专利名称：在卫星通信系统中呼叫建立的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及卫星通信系统领域，特别涉及根据用户单元的地理位置接入卫星通信系统的方法。
位置数据对于通信网络而言是极其宝贵的。知道移动单元的位置就允许网络通过该网络的节点最有利地进行通信，它还允许该网络遵守由各个政治实体在动们的管辖区内所制定的网络操作的各种规则和过程。例如，一个管辖区可能许可网络只在第一组频率内工作，而一个邻近的管辖区可能许可网络只在第二组频率内工作。另外，对于不同管辖区内工作的移动单元使用的通信业务有不同的税则或税金。
位置数据越精确越好，较精确的数据允许网络更好地查明何时移动单元从一个管辖区进入另一个管辖区。但是，费用通常是与位置数据的精度成正比地增加，况且强烈要求保持费用尽量低而收益尽量高，特别令人关注的一种费用是每当呼叫始发时用以确定用户单元的位置所需的时间量的费用。另一种令人关注的费用是在保持当前位置数据时消耗的通信资源的费用。在保持当前位置数据时消耗的资源越多，由通信业务用户使用和用于产生收益的资源越少。又因移动单元经常是由电池供电而工作的，故过量的通信导致过量地使用可用的电池的电能。
据此，现在需要一种用以减少呼叫始发和建立所需的时间量的方法和设备，还需要一种用以在建立通信时减少通信资源量的方法和设备，又需要一种用以节省便携通信装置中电池电能的方法和设备。
本发明特别是在所附的权利要求书中明确地指出。然而，结合以下附图阅读详细的说明书和权利要求书将会完全理解本发明，图中相同的标号表示相同的事项。
图1示出可实现本发明的、基于卫星的通信系统的高度简化示意图；图2示出适合在本发明优选实施例中使用的卫星无线通信站的简化方框图；图3示出适合在本发明优选实施例中使用的一种网关和地球终端的简化方框图；图4示出适合在本发明优选实施例使用中的用户单元的简化方框图；图5示出根据本发明的优选实施例、由用户单元执行的捕获和接入程序100的一部分的流程图；图6示出根据本发明的优选实施例、由网关执行的接入程序的流程图。
这里给出的例子是以本发明的一种形式示出本发明的优选实施例，决不认为这个例子是一种限制。
本发明特别地还提供一种用以减少在卫星通信系统中建立呼叫所需的时间量的方法和设备。本发明还减少在通信建立期间所需的通信资源量，还减少在呼叫建立过程期间使用的电池电能的量。本发明允许用户单元在请求接入该系统时使用已知的位置数据。它的一个优点是当用户单元希望发出一个呼叫时，该系统或用户单元都在一定的时段内不必实时地计算位置数据。据此，节省了处理能力和通信带宽。位置数据最好存储在用户单元中并在预定的时间量上是有效的。时间量与用户单元在一定的时段内可能行进的最大速度或距离有关。
在本文中术语“卫星”限定预定围绕地球轨道运行的人造物体或飞行器，包括地球静止的和按轨道运行的卫星和/或它们的组合，包括低地球轨道运行(LEO)的卫星。术语“星座”限定在轨道中排列的卫星的集合，用于对地球各部分提供特定的覆盖。术语“网孔”、“天线波束”和“天线图形”不意味被限制在产生的任何特别方式上，包括由地面的或卫星的蜂窝通信系统和/或它们的组合所产生的方式。
图1示出可用以实现本发明的基于卫星的通信系统的高度简化示意图。通信系统10使用六个极地轨道14，每个轨道14具有11颗卫星12，共有66颗卫星。但这不是必需的，或多或少的卫星、或多或少的轨道也是可用的。虽然本发明在使用大量卫星时被采用是有利的，但是它也可在少至一个卫星时应用。为了描述清楚起见，图1只示出几颗卫星12。本发明也可在地面通信系统中应用。
对于这个示例，卫星12相对于地球以约为25000公里/小时的速度运行，使得卫星12对于地面站可被看到的最长时段约为9分钟。卫星12与地面站相通信，该地面站可包括某一数量的无线电通信用户单元(SU)26和地面终端(ET)24，ET24连接到系统控制段(SCS)28，还连接到网关(GW)22，网关提供对于公共交换电话网(PSTN)或其它通信设施的接入。为清楚和容易理解起见，图1中只示出GW22、SCS28和SU26各一个。ET24可与SCS28或GW22放置在同一地点或分开设置。与SCS28有关联的ET24接收用于描述卫星12的跟踪的数据和中继控制信息分组，而与GW22有关联的ET24中继转发数据分组(例如，有关进行中的呼叫)。
