專利名稱：用于減少多波束通信系統(tǒng)中呼叫丟失率的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及無線通信領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明涉及用于減少具有多束通信鏈路的無線通信系統(tǒng)中呼叫丟失率的方法。
背景技術(shù)：
有各種具有多波束通信鏈路的無線通信系統(tǒng)。基于衛(wèi)星的通信系統(tǒng)就是其中的一個例子。另一個例子是蜂窩通信系統(tǒng)，基于衛(wèi)星的通信系統(tǒng)包括一個或多個衛(wèi)星用來對網(wǎng)關(guān)(也稱為“通信站”或“基站”)和用戶終端之間的通信信號進(jìn)行中繼。網(wǎng)關(guān)提供的通信鏈路用于把一個用戶終端連接到其它用戶終端或其它通信系統(tǒng)(諸如公共電話交換網(wǎng))的用戶。用戶終端可以是固定的或移動的(例如移動電話)并且可位于網(wǎng)關(guān)附近或處于遠(yuǎn)處。
倘若用戶終端處在衛(wèi)星的“照射區(qū)”(foot print)內(nèi)，則衛(wèi)星能夠向用戶終端接收和發(fā)送信號。衛(wèi)星的照射區(qū)就是被衛(wèi)星通信系統(tǒng)所復(fù)蓋的地球表面上的地理區(qū)域。在某些衛(wèi)星系統(tǒng)中，通過使用波束形成天線將衛(wèi)星照射區(qū)地理上劃分為“波束區(qū)”。每個波束區(qū)復(fù)蓋衛(wèi)星照射區(qū)的一個特定的地理區(qū)域。
某些衛(wèi)星通信系統(tǒng)使用碼分多址(CDMA)擴(kuò)展頻譜信號，如1990年2月13日發(fā)表的美國專利號4,901,307題為“使用衛(wèi)星或陸地轉(zhuǎn)發(fā)器的擴(kuò)頻多路訪問系統(tǒng)”以及1997年11月25日發(fā)表的美國專利號5,691,174題為“在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中利用全頻譜發(fā)送功率用于跟綜個別接收者相位時間和能量的方法和設(shè)備”中所披露的那樣。此兩篇專利已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人并通過引用加入于此。
在使用CDMA的通信系統(tǒng)中，使用分開的各通信鏈路向蜂窩系統(tǒng)中的網(wǎng)關(guān)或基站發(fā)送信號或從該網(wǎng)關(guān)或基站發(fā)送信號。前向通信鏈路是指始發(fā)于網(wǎng)關(guān)或基站并向用戶終端發(fā)送的通信信號。反向通信鏈路是指始發(fā)于用戶終端并向網(wǎng)關(guān)或基站發(fā)送的通信信號。在希望衛(wèi)星分集的情況下，網(wǎng)關(guān)為某個特定用戶終端建立兩個或更多個前向鏈路，其中每個前向鏈路建立在來自不同衛(wèi)星的一個波束上。例如。在一個有兩顆衛(wèi)星的分集結(jié)構(gòu)中，第一個前向鏈路建立在由第一個衛(wèi)星投射出的波束上而第二個前向鏈路建立在由第二顆衛(wèi)星投射出的波束上。在上述例子中，用戶終端可從第一和第二波束區(qū)上的網(wǎng)關(guān)接收信息或數(shù)據(jù)。衛(wèi)星分集提高了系統(tǒng)性能，因為通信鏈路或呼叫可能會丟失得更少。例如，攜帶第一前向鏈路的波束被障礙物(例高層建筑)阻擋，用戶終端和網(wǎng)關(guān)間的連接將在第二前向鏈路上繼續(xù)不受中斷。用戶將不會了解波束受阻。因而，在多波束通信系統(tǒng)中通常希望用波束源分集。
在基于衛(wèi)星的通信系統(tǒng)中，衛(wèi)星相對于地球表面上的某點不是靜止的，由給定衛(wèi)星復(fù)蓋的地理區(qū)域經(jīng)常在改變。結(jié)果，在某一時間位于特定衛(wèi)星的某一特定波束區(qū)內(nèi)的用戶終端在稍后的時刻可位于同一衛(wèi)星的不同波束區(qū)內(nèi)和/或位于不同衛(wèi)星的不同波束區(qū)內(nèi)。而且，因為衛(wèi)星通信是無線的，用戶終端可自由地到處移動。因此，即使在衛(wèi)星相對于地球表面某點是靜止的系統(tǒng)中，經(jīng)過一段時間用戶終端可能會被不同的波束區(qū)所復(fù)蓋。因此，如果用戶終端和網(wǎng)關(guān)間的通信鏈路建立在第一波束區(qū)上且在用戶終端不再被第一波束區(qū)復(fù)蓋前尚未在其它波束區(qū)上建立通信鏈路，則在某點上該用戶終端將不再能利用所建立的通信鏈路與網(wǎng)關(guān)通信。結(jié)果。在用戶終端和網(wǎng)關(guān)間的活動呼叫將丟失。對于力爭提供不間斷通信服務(wù)的服務(wù)提供商來說，在通信系統(tǒng)中丟失呼叫是一種嚴(yán)重的問題。在陸地通信系統(tǒng)中對于在扇區(qū)化小區(qū)內(nèi)到處移動的移動用戶也可能出現(xiàn)類似的呼叫丟失問題。亦即，這時小區(qū)被再細(xì)分成二個或多個更小的服務(wù)區(qū)，它們用不同的頻率復(fù)蓋或使用不同的編碼空間。這里，移動用戶可以在小區(qū)內(nèi)沿著扇區(qū)邊界移動或重復(fù)地穿越扇區(qū)邊界，這和小區(qū)及扇區(qū)大小以及當(dāng)?shù)匚锢憝h(huán)境有關(guān)。
