呼叫计费有两种方案。第一种是基于卫星的，以及第二种是基于WLL的。
首先考虑基于卫星的计费方案，在完成通信建立后，在卫星10上启动呼叫定时器，以便对呼叫的持续时间计时。经历的通话时间在呼叫终端处被登录。在呼叫结束后，呼叫者1203的通话时间和识别号(或可能)与其它的呼叫计费被结合在一起，并通过链路1305被发送到网格76用于处理。替换地，它可通过链路1300被发送到虚拟网关1108，从而发送到WLLBS 1105以用于收费。
在第二种的基于WLL的计费方案中，在WLLSA 1107内的到／来自地区性服务区域1101中的用户1203的本地呼叫可以在WLLBS1105内被进行计量。这只使得在WLLSA 1107外面的那些呼叫(即，到PSTN 75的那些呼叫)在卫星10或者在地面上在网关76处被计量。
(B)到／来自在WLLSA 1107外面的、但在地区性服务区域1011中的另一个用户的呼叫的事例(以后简称为固定的虚拟网关用户(FVGWU)1203)，一个从WLL SU 1102到FVGWU 1203的外出呼叫(业务)被数字化、调制、和在RF链路1104(见图1D)上发送到WLLBS 1105。注意，手机1103和用户单元1102可以是单个单元，以及此后可以被合在一起称为WLL用户单元(SU)1103。该呼叫由卫星-接口单元或虚拟网关1108在卫星链路1208上(更具体地在链路1302上(图6))被路由到可见的卫星10。信号结构(例如，超帧)被充分解调，以便确定呼叫是从哪个地区性服务区域1011发起的，或如前面讨论的那样被处理的。
正如前面表示的，地区性服务区域1011是在地面上的一个区域，它相应于用户终端位置的数据库，实际上是变换表。在本发明的一个实施例中，即在卫星上的处理实施例，这个变换表被装载在卫星计算机存储器内。这个位置可被不同卫星的多个波束所覆盖。地面运行控制中心(GOCC)77(图6)获知卫星10的情况、可提供的系统资源、和系统时间。按照一个被预先装载到现在服务于包括地区性服务区域1011在内的区域的卫星中的预先规定的计划，关于哪个卫星处理该呼叫的决定，可以根据由GOCC 77通过网关76发送到卫星10的信息而被联合地作出。按照该信息而选择的适当的卫星10接受在地区性服务区域内发起的呼叫。然后，作出路由的决定。卫星10根据所拨打的电话号码，确定呼叫是给某个位于WLLSA 1107内的另一个用户的。卫星10把呼叫请求通过到卫星链路接口1108的链路1300(图6)传送到WLLSA 1107。呼叫请求被接收，并且在解调后被发送到完成呼叫建立的WLLBS 1105，并通过链路1104发送到用户单元1102，从而到手机1103。更详细地，该呼叫是通过解调在虚拟网关1108内的RF信号而被处理的，然后被发送到WLLBS 1105内的交换机。RF电路被指派来处理该呼叫，然后把它调制在RF载波上，并由WLLBS 1105通过链路1104发送到WLL用户单元1102。通常，WLLBS交换机根据所拨打的电话号码(也可能是用户ID号码)作出路由决定。无论如何，交换机在查询电话号码或一部分的电话号码以后获知呼叫是WLLSA 1107内的本地呼叫，并且不把该呼叫连接到虚拟网关1108。在WLL用户单元1102接收呼叫以后，用户单元(SU)1102产生提醒信号(如果想要被呼叫方回答的话)，以及业务电路被完成。许多具有这种特性的呼叫有可能同时进行，这只受虚拟网关1108的容量限制。
本地环路RF系统的地区性服务区域1011的范围通常是很大的，典型地只受卫星10的可见区域限制。一般地，在卫星10上将有许多波束，以及该区域比起从卫星看到的区域小。正如前面讨论的可以有任意数目的地区性服务区域1011被多个卫星波束覆盖。
从FVGWU 1203到用户手机的进入呼叫是以同样的方式完成的。
在来自位于WLLSA 1107以外的、但在包含WLLSA 1107的地区性服务区域1011内的FVGRU 120的外出的呼叫事例中，卫星10只需要得知FVGWU 1203正在呼叫WLLSA用户单元组1102中的成员，然后把呼叫直接路由到虚拟网关1108，而不是网关76。对于完成该呼叫所必须的一切就是WLLBS 1105处的小PBX装置。整个装置可以使用数字交换机，查询被保存在存储器中的数据库，以执行用于外出呼叫的寻址功能。
对于来自WLLSA 1107内的WLL SU 1102的、和指向地区性服务区域1011内的FVGWU 1203的进入呼叫事例，WLLBS 1105只需要获知被呼叫方是地区性服务区域1011内的终端组的成员，把呼叫建立信息传送到虚拟网关1108，后者又把这个信息传送到服务于FVGWU 1203的地区性服务区域1011的卫星10。然后，卫星10把该呼叫路由到适当的波束以及建立呼叫。
现在参照图8A-8D，图上显示了一个实施例，其中对于到位于WLLSA 1107外面的、但在地区性服务区域1011中的另一个用户呼叫的事例B，由卫星10进行的在卫星上的信号处理是不需要的。
首先参照用于从WLL用户单元1103到FVGWU 1203的外出呼叫的图8A和8B，WLL用户单元1103的用户拨打FVGWU 1203的号码，因此发出一个要求服务的请求给WLL 1105。WLLBS 1105检验其本地WLLBS数据库1105a，并发现被拨打的号码不是与WLLSA1107有关的。WLLBS 1105然后通知虚拟网关1108请求服务，并把所拨打的号码传送给虚拟网关1108。虚拟网关1108验证被呼叫的FVGWU 1203处在地区性服务区域1011内，通过卫星10通知网关76请求卫星服务，并把所拨打的号码发送给网关76。网关76接收FVGWU 1203的电话号码，验证该电路是可提供的，并且对用户进行鉴权。然后，网关76通过卫星10寻呼在RSA(n)中的FVGWU1203。如果可运行的话，FVGWU 1203接收寻呼，应答寻呼(ACK)，并开始准备进行在线。网关76接收ACK，分配一个信道／RF电路对给FVGWU 1203，并通知FVGWU 1203，FVGWU 1203然后转移到分配的信道以及进入待机，等待连接。网关76也通知虚拟网关1108，发送该信道／电路对分配以及进入待机。虚拟网关1108转移到分配的信道／电路，并通知WLLBS 1105它已准备好接收。FVGWU 1203在得到它的分配的信道／电路信号后通知虚拟网关1108它已经处于在线。虚拟网关1108接收在线指示，启动呼叫定时器，以及进入待机，等待连接。WLLBS 1105在接收到这个已准备好接收信号后，分配一个WLL-信道／电路对，启动它自己的呼叫定时器，并将信道分配通知给WLL用户单元1103。然后，所有的单元被连接，以及电话呼叫业务开始在所分配的该信道对上双工运行。任一个单元都可以使呼叫终结。断开连接的单元发送挂机消息给虚拟网关1108(或一个发送相同的消息给虚拟网关1108的WLLBS 1105)，以及呼叫定时器停止。虚拟网关1108然后通知WLLBS 1105和网关76，从而释放信道／电路资源。作为响应，于是每个单元登记呼叫时间，以便用于将来的收费，并且所有的单元进入待机，等待下一次呼叫。
对于从FVGWU 1203到WLLSA用户单元1103的进入呼叫的事例，呼叫将按以下的方式进行(图8C和8D)。FVGWU 1203拨打WLL用户单元1103的电话号码。网关76验证一个电路是可提供的，接收服务请求，对FVGWU 1203进行鉴权，以及进行处理呼叫。网关76检验由FVGWU 1203拨打的号码后，从所存储的数据库76a得知该呼叫不是去到PSTN 75，而是针对位于WLLSA#1中的一个号码(或被分配给网关76的另一个WLLSA 1107)的。网关76然后通知WLLSA虚拟网关1108要请求一个进入的呼叫。虚拟网关1108接收服务请求，并通知有关的WLLBS 1105去请求一个服务链路给所拨打的号码。虚拟网关1108在这时也可以与网关76建立一个暂时的号码，以用于收费目的。然后，服务请求被WLLBS 1105接收，后者然后验证拨打的用户号码电话是否可供使用。如果不是的话。WLLBS1105通知虚拟网关1108，虚拟网关1108又通知网关76，以便向FVGWU 1203指出所拨打的号码是不能提供的。如果拨打的电话是可提供的，则WLLBS 1105通知WLL用户单元1103进行振铃。如果WLL用户单元1103是占线，则把忙信号报告回FVGWU 1203，以及该呼叫没有完成。如果拨打的电话被提示，但没有回答，则该提示被正在摘机的FVGWU 1203终结，或由虚拟网关1108暂停。如果被呼叫的WLL用户单元1103摘机，则WLL用户单元1103响应于先前接收的、由WLLBS 1105发送的寻呼而发送ACK(应答)消息。WLLBS 1105然后把ACK的接收通知虚拟网关1108，并建立呼叫的WLL环路终点。WLLBS 1105分配一个能进行双工运行的频道对，转移到所分配的信道对，和进入待机。WLL用户单元1103接收分配的信道对，移到分配的信道对，和进入待机。同时，虚拟网关1108发送寻呼应答给网关76。网关76接收寻呼应答，验证电路的可提供性，分配它自己的(卫星)信道／电路对，通知 FVGWU 1203关于使用哪个信道／电路对，分配一个(卫星)信道／电路对(这不一定是与FVGWU 1203的相同的信道／电路对)给虚拟网关1108，然后进入待机，直至被告知不再需要分配的信道／电路对为止。虚拟网关1108于是转移到所指定的信道／电路对，并进入待机状态。FVGWU1203在转移到分配的信道／电路对以后通过卫星10发送一个“在线”消息给虚拟网关1108，然后卫星10通知所有涉及的单元从待机状态进到连接状态(这个步骤可以免除)。虚拟网关1108然后通知WLLBS 1105，以及启动呼叫定时器。WLLBS 1105也可以启动它的呼叫定时器(如果想要的话)以及该呼叫继续进行下去。任一个单元都可造成呼叫终结。断开连接的单元发送挂机消息给虚拟网关1108(或发送相同的消息给虚拟网关1108)的WLLBS 1105，以及所有的工作的呼叫定时器停止，虚拟网关1108通知WLLBS 1105和网关76，从而释放信道／电路资源。然后，每个单元登记呼叫时间以用于将来的收费，以及所有的单元进入待机，等待下一次呼叫。
