Способ прогнозирования передач от ячейки к ячейке для спутниковой ячеистой системы связи

 

Предлагается способ прогнозирования передач от ячейки к ячейке мобильного абонента для спутниковой ячеистой системы связи. Каждый из множества спутников проецирует ряд лучей или ячеек на Землю для установления связи с мобильным абонентом. Спутник передает линии связи от одной ячейки к другой по мере своего движения над мобильным абонентом. Поскольку движение спутника стабилизировано по трем направлениям, то проецирование лучей или ячеек точно следует по прогнозируемому маршруту по поверхности Земли. Каждый спутник перемещается поперек Земли в одном направлении. После определения местонахождения мобильного абонента в пределах одной ячейки можно будет на основе географической позиции определить следующую ячейку, в которую передает вызов мобильный абонент. С помощью вычисления частот появления ошибок по битам можно будет определить дополнительную позицию местонахождения тех мобильных абонентов, которые находятся близко от границ между ячейками. Результаты этих вычислений частоты появления ошибок по битам будут указывать на идентичность ячейки, которая должна принимать передачу от мобильного абонента, что является техническим результатом. 14 з.п. ф-лы, 4 ил.

Настоящее изобретение относится к передаче информации от ячейки к ячейке по спутниковым системам, а в более узком смысле изобретение относится к способу прогнозирования передач от ячейки к ячейке по спутниковой ячеистой системе.

Наземные ячеистые телефонные системы осуществляют передачи вызовов от ячейки к ячейке мобильных абонентов в течение сеанса связи. Эти наземные ячеистые телефонные системы проецируют ряд смежных ячеек на всем протяжении какого-то географического района Земли. Расположенная примерно по центру ячейки антенна осуществляет прием и передачу сигналов от мобильных абонентов. Размер каждой ячейки в наземных ячеистых системах выполняется таким, чтобы находящийся в автомобиле или в каком-либо ином средстве передвижения мобильный абонент мог свободно передвигаться от одной ячейки через ряд других ячеек за относительно короткий промежуток времени. По мере переезда мобильного абонента из одной ячейки в другую используется процедура передачи вызовов. Система коммутации указывает мобильному абоненту момент, когда необходимо изменить частоты какого-то канала, который был использован в первой ячейке, и перейти на новую частоту нового канала, который будет использован во второй ячейке.

Поскольку имеется несколько сопряженных ячеек, к которым может перемещаться мобильный абонент, то просто необходимо иметь какой-то способ определения, в какую ячейку абонент должен передать вызов. Если абонент передает вызов с использованием новой частоты в неправильную ячейку, тогда вызов мобильного абонента будет просто пропадать, а сам абонент будет отсоединяться от телефонной линии связи. Как правило, принятия решений относительно передачи вызова основываются на результатах измерения амплитуды сигнала, полученного от мобильного абонента. Одна такая наземная ячеистая телефонная система описана в патенте США N 4654879, выданном 31 марта 1987 на имя С.Голдмана.

В спутниковых системах связи проецируемые на Землю ячейки будут значительно больше ячеек наземных систем связи. Кроме того, спутник перемещается очень быстро, в силу чего абоненты должны будут передавать информацию от одной ячейки в следующую значительно более чаще, чем наземные системы.

Следовательно, целью настоящего изобретения является создание способа оптимизирования передач вызова от ячейки к ячейке по спутниковой ячеистой системе связи.

Для достижения поставленной настоящим изобретением цели предлагается новый способ прогнозирования передач вызова от ячейки к ячейке для спутниковой ячеистой системы связи.