因此，需要一種用于減少多波束通信系統(tǒng)中呼叫丟失率的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)和方法應(yīng)保持波束源分集所要求的程度以進(jìn)一步增強(qiáng)通信系統(tǒng)的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
在具有一個用戶終端，一個用于向用戶終端發(fā)送和接收信息的通信站，以及多個波束源的多波束通信系統(tǒng)中，其中每個波束源投射出多個波束，而用戶終端和通信站間的通信鏈路建立在一個或多個波束上，本發(fā)明提供了一種系統(tǒng)和方法用于減少呼叫丟失率。而且，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法保持了所需的波束源分集的水平。
按照本發(fā)明的方法依賴于通信站和用戶終端間的消息形成協(xié)議。根據(jù)從用戶終端向通信站發(fā)送的消息，通信站可以確定出最希望的波束，在該波束上向用戶終端發(fā)送信息或數(shù)據(jù)。從用戶終端向通信站發(fā)送的消息包含了在用戶終端處測得的代表波束強(qiáng)度的值。通信站使用這些值選擇應(yīng)該用作通信站和用戶終端間通信鏈路的最希望的波束。應(yīng)該使用的波束就是指這些波束，如果它們被使用的話將減少呼叫丟失率并提供所需的波束源分集的水平。
按照本發(fā)明的一個實施例的方法包括如下步驟(1)從通信站向用戶終端發(fā)送包含多個波束標(biāo)識符的波束掩碼消息(BMM)，其中每個波束標(biāo)識符標(biāo)識了當(dāng)前可供通信站使用的波束；(2)在用戶終端處周期性地測量在BMM中標(biāo)識的每一波束的強(qiáng)度；(3)周期性地從用戶終端向通信站發(fā)送一包含多個波束強(qiáng)度值的導(dǎo)頻強(qiáng)度測量消息(PSMM)，其中每個波束強(qiáng)度值是在BMM中標(biāo)識的波束之一所測得的強(qiáng)度的函數(shù)；(4)根據(jù)PSMM中的波束強(qiáng)度值，在通信站處選擇一個或多個應(yīng)該用作通信站和用戶終端間的通信鏈路的波束(即通信站選擇一新的活動波束集)；(5)在通信站處，在該新活動波束集中的所有波束上發(fā)送信息；(6)如果在步驟(4)中選中的一個或多個波束不是在當(dāng)前水平波束集中的一個或多個波束，則從通信站向用戶終端發(fā)送一個切換方向消息(HDM)，其中當(dāng)前活動波束集是由在其上已建立了通信站和用戶終端間的通信鏈路的一個或多個波束；以及(7)用戶終端在新活動波束集的每個波束上接收信息之后在通信站處接收從用戶終端發(fā)送的切換完成消息(HCM)。
根據(jù)HDM，用戶終端可以確定通信站在步驟(4)選中的應(yīng)該用作通信站和用戶終端間的通信鏈路的一個或多個波束。在一個實施例中，HDM包括了與由通信站在步驟(4)選中的每個波束相對應(yīng)的波束識別符。在另一實施例中，HDM包括了一個加入波束集和一個丟棄波束集。加入波束集對于不在當(dāng)前活動波束集內(nèi)的新活動波束集中的每個波束都加入一個波束標(biāo)識符。丟棄波束集對于不在新活動波束集內(nèi)的當(dāng)前活動波束中的每個波束都包括一個波束標(biāo)識符。
根據(jù)一個實施例，包括在PSMM中的多個波束強(qiáng)度值包含了與BMM中標(biāo)識的每個衛(wèi)星中的一個最強(qiáng)波束相對應(yīng)的多個值。在另一實施例中，在PSMM中的波束強(qiáng)度值是經(jīng)調(diào)整的波束強(qiáng)度值。
在一個實施例中，在通信站處選擇一個或多個應(yīng)該用作通信站和用戶終端間的通信鏈路的波束的步驟包括如下步驟(1)選擇在PSMM中的最強(qiáng)的波束；(2)確定在PSMM中最強(qiáng)的另一波束，其中另一波束是除了投射出步驟(1)中所選波束的衛(wèi)星外的某個衛(wèi)星投射出的一個波束；以及(3)如果PSMM中的最強(qiáng)波束的強(qiáng)度減去PSMM中的最強(qiáng)的另一波束后小于一閾值量則選中PSMM中該最強(qiáng)的另一波束。
在另一實施例中，選擇一個或多個在其上建立通信鏈路的波束的步驟包括如下步驟(1)選擇在PSMM中的最強(qiáng)波束；(2)確定在PSMM中的最強(qiáng)的另一波束；(3)如果PSMM中的最強(qiáng)波束的強(qiáng)度減去PSMM中的最強(qiáng)的另一波束的強(qiáng)度后小于或等于一第一閾值量則選中PSMM中的最強(qiáng)另一波束；(4)如果PSMM中的最強(qiáng)波束的強(qiáng)度減去PSMM中的最強(qiáng)另一波束后大于該第一閾值量，確定在當(dāng)前活動集中的最強(qiáng)另一波束，其中在當(dāng)前活動集中的另一波束就是由除了投射出在步驟(1)中選中的波束的衛(wèi)星以外的某個衛(wèi)星投射出的在當(dāng)前活動集中的一個波束；以及(5)如果PSMM中的最強(qiáng)波束的強(qiáng)度減去在當(dāng)前活動集中最強(qiáng)另一波束的強(qiáng)度后小于或等于第二閾值量則選中在當(dāng)前活動集中的最強(qiáng)另一波束。在本發(fā)明的一個實施例中該第二閾值量大于第一閾值量。
