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

 

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Как показано на Фиг.2а, спутники в такой системе связи (100), включая спутники 116 и 118, проецируют лучи в виде "пятен" или "зон обслуживания" 210, которые перемещаются по поверхности Земли в соответствии с движением спутника по орбите. Зона обслуживания спутника состоит из одного пятна 210, сформированного рядом отдельных лучей 212, или суб-лучей, которые обычно проецируют в виде круга. В данном случае сформированное пятно 210 имеет один центральный луч в центре, окруженный рядом лучей 212. Однако специалисту в данной области техники понятно, что можно использовать различные диаграммы излучения лучей и различные размеры луча. Как дополнительно описано ниже, пользователь может перемещаться из положения Х в одном луче 212 в положение Y в соседнем луче 212 вдоль траектории, показанной линией 214. Это может происходить в результате либо перемещения оконечного устройства пользователя, либо перемещения луча, либо комбинации обоих действий.

Как правило, абоненты или пользователи системы 100 связи могут использовать тракты сигнала через спутники 116 и 118 тогда, когда их высота над горизонтом, измеренная по отношению к оконечному устройству пользователя, которое осуществляет поиск обслуживания связи, равна примерно 10 градусам или более. Однако тот угол, под которым осуществляют связь, зависит от того, находятся или нет в этом тракте препятствующие или ослабляющие сигнал объекты, а также от известных требований к системе или желательной минимальной частоты появления ошибок и уровня помех.

Как показано на Фиг.2б, в такой системе (100) связи, включающей в себя базовую станцию 112, базовые станции или узлы сотовой связи проецируют лучи или сигналы в ячейку 220, охватывающую заранее заданную зону обслуживания на поверхности Земли в соответствии с уровнем сигнала и рельефом местности. Ячейка 220 состоит из одной общей зоны охвата, которая образована посредством ряда отдельных лучей или сигналов, формирующих сектора 222, проекции которых обычно имеют форму клина. В данном случае ячейка 220 сформирована с использованием набора из шести секторов 222, не все из которых имеют одинаковую площадь или размер. Однако специалисту в данной области техники должно быть ясно, что можно использовать различные диаграммы излучения, сектора и размеры секторов. Как дополнительно описано ниже, пользователь может перемещаться из положения Х в одном секторе 222 в положение Y в соседнем секторе 222 вдоль траектории, показанной линией 224. Это может происходить в результате либо перемещения оконечного устройства пользователя, либо изменения зоны охвата сектора, либо комбинации обоих действий.

Примеры форм лучей и секторов показаны более подробно на Фиг.3а, Фиг.3б и Фиг.3в. На Фиг.3а и Фиг.3б показаны проекции сигналов системы спутниковой связи на поверхность Земли, а на Фиг.3в показана форма зоны охвата для разделенной на сектора ячейки, имеющей, как правило, форму круга. Однако в рамках изобретения при желании могут быть использованы и другие диаграммы излучения удлиненной или неправильной формы.

На Фиг.3а показан ряд лучей В1-В16 в диаграмме излучения или пятне 210, имеющем, как правило, форму круга. Пятно 210 имеет один центральный луч В1 в середине, который окружен шестью лучами В2-В7, а также девять дополнительных лучей В8-В16. Такая структура является "идеальной" и, как показано, имеет в точности прямые края и неперекрывающиеся зоны охвата соседних лучей. В этом примере соседние лучи работают в одной и той же полосе частот, а множество суб-лучей формируют диаграмму излучения той же самой формы с соответствующими областями охвата, которая накладывается на эту диаграмму излучения, причем каждый из них работает на различной частоте. Специалистам в данной области техники известен этот тип диаграммы излучения и используемые для формирования таких диаграмм способы выделения частот и кодов ПСШ.

Для специалистов в данной области техники сразу очевидно, что в действительности форма лучей является более округлой или эллиптической, и при их проецировании спутниковыми ретрансляторами или системами антенн они формируют более удлиненные или имеющие неправильную форму диаграммы излучения. Лучи или суб-лучи также создают перекрывающиеся области охвата, причем для того, чтобы уменьшить перекрытие зон охвата сигнала, энергию лучей при передаче обычно подбирают так, чтобы вблизи краев или границ она весьма быстро уменьшалась. Получающийся в результате этого вид диаграммы излучения, более строго отображающий эти эффекты, показан на Фиг.3б, где каждый из лучей показан в виде более круглого пятна, а соседние лучи имеют небольшие области перекрытия.

На Фиг. 3с показан ряд секторов S1-S6 в диаграмме излучения или ячейке 220, имеющей, как правило, форму круга. Показано, что, как известно в данной области техники, в результате проецирования сигналов ретрансляторами или системами антенн и влияния рельефа местности или строений эта ячейка имеет края неправильной формы. Показано, что сектора могут быть неодинаковыми по размеру и могут даже иметь соответствующие зоны охвата, которые корректируют при работе системы связи. Лучи или сигналы сектора также создают перекрытие границ секторов или областей охвата между соседними секторами, причем для того, чтобы уменьшить перекрытие зон охвата сигнала, энергию лучей при передаче обычно подбирают так, чтобы вблизи краев или границ она весьма быстро уменьшалась. Перекрывающиеся границы для соседних границ сектора показаны сплошными и пунктирными линиями. В этом примере в каждом из соседних секторов используют различные коды ПСШ или смещения кода посредством способа, который аналогичен спутниковым суб-лучам. Специалистам в данной области техники известны эти типы диаграмм излучения и используемые для формирования таких диаграмм способы выделения частот и кодов ПСШ.

На Фиг.4 показан примерный вариант приемопередатчика 400, используемого в оконечном устройстве 126 пользователя для обнаружения сигналов связи в лучах В1-В16. Такие приемопередатчики известны из предшествующего уровня техники и описаны в патентах, ссылки на которые приведены выше, например, в патенте США 35109390.

В приемопередатчике 400 используют по меньшей мере одну антенну 410 для приема сигналов связи, которые передают на аналоговый приемник 414, где осуществляют преобразование с понижением частоты, усиление и преобразовывают в цифровой вид. Для того чтобы дать возможность одной и той же антенне выполнять функции и передачи, и приема, обычно используют блок антенного переключателя (дуплексера) 412. Однако некоторые системы используют раздельные антенны для работы в различных частотных диапазонах передачи и приема.

Цифровые сигналы связи с выхода аналогового приемника 414 передают по меньшей мере на один цифровой приемник 416А данных и, в предпочтительном варианте, по меньшей мере на один цифровой поисковый приемник 418. Для специалистов в данной области техники очевидно, что в зависимости от приемлемого уровня сложности блока могут применяться и дополнительные цифровые приемники 416B-416N данных для получения требуемых уровней разнесения сигнала или приема множества сигналов. Для осуществления более сложных способов сбора данных сигнала или его поиска также могут быть использованы дополнительные поисковые приемники.

С приемниками 416A-416N данных и поисковым приемником 418 соединен, как минимум, один управляющий процессор 420 оконечного устройства пользователя. Помимо других функций, управляющий процессор 420 обеспечивает основную обработку сигнала, управление тактированием мощностью и переключением каналов связи либо координацию этих функций и выбор частот, используемых для несущих сигнала. Другой основной функцией управления, часто выполняемой управляющим процессором 420, является выбор или манипулирование последовательностями кодов ПСШ или ортогональными функциями, используемыми для обработки сигналов связи. Обработка сигнала управляющим процессором 420 может включать в себя определение относительного уровня сигнала и определение различных параметров, относящихся к сигналу. Определение параметров сигнала, например, тактирования и частоты может включать в себя использование дополнительных или отдельных специализированных схем для повышения эффективности или скорости выполнения измерений либо улучшения распределения ресурсов управления обработкой. Например, на Фиг.4 показан блок 421 измерения уровня сигнала, который использует определенную информацию, имеющуюся в аналоговом приемнике, для определения уровня сигнала или мощности полного принятого аналогового сигнала. Также показано, что для измерения энергии или мощности конкретных принимаемых или демодулируемых сигналов блок 421 измерения использует выходные сигналы или имеющиеся данные от цифровых приемников данных и поисковых приемников.

