衛星通信系統中的多路擴展碼的製作方法
2023-09-22 11:04:40
專利名稱：衛星通信系統中的多路擴展碼的製作方法
技術領域：
本發明涉及分組交換通信系統，尤其涉及在衛星通信系統中使用多路碼進行數據傳輸的裝置和方法。
通信網絡包括一組用於從源節點向目的節點傳送用戶信息的資源。資源包括交換節點和通信鏈路。在一個分組交換網絡中，用戶信息具有分組數字數據的形式。用戶信息由離散的單個分組攜帶，並且各單個分組攜帶其自身的目的地址以及至少一部分的用戶信息。交換節點估算目的地址從而決定怎樣適當地路由分組。
操作通信網絡的服務提供商和網絡用戶可以從提高網絡效率中獲益。服務提供商希望提高效率是因為他們能通過使用給定的網絡資源傳送更多的用戶信息，從而獲得更大的收益。用戶希望提高效率是因為提供網絡資源的費用可以被分攤到更多用戶信息傳送中，從而降低發送任何單項用戶信息的費用。
在通信網中，尤其是在衛星通信系統中，經常需要任何單個網絡節點(諸如一個衛星)只處理網絡可用的全部信道的一部分信道。一個信道通常的處理過程是接收一個寬帶信號，將寬帶信號分解成許多窄帶信號，解調傳輸有關信道的窄帶信號，在使用TDMA通信模式的情況下從一個指定的時隙中選出有關信道，並且執行把從有關信道獲得的信息傳送到其最終目的地所需要的任何再分組，調製，混合，或其它功能。
不同的節點處理全部網絡配置中的不同信道。所有的信道都被使用，但這種使用被分布到許多不同的節點上。節點上處理的信道組合經常變化。當節點位於在圍繞地球的移動軌道中運轉的衛星內時，節點上處理的信道組合可每分鐘以變化一次。相應地，配置網絡節點，使之能夠處理的信道數量通常大於在任何指定時刻實際需要處理的信道數量。這種類型的配置會導致低效率，其中當節點位於繞地球軌道運行的衛星中時具有特別嚴重的影響。
在一個碼分多址(CDMA)系統內，許多用戶在相同頻率的信道內互相重疊。這些編碼與各個用戶的每用戶位的多重編碼一起操作，並且將各個用戶的能量擴展到比需要的更寬的頻譜上。只要這些編碼是相互正交的，它們就可以相互重疊。
不幸的是，常規的分組交換網和其它網絡以一種相對低效的方式工作。當信息頭必須附加於數據分組以便完成路由的時候會導致效率降低。這樣會將諸如通信鏈路的系統資源浪費在傳送路由信息而不是用戶信息上。用於傳送信息頭的那部分鏈路帶寬不能用於傳送用戶信息，這導致網絡資源的低效使用。
涉及網絡資源低效使用的問題困擾著許多通信網絡，並且在依賴RF通信鏈路的網絡中會產生更嚴重的影響。
非常需要一種能在衛星通信系統內提供更有效的用戶信息路由的裝置和方法。另外，還需要通過稍微修改衛星和地面設備來增加繞軌道衛星的星載資源利用率的裝置和方法。
結合附圖並且參照詳細的描述和權利要求書可以更完整地理解本發明，其中相似的索引數字表示例圖中的相似部分，並且
圖1說明了一個基於本發明最優實施例的，實現編碼路由方法的衛星通信系統的簡化模塊圖；圖2說明了一個基於本發明最優實施例的，使用許多中間節點的示例性路由系統的簡化模塊圖；圖3說明了一個基於本發明最優實施例的通信設備的簡化模塊圖；圖4說明了一個基於本發明最優實施例的，確定在擴展頻譜通信系統中被用於擴展信號的路由編碼的流程圖；圖5說明了一個使用源節點的流程圖，其中該源節點適於使用路由編碼擴展和解擴展基於本發明最優實施例的擴展頻譜通信系統中的信號；圖6說明了一個使用目的節點的流程圖，其中該目的節點適於使用路由編碼擴展和解擴展基於本發明最優實施例的擴展頻譜通信系統中的信號。
本發明提供了在特定的衛星通信系統中更有效地路由用戶信息的裝置和方法。另外，本發明提供了通過稍微修改衛星和地面設備來增加軌道衛星星載資源利用率的裝置和方法。
圖1說明了一個基於本發明最優實施例的，實現編碼路由方法的衛星通信系統的簡化模塊圖。衛星通信系統100包括通信單元110，通信衛星112和地面站114。通信單元110，通信衛星112，和地面站114可被視作衛星通信系統100中的節點。通信單元110使用射頻(RF)通信鏈路130與通信衛星112通信。地面站114使用通信鏈路140與通信衛星112通信。通信衛星112使用通信鏈路150與其他通信衛星112通信。
地面站114可以是一個信關和/或一個控制中心。通過RF通信鏈路把通信系統中大量的節點連接在一起。圖1描述了被配置成通信單元110，通信衛星112，和地面站114的節點。通過RF通信鏈路，通信單元110，地面站114，和通信衛星112能與其他通信衛星，通信單元，和地面站通信。下面討論的本發明最優實施例的特性可以實現在任何衛星通信系統100的節點或者其他通信系統的節點中。
通信衛星112定位在近地軌道上。在這種軌道上，衛星112相對地球表面的給定點高速移動。通信單元110和地面站114能定位在地球表面最近的地方，並且事實上它們相對於衛星112是靜止的。由於通信衛星和通信單元110之間的相對移動，通信鏈路是暫時的，並且使用切換方案實現連續的通信信道。
