專利名稱：用流星散射在定點(diǎn)和動(dòng)點(diǎn)間進(jìn)行無線電通信的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用流星散射的雙向基站和移動(dòng)終端無線電通信的方法和系統(tǒng)，特別是有關(guān)協(xié)同使用在其中附加通信數(shù)據(jù)的勞蘭(Loran)廣播導(dǎo)航信號(hào)從流星散射基站終端到移動(dòng)用戶進(jìn)行出境信息的傳輸，以消除以前從基站終端到這種移動(dòng)用戶的流星散射出境通信中存在的限制，以實(shí)現(xiàn)有效的自動(dòng)車輛定位系統(tǒng)。
在流星散射通信系統(tǒng)中，使用雙向通信是有利的，以便在該基站從移動(dòng)終端接收流星散射消息時(shí)進(jìn)行確認(rèn)，以及以便控制在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的通信。如前所述，本發(fā)明涉及基于協(xié)同使用勞蘭廣播和這種流星散射通信的雙向移動(dòng)通信系統(tǒng)，其中勞蘭導(dǎo)航信號(hào)傳輸補(bǔ)充有每次傳送少量信息的通信能力;而且在其中這種通信能力可用于對(duì)許多用戶廣播，一般都是可用的，不需要等待特定的傳播條件，這一點(diǎn)不同于現(xiàn)有的流星散射系統(tǒng)，通過流星散射通信從遠(yuǎn)地點(diǎn)來的返回信號(hào)的可用性還使得中心點(diǎn)(“基地”或“基站”)可以接收從遠(yuǎn)端來的位置數(shù)據(jù)并確定需要什么位置校正和監(jiān)視及顯示該移動(dòng)臺(tái)的位置。
眾所周知，從一組同步的勞蘭基站的出境勞蘭廣播可用于使移動(dòng)臺(tái)或更一般地講使分布在一個(gè)整個(gè)地區(qū)的遠(yuǎn)端站通過接收勞蘭信號(hào)根據(jù)固定的勞蘭基站的位置的確認(rèn)和從勞蘭信號(hào)到達(dá)的不同時(shí)間來定位它們的位置。適合于勞蘭-C廣播的發(fā)射機(jī)例如在本發(fā)明的共同受讓人之一的美國專利3711725、3889263、4001598、4151528和4423419中敘述了;而典型的適合于移動(dòng)用戶(船只、飛機(jī)、地面汽車)的接收機(jī)在美國專利3736590、3774210、3921076、4392138和4482896中敘述了。
雖不被人們熟知，但是現(xiàn)在已證實(shí)了通過合適的補(bǔ)充調(diào)制勞蘭導(dǎo)航信號(hào)，也可變更勞蘭導(dǎo)航信號(hào)來同時(shí)地傳送數(shù)據(jù)出境到移動(dòng)用戶以發(fā)送例如高達(dá)每秒20和100比特之間的通信數(shù)據(jù)，傳輸范圍高達(dá)1000公里，而不影響勞蘭信號(hào)的基本導(dǎo)航功能。這種技術(shù)在所述的共同受讓人的美國專利4800391和4821038中敘述了。
盡管使用勞蘭廣播的這種通信是有限的，在特定的終端網(wǎng)絡(luò)中，例如，也完全適于通知一個(gè)特別的移動(dòng)終端，一個(gè)流星散射鏈路已被建立了，或者確認(rèn)成功地接收到經(jīng)過流星散射到達(dá)基站的它的消息。這種新的能力允許基站單個(gè)地和成組地尋址移動(dòng)終端，并且消除了在該網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)終端和基站之間有關(guān)流星散射通信的控制的先前存在的問題。沒有這種出境通信，在為了避免有幾個(gè)移動(dòng)終端在相同時(shí)間報(bào)告，因而互相干擾時(shí)，移動(dòng)終端必須遵守非常嚴(yán)格的準(zhǔn)報(bào)告的規(guī)程。
從移動(dòng)終端來的流星散射通信也可用于提供一個(gè)到達(dá)固定勞蘭地點(diǎn)的入境鏈路，這在單向(出境)的僅僅勞蘭通信是不能提供的。因此，根據(jù)本發(fā)明，移動(dòng)終端可以容易地向流星散射基站報(bào)告它的位置和狀態(tài)，因而該基站可以跟蹤向其報(bào)告的移動(dòng)終端。利用本發(fā)明，入境鏈路變得更有效，這是因?yàn)橛蓜谔m確認(rèn)的可能性，特別是由于基站不能夠使用相同的出境流星余跡來確認(rèn)入境消息的接收。此外，目前流星散射通信也可用于經(jīng)過基站從一個(gè)用戶出境到同一網(wǎng)絡(luò)中的其它移動(dòng)用戶的特別有效的短消息的傳送。
現(xiàn)有的自動(dòng)飛行器或車輛定位系統(tǒng)。
盡管這種技術(shù)有關(guān)于和可應(yīng)用于各種各樣的移動(dòng)通信，其中最重要的應(yīng)用是在自動(dòng)車輛和飛行器定位(“AVL”)系統(tǒng)中。
現(xiàn)有的AVL系統(tǒng)確定地面車輛包括卡車、火車和公共汽車以及海上船只的位置，和傳送到達(dá)和來自這些移動(dòng)用戶的消息。特別是，它們傳送從移動(dòng)用戶回到中央調(diào)度與監(jiān)視中心的位置報(bào)告。
