专利名称：使用多个扩频网关天线的多卫星中继器容量加载的制作方法
技术领域：
本发明总的说来涉及以中继器为基础的通信系统。
以卫星为基础的通信系统在现有技术中介绍得很充分。例如参考美国专利5303286，1994年4月12日授于本专利申请的发明人之一，其发明名称为“无线电话/卫星漫游系统”。还参考纪录在美国专利5303286中大量的美国专利、外国专利和其它出版物。
本发明是针对通信系统，和由其执行的一种方法，用于通过低地球轨道卫星星座的多个卫星分配通信业务量。多个卫星中的每一个卫星在处于一个地面站的视野中时任何给定的时间以特定的仰角定向。该方法包括步骤(a)为多个卫星中的每一个卫星提供从地面站接收通信链路的接收机和发送接收到的通信链路到用户终端的发送机；(b)响应服务请求，确定是否最高仰角卫星可以分配新通信链路；(c)如果是，分配一条新的通信链路到该最高仰角卫星；(d)如果不是，确定是否第二最高仰角卫星可以分配新通信链路；和(e)如果是，分配一条新的通信链路到第二最高仰角卫星。可选的另外方案为可以使用多个卫星发送通信链路到用户终端。
可以使用一些准则来确定卫星是否可以分配新的通信链路。例如，每一决定步骤可能各包括决定相关卫星是否已经分配预先确定的最大数量的通信链路的步骤。同样例如，每一决定步骤可能各包括决定相关卫星是否以或接近相应于在地球表面最大峰值通量密度的功率电平发送的步骤。进一步例如，可以确定一个给定卫星是否以或接近该卫星的峰值发送功率发送。进一步的确定可以基于对于某个预先决定的时间期间哪一个卫星处于用户和网关两者之间的视野内。
在本发明的当今优选的实施例中，每一卫星对地球发送大量波束。因此，按照该方法的进一步的实施例，每一确定步骤可能各包括一个决定新通信链路可分配的波束是否以最大的预先决定的功率电平操作，或者以或接近相应于最大峰值通量密度的功率电平发送。
当为新的或越区切换(handoff)通信分配卫星时也可以使用前述准则的各种组合。
另外按照本发明的现在的优选的实施例，每一分配步骤包括以下步骤(i)确定通信链路在对应的用户终端是否以分集接收方式操作；(ii)如果是，确定是否至少一个次较低仰角卫星可以分配新通信链路；和(iii)如果是，给次较低仰角卫星也分配通信链路，使得该通信链路通过至少两个卫星同时建立。
本发明上面阐明的特征和其它特征，在结合附图阅读后面接着的本发明的详细说明时将会更为明显，附图中
图1是一个卫星通信系统的框图，该系统是按照本发明目前优选的实施例构造和运行的；图2是图1中的一个网关的框图；图3A是图1中的一个卫星的通信有效负载的框图；图3B表示由图1的一个卫星发送的波束模式的一部分；图4是描绘卫星遥测和控制功能的地面设备支持的框图5是图2的CDMA子系统的框图；图6是图示本发明的教导中十分有用的简化系统框图；和图7是图示按照本发明分配通信业务量的一种方法的逻辑流程图。
图1示出适宜于使用本发明目前优选实施例的卫星通信系统10的目前优选的实施例。在详细叙述本发明前，首先叙述通信系统10以便对本发明有更完整的理解。
通信系统10可以在概念上细分为多个段1、2、3和4。段1这里称为空间段，段2称为用户段，段3称为地面陆上段，和段4称为电话系统基础设施段。
在本发明目前优选的实施例中，总共有48个卫星位于例如1414公里的低地球轨道(LEO)上。卫星12分布在8个轨道平面上，每一平面上有6个等距的卫星(步行者星座)。轨道平面以对赤道52度角倾斜，每一卫星每114分钟完成一次轨道运行。这一方法最好以从位于约在南纬70度和北纬70度之间的特定用户位置在任何给定的时间能看到的至少两个卫星提供近似全地球覆盖。这样，通过一个或多个网关18和一个或多个卫星12，也可能使用一部分电话基础设施段4，用户能够到或从一网关(GW)18覆盖区域之内的地球表面上的几乎任何点到或从地球表面上的其它点进行通信(通过PSTN)。
此处要注意，系统10的上面和下面叙述仅代表其中本发明的教导可找到用途的通信系统的一个适合的实施例。即该通信系统的具体细节不是对本发明的的实践的限制意义阅读和解释。
现在继续叙述系统10，卫星12之间和也在由每个卫星(图3B)发送的16个点波束的单个波束之间的软转换(切换)过程通过扩频(SS)、码分多址(CDMA)技术提供不间断的通信。目前优选的SS-CDMA技术相似于TIA/EIA临时标准，“双模式宽带扩频蜂窝式系统的移动站基站兼容标准”TIA/EIA/IS-95，1993年7月，虽然可以使用其它的扩频和CDMA技术和规程。