期望把通信衛星112配置成擴展頻譜通信基站並且在下面被稱作節點。期望在這個通信系統中的通信單元能在一個特定的時間與其可見的通信衛星進行通信。例如，通信單元可以進行功率監視以便確定哪個通信衛星112是建立連接的最佳候選。
配置衛星112上的天線120，使之具有多個射束並且把各單元(未示出)朝地球表面突出。在任何給定時刻根據在射束中分配使用的信道進行與通信單元110的通信。因為衛星112的高速移動，信道分配可以每分鐘都在改變。
在通信衛星112上通過通信鏈路130接收在通信單元之間交換的用戶信息。如果信息目的地是一個遠程用戶，則使用鏈路150在通信衛星網內向最終目的地傳遞該信息。地面站114可以接收這種用戶信息和其它信息，例如信令和中繼信息。
通常，天線120提供寬帶信號，每個信號都可以傳送大量的信道信息。在最優實施例中，使用擴展頻譜技術傳送信息。使用碼分多址(CDMA)技術把信道信息混合到寬帶信號內。
通信衛星112在作為鏈路(130,140)輸入部分的輸入埠接收擴展頻譜(寬帶)信號。然後，通信衛星112可以把寬帶信號解碼成傳送較少信息的窄帶信號，或者把未解碼的信號發送到系統內的其它節點。
經過解碼將被廣播到系統內另一個本地節點的信號把衛星作為一個重定向器。解碼上行鏈路信道所接收的信號。解碼過程把信號中的信息路由到正確的下行鏈路信道，衛星在下行鏈路發送該信息。鏈路130,140和150支持兩個方向上的通信和信令傳輸。
經過解碼將被發送到一個非本地目的節點的信號被路由到通信衛星112中的不同子系統。這些信號通常被路由到適當的交叉鏈路150。例如，適當的交叉鏈路150是那些使信息進一步朝最終目的節點移動的鏈路。
通信單元110解碼來自不同信道並已用各信道的特定擴展碼編碼的信息。解調由一個特定的通信單元解碼的單個信道從而獲得通信信息。通信單元110使用一個目的節點碼和路由編碼對其要發送的信息進行編碼。
與通信單元110和通信衛星112類似，地面站114可以調製和解調所接收和解碼的信息。與通信單元110和通信衛星112類似，地面站114產生擴展頻譜信號。地面站114和一些通信單元可以把來自不同用戶的信息混合成一個寬帶信號。然後通過一個上行鏈路發送該寬帶信號。地面站114和一些通信單元能把寬帶信號內與其它調製數據一起發送的信息分離出來。寬帶信號是在鏈路的輸入部分接收的信號。
根據本發明的一個最優實施例，地面站114，通信單元110，和通信衛星112提供了擴展的接收和解碼功能，以便兼容衛星通信系統100所使用的多種信道和所接收的寬帶信號。地面站114和通信衛星112也可以包括有限的交換功能以及一些解調和調製功能。交換功能提供了可選的裝置，該裝置提供節點間需要的路由(互聯性)功能。解碼功能提供了基本路由機構，而交換功能被用於輔助和備份返迴路由。因而，由於在任意給定時刻，在任意單個節點上只有一小部分信道需要可選的路由，所以各個節點不需要引入能夠兼容系統100中使用的所有信道的交換功能。
圖2說明了一個基於本發明最優實施例的，使用許多中間節點的示例性路由系統的簡化模塊圖。路由系統200包括至少一個源節點210，中間節點220，求和節點，和目的節點250。各個中間節點一般包括至少一個解碼器和至少一個處理器。
在本發明的一個最優實施例中，源節點210和目的節點250間的路由包括兩個中間節點220。在一個最優實施例中，需要兩個路由編碼和目的編碼把消息信息從源節點發送到目的節點。應當把術語「消息信息」和「消息」理解成包括任何種類的信息。使用一個目的編碼標識各目的節點。
通信系統被用於建立一個從源節點到目的節點的第一路由。通信系統確定路由的一組路由編碼。由一個路由編碼標識各個中間節點，並且該路由編碼組包括完成路由所需的所有路由編碼。通信系統把目的編碼和路由編碼組發送給源節點。
源節點使用目的編碼和路由編碼組把消息信息的第一模塊編碼成一個編碼消息。源節點把編碼消息發送給至少一個中間節點。
在可選的實施例中，源節點210和一個目的節點250之間的路由可以只包括一個中間節點220。在這種情況下，只需要一個路由編碼和目的編碼把來自源節點的消息信息發送給目的節點。在其他情況下，源節點210和一個目的節點250之間的路由包括兩個或更多中間節點。在這種情況下，需要目的節點編碼和一個或多個路由編碼。
用於中間節點220的解碼器可以是一個本領域技術人員已知的常規電路。解碼器把寬帶信號轉換成多個窄帶信號。解碼器可以對基帶數位訊號進行操作。例如，一個寬帶信號可以攜帶使用不同頻帶和不同擴展頻譜編碼，或者是兩種技術的結合的不同信道。那些本領域的技術人員已知的大量解碼結構可以被用於實現解碼器。解碼器的精確結構部分依賴於在其輸入口提供的信號的性質。