AVL系統(tǒng)可能用于監(jiān)視在美國為700000輛以上的卡車和在歐洲為600000輛卡車的調(diào)度與定位。此外，它們可用于監(jiān)視海上交通和避免最近在普林斯·威兼(PriaceWillian)海峽發(fā)生的愛克森·瓦茲(ExxonValdez)著陸的災(zāi)難。確實(shí)，美國海岸警衛(wèi)隊(duì)目前計(jì)劃實(shí)現(xiàn)用于普森斯·威兼海峽、阿拉斯加的AVL系統(tǒng)，并且對(duì)全國范圍，或者最后可能是世界范圍的海上AVL系統(tǒng)的需求進(jìn)行調(diào)查。
一般地，AVL系統(tǒng)要求一個(gè)裝置，用于定位大量的移動(dòng)終端和發(fā)送消息到達(dá)和來自這些移動(dòng)終端。至今，已經(jīng)使用或者已建議使用下列AVL技術(shù)1、同步衛(wèi)星Qualcom公司，通信衛(wèi)星公司(“Comsat”)和美國移動(dòng)衛(wèi)星聯(lián)合公司(“AMSC”)，它們是一些銷售或計(jì)劃銷售這種利用衛(wèi)星鏈路進(jìn)行到達(dá)和來自移動(dòng)用戶的通信的AVL系統(tǒng)的一些公司。由Qualcom公司和Geostar公司發(fā)展的初始系統(tǒng)概念使用勞蘭C作為定位系統(tǒng)，Qualcom公司還試驗(yàn)一個(gè)稱為Quaspr的系統(tǒng)，該系統(tǒng)也使用衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行位置的定位。Geostar公司已宣布實(shí)現(xiàn)僅僅基于衛(wèi)星的一個(gè)系統(tǒng)的計(jì)劃。由Comsat公司和AMSC公司建議的系統(tǒng)能夠使用勞蘭C或衛(wèi)星系統(tǒng)，諸如全球定位系統(tǒng)(Navstar/Gps)或者Glonass(蘇聯(lián)的GPS等效系統(tǒng))作為位置定位系統(tǒng)。
2、低軌道地球衛(wèi)星莫托羅拉，沃布坎(Orbcomm)，斯塔西斯(Starsys)和利歐塞特(Leosat)公司是提出基于在低地球軌道(“LEO”)的衛(wèi)星陳列的移動(dòng)衛(wèi)星系統(tǒng)的一些機(jī)構(gòu)。這些系統(tǒng)可以使用便宜的和較小的移動(dòng)用戶無線電設(shè)備，因?yàn)長EO衛(wèi)星較接近于地球，而且像這樣的移動(dòng)用戶可恰當(dāng)?shù)仄鹱饔?，輻射的功率比到達(dá)在較高軌道的衛(wèi)星所需功率小。但是，因?yàn)樵诘偷厍蜍壍赖男l(wèi)星不是對(duì)地球靜止的，所以這樣系統(tǒng)要求大量的衛(wèi)星用于完整的復(fù)蓋;例如莫托羅拉公司提出在1997年投入服務(wù)的稱為銥的世界范圍的衛(wèi)星系統(tǒng)，因?yàn)樗?7顆衛(wèi)星。
3、視線無線電視線(“LOS”)無線電系統(tǒng)廣泛地用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)移動(dòng)通信。對(duì)于移動(dòng)車輛使用，LOS系統(tǒng)包括專門的移動(dòng)無線電系統(tǒng)(“SMRS”)和蜂窩電話網(wǎng)絡(luò)。很明顯這些系統(tǒng)可用于傳送到達(dá)和來自移動(dòng)用戶的數(shù)據(jù)和話音通信。但是一般地講，它們被限制在它們可到達(dá)移動(dòng)用戶僅在發(fā)射機(jī)的視線內(nèi)。為此，這種系統(tǒng)的地區(qū)復(fù)蓋要求一個(gè)廣闊的發(fā)射機(jī)網(wǎng)絡(luò)。在目前，用于移動(dòng)用戶的這種網(wǎng)絡(luò)只復(fù)蓋美國的一小部分，此時(shí)，由于經(jīng)濟(jì)的原因，一般地復(fù)蓋只限于市區(qū)地區(qū)。
4、流星散射特朗斯特列克(Transtrack)、皮提薩斯(Pegasus)和流星通信公司(“MCC”)是已提出各種型式的使用勞蘭(或最后是GPS)作為定位系統(tǒng)的一些公司，并且以雙方向的流星散射通信作為移動(dòng)用戶和基站之間的鏈路。由于這些是與本發(fā)明的概念最相關(guān)的，所以現(xiàn)在敘述它們的背景。
流星散射通信在五十年代進(jìn)行流星散射通信(“MSC”)的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)，使用每天進(jìn)入地球大氣層的億萬個(gè)細(xì)小的流星遺留的電離尾跡。流星的動(dòng)能足以電離大氣層的E層中多達(dá)12英里長的一列空氣。當(dāng)恰當(dāng)?shù)娜∠驎r(shí)，實(shí)際上這種尾跡起著“天然的衛(wèi)星”的作用并且能夠反射從地球上的一個(gè)地點(diǎn)返回到另一位置的無線電信號(hào)。這樣，在距離為500至1300英里之間的兩個(gè)用戶可以通過使信號(hào)跳開這種余跡而互相通信。由于出現(xiàn)的電離的流星余跡很短之后消失，任何兩位置之間的路徑的可用性是短暫的出現(xiàn)，而且任何兩個(gè)點(diǎn)之間的通信也只能短暫進(jìn)行。在較短距離的用戶也可以通信，但是可能必須使它們的信號(hào)跳開位于它們前面或它們后面而不是它們之間的余跡。
