Система и способ разрешения частотной и временной неопределенности при обнаружении сигналов каналов доступа в системе связи с расширенным спектром

Система и способ разрешения частотной и временной неопределенности при обнаружении сигналов каналов доступа в системе связи с расширенным спектром

Реферат

 

Изобретение относится к технике связи. Технический результат заключается в уменьшении количества необходимых гипотез, уменьшении объема аппаратуры и обнаружении передачи доступа. Для этого определяют частотную и временную определенность по отдельным лучам спутника, а не по всей области обслуживания спутника. 7 н. и 36 з.п. ф-лы, 12 ил.

Область техники

Настоящее изобретение относится к области радиосвязи. Более конкретно, настоящее изобретение относится к разрешению частотной и временной неопределенности при передачах по каналам доступа в системе связи с расширенным спектром.

Предшествующий уровень техники

Типовые системы радиосвязи на основе спутников включают в себя базовые станции, называемые шлюзами, и один или более спутников для ретрансляции сигналов связи между шлюзами и одним или более абонентскими терминалами. Шлюзы обеспечивают линии связи для подключения абонентского терминала к другим абонентским терминалам или абонентам других систем связи, таким как коммутируемая телефонная сеть общего пользования. Абонентские терминалы могут быть стационарными или мобильными, такими как мобильный или портативный телефон. Они могут быть размещены рядом со шлюзом или удалены от него.

В некоторых спутниковых системах связи применяются сигналы с расширенным спектром режима множественного доступа с кодовым разделением каналов (МДКРК-сигналы с расширенным спектром), такие как описанные в патенте США №4901307, выданном 13 февраля 1990 г., на "Систему связи множественного доступа с расширенным спектром, в которой используются спутниковые или наземные ретрансляторы", и в патенте США №4901307, выданном 25 ноября 1998 г., на "Способ и устройство для использования передаваемой мощности полного спектра в системе связи с расширенным спектром для отслеживания времени и энергии фазы отдельного приемника", которые переуступлены обладателю прав на настоящее изобретение и включены в настоящее описание посредством ссылки.

В спутниковых системах связи, где применяется МДКРК, отдельные линии связи используются для передачи сигналов связи, включающих в себя сигналы поискового вызова, доступа, передачи сообщений или трафика, в шлюз или базовую станцию и из шлюза или базовой станции. Прямая линия связи относится к сигналам связи, передаваемым от шлюза или базовой станции к абонентскому терминалу. Обратная линия связи относится к сигналам связи, передаваемым от абонентского терминала к шлюзу или базовой станции.

Обратная линия связи состоит по меньшей мере из двух отдельных каналов - канала доступа и обратного канала трафика. Канал доступа используется абонентским терминалом для "доступа" к шлюзу. Абонентский терминал осуществляет доступ к шлюзу, чтобы зарегистрироваться в системе, разместить вызов или подтвердить прием запроса поискового вызова, переданного шлюзом. Абонентский терминал осуществляет связь со шлюзом по каналу доступа, передавая сигнал, называемый "сигналом попытки доступа", к шлюзу. Сигнал попытки доступа представляет собой передачу данных по каналу доступа, которые содержат сообщение доступа. Содержание сообщения доступа зависит от того, что делает абонентский терминал - инициирует вызов, регистрируется в системе или отвечает на поисковый вызов.

В типовой системе связи с расширенным спектром одна или более предварительно выбранных последовательностей псевдошумовых кодов (ПШ-кодов) используются для расширения спектра информационных сигналов, таких как сигнал попытки доступа, в предварительно определенной полосе спектра перед модуляцией сигнала несущей для передачи в качестве сигналов связи. Расширение с помощью ПШ-кодов, являющееся способом передачи с расширенным спектром, хорошо известным в данной области техники, позволяет получить сигнал для передачи, имеющий ширину полосы, которая значительно больше, чем ширина полосы сигнала данных.

