Способ и устройство для переключения каналов связи между соседними зонами обслуживания в системах связи

Способ и устройство для переключения каналов связи между соседними зонами обслуживания в системах связи

Реферат

 

Изобретение относится к технике связи. Технический результат состоит в гибком переключении каналов при уменьшении ресурсов. В способе переключения каналов связи пользователи системы обнаруживают переходы обслуживания между текущей зоной обслуживания и соседней зоной обслуживания и тогда, когда зарегистрированный уровень сигнала для новой зоны обслуживания превышает заданные пороговые уровни, выдают запрос на выделение канала прямой линии связи в новой зоне обслуживания. Канал прямой линии связи в текущей зоне обслуживания сохранят до тех пор, пока уровень сигнала новой зоны обслуживания не достигнет определенного уровня и не будет подтверждено соответствующее качество канала на основании различных известных критериев. Как правило, переходы между зонами обслуживания определяют по уровню пилот-сигнала или сигналов поискового вызова, соответствующих зонам обслуживания, который используют для определения относительного уровня сигналов новой зоны обслуживания. Корректировку уровня пилот-сигнала, используемого для компенсации влияния спада сигнала, обнаруживают и компенсируют при сравнении уровней сигнала. 2 с. и 36 з.п. ф-лы, 9 ил.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ Настоящее изобретение относится к осуществлению переключения передачи сигнала связи в системах связи, например в системах беспроводной передачи данных или телефонной связи, с использованием спутников. В частности, изобретение относится к устройству для переключения каналов связи с пользовательскими терминалами между различными радиолучами спутника, относящимися к одному спутнику связи, или секторами в одной ячейке.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ Для передачи информации между большим количеством пользователей системы был разработан ряд систем связи и способов множественного доступа, например способов множественного доступа с кодовым разделением (МДКР) с расширенным спектром. Способы МДКР для систем связи множественного доступа раскрыты в патенте США 4901307 от 13 февраля 1990 г. на "Систему связи множественного доступа с расширенным спектром, использующую спутниковые или наземные ретрансляторы" и в заявке на патент США 08/368570 на "Способ и устройство для использования полной спектральной мощности передачи в системе связи с расширенным спектром для отслеживания фазы, времени и энергии отдельного абонента", права на которые переданы патентовладельцу настоящего изобретения. В этих патентах раскрыты системы связи, в которых передачу сигналов связи осуществляют через спутниковые ретрансляторы и шлюзы либо наземные базовые станции (также именуемые узлами сотовой связи или ячейками).

В типичной системе связи с расширенным спектром для модуляции или "расширение спектра информационных сигналов пользователя в заданном спектральном диапазоне" используют одну или несколько заданных последовательностей кодов псевдослучайного шума (ПСШ) перед модуляцией сигнала несущей для передачи в качестве сигналов связи. Расширение спектра с использованием ПСШ представляет собой способ передачи с расширением спектра, который хорошо известен в данной области техники, в результате которого вырабатывают сигнал связи с шириной полосы частот намного большей, чем у информационного сигнала. В канале связи от базовой станции к пользователю или от шлюза к пользователю для распознавания сигналов, переданных различными базовыми станциями или по различным лучам, а также сигналов многолучевого распространения используют коды расширения спектра с ПСШ или двоичные последовательности. Эти коды обычно совместно используются всеми сигналами связи в данной ячейке или луче, передаваемыми на общей частоте (в суб-луче).

В типовой системе связи МДКР с расширением спектра для распознавания различных пользователей в пределах одной ячейки или сигналов пользователя, переданных в одном суб-луче спутника по каналу прямой связи (то есть по тракту сигнала от базовой станции или шлюза к приемопередатчику пользователя), применяют коды разделения каналов. То есть каждый приемопередатчик пользователя имеет свой собственный ортогональный канал, который создают в канале прямой связи с использованием специфического ортогонального кода "разделения каналов". Для реализации кодов разделения каналов обычно используют функции Уолша.

