專利名稱：預測通信良機的通信系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無線電通信領域，特別涉及一種通信系統(tǒng)，其中，無線單元可以向用戶提供信息，以通知該用戶成功通信的預測良機。
無線通信系統(tǒng)總是試圖傳送最大可能的呼叫業(yè)務量?，F(xiàn)代通信系統(tǒng)經(jīng)常利用可以使用較寬頻帶的較高的頻率范圍，因為較寬的頻帶容納較大的呼叫業(yè)務量。此外，這種通信系統(tǒng)經(jīng)常使用蜂窩技術執(zhí)行通信，這種蜂窩技術保持為最小發(fā)射功率電平，因而是通信信號僅在信號發(fā)射處周圍很小的區(qū)域內(nèi)引起干擾。蜂窩技術允許重復利用干擾范圍之外的頻譜，而且低發(fā)射功率電平允許較大的重復利用量和較大的呼叫業(yè)務量。使用高頻范圍和低功率電平的后果是被發(fā)射的信號容易被位于發(fā)射機和接收機之間的障礙物阻斷。當信號被阻斷時，發(fā)射機和接收機之間不能發(fā)生通信。
在地面基站單元與地面移動無線單元之間發(fā)生通信的蜂窩系統(tǒng)中，信號阻斷的問題相對來說是一個較小的問題。典型的情況是，如果一個移動無線電單元從一個給定的地點與一個基站通信甚至在一個瞬間，則這個無線電單元也能無定限地從這個給定地點進行通信。此外，因基站和移動無線電單元一般處于相互間相隔幾英里之內(nèi)，故移動單元通常只要移動相當較小的距離便能解決信號阻斷的問題。簡言之，如果一個移動單元不能與它的系統(tǒng)通信，則它只需移動一個短的距離就能夠通信，而且如果它位于能夠進行通信的地點，則它可能無定限地連續(xù)通信。
信號阻斷的問題在空間衛(wèi)星基站與地面移動無線電單元之間發(fā)生通信的蜂窩系統(tǒng)中是比較嚴重的?？臻g衛(wèi)星一般位于低地球軌道，以使低功率通信信號無需在衛(wèi)星與無線電單元之間行進長距離，并使衛(wèi)星的覆蓋范圍占有盡可能小的區(qū)域，以盡可能地增加頻率的重復使用。
低地球軌道的后果之一是，衛(wèi)星通常是以很高的速度在它們的軌道上連續(xù)地移動或行進。為此，在與一個位于給定地點的無線電單元發(fā)生通信的情況下，由于衛(wèi)星在移動而無線電單元處于靜止狀態(tài)時這樣的通信不可能無定限連續(xù)進行。
空間衛(wèi)星基站的另一個后果是，與地面基站距離其無線電單元相比，空間衛(wèi)星基站距離它們的無線電單元是相當遠的距離，一般為數(shù)百英里?？赡軙猩矫}、丘陵、都市區(qū)之類的信號阻斷障礙物位于較遠的地方，并且在任何給定的時刻，一個無線電單元可能需要行進一個不切實際的距離來躲免障礙物的影響。
據(jù)此，本發(fā)明的一個優(yōu)點是對于預測移動無線電單元可以進行成功通信的良機的條件的提供了一種改進的方法和裝置。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點是向無線電單元的用戶提供信息，以使用戶能夠處理信號阻斷問題。
本發(fā)明的又一個優(yōu)點是能通知用戶在一個使用空間衛(wèi)星基站和地面移動無線電單元的通信系統(tǒng)中更可能進行成功通信的條件。
本發(fā)明上述的和其它的優(yōu)點在一種用以操作一個無線電單元在與地球軌道上運行的衛(wèi)星的一個星座相通信的方法中以一種形式體現(xiàn)出來。這方法需要接收從衛(wèi)星之一發(fā)射的信號。向應這個信號，確定出在無線電單元與該衛(wèi)星之間的一個有關位置。響應這個有關的位置，確定出在該無線電單元與衛(wèi)星之一之間成功通信可能發(fā)生的一個未來時間。將該未來時間通知該無線電單元的用戶。
結合以下附圖參考說明書和權利要求書可以對本發(fā)明有更為全面的理解，在全部附圖中相同的項目給予相同的標號。


