使用用于识别干扰移动终端的发送顺序天线扫掠的方法和装置的制作方法

专利名称：使用用于识别干扰移动终端的发送顺序天线扫掠的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种经由卫星链路与基站进行双向通信所需的移动RF终端，具体涉及一种用于迅速识别多个移动终端中的哪一个正在引起对于在轨道中与目标转发卫星相邻的一个或多个卫星的干扰的方法和装置。
背景技术：
利用经由转发卫星与地面站通信的位于诸如飞行器、游船的移动平台和其他移动平台上的移动RF终端，虽然有可以内置在移动终端中的安全装置，仍然存在极小的可能性所述终端以不曾预料到的方式出现故障。在这样的事件中，存在这样的可能移动终端可能会干扰在地球弧形轨道中与移动终端正在与之通信的目标卫星相邻的其他卫星。
也可以认识到，固定业务卫星(FSS，Fixed Service Satellite)操作员可能难于定位来自包括成千上万个远端站点的简易终端的VSAT(甚小孔径终端)系统的干扰，当远程终端包括位于诸如喷气式飞行器的快速移动平台上的移动终端时，这个问题被增加。
因此，需要一种经由转发卫星与多个移动终端通信的地面站，它能够迅速地识别引起对非目标卫星的干扰的故障移动终端，并且迅速解决干扰事故。

发明内容
本发明涉及一种系统和方法，用于迅速确定与诸如地面通信系统或地面段的基站通信的多个移动终端中的哪一个正在引起对邻近目标转发卫星的一个或多个卫星的干扰。所述系统和方法使用地面段的网络运行中心(NOC)来命令使用所述目标转发卫星的每个飞行器的每个移动终端执行发送天线扫掠(lobing)序列，从而确定每个移动终端的发射天线所发送的信号的偏离轴有效全向辐射功率(EIRP)。
NOC使用在发送天线扫掠处理过程中获得的信息，确定其在发送天线扫掠处理过程中所接收的发送信号的参数是否指示移动终端是干扰的起因。如果不是，则NOC对于访问转发目标卫星的第二飞行器的移动终端执行发送天线扫掠序列，然后对于访问转发目标卫星的每个移动终端执行发送天线扫掠序列，直到检测到引起干扰的移动终端。


通过详细的说明和附图，本发明将变得更容易明白，其中图1是用于实现本发明的方法的系统的简化方框图；图2是每个移动平台上使用的移动终端的简化方框图，该移动终端用于使得移动平台建立与系统的转发卫星的通信链路；以及图3是在发送天线扫掠序列期间移动终端的发射天线相对于目标卫星所指向的5个点的图示。
具体实施例方式
参见图1，其中示出了用于实现本发明的优选方法的系统10。系统10向和从一个或多个不同覆盖区域14a和14b中的多个移动平台12a-12f提供数据内容。系统10通常包括地面段16、形成空间段17的多个卫星18a-18f以及被置于每个移动平台12上的移动终端20。移动平台12可以包括飞行器、游船或任何其他运动车辆。因此，这里在图中将移动平台12举例为飞行器，以及在下面的说明中将移动平台作为飞行器不应当被理解为将系统10的适用范围仅限于飞行器。
空间段17可以包括提供对于每个区域的覆盖所需要的每个覆盖区域14a和14b中的任何数量的卫星18。卫星18a、18b、18d和18e最好是Ku或Ka波段卫星。卫星18c和18f是广播卫星业务(BSS，Broadcast Satellite Service)卫星。每个卫星18进一步位于对地静止轨道(GSO，geostationary orbit)或非对地静止轨道(NGSO，non-geostationary orbit)中。可以用于本发明的可能的NGSO轨道的示例包括低地球轨道(LEO，low earth orbit)、中地球轨道(MEO，medium earth orbit)和高椭圆轨道(HEO，high elliptical orbit)。每个卫星18包括至少一个射频(RF)转发器，最好包括多个RF转发器。