Способы широкополосного МДКР позволяют легче преодолеть такие проблемы, как, например, затухание, связанное с многолучевым распространением, и дают относительно высокое усиление сигнала. Однако для дополнительного снижения вредного влияния затухания и устранения дополнительных проблем, связанных с обнаружением и демодуляцией сигналов при наличии относительного перемещения пользователя или ретранслятора, которое при больших расстояниях вызывает существенные динамические изменения длины пути, также обычно обеспечивают какую-либо разновидность разнесения сигнала.

В системах связи с расширенным спектром обычно применяют три типа разнесения, включающие в себя временное, частотное и пространственное разнесение. Временное разнесение получают, используя повторяемость и чередование компонент сигнала во времени, а разновидность частотного разнесения по существу обеспечивают путем разнесения энергии сигнала по полосе частот большой ширины.

Пространственное разнесение или разнесение трасс получают посредством создания множества трасс сигнала для действующих одновременно каналов связи с пользователем через две или более базовых станции или антенны для систем с наземными ретрансляторами; или же через два или более спутника или луча спутниковой связи для систем с ретрансляторами космического базирования. То есть для наземных систем передача сигналов может быть осуществлена через множество базовых станций или, что более вероятно, через множество антенн, обслуживающих различные секторы ячейки. Для систем спутниковой связи разнесение трасс обычно получают посредством передачи сигналов по множеству трасс, используя либо множество спутников (ретрансляторов), либо множество лучей ретранслятора на одиночном спутнике. Однако, как рассмотрено ниже, последний вариант, как правило, не используют.

Примеры использования разнесения трасс в системах связи множественного доступа приведены в патенте США 5101501 на "Гибкое переключение каналов связи в системе сотовой телефонной связи МДКР" от 31 марта 1992 г. и в патенте США 5109390 на "Приемник с разнесением в системе сотовой телефонной связи МДКР" от 28 апреля 1992 г., права на оба из которых переданы патентовладельцу настоящего изобретения.

В типовых системах связи с расширенным спектром также предполагается использование "пилот-сигнала несущей в качестве опорной когерентной фазы для каналов связи от шлюза или спутника к пользователю и от базовой станции к пользователю. То есть передачу пилот-сигнала, который обычно не содержит модуляции данных, осуществляют базовой станцией или шлюзом по всей площади данной зоны охвата. Каждый шлюз или базовая станция обычно передает один пилот-сигнал для каждой используемой частоты, который обычно называют каналом МДКР или суб-лучом. Этот пилот-сигнал совместно используется всеми оконечными устройствами пользователей, которые принимают сигналы от этого источника. Это обеспечивает получение сигналов, которые можно легко отличить друг от друга, осуществляя также распознавание лучей и ячеек при обеспечении упрощенного обнаружения и следящего приема.

Абонентские устройства используют контрольные сигналы для получения начальной синхронизации системы и обеспечения устойчивого следящего приема времени, частоты и фазы переданных сигналов. Информацию о фазе, полученной при следящем приеме несущей пилот-сигнала, используют в качестве опорной фазы несущей для когерентной демодуляции сигналов системы связи или информационных сигналов пользователя.

Обычно пилот-сигналы также используют для измерения относительного уровня сигнала или луча принятых сигналов связи. Во многих системах для того, чтобы обеспечить большую величину отношения сигнал/шум и запаса по помехоустойчивости, передачу пилот-сигналов обычно осуществляют с более высоким уровнем мощности, чем типовых сигналов трафика или других данных. Этот более высокий уровень мощности также дает возможность выполнения начального поиска по обнаружению пилот-сигнала с высокой скоростью, обеспечивая следящий прием с высокой точностью фазы несущей пилот-сигнала с использованием относительно широкополосных и более экономичных схем слежения за фазой.

