专利名称：带有用户rf辐射监视和控制的卫星通信系统的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及通信系统，并具体涉及卫星通信系统，在该卫星通信系统中多个用户终端通过网关和至少一个卫星与一个陆地通信网络进行双向无线通信。
现有规则规定了在预定时间间隔之内无线终端用户可以被辐射的门限功率密度上(例如，半小时之内的平均)的RF能量辐射总量。
一种确定用户辐射的技术是在用户终端内监视辐射功率并且对超过门限的辐射功率在时间上求平均。如果在指定的时间间隔内超过了门限，就使该用户终端不能操作，以便使用户离开发射的RF能量。
然而，这种方法会导致用户终端被修改或加工而使得这个功能失效。虽然确保了用户总能使用终端的方便，但是用户可能暴露于潜在的有害的RF能量级。
另外，一个被加工成在指定的可允许的平均功率密度上操作的用户终端，如果后来门限被改变，就会过时。因此，在用户终端中提供这种功能有不少缺点。
本发明的首要目的是提供一个远程监视用户所暴露的RF能量，并当用户的辐射将超过一个预定的门限时终止连接或呼叫的方法和系统。
本发明的另一个目的是提供一个当识别出一个用户终端将造成一个用户暴露于超过指定门限的RF能量辐射时拒绝服务该用户终端的方法和系统。
通过一种由系统网关(GW)从闭环功率控制信息确定一个用户终端的天线功率密度的方法克服了前述和其它的问题并实现了本发明的目的。GW还保持一个功率密度超过指定门限的持续时间记录。GW确定关联于用户终端天线的平均发射功率密度是否将在一个规定的时间期间内等于或超过至少一个预定的门限，或超过一个绝对门限。如果GW确定假如维持一个呼叫连接，就有可能超过门限，GW就在用户终端平均发射功率密度级等于或超过预定的或绝对的门限级之前终止连接。
如果显然将要发生超过门限量的辐射，GW优选地通过一个声音或一个可视的指示器通知用户当前的连接或呼叫将被终止。其后，假设用户仍然连接着，GW自动地终止该连接，并拒绝再次服务该用户，直到足够的时间过去后辐射门限将不会立刻被超过时为止。允许在中断期间进行预定类型的呼叫(例如，紧急呼叫)。
在用户终端也进行功率密度监视功能也在本发明的范围之内。在这种情况下，信息可以通过返回链路发射到GW，GW在终止连接前可以使用多数人赞成的或一些其它的技术。在这种情况下，在GW中进行的功率密度确定优先于在用户终端中进行的，以避免用户终端有意地或无意地使功率密度监视功能无效。监视功能也可以全部或部分在卫星中进行。
这个发明在优选的但不是仅限于的实施例中，涉及一个包括至少一个地球轨道卫星、至少一个位于陆地的用户终端、和至少一个位于陆地的网关的卫星通信系统。网关包括线路和类似物用于通过至少一个卫星在一个陆地通信系统和至少一个用户终端之间传递双向无线通信连接。至少一个网关中的至少一个，至少一个卫星，和至少一个用户终端包括在至少一个连接过程中确定关联于终端的用户的RF辐射是否将等于或超过门限的线路或类似物。还提供一个控制无线连接的机制以避免用户的RF辐射等于或超过门限。
本发明的上述的和其它的特性在结合附图阅读本发明的详细描述中会变得显而易见，其中
图1是一个卫星通信系统的框图，该系统根据这个发明的一个当前优选的实施例构造并运作；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荷的框图；图3B图示说明了一个与图1中的一个卫星关联的波束图样的一部分；图4是描述支持卫星遥测和控制功能的地面设备的框图；图5是图2的CDMA子系统的框图；图6是详细地展示本发明概念的卫星通信系统的框图；以及图7是说明在网关确定的示范用户终端发射机功率密度的图表。
图1图示说明一个适用于本发明的当前优选实施例的卫星通信系统10的当前优选实施例。在详细描述本发明之前，首先要描述通信系统10以便能够更彻底地理解本发明。
通信系统10可以在概念上细分为多个部分1，2，3和4。部分1在这里称作空间部分，部分2称做用户部分，部分3称作地面(陆地)部分，而部分4称做电话系统基础设施部分。
在本发明的当前优选实施例中，例如在一个1414公里的低地球轨道(LEO)上，一共有48颗卫星。卫星12被分配在八个轨道面上，每个平面(Walker星座)等距离地分布六颗卫星。轨道面相对于赤道的倾角是52度，每颗卫星每114分钟完成一次轨道运行。这种方法提供了一种近似的全球覆盖，优选地，在任意给定的时间，位于大约南纬70°和大约北纬70°之间的一个特定用户可以看到至少两颗星。这样，用户能够通过一个或多个网关(GW)18和一个或多个卫星12，还可能使用电话基础设施部分4的一部分，向或从网关(GW)18覆盖的地球表面的几乎任何一点向或从地球表面上其它的点通信(通过PSTN)。