例如，卫星18a被图解为具有4个转发器18a1-18a4。可以明白，所图解的每个其他的卫星18可以具有用于处理在覆盖区域中运行的预期数量的飞行器12所需要的更多或更少的多个RF转发器。所述转发器提供飞行器12和地面段16之间的“弯管(bent-pipe)”通信。用于这些通信链路的频带可以包括从大约10MHz到100GHz的任何射频频带。所述转发器最好包括由美国联邦通信委员会(FCC，Federal Communication Commission)和国际电联(ITU，InternationalTelecommunication Union)指定用于固定卫星业务FSS或BSS的频带中的Ku波段转发器。而且，可以使用不同类型的转发器(即，每个卫星18不必包括多个相同类型的转发器)，以及每个转发器可以工作于不同的频率。每个转发器18a1-18a4还包括宽的地理覆盖、高的有效全向辐射功率(EIRP，effectiveisotropic radiated power)和高的增益/噪声温度(G/T)。
进一步参照图1，地面段16包括与内容中心24和网络运行中心(NOC)26进行双向通信的地面站22。如果服务需要多个不同的覆盖区域，则可以使用位于第二覆盖区域14b中的第二地面站22a。在这个示例中，地面站22a也经由地面链路或用于与NOC 26建立通信链路的任何其他适当手段与NOC26进行双向通信。地面站22a也与内容中心24a进行双向通信。为了讨论的目的，将参照覆盖区域14a中发生的操作来描述系统10。但是，可以明白，在覆盖区域14b中发生与卫星18d-18f相关的相同操作。也可以明白，系统10可以以刚才所述方式被定标到任何数量的覆盖区域14。
地面站22包括向卫星18a和18b发送数据内容所需要的天线和相关的天线控制电路。地面站22的天线也可被用于接收源自覆盖区域14a内的每个飞行器12的每个移动终端20的由转发器18a1-18a4转发的数据内容。地面站22可以位于覆盖区域14a内的任何位置。类似地，地面站22a如果被包括的话可以位于第二覆盖区域14b内的任何位置。
内容中心24与多个外部数据内容提供者进行通信，并且控制由它接收的视频和数据信息向地面站22的发送。优选地，内容中心24与因特网服务提供者(ISP)30、视频内容源32和公共电话交换网(PSTN)34联系。可选地，内容中心24也可以与一个或多个虚拟专用网(VPN)36进行通信。ISP 30向每个飞行器12的每个乘员提供因特网访问。视频内容源32提供直播电视节目，例如有线新闻网络(CNN)和ESPN。NOC 26执行传统的网络管理、用户验证、帐目核算、客户服务和帐单任务。第二覆盖区域14b中与地面站22a相关的内容中心24a也最好与ISP 38、视频内容提供者40、PSTN 42和可选地与VPN 44进行通信。可选的无线电话系统28也可被包括作为卫星返回链路的替代品。
现在参见图2，将更详细地说明置于每个飞行器18上的移动终端20。每个移动终端20包括一个路由器/服务器50(以下“服务器”)形式的数据内容管理系统，与通信子系统52、控制单元和显示系统54和以局域网(LAN)56形式的分布系统进行通信。可选地，服务器50也可被配置用于与国家无线电话系统(NATS，National Air Telephone System)58、乘务员信息服务系统60和/或飞行娱乐系统(IFE，in-fight entertainment system)62连接运行。
通信子系统52包括发送器子系统64和接收器子系统66。发送器子系统64包括编码器68、调制器70和上变频器72，用于编码、调制和上变频从服务器50到发射天线74的数据内容信号。接收器子系统66包括解码器76、解调器78和下变频器80，用于将接收天线82收到的信号解码、解调和下变频为基带视频和音频信号以及数据信号。虽然仅仅示出了一个接收器子系统66，但是可以明白，最好通常包括多个接收器子系统66以便能够从多个RF转发器同时接收RF信号。如果示出多个接收器子系统66，则也将需要对应的多个部件76-80。