При перемещении спутников по соответствующим орбитам лучи, которые они проецируют на Землю, меняют свое положение относительно пользователей, что приводит к периодическому изменению спутников, обеспечивающих обслуживание конкретных пользователей. Это происходит, например, тогда, когда спутники входят в "зону видимости" или выходят из нее. Тот же самый эффект имеет место для лучей одиночного спутника, когда обслуживание конкретных пользователей изменяется при перемещении радиолучей по поверхности Земли. Кроме того, пользователи мобильной связи иногда передвигаются относительно лучей или траекторий спутников, что вызывает изменение зон охвата луча или зон обслуживания. В этих ситуациях должно быть осуществлено переключение каналов связи для сигналов от одних радиолучей к другим. Подобный процесс имеет место и для наземных систем сотовой связи, когда пользователи передвигаются относительно базовых станций и секторов или границ сектора в пределах ячеек.

Основным способом, который разработан для предотвращения потери сигнала и улучшенной передачи информации, является так называемая процедура гибкого переключения каналов связи, описанная в патенте США 5101501. В этом способе создают новый канал связи или тракт сигнала через новый спутник или спутниковый луч до того, как осуществить разъединение существующего или старого канала связи. Информация (энергия), которую имеет данный сигнал связи от каждого тракта, может быть объединена для обеспечения улучшенного приема сигнала, а также для предотвращения резъединения каналов связи. Это может быть осуществлено для связи как по каналу прямой связи от шлюза к оконечному устройству пользователя, так и по каналу обратной связи от оконечного устройства пользователя к шлюзу. Для канала обратной связи процесс объединения разнесенных сигналов осуществляют в шлюзе либо в узле централизованного управления или коммутации.

К сожалению, возникает несколько проблем при использовании способов гибкого переключения каналов связи в спутниковых системах связи. Хотя разнесение и может быть использовано для улучшения характеристик сигнала каналов связи, включающих в себя множество спутников, но осуществление связи с пользователем через множество лучей на одном спутнике не приносит пользы. Лучи от одиночного спутника в канале прямой связи на одинаковой частоте имеют практически одну и ту же длину пути с почти одинаковым временем прохождения и имеют одинаковые характеристики затухания или помех. Объединение этих двух разнесенных сигналов канала прямой связи дает мало преимуществ, но приводит к излишнему потреблению мощности и возрастанию уровня шумов фона или помех.

Пользователи также могут совершать быстрые перемещения между соседними лучами и передвигаться туда и обратно вдоль их соответствующих границ. Если пользователь двигается вдоль поверхности Земли перпендикулярно к направлению движения пятна подсветки на поверхности Земли излучения спутника, содержащего ряд лучей, то может оказаться, что этот пользователь совершает неоднократные перемещения между двумя соседними лучами. В этой ситуации пользователь может осуществлять частые переключения между соседними лучами, в особенности в том месте, где лучи близки к краю зоны охвата спутникового луча. Кроме того, на качество сигнала постоянно влияют и другие факторы, например низкая высота спутника над горизонтом, рельеф местности или затенение сигнала. В такой ситуации для поддержания наилучшего канала связи система связи может осуществлять непрерывные переключения между радиолучами в режиме гибкого переключения каналов.

Подобный процесс может происходить и для пользователей мобильной связи, передвигающихся внутри разделенных на секторы ячеек в системах наземной связи. То есть там, где ячейки подразделены на две или более зоны обслуживания меньшего размера, охват которых осуществлен различными частотами или путем использования областей с различным кодом. В этом случае пользователи мобильной связи могут передвигаться вдоль границ сектора в пределах ячейки или неоднократно пересекать их, что зависит от таких факторов, как размеры ячейки и сектора и местная физическая среда. Возникающая в результате этого активность переключении может быть увеличена путем использования способов, предполагающих увеличение пропускной способности ячейки каким-либо иным образом. Например, для увеличения пропускной способности или использования определенных схем графика, относящихся к зоне обслуживания ячейки, ячейка может иметь ряд относительно малых секторов или секторов, имеющих регулируемые размеры. Однако меньшие размеры секторов и большее количество границ секторов увеличивают вероятность более частых переключений каналов связи между секторами. Изменение размеров сектора может также приводить к смещению оконечного устройства пользователя между соседними секторами туда и обратно при минимальной величине физического движения.