圖2所示的示例性路由系統200圖解了幾個不同的路由。其中示出了源節點210和目的節點250之間的，只需要一個中間節點220的路由。在這種情況下，中間節點220中的解碼器只使用一個一級路由編碼把來自源節點的輸入信號解碼成發送到目的節點的輸出信號。各個單個目的節點使用其特定的目的編碼把信號解碼成消息信息。
其中示出了用於最優實施例，使用兩個中間節點220的路由。在這種情況下，在第一個中間節點中的解碼器使用一個一級路由編碼建立穿過第一個中間節點的信號路徑。在第二個中間節點中，解碼器使用一個二級路由編碼把已解碼的信號發送到正確的目的節點。各個單個目的節點使用其特定的目的編碼進一步把已解碼的信號解碼成消息信息。
其中示出了另一個包括三個中間節點220的路由例子。在這種情況下，在第一個中間節點中的解碼器使用一個一級路由編碼建立穿過第一個中間節點的信號路徑。另外，在第二個中間節點中的解碼器使用一個二級路由編碼建立穿過第二個中間節點的信號路徑。在第三個中間節點中，解碼器使用一個三級路由編碼把已解碼的信號發送到正確的目的節點。各個單個目的節點使用其特定的目的編碼進一步把已解碼的信號解碼成消息信息。
本領域技術人員會理解許多不同的結構可以被用於這種路由系統。可以用多於三個的中間節點建立路由。另外，不排除一個中間節點在一個公共通信路徑為多於一個的其它中間節點並行提供輸出信號。在其他實施例中，使用一個數位訊號處理器可以至少部分實現中間節點220。
在可選實施例中，求和節點230可被用於混合解碼信號。這些混合信號可以被發送給其他子系統以便進一步加以處理。圖2說明了求和節點230中的一個附加信號輸入埠。其中示出該埠和相關信號以便圖解路由系統200固有靈活性。一個典型的路由系統通常包括許多求和節點230，並且本發明既不限定合計節點的數量，也不限定中間節點的數量。
路由系統200包括任意數量的，在圖2中被描述成源節點210和目的節點250的用戶節點，和任意數量的中間節點220。本發明不需要用戶節點完全被用作單一的源節點210或目的節點250。用戶節點既可作為源節點210又可作為目的節點250。提供源節點和目的節點的設計以便圖解下述例子。
通常，可以在源節點210和目的節點250上產生用戶信息。把用戶信息數位化並且引入到一個包括編碼結構的，用於路由的模塊結構中。把模塊傳送給路由系統200以便傳輸到一個或多個期望的目的節點250。已編碼的模塊包括消息(用戶)信息和路由信息。路由信息包括一個網絡路由編碼或編碼組，其中編碼組包括一個指定期望目的節點地址的編碼。中間節點220使用該路由編碼把用戶信息發送到一個或多個期望的目的節點。如圖2所示，可以根據路由的不同類別從源節點210發送用戶信息到目的節點250。在到達進行最終處理的期望目的節點250之前，最初在源節點210處編碼成一個模塊的用戶信息可以穿過任意數量的中間節點220。
本領域技術人員會認識到，根據路由系統的需求和結構，不同解碼階段所使用的編碼可以相同或不同。以一種本領域的技術人員所熟知的方式進行解碼。
編碼選擇允許各中間節點220動態地路由用戶信息。中間節點通常只執行路由功能。換句話說，中間節點220期望避免修改在信號中傳輸的用戶信息。用於中間節點220的處理器可以執行編碼選擇功能，或者系統能提供編碼選擇功能。中間節點220執行的精確處理功能取決於系統需求。不同的中間節點220可以執行相同或不同的功能，而任何單個中間節點可以執行不止一個功能。
多址系統擴展頻譜技術系統以便允許多個用戶在任一時間接入。如果為各個用戶分配使用一個特定的信號，則擴展頻譜技術允許同時發送覆蓋相同RF帶寬的多個信號並且互不幹擾。
如果由不同的編碼定義各個用戶的信號，則可以允許多達N個用戶接入使用N個正交編碼的系統。如果編碼是正交編碼，則兩個不同編碼的互相關值等於零。
所接收的信號是許多根據一個初始目的地和一個最終目的地進行編碼的單個信號的總和。在一個例子中，初始目的地可以是一個衛星發送天線中的射束，而最終目的地可以是一個特定用戶。初始處理過程涉及利用一個初始目的編碼解碼所接收的信號。接收信號中那部分成功利用第一個初始目的編碼加以解碼的信號只是由天線多射束模式中的第一射束髮送的信息。在這種情況下，不需要交換。如果數據通過解碼器，則通過該射束進行發送。
系統知道當前正在一個特定的射束中的用戶。系統知道一個特定用戶的系統標識。系統為系統中的各個單個用戶分配一個特定的擴展碼。
圖3說明了一個基於本發明最優實施例的通信設備的簡化模塊圖。通信設備300期望包括天線子系統310，收發器320，解碼器330，編碼器340，處理器350，和存儲器360。其中示出了一個天線子系統，一個收發器，一個解碼器，一個編碼器，一個處理器，和一個存儲器以便簡化圖3。
本領域技術人員會認識到，儘管只示出了一個天線子系統，但天線子系統310可包括多個用於不同目的的不同天線。例如，需要支持到達和來自通信單元的鏈路，到達和來自地面站和控制中心的鏈路，以及到達和來自通信衛星的鏈路的天線。最好是至少有一個天線支持連接到其它通信設備的CDMA鏈路。