在更先進(jìn)的現(xiàn)有系統(tǒng)中，通過一個(gè)終端在預(yù)先安排的頻率發(fā)出一個(gè)強(qiáng)“探測(cè)”信號(hào)，兩個(gè)終端建立一條流星連接。探測(cè)信號(hào)可以是連續(xù)的或斷續(xù)的單音。它必須具有甚至在市區(qū)噪聲情況下進(jìn)行快速檢測(cè)的足夠功率。弱探測(cè)信號(hào)使得它在移動(dòng)位置被檢測(cè)到之前消耗太多的時(shí)間。雖然這個(gè)信號(hào)被發(fā)送了，但是直到合適的取向流星余跡出現(xiàn)時(shí)才在另一端被檢測(cè)到。探測(cè)信號(hào)檢測(cè)之后，接收端在該余跡消失之前有一個(gè)短間隔，在該間隔期間它可確認(rèn)該鏈路建立了，然后等待從基站來的消息或者給基站發(fā)送它的消息。典型地，該消息是在接近探測(cè)頻率的另一個(gè)頻率發(fā)送，或者是在探測(cè)信號(hào)關(guān)斷期間的一個(gè)間隔期間發(fā)送。如果消息是短的而且余跡具有長的持續(xù)時(shí)間，那么消息在一個(gè)方向發(fā)送而返回消息也可在另一方向發(fā)送。這個(gè)交換只能在余跡的持續(xù)時(shí)間內(nèi)維持，該持續(xù)時(shí)間維持幾秒，或者最長約一分鐘。較短的脈沖可用于提供較高的數(shù)據(jù)速率。但是，電離的流星余跡典型地是電離的、稠密得足以支持短脈沖，因此較高的數(shù)據(jù)速率的傳輸僅僅約100毫秒，然后逐漸消失。如果一個(gè)方向的交換完成了而且是成功的，那么在另一方向發(fā)送一個(gè)確認(rèn)是有用的。如果不是這樣，那么用戶必須等待另一合適的余跡的出現(xiàn)并完成通信。幸運(yùn)地，流星余跡的出現(xiàn)是經(jīng)常的。流星余跡對(duì)30到100MHz范圍的無線電信號(hào)反射最好。作為一個(gè)有效的反射器，該余跡堅(jiān)持稠密度，在較高無線電頻率比較低頻率時(shí)較少時(shí)間。因此，流星散射通信的主要無線電頻率是在40到50MHz附近，即，在甚高頻(VHF)頻段的低頻部分(參見1990年AmericanRarioRelayLeague，Newington，CT出版的無線電愛好者的ARRL手冊(cè)第22-14頁至22-15頁)。25至50MHz頻段一般可用于移動(dòng)通信。因?yàn)樵谳^高頻率時(shí)，信號(hào)的反射要求較高的電離密度，利用在較高頻率傳輸，較少時(shí)間是可能的，在這樣較高頻率使用相同的余跡來確認(rèn)消息的接收變得不實(shí)際了。但是，較高頻率的系統(tǒng)可以與對(duì)移動(dòng)用戶方便的較小的天線一起作用。
在AVL系統(tǒng)的情況下，在500到1000英里范圍內(nèi)的流星散射基站可以設(shè)置在全國各地。這些基站典型地使用1KW的發(fā)射機(jī)和大的天線向移動(dòng)接收機(jī)輻射足夠的功率，使得它的天線可以小，從基站發(fā)射的探測(cè)信號(hào)是連續(xù)的，直到一個(gè)移動(dòng)單元響應(yīng)以證實(shí)確已連絡(luò)上。移動(dòng)單元有一個(gè)小的(典型地為一米或二米)拉桿或環(huán)路天線，一個(gè)接收機(jī)和一個(gè)相對(duì)小的(200瓦)發(fā)射機(jī)。移動(dòng)單元偵聽從對(duì)它們尋址的基站來的探測(cè)信號(hào)。當(dāng)它們收到這種探測(cè)信號(hào)時(shí)，它們可確認(rèn)該鏈路建立了或者發(fā)送報(bào)告它們的位置、狀態(tài)或其它信息的消息。
基于流星散射通信的AVL系統(tǒng)有許多重要的優(yōu)點(diǎn)。移動(dòng)單元可以小，工作范圍可達(dá)到1000英里，而且用戶不需要支付難于負(fù)擔(dān)的衛(wèi)星時(shí)間租用(或使用)費(fèi)。另一方面，這些系統(tǒng)也存在下列問題(1)可靠性/容量的折衷。對(duì)于所有的通信系統(tǒng)，流星散射鏈路的可靠性可以通過使用特定的信號(hào)處理技術(shù)如前向誤差校正得到改善。雖然這些技術(shù)占用信道的容量，延遲消息的結(jié)束，但因此卻可防止基站在流星余跡消失之前解碼輸入消息，而沒有時(shí)間使用與該消息相同的流星余跡確認(rèn)該消息的成功接收。在此情況下，基站必須等待一個(gè)新的流星余跡向移動(dòng)單元發(fā)送該消息。該消息確認(rèn)成功地收到最后的消息，或者請(qǐng)求重發(fā)最后的消息。因此，為了鏈路的可靠性引入的時(shí)遲可大大地減少該鏈路的容量;
(2)在分散E條件期間的干擾。有時(shí)，在高空50和60英里之間的電離層中的“E層”變成一個(gè)無線電信號(hào)的強(qiáng)反射器。在五月、六月和七月幾個(gè)月期間這些作用是最通常的，但是它們也可出現(xiàn)在十二月/十一月，或者當(dāng)然可出現(xiàn)在任何時(shí)間。在這些所謂“分散E”條件期間，從遠(yuǎn)地基站來的流星散射探測(cè)信號(hào)不是正常地足夠強(qiáng)使得在非預(yù)期的移動(dòng)單元地點(diǎn)收到。這可能使該移動(dòng)單元錯(cuò)誤地認(rèn)為期望的鏈路存在并響應(yīng)，雖然不存在到預(yù)期的目的地的流星散射鏈路。另外，指定給其它地點(diǎn)的、由E層反射的流星散射流星消息信號(hào)可能到達(dá)一個(gè)非預(yù)期的接收機(jī)，該信號(hào)足夠強(qiáng)而互相干擾或者與從鄰近基站來的預(yù)期的信號(hào)相干擾，該鄰近基站正與給定移動(dòng)單元進(jìn)行正常通信。為了克服由E層出現(xiàn)而產(chǎn)生的一些問題，移動(dòng)單元通過一次只發(fā)送一個(gè)的方式或許仍可靠地響應(yīng)。但是，干擾仍可能使從基站到移動(dòng)單元的出境消息錯(cuò)誤;