由接收器子系统66接收的信号随后被输入到服务器50。系统控制器84被用于控制移动系统20的所有子系统。系统控制器84具体向用于电子操纵接收天线82的天线控制器86提供信号，以保持接收天线指向特定的一个卫星18，这个卫星在下面被称为“目标”卫星。发送天线74从动于接收天线82以便它也跟踪目标卫星18。可以明白，一些类型的移动天线可以从相同的孔径发送和接收。在这种情况下，发送天线74和接收天线82被组合为单个天线。
进一步参照图2，局域网(LAN)56被用于将服务器50连接到与飞行器12a上的每个座位位置相关的多个访问台88。每个访问台88可被用于将服务器50直接连接到用户的便携式计算机、个人数字助理(PDA)或其他个人计算设备。访问台88也可以每个包括座椅背上安装的计算机/显示器。LAN 56使用户的计算设备可以和服务器50进行数据的双向通信，以便每个用户能够请求期望的电视节目频道、访问期望的网站、访问他的/她的电子邮件或执行与飞行器12上的其他用户无关的多种其他任务。
接收和发送天线82和74分别可以包括任何形式的可操纵天线。在一种优选的形式中，这些天线包括电子扫描的相控阵天线。相控阵天线特别适用于其中气动阻力是重要的考虑因素的航空应用。适用于本发明的一种特殊形式的电子扫描的相控阵天线被公开在转让给波音公司的美国专利第5,886,671号中。
进一步参见图1，在系统10的运行中，在地面站22或从每个移动终端20的发送天线发送数据内容之前，最好将数据内容格式化为互联网协议(IP)分组。为了讨论的目的，来自地面站22的IP分组形式的数据内容的传输将被称为“前向链路”传输。最好也使用IP分组复用，以便可以使用单播、组播和广播传输将数据内容同时提供到覆盖区域14a内运行的每个飞行器12。
由每个转发器18a1-18a4接收的IP数据内容分组然后被转发器转发到覆盖区域14a内运行的每个飞行器12。虽然多个卫星18被图解在覆盖区域14a的上方，但是可以明白当前单个卫星能够提供对于包含整个美国陆地的区域的覆盖。因此，依赖于覆盖区域的地理尺寸和在所述区域内预期的移动平台通信量，有可能仅仅需要安装单个转发器的单个卫星来提供对于整个区域的覆盖。除了美国陆地之外的其他不同覆盖区域包括欧洲、南/中美洲、东亚、中东、北大西洋等。可以预期，在大于美国陆地的服务区域内，可能需要每个安装一个或多个转发器的多个卫星18来提供对于区域的完全覆盖。
接收天线82和发送天线74每个最好被置于它们相关的飞行器12的机身顶部。每个飞行器的接收天线82接收表示来自至少一个转发器18a1-18a4的IP数据内容分组的被编码的RF信号的整个RF传输。接收天线82接收被输入到至少一个接收器66的水平极化(HP)和垂直极化(VP)的信号。如果并入多个接收器66，则一个可被指定用于由它所指向的目标卫星18所携带的特定转发器18a1-18a4。接收器66解码、解调和下变频被编码的RF信号以产生视频和音频信号以及数据信号，它们被输入到服务器50。服务器工作来过滤和丢弃未打算提供给飞行器12a上的用户的任何数据内容，然后将剩余的数据内容经由LAN 56转发给适当的访问台88。
进一步参见图1，将说明从飞行器12a到地面站22的数据内容的传输。这个传输被称为“返回链路”传输。天线控制器86使得发送天线74保持其天线波束指向目标卫星18a。用于从每个移动终端20返回地面站22的通信的信道表示由地面段16的NOC 26独立分配和动态管理的点对点链路。对于容纳几百或更多飞行器12的系统10来说，需要向给定的卫星18所带的每个转发器分配多个飞行器。用于返回链路的优选多路访问方法是码分多址(CDMA)、频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)或其组合。因此，多个移动终端20可被分配到单个转发器18a1-18a4。当更多数量的并入移动终端20的飞行器12工作在覆盖区域14a内时，所需要的转发器的数量随之增加。