圖1示出可實施本發(fā)明的環(huán)境的示意圖；圖2示出一個衛(wèi)星天線在地球表面形成的網(wǎng)孔圖形的示意圖；圖3示出具有十一個時段的未發(fā)生阻斷情況的例子的定時圖，其中描述了有關衛(wèi)星的可用性、位置和運動；圖4示出具有與圖3所示相同的十一個時段的發(fā)生阻斷情況的例子的定時圖；圖5示出衛(wèi)星基站的方框圖；圖6示出由衛(wèi)星基站執(zhí)行的衛(wèi)星處理過程的流程圖；圖7示出移動無線電單元的方框圖；圖8示出由無線電單元執(zhí)行的一個無線電單元的空閑處理過程的流程圖；圖9示出由該無線電單元執(zhí)行的無線電單元用戶接口處理過程的流程圖。
圖1顯示一個基于衛(wèi)星的通信網(wǎng)絡10。網(wǎng)絡10利用諸如軌道衛(wèi)星12之類的地球上方基站的星座遍布地球的上空。在目前這個優(yōu)選的實施例中，衛(wèi)星12占據(jù)地極低地球軌道14。具體地說，網(wǎng)絡10的這個優(yōu)選實施例使用了六個地極軌道平面，每個軌道保持十一顆衛(wèi)星12，總共有六十六顆衛(wèi)星12。為清楚起見，圖1僅畫出了這些衛(wèi)星12中的幾個。
軌道平面14和衛(wèi)星12環(huán)繞地球分布。在當前這個優(yōu)選實施例描述的例子中，每個軌道14在大約765km的高度環(huán)繞地球。由于衛(wèi)星12的相當?shù)偷能壍?，來自任何一顆衛(wèi)星的基本上視線電磁發(fā)射在任何時刻覆蓋地球的一個相當小的區(qū)域。例如，當衛(wèi)星12占據(jù)地球上空大約765km處的軌道時，這種發(fā)射可能覆蓋直徑大約為5000km的“腳印”區(qū)域。
由于軌道14的低地球特點，衛(wèi)星相對于地球以大約25000km/hr的速度運行。這使得從地球表面上的一點可以看見衛(wèi)星12的最長時間為九至十分鐘。
衛(wèi)星12除了兩種運行方式之外，相互之間保持一個相當恒定的距離。在第一種運行方式下，當衛(wèi)星12趨近于兩極區(qū)域時相互靠攏，當趨近于赤道時，相互分離。
第二種運行方式發(fā)生在星座的接縫(seam)處16。接縫處16把地球相對于衛(wèi)星12的星座分為兩個半球。在一個半球中，衛(wèi)星12從南向北運行，如圖1中方向箭頭18所示。在另一個半球中，衛(wèi)星12從北向南運行，如圖1中方向箭頭20所示。接縫處16位于地球的相對的兩側(cè)上，在一個南北軌道14和一個北南軌道14之間。鄰近和位于接縫處16相對兩側(cè)上的衛(wèi)星12以相反的方向運行，并且以大約50000km/hr的速度相互接近和通過。
衛(wèi)星12借助許多中央交換局(CSO)22(圖1中僅示出了其中的一個)、幾個地面控制站(GCS)24(圖1中僅示出了其中的一個)和任意數(shù)量的無線電單元26(圖1中僅示出了其中的一個)，與地面上的設備通信。CSO22、GCS24和無線電單元26可以位于地球表面，或地球上方大氣層中的任何地方。
CSO22的功能與GCS24的不同。GCS24最好執(zhí)行對衛(wèi)星12的星座遙測、跟蹤和控制(TT&C)的功能。CSO22最好在網(wǎng)絡10中起通信結點的作用。各種不同的陸地通信系統(tǒng)例如環(huán)球公用電信網(wǎng)(未示出)，可以通過CSO22訪問網(wǎng)絡10。鑒于衛(wèi)星12星座的這種配置，在所有時間都至少有一顆衛(wèi)星12在地球表面的每一點的視界之內(nèi)。據(jù)此，網(wǎng)絡10可以在任何兩個無線電單元26之間、任何無線電單元26與一個CSO22之間、或任何兩個CSO22之間利用衛(wèi)星12的星座建立起一個通信線路。
圖2示出由單一衛(wèi)星12在地球表面上形成的蜂窩“腳印”的圖形28。每顆衛(wèi)星12含有一個多波束定向天線30。每個天線30從它的衛(wèi)星以多個不同的角度向地球表面投射大量離散的天線波束或圖形32。圖2示出由波束32在地球表面形成的網(wǎng)孔34的由此得到的圖形示意圖。每個波束32與一個網(wǎng)孔34形成一對一的對應關系，并且每個網(wǎng)孔34代表由一個波束32與地球表面交匯而確定的區(qū)域。在“腳印”28中的每個網(wǎng)孔34在“腳印”28中占有一個獨特的位置。這些位置利用網(wǎng)孔ID相互區(qū)分，在圖2中列為1至48。在本發(fā)明的這個優(yōu)選實施例中，所有衛(wèi)星12都被配置得如圖2所示的那樣。為此，其它衛(wèi)星12(未示出)形成其它類似的“腳印”(未示出)。理想的結果是，由網(wǎng)孔34組成的一個連續(xù)的“地毯”基本上覆蓋了地球的整個表面。