Эта активность переключений ведет к чрезмерному расходованию ресурсов системы по нескольким направлениям. Во-первых, время, затраченное на установление каналов связи и выбор каналов с соответствующим отслеживанием времени, частоты, и фазы сигнала, обнаружение ошибок и т.д., расходует ресурсы обработки сигнала, которые могли бы быть использованы для других задач, таких как, например, демодуляция сигнала, объединение разнесенных сигналов и декодирование. Во-вторых, множество ортогональных каналов в каждом луче используется единственным пользователем в течение значительного периода времени. То есть ортогональные коды в соседних лучах или секторах выделены для единственного пользователя. Так как существует относительно небольшое количество таких ортогональных каналов, которые доступны в системе связи, то это уменьшает эффективную пропускную способность системы. В-третьих, на поддержание каждого действующего канала для отдельного пользователя расходуется дополнительная мощность, которая вдвое больше для двух каналов, а введенная в такие каналы связи энергия вызывает помехи, которые вредят работе системы.

Следовательно, необходим способ переключения каналов связи, который при уменьшении ресурсов системы допускает гибкое переключение каналов связи между соседними лучами от одного спутника при перемещении пользователя между такими лучами. Способ должен также обеспечивать гибкое переключение каналов связи между соседними секторами в ячейке, обслуживаемой базовой станцией или узлом сотовой связи. Способ должен обеспечивать решение, которое уменьшает ненужный расход ресурсов системы, сохраняя совместимость с другими схемами гибкого переключения каналов связи.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ С учетом вышеприведенных проблем в данной области техники задача настоящего изобретения состоит в создании способа для переключения или переноса каналов связи между соседними зонами обслуживания, которые заданы лучами одиночного спутника, или секторами в ячейке при минимальном использовании ресурсов системы.

Преимущество настоящего изобретения заключается в том, что для передачи сигнала в канале обратной связи может быть использовано гибкое переключение каналов связи, тогда как при передачах по каналу прямой связи его не применяют или используют менее часто и/или в течение более коротких промежутков времени.

Другой задачей изобретения является снижение количества операций коммутации, следящего приема сигнала связи и управления при передачах связи между соседними зонами обслуживания для одиночных спутников и ячеек.

Другое преимущество изобретения состоит в увеличении пропускной способности системы посредством увеличения общей доступности ортогональных кодов разделения каналов и каналов трафика.

Еще одно преимущество изобретения состоит в том, что определенные настройки пилот-сигнала могут быть установлены более точно, что позволяет увеличить пропускную способность системы.

Эти и другие задачи, преимущества и цели настоящего изобретения реализованы в способе и устройстве для переключения каналов связи между соседними зонами обслуживания в системе беспроводной связи, которая осуществляет переключение каналов связи, с использованием, по меньшей мере, одной центральной станции связи, которая устанавливает географические зоны обслуживания для оконечных устройств пользователя, функционирующих в системе. Обычно центральная станция представляет собой либо шлюз, который создает соседние зоны обслуживания, используя спутниковые лучи от одиночного спутника, либо одиночную базовую станцию, которая создает соседние зоны обслуживания как сектора ячейки.

Физический переход оконечного устройства пользователя от одной зоны обслуживания к соседней с ней другой зоне, каждая из которых создана общей центральной станцией связи, регистрируют посредством определения уровня сигнала для сигналов, исходящих из соседних зон обслуживания. В то время как оконечное устройство пользователя продолжает использовать канал прямой связи в первой зоне обслуживания, начинают использовать канал прямой связи во второй зоне обслуживания. Это действие предпринимают тогда, когда обнаруженный уровень сигнала для второй соседней зоны обслуживания равен, как минимум, уровню сигнала из первой зоны обслуживания. Как только во второй зоне обслуживания установлен канал трафика прямой линии связи, то осуществляют подтверждение его удовлетворительного функционирования в соответствии с предварительно заданным уровнем минимально допустимого качества, который основан на различных известных критериях, а канал прямой связи для первой зоны обслуживания освобождают или отключают. Соответствующие критерии основаны на известных показателях, например на определении того, имеет ли новый канал достаточную энергию или достаточно низкую частоту появления ошибок для поддержания желательного уровня услуг связи.

