具有兩種系統協議變換的收發信機中繼器的製作方法

2023-07-21 04:38:16 1

專利名稱：具有兩種系統協議變換的收發信機中繼器的製作方法
技術領域：
本發明一般地涉及通信系統，更具體地，涉及基於衛星的通信系統。
在現有技術中，已經知道了基於衛星的通信系統。例如，1994年4月12公Robert A.Wiedeman美國專利5303286號專利作為參考，該專利的名稱為＂無線電話/衛星漫遊系統＂。在美國專利5303286中記載的許多美國專利，外國專利和其它公開物也作為參考。
在這裡特別感興趣的是基於衛星的利用低地球軌道的多個衛星的通信系統的種類，涉及＂LEO＂系統或LEOS。LEOS用在地面上信號＂腳印＂(footprint)的移動圖型來表徵，相應於一個或多個射束的覆蓋區域的每個腳印的地方由給定的衛星發送和接收這些射束，因為該衛星繞著地球的軌道。這些衛星可能是與被稱為網間連接器的陸地站進行通信。這些衛星可能用作為中繼器，用於轉播通信，例如從一個地面站到另一個地面的電話呼叫。其中的一個地面站可能是一個網間連接器，而另一個可能是具有手持或車載收發信機的用戶。
現存的或已經提出的其它類型的基於衛星的通信系統，其中單獨的衛星能夠轉播通信直接地到另一個衛星，而不需要中間地面站。但是，這種增加的功能性導致增加衛星複雜性的費用。
可參見Davis等人的美國專利5008952(4/16/91)，名稱為＂具有地區協議變換的全球衛星通信系統＂，根據這個美國專利的教導，衛星尋呼系統利用交叉耦合的非同步衛星，該衛星包括可編程的編碼器，用於編碼所接收的以第一數據格式編碼的數據信息組成為第二種數據格式。第二種數據格式打算相應於特定地理傳送區域內可攜式通信接收機的信令要求。
如可能被實現的那樣，這種方法要求增加每個衛星的複雜性，因為衛星必須執行接收傳輸的星載信號處理，用於按規定路由發送接收的傳輸和用於執行數據信息組編碼功能。
本發明涉及用於耦合第一衛星通信系統到第二衛星通信系統的系統和方法，其中第一和第二系統以不同協議工作。
在本發明的優選實施例中，第一系統使用擴展頻譜(SS)，碼分多址(CDMA)技術，其中衛星用作簡單的＂彎管＂中繼器，用於轉播用戶和網間連接器之間的通信。第二衛星通信系統可能是任何其它類型的系統，至少具有一個特徵，即阻止第一和第二系統之間的直接通信。在下面描述的例子中，第二系統使用時分多址(TDMA)技術，而且能夠啟動直接的星對星間的通信鏈路。
放置一具基於陸地的或地面的協議變換單元，用於從第一或第二系統的衛星接收通信，並且該單元包括用於變換該傳輸到另一適於傳輸到其它系統的傳輸的電路。例如，例如從第一系統接收的SS_CDMA傳輸變換為TDMA格式，並被發送到第二系統。在被發送到第二系統的地面站之前，至少在第二系統的兩個衛星之間轉換通信，用於連接到本地公眾交換電話網(PSTN)。
通過放置在兩上不同的基於衛星通信系統之間的協議變換器形成根據本發明的混合通信系統，因此，連結兩個不同的系統，用於雙向話音和/或數據通信。
當結合附圖閱讀本發明的詳細的說明書時上面提出的和本發明的其它特徵就更明顯了，其中

圖1是衛星通信系統的方框圖，該系統根據本發明的優選實施例構成和工作；圖2是圖1的其中一網間連接器的方框圖；圖3A是圖1的其中一個衛星的通信有效負載的方框圖；圖3B說明與圖1的其中一個衛星相關聯的波束圓形的部分；圖4是表示支持衛星遙測和控制功能的地面設備的方框圖；圖5是圖2的CDMA子系統的方框圖；圖6是說明從第一基於衛星通信系統經本發明的協議變換系統到第二基於衛星通信系統的通信的方框圖；和圖7是更詳細地說明圖6的協議變換系統的方框圖。
圖1以圖說明衛星通信系統10的優選實施例，該衛星通信系統10適用於本發明的協議變換的優選實施例。在詳細地描述本發明之前，將首先描述通信系統10，以便更完全地理解本發明的協議變換系統。
通信系統10從概念上可細分為多個區段1，2，3和4。區段1在這裡稱為空間區段，區段2稱為用戶區段，區段3稱為地面(陸地)區段，和區段4稱為電話系統基礎區段。在本發明的優選實施例中總共有48個衛星，例如144公裡的低地球軌道(LEO)。衛星12被分布在8個軌道平面，每個平面具有6個相等空間衛星(Walker構像)。軌道平面相對於赤道傾斜52度而且每個衛星每114分鐘完成一次軌道。這種方法至少兩個衛星在約南緯度70度和約北緯度70度之間從特定的用戶位置來看提供近似地全地球覆蓋。這樣，能夠使一個用戶經過一個或多個網間連接器18和一個或多個衛星12，還有可能使用一部分電話基礎區段4，到或從地球的表面(經過PSTN)的其它點傳送到或從網間連接器(GW)18覆蓋區內地球表面的接近地任何點。