本領域技術人員會認識到，儘管只示出了一個收發器，但是在各個通信設備最好有多個收發器。並且需要支持到達和來自通信單元的鏈路，到達和來自地面站和控制中心的鏈路，以及到達和來自通信衛星的鏈路的收發器。最好是至少有一個支持連接到其它通信設備的CDMA鏈路的收發器。
解碼器330被連接到收發器320和處理器350。解碼器330被用於解碼由通信設備接收的擴展頻譜信號。編碼器340被連接到收發器320和處理器350。編碼器340被用於編碼由通信設備發送的擴展頻譜信號。
處理器350被連接到收發器320，解碼器330，編碼器340，和存儲器360。可以通過使用一個或多個處理器來實現處理器350。
存儲器360存儲被用作處理器350的指令的數據，並且當處理器350執行該指令時，導致通信設備300執行下述過程。另外，存儲器360包括在通信設備300操作期間使用的變量，表格，和資料庫。
處理器350可以提供管理和控制功能。處理器350最好為通信設備300之間的鏈路提供頻率分配和時隙分配。
在一個最優實施例中，一個擴展頻譜解碼器位於通信系統中的各個近地軌道(LEO)衛星中。但是本發明可以應用於包括近地軌道衛星，中地軌道衛星和遠地軌道衛星的系統。另外，本發明可應用於具有任意傾斜角度(比如極地，赤道，或其它軌道模式)的軌道。
通信衛星與地面站通信，其中地面站包括一些射頻(RF)通信單元(CU)，信關(Gw)和控制中心。可以建立一些使用FDMA,TDMA和/或CDMA通信技術進行操作的通信衛星。一些通信衛星可以是多模式的，即這些通信衛星可以使用一種或多種通信技術進行操作。
通信設備300可以是一個地面站114(圖1)，其中地面站可以是一個信關或一個控制中心。通信設備300可以是一個通信單元110(圖1)。通信設備300還可以是一個通信衛星112(圖1)。
還可以建立使用頻分多址(FDMA)，時分多址(TDMA)，和/或CDMA通信技術進行操作的通信單元和地面站。另外，一些通信單元和地面站也可以是多模式的，即這些通信單元和地面站可以使用一種或多種通信技術進行操作。通信單元和地面站可以在同一時間與多於一個的通信衛星通信。
通信單元和地面站可以定位在地球表面的任何地方，或者定位在地球上方的大氣層中。通信單元和地面站最好是能夠使用擴展頻譜技術向通信衛星發送數據並且接收來自通信衛星的數據的通信設備。例如，通信單元可以是適於和通信衛星進行通信的數據終端。通信單元還可以是傳真設備，尋呼機，圖象系統終端，或任何其他類型的，適於向通信衛星發送擴展頻譜數據和/或接收來自通信衛星的擴展頻譜數據的通信設備。
圖4說明了一個基於本發明最優實施例的，確定在擴展頻譜通信系統中被用於擴展信號的路由編碼的流程圖。過程400從步驟402開始。過程400的開始可以是一個擴展頻譜用戶試圖與另一個擴展頻譜用戶聯繫的結果。兩個用戶是全球通信系統的一部分，其中全球通信系統向自己的一些客戶提供擴展頻譜通信服務。
在步驟404，接收到一個在源節點和目的節點間建立擴展頻譜通信鏈路的請求。在一個最優實施例中，使用雙向消息傳遞。在這種情況下，根據消息的流向，源節點可以變成目的節點，而目的節點可以變成源節點。在這種情況下，一個標識特定用戶的編碼可以同時用作一個源編碼或一個目的編碼。
例如，在呼叫建立過程中，首先把主叫方標識為一個源節點，而把被叫方標識為目的節點。當被叫方響應主叫方時，把被叫方標識為一個源節點，而把主叫方標識為目的節點。
在步驟406，確定主叫方的用戶編碼和位置。使用本領域技術人員已知的各種協議來確定主叫方的用戶編碼和位置。例如，源節點(主叫方)既知道其用戶編碼又可以在一個或多個消息中被發送用戶編碼。根據地理定位設備，或存儲器設備，或接入射束算法可以確定位置，或者可以通過一個或多個消息把位置發送到主叫方。
在步驟408，確定被叫方用戶編碼和位置。在這種情況下，被叫方的用戶編碼是目的編碼。在此例中，源節點使用目的編碼擴展消息信息，其中源節點可以是一個用戶單元或一個地面站。使用本領域技術人員已知各種協議確定被叫方的用戶編碼和位置。例如，主叫方可以通過一個或多個接入消息發送一組撥號數字，並且該信息可以被用來確定被叫方的用戶編碼和/或位置。
同樣地，目的節點(被叫方)不僅知道其用戶編碼，並且可以通過一個或多個消息向其發送用戶編碼。另外，可以通過地理定位設備，或接入射束算法確定目的節點的位置，或者可以通過一個或多個消息將位置發送到被叫方。在某些情況下，可以通過一個存儲器設備來確定被叫方的位置。