在这里要注意的是前述的和随之的系统10的描述只代表一个其中可以发现本发明概念用处的通信系统的适合的实施例。也就是说，通信系统特定的细节在本发明有限的实践情况下不能被读到或解释。
现在继续描述系统10，一个软转移(切换)在卫星12之间进行，同时也在每个卫星(图3B)发射的16个点波束中的每一个之间进行，通过扩展频谱(SS)、码分多址(CDMA)技术提供不间断通信。虽然也可以使用其它的扩展频谱和CDMA技术和协议，本发明优选的SS-CDMA技术类似于TIA/EIA暂行标准，“用于双模式宽带扩展频谱蜂窝系统的移动站-基站兼容标准”TIA/EIA/IS-95，1993年7月。
低地球轨道允许低功率固定的或移动的用户终端13通过卫星12通信，在本发明目前优选的实施例中每一个这样的卫星的功能只是一个“弯管”中继器，用于接收来自用户终端13或网关18的通信业务信号(如语声和/或数据)，将接收的通信业务信号变换到另一个频段，并重发该变换的信号。也就是说，不进行接收的通信业务信号的星上信号处理，同时卫星12在接收和发射通信业务信号的传输方面不具有任何智能。
另外，在卫星12之间没有直接通信链路或链路。也就是说，每一个卫星12只从位于用户部分2或位于地面部分3的发射机接收信号，并只向位于用户部分2或位于地面部分3的接收机发射信号。
用户部分2可以包括多种类型的适合于与卫星12通信的用户终端13。用户终端13包括，例如，多种不同类型的固定和移动用户终端，它们包括但不限于，手持移动无线电话14、车载移动无线电话15、寻呼/信息类设备16、以及固定式无线电话14a。用户终端13优选地带有全向天线13a，用于通过一个或多个卫星12进行双向通信。
注意到固定式无线电话14a可使用方向性天线。这是一个优点，因为它能减少同时被一个或多个卫星12服务的用户数的必然增加而带来的干扰。
还要注意的是，用户13可以是双用途设备，也包括用常规方法与陆地蜂窝系统通信的电路。
再参考图3A，用户终端13可能能够运作于全双工模式并且分别通过，诸如，L波段RF链路(上行链路或返回链路17b)和S波段RF链路(下行链路或前向链路17a)，分别经由返回和前向卫星转发器12a和12b通信。返回L波段RF链路17b可以运作在1.61GHz到1.625GHz的频率范围内，带宽为16.5MHz，并且用分组数字语音信号和/或数据信号根据优选的扩展频谱技术调制。前向S波段RF链路17a可以运作在2.485GHz到2.5GHz的频率范围内，带宽为16.5MHz。前向RF链路17a也可以在网关18用分组数字语音信号和/或数据信号根据优选的扩展频谱技术调制。
前向链路的16.5MHz带宽分成13个信道，每个信道可以分配给多至，诸如，128个用户。返回链路可以有不同的带宽，而且一个给定的用户终端13可以分配一个与前向链路上不同或相同的信道。然而当返回链路运作在分集接收模式(从两个或多个卫星12接收)时，对于每一个卫星分配给用户的前向和返回链路RF信道是相同的。
地面部分3包括至少一个但一般是多个网关18，该网关18通过，诸如，全双工C波段RF链路19(前向链路19a(到卫星)，返回链路19b(自卫星))与卫星12通信，该链路通常工作在3GHz以上的频率范围，优选的是在C波段。C波段RF链路双向地传输通信馈送链路，并传输到卫星的卫星命令和来自卫星的遥测信息。前向馈送链路19a可以运作在5GHz到5.25GHz的波段上，而反向馈送链路19b可以运作在6.875GHz到7.075GHz的波段上。
卫星馈送链路天线12g和12h优选的是从LEO卫星12看来张开最大地球覆盖区域的宽覆盖天线。在当前的通信系统10的优选实施例中，从一个给定的LEO卫星12的张角(假设到地球表面的仰角为10°)大约是110°。这就得到了一个直径大约是3600英里的覆盖带。
L波段和S波段天线是在有关的陆地服务区域中提供覆盖的多波束天线。L波段和S波段天线12d和12c，分别优选地与另一个一致，如图3B所示。也就是，从飞行器发射和接收的波束覆盖地球表面上同样的区域，尽管这个特性对于系统10的运作不是非常关键的。
例如，几千个全双工通信可以通过一个给定的卫星12产生。根据系统10的一个特性，两个或更多的卫星12每一个可以在一个给定的用户终端13和一个网关18之间传输同样的通信。这种运作模式，如下面详细描述的，提供在相应的接收机上的分集合并，实现抗衰落性的提高，并有利于实施软切换过程。
要指出，在这里描述的所有的频率、带宽和类似的东西仅代表一个特定的系统。其它的频率和频段也可以在不改变所讨论的原则的情况下使用。仅作为一个例子，网关和卫星之间的馈送链路可以使用C波段(大约3GHz到大约7GHz)以外的频率，例如Ku波段(大约10GHz到大约15GHz)或Ka波段(大约15GHz以上)。