В предпочтительном варианте сигналы, используемые для обнаружения переходов между зонами обслуживания, представляют собой либо пилот-сигналы, либо сигналы поискового вызова, связанные с зонами обслуживания, а уровень этих сигналов определяет уровень сигнала для каждой зоны обслуживания относительно положения оконечного устройства пользователя. Прием пилот-сигналов или сигналов поискового вызова осуществляют с использованием, по меньшей мере, одного приемника оконечного устройства пользователя, а измерение их уровня производят с использованием известных способов и устройств обработки. Затем может быть выполнено сравнение уровней сигналов от различных зон обслуживания, обычно путем, по меньшей мере, временного запоминания одного или более результатов измерений для их обработки посредством одного или большего количества компараторов, управляющих процессоров или других известных устройств обработки.

В предпочтительном варианте информацию о результатах измерения уровня сигнала передают как составную часть одного из нескольких известных типов сигналов в центральную станцию, которая осуществляет прием информации о результатах измерения с использованием известных средств и способов приема сигнала. Центральная станция затем производит сравнение значений уровня принятого сигнала и определяет относительные уровни сигнала. Центральная станция может использовать доступную для нее дополнительную информацию о сигнале в качестве составной части этого сравнения или при определении уровня сигнала.

Затем центральная станция может использовать передатчик связи для передачи результатов этого сравнения в оконечное устройство пользователя. В то же самое время центральная станция может установить требуемый новый канал через новую используемую зону обслуживания в соответствии с известными ограничениями на пропускную способность или различными процедурами и схемами выделения канала. Посредством периодической передачи сообщений о результатах измерения пилот-сигнала в центральную станцию легче осуществлять прогнозирование необходимости наличия новых каналов, что позволяет при желании осуществлять резервирование даже нескольких каналов.

В альтернативном варианте оконечное устройство пользователя использует информацию о результатах измерения уровня сигнала для регистрации и сравнения уровней сигнала для двух соседних зон обслуживания. Оконечное устройство пользователя определяет, что возникает переключение каналов связи между зонами обслуживания, то есть, что относительный уровень сигнала из новой зоны обслуживания превышает уровень используемого в настоящее время сигнала. Эту информацию оконечное устройство пользователя посылает в шлюз или в базовую станцию вместо информации о результатах измерения сигнала. Шлюз снова определяет, может ли быть выделен новый канал трафика, и производит выделение нового канала в качестве канала, пригодного для осуществления передачи связи.

Дополнительной отличительной особенностью изобретения является обнаружение наличия скорректированных пилот-сигналов. То есть используют средство обнаружения принимаемых пилот-сигналов, мощность которых была скорректирована в течение передачи для дополнительного увеличения уровня сигнала и компенсации условий спада сигнала вблизи краев лучей. Когда такие скорректированные пилот-сигналы обнаружены, то для каждого из них, имеющего по существу ту же самую величину, что и примененный для сигнала подъем или прирост его уровня, получают так называемый поправочный коэффициент. Затем для того, чтобы скомпенсировать искусственный подъем мощности и достичь более точного определения уровня сигнала без коррекции, этот поправочный коэффициент применяют в качестве отрицательной поправки или смещения уровня сигнала при измерениях уровня каждого из таких скорректированных пилот-сигалов. Использование этого поправочного коэффициента или его значения может быть осуществлено при желании, либо в оконечном устройстве пользователя, либо в центральной станции.