在另一實施例中，用戶終端連續(xù)測量當(dāng)前活動中每一波束的波束強(qiáng)度。如果在當(dāng)前活動集中的波束強(qiáng)度小于先前PSMM中由預(yù)定量所報告的波束波束強(qiáng)度并且在規(guī)定的時間間隔內(nèi)保此如此，則用戶終端將向通信站發(fā)送一新的PSMM。
本發(fā)明的進(jìn)一步的特性和優(yōu)點，以及本發(fā)明的各種實施例的結(jié)構(gòu)和操作將參考附圖詳細(xì)描述如下。


這里加入的并構(gòu)成部分說明的附圖解釋了本發(fā)明，并且與說明書一起進(jìn)一步用作對本發(fā)明原理的解釋，以及使相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員能制作和使用本發(fā)明。附圖中相同的標(biāo)號表示同一元件或功能相似的元件。此外，標(biāo)號的最左邊數(shù)字標(biāo)示了該標(biāo)號首次出現(xiàn)的附圖。
圖1示出了按照本發(fā)明的一個實施例構(gòu)造和操作的一個示例無線通信系統(tǒng)。
圖2A示出了按照本發(fā)明的一個實施例的示例衛(wèi)星照射區(qū)域。
圖2B示出了圖1的基站和地球表面間的信號波束區(qū)圖案的透視圖。
圖2C示出了對于圖1中的基站的具有典型理論扇區(qū)邊界和扇區(qū)變化的示例信號圖案；圖3A和3B分別示出了在第一和第二時間點上衛(wèi)星相對于一用戶的位置；圖3C和3D分別示出了在第一第二時間點上圖3A和圖3B中的用戶在衛(wèi)星照射區(qū)中的位置。
圖4A和4B分別示出了在第一和第二時間點上第一衛(wèi)星和第二衛(wèi)星相對于一用戶的位置。
圖4C和4D分別示出了第一和第二時間點上圖4A和圖4B中的用戶在第一和第二衛(wèi)星照射區(qū)中的位置。
圖5A和5B示出了按照本發(fā)明的較佳實施例的波束切換過程。
圖6A示出了一示例波束掩碼消息。
圖6B示出了測得的波束強(qiáng)度值例子。
圖6C示出了示例的導(dǎo)頻調(diào)整消息。
圖6D示出了經(jīng)調(diào)整的波束強(qiáng)度值例子。
圖6E示出了一示例導(dǎo)頻強(qiáng)度測量消息(PSMM)。
圖7示出了由一用戶終端用于建立PSMM內(nèi)容的一示例過程。
圖8示出了按照第一實施例由網(wǎng)關(guān)用于為一新活動集選擇波束的步驟。
圖9示出了按照第二實施例由網(wǎng)關(guān)用于為一新活動集選擇波束的步驟。
圖10示出了在網(wǎng)關(guān)和用戶終端間的示例消息流。
圖11示出了一示例用戶終端收發(fā)信機(jī)。
圖12示出了一用戶終端的示例控制單元。
圖13示出了在執(zhí)行波束切換算法中使用的示例網(wǎng)關(guān)組成部分。
圖14示出了一示例網(wǎng)關(guān)選擇選擇器。
具體實施例方式
I.引言本發(fā)明適用于多波束通信系統(tǒng)。這種通信系統(tǒng)包括利用地球軌道衛(wèi)星或高度扇區(qū)化小區(qū)的通信系統(tǒng)。然而，對于相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員來說，顯然本發(fā)明可用于各種不同的衛(wèi)星系統(tǒng)，即使不是用于通信目的也如此。本發(fā)明也可用于使用各種不同小區(qū)扇區(qū)化方案的小區(qū)，同樣，即使不用于用戶通信亦如此。
下面詳細(xì)討論本發(fā)明的一個較佳實施例。當(dāng)討論具體步驟，配置和結(jié)構(gòu)時，應(yīng)理解這些僅用作說明的目的。相關(guān)領(lǐng)域熟練技術(shù)人員將認(rèn)識到也能使用其它步驟，配置和結(jié)構(gòu)而不脫離本發(fā)明的精神和范圍、本發(fā)明可在各種不同無線信息和通信系統(tǒng)中找到應(yīng)用，包括用于位置確定的這些系統(tǒng)以及衛(wèi)星和陸地蜂窩電話系統(tǒng)。一個較佳的應(yīng)用是在CDMA無線擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中用于移動或便攜式電話服務(wù)。
II.一個典型的通信系統(tǒng)圖1描述了使用本發(fā)明的一個示例無線通信系統(tǒng)。該通信系統(tǒng)計劃使用CDMA型通信信號，但這不是本發(fā)明所要求的。在圖1所示通信系統(tǒng)的一部分100，示出的一個基站112，兩個衛(wèi)星116和118以及二個相關(guān)的網(wǎng)關(guān)或匯集站120和122用于實行與兩個遠(yuǎn)程用戶終端124，126和128的通信。通常，基站和衛(wèi)星/網(wǎng)關(guān)是獨立的通信系統(tǒng)的組成單元，稱為基于陸地和衛(wèi)星的，雖然這并不必要。在這類系統(tǒng)中基站、網(wǎng)關(guān)或衛(wèi)星的總數(shù)取決于所需的系統(tǒng)容量和本領(lǐng)域熟知的其它因素。
術(shù)語基站和網(wǎng)關(guān)有時也可以互換使用，每一個都是一個固定的中央通信站但在本領(lǐng)域內(nèi)網(wǎng)關(guān)被理解為高度專用的基站，它通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器進(jìn)行通信而基端(有時也稱為小區(qū)站)使用陸地天線在周圍地理區(qū)域內(nèi)進(jìn)行通信。為了維持衛(wèi)星鏈路，網(wǎng)關(guān)有更多的與裝置有關(guān)的“家務(wù)管理任務(wù)”，而任何中央控制中心當(dāng)與網(wǎng)關(guān)和移動衛(wèi)星交互作用時通常也有更多的個功能要執(zhí)行。然而本發(fā)明發(fā)覺在系統(tǒng)應(yīng)用中可把網(wǎng)關(guān)或者基站用作通信站。