Чтобы шлюз мог обнаружить сигнал попытки доступа (т.е. восстановить сообщение доступа, заключенное в сигнале попытки доступа), этот шлюз должен сначала демодулировать сигнал связи для восстановления модулированного псевдошумом (ПШ-модулированного) сигнала попытки доступа, а затем сжать часть сообщения этого сигнала попытки доступа. Чтобы шлюз смог демодулировать несущую, этот шлюз должен быть настроен на частоту несущей сигнала связи. Без соответствующей точной настройки по частоте невозможно должным образом демодулировать несущую. Кроме того, поскольку в сигнале попытки доступа применяются ПШ-коды расширения, нужно определить время прихода сигнала попытки доступа для надлежащего сжатия сигнала попытки доступа, чтобы восстановить содержащуюся в нем информацию. Осуществить точное удаление ПШ-кодов расширения невозможно без подходящего тактирования системы или синхронизации сигналов. Если коды применяются с неправильной временной синхронизацией, сигналы связи будут восприниматься просто в виде шума, и передачи информации не будет.

В системах связи, где применяются спутники на негеостационарных орбитах, в значительной степени проявляется относительное движение абонентских терминалов и спутников. Это относительное движение создает весьма значительные доплеровские составляющие или сдвиги частоты несущей сигналов в линиях связи. Поскольку эти доплеровские составляющие изменяются при движении абонентских терминалов и спутников, они создают некоторый диапазон неопределенности по частоте сигнала несущей или, проще говоря, частотную неопределенность. Аналогичные эффекты можно наблюдать в наземных системах, в которых абонентский терминал движется с высокой скоростью, например - когда он используется в движущемся с высокой скоростью поезде или другом транспортном средстве.

Движение спутника также вносит доплеровский эффект в ПШ-коды расширения, обуславливающий доплеровскую составляющую кода. Доплеровская составляющая кода сдвигает частоту переходов между соседними кодами в последовательностях ПШ-кодов расширения. Таким образом, соседние коды приходят в приемник с некорректным тактированием кода.

Помимо доплеровского эффекта, движение спутников также создает значительную величину неопределенности в задержке распространения, или временную неопределенность, для сигналов в линиях связи. Для сигналов, поступающих в шлюз, задержка распространения изменяется от минимума, когда спутник находится непосредственно над шлюзом, до максимума, когда спутник находится на горизонте относительно шлюза.

Как указано выше, чтобы шлюз мог обнаружить сигнал попытки доступа, нужно настроить этот шлюз на частоту несущей сигнала связи и синхронизировать тактирование с этим сигналом. Один способ настройки шлюза на частоту несущей и синхронизации тактирования заключается в том, что определяют частоту несущей и тактирование до передачи сигнала связи, а затем осуществляют подходящую настройку шлюза. Но, поскольку доплеровский эффект и задержка распространения вносят частотную и временную неопределенность в сигнал связи, шлюз не может определить частоту несущей или время прихода сигнала до момента приема этого сигнала. Тем не менее, шлюз может определить диапазон возможных частот несущей и диапазон возможных моментов времени прихода путем определения величины неопределенности, вносимой доплеровским эффектом и задержкой распространения. Следовательно, шлюз может принимать сигнал попытки доступа путем "поиска" корректных значений частоты и тактирования посредством сравнения принимаемого сигнала связи с различными значениями частоты и тактирования в пределах их соответствующих возможных диапазонов.

Эти различные значения частоты и тактирования называют частотной и временной гипотезой соответственно. Частотная и временная гипотеза с наивысшей корреляцией с принимаемым сигналом, превышающей предварительно определенное пороговое значение, обеспечивает значения частоты и тактирования, которые можно использовать для демодуляции и сжатия сигнала, позволяя таким образом шлюзу восстанавливать информацию, содержащуюся в сигнале попытки доступа.

Объем аппаратного обеспечения, которое требуется для "поиска" корректных значений частоты и тактирования при фиксированном количестве времени, пропорционален количеству необходимых гипотез, а количество необходимых гипотез является функцией диапазона временной и частотной неопределенности. Поскольку аппаратное обеспечение приемника поиска является дорогостоящим и поскольку нежелательно увеличивать время поиска, то существует необходимость в системе и способе уменьшения диапазона временной и частотной неопределенности.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение направлено на обеспечение обнаружения сигнала в системе связи, на которую воздействует доплеровский эффект, и задержки распространения ввиду относительного движения спутниковых ретрансляторов и абонентских терминалов. Доплеровский эффект и задержки распространения обуславливают широкие диапазоны частотной неопределенности и временной неопределенности в сигналах, передаваемых между абонентскими терминалами и шлюзами. Задачей настоящего изобретения является уменьшение диапазона частотной и временной неопределенности путем определения частотной и временной неопределенностей по отдельным лучам спутника, а не по всей зоне обслуживания спутника.