這時注意到，代表系統10的前面的和接著的描述，但是是通信系統的一個合適的實施例，其中可找到本發明教導的使用。即，根據本發明的實踐，在限定的見識內不閱讀或解釋通信系統的具體細節。
現在繼續描述系統10，通過擴展頻譜(SS)，碼分子多址(CDMA)技術，在衛星12之間，和由每個衛星(圖3B)發送的16個點射束的單獨一個之間的軟轉移(越區切換)過程提供不間斷的通信。該優選的SS-CDMA技術類似於TIA/EIA臨時標準，＂用於雙模式寬帶擴頻蜂窩系統的移動站-基站兼容標準＂TIA/EIA/IS-95，1993年，7月，儘管可利用其它擴頻和CDMA技術和協議。
低的地球軌道允許低功率固定或移動用戶終端13經衛星12通信，在本發明的優選實施例中，每一個衛星只起著＂彎曲管道＂中繼器，從用戶終端13或從網間連接器18接收通信業務量信號(例如話音和/或數據)，變換接收的通信業務量信號為其他頻帶並且然後重新發送變換的信號。即出現接收通信業務量信號的非星載信號處理，而且衛星12不變為任何智能，可能傳送接收或發送通信業務量信號。
而且，衛星12之間不需要直接地通信鏈路或鏈路，即每一個衛星12僅從處在用戶區段2內的發射機或從處在地面區段3內的發射機接收信號，並且僅發送信號到處在用戶區段2的接收機或到處在地面區段3中的接收機。
用戶區段2可能包括多中類型的用戶終端13，這些終端適於與衛星12通信。例如，用戶終端13包括多種不同類型的固定的和移動的用戶終端，包括但不限於手持移動無線電話機14，車載移動無線是話機15，尋呼/消息型裝置16和固定的無線電話機14a。用戶終端13最好裝備有全向天線13a，用於一個或多個衛星12進行雙向通信。
注意到，固定的無線電話機14a可利用一個定向天線。這種天線的優點是能夠降低幹擾，增加用戶數量，能同時地服務於一個或多個衛星12。
還應注意到，用戶終端13可能是雙重使用的裝置，該裝置包括以常規的方式與陸地蜂窩系統通信的電路。
還參見圖3A，用戶終端13可能是能夠工作在全雙工方式並且例如經過L-頻帶RF鏈路(上行或返回鏈路17b)和S-頻帶RF鏈路(下行鏈路或前向鏈路17a)，分別通過返回和前向衛星轉發器12a和12b。返回L頻帶RF鏈路17b可能工作在1.61GHz至1.625GHz的頻帶範圍，16.5MHz的帶寬，而且根據優選的擴頻技術用分組化的數字活音信號和/或數據信號調製。前向S頻帶RF鏈路17a可能工作在2.485GHz至2.5GHz的頻率範圍內16.5MHz的帶寬。前向RF鏈路17a也在網間連接器18，根據本發明的擴頻技術，用分組化的數字話音信號和/或數據信號調製。
前向鏈路的16，5MHz帶寬被劃分為13個信道，例如達到每個信道被指配給128個用戶。返回鏈路可能有各種各樣的帶寬，而且給定的用戶終端比前向鏈路上指配的信道可能是或可能不是指配的不同信道。但是，當在返回鏈路(從兩個或多個衛星12接收)上以分集接收工作時，對於每個衛星來說，用戶被指配相同的前向或返返鏈路RF信道。
地面區段3至少包括一個，但一般地包括多個網間連接器18，該網間連接器例如經過全雙IC頻帶RF鏈路19(前後鏈路19a(至衛星)，返鏈路19b(來自衛星)與衛星12通信，它一般地工作在3GHz以上的頻率範圍，而且最好工作在C-頻段。C-頻段RF鏈路雙向地傳送通信饋送鏈路，而且也傳送衛星指令到衛星和來自衛星的遙測信息。前向饋送鏈路19a可能工作在5GHz至5.25GHz的頻段，而同時返回饋送鏈路19b可工作在6.875GHz至7.075GHz的頻帶。
衛星饋送鏈路天線12g和12h最好地是寬覆蓋天線，從LEO衛星12看這些天線具有最大的地球復蓋區域。在通信系統10的優選實施例中，從給定的LEO衛星12觀看的角度(從地球的表面假定10度的向上角度)近似為110度。這就產生直徑約為3600英裡的覆蓋區域。
L-頻段和S-頻段天線是多射束天線，它們提供在相關陸地業務區內的覆蓋。L-頻段和S-頻段分別為天線12d和12c，最好是相互一致，如圖3B所示。即從宇宙飛行器發送和接收的射束覆蓋地球表面上的相同區域，雖然對於系統10的工作來諳這個特徵不是嚴格的。
