Способ и система для передачи ip-пакетов путем объединения нескольких каналов радиосвязи для высокоскоростной передачи данных

Способ и система для передачи ip-пакетов путем объединения нескольких каналов радиосвязи для высокоскоростной передачи данных

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Дата конвенционного приоритета настоящего изобретения 25 октября 2001 г. по предварительной заявке на патент №60/335680, поданной под названием "Method and System for Aggregating Multiple Wireless Communication Channels for High Data Rate Transfers" («Система и способ объединения нескольких каналов радиосвязи для высокоскоростной передачи данных») в США и целиком включенной в настоящую заявку путем ссылки.

Настоящее изобретение относится к системам радиосвязи и, в частности, к системам радиосвязи, способным работать в сетевой среде передачи данных.

По мере распространения систем мобильной связи возрастают требования к предоставлению все более объемных и сложных услуг. Чтобы обеспечить требования к пропускной способности систем мобильной связи, разработаны способы многостанционного доступа к ограниченным ресурсам системы связи. Применение способов модуляции с кодовым разделением каналов с многостанционным доступом (CDMA) является одним из возможных решений поддержки связи в условиях существования большого числа пользователей системы. Специалистам в данной области техники известны также другие способы реализации систем связи с многостанционным доступом, например многостанционный доступ с временным разделением каналов (TDMA) и многостанционный доступ с частотным разделением каналов (FDMA).

Применение способов CDMA в системе с многостанционным доступом известно специалистам в данной области техники и описано в патенте США № 4901307 "Spread Spectrum Multiple Access Communication System Using Satellite or Terrestrial Repeaters", выданном 13 февраля 1990 г., права на который переданы патентовладельцу настоящего изобретения.

Известна система спутниковой связи, преимущество которой заключается в способности обеспечивать возможность установления радиосвязи между географически разнесенными абонентскими терминалами по каналу или линии спутниковой связи. Типичная система спутниковой связи CDMA описана в патенте США № 5812538 "Multiple Satellite Repeater Capacity Loading With Multiple Spread Spectrum Gateway Antennas", выданном 22 сентября 1998 г., права на который переданы патентовладельцу настоящего изобретения. Абонентские терминалы могут обмениваться данными между собой с максимальной информационной скоростью, ограниченной шириной полосы пропускания при передаче данных спутниковой линии связи. Существует и постоянно усиливается потребность в расширении полосы пропускания при передаче данных и, следовательно, в повышении максимальной информационной скорости, с которой абонентские терминалы могут обмениваться данными по линии радиосвязи.

Общеизвестно, что компьютерные клиенты и серверы обмениваются между собой данными по соединению в сети передачи данных, например по соединению в сети Internet. Данное соединение требуется организовывать с использованием линии радиосвязи, например линии спутниковой связи, чтобы обеспечивать, тем самым, возможность установления связи между мобильными клиентами и серверами. Необходимо также предельно расширять полосу пропускания при передаче данных при использовании указанного соединения в радиосети по вышеупомянутой причине.

Вышеупомянутые клиент и сервер могут обмениваться между собой пакетами данных по сетевому соединению между клиентом и сервером с использованием протоколов, выбранных из набора межсетевых протоколов (IP-протоколов), например TCP/IP. Соответствующие пакеты данных называются IP-пакетами данных (или IP-пакетами). Сетевое соединение может вызывать некоторое нарушение порядка следования IP-пакетов, проходящих от клиента к серверу и наоборот, поскольку разные IP-пакеты могут направляться от клиента к серверу и наоборот по разным сетевым маршрутам. По вышеуказанной причине в сетевое соединение, возможно, потребуется включить линию радиосвязи.

Данные линии радиосвязи, включая вышеупомянутые линии спутниковой связи, реализуют важные протоколы исправления ошибок, чтобы обеспечивать надежную радиопередачу данных. Упомянутые протоколы исправления ошибок могут вызвать дополнительное нарушение порядка следования IP-пакетов в процессе прохождения IP-пакетов от клиента к серверу и наоборот. В результате IP-пакеты, передаваемые клиентом с заданным порядком следования, могут поступать в сервер с нарушением порядка следования. Такого рода накапливающееся нарушение порядка следования IP-пакетов может включать различные механизмы исправления ошибок, заложенные в протоколах TCP/IP, например повторную передачу IP-пакетов, что, к сожалению, сужает полосу пропускания при передаче данных у сетевого соединения. Поэтому существует потребность направлять IP-пакеты от клиента к серверу и обратно по сетевому соединению, содержащему надежную линию радиосвязи, например линию спутниковой связи, чтобы исключить накапливающееся нарушение порядка следования IP-пакетов и, тем самым, обеспечить высокоскоростные передачи данных от клиента к серверу и обратно.