В одном аспекте изобретения предложен способ обнаружения сигнала, передаваемого абонентским терминалом на спутник и ретранслируемого спутником в шлюз. Способ включает этапы, на которых: (1) определяют пространство поиска времени прихода и частоты для луча связи, связанного со спутником, на основании предварительно определенной зоны охвата луча, соответствующей лучу связи, (2) осуществляют поиск в пространстве поиска для разрешения временной и частотной неопределенности, связанной с сигналом, и (3) демодулируют часть сообщения сигнала на основании приращения частоты и временного смещения, полученных в результате разрешения временной и частотной неопределенности.

Предварительно определенная область (зона) охвата луча связи предпочтительно соответствует некоторой зоне, ограниченной некоторым диапазоном азимутов и некоторым диапазоном углов места, содержащей номинальную область (зону) охвата луча.

Сигнал, передаваемый абонентским терминалом, преимущественно включает в себя преамбулу, а также часть сообщения. В одном конкретном варианте осуществления преамбула содержит нулевые данные. Преамбула предпочтительно имеет первую часть, модулированную первым сигналом, и вторую часть, модулированную первым сигналом и вторым сигналом. В одном из вариантов осуществления первый сигнал и второй сигнал представляют собой пары псевдошумовых кодов (ПШ-кодов).

Согласно одному из вариантов осуществления этап поиска в пространстве поиска включает в себя этапы, на которых: (1) осуществляют грубый поиск в пространстве поиска для разрешения частотной неопределенности, связанной с сигналом, и (2) осуществляют точный поиск для разрешения временной неопределенности, связанной с сигналом.

Пространство поиска предпочтительно ограничено некоторым диапазоном частот и некоторым диапазоном времен прибытия.

В другом аспекте в настоящем изобретении предложен способ восстановления в шлюзе информации, заключенной в части сообщения сигнала, передаваемого абонентским терминалом и ретранслируемого спутником в шлюз. Способ включает в себя этапы, на которых: (1) назначают приемник канала доступа в шлюзе для луча, связанного со спутником, (2) назначают пространство поиска для приемника канала доступа, причем это пространство поиска соответствует некоторой частотной и временной неопределенности, связанной с лучом, которому назначен приемник канала доступа, (3) осуществляют поиск в пространстве поиска для получения сигнала, и (4) если получен сигнал после поиска в пространстве поиска, демодулируют часть сообщения сигнала для восстановления содержащейся в ней информации.

В изобретении также предложена система для восстановления в шлюзе информации, заключенной в части сообщения сигнала, передаваемого абонентским терминалом на спутник и ретранслируемого спутником в шлюз. Система включает в себя приемник канала доступа в шлюзе, назначенный лучу, связанному со спутником. Система также предусматривает пространство поиска, назначенное приемнику канала доступа. Это пространство поиска соответствует некоторой частотной и временной неопределенности, связанной с лучом, которому назначен приемник канала доступа. И наконец, система включает в себя демодулятор шлюза для осуществления поиска в пространстве поиска для получения сигнала, а также для демодуляции части сообщения полученного сигнала для восстановления содержащейся в ней информации.

Демодулятор шлюза предпочтительно включает в себя средство для осуществления грубого поиска в пространстве поиска для разрешения частотной неопределенности, связанной с сигналом, и средство для осуществления точного поиска для разрешения временной неопределенности, связанной с сигналом.

Дополнительные признаки и преимущества настоящего изобретения, а также конструкция и работа различных конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Прилагаемые чертежи, ссылки на которые включены в описание и которые являются неотъемлемой его частью, иллюстрируют настоящее изобретение и вместе с описанием также служат для пояснения принципов изобретения и для обеспечения возможности осуществления и использования изобретения специалистом в данной области техники. На чертежах сходные позиции обозначают идентичные или функционально аналогичные элементы. Кроме того, крайняя слева цифра (крайние слева цифры) позиции обозначает чертеж, на котором эта позиция впервые появляется.