(3)高市區(qū)噪聲。利用流星散射通信，在其使用的頻段中人為噪聲的影響是一普遍的問題。當(dāng)移動(dòng)單元位于大的市區(qū)地區(qū)時(shí)這噪聲對(duì)流星散射通信的干擾最大。這個(gè)問題是嚴(yán)重的，因?yàn)殡m然固定基站可以仔細(xì)地設(shè)定在低噪聲環(huán)境中，但是移動(dòng)單元必須是自由地進(jìn)入或繞市區(qū)地區(qū)移動(dòng);
(4)對(duì)許多移動(dòng)用戶廣播。在任何一個(gè)時(shí)間，一個(gè)流星散射基站可以與那些存在著合適地定向的余跡的移動(dòng)用戶通信。需要兩個(gè)方向的“探測(cè)”信號(hào)以便探測(cè)這樣建立的連絡(luò)余跡是否存在，而且這條臨時(shí)鏈路可被使用。這個(gè)探測(cè)信號(hào)允許每個(gè)期望的連絡(luò)生效和關(guān)閉，如果該信號(hào)是從移動(dòng)用戶來的，只使用帶有該移動(dòng)用戶的識(shí)別碼的合適的“確認(rèn)”信號(hào);或者如果是從基站來的，是使用移動(dòng)用戶的地址的“確認(rèn)”信號(hào)。典型的流星散射基站不可能容易而且同時(shí)地對(duì)許多移動(dòng)用戶廣播數(shù)據(jù)。此外，由于流星散射鏈路可用性的不可預(yù)測(cè)和短暫的特性。通常需要在一個(gè)較大的網(wǎng)并根據(jù)嚴(yán)格的預(yù)安排的時(shí)間表和頻率以及精確的操作標(biāo)準(zhǔn)來操作流星散射鏈路。
通過采用可用的但少知道的，前面敘述的勞蘭C信號(hào)的通信能力和與流星散射技術(shù)的協(xié)同新組合的本發(fā)明，上面的所有問題都可解決或者在很大程度上被克服。因此簡要地回顧現(xiàn)有的勞蘭C技術(shù)和使用。
現(xiàn)有的勞蘭C(Loran-c)通信
在四十年代開始，美國和蘇聯(lián)已研制了遠(yuǎn)程導(dǎo)航系統(tǒng)(Loran-c)(在蘇聯(lián)稱為Chayka)向移動(dòng)用戶提供位置信息。目前，勞蘭C對(duì)北半球大部分地區(qū)將近一百萬的海上的，機(jī)載的和地面的用戶提供業(yè)務(wù)。
正如上述第一參考專利中所述的，每個(gè)Loran發(fā)射機(jī)(也稱為勞蘭站或Lorsta)周期地發(fā)射8脈沖組。每個(gè)這種脈沖具有約200微秒的持續(xù)時(shí)間和100KHz的中心頻率。Loran發(fā)射機(jī)分組為鏈(chain)，在一個(gè)給定鏈中的每個(gè)發(fā)射機(jī)在每個(gè)組重復(fù)間隔(“GRI”)發(fā)送它的脈沖組。GRI從50到100毫秒間變化。每個(gè)鏈包含一個(gè)主站和兩個(gè)到五個(gè)輔助站，輔助站的傳輸與主站的傳輸是同步的。
勞蘭C用戶接收機(jī)如前面參考的接收機(jī)專利中敘述的那種類型，它測(cè)量從主站和輔助站來的脈沖組到達(dá)的時(shí)間差(TD)。發(fā)射機(jī)的位置和標(biāo)稱發(fā)射時(shí)延是已知的，而勞蘭脈沖的傳播速度可以精確地計(jì)算。因此，每個(gè)測(cè)量的時(shí)間差確定該用戶的位置的雙曲線(LOP)。兩條這樣的LOP線的交點(diǎn)確定該用戶的位置。
發(fā)送的勞蘭C信號(hào)有一個(gè)沿著地球表面?zhèn)鞑サ牡夭ǚ至亢鸵粋€(gè)反射出電離層的天波分量。地波是穩(wěn)定的和可預(yù)測(cè)的。如在前面的參考專利中所敘述的，勞蘭脈沖的結(jié)構(gòu)使該接收機(jī)能把地波從天波中分開來。由于地面有限的導(dǎo)電性，當(dāng)?shù)夭ㄑ氐厍騻鞑r(shí)它衰減了。這個(gè)衰減使每鏈的范圍限制在陸地上的主站約為500海里而在海上為800海里。
如前所述，較少知道但現(xiàn)在已建立的是勞蘭C信號(hào)也可用于同時(shí)地以每個(gè)發(fā)射機(jī)每秒20到100比特的數(shù)據(jù)速率傳送到該移動(dòng)用戶。裝備用于通信的現(xiàn)有勞蘭系統(tǒng)一般是調(diào)制各個(gè)脈沖的位置(或等效的相位)來發(fā)送數(shù)據(jù)。例如，“1”典型地首先是一個(gè)脈沖延遲1.0至1.25微秒，然后一個(gè)脈沖推進(jìn)相同數(shù)量發(fā)送?！?”是先推進(jìn)一個(gè)脈沖然后延遲一個(gè)脈沖發(fā)送。很清楚，信號(hào)調(diào)制量必須限制以避免對(duì)勞蘭信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)航功能的不可接受的干擾。通常，如果該調(diào)制限制在1.0到1.25微秒，它不會(huì)降低該信號(hào)的導(dǎo)航功能。此外，調(diào)制最好包括位移的“平衡”對(duì)，以致于脈位調(diào)制不會(huì)把偏差引入到位置計(jì)算中。