低地球轨道允许低功率固定或移动用户终端13通过卫星12通信，在本发明的目前优选的实施例中，每一卫星，唯一地作为一“弯管”(“bent pipe”)中继器的作用来接收从一用户终端13或从一网关18来的通信业务量信号(例如语音和/或数据)，把接收到的通信业务量信号转变为另一频带，然后重发送转变后的信号。亦即，不出现星上处理接收到的通信业务量信号，和卫星12并不知道它接收到的或发送的通信业务量信号可能传送的任何情报。
另外，在卫星12之间不需要直接的一条或多条通信链路。亦即每一卫星12仅从位于用户段2的发送机或从位于地面段3的发送机接收信号，和对位于用户段2的接收机或位于地面段3的接收机发送信号。
用户段2可能包含适合与卫星12通信的多种类型的用户终端13。例如，用户终端13包括多种不同类型的固定和移动用户终端，包括，但不限于，手持移动无线电话机14、安装在车辆上的移动无线电话机15，寻呼/电子信函型设备16，和固定无线电话机14a。用户终端13最好配备通过一个或多个卫星12进行双向通信的全向天线13a。
注意，固定无线电话机14a可能使用定向天线。优点在于，可同时由一个或多个卫星12服务的用户数量的持续增加引起的干扰可减少。
还要注意，用户终端13可能是双用途设备，包括还以传统的方式与地面蜂窝式系统通信的电路。
还参考图3A，用户终端13可以是能够以全双工方式工作和例如经由L波段RF链路(上行链路或返回链路17b)和S频段RF链路(下行链路或前向链路17a)分别通过返回和前向卫星转发器12a和12b通信。返回L频段RF链路17b可以在1.61GHz到1.625GHz频率范围带宽16.5MHz内运行，和按照优选的扩频技术以分组的数字语音信号和/或数据信号调制。前向S波段RF链路17a可以在2.485GHz到2.5GHz频率范围和带宽16.5MHz内运行。前向RF链路17a在网关18也以分组的数字语音信号和/或数据信号按照扩谱技术调制。
前向链路的16.5MHz带宽分为13个信道，每一信道分配例如多达128个用户。返回链路可以有不同的带宽，而给定的用户终端13可以分配或不分配不同于在前向链路上分配的信道。然而，当在返回链路上以分集接收方式运行时(从两个或多个卫星12接收)，用户被分配每一卫星的同一前向和返回链路RF信道。
地面段3包括至少一个但通常是多个网关18，它例如经由全双工C波段RF链路19(前向链路19a(到卫星去)、返回链路19b(从卫星来))与卫星12通信，RF链路19工作在通常大于3GHz的频率范围内和最好在C波段内。C波段RF链路双向传送通信馈电链路，和也给卫星传送卫星命令和从卫星传送遥测信息。前向馈电链路19a可以工作在5GHz到5.25GHz的频带内，而返回馈电链路19b可以工作在6.875GHz到7.075GHz的频带内。
卫星馈电链路天线12g和12h最好是从LEO卫星12上看去对着最大地球覆盖区域的宽覆盖天线。在通信系统10的目前优选的实施例中，从给定的LEO卫星12(假定从地球表面10°的仰角)对的角度近似为110°。这产生直径大约3600英里的覆盖区。
L波段和S波段天线是多波束天线，它们覆盖相关的地面服务区域。L波段和S波段天线12d和12c分别最好是彼此一致，如在图3B中所示的一样。即从宇宙飞船发送和接收的波束覆盖地球表面的同一区域，虽然这一特征对系统10的运行并不关键。
作为一个例子，几千个全双工通信可能通过一个给定的卫星12进行。按照系统10的特征，两个或多个卫星12可能在一给定用户终端13和一个网关18之间各进行同样的通信。这一运行模式，如同下面详细叙述的那样，因而在各自的接收机中提供分集组合，使得增加抵抗衰落和便利软切换过程的实现。
应该指出，这里叙述的所有的频率、带宽等等是只是一个特定系统的代表。其它频率和频段可能不加改变地用于所讨论的原理。作为仅是一个例子，在网关和卫星之间的馈电链路可以使用不同于C波段(大约3GHz到7GHz)的波段中的频率，例如Ku波段(大约10GHz到15GHz)或Ka波段(在次约15GHz以上)。
网关18的作用为连接通信有效负载或卫星12的转发器12a和12b(图3A)到电话基础设施段4。转发器12a和12b包括L波段接收天线12c、S波段发送天线12d、C波段功率放大器12e、C波段低噪声放大器12f、C波段天线12g和12h、L波段和C波段频率变换部件12i、和C波段至S波段频率变换部件12j。卫星12还包括一个主频率发生器12k和命令及遥测设备12l。
