用於深度播叫的方法
2023-06-01 08:43:06
專利名稱：用於深度播叫的方法
技術領域：
本發明通常涉及遭受嚴重路徑損失的衛星和其他通信系統，尤其涉及提供一種稱為深度(深空)播叫(deep paging)的播叫信號的方法，它導致在存在高度衰減的情況下仍可接受的播叫信號。
背景技術：
傳統的基於衛星的通信系統包括網關，用戶終端，和一個或多個在網關和用戶終端之間中繼通信信號的衛星。網關是一個具有天線的地面站，用於發送信號到衛星並從衛星接收信號。網關用衛星提供通信鏈路，用於將一個用戶終端連接其他用戶終端或如公用切換電話網那樣的其他通信系統的用戶。用戶終端是一個無線通信設備，如蜂窩電話或衛星電話、數據收發信機、播叫接收機，但不限於這些。用戶終端可以是固定的，便攜的或如行動電話那樣可移動的。衛星是一個沿軌道運動的接收機，重發器，和用於中繼信息的信號再生器。
一個衛星能從用戶終端接收信號或向其發送信號，只要該用戶終端在該衛星的「復蓋範圍」(footprint)內。衛星的復蓋範圍是該衛星信號範圍內的地面的地理區域。復蓋範圍通常在地理上通過使用成束天線劃分成「束」。每個波束復蓋在衛星復蓋範圍內的一個特定地理區域。波束可以定向，使同一衛星的多個波束復蓋同一特定的地理區域。
某些衛星通信系統使用碼分多址(CDMA)擴頻信號，如在1990年2月13日公告的題為「Spread Spectrum Multiple Access Communication SystemUsing Satellite or Terrestrial Repeaters」的USP 4,901,307號美國專利，和在1997年11月25日公告的題為「Method and Apparatus for Using FullSpectrum Transmitted Power in a Spread Spectrum Communication Systemfor Tracking Individual Recipient Phase Time and Energy」的USP 5,691,974號美國專利中所揭示的那樣，兩者均轉讓給本發明的受讓人，並通過引用與本申請結合。
在使用CDMA的衛星通信系統中，使用分別的通信鏈路來發送如數據或業務(traffic)那樣的通信信號到網關和從網關接收信號。具體而言，來自網關的通信信號經過「前向通信鏈路」發送到用戶終端，而用戶終端始發的信號經過「反向通信鏈路」發送到網關。
在前向通信鏈路上信息從網關經過一個或多個波束髮送到用戶終端。這些波束往往包括一系列復蓋一個共同地理區域的所謂的子束(也稱為頻分多址(FDMA)信道，或在擴頻CDMA信道情況)，每個子束佔據不同的頻帶。尤其是，在傳統的擴頻通信系統中，在將一個發送載波信號調製成通信信號以前，使用一個或多個預定的偽隨機噪聲(PN)碼序列在預定的頻譜帶上調製或「擴頻」用戶信息信號。PN擴頻是本專業所熟知的擴頻發送方法，並產生比數據信號的帶寬大得多的通信信號，在前向鏈路中使用PN擴頻碼或二進位序列來區分由不同的網關或經過不同的波束髮送的信號，也區分多個路徑的信號。這些碼常被在給定的子束中的所有通信信號所共享。
在傳統的CDMA擴頻通信系統中，「信道化」碼被用於在前向鏈路上的衛星子束中形成多個信道。信道化碼是唯一的「復蓋」或「信道化」正交碼，它們在傳輸通信信號的子束中建立正交信道。通常使用沃爾什(Walsh)函數實現信道化碼，也稱為沃爾什或沃爾什序列，並建立所謂的沃爾什信道。典型的正交碼長度對陸地上的系統是64碼片(chip)，對衛星系統是128碼片。
大多數的正交信道是提供用戶終端和網關間消息聯繫的業務信道。餘下的信道常包括一個導頻信道，一個同步信道，和一個或多個播叫信道。雖然消息也能對多個用戶廣播，在業務信道上發送的消息通常試圖為一個用戶終端接收。相反，播叫、同步、和導頻信道常由多個用戶終端所監測。
當一個用戶終端不處於通信會話中(即該用戶終端不接收或發送業務信號)。網關能藉助發送播叫到該用戶終端傳遞信息給該用戶終端。通常是短消息的播叫經過上述的播叫信道發送。常由網關發送頁面來建立與用戶終端的通信鏈路，通知用戶終端它將被呼叫，以回答試圖訪問該系統的用戶終端，並用於用戶終端的登錄。播叫也被用於分配業務信道的分派和系統開銷信息給用戶終端。在播叫信道發送的播叫常常具有每秒9600位或4800位量級的數據速率。
