專利名稱：在彎管衛(wèi)星通信系統(tǒng)中降低多徑衰減的方法和系統(tǒng)的制作方法
本申請涉及1997年10月17日提出申請的申請序列號為08/953600的“在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中降低波束間(interbeam)干擾和多徑衰減的方法和系統(tǒng)”的申請(Matthew J.Sherman)，其與本申請一起提出申請，并且在此共同參考。
本發(fā)明涉及電信領(lǐng)域。更為特別地，本發(fā)明涉及消除在彎管衛(wèi)星通信系統(tǒng)中耦合的多上行波束(multiple uplink beam)導(dǎo)致的多徑衰減的方法和系統(tǒng)。
在結(jié)合了四個空間上相鄰的上行波束的彎管衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，每個波束使用用于波束分離的擴(kuò)展頻譜技術(shù)，如果兩個或多個相鄰上行波束在衛(wèi)星上被發(fā)送到同一目的地球站接收機(jī)，例如用于陸地網(wǎng)關(guān)(gateway)通信系統(tǒng)的地球站，那么會出現(xiàn)多徑衰減。雖然與特定上行波束一起使用的擴(kuò)展頻譜代碼集可能不同于相鄰上行波束上使用的代碼集，但是從一波束邊沿發(fā)射的上行線路信號一樣能很好地耦合到相鄰波束。如果攜帶上行線路信號的兩個相鄰波束被發(fā)射到同一網(wǎng)關(guān)接收機(jī)，那么存在多徑條件，因?yàn)橥瑯有盘栆呀?jīng)被有效地在兩個相鄰波束上發(fā)射并且在被網(wǎng)關(guān)接收機(jī)接收之前被結(jié)合。也就是，由于兩個相鄰上行波束的轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)(transponder)的RF相位能夠變化，所以在兩個RF路徑之間可能出現(xiàn)破壞性的干擾，而導(dǎo)致網(wǎng)關(guān)接收機(jī)處信號功率的實(shí)際損失。結(jié)果，通過相鄰上行波束間上行線路信號的彼此耦合，網(wǎng)關(guān)接收機(jī)接收來自兩個不同源的同一信號。


圖1顯示了一示意性的多波束彎管衛(wèi)星通信系統(tǒng)10，該系統(tǒng)示意了由耦合到兩個相鄰上行波束的上行波束信號導(dǎo)致的多徑衰減。衛(wèi)星通信系統(tǒng)10使用四個基于同步沃爾什代碼的擴(kuò)展頻譜代碼集，以眾所周知的方式來分離上行波束12、13、17和18，其中每個使用頻率F1接受發(fā)射的信號。示意性的代碼集在此稱為W1-W4。地面站11使用上行波束12發(fā)射上行線路通信信號。雖然僅地面站11顯示在波束12覆蓋的地理區(qū)域內(nèi)，但在波束12覆蓋的地理區(qū)域內(nèi)存在多個地面站，只是沒有顯示。地面站11在地理位置上接近波束12的邊沿，使得發(fā)射的信號也耦合到相鄰的上行波束13。由衛(wèi)星14接收的波束12和13被結(jié)合(與它們自身和波束17和18)并且越過下線波束15發(fā)射到共同的地球站接收機(jī)16，例如陸地網(wǎng)關(guān)。系統(tǒng)10包括多個網(wǎng)關(guān)接收機(jī)站，但僅顯示了網(wǎng)關(guān)接收機(jī)16。多徑衰減出現(xiàn)在網(wǎng)關(guān)接收機(jī)16處，其原因是來自地面站11的信號的多個版本從兩個不同的路徑被(有效地)接收并且在被網(wǎng)關(guān)接收機(jī)16接收之前被潛在地破壞性地結(jié)合。
圖2和圖3分別顯示了用于重用四個上行波束的傳統(tǒng)上行波束劃分模式，這些上行波束能夠在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中使用。圖2和圖3中顯示的每個六邊形表示被相應(yīng)的上行波束所覆蓋的不同的地理區(qū)域。六邊形內(nèi)的數(shù)字表示地理區(qū)域組之間的資源(例如頻率、偏振(polarization)或代碼集)的劃分。地理區(qū)域中標(biāo)記為1的所有用戶使用相同的資源，而它們不同于區(qū)域2、3和4中使用的資源。類似描述能夠用于區(qū)域2、3和4。圖2和圖3中顯示的模式是具有代表性的，并且在3、7、8等區(qū)域組之間共享資源的其他劃分模式也存在。