Именно поэтому настоящее изобретение предлагает способ прогнозирования передачи вызовов от ячейки к ячейке мобильного абонента для спутниковой системы связи, причем упомянутый спутник включает в себя множество ячеек, каждая из которых облегчает связь с упомянутым абонентом, а также процессор для реализации предложенного способа прогнозирования передач от ячейки к ячейке, а сам спутник будет постоянно находиться на орбите вокруг Земли, отличающийся тем, что этот способ содержит этап (а) определения позиции мобильного абонента, когда он находится в пределах первой ячейки спутника, (б) выбор второй ячейки спутника, причем эта вторая ячейка будет находиться или ориентирована в направлении движения спутника, чтобы следующая ячейка позиционировалась над мобильным абонентом, и этап (в) осуществления передачи вызова упомянутого абонента от первой ячейки во вторую ячейку.

Кроме того, настоящее изобретение предусматривает разработку способа прогнозирования передачи вызовов от ячейки к ячейке мобильного абонента для спутниковой системы связи, при этом сам спутник включает в себя множество ячеек, каждая из которых предназначена для облегчения установления связи с абонентом, и процессор для реализации предложенного способа прогнозирования передач вызова от ячейки к ячейке, а упомянутый спутник будет постоянно находиться на орбите Земли, причем предлагаемый способ прогнозирования передач от ячейки к ячейке мобильного абонента для спутниковой ячеистой системы связи содержит этап определения позиции мобильного абонента, когда он находится в пределах первой ячейки спутника; этап второго определения частоты появления ошибок по битам для передач мобильным абонентом для заданного количества ячеек; этап выбора второй ячейки спутника, причем эта вторая ячейка будет находиться в направлении движения самого спутника, чтобы следующая ячейка устанавливалась над мобильным абонентом, причем, если частота появления ошибок по битам будет меньше или равна пороговому значению, тогда очередной выбор второй ячейки основывается на значении частот появления ошибок по битам, если же частота появления ошибок по битам будет больше порогового значения, тогда осуществляется передача вызова от первой ячейки ко второй ячейке.

Прочие признаки и преимущества (на) предпочтительного варианта настоящего изобретения станут более очевидными и понятными из нижеследующего детального описания, которое сопровождается ссылками на следующие чертежи, на которых: Фиг. 1 - совокупность спутников, движущихся по орбитам Земли.

Фиг. 2 - детальное изображение спутника, проецирующего 37-ми лучевую ячеистую диаграмму направленности на Землю.

Фиг. 3 и 4 - схематическое изображение последовательности осуществления способа прогнозирования передач спутником сигналов от ячейки к ячейке.

На фиг. 1 показаны спутники, которые совершают орбитальный облет Земли на низкой орбите. В предпочтительном варианте изобретения используется 77 спутников, которые совершают орбитальный облет Земли в определенной совокупности. В данном случае может быть семь по существу полярных плоскостей орбитальных спутников. Каждая плоскость спутников включает в себя одиннадцать спутников.

На фиг. 1в показаны некоторые из этих орбитальных спутников. Каждый из этих орбитальных спутников перемещается по направлению вверх от Северного полюса к Южному полюсу, когда они пересекают Западное полушарие Земли. Это перемещение в известном направлении вынуждает ячейки спутника перемещаться над каким-то специфическим местом на Земле или над мобильным абонентом прогнозируемым образом. Показанные на фиг. 1 спутники перемещаются со скоростью примерно в 17000 миль в час (одна миля = 1609 метров). Благодаря этой скорости спутники перемещаются значительно быстрее, чем находящийся на Земле абонент. Поскольку спутник проецирует на Землю несколько лучей или ячеек, то ряд этих ячеек будет перемещаться над мобильным абонентом в момент установления связи с абонентом.

На фиг. 2 показана ячеистая диаграмма направленности, которая проецируется показанным на фиг. 1 спутником. Эта ячеистая диаграмма направленности может располагаться таким образом, чтобы она была равна по диаметру примерно 250 морским милям (одна морская миля = 1852 м). Для перемещения каждой ячейки над находящимся в относительно неподвижном положении мобильным абонентом обычно требуется около 130 секунд. Вся показанная на фиг. 2 ячеистая диаграмма направленности перемещается над каким-то специфическим мобильным абонентом в течение примерно 700-800 секунд.