网关18用来将卫星12的通信有效负荷或转发器12a和12b(图3A)连接到电话基础设施部分4。转发器12a和12b包括一个L波段接收天线12C、S波段发射天线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波段到C波段频率变换器部分12i、以及C波段到S波段频率变换器部分12j。卫星12也包括一个主频率产生器12k和命令及遥测设备121。
在这方面也可参考U.S专利号No.5,422,647，E.Hirshfield和C.A.Tsao，题为“Mobile Communications Satellite Payload”，该文揭示了一种适于讲授本发明的概念时使用的通信卫星有效负荷。
电话基础设施部分4包括现有的电话系统并包括公共陆地移动网(PLMN)网关20、本地电话交换局一例如区域公共电话网络(RPTN)22或其它的本地电话业务提供者、国内长途网24、国际网26、专用网28以及其它的RPTNs30。通信系统10用来在用户部分2和电话基础设施部分4的公用电话交换网(PSTN)电话32及非PSTN电话32、或其它各种不同的可能是专用网络的用户终端之间提供双向的语音和/或数据通信。
作为地面部分3的一部分，图1中(而且也在图4中)也表示了卫星运作控制中心(SOCC)36、以及地面运作控制中心(GOCC)38。为网关18和地面部分3的TCUs18a、SOCC36以及GOCC38之间的互连提供了一条通信通道，该通道包括了一个地面数据网络(GDN)39(见图2)。通信系统10的这部分提供总体的系统控制功能。
图2更详细地表示了网关18中的一个。每个网关18包括多达四个双极化RFC波段子系统，每个子系统包括一个碟形天线40、天线驱动器42以及基座42a、低噪声接收机44、和高功率放大器46。所有这些部件也可处于天线罩结构内以提供环境保护。
网关18还包括下变频器48和上变频器50，分别处理接收和发射的RF载波信号。下变频器48和上变频器50连接到CDMA子系统52，后者又通过PSTN接口54连接到公用电话交换网(PSTN)。作为一个选项，PSTN可以通过使用卫星到卫星的链路旁路。
CDMA子系统52包括一个信号累加/交换单元52a、一个网关收发机子系统(GTS)52b、一个GTS控制器52c、一个CDMA互连子系统(CIS)52d、以及一个选择器阵列子系统(SBS)52e。CDMA子系统52由基站管理器(BSM)52f控制并用一种类似于一个CDMA兼容(例如，IS-95兼容)基站的方式工作。CDMA子系统52也包括所要求的频率综合器52g和一个全球定位系统(GPS)接收机52h。
PSTN接口54包括一个PSTN业务交换点(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、以及一个到主位置寄存器(HLR)的协议接口54d。HLR可位于蜂窝网关20(图1)中，或可选地，位于PSTN接口54中。
网关18通过穿过SSP54a的标准接口连接到电信网络。网关18提供一种接口，并通过基群接口(PRI)或其它合适的装置连接到PSTN。网关18还能够提供到移动交换中心(MSC)的直接连接。
网关18提供SS-7ISDN固定式信令到CCP54b。在这个接口的网关一侧，CCP54b与CIS52d接口并从此到CDMA子系统52。CCP54b为系统空间接口(AI)提供协议转换功能，类似于IS-95为CDMA通信的暂定标准。
块54c和54d一般提供网关18和一个外部蜂窝电话网之间的接口，该电话网与，例如，IS-41(北美标准，AMPS)或GSM(欧洲标准，MAP)蜂窝系统相兼容，并且特别是针对处理漫游者-在他们的主系统以外发出呼叫的用户-的指定方法。网关18支持系统10/AMPS话机和系统10/GSM话机的用户终端鉴权。在没有现有的电信基础设施的服务区域，HLR可以加到网关18中并与SS-7信令接口。
一个在用户一般服务区域之外(一个漫游者)发起呼叫的用户，如果授权了，就可被系统10容纳。既然可以在任何环境中找到漫游者，用户就可以使用相同的终端设备从世界上任何地方发起呼叫，而且必要的协议转换通过网关18透明地进行。当不需要转换时，例如从GSM到AMPS，协议接口54d可以旁路掉。
在本发明的概念范围之内，提供了到蜂窝网关20的一个专门的、普遍的接口，附加于或者替换为常规的GSM移动交换中心指定的“A”接口和到IS-41移动交换中心的厂商制定的接口。提供一个直接到PSTN的接口，如图1中标为PSTN-INT的信号通道所表明的，也在本发明的范围之内。