作為一個例子，通過衛星12的其中一個給定衛星可能出現幾千個全雙工通信，根據系統10的特徵，兩個或多個衛星12每一個可傳送給定的用戶終端133和其中一個網間連接器18之間相同的通信。這種工作方式，正如下面所描述的，在各個接收機提供分集組合，導致增加對衰落的抵抗力並且便於實現軟過區切換程序。
應當指出，在這裡所描述的所有頻率，帶寬和鏈路不只是一個特定系統的表示，在不改變所研究的原理的情況下可以使用其它頻率和頻帶。不只作為一個例子，網間連接器和衛星之間的饋送鏈路可使用除了C-波段(大約3GHz至約7GHz)之外的頻帶，例如Ku波段(大約7GHz至約15GHz)或Ka波段(約15GHz以上)。
網間連接器18起著耦合衛星12的通信負載或轉發器12a和12b(圖3A)到電話基礎區段4的功能。轉發器12a和12b包括L-波段接收天線12C。S-波段發送天線12d，C-波段功率放大器12e，C-波段低噪聲放大器12f，C-波線天線12h和12h，L波段至C波段頻率變換部件12i和C波段至S波段頻率變換部件12j。衛星12還包括一個主頻率發生器12k和命令遙測設備121。
由E·Hirshfield和C.A.Tsao發明的美國專利名稱為＂移動通信衛星負載＂(USSN.08/060，207)也可作為參考。
電話基礎區段4是由現存的電話系統組成的，和包括公共陸地移動網(PLMN)網間連接器20，本地電話交換局，例如區域公共電話網絡(RPTN)22或其它一地電話業務提供者，國內長途網24，國際網26，專用網28和其它RPTN30。通信系統10工作在用戶區段2和公共交換電話網(PSTN)電話30和電話基礎區段4的非PSTN電話32或可能是專用網的各種類型的其它用戶終端之間提供雙向的話音機/或數據通信。
如圖1所示(以及圖4所示)，作為地面區段3的部分是一個衛星操作控制中心((SOCC)36，和一個地面操作控制中心(GOCC)38。包括有地面數據網(GDN)39(見圖2)的通信通路提供互連地面區段3的網間連接器18和TCUS 18a，SOCC36和GOCC38。通信系統10的這一部分提供整個系統控制功能。
圖2更詳細地表示其中一個網間連接器18。每個網間連接器18包括多達4個雙極化RF C-波段子系統，每一個包括一個拋物面天線40，天線驅動器42和支架42a，低噪聲接收機44和高功率放大器46。所有這些部件可能是被放置在屏蔽罩內，以提供環境的保護。
網間連接器18進一步包括下行變換器48和上行變換器50，用於分別處理接收的和發送的RF載頻信號。下行變換器48和上行變換器50被連接到(DMA子系統52，又通過PSTN接口54耦合到公共交換電話網(PSTN)。作為任選，PSTN可能通過使用衛星至衛星鏈路傍路。
CDMA子系統52包括一個信號加法器/開關單元52a，網間連接器收發信機子系統(GTS)52b，GTS控制器52C，CDMA互連子系統(CIS)52d，和選擇器銀行子系統(SBS)52e。CDMA子系統52由基站管理器(BSM)52f控制，並且起著類似於CDMA-兼容(例如，IS-95兼容)基站的功能。CDMA子系統52還包括要求的頻率綜合器52g和一個全球定位系統(GPS)接收機52h。
PSTN接口54包括一個PSTN業務轉換點(SSP)54a，呼叫控制處理順(CCP)546，旅遊者定位寄存器(VLR)54C和至家庭定位寄存器(HLR)的協議接口54d。HLR可能是被安置在蜂窩式網間連接器20(圖1)或任選地，在PSTN接口54。
網間連接器18通過SSP 54a通過標準接口連接到通信網路。網間連接器18提供一個接口並且經一次速率接口(PRI)連接到PSN。網間連接器18進一步能夠提供直接連接到移動交換中心(MSC)。
網間連接器18提供SS-7 ISDN固定信今至CCP 54b。在這個接口的網間連接器側，CCP 54b與CIS 52d接口，並且因此連接到CDMA子系統52。CCP 54b為系統空中接口(AI)提供協議變換功能，它可能是類似於用於CDMA通信的IS-95臨時標準。
組件54C和54d一般地提供網間連接器18和外部蜂窩電話網之間的接口，例如它是與IS-41(北美標準，APMPS_)或GSM(歐洲標準)蜂窩系統兼容的，而且，具體地規定處理漫遊者的方法，即發出呼叫的用戶在其家庭系統的外側。網間連接器18對系統10/AMPS電話和對系統10/GSM電話支持用戶終端識別。在服務區域內，在沒有通信基礎結構的地方，HLR能被加到網間連接器18並且與SS-7信令接口相接口。