Выходы приемников 416A-416N данных соединены с остальными цифровыми схемами 422 полосы модулирующих частот в оконечном устройстве пользователя. Цифровые схемы 422 полосы модулирующих частот пользователя включают в себя блоки обработки и индикации, используемые для передачи информации к пользователю оконечного устройства и от него. То есть блоки хранения данных или сигнала, например промежуточная или долговременная цифровая память; устройства ввода и вывода, например экраны дисплея, динамики, клавиатуры и телефонные трубки; блоки АЦП (аналого-цифрового преобразования), синтезаторы речи и другие блоки обработки речевых и аналоговых сигналов; и т.д., все вместе образуют составные части схем полосы модулирующих частот пользователя, использующие блоки известные в современном уровне техники. При использовании обработки сигнала с разнесением цифровые схемы 422 полосы модулирующих частот пользователя могут включать в себя устройство суммирования разнесенных сигналов и декодер. Некоторые из этих элементов могут также функционировать при управлении от управляющего процессора 420.

Когда речевые или другие данные подготовлены в виде выходного сообщения или сигнала связи, исходящего из оконечного устройства пользователя, то для приема, хранения, обработки и иной подготовки нужных для передачи данных используют цифровые схемы 422 полосы модулирующих частот пользователя. Цифровые схемы 422 полосы модулирующих частот пользователя подает эти данные на модулятор 426 передачи, работающий при управлении от управляющего процессора 420. Выходной сигнал модулятора 426 передают в устройство управления 428 мощностью, которое обеспечивает управление выходной мощностью усилителя 430 мощности передачи для окончательной передачи выходного сигнала с антенны 410 в шлюз или базовую станцию.

Информация или данные, соответствующие одному или большему числу измеренных параметров сигнала для получения сигналов связи, либо один или более сигналов совместного использования ресурсов, могут быть переданы в шлюз посредством множества известных на современном уровне техники способов. Например, эта информация может быть передана в виде отдельного информационного сигнала или добавлена к другим сообщениям, подготовленным цифровыми схемами 422 полосы модулирующих частот пользователя. В альтернативном варианте информация может быть введена в виде заранее заданных управляющих битов посредством модулятора 426 передачи или устройства 428 управления мощностью передачи, управление которыми осуществляют управляющим процессором 420, с использованием известных способов "перфорирования" или мультиплексирования.

Приемники 416A-416N данных и поисковый приемник 418 оснащены блоками корреляции сигнала для демодуляции и отслеживания конкретных сигналов. Поисковый приемник 418 применяют для поиска пилот-сигналов или других сигналов высокой мощности, имеющих относительно постоянную форму, а для демодуляции других сигналов, связанных с обнаруживаемыми пилот-сигналами, используют приемники 416A-416N данных. Однако для целей определения уровня сигнала может быть установлен такой режим, чтобы после сбора данных приемник 416 данных отслеживал пилот-сигнал для того, чтобы точно определить отношение энергии элемента сигнала к шумам. Для того чтобы получить значение уровня пилот-сигнала, осуществляют интегрирование энергии элементов пилот-сигнала по предварительно заданным интервалам времени, например, по периодам символов. Следовательно, энергию либо частоту пилот-сигнала или других сигналов можно определить, контролируя выходные сигналы этих блоков. В этих приемниках также используют блоки слежения за частотой и могут осуществлять контроль за их работой для подачи на управляющий процессор 420 текучей частоты и информации тактирования демодулируемых сигналов.

На Фиг.5 показан примерный вариант устройства 500 приема и передачи для использования в шлюзах 120 и 122. Такое устройство известно из уровня техники и описано в вышеупомянутых патентах. Например, работа устройства такого типа описана в патенте США 5103459 от 7 апреля 1992 г. на "Систему и способ для генерации сигналов в сотовом телефоне МДКР", права на который переданы патентовладельцу настоящего изобретения.

Часть шлюза 120, 122, показанного на Фиг.5, имеет один или более аналоговых приемников 514, соединенных с антенной 510 для приема сигналов связи, которые с использованием различных известных из уровня техники схем осуществляют преобразование с понижением частоты, усиление и преобразование в цифровой вид. В некоторых системах связи используют множество антенн 510. Преобразованные в цифровой вид сигналы с выхода аналогового приемника 514 подают в качестве входных сигналов по меньшей мере на один модуль 524 цифрового приемника, показанный пунктирной линией.

Каждый модуль 524 цифрового приемника соответствует блокам обработки сигнала, которые используют для управления связью между одним из оконечных устройств 124, 126 пользователя и базовой станцией 112 или шлюзом 120, 122, хотя из уровня техники известны и другие модификации. Один аналоговый приемник 514 может подавать входные сигналы на многие модули 524 цифрового приемника, а в шлюзах 120, 122 обычно используют несколько таких модулей для учета всех спутниковых лучей и возможных сигналов в режиме с разнесением, обрабатываемых в любой данный момент времени. Каждый модуль 524 цифрового приемника имеет один или более цифровых приемников 516 данных и, в предпочтительном варианте, по меньшей мере один цифровой поисковый приемник 518. Поисковый приемник 518, как правило, осуществляет поиск соответствующих режимов разнесения для сигналов, которые отличны от пилот-сигналов. В тех случаях, когда в системе связи осуществлен вариант с множеством приемников 516A-516N данных, их используют для приема сигнала с разнесением.

Выходные сигналы цифровых приемников 516 данных подают на последующие устройства 522 обработки полосы модулирующих частот, включающие в себя известные из уровня техники устройства, не показанные более подробно. Примерный вариант устройства для полосы модулирующих частот включает в себя устройства объединения разнесенных сигналов и декодеры для объединения многолучевых сигналов в один выходной сигнал для каждого пользователя. Примерный вариант устройства для полосы модулирующих частот также включает в себя схемы интерфейса для подачи выходных данных, обычно в цифровой коммутатор или в сеть. Часть устройства 522 обработки полосы модулирующих частот может состоять из множества других известных блоков, например синтезаторов речи, модемов для передачи данных и узлов цифровой коммутации данных и памяти, но не ограничивается ими. Эти элементы функционируют так, чтобы осуществлять управление передачей сигналов данных или ее адресацию в один или более передающих модулей 534.

Каждый из сигналов, предназначенных для передачи к оконечным устройствам пользователя, имеет связь с одним или большим числом соответствующих передающих модулей 534. Чтобы обеспечить обслуживание одновременно многих оконечных устройств 124, 126 пользователей и одновременно несколько спутников и лучей, в типичном шлюзе используют несколько таких передающих модулей 534. Ряд таких модулей может быть также использован и в базовой станции, хотя в базовых станциях в конструкциях модемов стремятся объединить функции передачи и приема как можно теснее. Количество передающих модулей 534, используемых в шлюзах 120, 122, определяется известными в данной области техники факторами, в том числе, сложностью системы, количеством спутников в пределах видимости, пропускной способностью для пользователей, выбранной степенью разнесения и т.д.

Каждый передающий модуль 534 включает в себя модулятор 526 передачи, который осуществляет модуляцию передаваемых данных с разнесением сигнала по спектру. Модулятор 526 передачи имеет выход, который соединен с цифровым устройством 528 управления мощностью передачи, который управляет мощностью передачи исходящего цифрового сигнала. С целью уменьшения помех и правильного распределения ресурсов цифровое устройство 528 управления мощностью передачи выдает минимальный уровень мощности, но при необходимости выдает уровни мощности, требуемые для компенсации ослабления в тракте передачи и других параметров передачи по тракту. В модуляторе 526 передачи для спектральной модуляции сигналов используют генератор 532 ПСШ. Генерация этого кода может также представлять собой функцию одного или нескольких управляющих процессоров или запоминающих устройств, используемых в шлюзе 122, 124 или в базовой станции 112.

Выходной сигнал устройства 528 управления мощностью передачи передают в сумматор 536, где его суммируют с выходными сигналами от других модуляторов или схем управления мощностью передачи. Эти выходные сигналы представляют собой сигналы, предназначенные для передачи к другим оконечным устройствам 124, 126 пользователя на той же самой частоте и в том же самом луче, что и выходной сигнал устройства 528 управления мощностью передачи. Выходной сигнал сумматора 536 подают на аналоговый передатчик 538 для осуществления цифроаналогового преобразования, преобразования с повышением частоты до соответствующей частоты ВЧ несущей, дополнительного усиления и подачи на одну или более антенн 540 для излучения его к оконечным устройствам 124, 126 пользователя. Антенны 510 и 540 могут представлять собой единые антенны, что обусловлено сложностью и конфигурацией системы.