总体的网关控制由网关控制器56提供，后者包括一个到上述的地面数据网(GDN)39的接口和一个到业务提供者控制中心(SPCC)60的接口。网关控制器56一般通过BSM 52f和结合于天线40中的每一个的RF控制器43与网关18互连。网关控制器56还连接到一个数据库62，例如用户数据库、卫星星历数据，等，并且连接到一个允许业务人员访问网关控制器56的I/O单元64。GDN39也与遥测和命令(T&C)单元66(图1和图4)双向接口。
参考图4，GOCC38的功能是计划和控制网关18对卫星的利用，并且与SOCC36协调这种利用。一般来说，GOCC38分析趋势，产生业务计划，分配卫星12和系统资源(例如，但并不局限于此，功率和信道分配)，监视整个系统10的性能，并且实时地或提前通过GDN39向网关18发出利用指示。
SOCC36用于维护和监视轨道运行，中继卫星使用信息到网关以便通过GDN39输入到GOCC38，监视每个卫星12的整个功能，包括卫星电池的状态，为卫星12内的RF信号通道设置增益，保证最佳的卫星相对于地球表面的方位，以及其他一些功能。
如上所述，每个网关18的功能是为了信令、语音和/或数据通信将一个给定的用户连接到PSTN，并且也为了通过数据库62(图2)产生数据用于计费。所选择的网关18包括一个遥测和命令单元(TCU)18a，用于接收卫星12通过返回链路19b发射的遥测数据并通过前向链路19a向卫星12发命令。GDN39用于将网关18、GOCC38以及SOCC36互连起来。
一般来说，LEO星座的每颗卫星12用于中继来自网关18的信息到用户(C波段前向链路19a到S波段前向链路17a)，并且中继来自用户的信息到网关18(L波段返回链路17b到C波段返回链路19b)。该信息包括SS-CDMA同步和寻呼信道，以及功率控制信号。不同的CDMA导频信道也可用于监视前向链路上的干扰。卫星星历更新数据也从网关18，通过卫星12，传输到每个用户终端13。卫星12也用来中继来自用户终端13的信令信息到网关18，包括接人请求、功率改变请求、以及注册请求。卫星12也在用户和网关18之间中继通信信号，而且也为减轻未授权的使用提供安全保证。
在运行中，卫星12发送飞行器遥测数据，包括卫星运行状态的测量。来自卫星的遥测数据流、来自SOCC36的命令、以及通信馈送链路19都共享C波段天线12g和12h。对于那些包括一个TCU18a的网关18，接收的卫星遥测数据可以立即转发到SOCC36，或者遥测数据可以先存储然后在一段时间之后转发到SOCC36，一般要经过SOCC的请求。无论立即发送或存储然后转发，遥测数据都要通过GDN39作为分组信息来发送，每个分组信息包括一个单个的较小遥测帧。如果一个以上的SOCC36提供卫星支持，遥测数据就要路由选择到所有的SOCC。SOCC36与GOCC38有几个接口功能。一个接口功能是轨道位置信息，这里SOCC36向GOCC38提供轨道信息以便每个网关18能够精确地跟踪可能在该网关视野内的四个卫星。这个数据包括数据表，足够允许网关18使用已知的算法发展它们自己的卫星联系表。SOCC36不需要了解网关跟踪计划。TCU18a搜寻下行链路遥测波段，并在传播命令之前，唯一地识别每个天线跟踪的卫星。
另一个接口功能是卫星状态信息，由SOCC36向GOCC38报告。卫星状态信息包括卫星/转发器的可用性、电池状态以及轨道信息，并且一般结合任何卫星有关的限制，防止使用卫星12的全部或一部分用于通信。
系统10的一个重要方面是使用SS-CDMA，结合在网关接收机和用户终端接收机处的分集合并。分集合并有助于减轻衰落效应，这是来自多个卫星通过多条不同的通道长度到达用户终端13或网关18的信号产生的。用户终端13或网关18中的Rake接收机用于接收和合并来自多个源的信号。例如，一个用户终端13或网关18提供前向链路信号或返回链路信号的分集合并，这些信号同时从卫星12的多个波束接收或通过卫星12的多个波束发射。
在这方面，1993年8月3日颁布的Stephen A.Ames的U.S.专利号No.5,233,626、题为“Repeater Diversity Spread Spectrum Communication System”的公开内容，在这里全部结合进来作为参考。
在连续分集接收模式中的性能优于通过一个卫星中继器接收一个信号的性能，而且特别是在通信中不存在中断，因为由于树或其他障碍物的遮蔽或阻塞从而对接收信号存在不良影响时，一条链路就会断掉。
给定的一个网关18的多个方向性天线40能够通过一个或多个卫星12的不同波束发射前向链路信号(网关到用户终端)，以支持在用户终端13中的分集合并。用户终端13的全向天线13a通过用户终端13可以“看到”所有卫星波束发射。