Настоящее изобретение относится к способу передачи IP-пакетов в системе радиосвязи путем объединения нескольких каналов радиосвязи, например каналов спутниковой связи, в общую линию связи с целью расширения эффективной полосы пропускания каналов при передаче данных и, следовательно, увеличения максимальной информационной скорости, с которой абонентские терминалы могут обмениваться данными по общей линии связи.

Настоящее изобретение можно использовать, чтобы устанавливать сетевое соединение между конечными абонентскими терминалами (например, клиентом и сервером) по линии радиосвязи, например линии спутниковой связи, и, тем самым, обеспечивать возможность установления сетевого соединения между мобильными клиентами и серверами. Настоящее изобретение обеспечивает максимальное расширение полосы пропускания при передаче данных, когда применяются указанные радиосетевые соединения, чтобы достигать высоких скоростей передачи данных.

В соответствии с настоящим изобретением IP-пакеты направляются между конечными абонентскими терминалами (например, клиентом и сервером) по сетевому соединению, содержащему надежную линию радиосвязи, например линию спутниковой связи, таким образом, чтобы исключать накапливающееся нарушение порядка следования IP-пакетов и тем самым достигать высоких скоростей передачи данных между конечными абонентскими терминалами.

В соответствии с настоящим изобретением осуществляется объединение нескольких надежных каналов радиосвязи в общий канал связи, действующий в сетевой среде, например в среде сети Internet, таким образом, чтобы быть прозрачным для стандартных сетевых протоколов, например TCP/IP.

Типичная система в соответствии с настоящим изобретением объединяет каналы связи, транспортирующие IP-пакеты, проходящие из мобильной составляющей настоящего изобретения в наземную составляющую настоящего изобретения. Мобильная составляющая содержит мобильный радиотерминал (MWT). MWT принимает IP-пакеты, предназначенные для наземной сети, из сети, входящей в мобильную составляющую. MWT принимает IP-пакеты из мобильной сети в заданном порядке следования. MWT фрагментирует каждый из IP-пакетов на более мелкие фрагменты пакета, добавляет идентификационную информацию в каждый из фрагментов пакета и передает фрагменты пакетов параллельно друг другу по одновременно действующим спутниковым каналам.

Наземная составляющая содержит принимающую станцию, например узловую станцию, и наземный контроллер, соединенный с узловой станцией по меньшей мере по одной сети передачи данных. Принимающая станция осуществляет радиоприем фрагментов пакетов, передаваемых из MWT. Принимающая станция пересылает принятые фрагменты пакетов в наземный контроллер по сетевому соединению на основании идентификационной информации, добавляемой к фрагментам пакетов. Фрагменты пакетов часто поступают в принимающую станцию и наземный контроллер с существенно нарушенным порядком следования.

Наземный контроллер объединяет фрагменты пакетов в реконструированные IP-пакеты на основании идентификационной информации, добавленной к фрагментам. Наземный контроллер также упорядочивает реконструированные IP-пакеты соответственно заданному порядку следования на основании идентификационной информации. Наземный контроллер пересылает реконструированные IP-пакеты в правильном порядке следования в сеть назначения.

Типичная система в соответствии с настоящим изобретением объединяет каналы связи, транспортирующие фрагменты IP-пакетов, проходящие из наземной составляющей в мобильную составляющую, а также в противоположенном направлении. Поэтому мобильная составляющая, например MWT, реализует способы как передачи, так и приема с объединением каналов в соответствии с настоящим изобретением. Аналогично наземная составляющая, например сочетание принимающей станции и наземного контроллера, также реализует способы как приема, так и передачи с объединением каналов в соответствии с настоящим изобретением.