(C)现在转到由WLLSA地面系统内的WLL用户的到／来自PSTN75的呼叫的事例，来自WLLSA用户的外出的呼叫被从手机1103路由到用户单元1102，在那里业务被进行数字化、调制、和通过射频(RF)链路1104发送到WLLBS 1105。然后，通过解调接收的RF信号来处理呼叫，并把它发送到WLLBS 1105内的交换机。交换机根据由用户通过RF链路发送的信息作出对于路由的确定。在这种情况下，用户的呼叫经由卫星RF链路1300被路由到PSTN 75和反馈链路1305，这是通过与虚拟网关1108的连接而实现的。这个过程是通过首先把来自WLLSA 1105单元的服务请求传送到虚拟网关1108而完成的。虚拟网关1108又接下来通过链路1300和1305通知网关76请求一个服务链路。该请求被网关76接收，以及被处理，从而通知PSTN 75建立到被呼叫方的呼叫。同时，虚拟网关1108和网关76从一个被使用来进行呼叫请求的接入信道移到一个业务信道，并开始最后的呼叫建立。在被呼叫方摘机后，通信开始。呼叫计时和收费是由网关或可替换地由WLLBS 1105来完成的。
在这种情况下，WLLBS 1105只需要得知被呼叫方是PSTN终端75a，而不是另一个WLLSA用户单元1102或FVGWU 1203。
应当指出，在卫星上处理的实施例中，某些或所有的网关执行的功能可以在卫星10上完成。
到WLLSA用户单元1102的进入呼叫可以在世界任何地方的任何的PSTN终端75a处发起。呼叫者拨打WLLSA 1107内WLL手机1103的号码。PSTN交换系统把呼叫路由到服务于包含WLLSA 1107的地区性服务区域1011的网关76，被呼叫的WLL用户单元1102位于该WLLSA 1107中。网关76的数据库76a包含了用于表明可以通过与特定的地区性服务区域有关的一个特定WLLBS 1105达到被呼叫的WLL用户单元1102的信息。然后，网关76搜索数据库76a，以便定位一个适当的虚拟网关1108。网关76于是搜索数据库76a以便定位一个合适的虚拟网关1108。临时电话号码的分配由网关76作出，并且将它与进入的呼叫相联系，以便进行收费。然后通知所选择的虚拟网关1108去把被呼叫的号码(不是临时号码)传送到处理呼叫请求的WLLBS 1105，然后通过RF链路1104去通知被呼叫的WLL用户单元1102。作为响应，有关的手机1103被提示。在手机1103进行摘机后或与提示过程同时地，在Rf链路1104的空闲信道上建立一个链路，该RF链路1104可以是也可以不是先前被用来通知WLL用户单元1102的同一个RF链路，以及呼叫继续进行下去。WLLBS 1105和网关76可以监视呼叫时间，以及可由二者的任一个来完成收费。
在上述的例子中，网关76的数据库76a被请求来存储被分配给地区性服务区域1011和WLLSA 1107的WLLSA用户单元1102的电话号码。
如以前那样，应当指出，在卫星上处理实施例中，某些或所有的网关执行的功能可以在卫星10上完成。
现在参照用于非卫星上的卫星信号处理实施例的图9A和9B，首先指出，对于卫星上的卫星信号处理的替换方案利用传统的“弯曲管道(bent pipe)”卫星转发器通过与虚拟网关1108和网关76的组合进行到／来自PSTN 75的呼叫。一个从WLLSA用户单元1102进行的到PSTN终端75a的呼叫以以下的方式被处理。WLL用户摘机，拨打PSTN终端75a的电话号码。WLLBS 1105在Rf链路1104的接入信道上接收服务请求，检验它的数据库1105a，以及确定该呼叫不是到WLLSA 1107内的另一个WLL用户单元1102的本地呼叫(见图7A和7B)。WLLBS 1105发起对于卫星电路的请求，并把该请求连同被呼叫的电话号码一起转发到虚拟网关1108。虚拟网关1108首先进行检验，以便弄清电话号码是否与地区性服务区域1011内的一个用户终端(例如，FVGWU 1203之一，如图8A和8B所示)有关。由于这不是属于本例的情况，虚拟网关1108构成PSTN或其它的WLLSA服务请求，并把服务请求和所拨打的电话号码通过卫星10转发到网关76。网关76接收服务请求和电话号码，检验用来处理呼叫的电路的可提供性，对请求者进行鉴权，以及发起到PSTN 75的呼叫请求。在建立PSTN 75程序后进行呼叫建立。在一个成功的PSTN连接后，网关76接收关于PSTN终端75a已摘机的指示，分配信道／电路对给虚拟网关1108，接通网关76呼叫定时器，以及进入离线状态，等待来自虚拟网关1108的、关于呼叫已完成的信号。虚拟网关1108接收来自网关76的、关于PSTN已经摘机的指示，转移到该信道／电路对，以及通知WLLBS1105它已准备好接受业务。虚拟网关1108也启动它的呼叫定时器。WLLBS 1105分配在RF链路1104上的WLL频道对，以及可任选地启动它自己的呼叫定时器。WLL用户单元1102转移到分配的WLL频道对，以及所有的单元开始呼叫业务。任何一个单元的终止都能使呼叫终结。断开连接的单元发送挂机消息给虚拟网关1108(或给WLLBS 1105，它将发送类似的消息给虚拟网关1108)，以及呼叫定时器停止。虚拟网关1108通知WLLBS 1105和网关76释放分配的信道／电路资源，每个单元然后登记呼叫时间，以用于将来的收费，以及所有的单元进入待机，等待下一次呼叫。
现在讨论从PSTN 75到WLL用户单元1102的进入呼叫的事例。参照图9C和9D，从PSTN 75发起的到WLLSA用户单元1102的呼叫以以下的方式被处理。PSTN 75呼叫者在终端75a拨打指派到WLL用户单元1102的电话号码。这个号码被PSTN 75获知为是与网关76有关的。网关76得到，然后它验证电路是可提供的，并验证号码是在WLLSA#1(或拨打的WLLSA)内，构成一个服务请求，以及通知与拨打的WLLSA用户单元1102有关的适当的WLLSA虚拟网关1108。虚拟网关1108接受服务请求，以及通知与拨打的号码有关的WLLBS 1105。虚拟网关1108通知WLLBS 1105有服务请求。WLLBS 1105验证SU 1102是可提供的，并且寻呼WLL用户单元1102。WLL用户单元1102接收寻呼，以及如果用户进行摘机，则发送对寻呼的应答给WLLBS 1105。WLLBS 1105通知虚拟网关1108，以及分配WLL RF信道对给WLL用户单元1102。虚拟网关1108接收WLLBS信号，并发送应答给网关76。WLL用户单元1102接收从WLLBS 1105所发送的信道对分配，转移到分配的频率，以及进入待机状态。WLLBS 1105然后也转移到分配的频率。网关76接收来自虚拟网关1108的应答，验证它已准备好，分配一个卫星信道／电路对给虚拟网关1108，通知PSTN75它已准备好，然后进入离线状态，等待来自虚拟网关1108的关于呼叫已经结束的信号。PSTN 75然后处理来自网关76的准备好的指示，并且连接终端75a。虚拟网关1108转移到分配的卫星信道／电路对，通知WLLBS1105它已准备好，启动它的呼叫定时器，以及进入待机。WLLBS1105接收准备好的信号，可任选地启动它自己的呼叫定时器，于是呼叫连接完成，以及通过WLLBS 1105传送业务。任一个单元的终止都可造成呼叫终结。断开连接的单元发送挂机消息给虚拟网关1108(或WLLBS 1105，它发送相同的消息给虚拟网关1108)，所有的呼叫定时器停止，以及虚拟网关1108通知WLLBS1105和网关76去释放分配的信道／电路资源。然后每个单元登记呼叫时间以用于将来的收费，以及所有的单元进入待机，等待下一次呼叫。
(D)现在讨论到／来自没有被连接到PSTN 75的地区性服务区域1011内(例如，FVGWU 1203)或在WLLSA 1107内的固定的电话装置1201的呼叫的事例。来自FVGWU 1201的外出的呼叫被从手机1203路由到用户单元1202，在这里，业务被是数字化、调制、和通过射频(RF)链路(即，卫星RF链路1300和馈送链路1305)上的接入信道发送到网关76。然后，通过解调接收的RF信号来处理呼叫，并把呼叫号码发送到地面系统PSTN 75内的交换机，交换机根据从FVGWU 1203通过RF链路发送的信息作出对于路由的决定。网关76分配业务信道／电路，以及通知FVGWU用户单元1202要被使用的业务信道／电路，此后FVGWU 1203和网关76从接入信道转移到分配的业务信道，以及开始最后的呼叫建立。通信在被呼叫的PSTN终端75a摘机后开始。在这种情况下的呼叫计时和计费是由网关76完成的。
在这种情况下，网关76只需要获知呼叫是到PSTN 75的，而不是另一个WLLSA用户或地区性服务区域1011用户。
到FVGWU 1203的进入呼叫可以在世界任何的PSTN终端75a处发起。呼叫者拨打FVGWU手机1203的电话号码，以及PSTN75交换系统把呼叫路由到服务于包含FVGWU 1203的地区性服务区域1011的网关76。网关76从它的数据库76a获知可以在特定的地区性服务区域1101处与FVGWU 1203取得联系。在接入信道上发送一个寻呼信号到FVGWU 1203，以及FVGWU 1203被提示。在进行摘机后(或与提示过程同时地)，业务链路在可提供的卫星信道／电路上被建立，以及进行呼叫。在这种情况下，网关76用它的呼叫定时器监视所经过的呼叫时间。
在这种情况下，网关76知道被分配给地区性服务区域1011的FVGWU 1203的电话号码。
如以前那样，应当指出，在这个卫星上处理实施例中，某些或所有的网关执行的功能可以在卫星10上完成。
现在参照用于非卫星上处理事例和用于从FVGWU用户单元1202到PSTN75的外出呼叫的事例的图10A和10B，FVGWU 1203拨打PSTN 75a电话号码，以及发送服务请求给网关76。网关76接收电话号码和服务请求，以及判决该号码是否属于RSA 1011内的号码。如果不是的话，网关76验证卫星电路是可提供的，并对用户进行鉴权，以及通过传送这个请求来发起与PSTN 75的呼叫通话。PSTN 75接收呼叫建立消息，并按照其正常的程序发起服务请求。在完成后，PSTN 75通知网关76，后者于是分配业务信道／电路对给FVGWU 1203，并接通网关76呼叫定时器。FVGWU 1203转移到分配的业务频率，以及通过网关76和卫星RF链路连接到PSTN终端75a。任一个单元的终止都可造成呼叫终结。断开连接的单元发送挂机消息给网关76以及网关的呼叫定时器停止。网关76释放分配的业务信道／电路资源，登记呼叫时间以用于将来的收费，以及所有的单元进入待机，等待下一次呼叫。