Кроме того, центральная станция может осуществлять временную синхронизацию сигналов связи и каналов прямой связи для оконечного устройства пользователя через и старые и новые зоны обслуживания. Это может быть выполнено тогда, когда либо шлюз, либо оконечное устройство пользователя определяет, что для оконечного устройства пользователя в новой зоне обслуживания нужен новый канал прямой связи. Используя соответствующие блоки временной синхронизации и управления сигналом в центральной станции, сигнал может быть синхронизирован по времени так, чтобы можно было по существу одновременно отключить канал прямой связи для первой зоны обслуживания и начать использовать канал прямой связи для указанной второй зоны обслуживания.

Желательно предотвратить излишние переключения между лучами и соответствующее расходование ресурсов системы. Следовательно, дополнительной отличительной особенностью изобретения является то, что может быть использована некоторая форма гистерезиса, при котором осуществляют периодический контроль значения, по меньшей мере, одного заданного параметра связи. С момента выдачи предыдущего запроса на выделение нового канала прямой связи и до тех пор, пока не произошло минимального изменения значения контролируемой величины, генерацию любого запроса на создание нового канала прямой связи либо предотвращают, либо блокируют его передачу. Приведенными в качестве примера параметрами являются время и уровень энергии сигнала. До запроса на выделение канала прямой связи оконечное устройство пользователя может определить, когда истек предварительно заданный минимальный период времени с момента предыдущего запроса на выделение нового канала прямой связи, или же когда сигнал от используемой в настоящий момент зоны обслуживания достиг предварительно заданного минимального уровня сигнала.

Это может быть осуществлено, например, путем запоминания данных идентификатора сигнала для каждой используемой зоны обслуживания, вплоть до предварительно заданного максимального их числа, в запоминающем устройстве в течение заданного максимального отрезка времени. Затем для того, чтобы определить, не осуществлено ли в течение ограниченного периода времени повторное обнаружение той же самой зоны обслуживания, производят сравнение идентификатора сигнала любой вновь обнаруженной зоны обслуживания с сохраненными данными идентификатора. Эта информация может быть использована центральными станциями, шлюзами или базовыми станциями для ограничения количества переключений между лучами или между секторами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ Признаки, цели и преимущества настоящего изобретения поясняются в приведенном ниже подробном описании, иллюстрируемом чертежами, на которых одинаковые блоки на разных чертежах обозначены соответственно одинаковыми номерами позиций.

На Фиг. 1 показан общий вид системы беспроводной связи с расширенным спектром и с использованием спутников.

На Фиг. 2а показан вид в перспективе диаграммы сигнального луча между одним из спутников из Фиг.1 и поверхностью Земли.

На Фиг. 2б показан вид в перспективе диаграммы сигнального луча между базовой станцией из Фиг.1 и поверхностью Земли.

На Фиг.3а показан теоретический контур зоны обслуживания сигнала спутниковой связи с соответствующими диаграммами лучей для одного из спутников по Фиг.1.

На Фиг. 3б показан пример контура зоны обслуживания сигнала и диаграмм лучей для одного из спутников по Фиг.1 при типовых изменениях размеров луча и перекрытии.

На Фиг.3в показан пример диаграммы сигнального луча для базовой станции на Фиг.1 с типовыми теоретическими границами секторов и их изменениями.

На Фиг. 4 показано оконечное устройство пользователя, функционирующее в системе по Фиг.1 в соответствии с настоящим изобретением.

На Фиг.5 показано устройство типичного шлюза, функционирующее в системе по Фиг.1 в соответствии с настоящим изобретением.

На Фиг. 6а показан пример прямой траектории пересечения соседних лучей оконечным устройством пользователя.

На Фиг.6б показан пример случайной траектории пересечения соседних лучей оконечным устройством пользователя.

На Фиг.6в показан пример случайной траектории пересечения соседних секторов в ячейке оконечным устройством пользователя.

На Фиг.7 показаны операции, используемые для оконечных устройств пользователя в процессе переключения каналов связи по настоящему изобретению.

На Фиг.8 показаны дополнительные операции, используемые в процессе переключения каналов связи по Фиг.7, когда источник сигнала определяет уровень пилот-сигнала.