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения предлагается способ передачи, который использует объединение нескольких каналов связи CDMA. Способ передачи содержит этапы, заключающиеся в том, что принимают по меньшей мере один IP-пакет данных, фрагментируют IP-пакет данных на совокупность фрагментов пакета, более мелких, чем IP-пакет данных, добавляют идентификатор (ID) фрагмента и идентификатор (ID) порядкового номера пакета в каждый фрагмент пакета, добавляют IP-заголовок в каждый фрагмент пакета, при этом IP-заголовок содержит IP-адрес источника данных, который представляет собой IP-адрес, соответствующий каналу, по которому передают пакет, и IP-адрес назначения, который представляет собой IP-адрес наземного контроллера, и осуществляют радиопередачу совокупности фрагментов пакета по нескольким одновременно действующим каналам связи CDMA. Способ передачи заключается также в том, что принимают совокупность IP-пакетов данных в заданном порядке следования и выполняют фрагментирование в порядке выполнения этапов передачи для каждого IP-пакета данных, чтобы каждый переданный фрагмент пакета содержал идентификатор (ID) порядкового номера соответствующего пакета из IP-пакетов данных, принятых в заданном порядке следования.

В соответствии с другими особенностями вариантов осуществления настоящего изобретения радиопередача заключается в том, что одновременно передают по меньшей мере два из совокупности фрагментов пакета по соответствующим каналам из одновременно действующих каналов связи. Этап добавления IP-заголовка заключается в том, что добавляют заголовок транспортного протокола в каждый фрагмент пакета в дополнение к IP-заголовку, при этом заголовок транспортного протокола отождествляется с одним соответствующим каналом из каналов связи, по которому должен передаваться фрагмент пакета.

Перед радиопередачей организуют каждый из одновременно действующих каналов связи CDMA и планируют каждый упомянутый фрагмент пакета к передаче по одному выбранному каналу из нескольких одновременно действующих каналов связи CDMA. Указанное планирование заключается в том, что выбирают каждый упомянутый канал связи в заданном порядке выбора каналов и планируют фрагменты пакета к передаче по одному соответствующему каналу из каналов связи, выбранных в заданном порядке выбора каналов. В соответствии с другим вариантом осуществления планирование заключается в том, что контролируют коэффициент ошибок в данных, соответствующий каждому из каналов связи, выбирают приоритетную группу каналов связи на основании контролируемых коэффициентов ошибок в данных и планируют совокупность фрагментов пакета к передаче по приоритетной группе каналов связи.

В соответствии с другим вариантом осуществления предложен способ приема с объединением нескольких каналов связи CDMA. Способ приема содержит этап, заключающийся в том, что осуществляют радиоприем совокупности фрагментов IP-пакетов по нескольким одновременно действующим каналам связи CDMA, при этом каждый фрагмент IP-пакета содержит идентификатор (ID) фрагмента пакета, идентификатор (ID) порядкового номера пакета, отождествляющий фрагмент IP-пакета с IP-пакетом данных, и IP-заголовок, содержащий IP-адрес. Способ приема далее содержит этапы, заключающиеся в том, что направляют каждый принятый фрагмент IP-пакета по IP-адресу, включенному в IP-заголовок, и объединяют направленные фрагменты IP-пакета в соответствующий IP-пакет данных на основании идентификаторов (ID) фрагментов и идентификаторов (ID) порядковых номеров пакетов. Совокупность принятых фрагментов IP-пакетов можно отождествить с совокупностью различных IP-пакетов данных. Когда данную возможность реализуют, то способ приема далее содержит этапы, заключающиеся в том, что повторяют этапы направления и объединения для каждого из различных IP-пакетов данных, чтобы сформировать совокупность реконструированных IP-пакетов данных, и упорядочивают совокупность реконструированных IP-пакетов данных на основании идентификаторов (ID) порядковых номеров пакетов.

В соответствии с другими особенностями вариантов осуществления настоящего изобретения радиоприем заключается в том, что одновременно принимают по меньшей мере два из совокупности фрагментов пакета по соответствующим каналам из одновременно действующих каналов связи.

В соответствии с другими особенностями упорядочивание заключается в том, что переупорядочивают совокупность реконструированных IP-пакетов данных, если реконструированные IP-пакеты данных имеют нарушенный порядок следования относительно заданного порядка следования, указанного идентификаторами (ID) порядковых номеров пакетов. Если совокупность принятых фрагментов IP-пакетов отождествляют с совокупностью различных IP-пакетов данных, то способ дополнительно содержит этапы, заключающиеся в том, что повторяют этапы направления и объединения для каждого из различных IP-пакетов данных, чтобы сформировать совокупностью реконструированных IP-пакетов данных в порядке следования пакетов соответственно идентификаторам (ID) порядковых номеров.