Фиг.1 изображает возможную систему радиосвязи, выполненную и работающую в соответствии с возможным вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2 изображает возможную реализацию линий связи, используемых между шлюзом и абонентским терминалом в системе связи.

Фиг.3 изображает возможную зону обслуживания обратной восходящей линии связи.

Фиг.4 изображает каналы, которые образуют обратную восходящую линию связи.

Фиг.5 изображает возможное пространство поиска во временной и/или частотной области.

Фиг.6 изображает расстояния между различными точками в пределах зоны обслуживания спутника и самим спутником.

Фиг.7 изображает расстояния между различными точками в пределах зоны обслуживания спутника и самим спутником, а также границы внутреннего луча и внешнего луча.

Фиг.8 изображает возможную 3-децибельную зону охвата луча.

Фиг.9 изображает возможную структуру сигнала попытки доступа.

Фиг.10 изображает возможный процесс получения сигнала попытки доступа.

Фиг.11 представляет блок-схему, изображающую демодулятор шлюза в соответствии с возможным вариантом осуществления.

Фиг.12 представляет блок-схему, иллюстрирующую работу демодулятора шлюза, показанного на фиг.11, в соответствии с возможным вариантом осуществления.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

I. Введение

Настоящее изобретение пригодно, в частности, для использования в системах связи, в которых применяются спутники на низких околоземных орбитах (НОО). Изобретение применимо также к спутниковым системам, в которых спутники движутся по орбитам, не являющимся НОО, или к системам неспутниковых ретрансляторов, если относительное движение между шлюзами или базовыми станциями и абонентскими терминалами является достаточным для оказания влияния на частоты принимаемых сигналов, или если имеется достаточная неопределенность в задержке распространения сигналов.

Предпочтительный вариант осуществления изобретения подробно рассмотрен ниже. Настоящее изобретение может найти применение во множестве радиосистем передачи информации и систем радиосвязи, включая те из них, которые предназначены для определения положения, а также спутниковые и наземные сотовые телефонные системы. Предпочтительным применением является система радиосвязи МДКРК на основе сигнала с расширенным спектром для предоставления обслуживания мобильными, портативными или стационарными телефонами.

II. Типовая спутниковая система связи

Возможная система радиосвязи, в которой может быть использовано настоящее изобретение, изображена на фиг.1. Предполагается, что в этой системе используются сигналы связи типа сигналов множественного доступа с кодовым разделением каналов (МДКРК-сигналов), но это не является обязательным условием для настоящего изобретения. В части системы 100 связи, изображенной 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 тремя удаленными абонентским терминалами 124, 126 и 128. Как правило, базовые станции и спутники и/или шлюзы являются составными частями отдельных систем связи, называемых наземными или спутниковыми, хотя это и не обязательно. Общее количество базовых станций, шлюзов или спутников в таких системах зависит от требуемой пропускной способности системы и других факторов, хорошо известных в данной области техники.

Термины "базовая станция" и "шлюз" также иногда употребляются как взаимозаменяемые, и каждый из них обозначает некоторую стационарную центральную станцию связи, а под "шлюзами" в данной области техники понимают высокоспециализированные базовые станции, которые направляют сообщения через спутниковые ретрансляторы, тогда как в "базовых станциях" (иногда называемых также "сотовыми узлами") используются антенны для направления сообщений в пределах окружающих географических областей. Шлюзы имеют множество служебных функций и оснащены соответствующей аппаратурой для поддержания линий спутниковой связи, и любые станции центрального управления также обычно имеют множество функций, выполняемых во взаимодействии со шлюзами и движущимися спутниками. Вместе с тем, настоящее изобретение находит применение в системах, в которых в качестве станций связи используются либо шлюзы, либо базовые станции.

Каждый из абонентских терминалов 124, 126 и 128 включает в себя устройство радиосвязи, например сотовый телефон, приемопередатчик данных или приемник поискового вызова или определения положения, и может быть портативным, устанавливаемым на транспортном средстве или стационарным. В данном случае, абонентские терминалы изображены в виде портативного, устанавливаемого в транспортном средстве и стационарного телефонов 124, 126 и 128 соответственно. Абонентские терминалы иногда также называют абонентскими блоками или просто "абонентами".