对于从PSTN 75到FVGWU 1203的进入呼叫的事例，并且参照的图10C和10D，通过拨打FVGWU 1203的电话号码，进行从PSTN终端75a到FVGWU 1203的呼叫。PSTN 75把呼叫请求路由到与地区性服务区域1011有关的网关76(以及如果FVGWU 1203是与地区性服务区域1011有关的WLLSA居住区的成员的话)。网关76验证卫星电路和FVGWU 1203是可提供的，并且构成服务请求，以及验证所拨打的号码是在地区性服务区域1011#x内(它可以是被分配给网关76的多个地区性服务区域1011中的一个服务区域)。网关76然后在接入信道上寻呼FVGWU 1203。FVGWU 1203接收寻呼，以及假定FVGWU 1203进行摘机，则把对于寻呼的应答在接入信道上发送回网关。网关76接收寻呼，验证它已经备好，分配业务信道／电路对，以及通知(如果必要的话)PSTN 75它已经备好。分配的信道／电路对被发送到FVGWU 1203，然后FVGWU 1203转移到所分配的业务信道／电路，并通知网关76，然后进入待机状态。网关76然后转移到分配的业务信道／电路，并启动呼叫定时器，所有的单元都进行连接，以及呼叫业务开始。任一个单元的终止都可造成呼叫终结。断开连接的单元发送挂机消息给网关76以及呼叫定时器停止。网关76释放分配的业务信道／电路资源，登记呼叫时间以用于将来的收费，以及所有的单元进入待机，等待下一次呼叫。
在这样描述了生命列出的四种基本呼叫事例后，应当看到，还存在着这四种基本事例的各种子事例和置换。现在就参照图11A，11B，12A-12D，13A，13B，14A和14B讨论几种这样的子事例。在说明这些图时，应当再次指出，应当指出，在卫星上处理实施例中，某些或所有的由网关76执行的功能可以在卫星10上完成。
第一子事例是涉及从WLLSA 1107到同一个地区性服务区域1011内的另一个WLLSA 1107的呼叫。来自第一WLLSA 1107中的WLLSA用户的外出的呼叫从用户手机1103被路由到用户单元1102，在这里，业务被数字化、调制、和通过射频链路1104被发送到WLLBS 1105。WLLBS 1105然后通过询问它的数据库1105a验证该呼叫不是本地呼叫。在一个实施例中，呼叫请求被传送到虚拟网关1108，后者确定该呼叫是到位于在同一个地区性服务区域内的第二WLLSA中的WLL用户的。在第二实施例中，虚拟网关1108把呼叫请求和被呼叫的号码转发给网关76，然后网关76确定该呼叫是到RSA内的一个号码，即到另一个WLLSA 1107。网关76通知相关的虚拟网关1108建立到它的一个有关的WLLBS 1105的呼叫。WLLBS 1105通过RF链路1104通知被呼叫的WLL用户单元1102，由此提示手机1103。同时地或可任选地顺序地，网关76移动它的频率，以及把要被使用的卫星业务信道／电路通知给与被呼叫的和主叫WLL用户单元1102有关的两个虚拟网关1108，此后虚拟网关1108从接入信道转移到分配的业务信道，以及开始最后的呼叫建立。当所有的单元被连接时通信开始。计时和计费是由网关76和／或由WLLBS 1105与虚拟网关1108二者或其中之一来完成的。
在这种情况下，网关76只需要获知呼叫是到另一个WLL用户单元1102的，而不是到PSTN终端75a或FVGWU 1203的。
进入的呼叫是与上述的相同的方式被处理的。
现在参照用于从一个WLLSA用户单元1102到不同的WLLSA1107中的另一个WLLSA用户单元1102的外出呼叫的事例的图11A和11B，其中没有在卫星上的卫星信号处理。在WLLSA#1中的用户拨打在WLLSA #N中的另一个WLLSA用户。WLLBS #1 1105接收服务请求，以及在发现该号码不是在它的WLL数据库1105a中以后，便形成一个卫星服务请求，并把该服务请求消息转发到虚拟网关#1 1108以请求卫星服务。虚拟网关#1通过在链路1300和1305上发送一个消息而请求来自网关76的服务。网关76接收到服务请求和所拨打的号码，并验证该号码是处在地区性服务区域内和可由网关76提供服务的，以及寻呼与WLLSA #N和所拨打的号码有关的虚拟网关#N 1108。虚拟网关#N 1108接收寻呼，验证WLLSA #N用户是合法的，以及通知WLLSA #N WLLBS 1105。WLLBS #N 1105验证用户是可提供的，以及寻呼WLL用户单元1102。在WLLSA #N中的WLL用户单元接收到寻呼，以及当手机1103进行摘机时，发送一个对寻呼的应答给WLLBS #N 1105。WLLBS #N 1105把一个“已准备好”的应答通知给虚拟网关#N 1108，虚拟网关#N 1108又把“已准备好”的应答通过卫星链路转发到网关76。网关76验证准备条件，以及通知虚拟网关#1，虚拟网关#1又通知WLLBS #1 1105它已准备好。WLLBS 1105 #1分配业务信道／电路对给WLL用户单元#1，后者然后转移到分配的信道／电路对以及进入待机状态。同时，网关76分配卫星业务信道／电路给虚拟网关#N 1108，后者然后转移到分配的信道／电路以及通知WLLBS #N 1105它已准备好，并且启动它的呼叫定时器，以及进入待机。WLLBS #N 1105分配业务信道／电路给WLL用户单元#N，启动它的呼叫定时器，以及进入待机状态。WLL用户单元#N1102接收到分配的信道／电路，移到分配的信道／电路，以及进入待机。然后所有的单元进行连接，以及业务开始。任一个单元的终止都可造成呼叫终结。断开连接的单元发送挂机消息给与进行终结的WLL用户单元有关的WLLBS1105。WLLBS 1105然后通知有关的虚拟网关1108。虚拟网关1108接收到挂机消息，停止呼叫定时器，以及通知有关的WLLBS 1105。WLLBS 1105解除所对分配的WLL资源的分配，停止它的呼叫定时器以及进入待机状态。原先发起呼叫和请求服务的WLLBS #1 1105通知网关76呼叫已经结束，停止呼叫定时器，然后进入待机状态。网关76接收到呼叫终结消息，释放分配的业务信道／电路资源，登记呼叫时间以用于将来的收费，以及进入待机，等待下一次呼叫。
第二子事例是涉及从WLLSA1107到同一个或不同的地区性服务区域1011内的FVGWU 1203的呼叫。来自WLL手机1103的外出的呼叫被路由到WLL用户单元1102，在那里，业务被数字化、调制、和通过射频链路1104被发送到本地WLLBS 1105。WLLBS 1105然后通过询问它的数据库1105a验证该呼叫不是本地呼叫。然后，呼叫被传送到虚拟网关1108，后者确定该呼叫是到同一个或另一个地区性服务区域内的用户的，而不是到WLLSA用户的。这个步骤可以通过允许网关76识别呼叫是给另一个用户而被避免，以及在这种情况下，虚拟网关1108通过链路1300和1305把服务请求和所拨打的号码传送给网关76。该服务请求被网关76接收，以及被确定为是到同一个或另一个地区性服务区域1011内的FVGWU 1203的。网关76通过卫星链路寻呼FVGWU 1203，以便建立呼叫，以及把分配的信道频率通知FVGWU 1203。同时地，或可任选地顺序地，网关76移动它的频率到所分配的业务频率，以及当所有的单元被连接时通信开始。呼叫计时和计费是由网关76、或可替换地由WLLBS 1105或虚拟网关1108、或者由所有这些单元来完成的。
在这种情况下，网关76只需要获知呼叫是到FVGWU 1203的，而不是到PSTN 75或WLLSA用户的。
进入的呼叫以同样的方式被处理，即由FVGWU 1203请求卫星电路，由网关76根据存储在其数据库76a中的信息请求某个虚拟网关1108去处理呼叫，以及通知适当的WLLSA去提示被呼叫的WLL用户单元1102。
对于非卫星上的卫星处理事例，以及参照图12A和12B，进行从WLLSA #1中的WLL用户单元1203到RSA #N中的FVGWU 1203的呼叫。应当指出，呼叫处理可以是与图8B所示的处理相同的，但以下的例子将被采用来说明虚拟网关1108被用作为验证和计费工具以及被作为虚拟网关。处理以基本上与图8B所示的相同的方式进行，但在网关76进行控制之后二者有差别。在这个过程中，可以看到网关76在寻呼RSA #N中被拨打的FVGWU 1203以前，询问地区性服务区域#N中的虚拟网关#N 1108，后者验证它的可运行性和可提供性。然后程序按以前那样进行，直至FVGWU 1203把“在线”通知网关76，此时，网关76通知虚拟网关#N 1108刚好在进入离线之前启动它的呼叫定时器。在通信终结以后，程序再次是相同的，直至网关76解除分配卫星资源，在这时，网关76通知虚拟网关#N 1108停止它的呼叫定时器。在这种情况下，可以看到，虚拟网关#N被用来计时呼叫的持续时间和用于收费，但它实际上没有涉及把业务路由到FVGWU 1203。
参照图12C和12D，FVGWU 1203拨打WLLSA #1用户单元1102和请求一个卫星电路。应当指出，呼叫处理可以是与图8D所示的处理相同的，但再次地，以下的例子将用来说明虚拟网关1108被用作为验证和计费工具以及作为虚拟网关。服务请求和由FVGWU1203拨打的号码被网关76接收，后者确定该号码是在地区性服务区域内，以及卫星电路是可提供的。网关76然后通知与FVGWU 1203正在请求服务的地区性服务区域#N 1011有关的虚拟网关#N1108。虚拟网关#N表示它对于网关76是可运用的，然后网关76进行寻呼在地区性服务区域#1中的虚拟网关#1 1108。呼叫程序按图8D所示那样进行，直至网关76接收到来自FVGWU 1203的“在线”信号，在这时，网关76通知虚拟网关#N 1108刚好在进入离线之前启动它的呼叫定时器。在通信终结以后，程序再次是相同的，直至网关76解除分配卫星资源，在这时，网关76通知虚拟网关#N 1108停止它的呼叫定时器。在这种情况下，可以看到，虚拟网关#N被用来计时呼叫的持续时间和用于收费，但它实际上没有涉及把业务路由到FVGWU 1203。