在这点上也可以参考E.荷施菲尔德(E.Hirshfield)和C.A.曹(C.A.Tsao)的美国专利-------，名称为“移动通信卫星有效负载”(USSN 08/060,207)。
电话基础设施段4由现有的电话系统组成和包括公共地面移动网络(PLMN)网关20、诸如区域公共电话网络(PRTN)22的本地电话交换机或其它本地电话服务提供者、国内长途电话网络24、国际网络26、专用网络28和其它PSTN网络30。通信系统10运行提供在用户段2和电话基础设施段4的公共交换电话网络(PSTN)电话机32和非PSTN电话机32或其它可以是专用网络的各种类型的用户终端之间的双向话音和/或数据通信。
而且在图1中(也在图4中)所示的，作为地面段3的一部分，也示出卫星运行控制中心(SOCC)36、和一地面运行控制中心(GOCC)38。包括一地面数据网络(GDN)39(见图2)的通信路径被提供用于互联地面段3的网关18和TCU 18a、SOCC 36和GOCC 38。通信系统10的这一部分提供总的系统控制功能。
图2详细地表示一个网关18，每一网关18包括多达四个双重极化RFC波段子系统，每一个子系统又包括一个碟形天线40、天线驱动器42和支座42a、低噪声接收器44、和高功率放大器46。所有这些部件可以放置在一个罩内以提供环境保护。
网关18还包括分别为处理接收到的和发送的FR载波信号的下行变换器48和上行变换器50。下行变换器48和上行变换器50连接到CDMA子系统52，它又通过PSTN接口54连接到公共交换电话网络(PSTN)。作为任选的，PSTN可以使用卫星对卫星的链路旁路。
CDMA子系统52包括一个信号加法器/开关单元52a、一个网关收发信机子系统(GTS)52b、一个GTS控制器52c、一个CDMA互连子系统52d、和一个选择器组子系统(SBS)52e。CDMA子系统52由一个基站管理器(BSM)52f控制并且以类似于CDMA兼容(例如，IS-95兼容的)基站的方式起作用。CDMA子系统52也包括需要的频率合成器52g和全球定位系统(GPS)接收器52h。
PSTN接口54包括一个PSTN服务交换点(SSP)54a、一个呼叫控制处理器(CCP)54b、一个访问者位置寄存器(VLR)54c、和到归属位置寄存器(Home Location Register)(HLR)的规程接口54d。HLR可以位于蜂窝式网关20(图1)中，或可选地，在PSTN接口54中。
网关18通过经由SSP 54a制作的标准接口连接到电信网络。网关18提供一个接口，并通过基本速率接口(PRI)连接到PSTN。网关18还能提供到移动交换中心(MSC)的直接连接。
网关18给CCP 54b提供SS-7ISDN固定信令。在该接口的网关侧，CCP 54b与CIS 52d相接口从而连接到CDMA子系统52上。CCP 54b为系统空中接口(AI)提供规程翻译功能，后者可以类似于CDMA通信的IS-95的临时标准。
部件54c和54d一般提供在网关18和一外部峰窝式电话网络之间的一个接口，它例如与IS-41(北美标准，AMPS)或GSM(欧洲标准，MAP)蜂窝式系统兼容和特别是处理漫游者，即在其归属系统(home system)之外发生呼叫的用户的特殊方法。网关18支持系统10/AMPS电话机和系统10/GSM电话机的用户终端的鉴别。在不存在电信基础设施的服务区域中，HLR可以加在网关18上和与SS-7信令接口相接口。
在用户的正常服务区域之外进行呼叫的用户(漫游者)由该系统10接纳，如果被授权的话。在一个漫游者可以在任何环境中被发现的场合，一个用户可能使用同一终端设备从世界任何地方进行呼叫，而必须的规程转换由网关18透明地进行。规程接口54d例如不需要从GSM转换到AMPS时被旁路。
除了GSM移动交换中心指定的常规“A”接口和到IS-41移动交换中心的厂家专卖的接口之外或取代它们，给蜂窝式网关20提供专用的、通用的接口也在本发明教导的范围之内。直接对PSTN提供一个接口，如在图1中用PSTN_INT标识的信号路径，也在本发明的范围之内。
整个网关控制由网关控制器56提供，它包括到上述地面数据网络(GDN)39的一个接口56a和到服务提供者控制中心(SPCC)60的一个接口56b。网关控制器56一般通过BSM 52f和通过与每个天线40相连的RF控制器43互连到网关18上。网关控制器56还连接到诸如用户、卫星位置数据库等的数据库62和一个I/O单元64上，它能使服务人员获得接入网关控制器56。GDN 39也是双向地与遥测和命令(T & C)单元66相接口(图1和4)。