已經(jīng)研制的具有通信能力的兩個(gè)現(xiàn)有勞蘭系統(tǒng)是ClarinetPilgrim系統(tǒng)和USCG通信系統(tǒng)。ClarinetPilgrim系統(tǒng)用于西北太平洋的勞蘭C鏈，而在美國海軍艦隊(duì)通信中用作備用的鏈路。USCG系統(tǒng)在USCG站間通信中仍用作備用鏈路。象這樣，它處理鏈控制和勞蘭C操作與管理的數(shù)據(jù)。
前面的參考的美國專利4800391和4821038進(jìn)一步描述這些現(xiàn)有系統(tǒng)并提出了具有減少的導(dǎo)航和天波導(dǎo)航地點(diǎn)差錯(cuò)用于同時(shí)的導(dǎo)航和通信傳輸?shù)母倪M(jìn)的技術(shù)。這大大地減少了對(duì)與ClarinetPilgrim和USCG通信系統(tǒng)有關(guān)的勞蘭信號(hào)導(dǎo)航功能的干擾，還允許傳輸附加的專用的通信脈沖。確實(shí)，通過調(diào)制8個(gè)導(dǎo)航脈沖組中的標(biāo)準(zhǔn)脈沖的位置(或相位)取得了每秒20比特的最小的數(shù)據(jù)速率。通過在標(biāo)準(zhǔn)的8脈沖組的末尾進(jìn)一步加上專用的通信脈沖可以取得較高的數(shù)據(jù)速率。一般地講，希望這樣的勞蘭通信系統(tǒng)在多達(dá)幾百海里的距離內(nèi)可靠地通信。
本發(fā)明針對(duì)這樣的勞蘭C導(dǎo)航通信技術(shù)與改進(jìn)的流星散射通信技術(shù)的新穎組合，極好地減輕后者的限制，包括前述的嚴(yán)格的報(bào)告規(guī)程，干擾移動(dòng)終端報(bào)告，和在確認(rèn)中固有的時(shí)延以及可靠性。
因此本發(fā)明的主要目的是提供在固定基站和移動(dòng)用戶之間的雙向通信的一種新的和改進(jìn)的方法和裝置，采用固定基站出境勞蘭組合的導(dǎo)航與通信數(shù)據(jù)信號(hào)，以及用于增強(qiáng)來自移動(dòng)用戶的或移動(dòng)用戶之間的通信能力的流星散射，而且消除了現(xiàn)有流星散射通信系統(tǒng)中的上述的和其它的缺點(diǎn)及限制。本發(fā)明特別適用于自動(dòng)車輛和飛行器定位(AVL)系統(tǒng)。
其它的和進(jìn)一步的目的將在后面說明，而更具體地在所附的權(quán)利要求書中敘述。
但是，簡地要講，從它的更寬的一個(gè)方面講，本發(fā)明包括在移動(dòng)的裝有收發(fā)信機(jī)的終端和固定的流星散射基站終端之間的雙向無線電流星散射通信的方法，它包括在勞蘭無線電定位和導(dǎo)航傳輸時(shí)，利用補(bǔ)充調(diào)制的勞蘭通信消息將出境信息從基站終端傳送到許多移動(dòng)終端，來傳送從移動(dòng)終端到基站終端(或相反)的入境(和出境)信息。
本發(fā)明的雙向移動(dòng)通信系統(tǒng)是基于協(xié)同使用勞蘭導(dǎo)航信號(hào)和通信信號(hào)同時(shí)的廣播以及流星散射無線電通信，勞蘭廣播用于傳送從固定基站到移動(dòng)用戶的出境數(shù)據(jù)。通信是通過調(diào)制勞蘭導(dǎo)航信號(hào)實(shí)現(xiàn)的，例如發(fā)送每秒20和100比特之間、范圍高達(dá)1000公里而沒有干擾勞蘭信號(hào)的導(dǎo)航功能。流星散射無線通信用于提供從移動(dòng)用戶到固定基站的入境鏈路，這是勞蘭通信不能提供的。流星散射也用于在各個(gè)移動(dòng)用戶之間傳送出境的長信息。出境勞蘭廣播的使用用于消除前述到達(dá)移動(dòng)用戶或在移動(dòng)用戶之間的流星散射通信有關(guān)的問題。
在后面提出優(yōu)選的和最好方式的實(shí)施例和結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)在參看附圖
敘述本發(fā)明，該單個(gè)圖包括以優(yōu)選的格式說明本發(fā)明的組合的流星散射勞蘭C系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的操作方框圖。
附圖的系統(tǒng)等級(jí)方框圖說明根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的組合流星散射/勞蘭系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，并提供有效的和新穎的使用勞蘭通信來消除使用流星散射與移動(dòng)通信有關(guān)的前述的主要困難，如前所述。