每个网关18针对慢衰落支持发射机功率控制功能，并且也针对导致快衰落的因素支持块交织。功率控制在前向和反向链路上都进行。功率控制功能的响应时间调整到适合30毫秒的卫星来回路程延迟这种最差情况。
块交织(图5的53d、53e、53f)在一个块的长度上操作，这个长度与声码器53g的分组帧有关。最佳的交织长度折衷选择较长的长度，因此改善了纠错，但是以增加整个的端到端延迟为代价。优选的最大端到端延迟是150毫秒或更少。这个延迟包括由于分集合并器进行的接收信号对准而造成的延迟、块交织器53d-53f的延迟、以及组成CDMA子系统52一部分的Viterbi译码器(未表示出来)的延迟在内的所有延迟。
图5是图2中CDMA子系统52的前向链路调制部分的框图。合并模块53a的输出馈人一个频率敏感上变频器53b，53b接着馈入合并和交换模块52a。遥测和控制(T&C)信息也输入模块52a。
未调制的直接序列SS导频信道以所需的比特率产生全0的Walsh码。这个数据流与用于从不同网关18和不同卫星12中区分信号的短PN码合并。如果使用了导频信道，导频信道就与短码模2加，然后QPSK或BPSK扩展到CDMA FD RF信道带宽。提供了以下几种不同的伪(PN)码偏移(a)允许用户终端13唯一识别一个网关18的PN码偏移；(b)允许用户终端13唯一识别一个卫星12的PN码偏移；以及(c)允许用户终端13唯一识别从卫星12发射的16个波束中给定的一个的PN码偏移。从不同的卫星12来的导频PN码相对于同一个导频种子PN码指定了不同的时间/相位偏移。
如果使用了导频信道，网关18发射的每个导频信道可以用较高或较低于其他信号的功率电平发射。导频信道使用户终端13能够捕获前向CDMA信道的定时，提供相干解调的相位参考，并且提供执行信号强度比较以判断何时启动越区切换的机制。但是并不一定要使用导频信道，其他技术也可用于这个目的。
同步信道产生包括下列信息的数据流(a)日期；(b)发射网关标识；(c)卫星星历；以及(d)指定的寻呼信道。同步数据提供给卷积编码器53h进行卷积编码，然后块交织以抗快衰落。产生的数据流与同步Walsh码模2加，并QPSK或BPSK扩展到CDMA FD RF信道带宽。
寻呼信道提供给卷积编码器53i进行卷积编码，然后块交织。产生的数据流与长码产生器53j的输出合并。长PN码用于区分不同的用户终端13的频段。寻呼信道和长码模二加并提供给符号覆盖器，在那里产生的信号与Walsh码模二加。产生的信号然后用QPSK或BPSK扩展到CDMA FD RF信道带宽。
一般来说，寻呼信道传输以下几种类型的信息(a)系统参数信息；(b)接人参数信息；以及(c)CDMA信道列表信息。
系统参数信息包括寻呼信道的配置、注册参数、以及有助于捕获的参数。接人参数信息包括接入信道的配置和接入信道数据率。CDMA信道列表信息如果使用了，则传输有关的导频识别和Walsh码分配。
声码器53k将语音编码为PCM前向业务数据流。前向业务数据流提供给卷积编码器531，在那里进行卷积编码，然后在模块53f中块交织。产生的数据流与用户长码模块53k的输出合并。用户长码用于区分不同的用户信道。产生的数据流在复用器(MUX)53m中进行功率控制，与Walsh码模二加，然后QPSK或BPSK扩展到CDMA FD RF通信信道带宽。
网关18用于解调CDMA返回链路。有两种不同的返回链路码(a)零偏移的码；以及(b)长码。这些码被两种不同类型的返回链路CDMA信道使用，称做接人信道和返回业务信道。
对于接入信道，网关18对请求接入的接人信道上的一个突发接收并解码。接入信道信息体现为一个长的前同步信号跟着一个相对较少的数据。前同步信号是用户终端的长PN码。每个用户终端13通过相对于公共PN生成多项式的唯一的时间偏移而产生唯一的长PN码。
在接收到接入请求之后，网关18在前向链路寻呼信道(块53e、53i、53j)上发送一个信息，对接入请求的接收进行应答并且给用户终端13分配Walsh码以建立业务信道。网关18也对用户终端13指定一个频率信道。用户终端13和网关18都切到指定的信道单元并开始使用指定的Walsh(扩频)码进行双工通信。
返回业务信道在用户终端13中通过对来自本地数据源或用户终端声码器的数字数据进行卷积编码产生。数据然后以预定的间隔进行块交织并提供给128进制调制器和数据突发随机器以减少返回业务信道之间的相关性、以及干扰。数据然后与零偏移的PN码相加并通过一个或多个卫星12发射到网关18。
网关18通过使用，例如，一个快哈达曼变换(HFT)解调128进制的Walsh码并给分集合并器提供解调的信息来处理返回链路。
前面所述是通信系统10目前优选的实施例的描述。现在要做的是本发明目前优选的实施例的描述。