為敘述方便起見，圖2的示意圖把網(wǎng)孔34和“腳印”28畫為無重疊或間隙的分立的、大致為六邊形的形狀。但是，本領域的技術人員懂得在實際的應用中，從衛(wèi)星12的天線30的波束32投射的相等強度的射線事實上可以具有與六邊形截然不同的形狀，天線的邊緣波瓣可能會使圖形變形，一些網(wǎng)孔34可能會比其它網(wǎng)孔34覆蓋面積大些，以及相鄰的風孔之間的某種重疊，可能是期望的。
網(wǎng)絡10(見圖1)通過衛(wèi)星12利用電磁頻譜與無線電單元26(見圖1)通信。這種通信是經(jīng)由天線30和波束32進行的。本領域的技術人員理解，由天線30形成的多個波束限定了一種幾何形狀，并且不表示特定的通信方向。換句話說，可以通過由天線30投射到地球表面的波束32來發(fā)射和/或接收通信信號。
在本發(fā)明的這個實施例中，從衛(wèi)星12通過每個波束32連續(xù)地或重復地發(fā)射一個波束廣播信號。每個波束的廣播信號具有與其它的波束的廣播信號不同的參數(shù)，并且每個波束的廣播信號攜帶有用以識別發(fā)送廣播信號的衛(wèi)星12的信息，識別與廣播信號相關的網(wǎng)孔34和/或波束32的信息，以及識別幾乎是在發(fā)射時刻波束32與地球表面交匯處地理位置的信息。希望的是，這個地理位置幾乎處于相應網(wǎng)孔34的中心。這些廣播信號的識別符頻率、時間和/或編碼參數(shù)對于無線電單元26是已知的。
雖然圖1-2和上文的討論說明了一種用于網(wǎng)絡10的優(yōu)選軌道幾何形狀，但本領域的技術人員理解衛(wèi)星12提供的基站不需要按上述那樣精確地定位。例如，在某些實施例中，本發(fā)明可以利用位于地球表面的或是位于與上述不同的軌道中的基站來實踐。同樣地，基站的精確數(shù)量從一個網(wǎng)絡到另一個網(wǎng)絡可以變化。
圖3和4示出了從靠近地球表面的無線電單元26觀察衛(wèi)星12在上空運動的情況。圖3示出“未阻斷”情況的例子的定時圖，圖4示出“阻斷”情況的例子的定時圖。
參看圖3和4，每種情況是利用標有T＝1至T＝11的十一個順序時段描述的。這十一個時段大致地記錄了一個軌道平面14(見圖1)處于一個無線電單元26視線內(nèi)的持續(xù)時間，在優(yōu)選實施例中大約為兩個小時。對每個時段，圖3和4示出水平環(huán)繞無線電單元26的360°。此外，對于每個時段，圖3和4示出一個或多個軌跡14′。軌跡14′的長度對應于無線電單元26可以與一個衛(wèi)星12進行通信的持續(xù)時間，軌跡14′的位置和方向?qū)谛l(wèi)星12在其軌道平面14中行進(見圖1-2)的這個持續(xù)時間中的無線電單元26與一個衛(wèi)星12之間的相對位置。當一個衛(wèi)星12正好在頭頂上越過時，如在時段T＝6期間所示的，衛(wèi)星12可以處于視線內(nèi)的時間約為10分鐘。在其它時段期間，衛(wèi)星12可以處于視線內(nèi)較短的持續(xù)時間。
圖3示出在時段T＝1時無線電單元26直接在接縫處16(見圖1)下方的情況。第一衛(wèi)星飛行器12(SV＝1)在第一軌道平面(PL＝1)內(nèi)在南北方向上行進，和第二衛(wèi)星(SV＝11)在第六軌道平面(PL＝6)內(nèi)在北南方向行進。
在時段T＝1，第一衛(wèi)星(SV＝1)弧線行進越過遠離無線電單元26的東面天空的很小的一部分，決不會形成一個相對于無線電單元26的高的仰角。但是，當?shù)谝恍l(wèi)星(SV＝1)跨越在無線電單元26處在東西方向伸展的虛線36時，第一衛(wèi)星(SV＝1)在時段T＝1期間形成最高仰角。不必在同一時刻，但仍是在時段T＝1內(nèi)，第二衛(wèi)星弧線行進越過遠離無線電單元26西面天空的很小一部分，決不會形成一個高的仰角。