不幸的是，當用戶終端在一個建築物內或在用戶終端用衛星之間有某些構築物或其他障礙物(如樹，地質實體，或建築物)時，用戶終端接收播叫常常遇到問題。在那樣情況，因為由於播叫穿過構築物傳播信號的傳播損失而不能透過建築物或其他物質，用戶終端不能夠獲得播叫、播叫消息或播叫信號。為克服傳播損失的一個明顯的解決辦法是增加播叫信道的功率。此方法面臨的問題是，為了克服這種信號衰減或障礙，播叫信道的功率必須大大增加。通常，這需要將信號強度增加到這樣的等級，使得功率流密度(PFD)的限制將超過周圍區域政府的許可限制及技術上的約束，在給定的範圍或地理區域上對允許的功率流密度衛星信號的大小設置了極限值。為了成功地播叫到被阻擋和障礙的用戶終端而增加功率會將周圍的區域置於超過允許的功率流密度(PFD)的環境下。
因此，需要一個方法，它能提供稱為「深度播叫」的措施而不必增加播叫信號的功率。深度播叫被認為是能在存在需要克服的過度的傳播損失的環境中播叫一個用戶終端，此傳播損失比通常遇到的高得多，常在20或30dB量級。那樣的環境包括用戶終端位於建築物或構築物內部深處，或在局部的障礙物的後面。
發明內容
本發明提供一個深度或高滲透播叫的方法，它不需要增加播叫信號的功率。一方面，本發明提供一個用於深度播叫的方法，它包括產生播叫信道消息的步驟、用最好是沃爾什序列的正交碼序復蓋或調製播叫信道消息的步驟，其中正交碼序列的長度大於或等於2m碼片，此處m是通常用於產生業務信道的碼序列的長度、並以小於每秒4800位(bps)的數據速率發送經調製的播叫信道消息的步驟。通過以低的數據速率發送播叫信道消息，該消息能穿透建築將或其其他構築物，因而使得在建築物內的用戶終端能被成功播叫。最好，播叫信道消息用長度為65536的沃爾什序列復蓋，數據速率小於10bps，且沃爾什序列是輔助沃爾什序列。
本發明還提供一個用於在CDMA通信系統中的深度播叫方法，其中使用數個正交的或沃爾什碼序列形成數個正交的信道。此方法包括下列步驟從多個沃爾什序列中之一建立至少一個輔助沃爾什序列；產生播叫信道消息用輔助沃爾什序列復蓋或信道化所述播叫信道消息；擴頻信道化播叫信道消息；並以小於4800bps的數據速率發送擴頻的信道消息。輔助的沃爾什序列的長度大於或等於128碼片，但最好輔助沃爾什序列的長度是65536碼片。此外，最好數據速率小於10bps。最好，此方法還包括從多個沃爾什序列之一建立第二輔助沃爾什序列並用第二輔助沃爾什序列復蓋或調製一個同步信號以建立一個輔助同步信道的步驟。附加的輔助沃爾什序列能從一個或多個沃爾什序列建立並用於復蓋或調製附加的導頻、同步或播叫信號。
本發明還提供在通信系統中補償都卜勒效應的方法，其中消息以低的數據速率被發送到在建築物內或被障礙物阻當的用戶終端。此方法包括下列步驟用戶終端在進入建築物之前獲得一個導頻信號；在該用戶終端獲得導頻信號以後將該用戶終端置於深度播叫模式；帶著用戶終端進入建築物；當用戶終端進入建築物時跟蹤都卜勒頻移，進入較長信號積分模式；並在激活深度播叫模式以後監測輔助播叫信道。在輔助播叫信道上發送的播叫信道消息由具有長度大於或等於2m碼片的沃爾什序列調製，並在低於4800bps的數據速率下發送，其中m是通常用於調製業務信道信號的碼的長度。最好，在輔助播叫信道上發送的播叫信道消息使用長度約為65536的沃爾什序列形成，並以10bps或更低的數據速率發送。
本發明還提供另外的方法，用於補償信道系統中的都卜勒效應，其中消息以低的數據速率發送到在建築物內或被障礙物阻擋的用戶終端。此方法包括下列步驟接收從用戶終端處的網關發送的天體(飛行器)位置消息；存儲該天體消息或包含在用戶終端中的數據；確定用戶終端的位置；根據確定的用戶終端位置和存儲在用戶終端中的天體位置消息確定都卜勒效應；並獲取導頻信號。在第一實施例；確定用戶終端位置的步驟包括下述步驟每當用戶終端用網關登錄時存儲用戶終端的位置；並根據在用戶終端最近一次用網關登錄時的用戶終端的位置確定用戶終端當前位置。在第二實施例中，確定用戶終端的位置的步驟包括接收全球定位系統(GPS)或其他定位系統的信號，並根據GPS信號確定用戶終端位置的步驟。
本發明的其他特徵和優點及本發明的各個實施例的結構和操作將參照附圖在下面詳細敘述。
這裡的附圖構成說明書的一部分，與說明書一起說明本發明，進一步用於解釋本發明的原理，並使有關專業的技術人員能夠實施並使用該發明。在圖中，類似的參照號表示相同的或功能上類似的單元。此外，參照號的最左邊的數字識別首次出現該參照號的圖。
圖1示出本發明有用的示例性無線通信系統。
圖2示出用於用戶終端的一個示例性收發信機。
圖3示出用於網關的示例性收發信機。
圖4示出在網關和用戶終端之間的示例性通信鏈路。
圖5示出一個示例性子束。
圖6示出根據一個實施例的子束。
具體實施例方式
I、引言本發明尤其適合用於使用低的地球軌道(LEO)衛星的通信系統，其中衛星不是相對於地球表面上一點固定的。但是，本發明也可應用於非LEO衛星系統，或中繼設備與用戶相對具有高速率的系統。本發明也可應用於非衛星通信系統，其中在發射機和接收機之間發生相對高或相當大的傳播損失。