参考图6，该图说明了图1中的卫星通信系统10的一个简化的框图。用户终端13包括一个电子终端标识(ETI)13b唯一地识别该终端，包括一个终端类型(例如，车载、固定、手持、只有语音、语音/数据、数据，等等)。用户13典型地包括一个可变速率(1200，2400，4800，9600波特)声码器13c，用于数字化用户语声并将输入的声码话转换为模拟格式。用户终端13也包括一个闭环发射机功率控制功能13d，可以类似于前面提到的TIA/EIA暂行标准中的规定，即“MobileStation-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband SpreadSpectrum Celluar System”，TIA/EIA/IS-95，1993年7月。天线13a将用户终端13双向连接到一个或多个低地球轨道(LEO)卫星12。
正如前面参考图3A所做的描述，在本发明的这个实施例中卫星12是弯管中继器，接收返回链路17b上来自16个波束中的一个的用户传输，频率转换相同，且在链路19b上将用户信号发射到一个GW 18。卫星12也从GW接收馈送链路19a，频率转换相同，且在前向链路17a上通过16个波束中相同的一个将信号发射到用户终端。
GW18负责为用户终端分配信道和Walsh码并控制呼叫过程中用户终端发射机的功率。通过在返回链路上检测用户终端信号，并用前向链路上周期性发送的功率控制比特调整用户终端的发射机功率，用户终端发射机的功率以1dB离散的分数增量来控制。这个过程一般是基于每个声码器帧而产生的，或者在卫星通信系统10目前优选的实施例中是每20毫秒(每秒50次)一次。
正如上面指出的，由于GW18用功率控制比特以帧速率连续控制用户终端的功率电平，所以用户终端13的发射机功率电平对GW18总是已知的。初始的用户终端功率电平在连接第一次建立的时候告知GW18，而且随后用户终端功率电平的调整都是从初始电平进行的。
根据本发明，GW18监视用户终端全向天线辐射的功率(通过返回链路接收)，转换辐射的功率为用户身体处的功率流密度(基于天线13a和用户身体之间的一定距离d)，记录功率流密度超过预定门限的量(在图7的图表中为阴影部分)，并且将记录量做时间平均。
判断用户身体处的功率流密度(PFD)的一个合适的表达式如下PFD＝EIRP/4πd2，这里EIRP代表用户身体所在方向的有效均方辐射功率(以毫瓦为单位)，而且d是辐射设备(即，天线13a)和用户身体之间以厘米计的距离。
如果平均的总功率密度达到了规定的最大允许辐射量(例如，在距离d处为4mw/cm2)，GW18就在前向链路上发送一条信息到用户终端13的一个嵌入式控制器13e。响应接收到的这条信息，控制器13e在终端显示器13f上给用户显示一条信息，所显示的信息指出正在进行的呼叫很快就要终止。或者，给用户一个听得见的警告音。给出显示信息和/或声音的时间最好能够允许用户在呼叫被终止之前完成呼叫。在快要超过最大允许辐射量时，如果用户终端13仍然处于连接中，GW18自动终止该连接。
一般来说，GW18确定与用户终端13的天线13a有关的平均发射功率密度在一规定时间期间内是否将等于或超过至少一个预定的门限，或者一个绝对门限。如果呼叫连接正在保持时，GW18确定可能要超过门限，GW18就在用户终端平均发射功率密度级等于或超过预定的或绝对的门限之前终止该连接。
当终端接近门限时，GW18使用户终端13的发射功率减少以便使终端13被断开连接之前的时间尽可能长，这也在本发明的范围之内。在这方面分集水平(即，卫星12的数目)也可改变以便维持足够的返回链路质量。
进一步根据本发明，如果用户终端13在终止之后一预定时间期间内尝试重新连接系统10，GW18拒绝连接该用户终端13。在一定时间之后，用户终端13被允许重新连接，因为最大允许的辐射限制在一段时间之后(例如，半小时)被指定了。
网关控制器56(图2)为网关18管理的每个用户终端13确定并积累用户辐射信息。辐射信息也可通过一定数目的呼叫积累。例如，用户在一预定时间期间内进行多个短呼叫同在相同时间内只进行一个呼叫的用户大约暴露于相同的RF能量。
既然GW18是在呼叫建立的时候从在返回链路上发射的ETI知道用户终端的类型，某些类型的用户终端可能不用监视。例如，可以设想固定用户终端14a把它的天线13a放在离用户相当远的位置。而且，对于车载终端，天线13a可以在车辆15的外部(图1)，以此来保护用户离开发射的RF能量。因此，根据ETI，GW18能够区别出用户暴露在辐射RF能量中可能性最高的那些类型的用户终端(例如手持终端)。另外，不同类型的手持终端(也通过ETI识别)，当用户手持在普通操作位置时，天线13a的放置位置相对于用户身体可能不同。这样，用于计算用户辐射距离(d)的值对于不同类型的用户终端13可能不同，这样就影响了GW18进行的平均RF功率密度的计算。感兴趣的门限可能是固定的或可变的。