В общем случае лучи от источника лучей (такого как базовая станция 112 или спутники 116 и 118) охватывают разные географические зоны в рамках предварительно определенных диаграмм направленности. Лучи на разных частотах, также называемых каналами множественного доступа с кодовым разделением каналов (МДКРК-каналами) или "сублучами", можно направлять для охвата одной и той же области. Специалистам в данной области техники должно быть ясно, что зоны охвата лучей или обслуживания для множества спутников или диаграммы направленности антенн для множества базовых станций могут быть предназначены для осуществления полного или частичного охвата в заданной области, в зависимости от конструкции системы связи и типа предлагаемого обслуживания, а также от того, достигается ли пространственное разнесение.

Хотя для ясности изображены лишь два спутника, было предложено множество многоспутниковых систем связи, причем в возможной системе применяются порядка 48 или более спутников, движущихся в восьми разных орбитальных плоскостях на низкой околоземной орбите (НОО), для обслуживания большого количества абонентских терминалов. Однако специалистам в данной области техники должно быть ясно, как можно использовать настоящее изобретение во множестве спутниковых систем и конфигураций шлюзов. Сюда входят применения с использованием других орбитальных расстояний и созвездий, например применения, в которых используются геостационарные спутники, в которых переключение лучей обусловлено главным образом перемещением абонентских терминалов. Кроме того, можно также использовать множество конфигураций базовых станций.

На фиг.1 показаны некоторые возможные пути сигналов для установления связи между абонентскими терминалами 124, 126 и 128 и базовой станцией 112 или через спутники 116 и 118 со шлюзами 120 и 122. Линии связи "базовая станция – абонентский терминал" показаны в виде линий 130, 132 и 134. Линии связи "спутник - абонентский терминал" между спутниками 116 и 118 и абонентскими терминалами 124, 126 и 128 показаны в виде линий 138, 140, 142 и 144. Линии связи "шлюз - спутник" между шлюзами 120 и 122 и спутниками 116 и 118 показаны в виде линий 146, 148, 150 и 152. Шлюзы 120 и 122 и базовую станцию 112 можно использовать как часть системы односторонней или двухсторонней связи или просто для передачи сообщений и/или информации или данных в абонентские терминалы 124, 126 и 128.

III. Линии и каналы связи

Фиг.2 изображает возможную реализацию линий связи, используемых между шлюзом 202 и спутником 204, а также между спутником 204 и абонентским терминалом 206. Как показано на фиг.2, в этой возможной реализации используются четыре радиочастотные линии связи. Линиями связи между абонентским терминалом 206 и спутником 204 являются обратная восходящая линия 214 связи и прямая нисходящая линия 216 связи. Линиями связи между шлюзом 202 и спутником 204 являются прямая восходящая линия 210 связи и обратная нисходящая линия 212 связи.

Связь осуществляется в "прямом" направлении от шлюза 202 по прямой восходящей линии 210 связи, а затем - вниз от спутника 204 к абонентскому терминалу 206 по прямой нисходящей линии 216 связи. В "обратном" направлении связь осуществляется вверх от абонентского терминала 206 к спутнику 204 по обратной восходящей линии 214 связи, а затем - вниз от спутника 204 к шлюзу 202 по обратной нисходящей линии 212 связи.

В приведенной для примера системе связи частота обратной восходящей линии 214 связи находится в диапазоне между 1610 и 1626,5 МГц, и обратная восходящая линия 214 связи имеет зону 302 обслуживания, которая пространственно разделена на шестнадцать лучей, как показано на фиг.3. Зона 302 обслуживания обратной восходящей линии связи разделена на один внутренний луч (луч 1) и пятнадцать внешних лучей (лучи 2-16). Однако специалисту в соответствующей области техники должно быть ясно, что возможно множество одинаково допустимых способов разделения области 320 обслуживания обратной восходящей линии связи, и проиллюстрированный на фиг.3 приведен лишь для примера.