在用戶的正常業務區域之外進行呼叫的用戶(漫遊者)，如果授權的話由系統10供給，在任何環境可能發現漫遊者的情況下，用戶可利用相同的終端設備從世界的任何地方進行呼叫。由網間連接器18透明地進行必要的協議變換。當不要求變換時，例如GSM至AMPS，協議接口54d羧被路。
在本發明教導的範圍內，向蜂窩式網間連接器20提供專用的，通用的接口，加上或替代用於GAM移動交換中心和自動售貨機適當接口到IS-41移動交換中心規定的常規＂A＂接口。在本發明的範圍內進一步提供直接地至PSTM的接口，如圖1所示，作為指配的PSTN-INT的信號通路。
通過網間連接器控制器56提供整個網間連接器的控制，包括至上述地面數據網(GDN)的接口56a和至業務提供者控制中心(SPCC)60的接口56b。網間連接器控制器56一般地通過BSM 52f和與每個天線40相關的RG控制器43互連到網間連接器18。網間連接器控制器56連接到資料庫62，例如用戶資料庫，衛星的天文歷數據等，並且連接到I/O單元64，該單元能使其服務於個人，增加接入到網間連接器控制器56。GDN39也是雙向地接口到遙測和命令(5個C)單元66(圖1和4)。
參見圖4，GOCC38的功能是由網間連接器18來規劃和控制衛星的利用，並且協調SOCC36的這種利用。一般地，GOCC38分析趨向，產生業務量規劃，分配衛星12和系統資源(例如，但不限於，功率和信道分配)，監視整個系統10的性能，和經GDN38實時或提前發送利用指令到網間連接器18。
SOCC36工作維持和監視軌道，轉發衛星使用信息經GDN39到網間連接器用於輸入到GOCC38監視每個衛星12的整人功能，包括衛星電池的狀態，設置衛星12內RF信號通路和增益，保證相對於地球表面的最佳衛星的方向，加之其它功能。
如上所述，每個網間連接器18的功能是經地資料庫62(圖2)連接給定的用戶到PSTN，用於信令，語音和/或數據通信，並且產生數據，用於計費處理。選擇的網間連接器18包括遙測和命令單元(TCU)18a，用於接收遙測數據，該數據由衛星12經返回鏈路19b發送和用於發送命令經前向鏈路19a到衛星12。GDN39工作互連網間連接器18，GOCC和SOCC36。
一般地，LEO星座的每個衛星12工作轉發來自網間連接器18的信息到用戶(C波段前向鏈路19a到S波段前向鏈路17a)，和轉發來自用戶的信息到網間連接器18(L波段返回鏈路17b和C波段返回鏈路19b)。這種信息包括SS-CDMA同步和尋呼信道，加上功率控制信號。各種CPMA導頻信道也可能是用於監視前向鏈路上的幹擾。衛星和星曆表更新數據經衛星12也從網間連接器18傳送到每個用戶終端13。衛星12還起著從用戶終端13轉發信令信息到網間連接器18的作用，包括接入請求，功率改變請求和登記請求。衛星12還轉播用戶和網間連接器18之間的通信信號，而且可應用加密減輕未授權使用。
在運行中，衛星12發送宇宙飛行器的遙測數據，該數據包括衛星工作狀態的測量。來自衛星的遙測數據流，來自SOCC36和來自通信饋送鏈路19的命今都共用C波段天線12g和12h。對於包括TCU 18a的那些網間連接器18來說，接收的衛星遙測數據可能是立即傳送到SOCC36或是存儲遙測數據，在以後的時間，典型地根據SOCC請求，接著傳送到SOCC36。遙測數據，或者是立即發送的或者是存儲和接著發送的，經GDN39作為分組消息發送，每一個分組消息包含一個單個小的遙測幀。應當多於一個SOCC36提供衛星支持，遙測數據傳送到所有的SOCC。
SOCC36具有與GOCC38的一些接口功能。一個接口功能是軌道位置信息，其中SOCC36提供軌道信息到GOCC38，以便每個網間連接器18能夠精確地跟蹤4個衛星，這4個衛星可能是從網間連接器觀看。該數據包括數據表，這些數據表足以能夠使網間連接器18，使用已知的算法開發它們自己的衛星通信表。SOCC36不要求知道網間連接器的跟蹤時間表。TCU18搜索下行鏈路遙測波段，並且在傳播命令之前由每個天線唯一地識別跟蹤的衛星。
另一個接口功能是從SOCC36向GOCC38報告的衛星狀態信息。該衛星狀態信息包括衛星/轉發器二者的可用性，電池狀態和軌道信息，而且一般包括任何衛星相關限制，這些限制將防礙用於通信目的的衛星12的所有或部分使用。