用户终端13也基于，例如，在前向链路上从GW18接收的功率控制信息，监视用户终端13发射的功率，这也在本发明的范围之内。用户终端功率监视的结果可以通过返回链路发射到GW18以结合GW18功率监视的结果一起使用。当决定终止与特定用户终端13的连接时，多数人同意的或一些其它的技术可以在GW18中使用。优选地，GW18确定的平均功率密度比用户终端13发送的任何测量值的优先权要高。
当进行预定类型的呼叫(例如，一个911呼叫)时，允许用户终端拒绝GW发起的业务切断也是优选的。在这种情况下，GW18从与呼叫连接请求一起发送的电话号码中确定用户拨过一组预定号码中的一个，并将该呼叫连接到PSTN。
在连接了做预定类型呼叫之一的用户之后，GW18可以发送一条信息给用户终端13，使该终端显示一条信息(和/或响一个声音)指示用户呼叫连接完成，即使GW18已经确定该用户终端已超过平均功率密度门限。
保存有关用户RF辐射数据的记录以及在用户被确定超过门限的期间内连接的任何呼叫(例如，急救呼叫)的记录，而且周期性地从GW18中通过GDN39传递这些信息到GOCC36，这些也在本发明的范围之内。GOCC36可以存档这些数据并/或为统计目的使用该数据。
当本发明已经被详细地表示并参考其优选的实施例被描述时，本领域的技术人员将会理解在不脱离本发明的范围和精神的情况下在其中做形式上和细节上的改变都是可以的。
例如，对本领域的技术人员来说很明显的是，本发明的概念不限于卫星通信系统，而且也不限于扩展频谱通信系统。例如，时分多址(TDMA)系统也可从本发明的概念中受益。本发明的概念因此可普遍用于无线通信系统，这里一个网关、基站、移动交换中心、以及类似东西都能在远端确定用户暴露于RF能量的程度，并且能够基于确定的暴露程度暂时地拒绝或限制到一个用户的业务。
进一步值得赞赏的是在某些类型的卫星通信系统中，例如卫星能够为通信链路执行星上处理的系统，卫星本身如上所述可以执行所有的或一部分用户终端辐射能量的监视功能。
权利要求
1.一种操作通信系统的方法，包括以下步骤通过一个前向链路和一个返回链路建立一个和用户终端的无线连接；在连接过程中确定，关联于一个用户终端天线的平均发射功率密度在一个规定的时间单位内，相对于终端的一个用户，是否将要等于或超过至少一个预定的门限，以及一个绝对门限；和在平均发射功率密度级等于或超过门限的时间之前终止该连接。
2.一种如权利要求1的方法，而且还包括这样的步骤响应用户终端在执行终止步骤之后的一个时间间隔之内的建立第二个连接的尝试，拒绝建立第二个连接。
3.一种如权利要求1的方法，而且还包括这些步骤响应用户终端在执行终止步骤之后的一个时间间隔之内的建立第二个连接的尝试，将与连接请求一起发射的电话号码和属于一个预定的电话号码集中的电话号码相比较，并且如果电话号码与该电话号码集中的一个电话号码匹配，则连接该用户终端，处理到该电话号码的呼叫。
4.一种如权利要求1的方法，其中确定步骤包括这些步骤取样在返回链路上接收的来自用户终端的信号；通过前向链路发射一个功率控制信号到用户终端以在一个预定电平上建立用户终端的发射功率；以及将用户终端期望的发射功率变换为相对用户身体的功率密度值。
5.一种如权利要求1的方法中的建立步骤还包括这些步骤从返回链路中接收的来自用户终端的信息中识别用户终端的类型；以及仅在用户终端的类型被识别为预定的一种或多种类型中的一个时执行确定步骤。
6.一种如权利要求1的方法，而且还包括这些步骤在连接过程中在用户终端确定关联于用户终端天线的发射功率密度；以及从用户终端通过返回链路发射确定的发射功率密度。
7.一种如权利要求1的方法中的终止步骤还包括这些初始步骤在前向链路上发射一个信息到用户终端；以及响应接收的发射信息，向用户终端的用户提出一个连接将很快被终止的指示。
8.一种如权利要求1的方法中的建立一个无线连接的步骤通过至少一个卫星建立。
9.一个通信系统包括通过一个前向链路和一个返回链路与一个用户终端建立一个无线连接的装置；在连接过程中确定，关联于一个用户终端天线的平均发射功率密度在一个规定的时间单位内是否将要等于或超过，与一个终端的用户有关的，至少一个预定的门限，或者一个绝对门限的装置；和在平均发射功率密度级等于或超过门限的时间之前终止该连接的装置。
10.一个如权利要求9的系统中所述的建立装置响应用户终端在连接被终止之后的一个时间间隔之内建立第二个连接的尝试，拒绝建立第二个连接。