用戶終端124、126和128每一個都包括一個無線通信裝置，例如蜂窩電話，數(shù)據(jù)收發(fā)信機(jī)或?qū)ず艋蛭恢么_定接收機(jī)(但不限于這些)，而且根據(jù)需要也可以是手持式、車載式或固定式。這里用戶終端分別被描述為手持式、車載式或固定式電話124、126和128。根據(jù)所好，在某通信系統(tǒng)中，用戶終端有時也稱之為定戶單元，移動站，或簡稱為“用戶”或“移動用戶”。
一般來講，來自波束源(如基站112或衛(wèi)星116和118)的波束以預(yù)定的圖案復(fù)蓋不同的地理區(qū)域。在不同頻率上的波束(也稱為CDMA信道或子波束)可以用來指向重疊復(fù)蓋同一區(qū)域。在本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員也容易理解，根據(jù)通信系統(tǒng)的設(shè)計和提供的服務(wù)類型以及是否要取得空間分集，對于多個衛(wèi)星或多個的天線方向圖的各波束復(fù)蓋區(qū)或服務(wù)區(qū)在某個給定范圍內(nèi)可以設(shè)計成完全重疊或部分重疊。
雖然為了清楚起見只示出了二個衛(wèi)星，已提出了種種多衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其中一個示例的系統(tǒng)使用了48或更多數(shù)量級的衛(wèi)星，在低地軌道(LEO)的8個不同軌道平面上運(yùn)行用來向大量用戶終端提供服務(wù)。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易理解如何能將本發(fā)明所講授的原理用于各種衛(wèi)星系統(tǒng)和網(wǎng)關(guān)的配置上。例如，這包括其它軌道距離和星座圖，使用地球靜止衛(wèi)星的系統(tǒng)，其中波束切換多半是因終端用戶移動造成的。此外還可使用各種基站配置。
圖1示出了用于建立在用戶終端124、126和128與基站112之間(或通過衛(wèi)星116和118，用網(wǎng)關(guān)120和122)通信的一些可能的信號路徑?；疽挥脩艚K端的通信鏈路用線130、132和134表示。在衛(wèi)星116和118以及用戶終端124、126和128間的衛(wèi)星-用戶終端的通信鏈路用線138、140、142和144表示。在網(wǎng)關(guān)120和122以及衛(wèi)星116和118之間的網(wǎng)關(guān)-衛(wèi)星通信鏈路用線146、148、150和152表示。網(wǎng)關(guān)120和122以及基站112可以用作單向或雙向通信系統(tǒng)的一部分或簡單地只向用戶終端124、126和128傳送消息/信息或數(shù)據(jù)。
圖2A示出了一示例的衛(wèi)星波束區(qū)圖案202，也所謂照射區(qū)。如圖2A所示，示例的衛(wèi)星照射區(qū)202包括16個波束區(qū)。每個波束區(qū)復(fù)蓋一指定的地理區(qū)域，雖然通常波束區(qū)有些重疊。圖2所示的衛(wèi)星照射區(qū)包括一個內(nèi)波束區(qū)(波束區(qū)1)，中間波束區(qū)(波束區(qū)2-7)和外波束區(qū)(波束區(qū)8-16)。這一波束圖案是一特別的預(yù)先定義的圖案，用于到達(dá)處于照射區(qū)外面部分內(nèi)的用戶而不產(chǎn)生附加的干擾，在這部分內(nèi)的信號強(qiáng)度由于地球表面產(chǎn)生的自然“滾降”效應(yīng)而較弱。只是為了說明目的，這些波束區(qū)圖示為具有不重疊的幾何形狀。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將很容易理解其他波束區(qū)圖案和形狀也可用于不同的通信系統(tǒng)設(shè)計中。
如圖2B所示，在這樣的包括基站112的通信系統(tǒng)(100)內(nèi)的基站或小區(qū)站根據(jù)信號強(qiáng)度和當(dāng)?shù)氐牡匦卧趶?fù)蓋地球表面的預(yù)定服務(wù)區(qū)的小區(qū)200內(nèi)投射波束或信號。小區(qū)200由通過一系列單獨的波束或信號形成的一個總體復(fù)蓋區(qū)域組成，這些波束或信號一般投影成楔形圖案而建立扇區(qū)222。這里，小區(qū)220有了一系列6個扇區(qū)222形成，它們不都具有相同的面積或大小。然而正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的，可使用各種不同的圖案，扇區(qū)和扇區(qū)大小。正如下面還要討論的，一個用戶可以從一個扇區(qū)222中的位置X沿由線224所示的路徑移動到相鄰扇區(qū)222中的位置Y。這一情況的出現(xiàn)是用戶終端移動或改變扇區(qū)復(fù)蓋的結(jié)果，或者是兩者組合的結(jié)果。