С модулями 524 приемника, передающими модулями 534 и схемой 522 полосы модулирующих частот соединен по меньшей мере один управляющий процессор 520 шлюза; причем это блоки могут быть физически отделены друг от друга. Управляющий процессор 520 выдает командные и управляющие сигналы для осуществления таких функций, как обработка сигнала, генерация тактового сигнала, управление мощностью, управление переключением каналов связи, объединение разнесенных сигналов и сопряжение систем, но не ограничивается ими. Кроме того, управляющий процессор 520 осуществляет выделение кодов ПСШ расширения спектра сигнала последовательностей ортогональных кодов и конкретных передатчиков, и приемников для использования в абонентской связи.

Управляющий процессор 520 также управляет генерацией и мощностью пилот-сигнала, сигналов синхронизации и поискового канала, и их связью с устройством 528 управления мощностью передачи. Сигнал канала пилот-сигнала представляет собой просто сигнал, который не модулирован данными, и в качестве такого сигнала может быть использована повторяющаяся неизменяемая кодовая комбинация или же неизменная структура типа кадра (кодовая комбинация), введенная в модулятор 526 передачи. То есть ортогональная функция, называемая кодом Уолта, используемая для формирования канала пилот-сигнала, обычно имеет постоянное значение, например все единицы или все нули, или имеет вид известной повторяющейся кодовой комбинации, например структурированной кодовой комбинацией, состоящей из чередующихся единиц и нулей. В действительности это приводит к передаче только кодов ПСШ для расширения спектра сигнала, подаваемых из генераторов 532 ПСШ. Кроме того, не осуществляют управление мощностью пилот-сигнала. То есть для того, чтобы оконечные устройства пользователя смогли произвести точные измерения мощности сигнала, передачу пилот-сигнала осуществляют с предварительно выбранным фиксированным уровнем мощности, который не изменяют.

Хотя блоки модуля, например передающего модуля 524 или модуля 534 приема, могут быть соединены непосредственно с управляющим процессором 520, но обычно каждый модуль включает в себя свой конкретный для каждого модуля процессор, например процессор 530 передачи или процессор 521 приема, который осуществляет управление блоками этого модуля. Следовательно, в предпочтительном варианте осуществления управляющий процессор 520 соединен с процессором 530 передачи и процессором 521 приема так, как показано на Фиг.5. Таким образом, один управляющий процессор 520 может более эффективно управлять функционированием большого количества модулей и ресурсов. Процессор 530 передачи осуществляет управление генерацией и мощностью пилот-сигналов и сигналов поискового вызова, а также сигналов трафика и их соответствующей связью с устройством 528 управления мощностью. Процессор 521 приемника поиска осуществляет управление поиском, кодами ПСШ для расширения спектра для демодуляции и текущим контролем мощности принятого сигнала.

Для некоторых операций, например для управления мощностью совместно используемых ресурсов, шлюзы 120 и 122 осуществляют прием из оконечных устройств пользователя посредством сигналов связи такой информации, как, например, уровня принятого сигнала, результатов измерений частоты или других параметров принятого сигнала. Эта информация может быть получена процессорами 521 приема или блоками 523 измерения мощности принимаемого сигнала из демодулированных выходных сигналов приемников 516 данных. В альтернативном варианте эта информация может быть обнаружена по ее появлению в заранее заданных местах сигналов, контролируемых управляющим процессором 520 или процессорами 521 приема, и передана в управляющий процессор 520. Управляющий процессор 520 использует эту информацию (как описано ниже) для управления временной синхронизацией и частотой обрабатываемых сигналов, а также выделением цифровых приемников для сигналов пользователя.

Согласно Фиг. 2а, если оконечное устройство пользователя, первоначально находящееся в области, обслуживаемой или охватываемой лучом В10, вследствие движения либо спутника, либо оконечного устройства, перемещается в область, обслуживаемую лучом В15, то для того, чтобы избежать разрыва связи, необходимо для любого из активных или установленных каналов связи осуществить переключение каналов связи между двумя радиолучами. В этой ситуации фактически имеют место несколько переключений каналов связи, которые происходят одновременно между любыми двумя соседними лучами, поскольку последовательно пересекаются несколько лучей (В10, В2, В1/В7, В6). Более подробно это показано на Фиг.6а и Фиг.6б, где показано только несколько лучей, прилегающих к траектории движения оконечного устройства 122 пользователя или расположенных вдоль нее.

На Фиг.6а оконечное устройство 122 пользователя перемещается из точки Х в точку Y по траектории 610, представляющей собой прямую линию. На Фиг.6б меняющая направление траектория 620, по которой оконечное устройство 122 пользователя перемещается из точки Х в точку Y, имеет более изрезанный вид, пересекая дополнительный луч В16. Вид этой траектории зависит от множества известных факторов, например, если оконечное устройство пользователя перемещается, то от скорости и направления его движения по поверхности Земли относительно спутника, а также от орбиты спутника. Она является воспринимаемой траекторией движения или проекцией изменения местоположения оконечного устройства пользователя относительно диаграммы направленности луча. Если оконечное устройство пользователя находится в покое на поверхности Земли, то в результате перемещения лучей относительно оконечного устройства пользователя обычно получают траектории в виде прямых линий, за исключением изменений, вносимых локальными перемещениями спутника. Например, известно, что ориентацию спутника могут время от времени изменять, например, корректируя его поворот в горизонтальной плоскости, для учета сезонных изменений положения Земли и Солнца или для выставки навигационной системы. Движение оконечного устройства пользователя увеличивает или уменьшает крутизну траектории при движении параллельно направлению орбиты спутника и создает ее изрезанность при движении под углами к плоскости орбиты. Общие принципы изобретения и его применения остаются теми же самыми вне зависимости от формы траектории.

Как показано на Фиг.6а, оконечное устройство 122 пользователя сначала пересекает два луча В10 и В2. В окрестностях точки пересечения лучей входят в область перехода, в которой в месте нахождения оконечного устройства пользователя присутствуют оба соседних луча. То есть в этой области оконечное устройство пользователя может обнаружить наличие пилот-сигналов обоих лучей. В обычной схеме переключения каналов сотовой связи в оконечном устройстве пользователя для обнаружения нового пилот-сигнала при его получении используют поисковый приемник, а цифровому приемнику дают команду демодулировать сигналы, связанные с этим пилот-сигналом, так, чтобы мог быть установлен канал связи с "гибким переключением каналов связи". После того как новый канал связи установлен, оконечное устройство пользователя ждет до тех пор, пока оно не выйдет за пределы зоны охвата луча предыдущего пилот-сигнала (В10), а затем разъединяет канал связи, относящийся к этому пилот-сигналу.

К сожалению, как указывалось выше, в отличие от обычного многолучевого приема, прием сигналов с использованием этих двух лучей в канале прямой связи не дает никаких преимуществ. При обычном приеме сигнала с разнесением прием объединяемых далее сигналов осуществляют по различающимся траекториям распространения сигнала, либо от различных спутников, либо от различных отражений сигнала от поверхностей, и т.п. В этом случае траектории распространения в достаточной степени отличаются одна от другой с точки зрения времени, ослабления и иных влияний тракта для того, чтобы получить выигрыш от их объединения. Однако при передаче множества сигнальных лучей с единого спутника передачу сигналов осуществляют фактически по идентичным траекториям сигналов, а время прохождения сигналов почти одинаково. Следовательно, с точки зрения фазы и времени объединения этих разнесенных сигналов дает лишь небольшой выигрыш.

На самом деле, прием с разнесением двух лучей при связи по каналу прямой связи между спутником и оконечным устройством пользователя может различным образом ухудшать эффективность системы. Этот процесс связан с избыточным использованием доступных ресурсов. Во-первых, для передачи сигналов к оконечному устройству пользователя каждый луч спутника должен иметь определенную мощность. Во-вторых, в системах с ортогональными кодами в каждом луче используют, как минимум, один код для оконечного устройства пользователя. Однако поскольку отсутствует какой-либо выигрыш при обработке сигнала, то это соответствует потере мощности для спутника и потерям при использовании кода. Это приводит к снижению пропускной способности системы и возможности появления излишних помех сигнала.