系統10的一個重要方面是在網間連接器接收機處和用戶終端接收機處與分接組合相結合使用SS-CDMA。利用分集組合減少來自多個衛星經多個和不同路徑長度到達用戶終端13或網間連接器18的信號衰減的影響。利用用戶終端13和網間器18的瑞克(Rake)接收機接收和組合來自多個信源的信號。例如，用戶終端13或網間連接器18為前向鏈路信號或返回鏈路的信號提供分集組合，這些信號是同時地通過衛星12的多個射束髮送和接收。
考慮到由Stephen A.Ames於1993年8月3日發表公開的美國專利5233626，名稱為＂中斷器分集的擴頻通信系統＂的整個專利引用在這裡作為參考。
連續分集接收方式的性能優於通過一個衛星中繼器接收一個信號的信號，並且由於樹或其它具有對接收信號不利影響的建築物的屏蔽或阻塞使一個鏈路丟失而通信不中斷。
給定的一個網間連接器18的多個，雙向天線40能夠通過一個或多個衛星12的不同射束髮送前向鏈路信號(網間連接器至用戶終端)，以支持用戶終端13的分集組合。用戶終端13的全局天線13a通過從用戶終端13＂看見＂的所有衛星射束髮送。
每個網間連接器18支持發射機功率控制功能，致力於慢衰落，而且支持信息組交錯，致力於中間的快速衰落。在前向和反向鏈路上實現功率控制。功率控制功能的響應時間被調整到適應衛星繞行延遲最壞情況30毫秒。
信息組交錯(53d，53e，53f，圖5)工作在信息組的長度，該長度涉及聲碼器53g分組幀。最佳交錯長度處理較長的長度，而且因此改進了誤碼校正，其代價是增加了整個端至端的延遲。最佳最大端至端延遲是150毫秒或至少。這種延遲包括所有延遲，包括那些由於由分集組合器執行的接收信號調整產生的延遲，聲碼器53g處理延遲，信息組交錯53d-53f延遲和維特比解碼器(未示出)的延遲，維特比解碼器構成CDMA子系統52的一部分。
圖5是圖2的CDMA子系統52的前向鏈路調製部分的方框圖。加法器組件53a的輸出饋送一個頻率靈活地上交換器53b，又饋送加法器和開關部件52a。遙測和控制(TC)信息還輸入到部件52a。
未調製的直接序列SS導頻信道產生希望比特速率的全零沃爾什(Walsh)碼。這個數據充短的PN碼相組合，該PN碼是用於從不同的網間連接器18和不同的衛星12中分離信號。如果使用，導頻信道是模2加到短碼，並且然後是QPSK或BPSK擴展交叉CDMAFP.RF信道帶寬，提供如不同的偽噪音(PN)碼偏移(a)PN碼偏移允許用戶終端13唯一地識別網間連接器18；(b)PN碼偏移允許用戶終端13唯一地識別衛星12；和(C)PN碼偏移允許用戶終端13唯一地識別16個射束的其中一個給定射束，這些射束從衛星12發送。來自不同的其中一個衛星12的導頻PN碼被分配給來自相同導頻源PN碼的不同時間/相位偏移。
如果使用，由網間連接器18發送的每個導頻信道可能是以比其它信號更高或更低功率電平發送。導頻信道能夠使用戶終13獲得前向CDMA信道的定時，為相干解調提供相位基準，並且提供一種機制，以執行信號強度比較以確定何時初始越區切換。但是，沒有使用導頻信道，為此目的可利用委託的和其它技術。
同步信道產生包括如下信息的數據流(a)日期時間(b)發送的網間連接器識別；(C)衛星星曆表和(d)指配的尋呼信道。同步數據被加到卷積編碼器53h，在這裡該數據被卷積地編碼並且接著信息組交錯以防止速衰落。產生的數據流被模2加到同步的沃爾什碼和QPSK或BPSK擴展交叉CDMA FD RF信道帶寬。
尋呼信道被加到卷積編碼器53i，在這裡這些數據卷積地被編碼並且然後信息組交錯。產生的數據流與長碼發生器53j的輸出組合。長的PN碼用於分離不同的用戶終端13波段。尋呼信道和長碼被模2加並提供到符號覆蓋器，在這裡產生的信號被模2加到沃爾什碼。該結果然後被QPSK或BPSK擴頻交叉CDMA FD RF信道帶寬。
一般地，尋呼信道傳送一些消息類型，它包括(a)系統參數消息，(b)接入參數消息；和(c)CDMA信道列表消息。
系統參數消息包括尋呼信道的配置，登記參數，和求助於獲得的參數。接入參數信息包括接入信道的配置和接入信道的數據速率。如果使用，傳送CDMA信道表消息，與導頻識別和沃爾什碼分配相聯繫。