参考图4，GOCC 38的功能是通过网关18计划和控制卫星的使用，和与SOCC 36协调这种使用。一般地，GOCC 38分析趋势，产生通信量计划，分配卫星12和系统资源(例如但不限于功率和信道分配)，监视整个系统10的性能，和通过GDN 39实时或提前发出使用指令到网关18。
在其它功能之外，SOCC 36运行以维持和监视轨道；转发卫星使用信息到网关，通过GDN 39输入GOCC 38；监视每一卫星12的总功能，包括卫星电池的状态；设定在卫星12内的RF信号路径的增益；保证对于地球表面的最佳卫星定向。
如同上面所述，每个网关18的作用是连接一个给定用户到用于信令，话音和/或数据通信二者的PSTN和通过数据库62(图2)也为计费目的产生数据。选择的网关18包括一个遥测和命令单元(TCU)18a，用于接收由卫星12在返回链路19b上发送的遥测数据和用于通过前向链路19a向上发送命令到卫星12。GDN39运行以互连网关18、GOCC 38和SOCC 36。
一般地，LEO星座的每个卫星12运行以转发从网关18来的信息到用户(C波段前向链路19a到S波段前向链路17a)，和转发从用户到该网关18的信息(L波段返回链路17b到C波段返回链路19b)。除功率控制信号外这一信息包括SS-CDMA同步和寻呼信道。也可以使用各种CDMA导频信道监视对前向链路的干扰。卫星位置更新数据通过卫星12从网关18也传送到每一个用户终端13。卫星12还起着从用户终端13转发信令信息到网关18的作用，包括接入请求、功率变化请求和登记请求。卫星12也转发用户和网关18之间的通信信号，而且可采取安全措施以终止未授权的使用。
在运行时，卫星12发送包括卫星运行状态测量的宇宙飞船遥测数据。从卫星来的遥测数据流、从SOCC 36来的命令和通信馈电链路19都共享C波段天线12g和12h。对包括TCU 18a的那些网关18，接收到的卫星遥测数据可以立即转发到SOCC 36，或该遥测数据可以存储，接着在晚一些时间转发到SOCC 36，典型地是响应SOCC的请求。遥测数据无论是立即发送的还是存储后接着转发的是作为分组信息经GDN 39发送的，每个分组信息包含单个小遥测祯。如果多于一个SOCC 36提供卫星支持的话，则该遥测数据发送到所有的SOCC。
SOCC 36具有与GOCC 38的几个接口功能。一个接口功能是轨道位置信息，其中SOCC 36给GOCC 38提供轨道信息，使得每一网关18可以准确地跟踪可能在该网关视野之内的多达四个卫星。这个数据包括足以允许网关18使用已知算法开发它们自己的卫星连接表的数据表。SOCC 36不需要知道网关跟踪的预定计划。TCU 18a检索下行链路遥测波段和在命令传播前唯一地识别由每个天线正在跟踪的卫星。
另一接口功能是从SOCC 36向GOCC 38报告的卫星状态信息。卫星状态信息包括卫星/转发器两者的可用性、电池状态和轨道信息以及一般说来包括任何与卫星有关的限制，它可能影响通信目的的卫星12的全部或部分的使用。
系统10的一个重要方面是与在网关接收机和在用户终端接收机处的分集组合一起使用的SS-CDMA。分集组合用于在信号从多个卫星经多个和不同的路径长度到达用户终端13或网关18时减轻衰落效应。在用户终端13和网关18使用瑞克接收机以接收和组合从多个信号源来的信号。作为一个例子，用户终端13或网关18为前向链路信号或返回链路信号提供分集组合，这些信号同时从卫星12的多个波束接收或通过其发送。
在这一方面，1993年8月3日授于斯泰芬 A.阿姆斯的、名称为“中继器分集扩频通信系统”的美国专利5233626的公开作为一个整体引用在此作为参考。
在连续分集接收方式中的性能高于通过一个卫星中继器接收一个信号的性能，而且如果一条链路由于树或其它阻碍物遮挡或阻断而丢失而对接收信号有不利的影响的话，通信也不中断。
一个给定网关18的多个定向天线40能够通过一个或多个卫星12的不同波束发送前向链路信号(网关到用户终端)支持在用户终端13的分集组合。用户终端13的全向天线13a通过所有的卫星波束发送，这些波束可以从用户终端13“看见”。
每个网关18支持发送机功率控制功能以寻址(address)慢衰落，而且也支持块交错以寻址中速和快速衰落。功率控制在前向和反向链路两者之上都实现。功率控制功能的响应时间调整为可容忍最不利场合30毫秒的卫星环行延迟。