在整個時段T＝1，無衛(wèi)星(SV＝11或SV＝1)在視線范圍內(nèi)的時間會超過數(shù)分鐘。其結果是，在衛(wèi)星行進到地平線上方之前，在無線電單元26與兩個衛(wèi)星中任何一個之間的發(fā)生的通信僅能持續(xù)很短的時間。
除了包括諸如山脈、都市區(qū)或其它類似的障礙物(未示出)之外，圖4示出的被阻斷的情況與圖3所示的未阻斷的情況相同。障物出現(xiàn)在無線電單元26的南面，沿東西方向伸展。如圖4中在時段T＝1時不存在軌跡14′所表明的那樣，由于障礙物和衛(wèi)星的低仰角造成信號阻斷使通信不能進行。
對于圖3和4中示出的兩種情況，無線電單元26在時段T＝1至T＝11中是靜止不動的。時段T＝2緊跟在時段T＝1之后，時段T＝3緊跟在時段T＝2之后，等等。為此，如圖3中在時段T＝2所示的那樣，在第一顆衛(wèi)星(SV＝1)剛一離去之后，行進在軌道平面(PL＝1)內(nèi)的另一顆衛(wèi)星(SV＝2)緊跟著出現(xiàn)在地平線上方。
由于地球在衛(wèi)星12的星座內(nèi)旋轉(zhuǎn)，軌道平面(PL＝1)現(xiàn)在稍微靠近無線電單元26。其結果是，下一個衛(wèi)星(SV＝2)在視線中停留的時間比前一個衛(wèi)星(SV＝1)稍長些。當前的衛(wèi)星(SV＝2)雖然它在虛線36處形成的最高仰角，但是在這時仍然不能形成一個很高的仰角。如圖4所示，障物仍然阻斷通信。
在時段T＝3至T＝6期間，后繼衛(wèi)星12的軌跡14′向西移動，直到如時段T＝6所示軌跡14′位于無線電單元26的正上方。在時段T＝3至T＝6的整個時間內(nèi)，衛(wèi)星形成了較高的仰角，并在視線內(nèi)停留較長的時段。如圖4所示，障物不能完全地阻斷信號，當軌跡14′逼近在無線電單元26處在北南方向伸展的虛線38時，取得了較長的未阻斷的通信時段。在時段T＝6，當一顆衛(wèi)星(SV＝6)在正上方沿虛線38行進時，可獲得任何一顆衛(wèi)星的最大仰角。
在時段T＝7至T＝11期間，在這個軌道平面(PL＝1)內(nèi)行進的衛(wèi)星經(jīng)過逐漸向無線電單元26的更西面的方向移動的軌跡14′。在每個時段期間，最大仰角減小，并且衛(wèi)星在視線中的存在時間逐漸縮短。如圖4中時段T＝10和T＝11所示，障礙物最終將阻斷全部通信。
圖4示出對于在一個障礙物附近的無線電單元26的用戶可能得到通信服務的特性。即使無線電單元26保持靜止，服務也是在可得到服務時段與不可得到服務時段之間變換的。對于無線電單元26的用戶來說，這些可得到服務時段和不可得到服務時段的持續(xù)時間是很難預測的。
有時，服務可得到較長的時段，其中只有相當短的非服務中斷，例如在時段T＝5至T＝7期間。在這些時段期間，通信是最可能成功地傳遞。在其它時段，服務一般是不能得到的，但這種不可得到性被一些短時段的可得到性而中斷，例如在時段T＝1至T＝3和T＝9至T＝11期間發(fā)生的那樣。在這些時間段期間，通信不怎么可能會成功地進行。
據(jù)此，網(wǎng)絡10(見圖1)(內(nèi)含網(wǎng)絡10的無線電單元26)被配置得能夠預測何時可以成功地進行通信和把預測提供給該無線電單元26的用戶。該用戶就能夠規(guī)劃他或她的時間表以通過網(wǎng)絡10實現(xiàn)通信服務的可得到性。
具體地說，無線電單元26預測出一個或多個未來最有可能獲得的通信服務的時間。這些未來時間是通過計算一個表征無線電單元26與衛(wèi)星12之間成功通信可能性的參數(shù)來預測的。在優(yōu)選實施例中，這個參數(shù)是衛(wèi)星12相對于無線電單元26當前位置的仰角。
如圖4所示，當衛(wèi)星12達到它相對于無線電單元26的最大仰角時最有可能通信，因為障礙物阻斷通信信號的可能性很小。在短時段的期間，對于軌跡14′的最大仰角就是容納一些通信服務時段通過一顆特定衛(wèi)星12提供的最有可能的點。當衛(wèi)星的軌跡14′跨越虛線36時產(chǎn)生了這個短期的最大仰角。在長期中，在T＝6時段期間得到的絕對最大仰角是最有可能容納通信服務的最長時段。這個長期的最大仰角是在一些衛(wèi)星的軌跡14′跨越虛線38時得到的。