示出了該系統(tǒng)包括三個(gè)勞蘭基站1、2和3以及四個(gè)流星散射基站終端4、5、6和7。固定站1位于緊靠近自動(dòng)車輛定位(AVL)中心8，通過一條本地鏈路如電話線，光纜或同軸電纜1′與它相接。固定站1具有勞蘭發(fā)射機(jī)Tx-N和C，它是前面的參考專利中敘述的那類型，除了它的導(dǎo)航信號(hào)傳輸N之外，它可被調(diào)制，使用上面描述的勞蘭C通信技術(shù)發(fā)送短消息C，在上述專利4800341和4821038中有更具體的講解。基站2和3也有勞蘭發(fā)射機(jī)但是它們可不需要有勞蘭通信的能力，只是用作導(dǎo)航定位信號(hào)發(fā)射機(jī)Tx-N。此外，附圖示出五個(gè)移動(dòng)終端(或車輛)9、10、11、12和13，為說明起見，移動(dòng)終端9、10和12為自動(dòng)車輛，而11和13為船只。每個(gè)移動(dòng)站終端具有一個(gè)在前面的參考的接收機(jī)專利中所述的那類型的勞蘭接收機(jī)LR，該接收機(jī)被修改用于接收通信信號(hào);和一個(gè)流星散射發(fā)射機(jī)與接收機(jī)M-Tx-Rx，它是公知的類型的，因而裝備用于流星散射和用于勞蘭導(dǎo)航與通信信號(hào)的接收。AVL中心8也裝有流星散射發(fā)射機(jī)與接收機(jī)M-Tx-Rx(收發(fā)信機(jī))，以及用于監(jiān)視在MON上出現(xiàn)的移動(dòng)終端的位置的一個(gè)系統(tǒng)。AVL中心也可以通過陸上線路(未示出)連接到其它固定站，即2和3，或者它可以通過無線電連接到其它固定站。眾所周知，每個(gè)發(fā)射機(jī)與接收機(jī)具有適合其頻率的一個(gè)合適的天線，在移動(dòng)終端用示意圖表示在A。
圖中還表示了通過各條鏈路4′-7′，AVL中心連接到流星散射固定基站4-7，在一個(gè)方向，它傳送對(duì)車輛位置信息的請(qǐng)求，而在另一個(gè)方向，它傳送來自AVL中心的有關(guān)移動(dòng)終端位置定位的消息和/或其它的調(diào)度數(shù)據(jù)。該中心，流星散射基站和與它們通信的移動(dòng)車輛構(gòu)成了AVL網(wǎng)絡(luò)。
典型地，AVL中心依賴于預(yù)安排的流星散射規(guī)程，或者使在站1的勞蘭發(fā)射機(jī)使用它的通信設(shè)備C廣播一個(gè)適當(dāng)?shù)南?，在一個(gè)特定的時(shí)間開始詢問有關(guān)在該AVL網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)或幾個(gè)車輛的位置和/或狀態(tài)。假設(shè)車輛10是這樣尋址和詢問的車輛之一。車輛10等待直到檢測(cè)到來自流星散射基站的探測(cè)信號(hào)，因而確認(rèn)存在一條鏈路，然后以其適當(dāng)?shù)捻樞蛴盟牧餍巧⑸浒l(fā)射機(jī)M-Tx對(duì)AVL中心進(jìn)行響應(yīng)。所用的響應(yīng)頻率一般是預(yù)先指定的。從車輛10來的位置報(bào)告是根據(jù)它已接收的和從站1、2和3的勞蘭導(dǎo)航信號(hào)處理的勞蘭數(shù)據(jù)，或根據(jù)其它數(shù)據(jù)如已知的地面位置，或者從一個(gè)衛(wèi)星位置定位系統(tǒng)如GPS(全球定位系統(tǒng))系統(tǒng)取出的位置數(shù)據(jù)，或者它們的任何組合。當(dāng)車輛10開始傳輸時(shí)它可以是固定的，或者它可以是在移動(dòng)。經(jīng)過接到AVL中心8的流星散射接收機(jī)M-Rx從10接收的消息例如可用于更新車輛10的狀態(tài)和位置，或者用于發(fā)送任何其它期望的消息。
此外，當(dāng)車輛10已檢測(cè)到探測(cè)信號(hào)并已用它的流星散射無線傳輸M-Tx跟蹤它時(shí)，如果該流星散射路徑仍存在，則站4使用流星散射可以給移動(dòng)終端10返回響應(yīng)。另一種情況，當(dāng)余跡變得太弱時(shí)，整個(gè)消息的確認(rèn)，或者一個(gè)重復(fù)的請(qǐng)求可以從站1經(jīng)過勞蘭調(diào)制被傳送回來，而不依賴于流星散射。
通過電話線如1′和1″或者用于這些固定站的其它合適的通信，勞蘭站1、2和/或3可接到流星散射基站4、5和6。實(shí)際上，勞蘭站的數(shù)量可以大于三，而流星散射基站和移動(dòng)單元的數(shù)量可以與所示的或所敘述的不同。此外，所討論的網(wǎng)絡(luò)配置僅僅是為了說明起見，而且本發(fā)明的可應(yīng)用性或通用性不局限于這些特定數(shù)目的站或這個(gè)特定的配置。
在網(wǎng)絡(luò)中，勞蘭通信也可用于廣播對(duì)所有的移動(dòng)用戶都是重要的信息。如果一個(gè)移動(dòng)用戶需要或被要求給發(fā)送探測(cè)信號(hào)的流星散射基站發(fā)回?cái)?shù)據(jù)時(shí)就使用流星散射通信。如果較長的消息需要從基站發(fā)送到單個(gè)的移動(dòng)終端時(shí)也可使用它。在這樣的網(wǎng)絡(luò)中，流星散射提供了勞蘭通信不能提供的來自移動(dòng)終端的重要的入境通信能力。流星散射還提供了勞蘭通信不能有效地提供的從任何基站到單個(gè)用戶的較高數(shù)據(jù)能力。此外，勞蘭通信的可用性消除了目前移動(dòng)通信使用流星散射的困難。它還提供附加的位置定位校正能力，如后面更詳細(xì)討論的。因此本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)控制。流星散射對(duì)于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信是最有效的，而且在遠(yuǎn)程終端9、10、11、12、13和任一個(gè)基站4、5、6和7之間要求雙向傳輸。