第三子事例涉及从第一地区性服务区域中的WLLSA用户单元1102到第二地区性服务区域1101中的WLLSA用户单元1102的呼叫。总的过程类似于以上对于第一子事例所描述的过程，并在图13A和13B上说明。
第四子事例涉及从FVGWU 1203到同一个或另一个地区性服务区域中的另一个FVGWU 1203的呼叫。两个地区性服务区域的实施例在图14A和14B上说明。
来自用户的外出的呼叫被从手机1203路由到用户单元1202，在那里，业务被数字化、调制、和通过RF链路被发送到卫星10。卫星系统然后通过询问一个数据库验证该呼叫不是PSTN 75呼叫(这可以在卫星上由卫星上处理设备中完成，或在网关76中在非卫星上处理设备中完成)。然后，呼叫者被虚拟网关1108验证，虚拟网关1108确定呼叫者是合法的地区性服务区域#N用户。这个步骤可以通过允许网关76识别呼叫者是合法的以及该呼叫是到另一个用户的从而加以避免，在这种情况下，网关76处理请求和在网关76交换机中所拨打的号码。呼叫然后被网关76处理，以及形成服务请求，并从网关76通过链路1300与1305发送该请求。网关76寻呼被拨打的WLLSA 1107中的FVGWU 1203，以建立呼叫，以及通知该WLLSA的虚拟网关1108关于这种使用情况。同时地或可任选地顺序地，网关76分配频率和电路，寻呼该用户，以及准备通信路径。计时和计费是由网关76或可替换地由虚拟网关1108如上面参照图12B和12D所描述地那样来完成的。
在这种情况下，网关76只需要获知呼叫是到另一个FVGWU1203的，而不是到PSTN 75或WLLSA用户的。
进入的呼叫以同样的方式被处理。
更详细地，以及参照用于非卫星上处理事例的图14A和14B，进行从地区性服务区域#N中的FVGWU #N 1203到地区性服务区域#1中的FVGWU #1 1203的呼叫。应当指出，以下的步骤也适用于从地区性服务区域#1中的FVGWU #1 1203到地区性服务区域#N中的FVGWU #N 1203的呼叫。也注意到，不一定需要用户是在另一个地区性服务区域中。网关76接收到服务请求和拨打的号码。网关76然后识别被呼叫方是在地区性服务区域#1(或某个其它的地区性服务区域)中的一个地区性服务区域1011用户。网关76然后验证卫星电路是可提供的，根据它的数据库76a确定使用哪个地区性服务区域，然后寻呼与呼叫的FVGWU #N 1203有关的虚拟网关#N 1108。虚拟网关#N验证FVGWU #N，以及通知网关76。然后网关76通知虚拟网关#1 1108接收寻呼，验证FVGWU #1用户，以及通知网关76。网关76在接收到该验证后寻呼在有关的地区性服务区域#1中的FVGWU #1 1203。FVGWU #1 1203接收寻呼，以及，如果想要的话，提供一个ACK(应答)给网关76，由此通知批准建立该呼叫。网关76接收ACK，以及分配卫星电路和信道以便用于通信。FVGWU #1 1203转移到它的分配的信道／电路对以及进入待机状态。FVGWU #N 1203也接收分配的信道／电路，转移到分配的信道／电路，并回答它已准备好进行通话，以及进入待机状态。网关76接收来自FVGWU #N 1203的准备好的证实，通知虚拟网关#1和#N通信已经准备好要开始，启动它的呼叫定时器，并且进入离线状态，等待关于呼叫结束的通知。虚拟网关1108 #N和#1接收起始信号，启动它们各自的呼叫定时器，并且把它们的接收机转移到监视频率，以便监视(和为卫星接口单元#N 1108控制)呼叫过程和检测呼叫的终结。监视频率可以是和业务信道频率相同的，以及可以使用带内信令。然后呼叫开始。在呼叫期间，FVGWU #1和FVGWU#N可以周期地例如通过使用带内信令发送“摘机”消息，这些消息被与每个FVGWU单元有关的虚拟网关1108监视。这个信号确保在过程中的呼叫继续进行，直至FVGWU 1203之一终结该呼叫为止。任一个FVGWU单元可以通过发送“挂机”消息给有关的虚拟网关1108而终结该呼叫。接收到“挂机”消息的虚拟网关1108停止它的呼叫定时器，以及通知网关76呼叫已完成。网关76然后解除对所分配的卫星资源的分配，以及通知其它的虚拟网关1108呼叫已经终结。作为响应，其它虚拟网关1108停止它的呼叫定时器，以及所有单元进入待机状态。
应当指出，在上述的讨论中，并不需要使用呼叫定时器等来进行或完成呼叫，但它被提供来使得能够正确地计费呼叫，以便于收费处理。
为了通过卫星10传送信号和以足够的电平转发这些信号，以便进行通信，有必要接收信号、通常改变频率、放大信号，和把信号发送到地面。参照图15A，图上显示了卫星10，它可以是卫星星座的一部分。卫星10检验通常被称为总线的支持设备，它提供遥测和命令控制、功率和功率调节、指向、高度和轨道控制、驱动、结构以及其它功能。卫星有用负载通常被简称为有用负载或转发器。一个示例性的卫星转发器1400包括接收天线1401、发射天线1402、和一个频率变换、信号处理、与放大设备部分1403。图16A-16D上显示了最通用的转发器类型。天线1401和1402可以是全向的、直接辐射类型，反射器／馈源类型，相控阵类型，或实际上任何其它类型的天线。天线可被组合用于以单个天线进行发送和接收，接收和发射信号由其它的设备(例如双工器)进行分离。
最简单的是转发器型号1-A(图16A)，它是准线性单变频转发器。这个转发器接收、和放大它的分配的上行链路载波、把频率变换到下行链路频段、以及放大该信号以用于在下行链路上重新发射。这个转发器有时被称为单变频型，因为它以一个步骤从上行链路变换成下行链路。转发器的前级通常包括低噪声放大器，用来放大接收的频段；滤波器，用于消除工作频段以外的能量；以及宽带变频器，用于把整个工作频段从上行链路变换成下行链路频率。变频器典型地包括混频器和本地振荡器(LO)。这种转发器类型的另一个型式是转发器型号1-B(图16B)，它使用两个本地振荡器，通过利用一个处于两个本地振荡器之间的中频(IF)，进行对来自和到最终下行链路频率的变频。这种类型的转发器允许在通常低得多的频率(例如UHF或甚至更低的频率)上处理信号。这种处理利用声表面波(SAW)滤波器，以便进一步允许交换、移频、和其它的处理，以便执行各种下行链路信号功能。
第二种转发器，如图16C所示，是双变频类型，它在某些应用中是有用的。说明的实施例显示了两个频段的运行，其中频段A是在一组频率上发射，以及频段B是在第二频段上发射。两个频段的频率被互相变换，在说明的实施例中它被变换成频段B。被变换的频率可以被复接、交换、或被处理、或被交叉连接。在处理后，用于频段A下行链路的频率被发送到频段A下行链路放大器，接下来它又被送到用于频段A的天线。打算用于频段B下行链路的信号被变换成B频段下行链路频率以及被发射。整个系统基本上是图16A和16B的型号1-A和型号1-B转发器结构的组合。
另一种转发器类型，如图16D所示，被称为再生式转发器。数字传输应用项可以具有更复杂的转发器，它在某些情况下可以提高性能。再生式转发器以与类型1或2转发器相同的方式执行接收和发射功能，然而，再生式转发器在每个传输链路上包含一个解调器，它把上行链路信号解调成基带信号；以及还包括一个调制器，它把该信号重新调制在下行链路载波上。被解调的数字信号被重新定时和被恢复到标准的形式，它把上行链路性能与下行链路性能隔离开，因此阻止噪声的积累。可以对数字基带信号进行任何想要的信号处理功能，诸如提取信号路由信息、把比特重新打包成另一种分组格式，等等。
一个以上的这些基本转发器类型可以在单个卫星上被组合，以执行不同的功能和允许各种运行模式。具体地，本发明利用再生和准线性的转发器来执行信号路由。图15B显示了用于卫星10的优选的转发器结构。优选的转发器结构具有把馈送链路和服务链路互联起来的信号路径，以及各种频段可被使用。有两种类型的转发器结构。图15B所示的类型不使用卫星间链路(ISL)，而图15C所示的类型使用ISL。
首先参照图15B的转发器，网关76包括一个发射机，它提供上行链路105a给卫星转发器1400。信号被馈送上行链路设备接收，以及该信号可被变频成业务下行链路频率1302a以用于发送到用户，或者变频成馈送下行链路频率1305b以用于发送到其它网关76或本身。FVGWU 1203、虚拟网关1108(或移动台用户1106和其它用户设备)都具有发射机，它们可提供到卫星转发器1400的上行链路1302b。这个信号被业务上行链路设备接收，以及该信号可被变频成馈送上行链路频率以用于在链路1305b上发送到网关76，或者被变频成其它业务链路1302a频率以用于发送到其它用户或其本身。
参照图15C，除了上述的功能以外，ISL使用来自馈送链路设备的第三输出，它被路由到ISL上行链路设备，以用于发送到其它卫星。同样地，还具有来自业务上行链路设备的第三输出，它可被路由到ISL上行链路设备，以用于发送到其它卫星。来自其它卫星的发送可被路由到业务或者馈送下行链路设备。
在本发明的本优选实施例中，网关76可按照上述的美国专利(这即是96年3月9日颁布的、授予F．J．Dietrich和P．A．Monte的、题目为“Antenna for Multipath Satellite CommunicationLinks(用于多径卫星通信链路的天线)”的美国专利No．5，552，798)，的公开内容来构建，再加上附加的功能，以便执行如上所述的与虚拟网关1108的各种交互功能。传送信息到虚拟网关1108的能力使得它能够在各种时间间隔内自动运行。在呼叫期间，网关76还可以指令虚拟网关1108改变它的工作特征或运行模式、或频率、或其它参量。网关76，除了频率分配(它在连接期间可以改变)以外，也可以传送其它连接参量给虚拟网关1108，其中包括功率限制、用户终端和虚拟网关功率控制参数、寻呼指令、用户终端位置定位参量，卫星跟踪信息，卫星切换指令，用于连接到地面交换设备的信令，Walsh(扩频)码或要被使用的其它电路代码信息、用户设备类型、以及其它信息(诸如定时和频率参考)。网关76也可以传送某些地面运行控制中心(GOCC)信息给虚拟网关1108，它可能对于提供系统利用的监管是必须的，由此提供在GOCC和虚拟网关1108之间的接口。网关76在呼叫期间和之后也收集用于系统管理、计费、和其它监管功能的信息。网关76被假定为包括数据库和计算机设备，以用于提供与虚拟网关1108和如上所述的用户终端(固定和移动)的连接性。网关76也把基于业务需求和约束条件(诸如，可提供的频率、容量、服务区域等)的由GOCC提供的长期规划变换成可由虚拟网关1108使用的短期规划。传送这些短期规划给虚拟网关1108可使得计划能够被制定成用于其它虚拟网关通话。这对于多频率、多通话虚拟网关终端是特别重要的。网关76也提供一个鉴权中心，用于对虚拟网关和用户终端进行鉴权，以及提供总的系统安全性。