接收天线82可以实现闭环跟踪系统，用于根据接收信号幅度定向天线波束和调整天线的极化。发送天线74从动于接收天线82的指向和极化。一种替代的实现方式可以使用一种开环跟踪方法，其中通过使用机载惯性参考单元(IRU，inertial reference unit)知道的飞行器12a的位置和姿态以及知道的卫星18的位置来确定指向和极化。
编码的RF信号从给定飞行器12的移动终端20的发送天线74被发送到分配的一个转发器18a1-18a4，并且被指定的转发器转发到地面站22。地面站22与内容中心24进行通信，以确定和提供用户所请求的适当数据(例如，来自万维网的内容、来自用户的VPN的电子邮件或信息)。
对于系统10必须考虑到的一个附加事项是，可能从接收天线82的小孔径尺寸导致干扰的可能性。接收天线82的孔径尺寸典型地小于传统的“甚小孔径终端”(VSAT)天线。因此，来自接收天线82的波束可能包含沿对地静止轨道运行的相邻卫星。这可以导致来自除了目标卫星的卫星的干扰被特定的移动系统20接收。为了克服这个可能的问题，系统10最好使用低于正常的前向链路数据速率用于克服来自相邻卫星的干扰。例如，系统10使用典型的FSS Ku波段转发器(例如Telstar-6)和具有大约17英寸×24英寸(43.18cm×60.96cm)的有效孔径的天线，工作于至少每转发器大约5Mbps的优选前向链路数据速率。为了比较的目的，典型的Ku波段转发器通常使用传统的VSAT天线而工作于大约30Mbps的数据速率。
使用标准数字视频广播(DVB，digital video broadcast)波形，前向链路信号典型地占用整个转发器宽度27MHz的小于8MHz。但是，将转发器功率集中在小于整个转发器带宽中可以产生调节关系。FCC规则目前调节来自转发器的最大有效全向辐射功率(EIRP)谱密度以防止在间距紧密的卫星之间的干扰。因此，在系统10的一个优选实施例中，在调制器70中使用扩频调制技术，以便使用公知的信号扩频技术在转发器带宽上“扩展”前向链路信号。这降低了被转发信号的功率谱密度，因此消除了在两个或更多移动终端20之间的干扰的可能性。
同样重要的是，发送天线74满足防止对与目标卫星18相邻的卫星的干扰的调整要求。在大多数移动应用中使用的发送天线也趋向于小于传统的VSAT天线(典型是直径为1米的反射器天线)。用于航空应用的移动发送天线应当具有低的气动阻力、轻重量、具有低功耗和具有相对较小的尺寸。因为所有这些原因，发送天线74的天线孔径最好小于传统的VSAT天线。VSAT天线被定尺寸以建立足够窄以辐射沿对地静止轨道运行的单个FSS卫星的天线波束。这是重要的，因为FSS卫星沿着对地静止轨道相距2°的间隔。本发明使用小于正常天线孔径的发送天线74，在一些情况下，可以产生足够宽以辐射到沿对地静止轨道与目标卫星相邻的卫星的天线波束，这会产生干扰问题。通过在返回链路传输上也使用扩频调制技术来降低这个问题的可能性。从发送天线74发送的信号被扩频以在相邻卫星产生的干扰信号低于信号将干扰的门限EIRP功率谱密度。但是，可以明白，如果在给定的覆盖区域内的卫星之间的角间距使得干扰不是问题，则可能不需要扩频调制技术。
在干扰事件产生的情况下，本发明的系统和方法使用公知的发送天线扫掠序列来迅速识别多个移动终端20中的哪一个正在引起对与转发目标卫星相邻的卫星的干扰事件。但是，本发明结合每个移动终端20的发射天线74而不是接收天线82来使用发送天线扫掠序列，其中，天线扫掠序列通常用于检测由移动终端的接收天线接收的接收波束的波束中心。