SU26可放置在地球表面上的任何地方或地球上方的大气层中。SU26最好是能够往或从卫星12发送数据或接收数据的通信装置。例如，SU26可以是适于与卫星12通信的手持的、便携蜂窝电话机。通常，SU26无需为通信系统10执行任何控制功能。
系统10可容纳任何数量(潜在地为几百万个)的用户单元26。在本发明的优选实施例中，用户单元26经过用户链路16与靠近的卫星12相通信。链路16包括电磁频谱(可被分为很多信道)的一个有限部分。链路16最好是L波段频率信道的组合，而且可包括频分多址(FDMA)和/或时分多址(TDMA)通信或它们的组合。链路16还可包括码分多址通信。卫星12至少在一条或多条广播信道18上连续地发送。用户单元26同步到广播信道18并且监视广播信道18，以检测可对它们寻址的数据消息。用户单元26可在一条或几条捕获信道19上向卫星12发送消息。广播信道18和捕获信道19不是任何一个用户单元26专用的，而是由当前在卫星12的视线内的所有用户单元26共享的。业务信道17是双向信道，随时可由卫星12指配给特定的用户单元26。业务信道17支持实时通信。
卫星12通过跨接链路23与其它靠近的卫星12相通信。从位于地球表面上或靠近地球表面的任何点的用户单元26的通信可通过卫星12的星座传送到地球表面上基本上是任何其它点的范围内。利用用户链路16，可将通信从卫星12下行传送到地球表面上或靠近地球表面的用户单元26。
SCS28监视系统通信节点(例如GW22、ET24和卫星12)的健康和状态，并且合意地管理通信系统10的操作。一个或多个ET24在SCS28与卫星12之间提供基本通信接口。ET24包括天线和射频(RF)收发信机，最好对卫星12的星座执行遥测、跟踪和控制功能。
GW22可与卫星12相结合执行呼叫处理功能，或GW22可排他地处理通信系统10内的呼叫处理和呼叫处理能力的分配。各种基于地面的通信系统诸如PSTN可通过GW22接入通信系统10。
图2示出适合在本发明的优选实施例中使用的卫星无线电通信站的简化方框图。系统10内的所有卫星12(见图1)最好包括图2的方框图所示的设备。卫星12含有跨接链路收发信机52和有关联的天线54。收发信机52和天线54支持跨接链路，以与其它靠近的卫星12相通信。地面链路收发信机56和有关联的天线58支持地面链路，以与地面终端24(图1)相通信。用户链路收发信机53和有关联的天线55支持用户链路16(图1)。每个卫星12最好可同时支持一条链路，以用于多达几千个或更多的用户单元26(图1)。
控制器51耦合到各收发信机52、56和53，还耦合到存储器57和定时器59。控制器51可以利用一个或几个处理器来实现。控制器51尤其是利用定时器59来保持当前日期和时间。存储器57存储数据用以作为对控制器51的指令，当这些指令由控制器51执行时会使卫星12执行如下文讨论的程序。存储器57还含有变量、表和数据库，以便在卫星12操作期间使用。
图3示出适合在本发明的优选实施例中使用的地面终端24和网关22的简化方框图。网关22包括处理器30，与有关的存储媒体32相耦合，地面终端24含有天线39，经过连接线耦合到发射机35和接收机37。发射机35和接收机37分别经过连接线34和36连接到处理器30。处理器30最好执行在下文举例并在有关内容中叙述过的程序。例如，除了执行其它合适的任务之外，处理器30最好还存储从存储媒体32中的这些程序得到的结果。发射机35和/或接收机37往和/或从卫星12发送和/或接收消息。
处理器30通常控制和管理使用者的接入、消息接收和发送、信道建立、无线电调谐、频率和时隙指定和其它蜂窝无线电通信和控制功能。处理器30最好还执行允许使用者接入通信系统10的程序。这可能包括信道建立的协议的程序和下文讨论的其它有关功能的程序。位置处理器31计算用户单元的地理位置，用于用户接入及计费。定时器38用于使用户位置数据与估算的位置数据相关。定时器38还可用于对位置处理器31产生的用户单元位置数据加上时间标记。这将在下文更详细地叙述。
交换中心33最好类似于用于移动站始发和移动站终止的呼叫的电话交换局。交换中心33提供与PSTN的接口。存储媒体32含有一个归属位置寄存器(home location register简写为(HLR))数据库，用以管理用户单元数据并在该用户单元绕地球漫游时跟踪该用户单元的位置。HLR是用户单元参数的参考数据库，HLR存储各种识别号数和地址，以及鉴别参数，预定的业务和特定的路由信息。