На Фиг.6в приведен соответствующий пример для ячейки 220. На нем оконечное устройство 122 пользователя перемещается из точки Х в точку Y по меняющейся или неровной траектории 630, пересекая сектора S3, S4, S5, S6 и S1. Траектория зависит от множества известных факторов, например от скорости и направления движения оконечного устройства пользователя, а также от каких-либо изменений границ сектора. На Фиг. 6в накладывающиеся границы снова изображены при помощи непрерывных и пунктирных линий. Общие принципы изобретения и его применения остаются теми же самыми вне зависимости от формы траектории. Как и в случае множества спутниковых лучей, прием сигналов с использованием обоих этих секторов в канале прямой связи обычно, за исключением некоторых случаев, не дает почти никаких преимуществ.

В настоящем изобретении для усовершенствования процедуры переключения каналов связи при переходах от луча к лучу или от сектора к сектору используют некоторые характеристики секторов, спутниковых лучей, каналов связи и их управления. Настоящее изобретение приводит к уменьшению мощности и ресурсов кода, требуемых для каждого оконечного устройства пользователя, которое выполняет такие переходы при поддержании каналов с гибким переключением каналов связи. На Фиг.7 представлена схема последовательности операций, применяемых для осуществления обработки при переключении каналов связи, в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

Легко понять, что из-за формы лучей мощность или распределение энергии в лучах имеет такой вид, что вблизи от края луча мощность снижается. Обычно это означает, что какой-либо один из двух сигналов луча имеет больший уровень. Следовательно, переход от одного луча к следующему приводит к постепенному или быстрому (в зависимости от скорости перемещения) повышению принимаемой мощности от одного луча и соответствующему уменьшению мощности от другого. То есть при переходе между двумя соседними лучами обнаруживают увеличение или уменьшение уровня сигнала для принятых пилот-сигналов. В тех местах, где полностью пересекаются или перекрываются два или более луча, мощность лучей также может быть сопоставлена по существу точно таким же образом. Тот же самый эффект наблюдается и для соседних секторов в ячейке.

Как видно из операции 710 на Фиг.7, оконечное устройство пользователя в некоторый момент времени обнаруживает и захватывает пилот-сигнал и использует этот сигнал для установления канала прямой связи. Это может происходить тогда, когда оконечное устройство пользователя начинает связь первый раз, например, начиная ее в точке Х луча В10 на Фиг.6а, или в секторе S4 на Фиг. 6в. Если оконечным устройством пользователя обнаружены несколько пилот-сигналов, то для дальнейшей обработки обычно выбирают наиболее мощный сигнал. Однако специалистам в данной области техники ясно, что при первом установлении канала связи выбор пилот-сигнала может основываться на другом принципе селекции в системе связи. Например, некоторые пилот-сигналы могут соответствовать или идти из шлюзов, поддерживать связь с которыми конкретному оконечному устройству пользователя не разрешено по различным техническим или процедурным причинам.

Как рассмотрено выше, предпочтительным режимом работы для изобретения является использование пилот-сигналов, но при желании могут быть использованы также и другие мощные сигналы совместно используемых ресурсов, например сигналы поискового вызова.

При выполнении операции 712 первый принятый пилот-сигнал используют в качестве опорного сигнала тактирования и фазы, для сбора и демодуляции сигналов канала прямой связи, связанных с этим пилот-сигналом, либо с передающим этот пилот-сигнал базовой станцией или шлюзом. Однако при движении оконечного устройства пользователя или спутника или при корректировке границ ячейки или луча в процессе операции 714 обнаруживают, как минимум, один новый пилот-сигнал при приближении оконечного устройства пользователя к границе или к краю луча или сектора. Поисковый приемник оконечного устройства пользователя обычно принимает этот новый пилот-сигнал (операция 714), а при выполнении операции 716 определяют относительный уровень этого сигнала по сравнению с уровнем предварительно выбранного пилот-сигнала (операция 710). Уровень нового пилот-сигнала либо будет становиться все большим и большим при дальнейшем проходе оконечного устройства пользователя через новый луч, либо будет уменьшаться при изменении траектории и входе в другой луч или дальнейшем перемещении в зону первоначального луча.

Поскольку в этой точке уровень сигнала у вновь обнаруженного пилот-сигнала меньше, чем уровень предыдущего или уже используемого пилот-сигнала, то новый пилот-сигнал не используют для установления нового канала связи или установления канала в новом луче. Однако путем выполнения факультативной операции 720 может быть осуществлено сравнение уровня нового пилот-сигнала с заданным пороговым уровнем мощности. Когда новый пилот-сигнал достигает этого уровня мощности, который пока еще меньше уровня мощности предварительно выбранного или используемого пилот-сигнала, то при выполнении операции 722 оконечное устройство пользователя сообщает об этом системе связи или конкретному шлюзу или базовой станции. Оконечное устройство пользователя может просто передавать сообщение о результатах измерения уровня сигнала или о том, что он превышает пороговое значение, и предоставлять шлюзу возможность вырабатывать решение о том, когда возникает переход между лучами или секторами. В альтернативном варианте, в зависимости от сложности оконечного устройства пользователя или системы оконечное устройство пользователя само осуществляет анализ и передает сообщение о возможности приближения к переходу, и запрашивает новый канал.

Какие-либо требования для резервирования канала прямой связи в луче отсутствуют, хотя это может являться предпочтительным вариантом в том случае, когда пропускная способность системы в значительной степени уже используется и будет необходим канал для предотвращения завершения связи. Этот тип действий может быть использован для "приоритетных" пользователей там, где желательно поддерживать их каналы связи. Резервирование каналов обычно означает то, что ортогональный код зарезервирован для использования этим оконечным устройством пользователя или по меньшей мере назначен приоритет для его использования.

Чтобы минимизировать обработку сигнала при кратковременных перемещениях к краю новой области охвата луча, этот первый пороговый уровень мощности обычно устанавливают на несколько дБ меньше, чем уровень текущего используемого пилот-сигнала. Специалистам в данной области техники известно, как осуществить выбор порогового значения, исходя из желательного количества игнорируемых переходов между лучами и наличия ресурсов в системе связи. Это пороговое значение может быть стационарной или динамически изменяющейся величиной. Может осуществляться обновление этого значения в качестве части первоначального информационного обмена системы с оконечным устройством пользователя или периодически и сохранение его в блоке памяти для последующего использования контроллером оконечного устройства пользователя.

Намного позже оконечное устройство пользователя определяет, что уровень нового пилот-сигнала, как минимум, равен уровню предыдущего пилот-сигнала (операция 730). В этот момент времени оконечное устройство пользователя передает эту информацию или запрос на выделение канала связи в шлюз или в базовую станцию для установления нового канала прямой связи для оконечного устройства пользователя. В альтернативном варианте теперь используют ранее зарезервированный канал (из операции 722). Обработка этого запроса может быть осуществлена центральной коммутационной станцией или посредством соединения с ней либо описанными ранее средствами наземного управления функционированием системы. Кроме того, настройка каналов прямой связи не должна обязательно происходить при точном равенстве уровней сигнала, и в качестве требуемого уровня нового пилот-сигнала может быть выбрано более низкое "пороговое" значение. Причем оно опять зависит от распределения ресурсов системы. Критерии, используемые для выбора этого порогового уровня, хорошо известны специалистам в области проектирования систем связи.

В этот момент осуществляют выбор нового канала в новом луче для использования при выполнении операции 732, и оконечное устройство пользователя осуществляет связь как по каналу, соответствующему прежним пилот-сигналу и лучу, так и по каналу, соответствующему новым пилот-сигналу и лучу. Это похоже на самую обычную обработку сигнала при гибком переключении каналов связи в линии прямой связи. Информацию об использовании этих двух каналов связи оконечным устройством пользователя передают в систему связи через шлюз или базовую станцию.

Однако как только шлюз получает из оконечного устройства пользователя подтверждение (операция 734), что производится удовлетворительный прием сигнала трафика по линии прямой связи от нового луча (канала), то сигнал от предыдущего луча (канала) уменьшают, делают неактивным или прекращают его использование (операция 736). То есть для связи по линии прямой связи с оконечным устройством пользователя первый луч больше не используют. Однако в некоторых вариантах осуществления предыдущий канал прямой линии связи может оставаться зарезервированным для использования в течение еще некоторого промежутка времени в том случае, когда необходимо осуществить обратную коммутацию оконечного устройства пользователя. Этот процесс приводит к так называемому "быстрому" "быстродействующему", или "высокоскоростному" гибкому переключению каналов связи.