Еще раз обратимся к фиг. 1, где ясно видно, что перемещение мобильного абонента по Земле (даже если он находится в быстро летящем реактивном самолете) происходит с такой скоростью, что она будет исключительно незначительной (и ею можно пренебречь) по сравнению с вектором скорости в 17000 миль/час для спутника. В результате этого движение или вектор скорости абонента в пределах одной ячейки будет оказывать лишь небольшое влияние на общее движение или общий вектор скорости спутника. Движение мобильного абонента будет очень незначительным по сравнению с движением спутника. В результате этого ячеистая диаграмма направленности спутника будет перемещаться над мобильным абонентом прогнозируемым образом. Например, показанные на фиг. 1 мобильные абоненты A и B (в Северной и в Южной Америке соответственно) будут иметь в какой-то специфический момент времени перемещающиеся над ними в направлении с юга на север ячеистые диаграммы направленности. В Западном полушарии спутники будут также перемещаться в известном направлении. Это будет направлением с севера на юг. И тем не менее, поскольку Земля вращается, то указанные направления будут изменяться, однако направление движения ячеек над Землей можно будет всегда предсказать.

Теперь обратимся еще раз к фиг. 2, где спутник 10 показан в момент проецирования ячеистой диаграммы направленности 18 на Землю. Ячеистая диаграмма направленности 18 образуется с помощью антенной системы 14 самого спутника. Спутник 10 также включает в себя систему процессора (не показана) для реализации способа прогнозирования. Здесь показана одна такая антенная система, которая детально описывается в нашей одновременно рассматриваемой заявке, озаглавленной "Многолучевая могущая использоваться в космосе антенная система".

В целях лучшей иллюстрации допустим, что спутник 10 перемещается по направлению 30. Мобильные абоненты в пределах диаграммы направленности 18 имеют свои собственные запросы на связь через спутник 10. На фиг. 2 можно видеть, что каждая ячейка, например ячейка 20 ячеистой диаграммы направленности, будет иметь коническую форму или будет представлена конической ячейкой. Поскольку спутник 10 находится на орбите вокруг Земли, что каждая из ячеек диаграммы направленности 18 будет непрерывно перемещаться. Это явно находится в контрасте с наземными ячеистыми телефонными системами, в которых ячейки будут неподвижными, а мобильные абоненты перемещаются через ячейки. Передачи вызовов в наземных ячеистых системах основываются на обнаружении амплитуды передаваемых мобильным абонентом сигналов.

Поскольку спутник 10 имеет уже известное направление движения 30, то находящийся в данный момент в луче ячейки 24 мобильный абонент 22 будет передавать вызов из ячейки 24 в ячейку 26. После этого ячейка 26 будет передавать вызов мобильного абонента 22 в ячейку 28. Наконец, мобильный абонент 22 будет иметь свой вызов, переданный от ячейки 28 в ячейку 30 в тот момент, когда спутник 10 полностью проходит над точкой расположения мобильного абонента 22.

На фиг. 2 ясно видно, что поскольку нам известно местонахождение мобильного абонента 22 и известно также направление движения 30 спутника 10, то можно легко и просто определить (т.е. составить прогноз), какая ячейка будет передавать вызов абонента 22. Кроме того, необходимо также подчеркнуть, что передвижение абонента 22 не идет ни в какое сравнение с движением спутника 10. И тем не менее, если абонент 22 располагается близко от границы ячейки 24, тогда движение спутника 10 могло создать ситуацию, в которой его передача связи будет обрабатывать смежные ячейки 20 или 32. В подобных ситуациях сам спутник 10 должен решать, будет ли абонент 22 находиться ближе к границе 21 между ячейками 20 и 24 или же он будет ближе к границе 31 между ячейками 32 и 24. Чтобы принять такое решение спутник 10 запрашивает передачи данных от мобильного абонента 22, чтобы на периодической основе определять частоту появления ошибки по биту (BER). После неоднократного определения частоты появления ошибки по биту процессор спутника может определить, находится ли абонент 22 ближе к границе 21 или к 31. Чтобы определить частоту появления ошибки по биту, спутник 10 опрашивает мобильную ячеистую телефонную сеть абонента 22. Мобильный абонент 22 имеет свою телефонную связь, которая реагирует на упомянутые запросы сообщениями, в которых содержится известная вступительная часть (заголовок) или битовый поток из H битов. Поскольку скорость срабатывания канала каждого мобильного абонента равна приблизительно 6 килобайтам в секунду, то спутник может заставить эту известную вступительную часть передаваться несколько раз, чтобы получить достаточное количество переданной информации для вычисления частоты появления ошибок по биту. Благодаря этому спутник может предсказать ситуацию, когда мобильный абонент 22 будет ближе к границе, например границе 21 или 31, ячейка которой, например ячейки 20 или 32 соответственно, передает вызов абоненту 22.