存储媒体32还含有访问者位置寄存器(VLR)，该访问者位置寄存器最好也保存当前用户单元的状态，其中包括用户单元的临时漫游号数。这个数据可由交换中心和VLR远距离地存取。HLR和VLR最好含有一个鉴别中心，它负责保护，以防止欺诈系统使用。VLR可以含有用户单元的当前的位置数据。这个位置数据可以含有与其有关的时间标记。
地面终端24提供一个与通信卫星12的RF接口(图1)。如上文讨论的，网关22的处理器30含有一个地面终端控制器(ETC)(未示出)，它使交换中心33接口到卫星12(图1)。ETC提供交换中心33不支持的功能，包括在用户单元与交换中心33之间提供一个逻辑接口。ETC处理信令数据和发送在用户单元与交换中心之间交换的业务数据。
图4示出适合在本发明的优选实施例中使用的用户单元的简化方框图。用户单元26(类似于图1的用户单元26)与通信系统10相通信，而且还通过通信系统10与其它SU26或另一个通信装置相通信。用户单元26含有收发信机42，利用天线41往和从通信10发送和接收信号。收发信机42最好是多信道收发信机，能够在所有频道上按照通信系统10的要求在规定时隙中发送和接收。
收发信机42最好包含一个捕获信道收发信机部分、一个广播信道接收机部分和一个业务信道收发信机部分。该捕获信道收发信机部分在由卫星12确定的几条捕获信道中的一条上通信，如上文所讨论的，这个捕获信道收发信机部分主要在用户希望接入通信系统10时在接入协议期间使用。业务信道收发信机部分在由卫星12指定的业务信道上与通信系统10相通信。本领域的技术人员理解，捕获信道收发信机部分、广播信道接收机部分和业务信道收发信机部分可包含在一个具有这三种功能的收发信机单元中。
收发信机42耦合到处理器44，该处理器44控制收发信机42赖以工作的频率和定时参数。处理器44最好还控制收发信机42发送信号的功率电平。处理器44最好还耦合到输入/输出(I/O)部分46、定时器48和存储器43。处理器44利用定时器48来保持当前日期和时间。存储器43含有存储装置，用于存储数据，该数据用以作为对处理器44的指令，在这些指令由处理器执行时，可使用户单元26执行下文将讨论的程序。存储器43含有在用户单元26操作期间使用的变量、表和数据库。
在本发明的一个实施例中，用户单元26包含位置处理器45，用以确定该用户单元的地理位置。位置处理器45利用从全球定位系统卫星(GPS)来的信号，获得位置数据，或者从系统10(图1所示)中的卫星获得位置数据。位置处理器利用现有技术中已知的几种地理位置技术的组合也能获得该用户单元的位置。位置处理器可使用分立的位置接收机和天线(未示出)。用户单元位置数据最好由计时器48加上时间标记，并且存储在存储器43中。这将在下文更详细地叙述。
通常，每个用户单元自适应地含有位置数据和与该位置数据有关的时间标记。该位置数据在预定的时段内是有效的，该预定的时段与该用户单元在某一时段内行进的最大距离有关。这个再登记的距离与卫星的脚印直径或个别网孔的直径有关。例如，在本发明的优选实施例中，卫星12(图1)具有大约500公里的脚印直径。在这个实施例中，一个用户单元可以行进的最大距离设定约为该脚印直径的一半(即250公里)。脚印区即网孔尺寸越大，位置数据的有效时间越长。例如微网孔系统(例如具有很小网孔的个人通信系统(PSC))，位置数据的有效时间很短，而在地球静止卫星系统中，位置数据有效时间很长。
每个用户单元最好具有一个与其有关的类别，该类别最好是与该用户单元在某一时段可以行进的最大距离有关。在优选的实施例中，用户单元落入五个类别之一。例如，一些用户单元是静止的(类别1，0速度)。这些类别1的用户单元包含有地面站、地面终端或至少与固定地理位置有半永久关系性的其它用户单元。另一些用户单元是低速的用户单元(类别2)，这些类别2的用户单元包括手持单元、安装在汽车、卡车、轮船和在一些火车上的用户单元。
一些用户单元是中速的用户单元(类别3)，例如包括位于高速火车或小飞机上的用户单元。另一些用户单元是高速用户单元(类别4)，例如包括位于喷气式飞机上的用户单元。不包括在类别1至4的用户单元落入类别5。类别5是其类别未定义或未知或其速度可超过所有其它类别的速度的那些用户单元的缺席(default)类别。