在這些圖的輪廓區(qū)域中顯示的六邊形組在此稱為“波束組”(BG)。組的每個成員被分配不同的資源集。通過多次復(fù)制波束組，能夠產(chǎn)生完全劃分模式。對于圖2-7的劃分模式，假設(shè)對于現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計，每個波束組由不同網(wǎng)關(guān)接收機(jī)提供服務(wù)。
圖4顯示了圖2的劃分模式，該模式應(yīng)用于使用四個不同上行線路頻率組F1、F2、F3和F4的常規(guī)頻分多址(FDMA)系統(tǒng)。再次，輪廓部分指示了一個波束組。圖5顯示了圖2的劃分模式，該模式應(yīng)用于使用上行線路頻率組F1和F2以及兩個偏振P1和P2的不同結(jié)合的頻分多址系統(tǒng)。圖6顯示了用于碼分多址(CDMA)系統(tǒng)的常規(guī)上行波束頻率劃分模式。對于此系統(tǒng)的不同波束中用戶間的隔離通過波束間的代碼集的恰當(dāng)分配來提供。圖7顯示了圖2的劃分模式，該模式應(yīng)用于典型CDMA系統(tǒng)的代碼，該系統(tǒng)使用代碼集W1-W4以用于波束間的隔離。
圖2-7的每個劃分模式遭受多徑衰減，當(dāng)兩個相鄰的上行波束被下行線路發(fā)射到同一陸地網(wǎng)關(guān)接收機(jī)時，出現(xiàn)該多徑衰減。在FDMA系統(tǒng)中，經(jīng)過衛(wèi)星上合適的濾波的應(yīng)用，易于校正此多徑條件。但是對于相鄰波束使用同一頻率和偏振的CDMA系統(tǒng)，在FDMA系統(tǒng)中應(yīng)用的濾波技術(shù)卻不能使用。因此，需要的是一種方法和系統(tǒng)，它們能夠消除上行線路發(fā)射導(dǎo)致的多徑衰減影響，該上行線路發(fā)射被耦合進(jìn)使用同一頻率和偏振的兩個相鄰的上行波束，并且被下行線路發(fā)射到同一陸地網(wǎng)關(guān)接收機(jī)。
本發(fā)明消除上行線路發(fā)射導(dǎo)致的多徑衰減影響，該上行線路發(fā)射被耦合進(jìn)兩個相鄰的上行波束，并且被下行線路發(fā)射到同一陸地網(wǎng)關(guān)接收機(jī)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中形成通信鏈路的方法和系統(tǒng)。衛(wèi)星通信系統(tǒng)包括多個發(fā)射機(jī)組(TG)，衛(wèi)星和多個下行線路接收機(jī)。每個發(fā)射機(jī)僅與一個發(fā)射機(jī)組相關(guān)。發(fā)射機(jī)組在此依據(jù)衛(wèi)星上行線路通信波束分配來定義。特定TG的所有成員被分配給同一波束。每個TG被分配不同的波束和相應(yīng)的上行線路資源。發(fā)射機(jī)組的每個發(fā)射機(jī)發(fā)射一上行線路通信信號，該信號是一具有預(yù)定代碼的CDMA信號，該預(yù)定代碼從分配給與發(fā)射機(jī)相關(guān)的TG的代碼集中選擇出來。每個各自的代碼集不同于與所選的發(fā)射機(jī)組相關(guān)的其它代碼集并且在每個BG內(nèi)形成重復(fù)使用的代碼集模式。衛(wèi)星接收發(fā)射機(jī)發(fā)射的上行線路通信信號并且發(fā)射每個接收到的上行線路通信信號，將之作為下行線路通信信號發(fā)送到多個下行線路接收機(jī)的不同接收機(jī)，使得每個下行線路通信信號包括不多于一個具有預(yù)定代碼的下行線路通信信號。
本發(fā)明通過例子說明并且不限于相應(yīng)的附圖，圖中相同參考數(shù)字指示類似的部件，并且其中圖1顯示了示意性的彎管衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其中如果兩個相鄰的上行波束被下行線路發(fā)射到同一陸地網(wǎng)關(guān)接收機(jī)，那么本發(fā)明消除出現(xiàn)的多徑衰減；圖2顯示了陸地和衛(wèi)星通信系統(tǒng)使用的常規(guī)上行波束劃分模式；圖3顯示了陸地和衛(wèi)星通信系統(tǒng)使用的另一常規(guī)上行波束劃分模式；圖4顯示了頻分多址系統(tǒng)的常規(guī)上行波束劃分模式，該系統(tǒng)利用四個不同的上行線路頻率組F1-F4；圖5顯示了頻分多址系統(tǒng)的常規(guī)上行波束劃分模式，該系統(tǒng)利用上行線路頻率組F1和F2以及兩個偏振P1和P2的不同結(jié)合；圖6顯示了碼分多址系統(tǒng)的常規(guī)上行波束劃分模式；圖7顯示了利用代碼集W1-W4的碼分多址系統(tǒng)的常規(guī)上行波束劃分模式；圖8顯示了根據(jù)本發(fā)明的碼分多址系統(tǒng)的上行線路/網(wǎng)關(guān)劃分模式的示意性實(shí)施方式；圖9顯示了根據(jù)本發(fā)明的衛(wèi)星的一部分的示意性框圖，該衛(wèi)星是衛(wèi)星通信系統(tǒng)的一部分；圖10顯示了根據(jù)本發(fā)明的圖9的衛(wèi)星電路部分的可選配置的示意性框圖。