块交错(图5中53d、53e、53f)在与声码器53g分组祯有关的块长度范围内工作。最优交错器长度放弃较长的长度，因而改善纠错，代价是增加了端对端的总延迟。优选的最大端对端延迟为150毫秒或更小。该延迟包括由于由分集组合器执行的对收到的信号的调整产生的延迟、声码器53g处理延迟、块交错器53d-53f延迟和从CDMA子系统52的一部分来的维特比(Viterbi)解码器(未示出)的延迟。
图5是图2中的CDMA子系统52的前向链路调制部分的框图。加法器部件53a的输出供给频率快速上变换器53b，它又供给加法器和开关部件52a。遥测和控制(T & C)信息也输入到部件52a。
未调制的直接序列SS导频信道以希望的比特率产生一个全零沃尔什(Walsh)码。这个数据流与一个短的PN码组合，该码用于把信号从不同的网关18和不同的卫星12分出来。如果使用的话，导频信道模2加在该短码上，然后以QPSK或BPSK散布到CDMA FD RF信道频带上。提供下面不同的伪噪声(PN)码偏移(a)允许一用户终端13唯一地识别网关18的PN码偏移；(b)允许该用户终端13唯一识别卫星12的PN码偏移；(c)允许该用户终端13唯一地识别从该卫星12发送的16个波束中的给定的波束的PN码偏移。从不同的卫星12之一来的领示PN码分配与同一领示种子PN码不同的时间/相位偏移。
如果使用的话，由网关18发送的每个导频信道可以以比其它信号高或低的功率电平发送。导频信道使用户终端13能捕获前向CDMA信道的定时，为相干解调提供相位基准，和提供执行信号强度比较的机制以确定何时开始切换。然而，导频信道的使用不是必须的，而且其它技术也可以用于本目的。
同步信道产生包括下述信息的数据流(a)一天的时间；(b)发送网关识别；(c)卫星位置；和(d)指定寻呼信道。同步数据用于一卷积编码器53h，在这里数据被卷积地编码，继而被块交错以抵御快速衰落。得到的数据流被模2加在同步沃尔什码上并以QPSK或BPSK散布到CDMA FD RF信道带宽上。
寻呼信道应用于一个卷积编码器53i，在这里数据被卷积地编码继而被块交错。得到的数据流与长码发生器53j的输出组合。该长PN码用于分开不同的用户终端13的频带。寻呼信道和该长码模2相加并供给一符号覆盖(symbel cover)，在这里得到的信号模2加于华沃尔什码上。然后将其结果以QPSK或BPSK散布到CDMA FD RF信道带宽上。一般地，该寻呼信道传送几种消息类型，包括(a)系统参数消息；(b)接入参数消息；和(c)CDMA信道表消息。
系统参数消息包括寻呼信道的配置、登记参数、和帮助捕获的参数。接入参数消息包括该接入信道的配置和该接入信道的数据率。CDMA信道表消息，如果使用的话，它传送相关的导频识别和沃尔什码分配。
声码器53k把声音编码为PCM前向话务量数据流。该前向话务量数据流应用于卷积编码器531，这里它卷积地编码，然后在部件53f中块交错。得到的数据流与一用户长码部件53k的输出组合。该用户长码用于分开不同的用户信道。然后得到的数据流在多路复用器(MUX)53m中进行功率控制，模2加于沃尔什码，然后以QPSK或BPSK散布到CDMA FD RF通信信道带宽上。
网关18运行以解调CDMA返回链路。返回链路有两种不同的编码(a)零偏移码；和(b)长码。它们由两种不同类型的返回链路CDMA信道使用，即接入信道和返回话务信道。
对接入信道来说，网关18接收和解码在请求接入的接入信道上的脉冲串。接入信道消息是由后随相对少量数据的长的前置码实现的。该前置码是用户终端的长PN码。每个用户终端13有一个唯一的长PN码，它由唯一的时间偏移产生为公共的PN生成多项式中。
在接收到接入请求后，网关18在前向链路寻呼信道(块53e、53i、53j)送出一个回答接收到该访问请求的消息和对用户终端13指定沃尔什码来建立话务信道。网关18也对用户终端13指定一频率信道。用户终端13和网关18两者都转换到指定的信道单元和使用指定的沃尔什(扩展)码开始双工通信。
返回话务信道是在用户终端13通过卷积编码从本地数据源或用户终端声码器来的数字信号产生的。然后该数据以预定的间隔块交错并应用于一个128元(128-Ary)调制器和一个数据脉冲串随机发生器以减少冲突。然后该数据加到零偏移PN码上和通过一个或多个卫星12发送到网关18。
网关18例如使用一个快速哈达马(Hadamard)变换(FHT)处理返回链路来解调128元沃尔什码和对分集组合器提供解调的信息。