圖5-9示出允許無線電單元26預測通信最有可能成功的未來時間的網(wǎng)絡10的優(yōu)選特性。圖5示出包含在一個衛(wèi)星基站12上的硬件的方框圖，圖6示出由衛(wèi)星12執(zhí)行的衛(wèi)星處理過程的流程圖。希望的是，所有衛(wèi)星12基本上都包含同樣的硬件和執(zhí)行基本上相同的處理過程。
參考圖5，定向多波束天線30耦合在發(fā)射機40的射頻輸出端上?？刂破?2耦合到發(fā)射機40、定時器44和存儲器46?？刂破?2可以利用一個或多個微處理器或其它可編程序組件來實施。存儲器46存儲由控制器42執(zhí)行的以實施圖6中所示的衛(wèi)星處理過程的指令數(shù)據(jù)。此外，存儲器46還存儲控制器在執(zhí)行衛(wèi)星處理過程中使用的其它變量、表格、數(shù)據(jù)庫等類似的數(shù)據(jù)。定時器44由控制器42按照常規(guī)的方式來使用以助于跟蹤經(jīng)歷的時間。在衛(wèi)星處理過程的影響下，控制器42產(chǎn)生出由天線30以波束廣播信號發(fā)射的數(shù)據(jù)。盡管5未示出，但衛(wèi)星12可以包括附加的設備，例如附加的發(fā)射機、接收機、控制器、蓄電池、太陽能電池板等類似物。
參考圖6，由衛(wèi)星12執(zhí)行的衛(wèi)星處理過程48執(zhí)行步驟50。步驟50識別出與隨后步驟有關的下一個波束32(見圖2)。在步驟50之后，步驟52確定出在步驟50中識別出的波束32的當前地理位置。這個位置最好在波束的網(wǎng)孔34的中央，波束網(wǎng)孔34相應于波束32與地球表面交匯處限定的區(qū)域。該位置并不局限于使用經(jīng)度和緯度數(shù)據(jù)來表示，而是可以使用任何現(xiàn)有的坐標體系來表示。
在優(yōu)選實施例中，步驟52利用當前時間作為索引在存儲器46(見圖5)中通過執(zhí)行查表操作獲得當前地理位置。在先前的處理過程中(未示出)，一個地面控制站24(見圖1)計算出每個衛(wèi)星的每個波束和對每個時段的這些位置，并通過網(wǎng)絡10把數(shù)據(jù)向下裝入相應的衛(wèi)星。這個處理過程隨時重復進行，以使衛(wèi)星12連續(xù)地擁有當前數(shù)據(jù)。
在步驟52之后，步驟54發(fā)射經(jīng)過調(diào)制的波束廣播信號，以傳遞在步驟52中確定的地理數(shù)據(jù)、衛(wèi)星ID和波束ID。當然，也可以包括例如天時的其它數(shù)據(jù)。步驟52之后，衛(wèi)星處理過程48可以執(zhí)行如省略號指出的任何次數(shù)附加步驟，然后返回到步驟50，以發(fā)射另一個廣播波束信號。
最后，在全部所有的波束32中(見圖2)發(fā)射出廣播波束信號，并繼續(xù)地重復該處理過程，使每個波束廣播信號跟隨衛(wèi)星12在其軌道中行進而改變的地理位置。盡管圖6為清楚起見僅示出一個順序處理過程，但這并不是說不可以由一個單一的衛(wèi)星12同時發(fā)射多個廣播波束信號。
圖7示出包括在無線電單元26中的硬件的方框圖，圖8和9示出由無線電單元26執(zhí)行的處理過程的流程圖。希望的是，任何數(shù)量的無線電單元26可以基本上包括相同的硬件，和執(zhí)行基本上相同的處理過程。
參考圖7，天線56耦合到接收機58的射頻輸入端?？刂破?0耦合到接收機58、顯示器62和存儲器64?？刂破?0可以使用一個或數(shù)個微處理器或其它可編程序組件來實施。存儲器64存儲由控制器60執(zhí)行的以實施圖8和9中的處理過程的指令數(shù)據(jù)。此外，存儲器64還存儲控制器60在進行這些處理過程中使用的其它變量、表格、數(shù)據(jù)庫和類似物。顯示器62把控制器60提供給它的數(shù)據(jù)顯示給無線電單元26的用戶。在以下將結合附圖8和9加以討論的處理過程的影響下，控制器60獲得由一個廣播波束信號傳遞的數(shù)據(jù)，預測更有可能與衛(wèi)星進行成功通信的未來時間，并使顯示器62把未來時間數(shù)據(jù)顯示給用戶。盡管沒有示出，無線電單元26可以包括附加設備，例如發(fā)射機、聲碼器、話筒、揚聲器、鍵盤和其它類似物。