参照图17，虚拟网关1108在某些方面类似于用户终端，但被更新来进行远端网关通话。虽然虚拟网关1108通常位于固定的位置，但使用移动的和可输送的虚拟网关也属于本发明的范围，它可能是对于紧急和其它用途时所需要的。虚拟网关1108被部署在相关的网关76的通信范围内。在大多数情况下，该范围是可提供给服务的网关76的单个卫星覆盖范围，无论如何，在卫星之间链接的情况下，虚拟网关1108的位置可以是任意的。
如上所述，在呼叫期间，网关76可以指令虚拟网关1108改变其工作特征或运行模式、或频率或其它通话参量。
虚拟网关1108的天线优选地是跟踪天线，它能够同时地跟踪一个或多个卫星，但全向的或准全向天线也有可能的。
更具体地参照图17的方框图，信号从卫星10到达天线1500，该信号在低噪声放大器(LNA)1502中被接收和在方块1504被下变频为中频1506，在方块1508中从模拟变换成数字，以及在方块1510中被进行多卜勒校正，以便补偿卫星的运动。被多卜勒校正的信号然后被加到解调器1512(或者是单个解调器或者是多个解调器(在RAKE接收机的情况下))，然后被加到去交织器1514，在那里信号被组合。被组合的信号然后被输入到译码器1516，最后被加到音码编码器1518和编码译码器1520，它重新构建音频信号。在音码编码器1518之前，从译码器1516提取业务信令和控制数据，并使得其可被提供给干线接口单元1207。这个连接使得音频和数据信号对于其它应用项(例如WLLBS 110、其它地面系统、和／或图18的上述的寻呼／广播系统1112)是可提供的。来自网关76的其它数据也被做成对于控制单元1522是可提供的。包括计算机、软件、数据库和其它功能的控制单元1522提供对于虚拟网关1108和干线接口单元1207的本地控制。这些控制被用来提供下变频器1504、A／D变换器1508、解调器1512和接收机链的其它部分的参量的多样性。另外，控制单元1522进行对于返回链路(发射机)链的控制，该返回链路(发射机)链包括编码器1524、交织器1526、CDMA调制器1528、多卜勒预校正器1530、D／A变换器1532、中频单元1534、上变频器1536、功率放大器1538、和发射天线1540。可以提供用于功率、控制和数据输入的其它子系统。音频输入端和输出端1542和1544可以或不一定被使用。
虚拟网关1108的主要输入端和输出端是干线接口单元1207，它提供通信业务(例如话音和／或数据)和用于各种WLL互联的信令、到PBX型连线系统的各种互联、以及到上述的寻呼／广播系统1112和／或用于呼叫提示、寻呼、消息、存储和转发数据、本地分布的单向广播、与其它类似的业务的其它类似的地面系统的信令和业务。虚拟网关1108优选地具有处理多个呼叫的能力，这样，接收和发送链的某些元件在有必要时就可被重复。任何的地面终端(WLL、蜂窝、或PCS)可被做成与卫星系统协同运行(即双模式)，为此，需要适当地选择发送和接收部件以及提供能够与卫星系统空中接口协同工作的终端控制器，由此使得地面系统能够将其覆盖扩展到卫星系统。例如，WLL用户可在WLL范围内或在服务的网关的覆盖区域以内别的地方移动。用户终端的这种双模式能力允许其在世界范围漫游。
现在参照图19，它用于说明移动终端运行的各种事例。在图19上，显示了两个网关76(即GW1和GW2)，其每个具有相关的网关服务区域79。在显示的例子中，服务区域79在被表示为79a的区域重叠，然而可能不总是这样的。在GW1的服务区域79内有两个本地化的网络服务区域，例如由虚拟网关VG1和VG2提供服务的WLP或WLL服务区域。在GW2的服务区域79内有一个单个本地化的网络服务区域，这例如是由虚拟网关VG3提供服务的WLL服务区域。GW1包括数据库76a，它被显示为包括一个非-VG数据库(DB)，和一个用于VG1和VG2的数据库。GW2也包括数据库76a，它被显示为包括一个非-VG数据库和一个用于VG3的数据库。数据库76a存储用来描述有效的系统和VG用户的信息。另外，VG数据库存储描述每个VG服务区域的边界(例如包围每个VG服务区域的多边形的顶点的位置)的信息。图19上也显示了移动用户终端1106，它能够被输送到GW1和GW2服务区域内的各个位置。这各个位置被描绘为位置1-5，每个位置代表移动终端应用的一个特定的事例。这五个事例如下。
事例1移动终端1106处在VG1的服务区域内的“家”中。
事例2移动终端1106漫游到VG2的服务区域，但仍旧位于GW1服务区域79内。
事例3移动终端1106漫游到VG3的服务区域，但仍旧位于GW2服务区域79内。
事例4移动终端1106在任何的VG的服务区域以外漫游，但仍旧位于GW1服务区域79内。
事例5移动终端1106在任何的VG的服务区域以外漫游，但仍旧位于GW2服务区域79内。
现在给出对于这些各种事例的系统运行的说明。
事例1当移动终端1106处在其原籍的VG的服务区域内时，该运行是和上面所述的运行相同。基本上，移动终端1106发起呼叫，该呼叫通过至少一个卫星10被中继到GW1。GW1执行对于移动终端1106的位置定位，以及根据被存储在VG1数据库中的信息发现移动终端1106处在其原籍的VG的服务区域内。然后GW1分配呼叫给VG1的VG 1108，以及呼叫如前所述地按照被呼叫方的位置进行。
事例2当移动终端1106处在VG2的服务区域内时，例如在移动终端1106从VG1漫游到VG2时，移动终端1106发起呼叫，该呼叫通过至少一个卫星10被中继到GW1。GW1执行对于移动终端1106的位置定位，以及根据被存储在VG1和VG2数据库76a中的信息发现移动终端1106处在VG2的服务区域内。然后GW1判定在VG1和VG2之间是否有漫游协议。如果存在漫游协议，则通过VG2或通过使用VG1的数据库1105a，或通过使用GW1数据库76a来对移动终端进行鉴权。数据库1105a包含移动终端1106的识别号、以及一个被允许用于移动终端的业务的列表。在任何情况下，GW1把移动终端1106的当前位置通知VG1，该位置被存储在VG1的数据库1105a中。也就是，VG1把移动终端1106标记为漫游，而且把移动终端当前所位于的VG的识别号表示出。在对于移动终端1106进行鉴权后，GW1分配呼叫给VG2的VG 1108，以及呼叫如前所述地按照被呼叫方的位置进行。在呼叫终结时，VG2发送呼叫结果或计费信息给GW1。GW1然后把呼叫结果转发到VG1，这或者是立即进行或者是在某个预定的时间间隔进行。这样，移动终端对系统资源的使用可以在用户的原籍VG1处被正确地考虑。
事例3当移动终端1106处在VG3的服务区域内时，例如当移动终端1106从VG1漫游到VG3时，移动终端1106发起呼叫，该呼叫通过至少一个卫星10被中继到GW2。GW2执行对于移动终端1106的位置定位，以及根据被存储在非VG和VG2数据库中的信息发现移动终端1106处在VG3的服务区域内、以及移动终端1106不是原籍用户(即，是GW1的用户)。如果在GW1和GW2之间不存在漫游协议，则GW2可以简单地拒绝给移动终端1106的服务。假定存在漫游协议，则GW2通过使用数据库1105a对于移动终端1106进行鉴权，该数据库1105a是从VG1经由GW1、并且或者通过同一个或不同的星座的一个卫星、或通过旋转的卫星转发器、或通过PSTN、或通过地面数据链路而得到的。在任何情况下，GW2通过GW1把移动终端1106的当前位置通知VG1，以及VG1把移动终端1106标记为漫游，而且把移动终端当前所位于的VG的识别号和服务的GW(即GW2)的识别号表示出。在对于移动终端1106进行鉴权后，GW2将呼叫分配给VG3的VG 1108，以及呼叫如前所述地按照被呼叫方的位置进行。在呼叫终结时，VG3发送呼叫结果或计费信息给GW2。GW2然后通过GW1把呼叫结果转发到VG1，这或者立即进行、或等在某个预定的时间间隔进行。
事例4对于事例4的呼叫处理类似于以上对于事例2所描述的。当移动终端1106处在GW1服务区域内的任何VG的覆盖区域以外时，例如当移动终端1106在VG1的外面漫游时，移动终端1106发起呼叫，该呼叫通过至少一个卫星10被中继到GW1。GW1执行对于移动终端1106的位置定位，以及根据被存储在VG1和VG2数据库76a中的信息发现移动终端1106不在任何的VG的服务区域内。通过使用VG1的数据库1105a或通过使用GW1数据库76a，可以对于移动终端进行鉴权。GW1把移动终端1106的当前位置通知VG1，该位置被存储在VG1的数据库1105a中。也就是，VG1把移动终端1106标记为漫游。在对于移动终端1106进行鉴权后，GW1本身处理呼叫，以及呼叫如前所述地按照被呼叫方的位置进行。在呼叫终结时，GW1可以发送呼叫结果给VG1，或者立即进行、或者按某个预定的时间间隔进行。
事例5对于事例5的呼叫处理类似于以上对于事例3所描述的。当移动终端1106处在GW2服务区域内的任何VG的覆盖区域以外时，例如当移动终端1106在VG1的外面和GW1的覆盖区域外面漫游时，移动终端1106发起呼叫，该呼叫通过至少一个卫星10被中继到GW2。GW2执行对于移动终端1106的位置定位，以及根据被存储在非VG和VG3数据库中的信息发现移动终端1106不处在VG3的服务区域内，以及移动终端1106不是原籍用户(即，是GW1的用户)。如果在GW1和GW2之间不存在漫游协议，则GW2可以简单地拒绝给移动终端1106的服务。假定存在漫游协议，则GW2通过使用VG1数据库1105a对移动终端1106进行鉴权，该数据库1105a是如前面对于事例3所描述的那样从VG1经过GW1而得到的。GW2通过GW1把移动终端1106的当前位置通知VG1，以及VG1把移动终端1106标记为在GW2服务区域中漫游。在对于移动终端1106进行鉴权后，GW2本身处理呼叫，以及呼叫如前所述地按照被呼叫方的位置进行。在呼叫终结时，GW2通过GW1发送呼叫结果给VG1，或者立即进行、或者按某个预定的时间间隔进行。