用户单元的每种类别最好由该用户单元在一个预定时间段内可以行进的最大速度来定义，这与用户单元可以行进的最大距离(即再登记距离)有关。在一个实施例中，一个用户单元具有一个可设定的选择，使该使用者可选择合适的类别。在另一个实施例中，用户单元的类别由业务供应商预置或在工厂预置。
五个示例的用户单元类别的每种类别与该用户单元的最大速度有关联。据此，位置数据在与这个速度和再登记距离有关的时间量内是有效的。一个通信系统最好具有一个最大的容许距离，它定义为再登记距离。在优选的实施例中，类别1(半静止的用户单元)与0速度有关联，为此，位置数据有效很长一段时间量，例如几天或几个月。具有永久性位置的一些用户单元可以具有无限期有效的位置数据。在优选的实施例中，类别2(低速)的用户单元与高达250公里/小时(KPh)的速度范围有关联，位置数据有效期为45分钟。在优选实施例中，类别3(中速)的用户单元与高达500公里/小时的用户单元速度范围有关联，位置数据有效期达23分钟。在优选的实施例中，类别4(高速)的用户单元与高达1000公里/小时的速度有关联的用户单元有关，位置数据有效期达13分钟。在优选的实施例中，类别5的用户单元的位置数据被认为是无效的，因此，无论何时请求系统接入类别5的用户单元总是需要新的位置信息。
虽然这里只讨论五种用户单元类别，但是本发明可以包括任何数量的用户单元类别。每种类别适合于该用户单元工作的系统的要求。例如，网孔大小、卫星速度、信道重复使用、地理-政治边界和其它要求可以影响用户单元的类别。
通常，在用户单元可能已超过它的再登记距离时每当时间量已过去时，需要新的位置数据。在开始接通或通过一个外部输入(诸如使用者)请求时，用户单元可自动地做此工作。在优选的实施例中，每当用户单元从先前登记位置行进大于250公里时，该用户单元应再登记。
在本发明的优选实施例中，用户单元在执行接入过程以前执行捕获过程来尝试接入该系统。捕获过程在卫星与用户单元之间建立一条通信链路。该过程是由用户单元的使用者采取一些行动来请求一个业务来开始的，该请求例如请求一条业务信道。用户单元还要确认它必须再登记到该系统。用户单元还要响应振铃提醒或寻呼，这是通知用户单元有来话呼叫。在所有这些情况下，用户单元都得到了该系统。
图5示出根据本发明的优选实施例、由用户单元执行的捕获和接入程序的一部分的流程图。程序100最好是在被激活或被接通时由用户单元来执行。通常，在步骤102，用户单元被初始化，与位置数据有关的时间标记被设定为期满到时，以确定一个新的用户位置，如下所述。在步骤104，用户单元通过接收卫星的广播信道18(图1)来捕获该系统。该用户单元估算多普勒偏移和根据波束识别符来预测定时的不确定性。用户单元预校正其定时频率，并在捕获信道19(图1)向该卫星发送测距脉冲串(脉冲串)，这被传送到网关。在步骤105，该网关计算接收的捕获脉冲串的时间和频率误差，并向该用户单元发送业务信道指配和该时间及频率校正。用户单元一收到业务信道指配，就转移到业务信道17(图1)和确认该信道变化。
在步骤106，用户单元检查存储在存储器中的位置数据的有效期。这最好通过将位置数据有关的时间标记与当前时间相比较来执行。在优选的实施例中，用户单元的时间标记有效期为一个预定时段，这取决于用户单元的类别。如上所述，在类别1的用户单元的情况下，时间标记有效期一段很长的时段(例如，多年或多月)，而在类别4的用户单元的情况下，时间标记有效期仅几分钟。在一个实施例中，用户单元使用递增或递减计时器对这个有效期进行检查对这个有效期进行检查。
在步骤107，确定是否位置数据有效。当位置数据有效时，执行步骤108，以已知的位置数据请求业务。最好根据当前的时间检查时间标记的过期条件。当位置数据无效(即期满)时，则执行步骤109或110以得到新的位置数据。
如果步骤107确定位置数据有效，则在步骤108以已知的位置数据请求接入(业务)。用户单元最好产生一个接入请求消息，它含有表明用户单元的位置数据是有效的指示。这个接入请求可以内含该位置数据，或可简单地包含一个指示，表明位置数据有效。在后一种情况下，用户单元的位置数据应从最后登记的过程存储在网关处。否则，用户单元向该网关发送位置数据作为接入请求的一部分。在优选的实施例中，位置信息是地球中心为原点的笛卡尔坐标的形式，但是，其它的位置表示法，诸如纬度和经度，也可使用。