На Фиг.9 показаны дополнительные операции, используемые в процессе переключения каналов связи, поясняющие процессы корректировки мощности пилот-сигнала и реализации режима гистерезиса.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ В настоящем изобретении предложен способ переключения каналов связи, в котором пользователи системы обнаруживают переходы между зонами обслуживания, заданными спутниковыми лучами или секторами в ячейке, и выдают запрос на создание канала прямой связи в новой зоне обслуживания тогда, когда обнаруженный уровень сигнала для сигнала, обслуживающего эту зону, превышает один или более предварительно заданных пороговых уровней. Каналы связи прямой и обратной линий связи в текущей зоне обслуживания осуществляют до тех пор, пока уровень сигнала из новой зоны обслуживания не достигнет определенного уровня и не будет подтверждено качество соответствующего канала на основании различных известных факторов. Как правило, переходы между зонами обслуживания обнаруживают посредством приема новых пилот-сигналов или сигналов поискового вызова, обусловленных новыми зонами обслуживания, а для определения относительного уровня сигнала нового луча или сектора используют уровень этих сигналов.

Настоящее изобретение особенно подходит для применения в системах связи, в которых используют либо спутники на околоземной орбите, либо ячейки с большим количеством секторов. Однако для специалистов в соответствующей области техники очевидно, что концепция настоящего изобретения может быть применена для множества спутниковых систем, даже тогда, когда их не используют для связи. Настоящее изобретение может быть также применено для ячеек, в которых используют множество схем деления ячейки на секторы, и даже в том случае, когда их не используют для абонентской связи.

Ниже приведено подробное обсуждение предпочтительного варианта осуществления изобретения. При обсуждении конкретных операций, конфигураций и устройств следует иметь в виду, что это делается только для иллюстративных целей. Для специалиста в соответствующей области техники ясно, что могут быть использованы и другие операции, конфигурации и устройства без отступления от сущности и объема настоящего изобретения. Настоящее изобретение может найти применение в множестве систем беспроводной связи и передачи информации, включая системы, предназначенные для определения местоположения, а также системы спутниковой и наземной сотовой телефонной связи. Предпочтительным вариантом его применения являются системы беспроводной связи МДКР с расширенным спектором для обслуживания систем мобильной или портативной телефонной связи.

На Фиг.1 показан пример системы беспроводной связи, в которой может быть использовано настоящее изобретение. Предполагают, что эта система связи использует сигналы связи типа МДКР, но необходимость этого не обусловлена настоящим изобретением. В той части системы 100 связи, которая изображена на Фиг.1, показаны одна базовая станция 112, два спутника 116 и 118 и два связанных с ними шлюза или концентратора 120 и 122 для осуществления связи с двумя удаленными оконечными устройствами 124 и 126 пользователей. Как правило, базовые станции и спутники/шлюзы являются компонентами отдельных систем связи, которые именуют наземными и спутниковыми, хотя это и не является необходимым. Общее количество базовых станций, шлюзов или спутников в таких системах зависит от предполагаемой пропускной способности системы и других хорошо известных в данной области техники факторов.

Также иногда используют термины "базовая станция" и "шлюз", заменяя один другим, причем каждый из них представляет собой фиксированную центральную станцию связи, ссылка на которую приведена выше, причем под шлюзами в данной области техники понимают высокоспециализированные базовые станции, которые управляют связью через спутниковые ретрансляторы, тогда как базовые станции (также иногда называемые узлами сотовой связи) используют наземные антенны для управления связью в окружающих географических областях. Шлюзы выполняют большее количество "вспомогательных задач" по обслуживанию связанного с ними оборудования для поддержки спутниковых каналов связи, а любые центральные узлы управления обычно также имеют большее количество выполняемых функций при взаимодействии со шлюзами и движущимися спутниками. Однако настоящее изобретение находит применение в системах, в которых в качестве центральных фиксированных станций используют как шлюзы, так и базовые станции.