當(dāng)上行線路信號被耦合進(jìn)兩個空間上相鄰的上行波束時，本發(fā)明消除出現(xiàn)在彎管衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的多徑衰減。反過來，上行波束接著被下行線路發(fā)射到同一目的接收機(jī)。為消除耦合的相鄰波束導(dǎo)致的多徑影響，本發(fā)明提供了方法和系統(tǒng)來確保僅將這樣的下行線路通信信號發(fā)送到同一目的接收機(jī)，該信號不來源于相鄰的波束并且具有完全不同的波束代碼。也就是，衛(wèi)星接收的相鄰上行波束所攜帶的通信信號不被發(fā)送到同一目的接收機(jī)。通過確保利用相同頻率/偏振結(jié)合并且被衛(wèi)星接收的相鄰上行波束不被發(fā)送到同一目的發(fā)射機(jī)，使得多徑的可能性降低，并且衛(wèi)星通信系統(tǒng)的效率和性能得到改善。
圖8顯示了根據(jù)本發(fā)明的碼分多址系統(tǒng)的上行線路/網(wǎng)關(guān)劃分模式的示意性實(shí)施方式。在圖8中，四個不同代碼集W1-W4被用于以眾所周知的方式分離相鄰上行波束，如波束12和13。在衛(wèi)星14處，衛(wèi)星14下行線路發(fā)射相鄰上行波束12和13的各自通信信號，使得上行波束12和13所攜帶的兩個上行線路通信信號中僅一個被所設(shè)定的目的接收機(jī)G1-G4接收(圖8)，如陸地網(wǎng)關(guān)接收機(jī)16(圖1)。
這里，用粗線標(biāo)出的單元集指示“網(wǎng)關(guān)組”(GG)。對于圖8的示意性實(shí)施方式，網(wǎng)關(guān)組將四個網(wǎng)關(guān)與16個單元或波束相關(guān)，以這樣的方式確保GG中沒有相鄰的波束被發(fā)射到同一網(wǎng)關(guān)，并且GG中也沒有使用同一代碼集的波束被發(fā)射到同一網(wǎng)關(guān)。通過重復(fù)GG劃分模式(如使用BG劃分模式)，任何大小的模式或波束數(shù)目都能夠支持。
根據(jù)本發(fā)明，通過下行線路發(fā)射到網(wǎng)關(guān)接收機(jī)的上行波束以這樣的方式分組以形成一網(wǎng)關(guān)重用模式，該模式不同于用于上行波束的代碼集重用模式。在此例子中，圖3中顯示的重用模式被應(yīng)用于建立網(wǎng)關(guān)重用模式，同時圖2中顯示的重用模式被用于建立代碼集重用模式。結(jié)合這些模式可形成更大的模式，該模式是GG的基礎(chǔ)。也就是，僅對應(yīng)于四個不同代碼集(上行波束)之一的上行線路通信信號被發(fā)射到特定的目的接收機(jī)并且不存在到目的接收機(jī)的第二傳輸路徑，因此確保了有可能在目的接收機(jī)處對所有接收到的信號進(jìn)行正確處理。因?yàn)闆]有兩個相鄰波束發(fā)射到每個陸地網(wǎng)關(guān)接收機(jī)，所以第一層(tier)多徑影響將不會出現(xiàn)在網(wǎng)關(guān)接收機(jī)。
雖然本發(fā)明消除了所有的第一層(tier)多徑，但它不能消除其它波束的第二耦合中可能出現(xiàn)的相同代碼干擾。然而，可以通過其它技術(shù)減輕此耦合并且在某些系統(tǒng)中這樣的耦合是可以接受的。利用更多復(fù)雜裝置的個別發(fā)明可以用于消除多徑和相同代碼干擾兩者。本發(fā)明涉及1997年10月17日提出申請的申請序列號為08/953600的“在彎管衛(wèi)星通信系統(tǒng)中降低波束間干擾和多徑衰減的方法和系統(tǒng)”的申請(Matthew J.Sherman)，并且在此共同參考。