В соответствии с еще одной особенностью настоящего изобретения предлагается обобщенный способ объединения нескольких каналов связи CDMA, сочетающий как способы приема, так и способы передачи. Обобщенный способ содержит этапы, заключающиеся в том, что принимают по меньшей мере один IP-пакет данных, фрагментируют IP-пакет данных на совокупность фрагментов пакета, более мелких, чем IP-пакет данных, добавляют идентификатор (ID) фрагмента и идентификатор (ID) порядкового номера пакета в каждый фрагмент пакета, добавляют IP-заголовок в каждый фрагмент пакета, при этом IP-заголовок содержит IP-адрес источника данных, который представляет собой IP-адрес, соответствующий каналу, по которому передают пакет, и IP-адрес назначения, который представляет собой IP-адрес наземного контроллера, и осуществляют радиопередачу совокупности фрагментов пакета по нескольким одновременно действующим каналам связи CDMA. Обобщенный способ содержит далее этапы, заключающиеся в том, что осуществляют радиоприем совокупности фрагментов IP-пакетов, направляют каждый принятый фрагмент IP-пакета по IP-адресу, включенному в IP-заголовок, и вновь объединяют направленные фрагменты IP-пакетов по меньшей мере в один IP-пакет данных на основании идентификаторов (ID) фрагментов и идентификаторов (ID) порядковых номеров пакетов.

В соответствии с еще одной особенностью настоящего изобретения предлагается передающая система, предназначенная для объединения нескольких каналов связи CDMA. Передающая система содержит по меньшей мере один контроллер, предназначенный принимать по меньшей мере один IP-пакет данных, при этом по меньшей мере один из контроллеров содержит блок фрагментирования, который фрагментирует принимаемый IP-пакет данных на совокупность фрагментов пакета, более мелких, чем IP-пакет данных, и добавляет идентификатор (ID) фрагмента и идентификатор (ID) порядкового номера пакета в каждый фрагмент пакета. Блок фрагментирования содержит также IP-модуль, который добавляет IP-заголовок, содержащий IP-адрес, в каждый фрагмент пакета. Передающая система содержит также группу радиомодемов или приемо-передающих элементов, или модулей, предназначенных осуществлять радиопередачу совокупности фрагментов пакета по соответствующим каналам из нескольких одновременно действующих каналов связи CDMA.

В соответствии с другими особенностями данной передающей системы по меньшей мере один контроллер предназначен принимать совокупность IP-пакетов данных в заданном порядке следования, а блок фрагментирования предназначен фрагментировать каждый IP-пакет данных на совокупность более мелких фрагментов IP-пакета и добавлять в каждый из фрагментов идентификатор (ID) фрагмента и идентификатор (ID) порядкового номера пакета, соответствующий заданному порядку следования. IP-модуль предназначен добавлять IP-заголовок, содержащий IP-адрес, в каждый из фрагментов пакетов.

Контроллеры можно применить так, чтобы они предписывали по меньшей мере двум радиомодемам одновременно передавать по меньшей мере два из совокупности фрагментов пакетов по соответствующим каналам из одновременно действующих каналов связи, а IP-модули можно применить так, чтобы они добавляли заголовок транспортного протокола в каждый фрагмент пакета в дополнение к IP-заголовку, при этом заголовок транспортного протокола отождествляется с соответствующим одним из радиомодемов и каналов связи, по которому должен быть передан фрагмент пакета. По меньшей мере один контроллер и радиомодем могут находиться в составе мобильного радиотерминала. В соответствии с другим вариантом осуществления по меньшей мере один контроллер может быть распределен между узловой станцией и наземным контроллером, при этом оба данных элемента подключены по меньшей мере к одной наземной пакетной сети передачи данных, а радиомодемы находятся в составе узловой станции.