參考圖8，圖中示出由無線電單元26執(zhí)行的一個無線電單元空閑處理過程66，其中包括步驟68。在步驟68，無線電單元26接收一個廣播波束信號，并檢測其中傳遞的數(shù)據(jù)。如上文討論的，廣播波束信號最好在每顆衛(wèi)星12發(fā)射的每個波束32(見圖2)中。步驟68接收到的特定廣播波束信號對應于無線電單元26所在的那個特定的網(wǎng)孔34。
在步驟68之后，在步驟70識別和存儲在步驟68所接收的正發(fā)射信號的那個衛(wèi)星12的行進方向。步驟70分辨出行進方向是北南方向，還是南北方向。這個確定可以通過把剛在步驟68獲得的位置數(shù)據(jù)與在前面的重復的步驟68中接收到類似位置數(shù)據(jù)相比較而完成。
接下來，步驟72將衛(wèi)星ID、波束ID和地理位置數(shù)據(jù)與行進方向數(shù)據(jù)一同存儲在存儲器64中(見圖7)。步驟72之后，一個可選的步驟74是通過把來自在步驟68接收到的最新廣播波束信號的數(shù)據(jù)與來自同一顆或可能是其它衛(wèi)星的先前信號相組合，確定出無線電單元26的地理位置。
步驟74是可選的，因為在步驟68接收到的并在步驟72中存儲的地理位置數(shù)據(jù)已經(jīng)粗略地指明了無線電單元的位置。該無線電單元位于這個所指明的位置附近的某個地方。這個粗略指明的位置基本上適用于本發(fā)明的用途。然而，對于可能與本發(fā)明有關也可能無關的一些應用中，無線電單元26可以更準確地確定其自身的位置，這個更精地確定的位置可以由無線電單元26用于本發(fā)明的應用中，以獲得更精確的結果。
在步驟74后，處理過程66可以執(zhí)行其它的任務，如省略號所指明的那樣。最終，程序控制返回到步驟68，以便超時地跟蹤廣播波束信號。再則，處理過程66在一個編程循環(huán)中連續(xù)執(zhí)行，以使從廣播波束信號中接收到的最新數(shù)據(jù)(見圖7)在存儲器64中可以得到。
本領域的技術人員理解，以環(huán)路連續(xù)執(zhí)行的處理過程66并不妨其它的處理過程與處理過程66同時執(zhí)行。實際上，圖9所示的無線電單元用戶接口處理過程76就是與處理過程66同時執(zhí)行的。
參考圖9，圖中示出處理過程76，響應無線電單元26的用戶接口執(zhí)行該過程。用戶接口可以包括一個鍵盤(未示出)，執(zhí)行處理過程76以響應鍵盤操作。具體地說，查詢步驟78確定是否從用戶接口收到了一個“良機”請求。良機請求表示來自用戶的關于何時是可以使用該系統(tǒng)的良機的詢問。當用戶按下鍵盤上的一個特定的鍵或一系列的鍵時，可以檢測良機請求。然而，如果未檢測到請求，處理過程76可以執(zhí)行任意數(shù)量的附加步驟，如省略號所示，然后返回到步驟78，再次檢測是否有用戶發(fā)出了良機請求。
當用戶發(fā)出一個良機請求，步驟80確定發(fā)射最新收到的廣播波束信號的衛(wèi)星12的兩個潛在的位置。這個衛(wèi)星代表一個初始衛(wèi)星，因為它是那顆以其為根據(jù)進行預測的衛(wèi)星。利用處理過程66確定的無線電單元26的最新位置(見圖8)、波束或網(wǎng)孔ID和存儲在存儲器64(見圖7)中的網(wǎng)絡常數(shù)值計算出衛(wèi)星的兩個位置。這些常量值限定了從“腳印”28的各網(wǎng)格34中的點到一個衛(wèi)星的距離和角度(見圖2)。據(jù)此，相對于無線電單元26的假定位置確定了所計算出的衛(wèi)星12的位置。
步驟80確定兩個可能的位置，因為一個可能位于兩個相對于在一個給定網(wǎng)孔34中的一個無線電單元26的兩個遙遠位置中的任一個。換言之，根據(jù)衛(wèi)星的行進的方向，網(wǎng)孔34可能在相對于衛(wèi)星的兩個遙遠的位置上。因此，在步驟80之后，或與步驟80同時(未示出)，步驟82利用在處理過程66(見圖8)的步驟70中辨認出的行進方向分辨這個雙位置的含混性。處理過程76在這一步驟上，無線電單元26確定了初始衛(wèi)星12相對于無線單元26的位置。