本发明的发送天线扫掠序列包括一次一个地使每个移动终端20将其发射天线74的指向略微偏离轴一个小的角度，然后向目标卫星，在本示例中为卫星18a发送一个或多个信号。参见图3，最好采用在转发目标卫星18a的方位角平面中将发射天线74偏离轴(点1和3)进行两次测量。然后采用将发射卫星74的指向偏离转发卫星18a的方位角(点2和4)进行两次测量，以及将天线直接指向转发卫星的预期位置进行一次测量。
NOC 26测量它接收的每个信号的接收Eb/No(每比特能量与噪声功率谱密度之比)。在这个处理过程中，NOC 26向移动终端20分配较高的偏离轴EIRP密度以解释偏离轴指向。这个测试验证了主瓣波束方向图、飞行器指向精度和偏离轴功率电平。
一旦一个移动终端20完成了上述发送天线扫掠处理，则NOC 26命令另一个移动终端执行相同的发送天线扫掠处理。依序继续进行每个移动终端20的测试，直到NOC 26检测到所接收的发送天线扫掠信号的信号参数诸如Eb/No(每比特能量与噪声功率谱密度之比)大大偏离预期的Eb/No。以这种方式，NOC 26可以迅速地确定多个移动终端20中的哪一个正在引起对邻近的非目标卫星18的干扰。可以明白，诸如载噪比的多种其他信号参数也可以取代Eb/No被用于提供所接收的信号的信号强度或信号质量的指示。
使用上述处理，可以由NOC 26在1-5秒的时间间隔内测试和评估单个移动终端。可以在少于5分钟的时间内测试和评估与多达30架飞行器通信的转发卫星。
在上述处理期间，NOC 26还最好对于具有执行发送天线扫掠序列的移动终端20的所有飞行器12，保持总的功率谱密度限制。在2000年12月1日提交的共同待审美国专利第09/728,605号中，描述了用于监测移动终端发送的信号的总功率谱密度(PSD，power spectral density)的处理，在此引入作为参考。NOC 26也在转发来自每个移动平台的信号的转发器中保持足够的峰值储备(headroom)。NOC 26也可以使用从发送天线扫掠处理收集的信息来确定飞行器的发送功率设置，并且可以随后命令每架飞行器使其移动终端按照由NOC确定的功率设置来进行发送。
本领域技术人员从上述描述现在可以理解，可以用各种方式实现本发明的宽范围教导。因此，尽管结合具体举例描述了本发明，本发明的真实范围不应当被如此限定，由于本领域技术人员在学习了附图、说明书和所附的权利要求书以后，其它修改将是明显的。
权利要求
1.一种用于确定多个移动终端中的哪一个正在引起对一个或多个卫星的干扰的方法，所述一个或多个卫星在轨道中与所述移动终端正在与之通信的转发目标卫星相邻，所述方法包括下列步骤使用地面部件来命令与所述转发卫星通信的每个所述移动终端，通过将其相关的发射天线指向所述目标卫星的多个偏离轴位置并向所述目标卫星发送多个信号，而使用与其相关的发射天线来执行发送天线扫掠序列；使用所述目标转发器将所述信号中继到所述地面部件；使用所述地面部件来确定每个移动终端发送到所述目标卫星的信号的参数，该参数表示信号强度或信号质量的至少一个；使用所述地面部件来比较来自每个移动平台的信号的所述参数和预定的信号值，以便确定哪一个信号参数偏离所述预定信号值超过预定量；以及将发送产生偏离所述预定信号值超过预定量的参数的信号的移动终端识别为引起所述干扰事件的移动终端。
2.按照权利要求1的方法，其中，所述地面部件包括网络运行中心(NOC)。
3.按照权利要求1的方法，其中，所述发送天线扫掠信号序列包括使每个移动终端仰角偏移所述目标卫星的已知中心发送两个信号。
4.按照权利要求1的方法，其中，所述发送天线扫掠信号序列包括使每个移动终端方位角偏移所述目标卫星的已知中心发送两个信号。