本發明的一個較佳實施在下面作詳細討論。在討論特定的步驟，配置和安排的同時，應該理解，這僅是為了說明的目的，較佳的應用是在CDMA無線擴頻通信系統中。
II、一個示範性的衛星通信系統A、綜述在圖1中示出可使用本發明的一個實施例的無線通信系統。設想，此通信系統使用CDMA型通信信號，這不是本發明所嚴格要求的，只要使用正交碼建立對播叫單獨的信道即可。在示於圖1中的通信系統100的一個部分中示出了兩個衛星116和118及兩個網關或集線器(HUB)120和122，用於實施與兩個遠程用戶終端124和126的通信。在該系統中網關和衛星的總數取決於所希望的系統容量和本領業容易理解的其他因素。
每個用戶終端124個和126各包括一個無線通信設備，如無線電話，數據收發信機，或一個播叫或位置確定接收機，但不限於此。用戶終端根據需要可以是手持的或車載的。在圖1中，用戶終端124示為車載設備，而用戶終端126示為手持電話。但是，發明的技術教導是可應用於固定的單元，其中希望遠程無線服務，有時用戶終端也稱之為用戶單元、移動站、移動單元，或根據偏愛簡單地稱之為「使用者」或「用戶」。
通常，從衛星116和118來的波束以預定的波束圖形復蓋不同地理區域。稱為FDMA信道或「子束」的不同頻率的波束能定向到重疊同一區域。本專業的技術人員很容易理解，對於多個衛星，波束的復蓋或服務區域可以設計成在給定的區域中完全或部分地重疊，這取決於通信系統的設計和提供的服務類型以及是否達到空間的分集性。
已經提出了各種多衛星通信系統，一個示例性系統應用48個或更多衛星，它們在LEO軌道中以八個不同的軌道平面運行，為大量的用戶終端提供服務。但是本專業的技術人員容易理解本發明的技術教導是如何應用於各種衛星系統和網關配置，包括其他的軌道距離及星座表。
在圖1中，示出某些可能的信號路徑，用於通過衛星116和118在用戶終端124和126及網關120和122之間的通信。在衛星116和118及用戶終端124及126之間的衛星一用戶終端通信鏈路用線140，142和144示出。在網關120和122及衛星116和118之間的網關-衛星通信鏈路用線146，148，150和152示出。可以使用網關120和122作為單向或雙向通信系統的一部分，或簡單地傳輸消息到用戶終端124和126。
B、示例性用戶終端收發信機在圖2中示出一個用於用戶終端124和126的示例性收發信機200。收發信機200至少使用一個天線210，用於接收通信信號，後者傳輸到一個模擬接收機214，在那裡它們被下變頻、放大，並數位化。常使用一個天線雙工器單元212使同一個天線兼用於發送和接收功能。但是，某些系統使用分別的天線在不同的發送及接收頻率下操作。
由模擬接收機214輸出的數字通信信號被傳送到至少一個從216A-216N組中選擇的數字接收機和至少一個搜索接收機218。能使用另外的從216A-216N組中選擇的數字數據接收機來得到所希望的信號分集級，這取決於可接受的收發信機複雜程度，對於有關專業的技術人員這是很明白的。
至少一個用戶終端控制處理器220耦聯到數字數據接收機216A-216N和搜索接收機218。除其他功能以外，控制處理器220提供基本的信號處理，定時，功率及轉接控制或調整，以及用於信號載波的頻率選擇。另外的常由控制處理器220完成的基本控制功能是偽隨機噪聲(PN)碼序列或用於處理通信信號波形的正交函數的選擇或操縱。由控制處理器220作的信號處理可包括確定相對的信號強度和計算各種有關信號參數。如定時和頻率那樣信號參數的計算可以包括使用附加的或分別的專用電路使得在測量中增加效率或速率或改善控制處理資源的分配。
數字數據接收機216A-216N的輸入耦聯到在用戶終端中的數字基帶電路222。用戶數字基帶電路222包括處理和表示單元，用於將信息傳送到用戶終端的用戶並從那裡傳送回來。即，如瞬間或長期的數字存儲器那樣的信號或數據存儲單元、如顯示屏，話筒，鍵盤終端或手機那樣的輸入輸入設備、A/D單元、聲碼器和其他語音和模擬信號處理單元等，所有這些使用本專業熟知的單元構成用戶數字基本電路222的部分。如果使用分集信號處理，用戶數字基帶電路222能包括一個分集組合器及解碼器。這些單元中的某些也可以在控制處理器220的控制下或與其通信來操作。
當語音或其他數據作為用戶終端始發的輸出消息或通信信號時，使用用戶數字基帶電路222接收、存儲、處理或準備所希望的用於發送的數據。用戶數字基帶電路222將這些數據提供給在控制處理器220控制下操作的發送調製器226。發送調製器226的輸出被傳送到功率控制器228，它將輸出的功率控制提供給發送功率放大器230，用於最終將輸出信號從天線210發送到網關。