Теперь обратимся к фиг. 3 и 4, на которых схематически показаны последовательности выполнения операций по способу прогнозирования передачи вызова от ячейки к ячейке. Реализация этого способа начинается с введения блока 50. Прежде всего спутник запрашивает от мобильной станции абонента (блок 50) N-битовую вступительную часть. После установления спутником связи с мобильным абонентом, спутник запрашивает по каналу командной связи, чтобы мобильная станция послала вступительную часть из N битов к спутнику. Эта вступительная часть может содержать поток длиной в 16, 32 и т.д. битов, и причем длина этого битового потока заранее определяется спутником и мобильной станцией. Например, вступительная часть может быть представлена 32-х битовым потоком с чередующимися нулями и единицами.

После получения спутником вступительной части он будет определять, имеется ли в его распоряжении достаточное количество переданных битов, чтобы определить частоту появления ошибок по битам (блок 52). Канал передачи данных между спутником 10 и мобильным абонентом 22 (см. фиг. 2) обычно работает со скоростью 6 килобайт в секунду. Следовательно, вступительную часть можно посылать несколько раз, чтобы спутник 10 имел в своем распоряжении достаточное количество битов для определения частоты появления ошибок по биту. Как правило, для определения частоты появления ошибок по битам требуются тысячи битов. Если спутник не имеет достаточное количество битов для определения частоты появления ошибок по битам, тогда от блока 52 к блоку 50 образуется N маршрут, по которому спутник вновь запрашивает передачу вступительной части из N битов. После получения достаточного для опдеделения частоты появления ошибок по битам количества битов от блока 52 до блока 54 образуется маршрут Y.

Блок 54 устанавливает, находится ли частота появления ошибок по битам ниже какого-то конкретного порогового значения или нет. Пороговое значение для частоты появления ошибок по битам может устанавливаться на уровне примерно 10^-5. Частота появления ошибок по битам на уровне 10^-5 указывает на то, что частота появления ошибок по битам равна приблизительно нулю и что мобильный абонент 22 находится точно в пределах границ, допустим, ячейки 24. Это пороговое значение можно устанавливать на любом одном из нескольких специфических уровней, поскольку в данном случае не требуется очень точное измерение. И тем не менее, частоты появления ошибок по битам порядка 10^-2 или 10^-3 обычно указывают высокую частоту появления ошибок по битам. Если частота появления ошибок по битам находится ниже порогового значения, тогда блок 54 передает сигнал управления по Y маршруту непосредственно в блок 56. Блок 56 устанавливает факт нахождения абонента B точно в пределах границ обрабатываемой в данный момент ячейки. Далее блок 56 устанавливает, что передача данных от этой ячейки может осуществляться в результате простого определения местонахождения позиций, поскольку нам уже известно направление 30 движений спутника 10. После этого блок 56 передает функцию управления блоку 68, который и выполняет передачу данных от ячейки к ячейке.