5.按照权利要求1的方法，其中，所述移动终端依序执行所述发送天线扫掠信号序列，直到每个终端执行了所述发送天线扫掠信号序列。
6.按照权利要求1的方法，其中，所述参数包括每比特能量与噪声功率谱密度之比(Eb/No)。
7.一种用于确定多个移动终端中的哪一个正在引起对一个或多个卫星的干扰的方法，其中，所述一个或多个卫星在轨道中与所述移动终端正在与之通信的转发目标卫星相邻，所述方法包括下列步骤使用具有网络运行中心(NOC)的基站来命令所述移动终端的第一个，通过将其发射天线指向所述目标卫星的多个偏离轴位置并发送多个信号，而使用其相关发射天线来执行发送天线扫掠信号序列；使用所述目标卫星来接收所述信号并将信号中继到所述NOC；使用所述NOC来确定用于指示信号强度或信号质量的至少一个的信号参数；使用所述NOC来确定来自所述第一移动终端的信号的所述参数是否足够地偏离预期值；如果所述NOC确定来自所述第一移动平台的信号未足够地偏离预期值，则使用所述NOC来命令所述多个移动终端的剩余的每个依序一次一个地执行所述发送天线扫掠序列，直到所述移动终端之一被NOC确定为发送了产生与预期值偏离预定幅度的参数的信号，从而向所述NOC指示所述一个移动终端正在引起所述干扰事件。
8.按照权利要求7的方法，其中，所述发送天线扫掠信号序列包括使每个移动终端方位角偏移所述目标卫星的已知中心发送两个信号。
9.按照权利要求7的方法，其中，所述发送天线扫掠信号序列包括使每个移动终端仰角偏移所述目标卫星的已知中心发送两个信号。
10.按照权利要求7的方法，其中，所述参数包括每比特能量与噪声功率谱密度之比(Eb/No)。
11.一种用于确定多个移动终端中的哪一个正在引起对一个或多个卫星的干扰的方法，其中，所述一个或多个卫星在轨道中与所述移动终端正在与之通信的转发目标卫星相邻，所述方法包括下列步骤使用具有地面部件的基站来命令所述移动终端的第一个，通过将其发射天线指向所述目标卫星的多个偏离轴位置并发送多个信号，而使用与其相关的发射天线来执行发送天线扫掠信号序列；使用所述目标卫星来接收所述信号并将所述信号中继到所述NOC；使用所述地面部件来评估所述信号，以确定每个信号的每比特能量与噪声功率谱密度之比(Eb/No)值；使用所述地面部件来确定是否所述Eb/No值的任何一个偏离预期的Eb/No值超过预定的量；将发送了具有偏离预期的Eb/No值超过预定的量的Eb/No值的信号的移动终端识别为引起所述干扰事件的移动终端；以及使用所述地面部件来通知所述移动终端停止引起干扰事件所需要采取的行动。
12.按照权利要求11的方法，其中，所述发送天线扫掠信号序列包括使每个移动终端方位角偏移所述目标卫星的已知中心发送两个信号。
13.按照权利要求11的方法，其中，所述发送天线扫掠信号序列包括使每个移动终端仰角偏移所述目标卫星的已知中心发送两个信号。
14.按照权利要求11的方法，其中，所述移动终端依序执行所述发送天线扫掠信号序列，直到每个移动终端已经完成执行所述序列。
全文摘要
一种用于从多个访问目标卫星的移动终端中，快速监测和检测引起对在轨道中与目标卫星相邻的一个或多个卫星的RF干扰的移动终端的方法。每个移动终端执行发送天线扫掠信号序列，以及以网络运行中心(NOC)形式的地面部件分析由每个移动平台发送的信号。NOC确定由每个移动平台发送的信号的每比特能量与噪声功率谱密度之比(Eb/No)的值，并且将这些值与预定的Eb/No值进行比较。如果给定的移动平台的Eb/No值偏离预定的Eb/No值超过预定的幅度，则NOC将该给定移动平台识别为引起对邻近卫星的无意RF干扰。
文档编号H04B7/185GK1599990SQ02824423
公开日2005年3月23日 申请日期2002年5月2日 优先权日2001年12月6日
发明者迈克尔·德拉夏佩尔, 克里斯托弗·麦克莱恩, 戴维·S·帕克曼 申请人:波音公司