一個示例扇區(qū)圖案進(jìn)一步詳細(xì)示于圖2C中。圖2C中，在通常是圓形圖案或小區(qū)220中示出了一系統(tǒng)的扇區(qū)S1-S6.正如本領(lǐng)域所知的，作為發(fā)送應(yīng)答器或天線系統(tǒng)如何投射信號和當(dāng)?shù)氐匦位蚪Y(jié)構(gòu)影響的結(jié)果，這一小區(qū)圖示為具有不規(guī)則的邊緣。正如所示，扇區(qū)不必大小均勻，并且甚至可以在通信系統(tǒng)操作期間調(diào)整它們各自的復(fù)蓋面積。扇區(qū)波束或信號還在相鄰的扇區(qū)間產(chǎn)生重疊的扇區(qū)邊界線或重疊的復(fù)蓋區(qū)域，一般通過在發(fā)送時調(diào)整波束的能量，在接近邊緣或邊界處減少得更快以減小重疊信號復(fù)蓋。對于相鄰的扇區(qū)邊界重疊的邊界用實線和虛線表示。這一例子中的相鄰的每一條邊界以類似于衛(wèi)星子波束的方式使用了不同的PN編碼或編碼編置。本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟悉這些圖案類型以及用于形成這種圖案的頻率和PN碼的分配。
圖3A-4D最好地說明了由本發(fā)明者指出的、本發(fā)明設(shè)計所要克服的問題。圖3A示出了在第一時間點上衛(wèi)星118相對于用戶302的位置，而圖3B示出了在第二時間點上衛(wèi)星118相對于用戶302的位置。圖3C是在第一時間點上用戶302的頂視圖和衛(wèi)星的波束區(qū)圖案，而圖3D是在第二時間點上用戶302的頂視圖和衛(wèi)星波束區(qū)圖案。如圖3C和3D所示，在第一時間點上，用戶302主要由衛(wèi)星118的波束區(qū)6所復(fù)蓋，而在第二時間點上，用戶302主要由衛(wèi)星1118的波束區(qū)3所復(fù)蓋。在第一時間點，用戶終端124檢測到波束6與其它波束相比具有最強(qiáng)的信號。在第二時間點，用戶終端124檢測到波束3具有最強(qiáng)信號。因此，如果在波束6上建立的有效呼叫到第二時間點時不“切換”(轉(zhuǎn)移)到波束3，呼叫可能會丟失。
圖4A-4D說明了波束源分集。圖4A示出了在第一時間點上衛(wèi)星118和116相對于用戶302的位置，而圖4B則示出了在第二時間點上衛(wèi)星118和116相對于用戶302的位置。圖4C是在第一時間點時用戶302的頂視圖和衛(wèi)星波束區(qū)圖案，而圖4D是在第二時間點時用戶302的頂視圖和衛(wèi)星波束區(qū)圖案。正如圖4C和4D所示，在第一時間點，用戶主要由衛(wèi)星118的波束區(qū)1所復(fù)蓋，而在第二時間點用于302主要由衛(wèi)星116的波束區(qū)15和衛(wèi)星118的波束區(qū)11所復(fù)蓋。
由本發(fā)明者所認(rèn)識的問題是如果你確切知道關(guān)于用戶終端在衛(wèi)星照射區(qū)中哪里，這就容易確定在其上建立通信鏈路所最希望的一個或多個波束。但是選擇在哪個(些)波束上建立通信鏈路的網(wǎng)關(guān)不知道該用戶終端的位置在哪里。而且，即使知道用戶的位置，由樹木，建筑物等物體造成的阻擋也可能使“最佳波束”不能使用。結(jié)果，在給定用戶位置未知及可能有波束阻擋的情況下，本發(fā)明者已設(shè)計了選擇最希望的一個或多個波束的切換過程，用于使用戶終端在這個(些)波束上接收話務(wù)。
該過程的目的是在維持波束源分集所要求的水平時減少切換率和呼叫丟失率。該過程依賴于網(wǎng)關(guān)和用戶終端間的報文形成協(xié)議。根據(jù)從用戶終端向網(wǎng)關(guān)發(fā)送的消息，網(wǎng)關(guān)可確定用于向用戶終端發(fā)送信息的最希望的一個或一些波束。從用戶終端向網(wǎng)關(guān)發(fā)送的消息包含了代表在用戶終端處測得的波束強(qiáng)度的一些測量值。
III.波束切換過程的描述參考圖5A和5B的原理圖500來說明波束的切換過程。該過程假定在用戶終端和網(wǎng)關(guān)之間已經(jīng)為此波束建立了至少一個通信鏈路。就是說，網(wǎng)關(guān)已選取了一束波束用以把數(shù)據(jù)和信息發(fā)送到用戶終端。
波束的切換過程開始于步驟504，網(wǎng)關(guān)通過所建立的通信鏈路發(fā)送一個波束掩碼信息(BMM)到用戶終端。BMM含有一系列波束標(biāo)識符。序列中每一個波束標(biāo)識符標(biāo)識一束波束，通過該波束，網(wǎng)關(guān)可以發(fā)送數(shù)據(jù)或信息。網(wǎng)關(guān)除向用戶終端發(fā)送BMM外，還向用戶終端發(fā)送導(dǎo)頻調(diào)整信息(PAM)。PAM含有一個或多個導(dǎo)頻調(diào)整值。導(dǎo)頻調(diào)整信息被用來實現(xiàn)負(fù)載平衡，將在步驟508中對此詳加討論。
網(wǎng)關(guān)周期性地執(zhí)行步驟504。例如，網(wǎng)關(guān)可能每分鐘發(fā)送一個更新過的BMM。之所以選擇周期為1分鐘是因為大約每過一分鐘網(wǎng)關(guān)上會得到一個或更多的新的波束可供使用。
圖6A表示了一個BMM600的示例。如圖6A所示，BMM600由一波束標(biāo)識符602-614的列表組成。波束602-614中每個標(biāo)識了一個衛(wèi)星/波束對。例如，BMM600中的第一個波束標(biāo)識符602標(biāo)識從衛(wèi)星1發(fā)出的波束1，第二個波束標(biāo)識符604標(biāo)識從衛(wèi)星1發(fā)出的波束3.