圖9顯示了衛(wèi)星900的一部分的示意性框圖，該衛(wèi)星是使用四個上行波束代碼集的衛(wèi)星通信系統(tǒng)的一部分。所有接收到的來自相同代碼集(W1-W4)的上行波束信號以眾所周知的方式被分別共同分組。每組上行波束載波信號分別經(jīng)過第一帶通濾波器901a-901d，并且接著由低噪聲放大器LNA 902a-902d分別放大。在低噪聲放大之后，每個各自上行波束信號在混頻器903a-903d處被降頻為四個單獨(dú)的IF信號，這些信號使用第一本地振蕩器LO1。接著，在輸入IF合并器905之前，四個IF信號分別通過第二帶通濾波器904a-904d以形成單個IF信號。IF合并器905是標(biāo)準(zhǔn)的4∶1IF合并器。IF合并器905輸出的IF信號由混頻器906升頻為使用第二本地振蕩器LO2的所選RF頻率。接著，在功率放大器PA908放大以下行線路發(fā)射到陸地網(wǎng)關(guān)之前，RF信號經(jīng)過第三帶通濾波器907。
圖10顯示了用于圖9的電路的可選配置的示意性框圖。圖10的電路也使用四個上行波束代碼。所有接收到的具有共同正交代碼W1-W4的上行波束信號以眾所周知的方式被分別共同分組。每組上行波束載波信號分別經(jīng)過第一帶通濾波器901a-901d，并且接著由低噪聲放大器LNA902a-902d分別放大。在低噪聲放大之后，每個各自上行波束信號被輸入RF合并器1001以形成單個RF信號。RF合并器1001是標(biāo)準(zhǔn)的4∶1 RF合并器。RF合并器1001輸出的RF信號由混頻器906使用第二本地振蕩器LO2頻率轉(zhuǎn)換為所選RF頻率。接著，在被功率放大器PA908放大以下行發(fā)射到陸地網(wǎng)關(guān)之前，單個RF信號還經(jīng)過帶通濾波器907濾波。
為了方便無線電處理，因?yàn)樗膫€不同的波束代碼集被使用，所以四組上行波束信號在圖9和圖10中顯示和形成。只要形成的組數(shù)等于衛(wèi)星通信系統(tǒng)中使用的不同波束代碼集的數(shù)目，就能夠形成任何數(shù)目的組。本發(fā)明中此方法的優(yōu)點(diǎn)在于根據(jù)定義，所有接收到的使用相同代碼集的上行波束必須至少關(guān)于使用相同代碼集的其它上行波束第二級分層(second tier)。因此，通過使用此方法，特定目的接收機(jī)處不存在實(shí)際的多徑情況。
雖然已經(jīng)使用示意性的正交代碼方案來描述本發(fā)明，但是本發(fā)明同樣能夠用于任何衛(wèi)星通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)中衛(wèi)星接收到的兩個相鄰波束被發(fā)送到同一目的接收機(jī)。進(jìn)一步地，應(yīng)該認(rèn)識和理解的是只要是不偏離本發(fā)明的真實(shí)含義和范圍的修改均是允許的。
權(quán)利要求
1.在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中形成通信鏈路的方法，該方法包括以下步驟在衛(wèi)星處接收多個上行線路通信信號，每個各自的上行線路通信信號從多個發(fā)射機(jī)中的一個發(fā)射機(jī)中發(fā)射，其中在通信系統(tǒng)的不同通信波束中，至少兩個發(fā)射機(jī)在地理位置上被布置成彼此相鄰；并且發(fā)射每個接收到的多個上行線路通信信號，將之作為發(fā)送到多個下行線路接收機(jī)的不同接收機(jī)的下行線路通信信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中上行線路通信信號從多個發(fā)射機(jī)組中發(fā)射，其中至少兩個發(fā)射機(jī)在地理位置上被布置成彼此相鄰，每個發(fā)射機(jī)僅與多個組的一個組相關(guān)，其中每個各自的上行線路通信信號是碼分多址信號，該信號具有與發(fā)射機(jī)相關(guān)的預(yù)定代碼，該預(yù)定代碼從分配給發(fā)射上行線路通信信號的發(fā)射機(jī)組的預(yù)定代碼集中選擇出來，每個各自的代碼集不同于與所選的發(fā)射機(jī)組相關(guān)的其它代碼集，使得所選的發(fā)射機(jī)組的代碼集安排在代碼集模式中，代碼集模式如波束組那樣被反復(fù)用于每個所選的發(fā)射機(jī)組，并且其中將每個接收到的多個上行線路通信信號作為下行線路信號發(fā)射的步驟包括發(fā)射多個下行線路通信信號到每個下行線路接收機(jī)的步驟，發(fā)射到每個下行線路接收機(jī)的多個下行線路通信信號包括不多于一個具有預(yù)定代碼的下行線路通信信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所選的發(fā)射機(jī)組與分配了預(yù)定代碼集的發(fā)射機(jī)組相鄰。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中代碼集的代碼彼此相互正交。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中代碼集的代碼彼此相互不正交。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中下行線路接收機(jī)以不同于代碼集模式的接收機(jī)重用模式被分組。