Сигнал линии обратной связи в любом луче удерживают до тех пор, пока он остается полезным для обработки сигналов. Когда принимаемый сигнал в обратной линии связи любого луча или сектора слишком слабый, характеризуется затуханием или существенным образом затенен и не обеспечивает пригодный для использования тракт сигнала, то шлюз или базовая станция прекращают его использование. Обратная и прямая линия связи могут быть установлены посредством определенных конфигураций лучей или секторов, значительно отличающихся по зоне охвата или форме. Следовательно, использование новых и прекращение использования старых каналов или лучей для этих двух направлений связи происходит таким образом независимо друг от друга и может иметь значительные отличия.

Обычно операция 734 подтверждения включает в себя измерение некоторых хорошо известных признаков принимаемых сигналов связи. Например, определения того, имеют ли сигналы достаточную энергию, достаточно низкую частоту появления ошибок и т.д. для поддержания требуемого уровня связи. Это изменение может быть произведено за очень короткий промежуток времени. Например, подтверждение может быть осуществлено с использованием известных способов анализа параметров сигнала в оконечном устройстве пользователя или с использованием заранее выбранных тестовых данных или кодовых комбинаций в сигналах, переданных в оконечное устройство пользователя, которые повторно передают в центральную станцию для приема и анализа.

В типичных спутниковых системах связи при нормальных условиях подтверждение появляется после того, как уже была произведена передача нескольких кадров данных в оконечное устройство пользователя. Учитывая то, что длина типичного кадра данных в таких системах имеет величину порядка 20 мс, суммарное время использования двух лучей для измерения качества сигнала имеет величину порядка 20-80 мс плюс некоторое дополнительное время для учета задержки на прохождение сигнала через спутник (около 10 мс или более). Системы сотовой связи с разделением на секторы имеют малую задержку либо вообще не имеют ее.

Существует несколько подходов к получению и использованию результатов измерений уровня пилот-сигнала. Оконечное устройство пользователя может пытаться определить уровень каждого пилот-сигнала и осуществлять их сравнение либо путем "непосредственного" измерения абсолютной мощности каждого сигнала отдельно, либо "косвенно" путем измерения их относительной разности после приема.

Например, как было ранее показано на Фиг.4, значение энергии пилот-сигнала может быть определено по информации или результатам измерений, имеющимся в поисковом приемнике 418 и в приемниках 416A-416N, с использованием блока 421 измерений и управляющего процессора 420. Такое же измерение может быть произведено для двух лучей, секторов или пилот-сигналов, а результаты его, при необходимости, могут быть сохранены в блоке 432 хранения данных в промежутках между операциями сравнения. Поисковый приемник 418 обычно работает в режиме разделения времени, либо его переключают между пилот-сигналами, либо для измерений уровня сигналов используют дополнительные приемники (416 или 418).

К сожалению, различные параметры тракта, частоты и передачи, которые могут быть известны шлюзу или базовой станции, могут оказывать такое влияние на мощность приходящего пилот-сигнала от различных лучей, которое приводит к снижению точности измерений отдельных пилот-сигналов. Кроме того, операции вычисления или определения иным способом относительного уровня сигнала и контроля изменений или тренда мощности пилот-сигнала могут потреблять больше ресурсов, чем требуется иметь в некоторых случаях в оконечном устройстве пользователя.

Одно из решений для этих проблем состоит в том, что по информации, которую предоставляют оконечные устройства пользователя, шлюз или базовая станция, определяют относительные и абсолютные уровни пилот-сигнала. Такой подход является предпочтительным, так как шлюз или базовая станция, поддерживающие связь с оконечным устройством пользователя, могут очень эффективно осуществить выработку этого решения. При таком подходе оконечное устройство пользователя просто передает сообщение об уровне мощности принимаемого сигнала или его относительном значении и о наблюдаемых изменениях. Оконечное устройство пользователя может также передавать сообщение о том, что уровень сигналов превысил некоторое предварительно заданное пороговое значение. Этот процесс изображен на Фиг.8, на которой определение первого порогового значения не показано.

На Фиг.8 оконечное устройство пользователя, как и ранее, измеряет уровень пилот-сигнала (операция 810). Это обычно осуществляют путем интегрирования в приемнике данных энергии элементов принятого пилот-сигнала по предварительно заданным интервалам времени, например по периодам символов. Эта информация обычно уже доступна в различных известных схемах демодуляции сигнала и следящего приема, применяемых в оконечных устройствах пользователя. Затем эту информацию временно сохраняют требуемым образом и либо внедряют в другие сигналы связи, либо добавляют к ним или же передают ее в качестве отдельного пилот-информационного сигнала в источник сигнала, либо в шлюз, либо в базовую станцию (операция 812).

При выполнении операции 814 шлюзы и базовые станции осуществляют прием таких сигналов, содержащих информацию об уровне сигнала, и извлекают данные, используя известные на современном уровне техники способы. Эта информация либо автоматически связана с соответствующими оконечными устройствами пользователя и лучами, либо это легко осуществить. Затем в шлюзе эту информацию вместе с известными уровнями мощности передачи и разностями относительных уровней пилот-сигналов, передаваемыми при выполнении операции 830, используя для определения соотношений между обнаруживаемыми или принимаемыми оконечным устройством пользователя пилот-сигналами, то есть для того, чтобы определить, превышает ли уровень нового пилот-сигнала уровень старого. Это дает возможность шлюзу или базовой станции определить относительные уровни мощности и момент пересечения границ луча или сектора. Эта информация может затем быть передана назад в оконечное устройство пользователя в качестве составной части различных известных сигналов (операция 831).

В соответствии с известными ограничениями на пропускную способность либо различными процедурами и схемами выделения канала шлюз устанавливает для оконечного устройства пользователя новый канал, используемый при выполнении операции 832, предварительно определив тот момент, когда он нужен. Затем, до того, как прекратить использование старого канала при выполнении операции 836, оконечное устройство пользователя дает подтверждение надлежащего функционирования нового канала, как и ранее при выполнении операции 834, или же шлюз для подтверждения функционирования канала может использовать некоторые известные механизмы обратной связи или заранее определенные тестовые сигналы передачи и приема. В зависимости от уровня синхронизации сигнала, установленного при установке нового канала, операция 834 может быть необязательной, что описано ниже. В таком случае этот способ будет представлять собой "пассивное" переключение каналов связи.

Шлюз или базовая станция могут осуществлять прием периодических сообщений об уровне пилот-сигнала от оконечных устройств пользователя либо в ответ на переданные сообщения с запросом на получение такой информации, либо с заранее заданным периодом сообщений. Шлюз может модифицировать и сохранять информацию об уровне сигнала для того, чтобы предсказать тот момент, когда оконечные устройства пользователя приближаются к различным границам зоны охвата.

Преимущество этого подхода состоит в том, что любые вычислительные ресурсы ограничены с точки зрения используемой в оконечном устройстве пользователя аппаратуры и времени, затрачиваемого им на обработку. Эти ресурсы могут быть более просто и рентабельно реализованы в базовых станциях и шлюзах. Другое преимущество этого подхода состоит в том, что он допускает альтернативный вариант осуществления, который может быть назван способом "плотного" или "синхронизированного" гибкого переключения каналов связи.

Поскольку шлюз или базовая станция сохраняют данные об уровне пилот-сигнала от каждого оконечного устройства пользователя, то переходы через границы луча и сектора могут быть обнаружены очень точно и быстро. Следовательно, шлюз может быть полностью подготовлен для связи с оконечным устройством пользователя посредством множества лучей или секторов (соседних) так, чтобы обеспечить возможность быстрой смены каналов или совокупности выделенных каналов для оконечного устройства пользователя. Шлюз совместно с узлами центрального управления осуществляет полное управление множеством трактов связи прямой линии связи, и все проблемы, связанные с синхронизацией, отсчетом времени и использованием кодов, могут быть полностью решены до того, как будет принято решение о необходимости переключения каналов связи в новый радиолуч или сектор. Следовательно, шлюз может коммутировать линию связи или тракт оконечного устройства пользователя и фактически немедленно прекращать использование сигнала трафика, связанного с первым пилот-сигналом и соответствующими ему сигналами или лучом.

Другая проблема может возникнуть в результате "завала" сигнала вблизи границ или краев лучей или ячеек. Любой сигнал, но что здесь более важно, пилот-сигнал вблизи внешних краев луча имеет все более резкий спад. Это является естественным результатом зависимости мощности от расстояния для сигналов, а также действия систем формирования луча. В спутниковых системах для внешних лучей пятна излучения спутника это влияние увеличивается. То есть вследствие большего смещения этих лучей от центральной зоны скорость уменьшения амплитуды сигнала на внешних краях этих лучей может быть намного более заметной, чем для внутренних лучей.