用戶終端測量從網(wǎng)關(guān)接收到的最新的BMM(步驟506)中的波束標(biāo)識符的波束強(qiáng)度。圖6B示出了BMM600中的標(biāo)識的示例的波束強(qiáng)度的測量值。在一種實施例中，用戶終端是通過測量與波束相應(yīng)的導(dǎo)頻信號的能量大小來測量該波束的強(qiáng)度。用戶終端利用引導(dǎo)頻信號以求取初始系統(tǒng)同步和時間，頻率，以及網(wǎng)關(guān)發(fā)送的其他信號的相位跟蹤。典型地由每個網(wǎng)關(guān)，為每個頻率發(fā)送單個導(dǎo)頻信號，稱為CDMA信道或子波束，由所有在那個頻率上從那個網(wǎng)關(guān)接收信號的用戶終端共享。已有幾種成熟的技術(shù)來測量導(dǎo)頻信號的強(qiáng)度。例如，有一種技術(shù)已由美國專利申請?zhí)?8/722,330，1996年9月27日申請，題為“通信系統(tǒng)中用于相鄰服務(wù)區(qū)域切換的方法與裝置”，該專利已通過引用加入本文。
測量了波束強(qiáng)度以后，用戶終端可以利用一個或多個導(dǎo)頻調(diào)整值來調(diào)整一個或多個所測的波束強(qiáng)度值，導(dǎo)頻調(diào)整值內(nèi)網(wǎng)關(guān)可根據(jù)需要在PAM(步驟508)中發(fā)送。導(dǎo)頻調(diào)整值用來實現(xiàn)負(fù)載平衡。導(dǎo)頻調(diào)整值補(bǔ)償一個特定的衛(wèi)星投射出的波束的波束強(qiáng)度間的差異。例如，有這樣一種情況，外波束的強(qiáng)度大于內(nèi)波束和中間波束的強(qiáng)度。如果沒有導(dǎo)頻調(diào)整值，網(wǎng)關(guān)選取外波束來建立通信鏈接的可能性比其他波束的可能性大得多。這會引起負(fù)載平衡的問題。因此，為在波束間均衡地平衡負(fù)載，網(wǎng)關(guān)向用戶終端發(fā)送PAM以調(diào)整正被使用的波束強(qiáng)度。
圖6C表示一個典型的PAM。如圖6C所示，PAM650含有一個或多個調(diào)整值，對應(yīng)于一個或多個在BMM600中列出的波束。例如，PAM650含有衛(wèi)星1的波束11的調(diào)整值和衛(wèi)星2的波束16的調(diào)整值。PAM可由網(wǎng)關(guān)在任何時刻發(fā)送。在大多數(shù)的情況下，PAM是作為BMMD一部分發(fā)出的。用戶終端把調(diào)整值加到相應(yīng)的波束強(qiáng)度值上。圖6D表示了基于PAM650，對于在BMM600中標(biāo)出的波束的經(jīng)調(diào)整的波束強(qiáng)度值。
步驟508以后，過程進(jìn)至步驟510，用戶終端向網(wǎng)關(guān)發(fā)送導(dǎo)頻強(qiáng)度調(diào)整信息(PSMM)。應(yīng)該注意，用戶終端周期性地執(zhí)行步驟506-510。選擇適當(dāng)?shù)闹芷谑怯幸娴?。如果用戶終端測量或報告得太頻繁，用戶終端仍處在同一個(或幾個)波束中，即報告的是同一個信號電平。這造成了話務(wù)信道中系統(tǒng)開銷的浪費(fèi)，因為此時報告已完成而用戶終端正在傳送的信息沒有變化。此外，用戶終端及網(wǎng)關(guān)的處理能力也被白白地浪費(fèi)了。另一方面，如果用戶終端經(jīng)過太長的時間間隔或太長的周期才作報告，那么用戶終端有可能錯過了一個剛經(jīng)過的所需的波束。
在一個實施例中，通過為一具體的系統(tǒng)建立參數(shù)和對所得的波束和運(yùn)動的仿真及模擬而完成參數(shù)的選擇。因此，根據(jù)一個給定的衛(wèi)星星座(編號)及星歷表(運(yùn)動和位置)，可以預(yù)測波束的運(yùn)動和變化率。據(jù)此，人們可以達(dá)到關(guān)于合適周期的合理的預(yù)測。根據(jù)需要，一個系統(tǒng)使用后取得的歷史數(shù)據(jù)也可以用來調(diào)整周期。在一個實施例中，周期是10秒鐘。就是說，每過10秒鐘，用戶終端向網(wǎng)關(guān)發(fā)送一個PSMM。
用戶終端發(fā)往網(wǎng)關(guān)的PSMM包含來自BMM600的一個或多個波束標(biāo)識符以及相應(yīng)的波束強(qiáng)度值。相應(yīng)的波束強(qiáng)度值可以是經(jīng)調(diào)整的或未經(jīng)調(diào)整的波束強(qiáng)度值。在本發(fā)明的一個實施例中，PSMM至多包含6個波束標(biāo)識符及它們相應(yīng)的強(qiáng)度值。然而，基于眾所周知的因素，如系統(tǒng)的復(fù)雜性，處理能力，存儲量等等，也可以使用其它的波束數(shù)。一個示例的PSMM660的內(nèi)容示于圖6E。
圖7的流程圖表示了在用戶終端上使用的一個較佳過程，該過程用于選取一個或多個波束(來自BMM600的一個或多個波束標(biāo)識符及相應(yīng)的波束強(qiáng)度值)，并把它們包含進(jìn)PSMM。過程700的目的是達(dá)到所需的衛(wèi)星分集程度。因而，從每個用戶終端可見的衛(wèi)星發(fā)出的在BMM中被識別的至少一個波束被加到PSMM中。例如，如果BMM識別了3個不同的衛(wèi)星均對用戶終端可見，則PSMM包含有至少3個波束標(biāo)識符及至少3個相應(yīng)的波束強(qiáng)度值，這里每個標(biāo)識符標(biāo)識了3個衛(wèi)星中的一個。