在本发明的一个实施例中，步骤109在位置数据是无效时也可执行。在步骤109中，用户单元由位置处理器45产生它自己的位置数据(图4)。在这个实施例中，在用户单元产生它自己的位置数据之后，该位置数据被加上时间标记，并存储在用户单元的存储器中。然后，重复执行步骤106和107，希望发现位置数据是有效的，并在步骤108用已知的位置数据提出系统接入请求。
如果步骤107确定位置数据无效，则执行步骤110。在步骤110中，用户单元以未知的(或无效的)位置数据请求接入(业务)。网关执行完整的位置确定过程。在优选的实施例中，用户单元向网关发送接入请求消息，该消息指示用户单元的位置信息未被提供或是未得到。但是，在无任何位置数据或无任何指示，表明有效位置数据是可用的情况下，接入请求也可直接发送到该网关，以获得在该用户单元的位置数据。在步骤110，令该网关确定用户单元的位置。这个程序将在下文更详细地叙述。
在步骤108和110，该用户在步骤104已指配的业务信道上向通信系统发送一个接入请求。如上所述，用户单元将其位置数据与接入请求一起发送。在另一个实施例中，该接入请求含有一个比特，该比特在位置数据有效时置位，和在位置数据无效时不置位。
在步骤110，在用户单元向网关发送接入请求之后，该接入请求由该网关接收，和该网关产生该用户单元的位置数据(见图6程序200)。
用户单元的位置可由该网关以各种方式确定。最好，该用户单元和卫星业务信道上交换脉冲串，该业务信道用于测量相对于卫星时间和频率标准的时间和频偏。该卫星得到到达的差别时间(DTOA)和到达的差别频率(DFOA)测量值，并且向用户单元的归属(home)网关发送这个信息。归属网关使用这个信息，来计算范围(range)与范围变化率(range-rate)曲线。这个位置过程绘出范围变化率曲线和在地球表面上范围区的组合。范围和范围变化率曲线的交点是用户单元的位置。网关把这个位置数据发送到用户单元(见图程序200)。
在步骤112，用户单元从该网关接收位置数据。在一个实施例中，该用户单元还可接收与位置数据相关的时间标记。在步骤113，该用户单元从该网关一收到位置信息就存储这个信息，并且用接收的时间来加上时间标记。在本发明的另一个实施例中，不是加有时间标记位置数据，而是在接收或产生位置数据时，启动计时器或计数器。是递增计数值还是初始的递减计数值最好利用该用户单元的类别来确定。
在步骤108用已知的位置数据请求接入该系统之后，或在步骤110不用位置数据请求接入该系统之后，执行步骤114。在步骤114，在执行呼叫建立程序中，该用户单元与该网关合作。在这个程序期间，用户单元和被叫方或主叫方进行通信。
用有效的位置数据请求接入该系统(步骤108)的一个主要优点是在请求系统接入时，无需执行位置确定过程。这节省该用户的很多时间，特别是在该用户背对背进行几个呼叫(Call back-to-back)的时候。此外，因该系统无需执行位置确定过程，故节省了系统处理能力和数据传输能力。此外，位置数据无需往或从该用户单元转移。
图6示出根据本发明的优选实施例，由网关执行的接入程序200的流程图。在步骤204，该网关从用户单元接收接入请求。这个接入请求是由该用户单元发送的，作为程序100的步骤108或110(图5)的一部分。网关连续地等待从用户单元来的接入请求消息。当这个消息到达网关时，就为那个接入请求执行程序200，同时该网关继续等待从其它用户单元来的其它接入请求消息。
在步骤208，确定该接入请求是否指示用户单元请求接入具有位置数据。例如，这可以利用一个比特来指示，当该位置数据有效时，置位该比特，而当该位置数据无效或用户单元不具有位置数据时，不置位该比特。如上所述，在本发明的一个实施例中，该接入请求含有该位置数据。用户单元最好具有选择发送含有或不含有位置数据的接入请求消息(见图5的程序100)的能力。该消息结构允许网关确定在该消息中是否已含有这样的位置数据。在优选的实施例中，这是利用与任选信息单元有关的类型和数值字段来实现的，其中有已知的位置数据就是一个例子。如果该网关检测该已知位置数据类型字段，则以字段含有该已知的位置数据。在优选的实施例中，这个已知的位置数据是按照XYZ格栅码(笛卡尔坐标)的形式并与测量精度信息在一起。