Обратная восходящая линия 214 связи и обратная нисходящая линия 212 связи поддерживают по меньшей мере два канала: канал 402 доступа и обратный канал 404 трафика, как показано на фиг.4. Канал 402 доступа используется абонентским терминалом 206 для посылки коротких сообщений в шлюз 202, Короткое сообщение содержит информацию для инициирования вызовов, ответа на сигналы поискового вызова, посылаемые из шлюза 202 в абонентский терминал 206, и регистрации в шлюзе 202. Короткие сообщения, передаваемые из абонентского терминала в шлюз 202 по каналу доступа, передаются в сигнале 410, транслируемом абонентским терминалом 206. Этот сигнал 410 называют "сигналом попытки доступа".

Поскольку абонентский терминал может находиться в любом из лучей зоны 302 обслуживания обратной восходящей линии связи, когда абонентский терминал транслирует сигнал 410 попытки доступа, и поскольку шлюз 202 не отслеживает положение абонентского терминала 206, этот шлюз 202 должен контролировать все лучи, чтобы определить, поступил ли сигнал 410 попытки доступа. Поэтому шлюз 202 назначает приемник 420 канала доступа каждому из лучей в зоне 302 обслуживания луча обратной линии связи. Каждый приемник 402 канала доступа непрерывно осуществляет "поиск" прихода сигнала 410 попытки доступа, или других сигналов попытки доступа от других абонентских терминалов, по лучу, которому назначен этот приемник.

IV. Пространство поиска приемника канала доступа.

Вследствие задержки распространения и хорошо известного доплеровского эффекта сигнал 410 попытки доступа, принимаемый в шлюзе 202, имеет некоторую неопределенность времени прибытия и частоты. То есть в момент, когда сигнал 410 попытки доступа поступает в приемник 420 канала доступа в шлюзе 202, приемник 420 канала доступа не может "знать" точную частоту или тактирование сигнала 410 попытки доступа. Для исключения этой неопределенности времени прихода и частоты сигнал 410 попытки доступа может быть снабжен преамбулой, обеспечивающей приемнику 420 канала доступа возможность "поиска" сигнала 410 попытки доступа в пределах предоставленного "пространства поиска" (также известного под названием "пространство неопределенности") и тем самым достижения согласования по времени прибытия и частоте.

Пространство поиска ограничено по меньшей мере двумя составляющими - некоторым диапазоном возможных моментов времени прихода и некоторым диапазоном возможных частот поступающего сигнала 410 попытки доступа. Пространство поиска является двумерным, при этом одним измерением является время прихода, а другим - частота. Фиг.5 изображает возможное пространство 502 поиска. Вертикальная ось 504 отображает время прихода сигнала 410 попытки доступа, а горизонтальная ось 506 отображает частоту сигнала 410 попытки доступа. Время прихода сигнала 410 попытки доступа находится в пределах между минимальным временем прихода (T_min) и максимальным временем прихода (Т_mах). Точно так же, частота сигнала 410 попытки доступа находится в пределах между минимальной частотой (F_min) и максимальной частотой (F_max). Как показано на фиг.5, пространство 502 поиска является зоной, ограниченной точками F_min, F_max, T_min и T_max.

Приемник 420 канала доступа осуществляет "поиск" в пространстве 502 доступа путем корреляции сигнала 410 доступа с различными парами значений временной и частотной гипотезы, при этом все различные пары значений временной и частотной гипотезы определяют некоторую точку в пределах области 502 поиска. Возможная пара 510 значений временной и частотной гипотезы изображена на фиг.5. Пара значений гипотезы в пределах пространства 502 поиска, которая создает наивысшую корреляцию с принимаемым сигналом 410 попытки доступа, является наилучшей оценкой времени прибытия и частоты сигнала 410 попытки доступа. Сразу же после разрешения неопределенности времени прихода и частоты таким образом, сигнал 410 попытки доступа считают полученным, и можно восстанавливать содержащуюся в нем информацию.

Процесс определения пространства поиска, назначаемого каждому приемнику 420 канала доступа, описан ниже.

V. Пространство поиска времени прихода

Время (Т) прихода сигнала 410 попытки доступа в шлюз 202 может быть определено по следующей формуле: Т=Т_са+Т_ас+Т_сш, где T_ca представляет собой время, затрачиваемое на прохождение сигнала связи от спутника, управляющего передачей сигнала поискового вызова (не показан) до абонентского терминала 206, Т_ас представляет собой время, затрачиваемое на прохождение сигнала 410 связи от абонентского терминала 206 до спутника 204, на котором предоставляется канал доступа, а Т_сш представляет собой время, затрачиваемое на прохождение сигнала 410 связи от спутника 204, на котором предоставляется канал доступа, до шлюза 202.