Кроме того, по меньшей мере один контроллер содержит планировщик, который планирует фрагменты пакета к передаче по одному выбранному каналу из нескольких одновременно действующих каналов связи CDMA. Планировщик содержит средство для выбора каждого упомянутого канала связи в заданном порядке выбора каналов и средство для планирования каждого фрагмента пакета к передаче по соответствующим каналам из каналов связи, выбираемых в заданном порядке выбора каналов. Кроме того, по меньшей мере один контроллер может содержать средство для контроля коэффициента ошибок в данных, соответствующего каждому из каналов связи. В данном случае планировщик содержит средство для выбора приоритетной группы каналов связи из нескольких каналов связи на основании контролируемых коэффициентов ошибок в данных и средство для планирования совокупности фрагментов пакета к передаче по приоритетной группе каналов связи.

В соответствии с другой особенностью вариантов осуществления настоящего изобретения предлагается принимающая система, предназначенная для объединения нескольких каналов связи CDMA. Принимающая система содержит группу радиомодемов, предназначенных осуществлять радиоприем совокупности фрагментов IP-пакетов по нескольким одновременно действующим каналам связи CDMA, при этом каждый из каналов связи отождествляется с соответствующим одним из группы радиомодемов, каждый фрагмент пакета содержит идентификатор (ID) фрагмента пакета, идентификатор (ID) порядкового номера пакета, отождествляющий фрагмент IP-пакета с IP-пакетом данных, и IP-заголовок, содержащий IP-адрес. Принимающая система содержит также по меньшей мере один контроллер, при этом по меньшей мере один по меньшей мере из одного контроллера содержит маршрутизатор для направления каждого принятого фрагмента пакета по IP-адресу, включенному в IP-заголовок, и блок дефрагментирования, который вновь объединяет направленные фрагменты IP-пакета в соответствующий IP-пакет данных на основании идентификаторов (ID) фрагментов и идентификаторов (ID) порядковых номеров пакетов.

Радиомодемы можно применить так, чтобы одновременно принимать по меньшей мере два из совокупности фрагментов пакета по соответствующим каналам из одновременно действующих каналов связи. По меньшей мере один контроллер и радиомодем могут находиться в составе мобильного радиотерминала и организовывать каждый из одновременно действующих каналов связи CDMA.

В соответствии с дополнительными особенностями изобретения совокупность фрагментов пакетов отождествляют с совокупностью различных IP-пакетов данных, и маршрутизатор предназначен направлять каждый из фрагментов пакетов по IP-адресу канала, по которому он передается, в то время, как блок дефрагментирования предназначен вновь объединять направленные фрагменты пакетов в соответствующие IP-пакеты данных, чтобы формировать совокупность реконструированных IP-пакетов данных, и по меньшей мере один контроллер содержит устройство задания последовательности, которое упорядочивает реконструированные IP-пакеты данных на основании идентификаторов (ID) порядковых номеров пакетов.

В соответствии с другими вариантами осуществления контроллеры распределены между узловой станцией и наземным контроллером, при этом оба данных элемента подключены по меньшей мере к одной наземной пакетной сети передачи данных, наземный контроллер имеет IP-адрес, соответствующий IP-адресам, включенным в заголовок фрагмента IP-пакета, а радиомодемы находятся в составе узловой станции.

И, наконец, в соответствии с еще одной особенность настоящего изобретения предлагается обобщенная приемо-передающая система, предназначенная для объединения нескольких каналов связи CDMA. Обобщенная приемо-передающая система содержит элементы, входящие в состав вышеописанных передающей и принимающей систем.

Применяемые аббревиатуры:

IP - межсетевой протокол.

PPP - протокол передачи точка-точка.

RLP - протокол обмена по радиоканалу.

TCP - протокол управления передачей.

UDP - протокол пользовательских дейтаграмм.

Признаки, задачи и преимущества настоящего изобретения очевидны из подробного описания, приведенного ниже со ссылками на чертежи, на которых одинаковые или аналогичные элементы обозначены одинаковыми числовыми позициями на всех чертежах, где

На фиг.1A изображена типичная подходящая система спутниковой связи.

На фиг.1B представлена блок-схема спутника системы, изображенной на фиг.1A.

На фиг.2 представлена блок-схема типичной системы, предназначенной для объединения нескольких каналов спутниковой связи с кодовым разделением каналов с многостанционным доступом с целью обеспечения средне- и высокоскоростных передач данных.

На фиг.3 изображен принцип взаимной обратимости приема и передачи между мобильной составляющей и наземной составляющей системы, изображенной на фиг.2.

На фиг.4 приведена схема последовательности этапов, реализующих типичный способ передачи с объединением нескольких каналов связи в системе, изображенной на фиг.2.