Затем блок 54 передает функцию управления блоку 58. Если частота появления ошибок по битам превышает пороговое значение, то это указывает на то, что мобильный абонент 22 находится около границы, например границы 21 или границы 31. В результате этого возникает необходимость повторно измерить частоты появления ошибок по битам самого абонента (блок 58).

Теперь блок 60 определяет, находится ли частота появления ошибок по битам ниже порогового значения или нет. Если новая частота появления ошибок по битам будет ниже порогового значения, тогда блок 60 передает функцию управления через маршрут Y в блок 56 и последующая обработка продолжается как и в ранее описанном случае. Это указывает на то, что перемещение спутника 10 и абонента 22 ужу является токовым, что абонент в данном случае находится целиком и полностью в пределах границ ячейки 24. Следовательно, теперь уже блок 56 может осуществлять функцию определения следующей последовательной ячейки, которая будет принимать вызов от мобильного абонента 22 по описанной выше схеме. Например, в рассматриваемой ситуации вызов от абонента 22 будет передаваться от ячейки 24 в ячейку 26. После этого блок 56 передает функцию или сигнал управления блоку 68, в котором исполняется передача и заканчивается процесс обработки вызова.

Если новая частота появления ошибок по битам превышает пороговое значение, тогда блок 60 будет передавать функцию управления блоку 62 через N маршрут. Это свидетельствует о том, что абонента все еще находится около границы ячейки 24. Блок 62 сравнивает первую частоту появления ошибок по битам с новой частотой появления ошибок по битам. На основе результатов этого сравнения блок 64 устанавливает, какая пограничная ячейка будет находиться на минимальном расстоянии от абонента 22. Другими словами, блок 64 определяет, находится ли абонент около границы 21 между ячейками 24 и 20 или около границы 31 между ячейками 32 и 24.

И, наконец, выполняем прогнозирование относительно того, какая ячейка должна принимать передачу вызова и в какой конкретный момент времени необходимо будет осуществить передачу вызова в блок 66. После этого блок 68 осуществляет передачу вызова и операция на этом заканчивается.

Как это ясно из приведенного выше описания, в данном случае оптимизируется способ передачи вызова от ячейки к ячейке, причем сама передача вызова приобретает форму потока. Для подавляющей части мобильных абонентов их вызовы будут передаваться от одной ячейки в другую с помощью или на основе простого способа определения местонахождения позиции. Другими словами, абонент должен будет находиться точно в пределах границ какой-то ячейки и поэтому передачу вызова можно осуществлять непосредственным или прямым образом, поскольку нам уже известно направление движения 30 спутника 10. В описанном примере вызов абонента 22 будет передаваться от ячейки 24 в ячейку 26, а затем в ячейку 28 и в конечном итоге в ячейку 30.

В тех ситуациях, когда абонент находится около границы для определения местонахождения абонента, используется частота появления ошибок по битам, и именно поэтому следующая ячейка будет принимать вызов абонента. Благодаря этому спутник 10 будет способен точно предсказать, какая ячейка будет следующей для приема вызова абонента, причем это гарантируется тем фактом, что в данном случае используется какая-то оптимальная комбинация частоты появления ошибок по битам и позиционное определение местонахождения. Это явно контрастирует с практикой работы наземных станций, когда для определения передачи вызова от ячейки к ячейке используется амплитуда сигнала абонента. Описанный выше способ обеспечивает значительно меньшую степень потери вызовов, чем это гарантируют обычные наземные системы.

Хотя выше был описан и проиллюстрирован предпочтительный вариант настоящего изобретения, однако всем специалистам в данной области совершенно ясно, что в данном случае допускаются многочисленные модификации предложенного варианта изобретения без отхода от сущности и объема прилагаемых пунктов формулы изобретения.