收發信機200也能在發送路徑上應用一個預校正單元232來調節發出信號的頻率。這可以使用眾知的發送波形的上下變換技術實現。另外的選擇是，一個預校正單元232對用戶終端的模擬量上變換及調製級(230)能形成部分的頻率選擇或控制機制，使得在一個步驟中，用適當調整後的頻率把數位訊號轉換到所希望的發送頻率。
收發信機200也能在發送路徑中應用一個預校正單元232調節發出信號的定時，這可以使用在發送波形中加或減延時那樣的公知技術來實現。
用信號校正單元配置數字接收機216A-N和搜索接收機218來解調和跟蹤特定的信號。搜索接收機218被用於搜索導頻信號或其他相對固定樣式的強信號，而使用數字接收機216A-N解調與檢測到的導頻信號有關的其他信號。但是，能指定一個數據接收機216跟蹤已獲取的導頻信號以便精確地確定碼片信號能量的信噪比，用於確定導頻信號強度。因此，能監測這些單元輸出以便確定在導頻信號或其他信號中的能量或它們的頻率。這些接收機也能應用能被監控的頻率跟蹤單元以便對被解調的信號將當前的頻率及定時信息提供給控制處理器220。
控制處理器220使用那樣的信息確定，當如希望地將接收到的信號換算到同樣的頻帶時，它偏移振蕩器頻率到什麼程度。這個信息和其他關於頻率誤差及都卜勒偏移的信息能根據需要存入存儲器單元236。
C、示例性網關收發信機在圖3中示出用於網關120及122的示例性發射機裝置300。示於圖3的網關120，122部分具有一個或多個連至天線310的模擬接收機314，用於接收通信信號，信號隨後使用多種本專業熟知的方案被下變換，放大，和數位化。在某些通信系統中使用多個天線310。由模擬接收機314輸出的數位化信號作為輸入提供給至少一個數字接收機模塊，由324處虛線表示。
每個數字接收機模塊324對應於用於管理在網關120，122及一個用戶終端124，126之間的通信的信號處理單元，雖然在本專業中熟知有某些變化方案。一個模擬接收機314能對許多接收機模塊324提供輸入信號，且在網關120、122中常用一系列那樣的模塊，來適配所有的衛星波束及在任何給定時刻待處理的可能分集模式信號。各數字接收機模塊324具有一個或多個數字數據接收機316A-316N和搜索接收機318。搜索接收機318通常搜索導頻信號以外的信號的適當分集模式。在通信系統實施中，使用多個數字數據接收機316A-316N用於分集信號接收。
將數字數據接收機316A-316N的輸出提供給包括本專業所熟知的裝置的後繼的基帶處理單元332，並在此不作更詳細的說明。示例性基帶裝置包括分集組合器和解碼器，將多徑信號組合成一個輸出用於每個用戶。示例性基帶裝置還包括將輸出數據送到數字切換或網絡的接口線路。多個其他已知的單元(如聲碼器、數據數據機、數字數據切換和存儲部件，但不限於此)可以構成基帶處理單元322的一部分。操作這些單元控制或導向數據信號傳輸到一個或多個發送模塊334。
每個要發送到用戶終端的信號都連接到一個或多個適當的發送模塊334。傳統的網關使用一系列那樣的發送模塊334同時對許多用戶終端124，126提供服務並同時用於若干衛星和波束。由網關120，122使用的發送模塊334的數目由本專業熟知的因素確定，包括系統的複雜性，視界內的衛星數目，用戶的容量，所選的分集度等。
每個發送模塊334包括一個發送調製器326，它用擴頻調製用於發送的數據。發送調製器326的輸出連接到數字發射功率控制器328，它控制用於送出數位訊號的發送功率。為了減少幹擾及資源分配，數字發送功率控制器328應用最小等級的功率，但當需要補償在發送路徑中的衰減及其他路徑傳輸特徵時，應用適當等級的功率。發送調製器326至少使用一個PN產生器332用於擴頻信號。該碼產生也能形成在網關122，124中使用的一個或多個控制處理器或存儲單元的一個功能部分。
發送功率控制器328的輸出被傳送到加法器336，在那裡它與從其他發送模塊來的輸出相加。那些輸出是用於以同樣的頻率並在同一波束中作為發送功率控制器328的輸出發送到其他用戶終端124，126的信號。加法器336的輸出被送到模擬發射機338作數模轉換，轉換到合適的RF載波頻率，進一步放大並輸出到一個或多個天線340，用於發射到用戶終端124，126。根據系統的複雜性及配置，天線310和340可以是同一個天線。
至少一個網關控制處理器320耦聯到接收機模塊324、發送模塊334和基帶電路322；這些單元可以是物理上互相分開的。控制處理器320提供命令和控制信號達到下列功能，如信號處理，定時信號生成，功率控制，轉接控制，分集組合，和系統接口，但不限於這些。此外，控制處理器320分配PN擴頻碼、正交碼序到以及特定的發射機和接收機，用於用戶通信。