Нарастание или увеличение спада также обусловлено определенными известными требованиями плотности поля мощности (ППМ), предъявляемыми для спутниковых сигналов. Для уменьшения некоторых видов помех сигнала накладывают ограничение на удельную мощность сигналов, проецируемых со спутников. Это ограничение оказывает наибольшее воздействие возле дальних краев пятен излучения спутников, и обычно осуществляют некоторую компенсацию для лучей, близких к внешним краям. Эта компенсация дополнительно уменьшает мощность падающего луча в этих областях так, чтобы она оставалась в пределах предписанных норм. К сожалению, такие корректировки значительно увеличивают скорость спада мощности.

К сожалению, уменьшение мощности пилот-сигналов также приводит к снижению возможности их использования для демодуляции сигналов поискового вызова трафика и других. Поскольку стремятся к сохранению или увеличению пропускной способности системы во всей суммарной зоне обслуживания лучей, одним из способов противодействия спаду сигнала является дополнительное увеличение мощности пилот-сигнала, направляемого к внешним лучам или к границам луча. Этот способ может быть назван "корректировкой пилот-сигнала" и обеспечивает соответствующее улучшение приема сигнала, следящего приема, демодуляции и т. д. и увеличение количества пользователей системы вблизи границ.

Однако использование дополнительного усиления пилот-сигнала или любых корректировок уровня, включая уменьшение уровней там, где это требуется, маскирует истинные границы лучей и секторов. То есть для системы, которая для учета или обнаружения этих границ использует уровень пилот-сигнала, те границы, которые обычно считают "истинными" границами луча, будут в действительности изменены или сдвинуты. Если пилот-сигнал дополнительно усилен так, чтобы его уровень вблизи отдельной границы был искусственно скомпенсированным или более высоким, то механизм обнаружения, основанный на типичном спаде сигнала, приведет к направленному определению местоположения границы: либо ближе, либо дальше, чем нужно, что зависит от направления перемещения и настроек уровней пилот-сигналов в соседних лучах.

В тех случаях, где используют "корректировку пилот-сигнала", в способе переключения каналов связи согласно настоящему изобретению для того, чтобы дать возможность оконечному устройству пользователя более точно и правильно определить относительное положение границ сектора и радиолуча, может быть использована команда "скорректировать пилот-сигнал" ("pilot-adjust") или способ указания. То есть при использовании "корректировки пилот-сигнала" ее указывают как составную часть сигнала связи, посылаемого в оконечное устройство пользователя, в каждом соответствующем луче. Это может быть выполнено опять путем введения команды в сигнал поискового вызова или трафика в качестве его части либо в определенные места пилот-сигналов и т.д. Эта информация дает возможность оконечному устройству пользователя в некоторой степени скомпенсировать используемое дополнительное усиление пилот-сигнала. Этот подход может стать более удобным при осуществлении также некоторой соответствующей индикации величины использованного дополнительного усиления, которое при желании может быть реализовано ступенчато.

В альтернативном варианте, в котором шлюз или базовая станция вычисляет соотношение уровней различных пилот-сигналов, в шлюзе или в базовой станции уже имеется информация о дополнительном усилении пилот-сигнала каждого луча. Если большое количество оконечных устройств пользователей выполняют переходы между зонами и возникают какие-либо проблемы, то этот процесс может также позволить осуществить некоторую подстройку самой корректировки пилот-сигнала.

Пример использования и обработки таких команд "скорректировать пилот-сигнал" приведен на Фиг.9, где показана процедура 910 корректировки уровня пилот-сигнала (очерчен пунктирной линией), осуществляемый между операциями 716 и 730, который обычно используют для измерения и сравнения уровней пилот-сигналов. Процедура 910 может быть осуществлена до или после операции 720 первого сравнения по пороговому значению на Фиг.7 либо также до или после операции 816 определения уровня сигнала, показанной на Фиг.8.

При осуществлении процедуры 910 на этапе 912 устанавливают, была ли произведена корректировка пилот-сигнала или нет. При выполнении операции 912 установления наличия корректировки используют информацию, доступ к которой имеют либо оконечное устройство пользователя, либо шлюз и базовая станция. В тех случаях, когда корректировка пилот-сигнала отсутствует, после операции 912 обработку сигнала производят так же, как и ранее, не получая выигрыш от использования какой-либо поправочной корректировки. В тех случаях, когда отсутствует информация о корректировке пилот-сигнала, полученный на этапе 912 ответ также показывает отсутствие корректировки. В тех случаях, когда известно, что пилот-сигнал был скорректирован, осуществляют повторную корректировку или компенсацию уровня пилот-сигнала (операция 914) для обеспечения возможности более точного сравнения при выполнении операций 730 и 830. Величина корректировки пилот-сигнала может быть определена заранее, либо может быть использована динамически изменяющаяся информация.

Вышеуказанные варианты осуществления новой процедуры переключения каналов связи приводят к тому, что для сигналов прямой линии связи в течение наибольшего времени используют только один из лучей с соответствующими кодами канала и энергией спутникового сигнала. Два луча используют только в течение очень небольшого промежутка времени для реализации преимуществ принципа гибкого переключения каналов связи и предотвращения потери связи. Настоящее изобретение позволяет реализовать процедуры, которые могут быть названы либо способом "быстрого" гибкого переключения каналов связи, либо способом "плотного" переключения каналов связи.

Хотя приведенные выше варианты осуществления представляют собой усовершенствованные варианты существующих способов обработки сигналов при переключении каналов связи, есть случай, когда может происходить непроизводительное расходование ресурсов системы. Эта ситуация возникает тогда, когда траектория оконечного устройства пользователя направлена вдоль общей хорды двух соседних лучей, то есть там, где оконечное устройство пользователя перемещается по траектории, на которой оконечное устройство пользователя находится по существу на равном расстоянии от перемещающихся границ двух или более соседних лучей. Это также происходит там, где оконечное устройство пользователя находится по существу на равном расстоянии от границ двух секторов. Подобная проблема также возникает тогда, когда маршрут оконечного устройства пользователя периодически пересекает соседние границы за относительно короткий отрезок времени.

Эти процессы иллюстрируются на Фиг.6а, Фиг.6б и Фиг.6в. На Фиг.6а часть 612 траектории 610 оконечного устройства пользователя находится на одинаковом расстоянии от границ соседних лучей. На Фиг.6б и Фиг.6в показано, что часть 622 траектории 620 и части 632 траектории 630 имеют отклонения в ту или другую сторону относительно соседних лучей и границ секторов.

В этих ситуациях оконечное устройство пользователя может никогда не получить явно более сильный пилот-сигнал, либо уровень второго пилот-сигнала не превышает соответствующим образом уровень первого, за исключением коротких промежутков времени. В обоих этих случаях оконечное устройство пользователя может осуществлять попеременные переключения между двумя пилот-сигналами и лучами или секторами тогда, когда они начинают удовлетворять критериям соответствия пороговому значению, но только в течение коротких промежутков времени порядка нескольких секунд. Это заставляет оконечное устройство пользователя и шлюзы или центральные контроллеры затрачивать время обработки на переключение каналов и лучей. Кроме того, частое перемещение между лучами или секторами уменьшает продолжительность охвата одиночным лучом, что действительно создает текущие проблемы в процедуре гибкого переключения каналов связи.

Для того чтобы минимизировать неэффективное использование ресурсов системы и предотвратить на длительное время частую смену лучей оконечным устройством пользователя вблизи от места перехода или в области перехода, в обработку пилот-сигнала может быть включена некоторая форма гистерезиса, что иллюстрируется на Фиг.9, где между операцией 730 определения уровня пилот-сигнала и операцией 732 использования луча введена процедура 920 запаздывания. Для специалистов в данной области техники очевидно, что процедура 920 может также быть реализована после операции 730 сравнительного анализа по Фиг.7 или операции 830 определения, показанной на Фиг.8.