前面是叙述通信系统10的目前优选的实施例。现在叙述本发明的目前优选的实施例。
图6是表示本发明的教导是有用的一简化的系统框图。上面叙述的系统单元在图6中相应地编号。图示的两个网关18(用18和18’标明)通过3个卫星12发送。标记为12的卫星12具有最高的仰角，卫星12’具有次高仰角，和卫星12”具有最低的仰角。
第一前向链路是由频率决定单元43建立的，它通过网关18的发送机天线40a、40b、40c以同一频率发送单个通信信号到卫星12、12’和12”。卫星12、12’和12”重复接收的信号并以同一频率发送它们到用户终端13。因为卫星12、12’和12”不是共同放置的，所以每个下行链路发送将在不同的时间到达用户终端13，因此经历不同的多路径延迟。在用户终端13之内的分集组合器组合已解调的接收信号并把预期的信号传送给用户。
第二前向链路是由频率确定单元43’建立的，它通过第二和多达N个网关18’的发送机天线40a和40b以同一频率发送单个通信信号到卫星12’和12”。卫星12’和12”重复接收的信号并以同一频率发送它们到用户终端13’。和前面一样，因为卫星12’和12”不是共同设置的，所以每个下行链路发送将以不同的多路径延迟到达用户终端13’。在用户终端13’之内的分集组合器组合解调后的接收到的信号并把预期的信号交付用户。
每一频率确定单元43和43’在相关的控制器56和56’的控制下分别按照下面详细叙述的方法发出上行链路发送。
应该了解，由于卫星在每一轨道期间经过地球表面时从任何特定的网关18观看卫星12的相对仰角彼此在改变。还应该了解，两网关18和18’可能彼此分开数百或数千公里。
可能有大量的用户与每个网关18相关。卫星星座将有一些卫星12同时处于用户和网关的视野之中。一般地，最有利的通信操作是用户加载于在视野中的最高仰角卫星，在这种场合下是卫星12。然而，为减轻阻塞和遮挡的效应，希望通过尽可能多的卫星来发送，即使在视野中的一些卫星并不在用户终端13所在的地块的上空。
发送频谱分为几个频分(FD)段。每一段与一个特定的网关18相关，在所有卫星波束中和可出现或可不出现。卫星12的加载控制是基于下面叙述的方法，它可能由最好驻留在GOCC38之内的主控制器执行，和它通过GDN58发送到网关18的控制器56。该方法也可能由网关18结合从GOCC38接收的信息执行。其目的是影响系统资源的分配，以便给卫星12这样加载，使得没有一个卫星相对于处于一个或多个网关18的视野之内的星座中的其它卫星过载。该方法的一个实施例以实时或近似实时工作，而其它的实施例以预测模式工作。
首先要注意，GOCC38知道每个卫星的总发送功率，因为GOCC38具有对卫星加载的总控制和维护有多少链路在所有网关18和卫星12之间建立的记录。
参考图7，这个例子假设有3个卫星(12、12’和12”)目前在网关18和18’的视野中，对网关18或18’之一提出服务请求(方框A)。服务请求可响应与一个用户卫星13建立通信链路的需要而提出的，或者可以是为已经建立的链路从一个卫星切换到另一个卫星而产生。
在方框B确定最高仰角卫星是否以通信业务量完全加载。如果是，在方框C确定第二最高仰角卫星是否以通信业务量完全加载。如果是，在方框D确定最低仰角卫星是否以通信业务量完全加载。如果是，在方框E不给用户分配任何卫星，因为从一特定的网关18看来所有的卫星均满负荷。
如果在方框B的结果是否定的话，该用户分配给最高仰角卫星12，由此通过一个卫星建立一条通信链路。在方框G确定是否授予该用户分集接收，要记住希望用分集接收来减少衰落效应。如果否，保持单条通信链路，而且该方法终止。如果是，在方框G控制交给方框C确定第二最高仰角卫星是否满负荷。
如果否，则在方框H该用户分配给第二最高仰角卫星12’(如果从方框B进入)，或该用户还分配给第二最高仰角卫星12’(如果从方框G进入)。
在方框I确定是否授予用户分集接收，或如果该用户已经分配到至少一个卫星是否还授予该用户分集接收。如果否，该方法终止。如果是，则在方框I控制交给方框D确定最低仰角卫星是否满负荷。
如果否，则该用户分配给最低仰角卫星12”(如果从方框C进入)，或该用户还分配给最低仰角卫星12”(如果从方框I进入)。
至于是否以分集接收操作特定的用户通信的决定(方框G和I)可以根据许多准则确定，如在某段时间期间上比如后n分钟期间的实际系统加载或预测的系统加载。例如在峰值通信业务量期间可能希望不以分集模式运行或以一缩减的分集模式例如只用两个卫星运行。