控制處理器320還控制導頻信號、同步信號及播叫信道信號的生成及功率，並將它們連到發送功率控制器328。導頻信道簡單地是一個未被數據調製的信號，並可使用重複的不改變的樣式或不變的幀結構類型(模式)或聲調類型輸入至發送調製器326。即，用於形成對導頻信號的信道的正交函數、沃爾什碼通常具有一個常數值，如全部為1或0，或一個熟知的重複樣式，如交替1和0的結構樣式。如果象通常的情況那樣，使用的沃爾什碼是全0碼，這實際上導致只發送從PN產生器332施加的PN擴頻碼。
雖然控制處理器320能直接耦聯至發送模塊324或接收模塊334那樣的模塊單元，每個模塊通常包括模塊專用的處理器，如發送處理器330或接收處理器321，它們控制對應模塊的單元。因此在較佳實施例中，如圖3所示，控制處理器320耦聯到發送處理器330及接收處理器321。以這樣的方式，單個控制處理器320能更有效地控制大量模塊及資源的操作。發送處理器330控制導頻信號、同步信號、播叫信號、業務信道信號和任何其他信道信號的產生和信號功率以及它們到功率控制器328的對應連接。接收控制器321控制搜索，PN擴頻碼用於解調和監測所接受的功率。
對某些如共享資源功率控制那樣的操作，網關120和122接收在通信信號中的信息，如接收信號的強度，頻率測量，或其他從用戶終端來的信號參數。此信息能由接收處理器321從數據接收機316的解調輸出導出。另外，此信息能作為發生在由控制處理器320或接收處理器321監測的信號的預定位置信息被檢測，並傳送到控制處理器320。控制處理器320使用該信息來控制使用發送功率控制器328和模擬發射機338，發送和處理的信號的定時和頻率。
D、示例性通信鏈路圖4提供在通信系統100的網關122和用戶終端124之間通信的附加細節。在用戶終端124和衛星116之間的通信鏈路常稱為用戶鏈路，而在網關122和衛星116之間的鏈路常稱為饋送(feeder)鏈路。通信在前向饋送鏈路460上從網關122以「前向」方向進行，且然後在前向用戶鏈路462上從衛星116下行至用戶終端124。在「返回」或「反向」方向上，通信在反向用戶鏈路464上從用戶終端124上行到衛星116，且然後在反向饋送鏈路上從衛星116下行到網關122。
在一個示例性實施例中，信息在前向鏈路460，462上使用頻分和極化多路復用由網關122發送。使用的頻帶被分成預定數目的頻率「束」。例如，頻帶使用右旋圓極化(RHCP)分成8個單獨的16.5MHz「束」，使用左旋圓極化(LHCP)分成8個獨立的16.5MHz的「束」。這些頻率「束」被進一步構成預定數目頻分多路復用的(FDM)「子束」。例如，單獨的16.5MHz束可以轉而由多達13個FDM「子束」構成，每個子束為1.23MHz帶寬。
E、示例性子束結構每個FDM子束能包括多個沃爾什信道(也稱為正交信道)。圖5示出具有64個沃爾什信道502-508的示例性子束500。如圖5所示，示例性子束500包括一個導頻信道502、一個同步信道504、7個播叫信道506(1)-(7)和55個服務信道508(1)-(55)，總共64個正交信道。本專業技術人員容易理解，也能使用其他的信道數目，如較多或較少的播叫信道，或總的信道數更少或更多。例如，某些通信系統設計呼叫要求使用具有128碼片或二進位單元的碼，導致128個正交信道，它在下面例子中將是Wi128。
用戶終端124使用導頻信道502來獲取一個子束(CDMA載波)及其他功能。同步信道504包括一個用戶終端124在獲取導頻信道502以後能夠讀出的重複信息序列。眾所周知，用戶終端124使用此重複信息序列獲取初始的時間同步。一旦用戶終端124獲得了時間定時，它調節其定時使對應於常稱之為的常規系統定時。隨後用戶終端124確定並開始監測一個或多個指定的播叫信道506，用於從網關發送播叫信道消息。
播叫信道消息將信息從網關傳遞到用戶終端。為了本例子的目的，至少有5個主要類型的播叫信道消息。這些主要的消息類型包括開銷消息、播叫消息、命令消息、信道分配消息和短消息服務(SMS)消息。開銷消息被用於配置系統。播叫消息通常當網關接收到一個呼叫或一個對連結用戶終端的請求並希望從該用戶終端得到響應時發送。使用命令消息通過向終端傳輸命令來控制特定用戶終端。例如命令消息可用於鎖定或防止一個錯誤的用戶終端發送信息。信道分配消息允許網關改變對一個用戶終端的播叫信道分配，並將一個用戶終端分配到55個業務信道508之一。最後，SMS消息允許網關傳遞短數字消息給一個用戶終端，將信息通過屏幕顯示提供給用戶。這類消息被用於十分類似於傳統頁面的可視播叫消息，以便提供系統狀態的簡要指示，或包括新聞、商業或體育數據的其他信息，在決定實現深度播叫模式中此類消息的傳輸是一個重要的考慮。
當請求一個通信鏈路(如當發出一個呼叫時)時分配一個業務信道508。在一個傳統的電話呼叫期間用戶終端和網關122之間的消息是通過一個業務信道508。