现在参照用于说明一个事例的图20，其中与GW1有关的虚拟网关x(VGx)服务区域部分地位于GW1可提供性的100％边界以外。在所说明的例子中，VGx服务区域的一部分位于GW2服务区域79内，虽然可能不总是这样的。如图所示，对于每个网关76存在着这样一个区域，其中保证用户终端具有通过至少一个卫星的100％网关可提供性。在这个区域以外，用户终端可以仍旧能够由GW1提供服务，虽然可提供性降到95％、然后再降到90％等等。
对于图20的事例，假定终端1106位于GW1的90％可提供性的圆以外，以及在GW2的100％可提供性的园内。还假定终端1106与GW1的VGx有关，以及正在进行到VGx服务区域内的固定用户或移功用户的呼叫。当终端1106发起呼叫时，假定呼叫请求通过SAT2被转发到GW2。GW2根据呼叫请求信息(例如，终端ID)、根据对终端1106执行的位置定位、以及根据被拨打的号码获知终端1106正在呼叫在VGx服务区域中的另一个用户，以及该终端与GW1有关。然后，GW2通过同一个或不同的星座的一个卫星、或通过一个旋转的卫星转发器、或通过PSTN或通过地面数据链路来与GW1联系，作为响应，GW1分配一个信道对供VGx使用，以及把信道对信息和任何其它的呼叫建立参量发送回GW2，GW2通过SA2把呼叫建立信息通知给终端1106。GW1也通过SA1把分配的信道对和其它呼叫建立信息通知给VGx 1108。呼叫然后如前面对于在其原籍VG服务区域内的终端呼叫的事例所描述的那样来进行。任何的返回链路ACK或其它的信号可通过SAT2和GW2从终端1106中继到GW1。
图21A和21B显示了按照本发明的一个方面的地区性虚拟网关(RVGW)1108’的使用。如图21A所示，FVGW 1108’可以与多个VG(例如VG1和VG2)相联系。每个RVGW 1108’被耦合到一个或多个VG 1108和服务的GW 76。RVGW 1108’把来自VG 1108的呼叫请求转发到GW 76，以及以直通的方式把的系统资源分配从GW 76转发到VG 1108。在这个分级结构实施例中，RVGW 1108’也可以处理来自那些不位于VG服务区域中的终端1106的呼叫请求，正如以上对于图19的事例4和5所描述的。网关76负责在网关服务区域79内进行呼叫请求(和接收呼叫)的非WLL用户终端。
服务的网关76在一个到虚拟网关1108的呼叫期间利用新的系统资源分配来发送一个消息(例如开销消息)，是属于本发明的范围之内的。虚拟网关1108然后把新的资源分配(诸如新的信道对分配)通知终端1106、1206。虚拟网关和终端然后在呼叫期间切换到新的信道分配。这样，新的信道对分配可在呼叫期间作出，从而使得一个或多个用户通信能够被转移到所分配的频谱内。这在想要减轻来自另一个卫星系统的、来自固定的基于空间的或基于地面的干扰源的干扰的当前的或预期的影响和／或自干扰的影响时，是特别有用的。
网关76和虚拟网关1108在呼叫期间传送其它的信息也是属于本发明的范围内，该其它信息按常规的时间间隔或按需要地被传送。传送的信息可以包括系统使用数据和卫星可提供性数据。这样，在呼叫期间可以使得虚拟网关1108能够通过使用在呼叫起始建立时还不可提供的卫星向给定的用户提供附加的卫星分集。当例如在会议呼叫期间需要附加上来自同一个或另一个虚拟网关1108覆盖区域的另一个用户时，也可以传送其它的信息。在呼叫结束时，虚拟网关1108优选地把在呼叫期间使用的系统资源的记录发送回网关76，这些资源包括卫星波束、卫星、和有关的功率(在呼叫期间，虚拟网关功率控制用户终端)。
现在参照用于说明本发明的再一个实施例的图22，其中可以使得第一用户终端(UT1)能够发起到第二用户终端(UT2)的呼叫，其呼叫管理功能由用户终端之一操纵。虽然在图22上显示了两个UT在虚拟网关1108的覆盖区域内，但虚拟网关不需要在记录、管理、或拆除呼叫时起作用。因此，任一个或两个UT可以位于虚拟网关1108的覆盖区域以外。现在再参照用于显示在图22所示的各种元件之间的相互作用的流程图的图23。
(A)在第一步骤，UT1作出识别UT2的服务请求。服务请求通过一个或多个卫星10被路由到网关76。
(B)网关76检验它的数据库(DB)，以确定UT2的状态(繁忙、登录等等)和位置。对于本例，假定UT2位于网关76的某个距离内、位于网关76的覆盖区域内、以及位于UT1的某个距离内。如果不是的话，则该呼叫以常规方式被处理。
(C)网关76然后通过同一个或不同的卫星10发送寻呼消息给UT2。寻呼消息的接收使得UT2产生提示信号。对于本例，假定提示信号由用户人工地或自动地应答(例如，在传真机的情况下)。
(D)网关76然后分配一对信道／电路对给UT1(发起者)以及分配另一对信道／电路对给UT2(分配的信道／电路对可以是相同的)。网关76继续为两个UT建立呼叫，为此，要通过例如分配在呼叫期间要被使用的扩频码、初始发射功率电平、以及无论哪种在开始呼叫所需要的其它信息。网关76然后开始呼叫计费程序或。
(E)网关76接着将一个UT(例如，发起者或UT1)指派为对于呼叫的呼叫管理者。网关76然后发送系统资源信息(所使用的卫星、可供使用的功率等等)给呼叫管理者UT，以供呼叫期间使用。也就是，网关76把与网关76正常地发送到虚拟网关1108的信息相同的信息发送给呼叫管理者UT。呼叫管理者UT然后以与虚拟网关1108在呼叫期间运行的相同的方式运行，如上面详细地描述的。注意，在UT1和UT2之间的呼叫期间，用于呼叫的卫星10作为旋转转发器而运行(由箭头10A表示)。在这种模式下，来自UT的上行链路信号(例如，L波段)至少被变频和作为下行链路信号被发送(例如，S波段)。也就是，上行链路的UT发送不是在馈送链路(例如，D波段或Ku波段)上被下行链接到网关76的。
(F)在呼叫期间，网关76可以周期地发送更新的系统资源信息(例如，新的信道频率分配、要使用的新的卫星或卫星波束)给呼叫管理者UT，或它可以只检验呼叫状态(例如，呼叫仍在进行吗 )。这样，在呼叫期间，信令信道被周期性地建立或在呼叫管理者和／或状态信息之间永久地保持，以使得更新的系统资源和／或状态信息可被交换。对于其中UT包含单个收发信机的情况，信令信道优选地使用与被分配给呼叫相同的频道，但在CDMA系统可以使用不同的扩频码，以及在TDMA系统可以使用不同的时隙。如果因为某种原因，在呼叫期间一个UT进入离线状态，则其余的UT将呼叫丢失通知给网关76。
(G)在完成呼叫时，呼叫管理者UT发送一个呼叫对应表格给网关76，其中包括在呼叫期间消耗的系统资源的指示。
(H)网关76然后释放在呼叫建立时(以及在呼叫期间，如果适用的话)被分配给呼叫管理者UT的系统资源。
(I)如果UT1和／或UT2是虚拟网关1108的成员，则网关76发送呼叫计费信息给虚拟网关1108。计费信息也可被网关76保持，或取决于UT的加入而发送给另一个网关或另一个虚拟网关。例如，一个或两个UT可漫游到网关76的覆盖区域。在这种情况下，计费信息被发送到每个UT的原籍网关或原籍虚拟网关。
通过使用这种技术后，使得一个用户终端(固定或移动的)能够利用话音或数据呼叫来呼叫另一个用户终端(固定或移动)，以及能够从网关76断开呼叫管理功能。而且，可以看到，路径延时可被减小到通过旋转转发器10A情况下的路径延时，以及提供了一个单跳系统。而且，不需要使用PSTN 75或任何其它的地面通信链路而建立呼叫。
在呼叫期间，每个UT优选地用来控制另一个UT的发射功率。这可以用与网关76相同的方式来完成，例如，通过测量接收的功率和发回功率控制命令或比特，以控制另一个UT的发射功率。
图24显示了按照本发明的一个实施例的一个网关到网关的分集任选方案，其中呼叫从一个网关服务或覆盖区域被路由到另一个覆盖区域，而图25显示了另一个网关到网关的分集任选方案，其中呼叫是从不是其中任一个网关(GW #1或GW #2)的网关服务区域内的地区性或本地的服务区域建立的。在图24和25上，呼叫配置结构可以是图5所示的各种事例(A-H)中的任一个事例。
另一个实施例使用网关到网关(GW-GW)分集作为扩展如上所描述的虚拟网关1108的有用性的措施。GW-GW分集实施例允许呼叫信息同时从发起的网关发送到另一个网关、从而发送到用户，或仅仅从第一网关发送到第二网关、从而发送到用户。虽然下面描述的是在两个网关实施例中的情形，应当看到，这些教导可被扩展到三个或多个协同的网关，以提供多个网关分集。
参照图26，网关#1(以前被描述为第一网关)被双向耦合到离开一定距离的第二网关(网关#2)。每个网关(GW)的覆盖区域可以重叠，但重叠并不是必须的。两个网关优选地通过地面业务和信令链路被耦合在一起，但这些链路也可以是卫星链路。信令链路的功能是传送控制信息、呼叫建立、和对于保持在两个网关之间的业务链路所必须的其它信息。
通常的操作方法如下。首先假定网关#1发起了到一个用户的呼叫，如图27所示。明显地，利用移动到头顶的LEO卫星的星座，到位置“A”处的用户的、持续一定时间的呼叫可在100％的时间内完成，只要能保持到卫星的视线，以及满足一定的链路预算约束条件。可以看到，在“B”处的用户(它不是在第一卫星(#1)的覆盖区域内，但在第二卫星(#2)的瞬时覆盖区域内)在它的位置处也具有相对于网关的位置的覆盖。可以进行对卫星和网关位置的系统的统计分析，以便来计算在任意的时间长度内完成一定距离处的用户到网关#1(或某个网关#2)的连接的概率。这个处理导致对网关的服务区域的尺寸的定义，它不像先前的系统是根据卫星的轨迹、或卫星波束尺寸来规定，而现在是按照在特定的时间间隔内完成连接的概率的等值线规定的。
通过利用在两个网关之间的交连(图26所示的)以控制在两个网关之间发送的、和传送给用户的业务分组，两个网关可以被一起利用的范围比起单独的每个网关就大大地放大了。图28上显示了有效的网关覆盖的这种增加。这样，用户可以处在位置“C”处，它不处在对于每个网关单独地规定的覆盖区域的任一个区域内，以及仍旧能建立和接收话音和／或数据呼叫。