因此有一個(gè)關(guān)于在雙方向中只使用流星散射通信可以處理多大的網(wǎng)絡(luò)的極限。因?yàn)閺倪h(yuǎn)程終端的流星散射通信(即在入境方向)的管理可以由從固定基站的Loran通信協(xié)助，所以勞蘭C廣播通訊的能力，如在出境方向上從站1發(fā)出信息，即從基站到遠(yuǎn)程終端，均便于對(duì)于網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制，即使是對(duì)一個(gè)大的網(wǎng)絡(luò)的控制。網(wǎng)絡(luò)管理功能將成為可能，它包括單個(gè)終端可被尋址，可指定發(fā)送時(shí)間和指定傳輸頻率，它們的消息可被確認(rèn)，或者它們可被要求重復(fù)其消息。
可靠性/容量-折衷。如前面所述，通過包含特定信號(hào)處理和數(shù)據(jù)編碼技術(shù)，流星散射的性能明顯地改善了。但是，這些技術(shù)減少了該鏈路數(shù)據(jù)容量。利用占用的更多的可用的短暫時(shí)間發(fā)送消息，基站可能必須使用下一個(gè)余跡確認(rèn)消息的接收。但是，在本發(fā)明的新穎組合系統(tǒng)中，勞蘭通信可用于發(fā)送確認(rèn)消息，該消息典型地是很短的。由于另一條通信鏈路確認(rèn)成功的接收或請(qǐng)求重復(fù)傳輸?shù)目赡苄?，所以在一個(gè)方向可以使用流星散射鏈路的可用性的全部時(shí)間，并可使用編碼或交互式消息重復(fù)，而不減少容量或時(shí)延。
高的市區(qū)噪聲。如前所述，由于人為的噪聲，移動(dòng)單元9-13有時(shí)在接收市區(qū)地區(qū)的探測(cè)信號(hào)或流星散射通信中有困難。根據(jù)本發(fā)明，使用勞蘭通信，一些重要的消息可發(fā)送到在這種噪聲地區(qū)中的移動(dòng)單元。因?yàn)榻邮盏墓潭ɑ疽话闶俏挥诘驮肼暛h(huán)境中，所以移動(dòng)單元使用流星散射進(jìn)行響應(yīng)。
對(duì)多個(gè)移動(dòng)用戶廣播。如前所述，流星散射基站只能與那種對(duì)它存在著合適取向的余跡的移動(dòng)用戶通信。因此，流星散射不提供一個(gè)有效的手段以單個(gè)消息到達(dá)大量移動(dòng)用戶。根據(jù)本發(fā)明，勞蘭C的可用性已經(jīng)用于從基站對(duì)大量移動(dòng)單元組廣播其感興趣的消息。
還有另外的例子，勞蘭通信除了其它的事情外，還可用于廣播氣候報(bào)告和安全信息。
位置定位校正。已知道如果移動(dòng)單元可以從靠近它的基站接收一個(gè)傳播或定時(shí)差錯(cuò)校正，那么在該移動(dòng)單元可使用校正的數(shù)據(jù)大大地改善它的位置定位的精確度。本發(fā)明還可用于將這種微分校正發(fā)送到移動(dòng)單元，因此可提高從廣播系統(tǒng)如勞蘭，GPS或Glonass得到的正常的單向位置定位的精確度。實(shí)際中，在遠(yuǎn)程移動(dòng)單元本身需要精確的位置定位的應(yīng)用中，在一個(gè)靠近的基站可得到的傳播時(shí)延數(shù)據(jù)可用于產(chǎn)生校正，由移動(dòng)用戶用于改進(jìn)它們的初始位置的確定的精度，正如由R.Goddard在1983年2月新西蘭達(dá)尼丁第十五屆太平洋科學(xué)會(huì)議的文章“使用微分校正的實(shí)時(shí)勞蘭C增強(qiáng)”中所敘述的。從靠近的基站的流星散射傳輸或勞蘭通信可用于出境傳送校正的信號(hào)。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可進(jìn)一步修改，這被認(rèn)為落入如所附的權(quán)利要求書所確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種利用流星散射在固定站和移動(dòng)點(diǎn)間進(jìn)行無線電通信的方法，包括通過流星散射通信將入境信息從移動(dòng)終端傳送到基站終端，和通過流星散射通信并通過勞蘭無線電定位和導(dǎo)航傳輸調(diào)制的補(bǔ)充的勞蘭通信消息，將出境信息從基站終端傳送到所有的移動(dòng)終端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于通過將這樣的基站終端連接到一個(gè)勞蘭傳輸站而從流星散射基站終端提供所述的勞蘭通信消息的信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于從移動(dòng)終端傳送到基站終端的入境信息，包括在任何移動(dòng)終端接收的勞蘭定位與導(dǎo)航傳輸中產(chǎn)生的一個(gè)或兩個(gè)移動(dòng)狀態(tài)消息和位置數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于流星散射通信用于從基站傳送大量的信息到單個(gè)的移動(dòng)終端。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于傳送勞蘭通信消息的站通過電話線路連接到流星散射基站終端，用于接收從該基站終端來的命令。