傳統上，使用標記為Wi64(其中i是沃爾什序列的索引而64是序列的長度，一般為Wim形式)的一組各不相同的正交沃爾什序列產生或構成每個導頻信道502、同步信道504、多至7個播叫信道506和55個業務信道508。具體說來，通常使用沃爾什序列W064構成導頻信道502，同步信道可以使用沃爾什序列W164構成，播叫信道506(1)-506(7)可以分別使用沃爾什序列W264-W864構成，業務信道508(1)-508(55)可以分別使用沃爾什序列W964-W6364構成。而且本專業的技術人員認識到，本發明的技術教導適用於如Wi128那樣更長的正交碼的應用，它使得可以用更多的信道，也適用於未能嚴格限定為沃爾什序列的正交二進位碼組。
各不相同的沃爾什序列W064-W6364的每一個互相正交。為了在特定的沃爾什信道上發送數據，該數據被在形成該特定的沃爾什信道時使用的沃爾什序列所復蓋或信道化，即與那個序列組合或使用那個序列調製。例如，為了在播叫信道506(1)上發送播叫或播叫信息或數據，首先使用沃爾什序列W264復蓋或信道化該頁。類似地，為了在業務信道508(3)上發送業務，該業務必須先被沃爾什序列W1164復蓋，並對每個對應的信道也如此。導頻信道502由沃爾什序列W064復蓋，它實際上不提供調製。
III、本發明的較佳實施例下面詳細討論本發明的一個較佳實施例。在討論特定的步驟，配置和結構時應該理解，這僅是為說明的目的。有關專業的人員將認識到，也能採用其他的步驟，配置和結構而不背離本發明的精神及範圍。本發明在各種無線信息和通信系統中能找到應用，包括在定位系統中。
如上討論，當用戶終端在一個建築物內且不靠近如門或窗那樣對外的開口處，或者被一個構築物或具體的物資或如樹那樣阻斷或衰減信號的物體所掩蓋或包圍時，該用戶終端將遇到接收播叫信道消息的問題。在那樣的情況下至少存在20dB到30dB的信號衰減。已經討論過的一個解決方案是簡單地增加播叫信道506中一個信道，如506(1)的功率，並在預定的基礎上讓用戶終端監測該播叫信道。此方法的問題是功率將增加到超過PFD限制的程度，這是不能接受的。
一個較好的解決方案是減少播叫信道506中的一個信道，如506(1)的數據速率，從慣用的數據速率(4800bps或9600bps)降到非常低數據速率(如10bps或更低)而維持常用的功率電平。同時增加用於接收那個播叫信號的積分周期以便允許收集附加的信號能量。這就使播叫信道506(1)每小時成功地傳遞數十個播叫信道信息到例如位於建築物中的用戶終端，在那裡需要克服的過大的傳播損失在20dB到30dB範圍內。此外，這就使得子束500的功率的大部分被用於業務信道508。
但是在一個如506(1)那樣的播叫信道中使用很低的數據速率的解決方案需要使用分配給該信道的正交碼或沃爾什序列中之一。為了維持系統的容量且不損失一個播叫信道對在高衰減復蓋區域中有限數目用戶的使用，採用一個新穎的方法，它使用比傳統上應用於形成播叫信道的碼長得多的正交碼。如上討論，播叫信道506(1)-506(7)和每個形成子束500的其他沃爾什信道在傳統上使用一組沃爾什序列形成，每個具有64碼片或128碼片長度『m』。該碼序列長度能用於深度播叫，而且該碼將保持與其他信道碼正交，這可以在某些通信系統中找到應用。
但是通常期望，或者提供或者計劃動態擴展到多個深度播叫信道，用於有大量用戶終端預期遇到加大的信號衰減的服務區域，使得多個信道能用於播叫到該數目的用戶。在此情況及配置中，分配碼資源到多個信道，如提供5個深度播叫信道，將使用多個(此處是5)總數為64或128沃爾什或正交碼，用於這些信道。這將最終犧牲對其他播叫信道及業務信道的系統容量。但如果使用多個輔助沃爾什碼形成深度播叫信道，所有其他的從同一的「根」沃爾什碼導出，則只使用一個沃爾什碼(而不是64或128或其他在系統中使用的適當數)提供深度播叫信道，而留下更多的碼用於形成正規的播叫或業務信道。
提出的技術取得現有的代碼產生過程的優點並使用傳統應用於形成播叫信道的沃爾什序列中的一個建立長得多的「輔助」沃爾什序列，而且隨後使用那個較長的輔助沃爾什序列形成播叫信道506。例如，可以使用通常用於播叫信道506(1)的傳統的沃爾什序列，(W264)建立一個長得多的「輔助」沃爾什序列，並隨後使用那個較長的輔助沃爾什序列形成一個新的或輔助的播叫信道。
如本專業技術人員所知，標記為Wim(其中i是沃爾什序列的索引，m是沃爾什序列的長度)的沃爾什序列能用於產生N個其他的沃爾什序列，稱之為輔助沃爾什序列，每個的長度為N*m，其中N是2的冪(即N＝2n，n是非負整數)。一個輔助沃爾什序列是由串接N次Wim構成的沃爾什序列，其中每個被連接的Wim可以有不同的極性。必須選擇極性序列來產生長度為N*m的N個附加的正交沃爾什序列。