在步驟410，確定從源節點到目的節點的第一路由。從源節點到目的節點的第一路由也可以包括一些中間節點。例如，一個路由可以包括一個源節點，一個中間節點，和一個目的節點。另一個示例性路由可以包括一個源節點，兩個中間節點，和一個目的節點。附加的示例性路由可以包括一個源節點，三個或多個中間節點，和一個目的節點。在一個最優實施例中，路由包括一個源節點，一個第一中間節點(即衛星)，一個第二中間節點(即衛星上的天線射束解碼器)，和一個目的節點。
在步驟412，確定從目的節點到源節點的第二路由。從目的節點到源節點的第二路由也可以包括一些中間節點。例如，一個路由可以包括一個源節點，一個中間節點，和一個目的節點。另一個示例性路由可以包括一個源節點，兩個中間節點，和一個目的節點。附加的示例性路由可以包括一個源節點，三個或多個中間節點，和一個目的節點。在一個最優實施例中，路由包括一個源節點，一個第一中間節點(即衛星)，一個第二中間節點(即衛星上的天線射束解碼器)，和一個目的節點。本領域技術人員會認識到，第二路由可以但不必包括與第一路由數量相同的節點。
在步驟414-420，確定用於第一路由的中間節點的編碼。在步驟414，初始化計數變量「N」。
在步驟416，確定用於第一路由的第N個中間節點的編碼。在最優實施例中，第一個中間節點的編碼標識一個特定的衛星子系統。在這種情況下，可以是一個用戶單元或一個地面站的源節點使用第一中間節點的編碼擴展消息信息。源節點可以分別進行目的節點編碼和中間節點編碼的擴展操作，或者源節點可以進行混合編碼操作。
在步驟418，計數變量N加1。在步驟420，進行一次查詢以確定是否需要附加的中間節點來完成第一路由。當不需要附加的中間節點時，過程400執行到步驟422。當需要附加的中間節點時，過程400執行到步驟416，而過程400迭代如圖4所示。
在一個最優實施例中，第一路由需要一個第二中間節點。確定第一路由中第二中間節點的編碼。在一個最優實施例中，第二中間節點的編碼被用來確定目的節點所定位的天線射束。在一個最優實施例中，衛星的接收和發送天線是多射束天線，並且可以使用用戶群在一個特定時間所定位的射束來標識該用戶群。
在步驟422-428，確定用於第二路由的中間節點的編碼。在步驟422，初始化計數變量「N」。
在步驟424，確定用於第二路由的第N個中間節點的編碼。在最優實施例中，第二路由中的第一中間節點的編碼標識一個特定的衛星子系統。在這種情況下，第一路由的目的節點成為第二路由的源節點，並且在第二路由中使用第一中間節點的編碼擴展消息信息。源節點可分別進行目的節點編碼和中間節點編碼的擴展操作，或者源節點可以進行混合編碼操作。
在步驟426，計數變量N加1。在步驟428，進行一次查詢以確定是否需要附加的中間節點來完成第二路由。當不需要附加的中間節點時，過程400執行到步驟430。當需要附加的中間節點時，過程400執行到步驟424，而過程400迭代如圖4所示。
在一個最優實施例中，第二路由還需要一個第二中間節點。確定第二路由中第二中間節點的編碼。在一個最優實施例中，第二中間節點的編碼被用來確定第二路由中目的節點所定位的天線射束。在一個最優實施例中，衛星的接收和發送天線是多射束天線，並且可以使用用戶群在一個特定時間所定位的射束來標識該用戶群。在某些情況下，可以用相同的射束定位源節點和目的節點，並且因此可以使用相同的射束編碼。
在步驟430，向源節點發送第一路由的編碼。這些編碼包括目的節點編碼，天線射束編碼，以及用於第一路由的衛星編碼。
在步驟432，向源節點發送第二路由的編碼。這些編碼包括目的節點編碼，天線射束編碼，以及用於第一路由的衛星編碼。過程400在步驟434結束。當過程400完成時，源節點和目的節點都具有使用擴展頻譜路彼此進行通信所需要的編碼信息。
圖5說明了一個使用源節點的流程圖，其中該源節點適於使用路由編碼擴展和解擴展基於本發明最優實施例的擴展頻譜通信系統中的信號。過程500從步驟502開始。過程500的開始可以是源節點用戶試圖進行一次呼叫的結果。
在步驟504，源節點發送一個建立到目的節點的通信鏈路的請求。這表示源節點有一些消息信息要發送到目的節點。
在步驟506，源節點接收一個對請求的響應。在步驟508，源節點處理響應。例如，響應可能是對服務消息的拒絕。在一個最優實施例中，響應包括一個目的編碼和一個路由編碼。
在步驟510，確定路由信息。路由編碼可以包括在源節點和目的節點之間的一個或多個中間節點的路由編碼。在一個最優實施例中，目的編碼是一個標識特定用戶的編碼。還有，用一個天線射束標識一個中間節點並且用一個衛星子系統編碼標識另一個中間節點。
在步驟512，源節點首先用目的編碼把消息信息擴展為一個擴展頻譜信號。其次，源節點用天線射束編碼進一步擴展信號的頻譜。最後，源節點使用衛星編碼進行信號擴展的最後部分。本領域技術人員會認識到，使用編碼的順序可以不同於上面討論中使用的順序。在可選實施例中，可以混合編碼並且通過使用混合編碼進行擴展操作。