過程700開始于步驟704。在步驟704中，用戶終端利用經(jīng)調(diào)整的波束的測量強(qiáng)度確定在BMM中標(biāo)出的每個衛(wèi)星所投射的“最強(qiáng)”的波束。“最強(qiáng)”的波束是指具有最大的經(jīng)調(diào)整的波束強(qiáng)度值的波束。內(nèi)步驟704所確定的每個波束，用戶終端將每個波束的標(biāo)識符及其相應(yīng)的波束強(qiáng)度包含進(jìn)PSMM中(步驟706)。下一步，用戶終端決定是否可在PSMM中加入更多的值(步驟708)。用戶終端將可以允許加入進(jìn)PSMM中的最大波束數(shù)減去在PSMM中現(xiàn)存的波束數(shù)以求得此值。在一個較佳實施例中，最大可允許包含在PSMM中的波束數(shù)是6.如果可在PSMM中加入更多的波束，控制轉(zhuǎn)到步驟710，否則過程終止。在步驟710和712中，用戶終端選取尚未被加入到PSMM中的最強(qiáng)的波束，并把它的標(biāo)識符及相應(yīng)的波束強(qiáng)度值加進(jìn)PSMM。步驟712以后，控制轉(zhuǎn)回到步驟708。在另一實施例中，用戶終端在執(zhí)行過程700時使用的是未經(jīng)調(diào)整的波束強(qiáng)度值。因而，PSMM可以包括未經(jīng)調(diào)整的或已經(jīng)調(diào)整的波束強(qiáng)度值。
在接到來自用戶終端的PSMM后，網(wǎng)關(guān)確定一個新的活動波束集(步驟512)。新活動波束集是應(yīng)該被用作在網(wǎng)關(guān)和用戶終端間通信鏈路的波束的集合。圖8和圖9表示兩個過程(800和900)，網(wǎng)關(guān)使用這兩過程以執(zhí)行步驟512(即確定新活動波束集)。過程800稱為單閾值法(STS)，過程900稱為雙閾值滯遲回線法(DTHS)。將先介紹STS(過程800)，然后介紹DTHS(過程900)。
過程800開始于步驟804。在步驟804中，網(wǎng)關(guān)選取PSMM中最強(qiáng)的波束并把它加入新活動波束集。就是該網(wǎng)關(guān)從PSMM中選取強(qiáng)的波束強(qiáng)度值，找出對應(yīng)該選中值的波束，并把它加進(jìn)新的活動波束集中。在步驟804以前，新的活動波束集設(shè)置為“無波束”。即初始在新活動波束集且不含有任何波束。
在步驟806中，網(wǎng)關(guān)確定一個在PSMM中的最強(qiáng)的“另一”波束，如果有的話。一個“另一”波束是由除了在新活動集中投射了一個波束的衛(wèi)星以外的一個衛(wèi)星投射的在PSMM中的任何一個衛(wèi)星波束。所謂PSMM中最強(qiáng)的“另一”波束是指該波束的強(qiáng)度相對于其他的另一波束為大。為了確定PSMM中的最強(qiáng)的另一波束，網(wǎng)關(guān)首先從PSMM中選取一個值的子集，該子集包括在PSMM中的相應(yīng)于除了投射的一個波束中已包括在新活動集中的那個衛(wèi)星以外的一個衛(wèi)星所投射的波束的所有值。其次，網(wǎng)關(guān)選取子集中的最大值。最后，網(wǎng)關(guān)確定在前一步驟中所選取的強(qiáng)度值所對應(yīng)的波束。
如果存在最強(qiáng)的另一波束，則執(zhí)行步驟808，否則過程終止。在步驟808中，網(wǎng)關(guān)比較在PSMM中的最強(qiáng)的波束(即步驟804所選取的波束)的強(qiáng)度(SSB)和最強(qiáng)的另一波束(SSAB)(即步驟806所選取的波束)的強(qiáng)度。如果SSB減去SSAB后小于或等于第一閾值(T-1)，則網(wǎng)關(guān)將把PSMM中的最強(qiáng)的另一波束加入到新活動波束集中(步驟810)，否則過程終止而新的活動波束集只包含PSMM中最強(qiáng)的波束。在一個較佳的實施例中，T-1的數(shù)量級為4dB。但也可有其他的實施例，例如T-1為0dB或T-1為無窮大，在后者的情況下，最強(qiáng)的另一波束總被加入到新活動集中，而不管它本身的強(qiáng)度有多大。
步驟810后，過程進(jìn)到步驟812。在步驟812中，網(wǎng)關(guān)確定是否應(yīng)把附加的另一波束加入新活動波束集。加入到新活動波束集的另一波束的數(shù)目由所需的衛(wèi)星分集的值所確定。例如，如果只要求有兩個衛(wèi)星分集的配置，網(wǎng)關(guān)會試圖只將一個另一波束加到新活動波束集中。然而，如果要求有N個衛(wèi)星分集的配置，網(wǎng)關(guān)將試圖把N-1個另一波束加到新活動波束集中。
DTHS類似于STS。例如過程900的前四個步驟和過程800的前四個步驟相同。過程800和過程900的不同之處在于在過程900中，如果SSB減去SSAB后不小于或等于T-1就執(zhí)行步驟902，而在過程800中，如果SSB減去SSAB后不小于或等于T-1，過程終止。
在步驟902中，網(wǎng)關(guān)在當(dāng)前活動集中選取一個最強(qiáng)的另一波束，如果有的話。當(dāng)前活動集指的是活動波束的集合，其中，一個活動波束是在其上已建立了網(wǎng)關(guān)和用戶終端間的通信鏈路的一個波束。當(dāng)前活動集中的一個另一波束是在當(dāng)前活動集中的由除了在新活動波束集中投射了一個波束的衛(wèi)星以外的一個衛(wèi)星所投射的波束為了確定當(dāng)前活動集中的最強(qiáng)的另一波束，網(wǎng)關(guān)首先從PSMM的值中選取一個子集，這個集的子集包括了在PSMM集中的除了由在新活動中投射了一個或多個波束的一個衛(wèi)星以外的一個衛(wèi)星投射的波束相對應(yīng)的所有值。
其次，網(wǎng)關(guān)選取子集中的最大值。最后，網(wǎng)關(guān)確定在前面步驟中所選取的這個值所對應(yīng)的波束。
如果步驟902成功，然后執(zhí)行步驟904，否則，過程終止。在步驟904中，網(wǎng)關(guān)確定PSMM中的最強(qiáng)的波束強(qiáng)度(SSB)和當(dāng)前活動集中的最強(qiáng)的另一衛(wèi)星波束的強(qiáng)度(SSAB-CAS)之差是否小于或等于第二閾值(T-2)。如果該差值小于或等于T-2，則把當(dāng)前活動集中最強(qiáng)的另一波束加入新的活動集(步驟906)，否則，過程終止。