在步骤208确定该接入请求消息含有位置数据或该用户单元指示其位置数据有效时，执行步骤214。在步骤214，执行缩位位置计算。在步骤208确定该接入请求消息不含有位置数据或该用户单元指示其位置数据无效时，执行步骤210。在步骤210，执行全位置计算。
执行缩位位置计算的一个目的是检查以某种粗精度含在接入请求消息中的位置数据的“健全性”(sanity)(例如欺诈检测)。这要求比执行的全位置计算所需的时间少得多。
在优选的实施例中，在步骤214，由网关执行缩位地理位置计算。该网关最好接收由用户单元提供的已知位置数据，或者检索在该归属网关中存储的该用户单元的位置数据。该网关接收卫星识别符和该系统接入请求始发的，由该卫星提供的相关波束识别符。该网关将该用户单元的位置数据与卫星识别符和波束识别符相比较，后者当前提供对地球的那个地理区域的覆盖。该用户单元的位置数据应该识别一个位置，该位置应在当前对用户单元的那个地理位置提供覆盖的卫星天线波束内。
在步骤216，确定该用户单元的位置数据是否有效。当卫星和有关天线的波束与用户单元的位置数据大致相关时，步骤216确定该用户单元的位置数据有效。鉴此，已绕过了耗时的完整地理位置计算过程，因而节省了时间和处理能源。如果位置数据有效，则执行步骤218。
另一方面，如果该位置数据无效，则在步骤210执行全位置计算，当卫星和有关天线的波束不与用户单元的位置数据大致相关时，在步骤216确定该用户单元的位置数据无效，然后执行步骤210。在步骤210，为该用户单元执行全位置计算。这需要显著的时间和处理资源。该用户单元的位置必须在对于该接入请求作出接入决定之前确定出来。在优选的实施例中，步骤210利用由该用户单元，至少一个卫星和一个网关所提供的信息，来确定该用户单元的位置。
优选的位置确定过程如下所述。该用户单元请求一个脉冲串，据此测量传播时延和多普勒频偏，从而使它进入了一种能在下一个下行链路脉冲串上测量的方式。该卫星响应下行链路脉冲串。当该下行链路脉冲串到达时，该用户单元对该测量的参数进行估算，并向该卫星发送一个脉冲串，其中包括传播时间和多普勒频偏，这用于对那个脉冲串建立发射机定时和频率。
该卫星从该用户单元接收到该脉冲串时，就相对于该卫星时间和频率标准测量时间和频偏。然后，它使这些不同的到达时间(DTOA)和不同的到达频率(DFOA)测量值与该用户单元发送的传播时间和多普勒频率估算以及该脉冲串被接收的时间在一起放入一个消息内，发送给该网关。该网关利用下式将该用户单元估算值和卫星测量值组合成为粗的传播时间和多普勒测量值。
F(d粗)＝F(d)+F(offsv)/2。
T(p粗)＝T(p)+T(offsv)/2。
F(d)是用户单元的多普勒频率估算值；F(offsv)是该卫星处测量的DFOA偏移；T(p)是用户单元的传播时间估算值；T(offsv)是该卫星处测量的DTOA。
网关地理位置过程把该传播时间和多普勒频率变换成为范围和变化率。该范围可根据传播延迟按照TP＝R/C来估算。R是从该发送用户单元到该航天器的距离范围，C是光速。对于给定的传播延迟值，这个公式表示绕该航天器的恒定范围的球体。这个球体与地球表面交叉的点表现为一个恒定传播延迟(范围)值的圆。利用下式将多普勒频率转换为范围变化率Rdot＝FD(C/FRF)。式中FD是多普勒频率，FRF是用于上行链路的信道的RF频率。恒定范围变化率曲线(多普勒频率)以该卫星为中心的双曲线。位置过程把范围变化率曲线和范围球体的组合投放在地球表面上。该范围与范围变化率曲线的交点是该用户单元的位置。因恒定的范围是一个圆(在地球的表面)，范围变化率曲线在两个地方与该圆相交。两个交点等距离地与多普勒对称的线隔开。这条线靠近卫星地面轨迹，但它稍微偏离地球的转动。在大多数情况下，服务天线波束ID用于识别哪个模糊位置解是正确的。当两个位置都靠近卫星地面轨迹时，波束ID是不充分的，该网关将请求另一个位置测量值。这个信息由该网关用于解这个模糊性。
执行了地理位置测量的卫星的天文历可用于把来自卫星用户单元位置相对于地球相对坐标进行转换。它首先根据该范围和范围变化率估算起始位置。然后，它查阅地球的测地模型和校正用户单元的区域高度的数值。