在步驟82之后，執(zhí)行一個包括步驟84、86、88和90的編程循環(huán)。步驟84識別下一顆需要進行預測的目標衛(wèi)星，步驟86預測出一個最大仰角和達到最大仰角的未來時間。目標衛(wèi)星就是對其進行預測的衛(wèi)星。預測是根據(jù)先前確定的初始衛(wèi)星的位置作出的。初始衛(wèi)星可能是對其作出預測的第一顆目標衛(wèi)星。
根據(jù)當前時間、初始衛(wèi)星的位置和存儲在存儲器64(見圖7)中的網(wǎng)絡10的星座常數(shù)作出預測。在一個共同軌道平面14(見圖1)中的衛(wèi)星12保持著相當恒定的相互間距、離地距離和速度。此外，軌道平面14以相當恒定的速度由東向西移動。最好對衛(wèi)星ID數(shù)據(jù)進行編碼，以識別衛(wèi)星12占據(jù)的軌道平面14，并且通過識別這個軌道平面14，無線電單元26確定接縫處16(見圖1)是否需要被分解成為其預測結果(to be factored into its predictions)。
在一個已知軌道平面14中初始衛(wèi)星12的位置給定的情況下，步驟86計算出當前目標衛(wèi)星12的位置和目標衛(wèi)星12相對于無線電單元26是處于最大仰角時的未來時間。希望的是，在步驟86計算出的最大仰角發(fā)生在衛(wèi)星軌跡14′跨越虛線36(見圖3-4)的時候。這些計算是依照已知的軌道幾何學進行的。
步驟86之后，在步驟88，把在步驟86中計算出的未來時間和最大仰角格式化，以在顯示器62(見圖7)上顯示。在一個實施例中，計算出的天時刻和仰角在顯示器62上顯示。但是，其它實施例可能顯示從當前時間的偏差、省略仰角數(shù)據(jù)或把仰角數(shù)據(jù)解釋為獲得具有通信良機的可能性。如上文討論過的，這種可能性隨衛(wèi)星掠過頭頂時達到的最大仰角的增大而增大。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，在步驟86計算的未來時間存入無線電單元，并且在那時鳴響一個可聞警報，以提醒用戶存在一個通信的良機。按照這種方式，用戶無需記住在步驟86顯示的信息。
在步驟88之后，一個查詢步驟90確定是否需要附加的預測。如果“需要”，則程序控制返回到步驟84，識別下一個目標衛(wèi)星以對其進行預測。這下一個目標衛(wèi)星希望是出現(xiàn)在無線電單元26所在處的水平線之上的那個下一顆衛(wèi)星。步驟90可以根據(jù)用戶的請求作出決定以提供附加的預測。一種可替代的方案是，步驟90可以自動地使預測進行預定的次數(shù)，或可以自動地使處理過程76進行附加的預測，直到預測出具有正上方的仰角的那顆衛(wèi)星為止。
當步驟90最后決定不需要附加的預測時，處理過程76可以執(zhí)行附加步驟(如省略號所示)，然后返回到步驟78，查詢是否有用戶提出了另一個良機請求。
總之，本發(fā)明提供了一種改進了的用于預測移動無線電單元有進行成功通信良機的條件的方法和裝置。向移動無線電單元的用戶提供信息，使用戶能夠處理信號阻斷的問題。用戶獲得了在一個使用空間衛(wèi)星基站和地面移動無線電單元的通信系統(tǒng)中可能進行成功的通信的條件的信息。
以上參照優(yōu)選的實施例對本發(fā)明進行了說明。但是，本領域的技術人員懂得，可以對這些優(yōu)選實施例進行改變和改進而不脫離本發(fā)明的范圍。例如，這里描述的各步驟的順序和特性可以進行大的改變而仍能獲得相同的結果。此外，提供給用戶的數(shù)據(jù)的性質(zhì)可以格式化并在各種等效的例子中提供。本領域的技術人員顯而易見的是這些和其它的改變和改進將包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種操作無線電單元(26)與繞地球軌道行進的衛(wèi)星(12)的星座進行通信的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟接收從所述衛(wèi)星之一發(fā)射的信號；響應述信號，確定出所述無線電單元和所述衛(wèi)星之間的相對位置；響應所述相對位置，預測所述無線電單元和所述衛(wèi)星之一之間可以進行成功通信的未來時間；和把所述未來時間提供給所述無線電單元的用戶。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述的預測步驟附加地確定一個表征在所述無線電單元和所述衛(wèi)星之一之間在所述未來時間成功通信的可能性的參數(shù)；和所述提供步驟把所述參數(shù)提供給所述無線電單元的所述用戶。