11.一个如权利要求9的系统中所述的建立装置响应用户终端在连接被终止之后的一个时间间隔之内建立第二个连接的尝试，将与连接请求一起发射的电话号码和属于一个预定的电话号码集中的电话号码相比较，并且如果电话号码与该电话号码集中的一个电话号码匹配，则连接该用户终端，处理到该电话号码的呼叫。
12.一个如权利要求9的系统中所述的确定装置包括取样在返回链路上接收的来自用户终端的信号的装置；通过前向链路发射一个功率控制信号到用户终端以在一个预定级上建立用户终端的发射功率的装置；以及将用户终端期望的发射功率作为时间的函数变换为相对用户身体的功率密度值的装置。
13.一个如权利要求9的系统中所述的建立装置包括从返回链路中接收的来自用户终端的信息中识别用户终端类型的装置；并且其中所述的确定装置响应一种确定的用户终端标识，仅在用户终端被识别为预定的一种或多种类型中的一个时才运作。
14.一个如权利要求9的系统中所述的用户终端包括在连接过程中确定关联于一个用户终端天线的发射功率密度的装置；和从用户终端通过返回链路发射确定的发射功率密度的装置。
15.一个如权利要求9的系统中所述的终止装置包括在前向链路上发射一个信息到用户终端的终止装置；并且其中所述的用户终端包括响应接收的发射信息，向用户终端的用户提出一个连接将很快被终止的指示的装置。
16.一个如权利要求9的系统还包括至少一个卫星，通过它建立无线连接。
17.一个卫星通信系统，包括一个地球轨道卫星星座；至少一个位于陆地的用户终端；至少一个位于陆地的网关，该网关包括通过至少一个上述卫星，在一个陆地通信系统和上述的至少一个用户终端之间传输一个双向的，功率控制的无线通信连接的装置；其中，上述的至少一个网关包括在连接过程中从来自用户终端的功率控制信息中确定，关联于一个用户终端天线的平均发射功率密度在一个规定的时间单位内是否将要等于或超过，与一个终端的用户有关的，至少一个预定的门限，或者一个绝对门限的装置，和在平均发射功率密度级等于或超过门限的时间之前终止该连接的装置。
18.一个如权利要求17的系统中所述的网关响应用户终端在连接被终止之后的一个时间间隔之内建立第二个连接的尝试，拒绝建立第二个连接。
19.一个如权利要求17的系统中所述的网关响应用户终端在连接被终止之后的一个时间间隔之内建立第二个连接的尝试，将与连接请求一起发射的电话号码和属于一个预定的电话号码集中的电话号码相比较，并且如果电话号码与该电话号码集中的一个电话号码匹配，则连接该用户终端，处理到该电话号码的呼叫。
20.一个如权利要求17的系统中所述的确定装置包括取样在返回链路上接收的来自用户终端信号的装置；通过前向链路发射一个功率控制信号到用户终端以在一个预定级上建立用户终端的发射功率的装置；以及将用户终端期望的发射功率变换为相对用户身体的功率密度值的装置。
21.一个如权利要求17的系统中所述的网关包括从返回链路中接收的来自用户终端的信息中识别用户终端类型的装置；并且其中所述的确定装置响应一种确定的用户终端标识，仅在用户终端被识别为预定的一种或多种类型中的一个时才运作。
22.一个如权利要求17的系统中所述的用户终端包括在连接过程中确定关联于用户终端天线的发射功率密度的装置；和从用户终端通过返回链路发射确定的发射功率密度的装置。
23.一个如权利要求17的系统中所述的用户终端包括在前向链路上发射一个信息到用户终端的终止装置；并且其中所述的用户终端包括响应接收的发射信息，向用户终端的用户提出一个连接将很快被终止的指示的装置。
24.一个如权利要求17的系统中所述的双向的，功率控制的无线通信连接是一个扩展频谱、码分多址无线通信连接。
25.一个如权利要求17的系统中所述的双向的，功率控制的无线通信连接是一个时分多址无线通信连接。
26.一个卫星通信系统，包括至少一个地球轨道卫星；至少一个位于陆地的用户终端；和至少一个位于陆地的网关，该网关包括通过上述至少一个卫星，在一个陆地通信系统和上述的至少一个用户终端之间传输一个双向的无线通信连接的装置；其中，上述的至少一个网关，上述至少一个卫星，和上述至少一个用户终端包括在至少一个连接过程中确定关联于终端的用户的RF辐射的装置和根据确定的用户RF辐射程度控制无线连接的装置。
全文摘要
一种操作通信系统的方法和系统，该方法包括以下步骤通过一个前向链路和一个返回链路建立一个和用户终端的无线连接；在连接过程中确定，关联于一个用户终端天线的平均发射功率密度在一个规定的时间单位内，相对于终端的一个用户，是否将要等于或超过至少一个预定的门限，以及一个绝对门限；和在平均发射功率密度级等于或超过门限的时间之前终止该连接。
文档编号H04B7/00GK1156354SQ9610992
公开日1997年8月6日 申请日期1996年7月12日 优先权日1996年7月12日
发明者R·A·韦迪曼, P·A·蒙蒂, M·J·塞斯 申请人:环球星有限合伙人公司