在方框B、C和D进行确定也可以根据许多不同的准则。例如，一个准则可能基于是否一卫星现在正重复一些预定的最大数目的通信链路。如果是，那么该卫星被认为是满负荷。
另一准则可能基于给定卫星的总功率输出。另外有关的准则是是否给定的一个卫星波束是以或接近一个功率电平工作，该电平在地球上测量超过一个预定的峰值通量密度(PFD)，例如-154dBW/m2/4kHz。作为一例，一个给定的卫星可以其最大总通信容量的75％运行，但就用户以其需要服务的(或用户可能切换到的)一个特定波束正以等于或非常接近于会引起从该波束的RF能量超过对地球的PFD限制的一功率电平运行。对这种情况，该卫星可以被认为是满负荷，而该用户因此被分配给下一较低仰角卫星。
GOCC38可能根据当前业务量负荷和通信负荷的历史记录预测在一时间间隔上的期望的通信业务量负荷。基于这种预测，可以指示一个或多个网关18对在例如后5分钟内分配所有的新用户到一个或多个卫星。
虽然本文是就扩频通信系统叙述的，但应该了解，本发明的教导也具有对其它可能使用例如时分多址(TDMA)技术的卫星通信系统的适用性。本发明的教导也可以应用于非低地球轨道卫星通信系统。
因此，尽管本发明特别是对本发明的目前优选的实施例表示和叙述的，但本技术领域的技术人员将会懂得，其中的形式和细节可以改变而不离开本发明的范围和精神。
权利要求
1.通过低地球轨道卫星星座的多个卫星分配通信业务量的一种方法，这些卫星的每一个卫星在一个地面站的视野内的任何给定时刻以一特定的仰角定向，包括步骤为这些卫星的每一个卫星配备从地面站接收通信链路的接收机、用于发送通信链路到用户终端的发送机、用于从用户终端接收通信链路的接收机和用于发送通信链路到地面站的发送机；响应服务请求，确定是否最高仰角卫星可以分配一条新通信链路；如果是，分配一条新通信链路给最高仰角卫星；如果否，确定是否一个较低仰角卫星可以分配一条新的通信链路；和如果是，分配一条新的通信链路给一个较低仰角卫星。
2.根据权利要求1的方法，其中每一确定步骤包括确定是否卫星已经分配预定的最大数目通信链路的步骤。
3.根据权利要求1的方法，其中每一确定步骤包括确定是否卫星以或接近相应于最大峰值通量密度的功率电平发送的步骤。
4.根据权利要求1的方法，其中每个卫星发送多个波束到地球，和其中每个确定步骤包括确定是否新的通信链路要分配的波束运行在最大的预先确定的功率电平的步骤。
5.根据权利要求1的方法，其中每个卫星发送多个波束到地球，和其中每个确定步骤包括确定是否新的通信链路要分配的波束以或接近相应于最大峰值通量密度发送的步骤。
6.根据权利要求1的方法，其中每个分配步骤包括进一步的步骤确定是否该通信链路在相应的用户终端以分集接收方式运行；如果是，确定是否至少一个次低仰角卫星可以分配一条新的通信链路；和如果是，也分配该通信链路到次低仰角卫星，使得该通信链路同时通过至少两个卫星建立。
7.根据权利要求1的方法和包括以用户终端发出服务请求的步骤。
8.根据权利要求1的方法和包括通过地面站发出服务请求的步骤。
9.从低地球轨道卫星星座的一个卫星切换到另一个卫星的通信链路的方法，这些卫星的每一个卫星在一个地面站的视野内的任何给定时刻以一特定的仰角定向，包括步骤为这些卫星中的每一个卫星配备从地面站接收通信链路的接收机、用于发送通信链路到用户终端的发送机、用于从用户终端接收通信链路的接收机和用于发送通信链路到地面站的发送机；响应切换请求，确定是否最高仰角卫星可以分配一条新通信链路；如果是，分配该切换通信链路作为一条新通信链路给最高仰角卫星；如果否，确定是否一个较低仰角卫星可以分配一条新的通信链路；和如果是，分配该切换通信链路作为一条新的通信链路给一个较低仰角卫星。
10.根据权利要求9的方法，其中每个确定步骤包括确定是否卫星已经分配预定最大数目通信链路的步骤。
11.根据权利要求9的方法，其中每个确定步骤包括确定是否卫星以或接近相应于最大峰值通量密度的功率电平发送的步骤。
12.根据权利要求9的方法，其中每个卫星发送多个波束到地球，和其中每个确定步骤包括确定是否新的通信链路要分配的波束运行在最大的预先确定的功率电平的步骤。
13.根据权利要求9的方法，其中每个卫星发送多个波束到地球，和其中每个确定步骤包括确定是否新的通信链路要分配的波束以或接近相应于最大峰值通量密度发送的步骤。