На фиг.5 приведена схема последовательности дополнительных этапов типичного способа передачи, дополняющих способ, изображенный на фиг.4.

На фиг.6 приведена схема последовательности этапов, реализующих типичный способ планирования передачи.

На фиг.7 приведена схема последовательности этапов, реализующих другой вариант типичного способа планирования передачи.

На фиг.8 изображены составляющие способа передачи, показанного на фиг.4, вместе с наглядными последовательностями фрагментов пакетов, формируемых данным способом, на примере которых удобно давать описание вариантов осуществления настоящего изобретения.

На фиг.9 приведена схема последовательности этапов, реализующих типичный способ приема с объединением нескольких каналов связи в системе, изображенной на фиг.2.

На фиг.10 приведена схема последовательности дополнительных этапов типичного способа приема, дополняющих способ, изображенный на фиг.9.

На фиг.10A приведена схема последовательности этапов, реализующих типичный системный способ в системе, изображенной на фиг.2.

На фиг.11 изображен другой вариант типичного способа приема в сочетании с этапами способа передачи, изображенными на фиг.8, а также вместе с наглядными принимаемыми и передаваемыми последовательностями фрагментов пакетов, формируемых в результате использования способов, соответственно, приема и передачи.

На фиг.12 представлена схема типичных соединений с использованием многоуровневого протокола между различными элементами системы, изображенной на фиг.2.

На фиг.13 изображены типичные туннели для передачи данных по протоколу UDP/IP, соединяющие MWT и наземный контроллер системы, показанной на фиг.2

На фиг.14 представлена функциональная схема типичного контроллера MWT, относящегося к системе, изображенной на фиг.2.

На фиг.15 представлена блок-схема типичной компьютерной системы, реализующей способы в соответствии с настоящим изобретением.

I. Типичная спутниковая система

На фиг.1A изображена типичная система 100 спутниковой связи, подходящая для использования с вариантами осуществления настоящего изобретения. Перед подробным описанием вариантов осуществления изобретения целесообразно дать описание системы 100 связи, чтобы создать условия для более глубокого понимания настоящего изобретения. Систему 100 связи, в принципе, можно разделить на несколько подсистем 101, 102, 103 и 104. В настоящем описании подсистему 101 называют космическим сегментом, подсистему 102 - пользовательским сегментом, подсистему 103 - наземным сегментом, а подсистему 104 называют телефонной системой или инфраструктурным сегментом сети передачи данных. Типичная система 100 спутниковой связи содержит в общей сложности 48 спутников 120, например, на низкой околоземной орбите (LEO) высотой 1414 км. Спутники 120 выведены на такие орбиты, чтобы обеспечивать обслуживание приблизительно всей земной поверхности, при этом целесообразно, чтобы в любой данный момент времени по меньшей мере два спутника находились в зоне видимости любого конкретного пользователя, находящегося между приблизительно 70 градусами южной широты и 70 градусами северной широты. При этом пользователь может связываться практически с любой точкой или из любой точки на земной поверхности в пределах зоны обслуживания узловой станции (GW) 180, соответственно, из любой точки или с любой точкой на земной поверхности (с помощью телефонной сети общего пользования (PSDTN)) через по меньшей мере одну узловую станцию 180 и по меньшей мере один спутник 120, возможно, также с использованием участка телефонной системы и инфраструктурного сегмента 104 сети передачи данных.

Следует отметить, что предшествующее и последующее описание системы 100 приведено всего на одном примере системы связи, который может быть достаточно информативным для изучения настоящего изобретения. То есть конкретные особенности системы связи нельзя рассматривать или толковать в ограничительном смысле применительно к практике осуществления настоящего изобретения. Допустимо использование спутников и их группировок другого типа, включая элементы на средних околоземных орбитах и геостационарных орбитах, или других подвижных источников или приемников (например, самолетов и поездов), которые также нуждаются в передаче данных.