这个特征可以以几种方式被利用。首先，再次参照图28，两个或多个网关可以与链路连接，以便传送进入的和外出的业务分组，以及在它们之间传送信号，以便建立在它们之间的、能够服务于位于“C”(一个不是由GW#1或GW#2单独地覆盖的区域)的单独的用户的扩展的覆盖区域。第二，参照图29，两个或多个网关76可被连接来服务于处在不在任一个网关的服务区域内的一个区域的虚拟网关1108。可替换地，如图30所示，处在不由任一个网关单独地服务的一个区域内的、但在扩展的服务区域内的用户，可以通过把呼叫信息和来自第二网关的信令控制链路连接到虚拟网关1108，从而由位于这些GW之一的服务区域内的虚拟网关1108来对其提供服务。第三，两个或多个虚拟网关1108可以被连接，以增加二者的服务区域，如图31所示。这是以与先前描述的网关76相同的方式完成的，使得业务分组和信令能够在两个虚拟网关1108之间传送。由于同时地通过两个网关的连接的特性，呼叫建立、资源分配、通知、和处理程序将如先前所述的那样来进行而只加以很小的修改。
总的系统运行如上面讨论地进行。典型地，请求服务的用户发送消息给网关76，网关76可以利用GWGW分集来增加它们的有效范围，以便服务于处在它们的单独的服务区域以外的用户。然后网关使用数据库来确定如何对该呼叫进行路由。如果虚拟网关1108是要用于处理该呼叫，则在处理的网关76和处理的虚拟网关1108之间进行传送，以及如上所述地提供呼叫资源。在呼叫期间，如果必要的话，处理的虚拟网关1108可以利用另一个虚拟网关来扩展它的范围。
网关分集运行是以以下的方式进行的。用户终端通常被登录到处理的网关76，以及正常地报告导引信号(或指示网关的其它信令装置)，导引信号向另一个(分集)网关表示它能够“听到”。这可通过使用一个多信道RAKE接收机而完成，但并不限于使用RAKE接收机。用户终端把从一个或多个卫星接收的网关指示报告给处理的网关76，以及处理的网关76作出关于如何服务于该用户的决定。例如，各种选择包括只使得处理的网关76服务于该用户，使得处理的网关和一个或多个其它的(分集)网关服务于该用户，或使得一个或多个其它的(分集)网关服务于该用户。如果处理的网关76选择通过采用分集网关来服务于该用户，则它通知分集网关它计划通过该分集网关来提供服务给用户。资源信息被进行交换，以及业务的分组在互联的业务信号线上被发送。分集网关然后把用户信号调制在正确地信道上，以及用户开始接收信号，并处理这些信号就像信号是由处理的网关所传递的那样。以相同的方式使用上述的虚拟网关分集，只是当分集虚拟网关1108被采用时，该虚拟网关1108必须先前由网关76使能，以便去管理卫星星座。如果虚拟网关分集被使能，则处理的虚拟网关1108如果处于空闲的话，就能根据用户的需要自动地选择使用或不使用分集网关。另一方面，如果分集模式被禁止，则优选地阻止虚拟网关1108使用分集。另外，当使用分集时，优选地在呼叫完成后把该使用连同被使用的资源的概要一起报告给网关76。这个信息然后与其它数据相加起来，并被传送到计费中心(例如GOCC)以用于将来的星座资源分配的规划。
虽然本发明是相对于本发明的优选实施例来具体地显示和描述的，但本领域技术人员将会看到，在其中可以作出形式和细节上的改变，而不背离本发明的范围和精神。
权利要求
1．用于运行通信系统的方法，包括以下步骤提供一个卫星通信系统段，它包括至少一个在地球表面上投射多个波束的卫星；以及至少一个卫星系统地面站，它被双向地耦合到至少一个卫星；提供一个地面通信段，它包括多个位于所述地面站的服务区域内的卫星用户终端；发起从第一用户终端到第二用户终端的呼叫，其中呼叫发起请求通过至少一个卫星被中继到地面站；通过使用地面站建立呼叫；以及分配卫星系统资源给其中一个用户终端，该用户终端被指派为用于呼叫的呼叫管理者。
2．权利要求1中的方法，其特征在于，还包括以下步骤操纵该呼叫管理者用户终端通过所使用分配的卫星系统资源去管理呼叫，以及在完成呼叫时发送呼叫对照表给地面站。
3．权利要求2中的方法，其特征在于，其中释放步骤包括另一个步骤把与计费有关的信息从该地面站发送到另一个地面站。
4．权利要求3中的方法，其特征在于，其中另一个地面站是与这一个或两个用户终端有关系的地面站。
5．权利要求3中的方法，其特征在于，其中另一地面站是一个服务于在地面站的服务区域内的本地化区域的虚拟网关。
6．权利要求1中的方法，其特征在于，还包括以下步骤操纵该呼叫管理者用户终端通过使用所分配的卫星系统资源去管理呼叫以及在完成呼叫时释放分配的卫星系统资源。
7．权利要求1中的方法，其特征在于，其中建立呼叫的步骤还包括以下步骤确定被呼叫的用户终端的可提供性；以及从地面站通过至少一个卫星发送寻呼消息到被呼叫的用户终端。
8．权利要求1中的方法，其特征在于，其中建立呼叫的步骤包括分配至少一个信道／电路对给每个用户终端的步骤。
9．用于运行通信系统的方法，包括以下步骤提供一个卫星通信系统段，它包括至少一个在地球表面上投射多个波束的卫星；以及至少一个卫星系统地面站，它被双向地耦合到至少一个卫星和一个地面通信系统；提供一个地面通信段，它包括至少一个本地化网络(LN)基站，该基站能够与多个位于有关的LN服务区域内的LN用户终端双向通信，地面段还被设置成包括LN地面站，该LN地面站被双向地耦合到至少一个LN基站和至少一个卫星，以用于双向耦合进到(和出自)LN服务区域的到(和来自)各个LN用户终端的通信；在LN地面站接收来自具有一个覆盖区域的卫星系统地面站的一部分卫星系统资源的分配，该LN地面站就位于该覆盖区域内；重新分配某些分配的卫星系统资源给一个或多个请求服务的LN用户终端；以及在LN地面站接收来自卫星系统地面站的对于卫星系统资源的至少一个更新的分配。
10．权利要求9中的方法，其特征在于，还包括以下步骤在提供服务给LN用户终端的同时，利用至少一部分更新分配的卫星系统资源来使得卫星系统资源的改变被用来给LN用户终端提供服务。
11．权利要求10中的方法，其特征在于，其中对卫星分集级别进行改变，以使得增加或减少籍以提供服务的卫星的数目。
12．用于运行通信系统的方法，包括以下步骤在卫星系统网关处接收对于用户终端的呼叫，该呼叫是从另一个用户终端发起的；检验数据库，以确定被呼叫的用户终端是否位于卫星系统网关的服务区域内；如果是的话，构成寻呼消息以及把寻呼消息发送到被呼叫的用户终端，该寻呼消息通过至少一个卫星传输；在被呼叫的用户终端应答该寻呼后，通过使用卫星系统资源来建立该呼叫；指定主叫用户终端或被呼叫的用户终端中的一个用户终端为呼叫持续期间的呼叫管理者；以及把卫星系统资源临时分配给呼叫管理者用户终端，供管理呼叫的其余部分使用。
13．权利要求12中的方法，其特征在于，还包括以下步骤在完成呼叫时，从呼叫管理者用户终端发送一个呼叫对照表给网关。
14．权利要求13中的方法，其特征在于，还包括另一个步骤把与计费有关的信息从该网关发送到与一个或两个用户终端有关系的另一个网关。
15．权利要求14中的方法，其特征在于，其中另一个网关是一个服务于在网关的服务区域内的本地化区域的虚拟网关。
16．权利要求12中的方法，其特征在于，还包括以下步骤在完成呼叫时释放分配的卫星系统资源。
17．权利要求12中的方法，其特征在于，其中建立呼叫的步骤还包括分配至少一个初始的信道／电路对给每个用户终端的步骤。
18．权利要求12中的方法，其特征在于，还包括以下步骤在呼叫期间，更新对呼叫管理者用户终端的卫星系统资源的临时分配。
19．权利要求18中的方法，其特征在于，还包括以下步骤在呼叫期间，利用至少一部分更新分配的卫星系统资源来使得卫星系统资源的改变被用来支持该呼叫。
20．权利要求19中的方法，其特征在于，其中对卫星分集级别进行改变，以使得增加或减少籍以完成呼叫的卫星的数目。
21．通信系统，包括卫星通信系统段，它包括至少一个在地球表面上投射多个波束的卫星；以及至少一个卫星系统地面站，被双向地耦合到至少一个卫星和一个地面通信系统；以及地面通信段，它包括至少一个本地化网络(LN)基站，这些基站能够与多个位于LN服务区域内的多个LN用户终端进行双向通信，所述地面段还包括一个LN地面站，它被双向耦合到所述LN基站和所述至少一个卫星，用来双向地耦合进到(和出自)所述LN服务区域的到(和来自)各个所述LN用户终端的通信，其中来自一个或多个所述卫星的一个或多个波束在地球表面上覆盖一个地区性服务区域(RSA)，所述LN服务区域就位于该RSA中，以及其中所述通信系统还包括至少一个数据库，它存储用于使各个所述LN用户终端与所述RSA相联系起来的信息；以及其中使得一个单独的所述LN用户终端能够完成到另一个单独所述LN用户终端的呼叫，其中所述这些LN用户终端之中被指派为对于呼叫的呼叫管理者。
22．权利要求21中所述的通信系统，其特征在于，还包括位于所述RSA内的、但不在所述LN服务区域内的多个其它的用户终端，以及其中所述数据库还存储用于把各个所述其它用户终端与所述RSA相联系的信息。
23．权利要求21中所述的通信系统，其特征在于，其中各个所述LN用户终端包括收发信机，它可通过所述LN基站、所述LN地面站、所述至少一个卫星、和所述至少一个卫星系统地面站来发送呼叫到被连接到所述地面通信网的一个终端，以及接收来自被连接到所述地面通信网的一个终端的呼叫。
24．权利要求22中所述的通信系统，其特征在于，其中各个所述LN用户终端包括收发信机，它可通过所述至少一个卫星和所述至少一个卫星系统地面站来发送呼叫到被连接到所述地面通信网的一个终端，以及接收来自被连接到所述地面通信网的一个终端的呼叫。
25．权利要求22中所述的通信系统，其特征在于，其中各个所述LN用户终端包括收发信机，它可通过所述LN基站、所述LN地面站、和所述至少一个卫星来发送呼叫到被连接到所述地面通信网的一个终端，以及接收来自被连接到所述地面通信网的一个终端的呼叫。
26．权利要求22中所述的通信系统，其特征在于，其中各个所述LN用户终端包括收发信机，它可通过所述LN基站、所述LN地面站、所述至少一个卫星、和所述至少一个卫星系统地面站来发送呼叫到一个所述的其它用户终端，以及接收来自一个所述的其它用户终端的呼叫。
27．权利要求21中所述的通信系统，其特征在于，还包括位于被包含在所述RSA内的第二个LN服务区域内的第二个多个LN终端，以及其中所述数据库还存储用于使所述第二个多个LN用户终端的各个用户与所述RSA相联系的信息。