在步驟514，源節點發送擴展頻譜信號。在一個最優實施例中，源節點向當前使用的衛星發送擴展頻譜信號。在步驟516-522，中間節點的編碼被用於向目的節點發送消息信息。在步驟516，初始化計數變量「N」。N是一個特定路由中的中間節點的數量。
在步驟518，第N個中間節點的編碼被用於解碼擴展頻譜信號。在一個最優實施例中，第一個中間節點的編碼標識一個特定的衛星子系統。在這種情況下，可以是一個用戶單元或一個地面站的源節點使用第一個中間節點的編碼擴展消息信息。中間節點可以使用中間節點編碼進行解碼。
在步驟520，計數變量N加1。計數變量被用來概括處理過程並且指示在源節點和目的節點之間可以出現一個或多個中間節點。在步驟522，進行一次查詢以確定是否在這個路由中出現附加的中間節點。並且，所示的查詢被用來說明從一個源節點到一個目的節點的路由的可變長度。在一個最優實施例中，中間節點的數量是兩個。可選實施例可以被認為具有一個中間節點和三個中間節點。處理增益限制了可以有效使用的中間節點的數量。當最後一個中間節點已經接收並且解碼擴展頻譜信號時，過程500執行到步驟524。當附加的中間節點出現在一個路由中時，過程500執行到步驟518，而過程500的迭代如圖5所示。
在步驟524，目的節點使用特定節點的目的編碼接收擴展頻譜信號並且把擴展頻譜信號解碼為消息信息。過程500在步驟530結束。
圖6說明了一個使用目的節點的流程圖，其中該目的節點適於使用路由編碼擴展和解擴展基於本發明最優實施例的擴展頻譜通信系統中的信號。過程600從步驟602開始。過程600的開始可以是源節點的一個用戶呼叫目的節點的另一個用戶的結果。
在步驟604，目的節點接收一個擴展頻譜信號。在步驟606，目的節點使用其目的編碼把擴展頻譜信號解碼成所接收的數據。在一個最優實施例中，目的節點是一個擴展頻譜設備。例如，擴展頻譜設備可以是一個諸如衛星的空基(space-based)節點，或者是一個諸如地面站或通信單元的地基節點。
在步驟608，根據接收數據確定路由信息。路由信息包括一個源節點的目的編碼和一從目的節點到源節點的路由的路由編碼。該路由是一個必須使用目的節點想發送到源節點的消息信息的路由。使用該路由信息對消息信息進行編碼。
在步驟610，目的節點使用源節點的編碼和路由編碼把希望發送到源節點的數據擴展成一個擴展頻譜信號。
在步驟612，目的節點發送該擴展頻譜信號。在一個最優實施例中，目的節點把擴展頻譜信號發送給其當前使用的衛星。
在步驟614-620，中間節點的編碼被用於向源節點發送消息信息。在步驟614，初始化計數變量「N」。N是一個從目的節點到源節點的特定路由的中間節點的數量。
在步驟616，第N個中間節點的編碼被用於解碼擴展頻譜信號。在一個最優實施例中，第一個中間節點的編碼標識一個特定的衛星子系統。在這種情況下，可以是一個用戶單元或一個地面站的源節點使用第一中間節點的編碼擴展消息信息。中間節點使用其中間節點編碼進行解碼。
在步驟618，計數變量N加1。計數變量被用於概括處理過程並且指示在目的節點和源節點之間可以出現一個或多個中間節點。
在步驟620，進行一次查詢以確定是否在這個路由中出現附加的中間節點。如前所述，所示的查詢被用來說明從一個目的節點到一個源節點的路由的可變長度。在一個最優實施例中，中間節點的數量是兩個。可選實施例可以被認為具有一個中間節點和三個中間節點。處理增益限制了可以有效使用的中間節點的數量。
在一個最優實施例中，第一個中間節點是一個衛星子系統解碼器。所接收的擴展頻譜信號由衛星子系統解碼器解碼。該解碼器使用衛星子系統編碼作為第一解擴展編碼。把未通過該衛星的編碼解擴展的信號發送到衛星中其他子系統以便進行進一步處理。例如，其他衛星編碼可以被用來把信息發送到在相同軌道平面或其他軌道平面中的衛星上。
在一個最優實施例中，第二中間節點解碼器再次對在衛星子系統解碼器處解擴展的信號進行解碼。例如，此第二中間節點解碼器可以是一個天線射束解碼器。在這種情況下，解碼器的輸出被連接到多射束天線中的指定射束。該射束只發送通過該解碼器的信息。各個解碼器輸出是當前使用的天線射束編碼的函數。可以隨時改變編碼以便保持高度安全性，並且對系統的衰減裕量提供某些靈活性。
在一個最優實施例中，在正確的天線射束中發送解擴展信號和在此相同射束內的其他用戶的信號。這些信號仍然是擴展頻譜信號，但是不再出現用於路由的編碼。頻譜擴展的數量現在依賴於目的編碼。
當最後一個中間節點已經接收並且解碼擴展頻譜信號時，過程600執行到步驟622。當附加的中間節點出現在一個路由中時，過程600執行到步驟616，而過程600迭代如圖6所示。
在步驟622，源節點使用特定節點的目的編碼接收擴展頻譜信號並且把擴展頻譜信號解碼為消息信息。過程600在步驟630結束。
在本發明的一個最優實施例中，一個地面站既可以作為一個源節點又可以作為一個目的節點。由一個地面站接收和發送擴展頻譜信號。