Система 100 благодаря плавному исполнению перехода (переключения) между спутниками 120, а также между отдельными лучами из 16 лучей, передаваемых каждым спутником, обеспечивает ненарушаемую связь с использованием технологии CDMA с расширенным спектром (SS-CDMA). В настоящее время предпочитают технологию SS-CDMA, регламентированную временным стандартом TIA/EIA/IS-95-A "Mobile Station-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System", выпущенным в июле 1993 г., но можно использовать и другие технологии связи с расширенным спектром и CDMA и протоколы или даже некоторые типы систем связи с многостанционным доступом с временным разделением каналов (TDMA). Кроме систем сотовой связи CDMA, регламентированных стандартом IS-95, выпущенным Ассоциацией промышленности средств коммуникации и Ассоциацией электронной промышленности (TIA/EIA), известны комбинированные системы AMPS (перспективная служба радиотелефонной связи с подвижными объектами) и CDMA, регламентированные стандартом TIA/EIA IS-98. Описания других систем связи содержат стандарты Международная система мобильной связи - 2000/Универсальная система мобильной связи или IMT-2000/UM, относящиеся к системам, называемым широкополосной CDMA (WCDMA), cdma2000 (например, стандарты cdma2000 1x-rstt cdma2000 1x, 3x, или стандарты MC) или TD-SCDMA. Системы спутниковой связи также используют данные или аналогичные известные стандарты.

Использование низких околоземных орбит позволяет стационарным, портативным или мобильным маломощным абонентским радиотерминалам 130 осуществлять связь со спутниками 120, каждый из которых действует, например, как ретранслятор («трубное колено»), принимающий информационный радиосигнал (например, речевой сигнал и/или данные) от абонентского терминала 130 или от узловой станции, преобразует, при необходимости, принятый информационный радиосигнал по частоте в другой частотный диапазон, а затем ретранслирует преобразованный сигнал.

Пользовательский сегмент 102 может содержать множество разнотипных абонентских терминалов 130, которые предназначены для связи со спутниками 120. Каждый абонентский терминал 130 содержит или включает в себя, например, совокупность разнотипных стационарных и мобильных абонентских терминалов, включая, без ограничения, сотовый телефон, беспроводной микротелефон, приемопередатчик данных, приемник пейджинговой связи или системы местоопределения, или мобильные радиотелефоны. Кроме того, каждый из абонентских терминалов 130 может быть, по требованию, ручным, переносным или бортовым (установленным, в том числе, на борту легковых и грузовых автомобилей, судов, железных дорог и самолетов) или стационарным. Например, на фиг.1 изображены абонентские терминалы 140 в виде ручных устройств, абонентские терминалы 150 в виде бортовых устройств и абонентские терминалы 160 в виде устройств пейджинговой связи и приема сообщений и стационарных радиотелефонов. Устройства радиосвязи в составе некоторых систем связи иногда называют также абонентскими терминалами, мобильными станциями, мобильными установками, абонентскими установками, мобильными радиостанциями или радиотелефонами, беспроводными установками, или просто «пользователями», «абонентами», «терминалами» и «мобильными пользователями», в зависимости от предпочтения. Пользовательские терминалы 130 обычно оборудованы всенаправленными антеннами 130A для двухсторонней связи по меньшей мере через один из спутников 120. Каждая из антенн 130A может быть антенным узлом, содержащим раздельные передающие и принимающие антенны.

Как видно из фиг.1B, абонентские терминалы 130 могут работать в дуплексном режиме и осуществлять связь, например, по радиолиниям L-диапазона (восходящая или обратная радиолиния 170B) и радиолиниям S-диапазона (нисходящая или прямая радиолиния 170A), через спутниковые ретрансляторы 120A и 120B, соответственно, обратной и прямой линий радиосвязи. Обратные радиолинии L-диапазона 170B могут работать в частотном диапазоне 1,61-1,625 ГГц в полосе частот 16,5 МГц и используют модуляцию пакетированными цифровыми речевыми сигналами и/или сигналами данных в соответствии с целесообразным способом разнесения сигнала по спектру. Прямые радиолинии S-диапазона 170A могут работать в частотном диапазоне 2,485-2,5 ГГц в полосе частот 16,5 МГц.

Сигналы в прямых радиолиниях 170A также модулируются в узловой станции 180 пакетированными цифровыми речевыми сигналами и/или сигналами данных в соответствии с целесообразным способом разнесения сигнала по спектру. Полоса частот 16,5 МГц прямой радиолинии 170A делится на 16 лучей с 13 подлучами, формирующими, в итоге, 208 частотно-уплотненных каналов, каждый из которых дополнительно вмещает около 128 кодовых каналов, при этом одному пользователю распределен один кодовый канал прямой радиолинии, плюс пилот-сигналы и т.д. Обратная радиолиния может иметь разные полосы частот, и данному абонентскому терминалу 130 может или не может быть распределен канал, отличающийся от канала, распределенного в прямой радиолинии.