Каждое из оконечных устройств 124 и 126 пользователей имеет устройство беспроводной связи, например сотовый телефон, приемопередатчик данных, пейджер или приемник системы определения местоположения, и может быть, по желанию пользователя, переносным или установленным в автомобиле, но этот перечень устройств не ограничен вышеперечисленным. Однако хотя обычно считают, что оконечные устройства пользователя являются подвижными, также подразумевают, что изобретение может быть использовано и для "фиксированных" блоков в некоторых конфигурациях. В некоторых системах связи оконечные устройства пользователя в зависимости от предпочтений иногда также называют абонентскими устройствами или просто "пользователями".

Диаграммы охвата различных географических зон лучами от базовой станции 112 или спутников 116 и 118 обычно имеют предварительно заданную форму. Лучи с различными частотами, называемые также каналами МДКР или суб-лучами, могут быть направлены так, чтобы они перекрывали одну и ту же область. Для специалистов в данной области техники также легко понять, что можно создать такие зоны охвата луча или зоны обслуживания для множества спутников либо диаграммы направленности антенн для множества базовых станций, чтобы в данной области они перекрывались бы полностью или частично в зависимости от конструкции системы связи и предлагаемого типа обслуживания, и в которых осуществлялось бы пространственное разнесение.

Хотя для ясности показаны только два спутника, было предложено множеством систем связи со многими спутниками, а в примерном варианте системы использованы порядка 48 или более спутников, которые перемещаются в восьми различных орбитальных плоскостях по низкой околоземной орбите (НОО) (LEO) для обслуживания большого количества оконечных устройств пользователей. Тем не менее специалистам в данной области техники должно быть ясно, как настоящее изобретение может быть применено для множества спутниковых систем и шлюзов с различной конфигураций. Это включает в себя другие расстояния орбит и их совокупностей, например, с использованием геостационарных спутников, где переключение лучей является в основном результатом движения оконечного устройства пользователя. Кроме того, также может использоваться множество конфигураций базовых станций.

На Фиг. 1 показаны некоторые возможные тракты сигнала для связи, устанавливаемой между оконечными устройствами 124 и 126 пользователей и базовой станцией 112 либо через спутники 116 и 118 со шлюзами 120 и 122. Каналы связи базовая станция - оконечное устройство пользователя показаны линиями 130 и 132. Каналы связи спутник - оконечное устройство пользователя между спутниками 116 и 118 и оконечными устройствами 124 и 126 пользователей показаны линиями 140, 142 и 144. Каналы связи шлюз-спутник между шлюзами 120 и 122 и спутниками 116 и 118 показаны линиями 146, 148, 150 и 152. Шлюзы 120 и 122 и базовая станция 112 могут использоваться в качестве составной части систем однонаправленной или двухсторонней связи или же просто для передачи сообщений или даты на оконечные устройства 124 и 126 пользователя.

Система 100 связи обычно включает в себя один или более системных контроллеров или сетей коммутации 60. Примерами узлов, используемых в таких контроллерах, могут служить коммутаторы мобильной телефонной связи (КМТС), которые включают в себя интерфейс и схему обработки для управления маршрутизацией телефонных звонков между коммутируемой телефонной сетью общего пользования (КТСОП) и шлюзами. Аппаратура, приведенная в качестве другого примера, включает в себя наземные центры контроля и управления функционированием, которые для шлюзов и спутников обеспечивают контроль системы над временной синхронизацией, предоставлением кодов ПСШ, ортогональных кодов и частот, доступом к системе, и т.д. Канал 162 связи, соединяющий контроллеры 160 с различными шлюзами или базовыми станциями, может быть установлен с использованием известных способов, например выделенных телефонных линий, оптико-волоконных каналов связи либо СВЧ- или спутниковых каналов связи, но не ограничивается ими.

Как показано на Фиг.2а, спутники в такой системе связи (100), включая спутники 116 и 118, проецируют лучи в виде "пятен" или "зон обслуживания" 210, которые перемещаются по поверхности Земли в соответствии с движением спутника по орбите. Зона обслуживания спутника состоит из одного пятна 210, сформированного рядом отдел