Формула изобретения

1. Способ прогнозирования передач от ячейки к ячейке подвижного абонента для спутниковой системы связи, содержащей спутник, находящийся на околоземной орбите и снабженный процессором для осуществления передач от ячейки к ячейке, заключающийся в том, что спутник проецирует на Землю множество ячеек, предназначенных для осуществления связи с подвижными абонентами, отличающийся тем, что определяют координаты местоположения подвижного абонента, находящегося в первой ячейке спутника, определяют следующую ячейку спутника в направлении движения спутника в качестве следующей ячейки, в которой будет находиться подвижный абонент, и выполняют передачу подвижного абонента от одной ячейки к следующей ячейке, когда подвижный абонент находится вблизи от границы указанной следующей ячейки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно определяют коэффициент разрядных ошибок при передаче между подвижными абонентами для заранее заданного числа ячеек, выбор следующей ячейки осуществляют на основании значения коэффициентов разрядных ошибок и осуществляют передачу подвижного абонента от одной ячейки к следующей ячейке.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что определяют коэффициент разрядных ошибок для передачи между подвижными абонентами для заранее заданного числа ячеек, избирательно осуществляют выбор следующих ячеек и передачу подвижного абонента после определения нахождения подвижного абонента вблизи от границы другой ячейки спутника.

4. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что при выборе следующей ячейки выбор значений коэффициентов разрядных ошибок осуществляют путем нахождения минимального значения из коэффициентов разрядных ошибок.

5. Способ по п.2, или 3, или 4, отличающийся тем, что при выборе значений коэффициента разрядных ошибок для следующей ячейки спутник запрашивает сигнал на передачу подвижным абонентом сообщения заранее определенной длины на спутник, осуществляют передачу подвижным абонентом сообщения заранее заданной длины на спутник, прием указанных сообщений спутником и определение на спутнике наличия любых разрядных ошибок в принятом сообщении заранее заданной длины.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что при выборе коэффициента разрядной ошибки для следующей ячейки дополнительно определяют число сообщений для определения коэффициента разрядных ошибок и, если число сообщений недостаточно, повторно формируют с помощью спутника сигнал для передачи подвижным абонентом сообщения заранее заданной длины, которое принимается на спутнике.

7. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем, что дополнительно определяют коэффициент разрядных ошибок сообщений и сравнивают его с заранее заданным пороговым значением.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что осуществляют выбор следующей ячейки, расположенной в направлении движения спутника, если значение коэффициента разрядных ошибок меньше, чем пороговое значение.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что при выборе следующей ячейки на основании значений коэффициентов разрядных ошибок определяют второй коэффициент разрядных ошибок подвижного абонента, когда первый коэффициент разрядных ошибок больше, чем указанное пороговое значение.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что при выборе следующей ячейки по значениям коэффициентов разрядных ошибок определяют, меньше ли второй коэффициент разрядных ошибок, чем указанное заранее заданное пороговое значение, и выбирают следующую ячейку как ячейку, соответствующую второму коэффициенту разрядных ошибок, когда определено, что второй коэффициент разрядных ошибок меньше, чем указанное пороговое значение.

11. Способ по п. 9 или 10, отличающийся тем, что при выборе следующей ячейки на основании значений коэффициентов разрядных ошибок сравнивают указанные первый и второй коэффициенты разрядных ошибок и определяют местоположение подвижного абонента.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что при выборе следующей ячейки на основании значений коэффициентов разрядных ошибок определяют границу первой ячейки, являющуюся ближайшей к местоположению подвижного абонента.

13. Способ по любому из пп.1 - 12, отличающийся тем, что, во-первых, прогнозируют следующую ячейку на основании определения границы, являющейся ближайшей к местоположению подвижного абонента, а во-вторых, прогнозируют время, когда должна быть осуществлена передача от одной ячейки к следующей ячейке.

14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что при осуществлении передачи подвижного абонента от одной ячейки к следующей ячейке осуществляют указанную передачу от первой ячейки к следующей ячейке в указанное прогнозируемое время для поддержания спутником непрерывной связи с подвижным абонентом.

15. Способ по любому из пп.1 - 14, отличающийся тем, что находят направление движения вращающегося по орбите спутника по отношению к подвижному абоненту.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4