聲碼器53k編碼話音為PCM前向業務量數據流。前向業務量數據流被加到卷積編碼器531在這裡數據被卷積地編碼和然後在部件53f中信息組交錯。產生的數據流與用戶長碼信息組53k的輸出組合。用戶長碼被用於離不同的用戶信道。然後，產生的數據流被功率控制在復用器(MUXX)53m中，模2加到沃爾什碼並且然後QPSK或BPSK擴頻交叉CDMA FD RF通信信道帶寬。
網間連接器18工作解調CDM返回鏈路。對於返回鏈路有兩種不同的碼(a)零偏移碼；和(b)長碼。使用有兩種不同類型的返回鏈路CDMA信道，即接入信道和返回業務量信道。
對於接入信道來說，網間連接器18接收和解碼要求接入的接入信道上的脈衝串。接入信道消息被嵌入到長的前置碼中，跟隨該前置碼的是相對小量的數據。前置碼是用戶終端的長的PN碼。每個用戶終端13具有由唯一時間偏移產生的唯一長PN碼為公共PN發生器多項式。
在接收接入請求之後，網間連接器18在前向鏈路尋呼信道上(組件53e，53i，53j)發送一個消息確認接入請求的接收並且指配沃爾什碼給建立業務量信道的終端13。網間連接器還指配一個頻率信道經該用戶終端13。用戶終端13和網間連接器18轉換到指配的信道單元並且使用指配的沃爾什(擴頻)碼開始雙工通信。
通過卷積地編碼來自本地數據源或用戶終端聲碼器的數字數據信號，在用戶終端13內產生返回的業務量信道。然後以預定的間隔信息組交錯這些數據，並加到128元調製器和數據脈衝隨機化器，以降低互撞。然後把該數據加到零偏移PN碼和通過一個或多個衛星12發送到網間連接器18。
網間連接器18通過使用，例如使用快速哈德馬得(Hadamard)交換(FHT)解調128元沃爾什碼並提供解調的信息到分集組合器。
前面已經描述了通信系統10的優選實施例。根據本發明，系統10構成一個衛星通信系統，並且利用一個協議變換單元接口系統10到另一個類似基於衛星的通信系統。
正如在這裡應用的，通信協議打算包含通信系統的所有電氣和邏輯方面，這些方面服務於規定的通信系統。這些電氣和邏輯方面包括，但不限於，接入類型(CPDA，TDMA，頻分多地[FDMA]等)，調製類型(相位，幅度，頻率等)，頻方案，比特速率，信令格式，誤碼保護技術，功率電平控制，語音編碼技術和速率，接入和尋呼格式，呼叫建立格式，越區切模技術等。
現在參見圖6來表本發明的示例比的實施例。系統1可能是等同於上面所詳細描述並在圖1-5中說明的系統10。衛星12有一個相聯繫的覆蓋區(CA1)，在該區內放置一個網間連接器18。連接到網間連接18的是具有接有第個電話機的第-PSTN。第2系統(系統2)包括衛星72A-72C和至少一個基於地面的網間連接器74。該網間連接器74被連接到具有接有第二個電話機的第二PSTN。衛星72A具有相聯繫的覆蓋區(CA2)，在該覆蓋區內放置有本發明的協議變換單元(PCU)70。假定PCU70是在衛星12和72A二者的視線內，則該PCU70能從這兩個衛星發送和接收。
作為例子，響應於一個用戶從電話機，和電話機2打一個電話，網間連接器18慣例形成一個呼叫請求在上述鏈路A上發送到衛星12。衛星12在下行鏈路13上轉發這個傳輸。在這種情況下，由PCU70接收下行鏈路傳輸(SS-CDMA傳輸)。該CPU70從呼叫請求中解調傳輸提取呼叫目的地信息。CPU70通過變換SS-CDMA傳輸為能夠與系統2傳輸格式兼容的格式發送呼叫到電話機2。
對於這個例子來說，假定系統2使用TDMA格式，其中轉發的幀每一個包括多個時隙，和其中用戶通信，包括語音部分，至少在一個指定的時隙內，以數字格式發送。
PVU70在上行鏈路C上發送以TDMA格式的已變換的呼叫請求信號至衛星72A。衛星72A檢查呼叫目的地信息，並且如果需要的話，可經多個衛星72發送該呼叫。在這個例子中，該呼叫請求經信號通路D從衛星72A發送到衛星72B。進一步經信號通路E傳送到衛星72C。響應於呼叫目的地信息，衛星72C在下行鏈路F上發送TDMA格式的呼叫請求至網間連接器74。網間連接器74建立呼叫並連接相同的至PSTN2，對於電話機2進行分集接收。以相反的次序，適合的確認消息被發送到網間連接器18。此後，在電話機1和電話機2之間執行全雙工呼叫，在系統1內呼叫是以CC-CDMA空中接口格式，在系統2內呼叫是以TDMA空中接口格式。