3.如權利要求2所述方法，其特征在于，所述的預測步驟被配置得可使所述參數(shù)對應于一個預測到的在所述未來時間的一顆所述衛(wèi)星的仰角。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收步驟包括檢測來自所述信號的數(shù)據(jù)的步驟，所述數(shù)據(jù)描述了地理位置。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述信號是從所述衛(wèi)星上的一個定向中天線發(fā)射的，所述定向天線向地球投射一束天線波束；和所述地理位置大約在所述波束與地球表面交匯區(qū)域的中央。
6.如權利要求4所述的方法，其特征在于所述衛(wèi)星向地球投射多個天線波束；和在所述檢測步驟中檢測的所述數(shù)據(jù)包括波束ID數(shù)據(jù)，所述波束ID標識所述多個波束中的一個；和所述確定步驟確定出響應所述波束ID數(shù)據(jù)的相對位置。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述確定步驟包括超時地跟蹤所述信號以確定所述衛(wèi)星行進方向的步驟。
8.一種操作蜂窩通信系統(tǒng)(10)的方法，在該系統(tǒng)中，位于地球表面附近的無線電單元(26)與在移動地球軌道中行進的衛(wèi)星(12)的星座進行通信，其特征在于，所述方法包括以下步驟從所述衛(wèi)星上發(fā)射識別信號；在所述無線電單元接收所述識別信號之一；在所述無一電單元響應所述接收到的識別信號，確定出所述無線電單元和所述衛(wèi)星中的一顆初始衛(wèi)星之間的相對位置；響應所述相對位置在所述無線電單元，預測出所述無線電單元與所述衛(wèi)星中的一顆目標衛(wèi)星之間可以進行成功通信的未來時間；和將所述未來時間提供給所述無線電單元的用戶。
9.一種無線電單元(26)，它與在移動地球軌道中行進的衛(wèi)星(12)的星座進行通信，所述無線電單元的特征在于一個接收機(58)，用于接收從所述衛(wèi)星(12)之一發(fā)射的信號；一個控制器(60)，連接到所述接收機，該控制器被設置用來響應所述信號和預測，響應所述的相對位置、和所述無線電單元與所述衛(wèi)星之一之間可以進行成功通信的未來時間；確定所述無線電單元與該衛(wèi)星之間的相對位置；和一個顯示器(62)，連接到所述控制器，用于將所述未來時間提供給所述無線電單元的用戶。
10.如權利要求9所述的無線單元，其特征在于，所述控制器還被設置得預測所述衛(wèi)星之一將達到相對于所述無線電單元的近似最大仰角的時間；超時地跟蹤所述信號和確定所述衛(wèi)星的行進的方向，和其中所述接收機被設置得用來檢測來自所述描述地理位置的信號的數(shù)據(jù)。
全文摘要
通信網(wǎng)絡(10)含有多個行進在低地球軌道(14)中的衛(wèi)星(12)。衛(wèi)星(12)廣播標識可能通信的特定網(wǎng)孔(34)及其地理位置數(shù)據(jù)。位于地球表面附近的無線電單元(26)接收這些廣播的數(shù)據(jù)和計算衛(wèi)星相對于該無線電單元的位置。根據(jù)該位置，該無線電單元預測目標衛(wèi)星(12)相對于該無線電單元將達到其最大仰角和達到這些最大仰角的未來時間。將這些預測提供給該無線電單元的用戶。
文檔編號H04B7/185GK1137201SQ9610544
公開日1996年12月4日 申請日期1996年4月23日 優(yōu)先權日1995年4月24日
發(fā)明者丹尼爾·理查德·塔耶羅 申請人:摩托羅拉公司