Наземный сегмент 103 содержит по меньшей мере одну, но обычно несколько узловых станций 180, которые осуществляют связь со спутниками 120 с использованием, например, дуплексной радиолинии C-диапазона 190 (прямая радиолиния 190A (к спутнику), обратная радиолиния 190B (от спутника)), которая функционирует в частотном диапазоне обычно выше 3 ГГц и, в предпочтительном варианте, в C-диапазоне. Радиолинии C-диапазона служат двунаправленными магистральными радиолиниями связи, а также для передачи команд управления спутниками на спутники и телеметрической информации от спутников. Прямая магистральная радиолиния 190A может функционировать в полосе частот 5-5,25 ГГц, а обратная магистральная радиолиния 190B может функционировать в полосе частот 6,875-7,075 ГГц. Например, через любой данный спутник из группировки спутников 120 может осуществляться несколько тысяч дуплексных обменов информацией. В соответствии со свойствами системы 100 каждый из по меньшей мере двух спутников 120 может передавать одно и то же сообщение между данным абонентским терминалом 130 и одной из узловых станций 180.

Следует подчеркнуть, что все частоты, полосы частот и т.д., приведенные в настоящем описании, характеризуют только одну конкретную систему. Можно применить другие частоты и полосы частот без изменения рассматриваемых принципов. В одном, приведенном только для примера случае магистральные радиолинии связи спутников с узловыми станциями могут использовать частоты в полосе, отличающейся от C-диапазона (приблизительно 3 ГГц - приблизительно 7 ГГц), например, в Ku-диапазоне (приблизительно 10 ГГц - приблизительно 15 ГГц) или в Ka-диапазоне (выше, чем приблизительно 15 ГГц).

Узловые станции 180 предназначены связывать бортовую аппаратуру связи или ретрансляторы 120A и 120B (фиг.1B) спутников 120 с телефонной системой и инфраструктурным сегментом 104 сети передачи данных. Сегмент 104 содержит телефонные сети 192 и сети 194 передачи данных, которые могут быть также взаимосвязаны с телефонными сетями или соединены непосредственно с узловыми станциями и базовыми станциями. Телефонные сети 192 содержат частные телефонные системы и телефонные системы общего пользования, например PSTN. Телефонные сети 192 связаны с компьютерными терминалами 195 и телефонами 196. Сети 194 передачи данных содержат локальные и глобальные сети передачи данных с пакетной коммутацией, например Internet и Intranet. Сети 194 передачи данных связаны с компьютерными терминалами 197.

Как видно из фиг.1A, составляющими наземного сегмента 103 являются Центр 136 управления полетами спутников (SOCC) и Центр 138 управления наземными операциями (GOCC). Предусмотрен тракт связи, который содержит наземную сеть 139 передачи данных (GDN) для связи между узловыми станциями 180, SOCC 36 и GOCC 38 наземного сегмента 103. Данная составляющая системы 100 связи обеспечивает функции общего управления системой.

II. Общее описание системы

На фиг.2 представлена блок-схема типичной системы 200, предназначенной для объединения нескольких каналов спутниковой связи с кодовым разделением каналов с многостанционным доступом с целью обеспечения средне- и высокоскоростных передач данных. Система 200 содержит мобильную составляющую 202, по меньшей мере один спутник 120 и наземную составляющую 204. В типичной конфигурации мобильная составляющая 202 установлена на подвижной платформе, например на самолете. Однако при использовании вариантов осуществления настоящего изобретения можно применять и другие виды транспорта, например поезда, суда, автобусы или узкоколейные или монорельсовые городские транспортные средства.

Мобильная составляющая 202 содержит MWT 206, связанный с сетью 208 передачи данных по линии 210 связи, например линии Ethernet, радиолинии на базе Bluetooth или с использованием радиопередающей системы, работающей по протоколам, регламентированным стандартами 802.11 (IEEE). С сетью 208 передачи данных связаны по меньшей мере два компьютерных терминала 212a-212n. Системы допускают также применение карманных или портативных компьютеров с радио- или проводными модемами, персональными электронными помощниками (PDA), факсами и другими устройствами передачи данных, включая, без ограничений, игровые устрой