Чтобы определить диапазон возможных значений Т, необходимо определить максимальное и минимальное возможные времена прихода (Т_min и Т_mах соответственно). Пространство неопределенности времени прихода - это все времена прихода между Т_min и Т_mах, включая сами эти значения. Максимальное и минимальное значения Т возникают, когда Т_ас=Т_са, поэтому в целях определения неопределенности можно допустить это равенство. Отсюда следует, что Т=2Т_ас+Т_cш. Шлюз 202 может определять Т_cш заранее, потому что шлюз 202 с приемлемой определенностью "знает" положение спутника 204 канала доступа относительно своего собственного положения. Следовательно, временная неопределенность представляет собой диапазон возможных значений 2Т_ас. То есть неопределенность времени прибытия составляет 2 (T_ac-max-T_ac-min).

Т_ас, значение времени, затрачиваемого сигналом 410 попытки доступа на достижение спутника 204 канала доступа, при прохождении от абонентского терминала 206, прямо пропорционально расстоянию между абонентским терминалом 206 и спутником 204. Чтобы спутник 204 мог принять сигнал 410 канала доступа из абонентского терминала 206, а затем ретранслировать его в шлюз 202, абонентский терминал 206 должен находиться в пределах зоны 302 обслуживания спутника 204. Поскольку абонентский терминал 206 должен находиться в пределах зоны 302 обслуживания спутника 204, можно определить минимальное и максимальное расстояния (d_min и d_max соответственно) между абонентским терминалом 206 и спутником 204. Кроме того, поскольку скорость распространения сигнала 410 попытки доступа является известной константой, можно получить d_ac-min и d_ac-max сразу же после того, как становятся известными d_min и d_max.

Фиг.6 изображает максимальное и минимальное расстояние между спутником 204 и абонентским терминалом 206, о котором известно, что он находится в пределах зоны 302 обслуживания спутника 204. Как показано на фиг.6, расстояние между абонентским терминалом 206 и спутником 204 является минимальным, когда спутник 204 находится непосредственно над абонентским терминалом 206, и расстояние между абонентским терминалом 206 и спутником 204 является максимальным, когда абонентский терминал находится на краю зоны 302 обслуживания (т.е. когда абонентский терминал расположен под минимальным углом места), в предположении, что поверхность 602 Земли является плоской. В возможном варианте осуществления, например, когда используется спутник на НОО, Т_ас составляет 4,72 мс, когда спутник 204 находится непосредственно над абонентским терминалом 206, и Тас составляет 14,57 мс, когда абонентский терминал 206 расположен под углом места, составляющим 10 градусов, относительно спутника. Для этого варианта осуществления временная неопределенность составляет 2(14,57-4,72)=19,7 мс. Эта неопределенность является временной неопределенностью во всей зоне 302 обслуживания спутника.

Но поскольку имеется приемник 420 канала доступа, назначенный каждому лучу в пределах зоны 302 обслуживания, приемник 420 канала доступа не обязан учитывать неопределенность по всей зоне 302 обслуживания. Приемник 420 канала доступа должен быть связан лишь с неопределенностью в луче, которому предоставляется канал доступа. Неопределенность, соответствующая любому заданному лучу в пределах зоны 302 обслуживания, обязательно меньше, чем неопределенность, соответствующая всей зоне 302 обслуживания.

Например, рассмотрим фиг.7, которая изображает расстояния между различными точками в пределах зоны обслуживания спутника 204 и самим спутником 204, в предположении, что поверхность 602 Земли является плоской. Если абонентский терминал 206 находится в пределах внутреннего луча (т.е. в пределах луча 1), то расстояние между абонентским терминалом 206 и спутником 204 составляет по меньшей мере d_min, а максимально - d₁. Поскольку d₁ меньше, чем d_max, то временная неопределенность для внутреннего луча, пропорциональная d₁-d_min, меньше, чем временная неопределенность по всей зоне 302 обслуживания, пропорциональная d_max-d_min.