14.根据权利要求9的方法，其中每个分配步骤包括进一步的步骤确定是否该切换通信链路在相应的用户终端以分集接收运行；如果是，确定是否至少一个次低仰角卫星可以分配一条新的通信链路；和如果是，也分配该切换通信链路到次低仰角卫星，使得该切换通信链路同时通过至少两个卫星建立。
15.一种通信系统，包括一个地球轨道卫星星座，其每一个卫星包括从至少一个地面站接收多个通信馈电链路的装置和发送接收到的通信馈电链路到多个位于地面的用户终端的装置；和至少一个地面站，包括用于发送所述多个通信馈电链路到至少一个所述卫星的装置和进一步包括连接所述多个馈电链路到位于地面的电信系统的装置；其中多个卫星的每一个卫星在所述至少一个地面站的视野内的任何给定时刻以一特定的仰角定向，和进一步包括，响应服务请求建立通信链路的装置，用于确定是否最高仰角卫星可以分配一条新通信链路，和如果是，用于分配一条新通信链路给最高仰角卫星，所述确定装置进一步响应，如果最高仰角卫星不能分配一条新通信链路的话，用于确定是否一个较低仰角卫星可以分配一条新的通信链路，而如果是，用于分配一条新的通信链路给该次高仰角卫星。
16.根据权利要求15的通信系统和进一步包括一个通信系统控制装置，通过数据链路双向连接到所述至少一个地面站，和其中所述确定装置根据通过所述数据链路接收到的至少部分信息确定是否一个卫星已经分配预先确定的最大数目的通信链路。
17.根据权利要求15的通信系统和进一步包括一个通信系统控制装置，通过数据链路双向连接到所述至少一个地面站，和其中所述确定装置根据通过所述数据链路接收到的至少部分信息确定是否一个卫星以或接近于相应的最大峰值通量密度的功率电平发送。
18.根据权利要求15的通信系统，其中每个卫星发送多个波束到地球，和进一步包括一个通信系统控制装置，通过数据链路双向连接到所述至少一个地面站，和其中所述确定装置根据通过所述数据链路接收到的至少部分信息确定是否一条新通信链路要分配的波束以最大预先确定的功率电平运行。
19.根据权利要求15的通信系统，其中每个卫星发送多个波束到地球，和进一步包括一个通信系统控制装置，通过数据链路双向连接到所述至少一个地面站，和其中所述确定装置确定是否新通信链路要分配的波束以或接近于相应的最大峰值通量密度的功率电平发送。
20.根据权利要求15的通信系统，其中所述确定装置进一步包括用于确定是否该通信链路在相应的用户终端以分集接收运行的装置和，如果是，用于确定是否至少一个次低仰角卫星可以分配一条新的通信链路，和如果是，还用于分配该通信链路到次低仰角卫星，使该通信链路同时通过至少两个卫星建立。
21.通过低地球轨道卫星星座的多个卫星分配通信业务量的一种方法，多个卫星的每一个卫星在一个地面站的视野内的任何给定时刻以一特定的仰角定向，包括步骤为多个卫星的每一个卫星装备用于从地面站接收扩频通信链路的接收机、用于发送扩频通信链路到用户终端的发送机、用于从用户终端接收扩频通信链路的接收机和用于发送扩频通信链路到地面站的发送机；响应服务请求建立一条新扩频通信链路，从最高仰角卫星开始按照顺序确定是否在地面站视野中的每个卫星可以分配一条另外的通信链路；和分配该新通信链路至少两个卫星。
22.通过低地球轨道卫星星座的多个卫星分配通信业务量的一种方法，多个卫星的每一个卫星在一个地面站的视野内的任何给定时刻以一特定的仰角定向，包括步骤为多个卫星的每一个卫星装备用于从地面站接收扩频通信链路的接收机、用于发送扩频通信链路到用户终端的发送机、用于从用户终端接收扩频通信链路的接收机和用于发送扩频通信链路到地面站的发送机；响应服务请求切换现有通信链路，从最高仰角卫星开始按照顺序确定是否在地面站视野中的每个卫星可以分配一个另外的通信链路；和分配该切换通信链路到至少两个卫星。
全文摘要
由多个卫星分配通信业务量的一种通信系统(10)和方法。每一个卫星定向于一个特定仰角。该方法包括(a)为每一个卫星提供用于从该地面站(10)接收通信链路的接收机和用于发送通信链路到用户终端发送机；(b)响应服务请求确定是否最高仰角卫星可分配一条新通信链路；(c)如果是，分配一条新通信链路到该最高仰角卫星；(d)如果不是，确定是否第二最高仰角卫星可分配一条新通信链路；和(e)如果是，分配一条新通信链路给第二最高仰角卫星。
文档编号H04B7/185GK1141543SQ96108090
公开日1997年1月29日 申请日期1996年4月15日 优先权日1995年6月6日
发明者R·A·威德曼, P·A·蒙特, S·S·卡特, W·埃姆斯 申请人:环球星有限合伙人公司, 夸尔柯姆股份有限公司