例如，響應於用戶終端13發一個呼叫到電話機2或第2用戶終端13′，網間連接器18慣例形成呼叫請求，該請求在上所鏈路A上發送到衛星12。在鏈路B上，該衛星12轉發這個傳輸，由PCU70接收。PCU70從呼叫請求中解解該傳輸提取呼叫目的地信息。然後PCU通過變換SS-CDMA傳輸為能夠與系統2傳輸格式兼容的格式傳送該呼叫電話機2或用戶終端13′。
這種技術被用作中繼，例如話音通信，數據通信和尋呼消息以及從一個衛星系統到另一個系統的確認。
圖7更詳細地表示PCU70。PCU70包括用於與衛星12通信的接收天線70A和發送天線70B。天線70A和70B可能是定向或是全向天線。連接到天線70A和70B是SS-CDMA收發信機70E，其構成如上面描述的圖2和5所述。PCU70還包括一個發送天線70C和一個接收天線7QD，用於與系統2的衛星72進行雙向通信。天線70C和70D也可能是定向的或全向的天線。連接到天線70C和70D是TDMA收發信機70F。雙向地連接到收發信機70E和70F是一個協議變換器70G。協議變換器70G下變換和解調接收的傳輸，從解調的傳輸中提取相關信息，並且重新格式化該信息為適於其它系統傳輸的形式。例如，SS-CDMA傳輸被解除擴頻和解調，從這裡提取信息，根據要求改變信息的格式，和此後該信息被分組化為至少TDMA幀的一個時隙，用於經TDMA收發信機70F和發送天線70C的傳輸。協議變換70G加上由系統2，但不是由系統1要求的信息，並且剝去系統1，但不是在系統2內要求的信息。語音編碼的話音信息還可能是被解碼為模擬格式或者例如為64kb/SPCM格式，和然後再次根據在目的地系統使用的語音編碼技術編碼。例如，一個系統可使用可變換速率話音編碼器，而同時另一個系統可能使用固定速率話音編碼器。根據需要也變換呼叫信令和開銷信息。例如，在TDMA系統2中可能是需要時間調整信息，以便精確地同步來自PCU70的上行鏈路的脈衝串，而同時，在系統1中可能是完全不需要這種信息。
協議變換器70G在系統操作軟體70H的控制下工作，該軟體包括對系統1和系統2二者的空中接口的技術規範。協議變換器70G也可能被連接到授權用戶70I的資料庫。在變換通信之前可能是要檢查這個資料庫，以保證始發方被授權使用該系統，呼叫指向該系統。用戶識別典型地為用呼叫請求信號接收信息的一部分。
PCU70最好地構成提雙份部件，這些部件規定每一個通信系統。例如，聲碼器，調製器和解調製，信道化和下變換電路，定時和同步電路，發送機和接收機和可能地天線都是用一組雙份，提供給兩個系統的每一個系統。
顯然，在第一系統的覆蓋範圍內僅需要一個PCU70。在這個例子的第二個系統中，能夠使直接的衛星至衛星的鏈路，僅需要提供一個通信通路到衛星72的其中一個衛星，以便獲得世界範圍的覆蓋。
雖然對系統1的SS-CDMA通信系統Q內容進行了G描述，本發明的教導不限於此，即本發明的教導也可能是用於其它類型的第一和第二通信系統，例如頻分多址(FDMA)系統和混合系統，例如TD-SS通信系統。而且，系統1和系統2二者可以使用，例如，不同於SS-CDMA或TDMA技術的類型。例如，系統1和系統2二者可以是SS-CDMA型的系統，無論如何，它們在頻率規劃，比特速率，調製類型，信令格式，聲碼器類型等的一個或多個方面相互不兼容。在這路情況下，當發送到和接收至兩個SS-CDMA系統時CPU70執行必要的變換。
而且，雖然已經描述了兩個系統協議變換的內容，應當認識到，PCU70可包括3個或多個不同協議變換系統，用於接口基於衛星通信系統的3個或更多不同類型。
因此，已經特別地描述了本發明，而且涉及優選實施例的描述，本領域的技術人員懂得，在其形式和細節方面進行改變，而不脫離本發明的範圍和精神。
權利要求
1.一種通信中繼器單元，包括一個第一收發信機，用於與基於第一衛星通信系統的至少一個第一衛星雙向地通信；一個第二收發信機，用於與基於第二衛星通信系統的至少一個第二衛星雙向地通信；其中所述基於第一衛星通信系統利用第一協議，其中所述基於第二衛星通信系統利用第二協議，其中第一協議不同於第二協議；並且其中所述中繼器單元進一步包括，一個雙向耦合接到所述第一收發信機和到所述第二收發信機協議變換器，用於從所述基於衛星通信系統的其中一個系統接收傳輸，用於變換接收的傳輸到由基於其它衛星通信系統，和用於發送已變換協議的傳輸到基於其它衛星通信系統。
2.根據權利要求1的通信中繼器單元，進一步包括授權用戶的資料庫，和其中只有當接收的傳輸由在授權用戶的資料庫中記錄的用戶始發時所述協議變換器才變換接收的傳輸。