在地理位置过程中的下一步是以用户单元的位置估算值来估算该精度和置信因数。该过程是以事先统计用户单元和卫星测量中的随机差错和卫星天文历差错开始的。这些统计由当前解所表明的卫星用户单元几何形状的误差的相对重要性来“加权”。地理位置过程产生一个完整三维概率密度函数(PDF)，以代表所有过程误差的集合。通过对这个PDF积分而被缩减为一个二维位置误差椭圆，以得到与估算的用户单元位置有关的所需的置信因数。
如果位置精度合适，则完成了接入功能的位置确定部分。如果用户单元位置不收敛，或如果位置精度超过阈值，则网关请求一个附加的测量。这个过程可迭代多达总共四个测量。这些测量最好至少隔开4.3秒，以允许卫星有因三角测量原因而移动的时间。在优选实施例中，在步骤210，信息交换是在程序100(图5)的步骤104已分配给该用户单元的业务信道上完成的。在步骤210结束时，该网关有该用户单元的位置数据。
在步骤211，该位置数据提供给该用户单元。该用户可在其下一个接入请求中使用这个信息，这可能避免在此时(图5)的步骤112该网关执行全位置计算的需要。在程序100中，该用户单元从该网关接收这个位置数据。在一个实施例中，在步骤211，该网关给该位置数据加时间标记并将该位置数据有关的时间标记与该位置数据一起发送到该用户单元。在这个实施例中，程序100的步骤113不必由该用户单元来执行。
在步骤211完成之后，或在步骤216确定缩位的位置数据指示了该用户单元的位置数据是可接受的之后，执行步骤218。在步骤218，继续执行呼叫建立程序。该位置数据可以由该网关使用，以将该呼叫指配给适当的访问网关，亦即通常最接近该用户单元的网关。该位置数据也可以用于计费目的和故障隔离。
上文所描述的具体实施例如此充分地揭示了本发明的一般特性，其他人利用目前的知识可以容易地修改和/或将这些具体的实施例适用于各种应用，而不脱离总体构思，为此这样的适用和修改应该包含在所公开实施例的同等含义和范围之内。
可以理解，本文所使用的词和术语是为了叙述的目的而不是限定。据此，本发明意寓将所有这些替代、修改、等同和变化都包含在和落在所附权利要求书的精神和广义范围内。
权利要求
1.一种用以在用户单元(26)中使用的一种接入所述通信系统的方法，该用户单元(26)适合在通信系统(10)内通信，该通信系统(10)至少含有一个通信节点(12)，其特征在于，包括以下步骤检查存储在所述用户单元内的位置数据的有效性；当所述位置数据有效时，向所述通信系统发送一个内含所述位置数据的接入请求；与所述的一个通信节点(12)配合，在所述的通信系统检验所述的位置数据之后，在所述的用户单元与所述的一个通信节点之间建立一条通信链路，其中，在利用所述的用户单元(26)的移动性所确定的一个预定时段之后，所述位置数据期满。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述的位置数据具有一个与其有关的时间标记，和其中检查步骤还包括以下步骤将所述的时间标记与当前的时间相比较，得到一个时间差；当该时间差大于所述的预定时段时，确定所述的位置数据是无效的；和当所述时间差小于所述的预定时段时，确定所述的位置数据是有效的。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于，所述的一个通信节点提供多个天线波束，每个天线波束具有一个与其有关的波束识别符，其中所述的发送步骤还包括所述用户单元向所述的多个天线波束的一个天线波束内的所述一个通信节点发送所述的接入请求，其中所述的通信系统包括一个网关，可与所述的一个通信节点通信，所述的网关具有一个检验装置，通过将所述的一个天线波束的所述波束识别符与由所述用户单元提供的所述位置数据相比较来检验所述位置数据，和其中所述的配合步骤在由所述的一个天线波束提供的一条通信信道上与所述用户单元建立所述的通信链路。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于，所述的网关具有一个位置确定处理器，用以确定用户单元的位置，和其中所述的方法还包括以下步骤当所述的位置数据被确定无效时，所述的用户单元向所述的通信系统发送所述接入请求，但无所述的位置数据，从所述的网关接收有效的位置数据；用所述的时间标记对从所述网关接收的所述的有效位置数据加时间标记；和在所述的用户单元的存储器中存储所述的有效位置数据和所述的时间标记。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于，所述的多个天线波束在地球表面上提供一个脚印区；所述的用户单元具有与其相关的类别型式，所述类别型式由所述的移动性来确定；所述的预定时段是由与所述用户单元相关的所述类别型式来确定的；所述的移动性基于所述用户单元可能行进的最大速度；以及所述的预定时段基于所述脚印区的大小和所述最大速度。