當在一個地面站上接收到擴展頻譜信號時，把所接收的擴展頻譜信號發送給至少一個地面站子系統解碼器。該解碼器把地面站子系統編碼作為解擴展碼。把所接收的擴展頻譜信號發送給在此地面站中所有的地面站子系統解碼器。把未經此地面站子系統解碼器解擴展的信號發送給此地面站中其他的子系統進行進一步的處理。例如，其他地面站子系統編碼被用於向衛星通信系統中的幾個附近地面站中的一個發送信息。其他地面站編碼被用於向控制中心發送信息。
在一個最優實施例中，地面伺服器解碼器把第一個解碼器分級解擴展的信號再次解碼。該解碼器的輸出被連接到此特定地面站所提供的指定服務上。只有通過解碼器的信息才可被用於其他服務。解碼器的一個或多個輸出可被用於向PSTN提供信息。可以隨時改變與通信系統中使用的其他編碼類似的地面站編碼，以便保持高度的安全性並且提供某些系統靈活性。
解擴展信號和針對這個相同服務系統的其他用戶信號一起被發送給正確的服務系統。這些信號仍然是擴展頻譜信號，但是不再出現用於路由的編碼。頻譜擴展數量現在依賴於目的編碼。在PSTN信息的情況下，目的編碼可以被用作識別PSTN用戶的標識號。
通常，解碼過程從擴展頻譜信號的接收開始，而編碼過程從需要發送擴展頻譜信號開始。
可以從PSTN用戶接收數據和通信信息。在這種情況下，地面站確定信息的衛星編碼，天線射束編碼和目的編碼。如果地面站能夠建立所需的擴展頻譜鏈路，則地面站用路由編碼擴展技術編碼消息信息，並且向合適的目的節點發送該消息信息。
在可選實施例中，在地面站通過衛星網利用衛星網固有的傳輸能力向一個終端衛星發送消息信息和編碼信息。在這個終端衛星中，編碼信息被用來擴展消息信息以便可以向目的節點發送消息信息。
當一個諸如地面站的節點要發送信息時，該節點向通信衛星發送一個請求。這也可以是一個來自系統控制中心或在線處理過程的命令的結果。通信衛星和地面站共同建立它們之間的擴展頻譜通信信道。
當通信衛星從地面站接收到建立一個擴展頻譜通信信道的請求時，通信衛星或一個控制中心確定是否能夠建立通信信道。當沒有可用資源或過載時，不會建立通信信道。如果用戶沒有接入權限，則也不能建立通信信道。衛星與地面站進行通信以便設置通信參數和接入權限。衛星和地面站必須了解用於建立通信信道的數據格式化規則。建立消息隊列和緩衝區以確保在鏈路嚴重過載時信息消息不會丟失。
可以使用一個通信衛星在衛星通信系統中提供附加資源，其中該通信衛星適於使用路由編碼擴展和解擴展擴展頻譜通信系統中的信號。在衛星之間不需要提供專門的鏈路。為了支持全球互連，經過修改的衛星可以取代現有位置上的衛星。
本發明的方法和裝置通過使用編碼路由允許增強擴展頻譜通信系統的能力。針對各種任務可以優化使用擴展編碼攜帶路由信息的方式，並且通過使用本發明提供的方法和裝置的系統可以增加額外費用收益。
在上面參照最優實施例描述了本發明。然而，本領域技術人員會認識到，在不偏離本發明的範圍的情況下可以對此實施例進行變化和修改。例如，雖然描述了一個使用指定數量的用於路由消息的編碼的最優實施例，但是可以預想使用不同數量編碼的其他系統。相應地，對本領域的技術人員來說是顯而易見的其它變化和修改應當被包含在本發明的範圍內的。
權利要求
1．在一個包括多個源節點和多個目的節點的通信系統中，在上述多個源節點和多個目的節點之間路由信息的方法，上述方法包括的步驟有用第一目的編碼標識一個目的節點；建立從一個源節點到上述目的節點的第一路由，其中上述第一路由包括多個中間節點；確定用於上述第一路由的第一組路由編碼，其中分別用一個路由編碼標識多個中間節點的每一個中間節點，而上述第一組路由編碼包括多個上述路由編碼；用上述第一目的編碼和上述第一組路由編碼把上述消息信息的第一塊編碼成一個編碼消息；以及發送來自上述源節點的編碼消息。
2．如權利要求1所述的方法，該方法還包括的步驟有通過第一中間節點接收上述編碼消息，上述第一中間節點位於上述源節點和上述目的節點之間；通過使用上述第一中間節點的路由編碼把上述編碼消息解碼成第一解碼消息；以及從上述第一中間節點發送上述第一解碼消息。
3．如權利要求2所述的方法，該方法還包括的步驟有通過第二中間節點接收上述第一解碼消息，上述第二中間節點位於上述第一中間節點和上述目的節點之間；通過使用上述第二中間節點的路由編碼把上述第一解碼消息解碼成第二解碼消息；以及從上述第二中間節點發送上述第二解碼消息；由上述目的節點接收上述第二解碼消息，上述目的節點是上述第一路由的一個終節點；以及用上述第一目的編碼把上述第二解碼消息解碼成上述消息信息的上述第一個模塊。
4．如權利要求1所述的方法，該方法還包括的步驟有用第二目的編碼標識上述源節點；建立從上述目的節點到上述源節點的第二路由，其中上述第二路由包括多個第二中間節點；確定用於上述第二路由的第二組路由編碼，其中分別用一個路由編碼標識多個第二中間節點的每一個中間節點，而上述第二組路由編碼包括多個上述第二路由編碼；用上述第二目的編碼和上述第二組路由編碼把上述消息信息的第二個模塊編碼成一個第二編碼消息；以及從上述源節點發送第二編碼消息。