3.根據權利要求1的通信中繼器單元，其中所述基於第一衛星通信系統使用擴展頻譜，基於碼分多址的協議，和其中所述基於第二衛星通信系統利用基於時分多址的協議。
4.根據權利要求3的通信中繼器單元，其中所述基於第一衛星通信系統的衛星只能夠與包括所述協議變換單元的陸地收發信機直接地通信，和其中基於所述第二衛星通信系統的衛星能直接地與包括所述協議變換單元的陸地收發信機通信，還與基於所述第二衛星通信系統的至少一個其它衛星通信。
5.一種混合通信系統，包括一個包括至少一個第一衛星第一基於衛星的通信系統；一個包括至少一個第二衛星第二基於衛星的通信系統；其中所述第一基於衛星的通信系統利用一個第一協議，其中所述基於衛星的第二衛星通信系統利用一個第二協議，其中第一協議不同於第二協議；和其中所述混合通信系統進一步包括至少一個協議變換單元，它包括，一個第一收發信機，用於雙向地與所述基於所述第一基於衛星的通信系統的至少一個第一衛星通信；一個第二收發信機，用於雙向地與所述基於所述第二基於衛星的通信系統的至少一個第二衛星通信；和一個雙向地連接到所述第一收發信機和連接到所述第二收發信機的協議變換器，用於從所述基於衛星通信系統的其中一個系統接收傳輸，用於變換接收的傳輸為由其它基於衛星通信系統利用的協議，和用於發送已變換協議的傳輸到其它基於衛星通信系統。
6.根據權利要求5的混合通信系統，其中所述至少一個第一衛星是低地球軌道衛星，包括用於從至少一個地面站接收通信上行鏈路饋送鏈路的裝置，和用於發送接收的通信饋送鏈路到多個陸地放置終端的裝置，這些終端放置在與所述第一衛星相聯繫的下行鏈路覆蓋區域內，和其中所述的至少一個地面站包括用於發送所述通信饋送鏈路至所述至少一個第一衛星的裝置，並且進一步包括用於耦合所述通信饋送鏈路至陸地放置的通信系統的裝置。
7.根據權利要求5的混合通信系統，其中所述協議變換器進一步包括一個受權用戶的資料庫，並且其中在接收的傳輸由在受權用戶的資料庫中存儲的用戶始發時所述協議變換器變換接收的傳輸。
8.根據權利要求5的混合通信系統，其中所述第一基於衛星的通信系統利用擴展頻譜，基於碼分多地址協議，和其中所述基於第二衛星通信系統利用基於時分，基於多址協議。
9.根據權利要求8的混合通信系統，其中所述的第一基於衛星的通信系統只能夠與陸地包括所述協議變換單元的收發信機直接地通信，和其中基於所述第二衛星通信系統的衛星能直接地與包括所述協議變換單元的陸地收發信機通信，及與基於所述第二基於衛星的通信系統的至少一個其它衛星通信。
10.一種用於從一個用戶終端到另一個用戶終端通信的方法，包括以下步驟在第一終端始發一個通信；通過地面站播該通信到第一基於衛星的通信系統的至少一個衛星，第一基於衛星的通信系統根據第一協議工作；與至少一個第一衛星轉播該通信；接收轉播的通信；交換該通信為具有與第二基於衛星的通信系統相聯繫的第二協議通信；發送變換的通信到第二基於衛星的通信系統；接收發送的變換的與第二基於衛星的通信系統的至少一個第二衛星的通信；和傳送變換的通信至第二終端。
11.根據權利要求10的方法，其中傳送的步驟包括從至少一個第二衛星到第二基於衛星的通信系統的至少一個進一步的衛星轉發交換的通信的步驟。
12.根據權利要求10的方法，其中變換的步驟包括確定該通信是否由在授權用戶的資料庫存儲的用戶始發步驟。
13.根據權利要求10的方法，其中第一基於衛星的通信系統使用擴展頻譜，基於碼分多址的協議，和其中第二基於衛星的通信系統使用基於時分多址的協議。
14.根據權利要求10的方法，其中變換的步驟變換接入類型，調製方式，頻率方案，比特速率，信令格式，誤碼保護技術，功率電平控制，語音編碼技術，語音編碼速率，接入和尋呼格式，呼叫建立格式和過區切模技術的至少其中之一。
全文摘要
一種用於雙向連接第一衛星通信系統至第二衛星通信系統的系統和方法，其中第一和第二系統以不同協議工作。安置的基於地面協議的變換單元用於從或是第一或是第二系統的一個衛星接收通信，而且包括用於交換一種傳輸為能適於其它系統傳輸的傳輸的電路。在發送到連接到本地公共交換電話網(PSTN)的第二系統的地面話，之前，在第二系統的至少兩個衛星之間可以中繼通信。
文檔編號H04B7/216GK1143869SQ9610897
公開日1997年2月26日 申請日期1996年5月1日 優先權日1995年6月6日
發明者R·A·威德曼 申請人:環球星有限合伙人公司