6.一种用以使网关(22)操作的方法，所述的网关(22)适合在通信系统(10)中使用，该通信系统(10)至少有一个可与所述网关通信中的通信节点(12)，其特征在于，包括以下步骤从一个用户单元(26)接收一个接入请求当所述的接入请求含有位置数据时，使所述的位置数据有效当所述的位置数据有效时，允许所述的用户单元接入所述的通信系统和当所述的位置数据无效时，执行一个位置确定程序以捕获所述用户单元的有效位置数据。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于，还包括以下步骤当所述的接入请求不含有位置数据时，执行所述的位置确定程序，以捕获所述用户单元的所述有效位置数据；向所述的用户单元发送所述的有效位置数据；和与所述的一个通信节点(12)配合，在所述的位置数据有效之后，在所述的用户单元与所述的一个通信节点之间建立一条通信链路，其中所述的一个通信节点提供多个天线波束，每个天线波束具有一个与其相关的波束识别符，其中所述的接收步骤还包括从所述的一个通信节点接收所述的接入请求，所述的接入请求含有与所述的位于用户单元处的一个所述天线波束相关的所述波束识别符，其中所述位置数据有效的步骤还包括比较步骤将所述的一个天线波束的所述波束识别符与由所述用户单元提供的所述的位置数据相比较，和其中所述的配合步骤在由所述的一个天线波束提供的通信信道上建立与所述的用户单元通信的所述通信链路。
8.根据权利要求7的方法，其特征在于，所述的用户单元具有一个存储器(43)，用以存储所述位置数据；在由所述用户单元的移动性所确定的预定的时段之后，所述的位置数据期满；所述的多个天线波束在地球表面上提供一个脚印区；所述的用户单元具有一个与其相关的类别型式，所述的类别型式由所述的移动性来确定；以及所述的预定时段是由与所述用户单元相关的所述类别型式确定的，所述移动性基于所述用户单元可能行进的最大速度，所述的预定时段基于所述的脚印区的大小和所述的最大速度。
9.一种用户单元(26)，适用在通信系统(10)中工作，该通信系统(10)具有至少一个通信节点(12)，其特征在于一个存储器(43)，自适应于存储位置数据；一个处理器(44)，自适应于检查所述的位置数据有效性；一个收发信机(42)自适应于向所述的通信系统发送接入请求，所述的接入请求含有在所述位置数据有效时的所述位置数据，其中，所述的收发信机(42)还自适应于与所述的通信节点配合工作，在所述的位置数据由所述的通信系统检验之后，在所述的用户单元与所述的一个通信节点之间建立一条通信链路，其中在所述的位置数据由所述用户单元的移动性所确定的预定时段之后期满。
10.根据权利要求9的用户单元，其特征在于，所述的一个通信节点提供多个天线波束，每个天线波束都具有一个与其相关的波束识别符，其中所述的收发信机还自适应于把所述接入请求发送到在一个所述天线波束内的所述一个通信节点，其中所述的通信系统包括一个网关(22)，可与所述的一个通信节点通信的所述的网关具有一个检验装置，通过将所述一个天线波束的所述波束识别符与由所述用户单元提供的所述位置数据比较，来检验所述位置数据，和其中所述的处理器还自适应于在由所述一个天线波束提供的通信信道上建立与所述用户单元的所述通信链路。
全文摘要
用户单元含有位置数据，该位置数据在该用户的移动性所确定的预定时段之后期满，在其未期满时，该用户单元在接入请求消息内提供位置数据来请求接入卫星通讯系统。该通信系统快速检查以使该位置数据有效。始发或正在接收呼叫时避免了耗时的地理位置程序。该用户单元在位置数据期满时请求接入，无需在接入请求消息内提供位置数据，通讯系统执行整个地理位置程序来确定该有效位置数据，把该位置数据发送到该用户单元并加上标记时间。
文档编号H04Q7/34GK1155794SQ9611083
公开日1997年7月30日 申请日期1996年7月29日 优先权日1995年12月4日
发明者皮特·J·阿姆布鲁斯特, 詹姆斯·P·雷登, 斯蒂芬·P·索耶尔 申请人:摩托罗拉公司