例如取N等於4，可以從Wim建立下列長度為4*m的4個輔助沃爾什序列(1)WimWimWimWim；(2)WimWimWimWim；(3)WimWimWimWim；和(4)WimWimWimWim其中Wim標記Wim的邏輯補，即Wim=-Wim,]]>且Wi1=1.]]>從Wim產生的N*m個輔助沃爾什序列的每一個與沃爾什序列Wim以外的所有其他長度為m的沃爾什序列正交，且互相正交。
結果，從沃爾什序列W264能形成N個長度為N*64的輔助沃爾什序列。此外，從沃爾什序列W264形成的N個輔助沃爾什序列的每一個互相正交，而且使用這些序列產生的所有信道將與其他信道正交，包括使用其他沃爾什序列Wj64(j≠2)形成的那些信道。最好，N選成1024，它產生1024個長度為65536(1024*64＝65536)的沃爾什序列，這些1024個輔助沃爾什序列的任何一個能從原用於如506(1)的播叫信道的碼產生或形成。本專業的技術人員認識到，N能設置成任何希望的值，就好象正交碼能選成具有其他長度。
使用或從原用於形成播叫信道506(1)的序列產生長度為65536的1024個輔助沃爾什序列中的一個，允許降低播叫信道506(1)的數據速率，從慣用的4800bps或9600bps數據速率降到10bps或更低的數據速率而「保留」正交(沃爾什)碼。特別是，使用長度為65536的沃爾什序列形成播叫信道506(1)使得播叫信道506(1)能支持低至每秒9.375位的數據速率。這是從每數據位在某個功率電平上以較長的時間周期發送的事實導出的，且信號接收電路被設置成在輸入信號中每一位聚集更多的能量。這就增加了在出現衰減時與播叫信號相關並解調該播叫信號的能力。
如上所討論，降低播叫信道506(1)的數據速率到10bps或更低，在使用幾乎與傳統上使用的功率相同的情況下，使得播叫信道(1)能夠將播叫信道消息提供給建築物中的用戶，在那裡需要克服的過分的傳播損失在20dB到30dB範圍內。
除了將1024個輔助沃爾什序列之一與用於播叫信道506(1)的數據組合，還能使用另外1024個輔助沃爾什序列之一建立除導頻信道502和同步信道504以外的一個輔助同步信道。如果給輔助同步信道與同步信道504一樣的功率電平，則該輔助信道能夠克服20dB-30dB的衰減，並因而能穿透建築物或其他類似的障礙物。這就對在獲取及解調深度播叫信號中的使用提供合適的定時基準。如果希望，也可使用一個輔助導頻信道，雖然這不是必需的。這裡，能夠使用1024個輔助沃爾什序列中的一個建立除了導頻信道502之外的一個輔助導頻信道。
圖6示出按照本發明的一個實施例的具有信號結構的子束600。象子束500那樣，子束600包括一個導頻信道602，一個同步信道604，包括輔助播叫信道606(1)的多達7個播叫信道606(1)-(7)，和55個業務信道608(1)-608(55)。也能使用用於建立輔助播叫信道606(1)或606(11)的正交碼(606(1))，建立多達1024或更多的輔助正交沃爾什碼，這些碼能被用於建立輔助導頻信道(若需要)、附加輔助同步信道，和多個輔助播叫信道。這示於圖6中，其中子束600包括一個輔助導頻信道603、輔助同步信道605和一個或多個輔助播叫信道606(11)到606(1N)。如前所述，根據特定通信系統設計，可以根據需要使用較長或較短的正交序列，這將導致不同的信道數。
在一個實施例中，使用沃爾什序列W064產生或形成導頻信道602，使用沃爾什序列W164形成同步信道604，使用沃爾什序列W364-W864形成播叫信道606(2)-606(8)，且使用沃爾什序列W964-W6364形成業務信道608(1)-608(55)。在本實施例中，輔助播叫信道606(1)或606(11)是使用1024個長度為65536的輔助沃爾什序列之一形成的，如上所述後者是從沃爾什序列W264形成的。此外，使用從沃爾什序列W264形成的1024個輔助沃爾什序列中的另一個建立或形成輔助同步信道605。
最好與慣用的4800bps和9600bps的數據速率相反，在輔助播叫信道606(1)上數據速率設置到10bps或更低。用這樣的配置，在輔助同步信道605和輔助播叫信道606(1)上發送的數據能夠滲透那些過度的傳播損失在30dB或更小的範圍內的構築物(如建築物)，因為從較長的信號積分時間內每數據位捕捉到更多的能量。結果，在輔助播叫信道606(1)或606(11)上送出的播叫能被用戶終端接收到，而不論用戶終端是否在一個建築物中。