Процедура 920 запаздывания может быть реализована, например, посредством того, что на этапе 912 требуется, чтобы оконечное устройство пользователя использовало текущий пилот-сигнал или соответствующие каналы луча или сектора в течение некоторого минимального отрезка времени, исключив необходимость соблюдения условий заранее выбранного некоторого минимального уровня сигнала или возможных потерь в канале связи. По истечении этого минимального отрезка времени оконечному устройству предоставлена возможность коммутировать лучи и пилот-сигналы и работать точно так же, как и ранее. Однако если проверка истекшего времени дает отрицательный результат, то в этот момент новый луч не может быть выбран, несмотря на прохождение других проверок на соответствие пороговым значениям.

В некоторых вариантах осуществления может быть опознан каждый используемый пилот-сигнал, а его идентификационные или свойственные ему характеристики могут быть записаны контроллером оконечного устройства пользователя в определенную ячейку памяти. Например, могут быть обнаружены используемый конкретный код расширения спектра или несколько иной известный специфический идентификационный признак луча или пилот-сигнала, например заранее заданные идентификаторы (ID) лучей. Эта информация может быть использована оконечным устройством пользователя, например, через поисковый приемник, для установления того, действительно ли в течение короткого периода времени снова обнаруживается тот же самый пилот-сигнал. Для регистрации длительности использования отдельного пилот-сигнала или соответствующего сигнала трафика в оконечном устройстве пользователя наряду с блоками памяти могут быть применены известные внутренние таймеры или схемы синхронизации.

Следовательно, могут быть предприняты меры для минимизации той частоты, с которой может быть осуществлено перераспределение луча или сектора, или того минимального промежутка времени, за который это может быть выполнено. Отрезок времени, в течение которого луч или сектор должен использоваться до выбора другого луча или сектора, или минимальное время до "повторного" выбора пилот-сигнала могут быть определены заранее проектировщиками системы связи по ожидаемому общему количеству доступных ресурсов системы и другим известным критериям. Эту информацию передают в оконечное устройство пользователя при его вводе в эксплуатацию в системе, но может быть осуществлено обновление этой информации как составной части различной дополнительной служебной информации системы в переданных сигналах.

Альтернативным вариантом по отношению к использованию требований, накладываемых на время, как в операции 912, или дополнением к ним является использование минимального изменения уровня сигнала на этапе 914. В этом режиме работы необходимо, чтобы до выбора нового пилот-сигнала уровень текущего пилот-сигнала упал ниже заранее выбранного второго порогового значения. То есть уровень этого пилот-сигнала должен уменьшиться ниже некоторой процентной доли от величины, использованной для выбора этого пилот-сигнала, до того, как использован другой пилот-сигнал в качестве основания для переключения на зону обслуживания нового луча или сектора. Это требование вынуждает оконечное устройство пользователя дольше оставаться на действующем канале связи и не осуществлять переключение лучей до тех пор, пока оконечное устройство пользователя не переместится явно вглубь зоны охвата нового луча, а не будет всего лишь совершать весьма кратковременные перемещения вдоль края нового луча.

Используя вышеуказанные способы, оконечное устройство пользователя может эффективно осуществлять выбор пилот-сигналов и передвигаться между лучами, проецируемыми одиночным спутником, без потери связи, даже используя минимальное количество ресурсов системы. Подобным образом оконечное устройство пользователя может эффективно осуществлять выбор пилот-сигналов при перемещении между соседними секторами в ячейке. Мощность передачи, которая является одним из двух основных ограничений на пропускную способность для пользователей системы, минимизирована для заданного отношения сигнал/шум и на земле для спутников, если вся мощность отведена в лучи с большим уровнем сигнала.

Предшествующее описание предпочтительных вариантов осуществления приведено для того, чтобы дать возможность любому специалисту в данной области техники реализовать или использовать настоящее изобретение. Для специалистов в данной области техники очевидна возможность различных видоизменений этих вариантов осуществления, а сформулированные здесь основные принципы могут быть применены в других вариантах осуществления без использования новых изобретений. Таким образом, подразумевается, что настоящее изобретение не ограничивается показанными здесь вариантами осуществления, а имеет самый широкий объем, соответствующий раскрытым здесь принципам и признакам новизны.

Формула изобретения

1. Способ переключения каналов связи между соседними зонами обслуживания в системе беспроводной связи, осуществляющей передачу сигналов связи с использованием по меньшей мере одной центральной станции связи, которая устанавливает географические зоны обслуживания для функционирующих в системе оконечных устройств пользователя, включающий этапы, при которых обнаруживают физический переход оконечного устройства пользователя между первой зоной обслуживания и второй соседней с ней зоной обслуживания, каждая из которых установлена указанной центральной станцией связи, посредством определения уровня сигнала для сигналов от указанных соседних зон обслуживания, когда определенный уровень сигнала второй соседней зоны обслуживания по меньшей мере равен уровню сигнала указанной первой зоны обслуживания, то выдают запрос канала прямой линии связи для использования оконечным устройством пользователя в указанной второй зоне обслуживания, в то время как оконечное устройство пользователя также поддерживает связь с использованием канала прямой линии связи указанной первой зоны обслуживания, подтверждают, что указанный канал прямой линии связи для указанной второй зоны обслуживания функционирует в соответствии с предварительно выбранным уровнем минимально допустимого качества связи, и после подтверждения указанного предварительно выбранного уровня минимально допустимого качества связи используемый оконечным устройством пользователя разъединяют канал прямой линии связи для указанной первой зоны обслуживания.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно включает этапы, при которых используют указанную центральную станцию в качестве шлюза и устанавливают указанные первую и вторую соседние зоны обслуживания, используя соответственно первый и второй спутниковые лучи от одиночного спутника.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно включает этапы, при которых используют указанную центральную станцию в качестве базовой станции и устанавливают указанные первую и вторую соседние зоны обслуживания, используя соответственно первый и второй сектора указанной одиночной базовой станции.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при обнаружении перехода между первой и второй зонами обслуживания осуществляют обнаружение нового пилот-сигнала, соответствующего указанной второй зоне обслуживания, причем при определении уровня сигнала определяют относительный уровень сигнала указанного нового пилот-сигнала.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что каждая зона обслуживания имеет соответствующий пилот-сигнал, а при обнаружении нового пилот-сигнала осуществляют прием пилот-сигналов по меньшей мере одним приемником оконечного устройства пользователя, измеряют уровень сигнала каждого принятого пилот-сигнала и сравнивают результаты измерений уровней пилот-сигналов.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что при сравнении результатов измерений уровней пилот-сигналов дополнительно обнаруживают наличие тех пилот-сигналов, для которых была осуществлена корректировка, компенсирующая спад сигнала, и к указанным результатам измерений уровня сигнала для каждого указанного скорректированного пилот-сигнала используют компенсирующее значение для получения его значения без корректировки.

7. Способ по п. 4, отличающийся тем, что каждая зона обслуживания имеет соответствующий пилот-сигнал, а при обнаружении нового пилот-сигнала осуществляют прием пилот-сигналов по меньшей мере одним приемником оконечного устройства пользователя, измеряют уровень сигнала каждого принятого пилот-сигнала и осуществляют передачу в центральную станцию сообщения об указанном уровне сигнала каждого принятого пилот-сигнала.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что в центральной станции осуществляют прием указанного сообщения об уровне сигнала каждого принятого пилот-сигнала и сравнивают результаты измерений уровней пилот-сигналов.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что дополнительно передают в указанное оконечное устройство пользователя по меньшей мере один сигнал, отображающий результаты указанной операции сравнения.

10. Способ по п. 7, отличающийся тем, что дополнительно передают в центральную станцию сообщения об указанном уровне сигнала каждого принятого пилот-сигнала предварительно определенным периодическим образом.

11. Способ по п. 7, отличающийся тем, что при приеме пилот-сигналов дополнительно обнаруживают наличие тех пилот-сигналов, для которых была осуществлена корректировка, компенсирующая спад сигнала.

12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при обнаружении перехода между первой и по меньшей мере второй зонами обслуживания обнаруживают новый сигнал поискового вызова, соответствующий указанной второй зоне обслуживания, при этом при определении уровня сигнала определяют относительный уровень указанного нового сигнала поискового вызова.

13. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при подтверждении определяют, имеет ли новый канал энергию, достаточную для обеспечения требуемого уровня обслуживания связи.

14. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при подтверждении определяют, имеет ли новый канал достаточно низкую частоту появления ошибок, обеспечивающую требуемый уровень обслуживания связи.

15. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно проверяют значения по меньшей мере одного заданного параметра связи и запрещают выполнение указанной операции запроса до тех пор, пока с момента выдачи предыдущего запроса на выделение нового канала прямой линии связи для указанного оконечного устройства пользователя не произойдет минимальное изменение значения указанного параметра.

16. Способ по п. 15, отличающийся тем, что при проверке определяют, не истек ли предварительно выбранный минимальный период времени с момента выдачи предыдущего запроса на выделения нового канала прямой линии связи для указанного оконечного устройства пользователя.

17. Способ по п. 15, отличающийся тем, что при проверке определяют, был ли до выполнения указанной операции запроса измерен сигнал от текущей зоны обслуживания, по уровню равный предварительно выбранному минимальному уровню сигнала.

18. Способ по п. 15, отличающийся тем, что дополнительно в течение предварительно определенного максимального отрезка времени в ячейке памяти сохраняют идентификационную информацию каждой используемой зоны обслуживания, вплоть до предварительно определенного максимального числа таких зон обслуживания, и сравнивают вновь обнаруженную и сохраненную идентификационную информацию зон обслуживания, чтобы установить, не обнаруживают ли в течение указанного отрезка времени вновь ту же самую зону обслуживания.

19. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно после приема запроса о выделении канала прямой линии связи для использования оконечным устройством пользователя в указанной второй зоне обслуживания, в центральной станции и в обеих указанных первой и второй зонах обслуживания осуществляют синхронизацию по времени сигналов связи и каналов прямой линии связи для оконечного устройства пользователя, и при этом оконечное устройство пользователя разъединяет канал прямой линии связи первой зоны обслуживания и по существу в то же самое время начинает использовать канал прямой линии связи второй зоны обслуживания.

20. Устройство для переключения каналов связи между соседними зонами обслуживания в системе беспроводной связи, в которой пользователи системы используют для передачи сигналов связи по меньшей мере одну центральную станцию связи, которая устанавливает географические зоны обслуживания для функционирующих в системе оконечных устройств пользователя, включающее в себя средство обнаружения физического перехода оконечного устройства пользователя между первой зоной обслуживания и второй соседней с ней зоной обслуживания, каждая из которых установлена по меньшей мере одной центральной станцией связи посредством определения уровня сигнала для сигналов от указанных соседних зон обслуживания, средство выдачи запроса на выделение канала прямой линии связи для использования оконечным устройством пользователя во второй зоне обслуживания, в то время как оконечное устройство пользователя также поддерживает связь с использованием канала прямой линии связи первой зоны обслуживания, причем указанный запрос выдается, когда определенный уровень сигнала второй соседней зоны обслуживания по меньшей мере равен уровню сигнала первой зоны обслуживания, и средство для разъединения оконечным устройством пользователя канала прямой линии связи первой зоны обслуживания, когда в канале прямой линии связи второй зоны обслуживания превышен предварительно выбранный уровень минимально допустимого качества связи.

21. Устройство для переключения каналов связи по п. 20, отличающееся тем, что дополнительно включает в себя шлюз, функционирующий в качестве указанной центральной станции, и одиночный спутник для создания первой и второй соседних зон обслуживания с использованием соответственно первого и второго спутниковых лучей.

22. Устройство для переключения каналов связи по п. 20, отличающееся тем, что дополнительно включает в себя базовую станцию, функционирующую в качестве указанной центральной станции, и первый и второй секторы ячейки для создания с использованием указанной одиночной базовой станции соответственно первой и второй соседних зон обслуживания.

23. Устройство для переключения каналов связи по п. 20, отличающееся тем, что средство обнаружения переходов между соседними зонами обслуживания обнаруживает новый пилот-сигнал, соответствующий второй зоне обслуживания.

24. Устройство для переключения каналов связи по п. 23, отличающееся тем, что оконечное устройство пользователя включает в себя по меньшей мере один приемник пилот-сигнала для приема пилот-сигналов, каждый из которых соответствует своей зоне обслуживания, средство измерения уровня сигнала каждого принятого пилот-сигнала и средство сравнения для сравнения результатов измерений уровня пилот-сигналов.

25. Устройство для переключения каналов связи по п. 24, отличающееся тем, что дополнительно включает в себя средство обнаружения наличия тех пилот-сигналов, для которых была осуществлена корректировка, компенсирующая спад сигнала, и средство использования компенсирующего значения для указанных результатов измерений уровня сигнала для каждого указанного скорректированного пилот-сигнала, чтобы получить его значение без корректировки.

26. Устройство для переключения каналов связи по п. 23, отличающееся тем, что оконечное устройство пользователя включает в себя по меньшей мере один приемник пилот-сигнала для приема пилот-сигналов, каждый из которых соответствует своей зоне обслуживания, средство измерения уровня сигнала каждого принятого пилот-сигнала и средство передачи сообщений для передачи сообщений об указанном уровне сигнала каждого принятого пилот-сигнала в указанную центральную станцию.

27. Устройство для переключения каналов связи по п. 26, отличающееся тем, что указанная передача сообщений об указанном уровне сигнала каждого принятого пилот-сигнала осуществляется на предварительно определенной периодической основе.

28. Устройство для переключения каналов связи по п. 26, отличающееся тем, что дополнительно включает в себя средство приема сообщений в центральной станции для приема сообщений об указанном уровне сигнала каждого принятого пилот-сигнала и средство сравнения для сравнения результатов измерений уровней пилот-сигналов.

29. Устройство для переключения каналов связи по п. 28, отличающееся тем, что дополнительно включает в себя средство передачи сообщений оконечному устройству пользователя для передачи в оконечное устройство пользователя по меньшей мере одного сигнала, отображающего результаты указанной операции сравнения.

30. Устройство для переключения каналов связи по п. 28, отличающееся тем, что дополнительно включает в себя средство обнаружения наличия тех пилот-сигналов, для которых была осуществлена корректировка, компенсирующая спад сигнала.

31. Устройство для переключения каналов связи по п. 20, отличающееся тем, что средство обнаружения переходов между соседними зонами обслуживания обнаруживает новый сигнал поискового вызова, соответствующий второй зоне обслуживания.

32. Устройство для переключения каналов связи по п. 20, отличающееся тем, что средство разъединения включает в себя средство определения того, имеет ли новый канал энергию, достаточную для обеспечения требуемого уровня обслуживания связи.

33. Устройство для переключения каналов связи по п. 20, отличающееся тем, что средство разъединения включает в себя средство определения того, имеет ли новый канал достаточно низкую частоту появления ошибок, обеспечивающую требуемый уровень обслуживания связи.

34. Устройство для переключения каналов связи по п. 20, отличающееся тем, что дополнительно включает в себя средство запаздывания для проверки значений по меньшей мере одного заданного параметра связи и запрета передачи запроса о выделении нового канала до тех пор, пока с момента выдачи предыдущего запроса на выделение нового канала прямой линии связи для оконечного устройства пользователя не произойдет минимальное изменение значения указанного параметра.

35. Устройство для переключения каналов связи по п. 34, отличающееся тем, что средство запаздывания определяет, истек ли минимальный период времени с момента выдачи предыдущего запроса на выделение нового канала прямой линии связи для оконечного устройства пользователя.

36. Устройство для переключения каналов связи по п. 34, отличающееся тем, что средство запаздывания определяет, был ли до выполнения операции запроса измерен сигнал от текущей зоны обслуживания, по уровню равный предварительно выбранному минимальному уровню сигнала.

37. Устройство для переключения каналов связи по п. 34, отличающееся тем, что дополнительно включает в себя устройство памяти, в котором в течение предварительно определенного максимального отрезка времени сохраняют идентификационную информацию каждой используемой зоны обслуживания, вплоть до предварительно определенного максимального числа таких зон обслуживания, и средство сравнения сохраненной и вновь обнаруженной идентификационной информации зон обслуживания для определения того, не обнаруживается ли в течение указанного отрезка времени вновь одна и та же зона обслуживания.

38. Устройство для переключения каналов связи по п. 20, отличающееся тем, что дополнительно включает в себя средство временной синхронизации для синхронизации по времени сигналов связи и каналов прямой линии связи для оконечного устройства пользователя в центральной станции и в обеих указанных первой и второй зонах обслуживания после приема запроса о выделении канала прямой линии связи для его использования оконечным устройством пользователя во второй зоне обслуживания, и средство управления для по существу одновременного разъединения оконечным устройством пользователя канала прямой линии связи первой зоны обслуживания и начала использования им канала прямой линии связи во второй зоне обслуживания.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11