28．权利要求21中所述的通信系统，其特征在于，还包括位于被包含在第二RSA内的第二个LN服务区域内的第二个多个LN终端，以及其中所述数据库还存储用于使所述第二个多个LN用户终端的各个用户与所述RSA相联系的信息。
29．权利要求21中所述的通信系统，其特征在于，还包括位于第二RSA内的、但不在LN服务区域内的多个其它的用户终端，以及其中所述数据库还存储用于使各个所述其它用户终端与所述第二RSA相联系的信息。
30．权利要求27中所述的通信系统，其特征在于，其中各个所述LN用户终端包括收发信机，它可通过所述LN基站、所述LN地面站、所述至少一个卫星、所述至少一个卫星系统地面站、以及与所述第二LN服务区域有关的第二LN地面站和第二LN基站来发送呼叫到被连接到所述第二个多个LN用户终端的一个终端，和接收来自被连接到所述第二个多个LN用户终端的一个终端的呼叫。
31．权利要求27中所述的通信系统，其特征在于，其中各个所述LN用户终端包括收发信机，它可通过所述LN基站、所述LN地面站、所述至少一个卫星、以及与所述第二LN服务区域有关的第二LN地面站和第二LN基站来发送呼叫到被连接到所述第二个多个LN用户终端的一个终端，以及接收来自被连接到所述第二个多个LN用户终端的一个终端的呼叫。
32．权利要求28中所述的通信系统，其特征在于，其中各个所述LN用户终端包括收发信机，它可通过所述LN基站、所述LN地面站、所述至少一个卫星、所述至少一个卫星系统地面站、以及与所述第二LN服务区域有关的第二LN地面站和第二LN基站来发送呼叫到被连接到所述第二个多个LN用户终端的一个终端，和接收来自被连接到所述第二个多个LN用户终端的一个终端的呼叫。
33．权利要求28中所述的通信系统，其特征在于，其中各个所述LN用户终端包括收发信机，它可通过所述LN基站、所述LN地面站、所述至少一个卫星、以及与所述第二LN服务区域有关的第二LN地面站和第二LN基站来发送呼叫到被连接到所述第二个多个LN用户终端的一个终端，以及接收来自被连接到所述第二个多个LN用户终端的一个终端的呼叫。
34．权利要求29中所述的通信系统，其特征在于，其中各个所述LN用户终端包括收发信机，它可通过所述LN基站、所述LN地面站、和所述至少一个卫星来发送呼叫到被连接到所述第二个多个LN用户终端的一个终端，以及接收来自被连接到所述第二个多个LN用户终端的一个终端的呼叫。
35．权利要求29中所述的通信系统，其特征在于，其中各个所述LN用户终端包括收发信机，它可通过所述LN基站、所述LN地面站、所述至少一个卫星、和所述至少一个卫星系统地面站来发送呼叫到被连接到所述第二个多个LN用户终端的一个终端，和接收来自被连接到所述第二个多个LN用户终端的一个终端的呼叫。
36．权利要求22中所述的通信系统，其特征在于，还包括位于第二RSA内的、但不在LN服务区域内的第二个多个其它用户终端，以及其中所述数据库还存储用于使所述其它用户终端中的一些用户终端与所述第二RSA相联系的信息。
37．权利要求26中所述的通信系统，其特征在于，其中各个所述其它用户终端包括收发信机，它可通过所述至少一个卫星和所述至少一个卫星系统地面站来发送呼叫到被连接到所述第二个多个其它用户终端中的一个终端，和接收来自被连接到所述第二个多个其它用户终端中的一个终端的呼叫。
38．权利要求26中所述的通信系统，其特征在于，其中各个所述其它用户终端包括收发信机，它可通过所述至少一个卫星和所述至少一个卫星系统地面站来发送呼叫到被连接到所述第二个多个其它用户终端中的一个终端，以及接收来自被连接到所述第二个多个其它用户终端中的一个终端的呼叫。
39．通信系统，包括卫星通信系统段，它包括至少一个在地球表面上投射多个波束的卫星；以及至少一个卫星系统地面站，它被双向地耦合到至少一个卫星和一个地面通信系统；其中来自一个或多个卫星的一个或多个波束在地球表面上覆盖一个地区性服务区域(RSA)，至少一个无线用户环路(WLL)服务区域位于所述RSA内；以及地面通信段，它包括至少一个WLL基站，它能够与多个位于所述WLL服务区域内的WLL用户终端双向通信，所述地面段还包括服务于所述RSA和被双向地耦合到所述WLL基站和所述至少一个卫星的虚拟网关，其中所述虚拟网关响应于从所述地面卫星网关接收的信息，以便临时承担对卫星系统资源的控制，从而双向耦合进到(和出自)LN服务区域的到(和来自)各个LN用户终端的通信，以及其中所述虚拟网关通过业务和信令链路被双向地耦合到另一个虚拟网关，以便扩大每个的有效覆盖区域。
40．通信系统，包括卫星通信系统段，它包括至少一个在地球表面上投射多个波束的卫星；以及至少一个地面卫星网关，它被双向地耦合到至少一个卫星和一个地面通信系统；其中来自一个或多个卫星的一个或多个波束在地球表面上覆盖一个地区性服务区域，至少一个无线用户环路(WLL)服务区域位于所述地区性服务区域内；以及地面通信段，它包括至少一个WLL基站，它能够与多个位于所述WLL服务区域内的WLL用户终端双向通信，所述地面段还包括与所述地区性服务区域有关和被双向地耦合到所述WLL基站和所述至少一个卫星的虚拟网关，其中所述虚拟网关响应于从所述地面卫星网关接收的信息，以便承担对卫星系统资源的本地控制，从而双向耦合进到(和出自)LN服务区域的到(和来自)各个LN用户终端的通信；其中所述虚拟网关还被双向地耦合到发射机，该发射机用于发送寻呼和广播消息之一到一个或多个所述WLL用户终端，所述寻呼和广播消息由虚拟网关经过所述至少一个卫星从所述地面卫星网关被接收，以及其中所述地面卫星网关通过业务和信令链路被双向地耦合到另一个地面卫星网关，以便扩大其每一个的有效覆盖区域。
41．通信系统，包括卫星通信系统段，它包括至少一个在地球表面上投射多个波束的卫星；以及至少一个卫星系统地面站，它被双向地耦合到至少一个卫星和一个地面通信系统；以及地面通信段，它包括多个本地化网络(LN)基站，每个基站能够与多个位于相关的LN服务区域内的LN用户终端双向通信，所述地面段还包括LN地面站，它被双向地耦合到每个所述LN基站和所述至少一个卫星，以便双向耦合进到(和出自)LN服务区域的到(和来自)各个LN用户终端的通信，其中来自一个或多个所述卫星的一个或多个波束在地球表面上覆盖一地区性服务区域，至少一个所述LN服务区域位于该地区性服务区域内，其中所述通信系统还包括一个被耦合到所述卫星系统地面站的系统数据库、和一个被耦合到每个所述多个LN基站的LN数据库，它们用来存储用于使各个所述LN用户终端与原籍LN服务区域相联系的信息；其中根据存储在原籍LN服务区域的所述数据库中的信息，对从一个LN服务区域漫游到另一个LN服务区域、或从一个LN服务区域漫游到任何的LN服务区域以外的位置的LN用户终端鉴权和提供服务；以及其中对于从第一LN用户终端到第二LN用户终端的呼叫，将一个呼叫发起请求通过至少一个卫星中继到LN地面站，并且通过使用LN地面站而被建立起来，以及将卫星系统资源分配给被指派为对于呼叫的呼叫管理者的那一个LN用户终端。
42．通信系统，包括卫星通信系统段，它包括至少一个在地球表面上投射多个波束的卫星；以及至少一个地面卫星网关，它被双向地耦合到至少一个卫星和一个地面通信系统；以及地面通信段，它包括多个虚拟网关，每个虚拟网关包括一个本地化网络(LN)基站，它能够与多个位于相关的虚拟网关服务区域内的多个LN用户终端双向通信，每个所述虚拟网关还包括一个LN地面站，该地面站被双向地耦合到每个所述LN基站和所述至少一个卫星，以便双向地耦合进到(和出自)LN服务区域的到(和来自)各个LN用户终端的通信，所述地面通信段还包括地区性虚拟网关，它通过至少一个卫星被双向地耦合到每个所述虚拟网关和所述卫星系统地面站，所述地区性虚拟网关根据从所述卫星系统地面站接收到的资源分配而在所述虚拟网关之间分配系统资源；其中所述卫星系统地面站指派主叫的LN用户终端或被呼叫的LN用户终端之一作为在呼叫持续时间内的呼叫管理者，以及对呼叫管理者LN用户终端进行卫星系统资源的临时分配，以供管理其余的呼叫之用。
43．通信系统，包括至少一个虚拟网关，该虚拟网关包括一个本地化网络(LN)基站，它能够与多个位于由与一个或多个卫星相关的一个或多个波束覆盖的相关的虚拟网关服务区域内的多个LN用户终端进行无线双向通信，所述至少一个虚拟网关还包括一个LN地面站，它被双向地耦合到每个所述LN基站和所述至少一个卫星，以便双向地耦合到进到(和出自)所述LN服务区域的到(和来自)各个所述LN用户终端的通信，所述虚拟网关根据从所述卫星系统地面站接收到的卫星系统资源分配而在所述LN用户终端之间分配卫星系统资源；其中主叫的LN用户终端或被呼叫的LN用户终端之一被指派为在呼叫持续时间内的呼叫管理者，以及接收卫星系统资源的临时分配以用于管理呼叫。
44．权利要求43中所述的通信系统，其特征在于，其中所述卫星系统资源包括频道。
45．权利要求43中所述的通信系统，其特征在于，其中所述卫星系统资源包括扩频码。
46．权利要求43中所述的通信系统，其特征在于，其中至少某些所述LN用户终端是移动终端。
47．权利要求43中所述的通信系统，其特征在于，其中至少某些所述LN用户终端是固定终端。
48．权利要求43中所述的通信系统，其特征在于，其中所述LN基站被耦合到一个数据库，它存储用于识别各个所述多个LN用户终端和用于使各个所述LN用户终端与所述地区性服务区域相联系的信息。
49．权利要求43中所述的通信系统，其特征在于，其中所述数据库可以通过所述至少一个卫星被询问，以便对在原籍LN服务区域以外进行漫游的、和正在请求服务的LN用户终端进行鉴权。
50．权利要求43中所述的通信系统，其特征在于，其中所述一个或多个卫星是低地球轨道卫星的星座的一部分。
全文摘要
用于运行通信系统的方法,包括:(a)在卫星系统网关处接收对于用户终端的呼叫;(b)检验数据库,以确定被呼叫的用户终端处在网关覆盖区域内;(c)构成和发送寻呼消息给被呼叫的用户终端;(d)通过使用卫星系统资源建立呼叫,(e)指派呼叫管理者;和(f)进行卫生系统资源的临时分配。在完成呼叫时,分配的卫星系统资源被释放。还揭示了利用网关到网关分集技术来扩展服务区域的方法和设备。
文档编号H04B7/26GK1282154SQ0012046
公开日2001年1月31日 申请日期2000年7月10日 优先权日1999年7月8日
发明者R·A·维德曼, P·A·蒙特 申请人:环球星有限合伙人公司