但是因為衛星116，118不是在與地球同步的軌道中，降低在輔助播叫信道606(1)的數據速率到10bps或更低使都卜勒效應更嚴重。即數據傳輸速率愈低，都卜勒效應對頻移及相位改變的衝擊愈大。在較低頻率下的較長的數據位周期意味著在每個數據位上產生的都卜勒頻移和相位改變比在高頻下大。例如，當接收10bps的信號時在每個數據位中由於都卜勒效應的都卜勒頻移和相位的改變比在10000bps下接收同樣的信號要大1000倍。這就導致無能力或至少減低能力來完成通常在使用導頻信號的通信系統中應用的相干信號接收。必須跟蹤都卜勒頻移的量，或者予以補償，以便允許對相關與跟蹤有合適的信號定時。
能使用技術來補償在較低頻率下增大的都卜勒的影響，在下面討論兩個這種技術。在第一個技術中，因為UT電路在開始以10bps速率接收前有效地鎖定到都卜勒頻移，實際上出現較小的問題。但在第二個提出的技術中，當已經在建築物中或信號衰減區域時UT接通，它必須使用相當長(長到1000倍)的積分時間搜索導頻信號。在沒有都卜勒值是多少的很好的概念時，UT看來不去尋找或獲取導頻信號或同步信號。
第一個技術需要用戶終端在未被阻檔時打開。接著在用戶終端進入一個建築物或被阻檔以前，該用戶終端置於「深度播叫模式」。將用戶終端放在深度播叫模式意味著該用戶終端使用增加的積分周期或時間監測正規的或輔助的導頻信道603，監測正規的或輔助的同步信道605，還監測低數據速率的播叫信道(輔助播叫信道606(1))。最好，使用比通常(如與正規導頻信號，播叫信號，業務信號等比較)長1000倍量級的積分時間。在用戶終端進入建築物時，用戶終端根據低的數據速率信道自動跟蹤都卜勒頻移，並因此使用長的積分時間使能帶著大的信道信號衰減來跟蹤。因此，只要信號衰減不超過30dB，UT能夠在低數據速率的播叫信道上接收播叫消息。此技術的唯一缺點是用戶必須記得在進入建築物之前著手進行深度播叫模式，或者用戶終端必須自動地檢測信號衰減並隨後自動切換到深度播叫模式。
與第一種技術相比第二種技術通常花費更多或使用更多的電路單元，但是在用戶終端進入建築物或其他嚴重的信號衰減區域以前不必要將用戶終端置於深度播叫模式。事實上，即使當用戶終端打開而同時用戶終端已經象進入建築物那樣進入信號衰減區時，第二種技術仍然有效。第二種技術需要用戶終端在正常模式中接收和存儲從網關發送的天體位置消息。通過接收和存儲天體位置消息，用戶終端將知道或確定對各個衛星期望的都卜勒頻移以及它們隨時間的變化。
為了使用第二種技術，用戶終端必須也知道它本身的位置。對一個用戶終端在它用網關登錄時存儲此位置而且如果新的位置未能得到時，使用最後存儲的位置，這已經足夠了。另外，如果用戶終端裝備有能在建築物中得到GPS信號的全球定位系統(GPS)接收機，用戶終端的位置能夠確定。然後使用GPS數據作為起始位置。知道它本身的位置並接收和存儲天體位置消息使用戶終端能夠確定都卜勒頻移並預計未來的值。因此，第二種技術使用戶終端能在建築物內部時打開且仍然獲取導頻信道600。
雖然在上面描述了本發明的各種實施例，應該理解它們僅作為例子提出而不是限制本發明。因此，本發明的範圍將不受上述任何示例性實施例所限制，而只根據下面的權利要求及其等同內容所確定。
權利要求
1.一個用於在通信系統中補償都卜勒效應的方法，其中消息以低的數據速率發送到在建築物中的用戶終端，其特徵在於，該方法包括下列步驟在用戶終端接收從網關發送的天體位置消息；將所述天體位置消息存入所述用戶終端；確定所述用戶終端的位置；根據所述位置及存在所述用戶終端的所述天體位置消息確定都卜勒頻移；獲取導頻信號。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述確定所述用戶終端位置的步驟包括每當用戶終端用網關登錄時存儲用戶終端位置的步驟。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述確定所述用戶終端位置的步驟包括接收全球定位系統(GPS)信號的步驟。
全文摘要
一個應用如沃爾什序列等具有預定長度m的正交信道化碼，在通信系統中進行深度播叫的方法，它不需要高功率的播叫信道。所述方法包括產生與具有大於或等於2m長度的沃爾什序列組合的播叫信道消息，並以小於每秒480位(bps)的數據速率發送所述播叫信道消息的步驟。通過以低的數據速率發送播叫信道消息並在長1000倍量級的時間周期內積分所收集的能量，所述消息能夠滲透建築物和其他構築物或高度衰減信號的環境，因而使得能成功地播叫一個在那樣的建築物或區域中的用戶終端。最好，使用長度為65536碼片量級的輔助沃爾什序列形成播叫信道消息，且數據速率小於10bps。
文檔編號H04J13/00GK1783750SQ200510128688
公開日2006年6月7日 申請日期2000年8月16日 優先權日1999年8月17日
發明者L·N·史濟夫 申請人:高通股份有限公司