5．如權利要求4所述的方法，該方法還包括的步驟有通過第一中間節點接收上述第二編碼消息，上述第一中間節點位於上述源節點和上述目的節點之間，是上述多個第二中間節點之一；通過使用上述第一中間節點的路由編碼把上述第二編碼消息解碼成第一解碼消息；從上述第一中間節點發送上述第一解碼消息；通過第二中間節點接收上述第一解碼消息，上述第二中間節點位於上述目的節點和上述源節點之間，是上述多個第二中間節點之一；通過使用上述第二中間節點的路由編碼把上述第一解碼消息解碼成第二解碼消息；以及從上述第二中間節點發送上述第二解碼消息。
6．一個在包括多個源節點和多個目的節點的通信系統中，對地面站進行操作的方法，其中一個上述地面站適於確定在上述多個源節點和上述多個目的節點之間路由消息信息的路由編碼，上述方法包括的步驟有接收一個在源節點和一個目的節點之間建立一個擴展頻譜通信鏈路的請求；用第一目的編碼標識上述目的節點；建立從上述源節點到上述目的節點的第一路由，其中上述第一路由包括多個第一中間節點；確定用於上述第一路由的第一組路由編碼，其中分別用一個路由編碼標識一個中間節點，而上述第一組路由編碼包括多個上述第一路由編碼；向上述源節點發送上述第一目的節點編碼和上述第一組路由編碼。
7．一種對一個通信設備進行操作的方法，其中上述通信設備適於使用路由編碼解擴展一個擴展頻譜通信系統中的信號，上述方法包括的步驟有在上述通信設備中接收使用一組路由編碼編碼的至少一個擴展頻譜信號；向至少一個一級解碼器發送上述至少一個擴展頻譜信號；用上述至少一個一級解碼器把上述至少一個擴展頻譜信號解擴展成至少一個一級解碼信號，上述至少一個一級解碼器使用一個一級路由編碼；向至少一個目的節點發送上述至少一個一級解碼信號，上述至少一個目的節點把一個目的編碼作為一個解擴展編碼；向多個二級解碼器發送上述至少一個一級解碼信號；以及用上述多個二級解碼器把上述至少一個一級解碼信號解擴展為多個二級解碼信號，上述多個二級解碼器使用多個二級路由編碼。
8．一種對一個通信設備進行操作的方法，其中上述通信設備適於使用路由編碼解擴展一個擴展頻譜通信系統中的信號，上述方法包括的步驟有確定一個目的節點的目的編碼；確定從一個源節點到上述目的節點的一個路由；由上述源節點接收至少一個消息信號，向上述目的節點發送上述至少一個消息信號；用一個一級編碼器把上述至少一個消息信號擴展為至少一個一級編碼信號，上述一級編碼器把上述目的編碼作為一個擴展編碼；確定從上述源節點到上述目的節點的一個一級路徑編碼，上述一級路徑編碼是上述路由的第一部分；以及用一個二級編碼器把上述至少一個一級編碼信號擴展成至少一個二級編碼信號，上述二級編碼器使用上述一級路徑編碼。
9．一個擴展頻譜衛星通信系統，其中包括多個通信衛星，其中上述通信衛星適於使用路由編碼擴展和解擴展上述擴展頻譜衛星通信系統中的信號；至少一個地面站，其中上述地面站適於使用路由編碼擴展和解擴展上述擴展頻譜衛星通信系統中的信號；多個通信單元，其中上述通信單元適於使用路由編碼擴展和解擴展上述擴展頻譜衛星通信系統中的信號；以及至少一個控制上述擴展頻譜衛星通信系統的控制中心。
10．一個用於擴展頻譜衛星通信系統的通信設備，其中上述通信設備包括至少一個用於建立到通信單元的連接，到地面站的連接，和到通信衛星的連接的天線子系統；多個連接到上述至少一個天線子系統的收發器，上述多個收發器用於支持上述到通信單元的連接，上述到地面站的連接，和上述到通信衛星的連接；多個連接到上述多個收發器的解碼器，解碼器用於解碼上述通信設備接收的擴展頻譜信號；至少一個連接到上述多個收發器和上述多個解碼器的處理器，上述至少一個處理器用於控制上述多個收發器和上述多個解碼器，以及至少一個連接到上述至少一個處理器的存儲器，上述至少一個存儲器用於存儲包含指令的數據。
全文摘要
在一個擴展頻譜通信系統(100)中,使用擴展頻譜路由編碼提供從源節點(210)到目的節點(250)的信號路由。用指定編碼標識源節點(210)和目的節點(250)。根據多級路徑確定從源節點(210)到目的節點(250)的信號路由。不同的編碼用於標識不同的路徑級別。首先使用目的節點的目的編碼擴展將被發送到一個定位在該目的節點上的特定用戶的數據。用一個一級路徑編碼再次擴展該擴展頻譜信號。另外,用一個二級路徑編碼第三次擴展該數據。在擴展數據傳輸期間,進行解碼處理並且根據這些解碼過程的結果路由解碼數據。
文檔編號H04L12/56GK1234928SQ98801043
公開日1999年11月10日 申請日期1998年4月28日 優先權日1997年7月23日
發明者詹姆斯·威廉姆·斯塔徒特, 威廉姆·喬·哈伯 申請人:摩託羅拉公司