7.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中下行線路接收機(jī)為地球站接收機(jī)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中代碼集模式由四個代碼集形成。
9.一種衛(wèi)星通信系統(tǒng)，包括多個發(fā)射機(jī)，其中多個發(fā)射機(jī)的至少兩個發(fā)射機(jī)在地理位置上被布置成彼此相鄰，每個發(fā)射機(jī)發(fā)射一上行線路通信信號；并且衛(wèi)星接收發(fā)射機(jī)組發(fā)射的上行線路通信信號，衛(wèi)星發(fā)射每個接收到的上行線路通信信號，將之作為發(fā)送到多個下行線路接收機(jī)的不同接收機(jī)的下行線路通信信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，進(jìn)一步包括多個發(fā)射機(jī)組，其中在單獨(dú)發(fā)射機(jī)組中至少兩個發(fā)射機(jī)在地理位置上被布置成彼此相鄰，每個發(fā)射機(jī)僅與一個組相關(guān)，其中每個各自的上行線路通信信號為碼分多址信號，該信號具有預(yù)定代碼，該預(yù)定代碼從與發(fā)射上行線路通信信號的發(fā)射機(jī)的發(fā)射機(jī)組相關(guān)的預(yù)定代碼集中選擇出來，每個各自的代碼集不同于與所選的發(fā)射機(jī)組相關(guān)的其它代碼集，并且形成一代碼集模式，該代碼集模式被反復(fù)用于每個所選的發(fā)射機(jī)組，并且其中衛(wèi)星發(fā)射的每個下行線路通信信號包括不多于一個具有預(yù)定代碼的下行線路通信信號。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其中下行線路接收機(jī)以不同于代碼集模式的接收機(jī)重用模式分組。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其中所選的發(fā)射機(jī)組與分配了預(yù)定代碼集的發(fā)射機(jī)組相鄰。
13.根據(jù)權(quán)利要求10的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其中代碼集的代碼彼此相互正交。
14.根據(jù)權(quán)利要求10的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其中代碼集的代碼彼此相互不正交。
15.根據(jù)權(quán)利要求10的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其中代碼集模式由四個代碼集形成。
16.根據(jù)權(quán)利要求10的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其中下行線路接收機(jī)為地球站接收機(jī)。
全文摘要
在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中形成通信鏈路的方法和系統(tǒng)。衛(wèi)星通信系統(tǒng)包括多個發(fā)射機(jī)組,衛(wèi)星和多個下行線路接收機(jī)。每個發(fā)射機(jī)僅與一個發(fā)射機(jī)組相關(guān)。它們能夠消除上行線路發(fā)射導(dǎo)致的多徑衰減影響,該上行線路發(fā)射被耦合進(jìn)使用同一頻率和偏振的兩個相鄰的上行被束,并且被下行線路發(fā)射到同一陸地網(wǎng)關(guān)接收機(jī)。
文檔編號H04B7/185GK1215263SQ9812097
公開日1999年4月28日 申請日期1998年10月16日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月17日
發(fā)明者馬修·J·舍曼 申請人:美國電報電話公司