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于自動(dòng)車輛或飛行器定位系統(tǒng)被連接到流星散射基站終端和勞蘭站，從移動(dòng)終端傳送的入境數(shù)據(jù)包括基于勞蘭C位置和導(dǎo)航傳輸以及傳送移動(dòng)終端的識(shí)別碼計(jì)算的位置數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于勞蘭通信消息給移動(dòng)終端提供傳播和定時(shí)校正信息，以提高移動(dòng)終端位置定位和從一個(gè)或幾個(gè)勞蘭傳輸衛(wèi)星與其它導(dǎo)航無線電傳輸中得到的導(dǎo)航數(shù)據(jù)的精度。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于基站終端將微分勞蘭校正加到從移動(dòng)終端收到的計(jì)算的定位上，利用勞蘭通信消息將它傳送出境。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于勞蘭通信消息發(fā)送一個(gè)或幾個(gè)報(bào)告、指令，和想要轉(zhuǎn)播重要消息的請(qǐng)求和/或控制在該網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)終端，以及流星散射通信的時(shí)間表、頻率和/或格式，以便增加容量和改善從移動(dòng)終端到基站終端及從一個(gè)移動(dòng)終端到另一個(gè)移動(dòng)終端的流星散射通信的效率。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于勞蘭通信消息包括基站終端從移動(dòng)終端收到流星散射的入境信號(hào)的確認(rèn)。
11.一種利用流星散射在固定站和移動(dòng)點(diǎn)間進(jìn)行無線電通信的裝置，與包括有在移動(dòng)終端和基站終端之間利用無線電流星散射傳輸信息的鏈路的一個(gè)系統(tǒng)組合，該裝置具有增加的勞蘭無線電定位與導(dǎo)航發(fā)射機(jī)系統(tǒng)，該發(fā)射機(jī)系統(tǒng)含有產(chǎn)生勞蘭通信消息的裝置，勞蘭通信消息結(jié)合有由基站終端提供的、與定位和導(dǎo)航傳輸同時(shí)地發(fā)送出境到移動(dòng)終端的信息。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于提供用于傳送定位數(shù)據(jù)入境到流星散射基站的裝置，該定位數(shù)據(jù)是從在每個(gè)移動(dòng)終端接收的勞蘭定位與導(dǎo)航傳輸中得到的。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于勞蘭通信消息包括基站終端從移動(dòng)終端收到流星散射的入境信號(hào)的確認(rèn)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于勞蘭通信消息包括位置定位校正的數(shù)據(jù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于流星散射基站終端是用電話線連接到傳送勞蘭通信消息的站。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于基站終端和傳送勞蘭通信消息的站是以自動(dòng)車輛定位系統(tǒng)連接的，自動(dòng)車輛定位系統(tǒng)是用于監(jiān)視和跟蹤來自移動(dòng)終端的定位和其它數(shù)據(jù)，這是利用勞蘭通信消息啟動(dòng)與移動(dòng)終端的出境通信。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于提供用于啟動(dòng)勞蘭通信消息的裝置，使該消息包含移動(dòng)終端的傳播和定時(shí)校正信息，用于提高從一個(gè)或幾個(gè)勞蘭定位與導(dǎo)航傳輸、衛(wèi)星定位傳輸和其它導(dǎo)航無線傳輸中得到的它們位置定位的精度。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于提供了利用響應(yīng)從基站終端和自動(dòng)車輛定位系統(tǒng)之一或二者接收的命令的調(diào)制而用于控制勞蘭通信消息的裝置。
全文摘要
用于在移動(dòng)的裝有收發(fā)信機(jī)的終端和固定的流星散射基站終端之間進(jìn)行雙向無線電流星散射通信的一種方法和裝置，包括利用無線電流星散射傳送從移動(dòng)終端到基站終端的大量點(diǎn)對(duì)點(diǎn)入境信息和從基站終端到特定的移動(dòng)終端的出境信息，和利用根據(jù)勞蘭無線電定位與導(dǎo)航傳輸調(diào)制的補(bǔ)充的勞蘭通信短消息，廣播從基站終端到許多移動(dòng)終端的出境信息。
文檔編號(hào)G01S5/10GK1083288SQ9310613
公開日1994年3月2日 申請(qǐng)日期1993年4月30日 優(yōu)先權(quán)日1992年5月1日
發(fā)明者帕爾·K·恩格, 保羅·R·約翰尼斯, 朱利安·J·巴斯甘 申請(qǐng)人:兆脈沖公司