Аналогично, если абонентский терминал 206 находится в пределах внешнего луча зоны 302 обслуживания (т.е. в пределах одного из лучей 2-16), расстояние между абонентским терминалом 206 и спутником 204 составляет по меньшей мере d₁, a максимально - d_max. Таким образом, временная неопределенность во внешнем луче меньше, чем временная неопределенность для всей зоны 302 обслуживания, поскольку d₁ больше, чем d_min. Следовательно, чтобы уменьшить пространство поиска, назначаемое приемнику 420 канала доступа, приемнику 420 канала доступа назначается пространство поиска, соответствующее неопределенности, связанной с лучом, которому назначен этот приемник 420 канала доступа, в противоположность назначению пространства доступа, соответствующего неопределенности, связанной со всей зоной 302 обслуживания.

VI. Пространство поиска частоты

Подобно временной неопределенности, частотная неопределенность по всей зоне 302 обслуживания больше, чем частотная неопределенность по любому отдельному лучу. Следовательно, чтобы уменьшить пространство поиска настолько, насколько это возможно, и тем самым уменьшить число необходимых гипотез, пространство поиска частоты, назначаемое конкретному приемнику 420 канала доступа, соответствует только частотной неопределенности луча, которому назначен этот приемник.

Частотная неопределенность вызывается доплеровским эффектом, а также неопределенностью частоты гетеродина абонентского терминала. Потенциальный диапазон доплеровского эффекта в одном луче зависит от зоны охвата этого луча относительно положения спутника 204, и ожидается, что частотная неопределенность, вызываемая гетеродином абонентского терминала, может составлять ±10-10^-6.

Доплеровская неопределенность возникает и в обратной нисходящей линии 212 связи, и в обратной восходящей линии 214 связи. Шлюз 202 может определить влияние доплеровского эффекта в обратной нисходящей линии связи на сигнал 410 попытки доступа, поскольку шлюз 202 отслеживает положение спутника 204. Но шлюз 202 не может определить влияние доплеровского эффекта в обратной восходящей линии связи на сигнал 410 попытки доступа, поскольку шлюз 202 не отслеживает или не "знает" точно положение абонентского терминала 206 относительно спутника 204. Однако можно точно определить доплеровский эффект во всех положениях в зоне 302 обслуживания спутника, пользуясь следующей зависимостью:

Вышеупомянутая зависимость позволяет получить скорость изменения расстояния (d) между спутником и абонентским терминалом 206 для случая абонентского терминала 206, "наблюдаемого" со спутника под углом места и расположенного на азимуте относительно направления движения спутника, где R - радиус Земли, v - скорость спутника 204, а h - высота спутника 204 над поверхностью 602 Земли. Следовательно, можно определить диапазон возможных сдвигов частоты для любого заданного сигнала 410 попытки доступа, что обеспечивает оцениваемые границы для используемого пространства поиска частоты.

В предпочтительном случае частотную неопределенность, связанную с каждым лучом, не определяют на основании номинальной области охвата луча, как можно было бы ожидать. Вместо этого, частотную неопределенность для каждого луча определяют на основании зоны, ограниченной некоторым диапазоном азимутов () и некоторым диапазоном углов места (), содержащей номинальную область охвата луча. Например, в одном из вариантов осуществления частотную неопределенность для каждого луча определяют на основании выпуклого контура "3-децибельной" области охвата луча. Выпуклый контур 3-децибельной области охвата луча - это наименьшая область, ограниченная прямоугольником в пространстве азимутов и углов места, которая содержит 3-децибельную область.

Использование номинальных границ лучей, в которых внутренний луч простирается от 10 до 60 по углу места и имеет протяженность 24 по азимуту, нежелательно ввиду прогнозируемой тенденции к искажению формы луча по мере старения аппаратуры спутников. Подход, обуславливающий использование 3-децибельной области охвата, приводит к перекрытию областей поиска, исключая тем самым проблему искажения лучей и, возможно, внося преимущества, связанные с разнесением. Трехдецибельная область охвата - это область, в которой пользователь, передающий сигнал с уровнем 0 дБ, может воспользоваться значением Е_b/N_t (т.е. значением отношения "сигнал - шум"), сос