步驟906以后，過程繼續(xù)至步驟908。在步驟908中，網(wǎng)關(guān)決定是否應(yīng)把附加的另一波束加到新活動集中。加到新活動波束集的另一波束的數(shù)目由所需的衛(wèi)星分集程度所確定。例如，如果只需兩個衛(wèi)星分集的配置，則網(wǎng)關(guān)只試圖把一個另一波束加到新活動波束集中。然而，如果需要一個N個衛(wèi)星的分集配置，網(wǎng)關(guān)將試圖把N-1個另一波束加到新活動波束集中。
較佳的是，T-2大于T-1，且當(dāng)T-1是4dB時，T-2為6dB。然而。也可把其它值用于這些閾值。當(dāng)T-2大于T-1時，網(wǎng)關(guān)將優(yōu)先權(quán)給于當(dāng)前活動波束集中的波束，因而減少了包括鏡面反射等原因造成的臨時波束信號強(qiáng)度波動而引起的切換。閾值T-1和T-2的選取部分是基于已知的衛(wèi)星軌道距離(離地面的高度)及速度，這兩者決定了鏡面反射的角度和變化率。
單閾值法(STS)的優(yōu)點是較之雙閾值滯遲回線法(DTHS)實現(xiàn)起來較簡單。然而DTHS的切換率較之STS為低。DTHS之所以有較低的切換率是因為把由于鏡面反射而造成的波束信號強(qiáng)度波動引起的突變效應(yīng)光滑化了。突變效應(yīng)產(chǎn)生于這樣一種情況，網(wǎng)關(guān)在短時間內(nèi)交替地加入和丟棄一個特定的波束。在過程800或過程900的結(jié)束處，新活動波束集將包含這些波束，它們應(yīng)該被用作連接網(wǎng)關(guān)和用戶終端的通信鏈路。
在步驟512后執(zhí)行步驟514。在步驟514中，網(wǎng)關(guān)確定新的活動波束集是否等于當(dāng)前活動波束集。當(dāng)前活動波束集包含了所有在其上已建立了網(wǎng)關(guān)和用戶終端通信鏈路的波束。如果新活動波束集和當(dāng)前活動波束集相同，網(wǎng)關(guān)不啟動切換，因而允許用戶終端繼續(xù)使用當(dāng)前活動波束集中的波束(步驟515)。如果新波束集不相當(dāng)于活動波束集，網(wǎng)關(guān)將啟動切換(步驟516-530)。
在一較佳實施例中，波束切換是一種“軟”波束切換。就是說，網(wǎng)關(guān)從用戶終端收到該用戶終端正在新活動波束集中的一個或多個波束上成功地接收信息的確認(rèn)信號前將不會斷開當(dāng)前活動波束集中的連接。因此作為啟動軟切換的第一步，網(wǎng)關(guān)在不在當(dāng)前活動波束集中的新的活動波束集內(nèi)的波束(如果這種波束存在的話)上開始發(fā)送話務(wù)(步驟516)。下一步，網(wǎng)關(guān)發(fā)送一個切換方向消息(HDM)給用戶終端(步驟518)。在一個實施例中，HDM可以含有兩個波束標(biāo)識符的集合，加入波束集和丟棄波束集。加入波束集對于新活動波束集中的每個不在當(dāng)前活動波束集中的波束包含了一個波束識別符。有可能加入波束集為空，這樣的話HDM只包含丟棄波束集。丟棄波束集對于當(dāng)前活動波束集中的每個不在新活動波束集中的波束包含一個波束標(biāo)識符。就象新加入波束集那樣，丟棄波束集也可以為空，在這種情況下HDM將只包含加入波束集。在一個第二實施例中，HDM包含與新活動波束集中的每個波束相應(yīng)的一個標(biāo)識符。根據(jù)第二實施例，當(dāng)收到HDM后，用戶終端可以確定加入波束集和丟棄波束集，因為用戶終端已知哪些波束是在當(dāng)前波束集內(nèi)。
無論是在第一種，還是第二實施例中，用戶終端在收到HDM后，開始通過加入波束集中所標(biāo)出的波束接收話務(wù)(步驟520)。一旦用戶終端開始在加入波束集中所標(biāo)出波束上接收信息，該用戶終端將停止在丟棄集中所標(biāo)出的波束上接收信息(步驟522)。用戶終端然后向網(wǎng)關(guān)發(fā)送一條切換完成消息(HCM)(步驟524)。一旦收到了用戶終端發(fā)來的HCM，網(wǎng)關(guān)停止在由丟棄集中標(biāo)出的波束上發(fā)送話務(wù)(步驟526)。以這種方式完成了軟波束切換。
網(wǎng)關(guān)和用戶終端間的消息流程的例子示于圖10。如圖10所示，切換過程起始于網(wǎng)關(guān)周期性地(例如，每60秒)向用戶終端發(fā)送一BMM/PAM。一旦收到BMM，用戶終端周期性地(例如，每10秒)向網(wǎng)關(guān)發(fā)送一PSMM。一旦從用戶終端收到PSMM，網(wǎng)關(guān)確定了要用的最希望的波束(即，確定一個新活動波束集)。如果新活動波束前等于當(dāng)前活動波束集，則網(wǎng)關(guān)將不啟動波束切換。但是，如果新活動波束集不同于當(dāng)前活動波束集，網(wǎng)關(guān)將向用戶終端發(fā)送HDM。而用戶終端將用HDM作出應(yīng)答。
如圖10所示，用戶終端通常只在前一個PSMM發(fā)送后經(jīng)過了預(yù)定的時間間隔后才發(fā)送一個新的PSMM。但至少有這樣一種情況，這時建議用戶終端向網(wǎng)關(guān)發(fā)送一個“額外”的PSMM。當(dāng)衛(wèi)星阻塞發(fā)生時，不管前一個PSMM是何時發(fā)生的，用戶終端要向網(wǎng)關(guān)發(fā)送一個PSMM，該P(yáng)SMM就稱為“額外”PSMM。衛(wèi)星阻塞的條件定義為活動波束的當(dāng)前強(qiáng)度小于在最新發(fā)送的PSMM中的報告的活動波束強(qiáng)度減去閾值(T_Loss)，并且還如此保持了一個特定的時間間隔(T-Tloss)。當(dāng)這種情況發(fā)生時，用戶終端將執(zhí)行步驟506-510，由此發(fā)送一個額外的PSMM。舉例來說，假定活動波束的當(dāng)前強(qiáng)度在T-Tloss的時間間隔中為7或更小，并假定在前一個PSMM中所報告的活動波束的強(qiáng)度為10。如果7＜(10-T_Loss)，則用戶終端將執(zhí)行一個額外的PSMM。網(wǎng)關(guān)將執(zhí)行如上所述的步驟512。就是說，網(wǎng)關(guān)利用PSMM來確定應(yīng)使用哪個(些)波束向用戶終端發(fā)送話務(wù)。
IV.用戶終端收發(fā)信器描述圖11所示為一個用于用戶終端124上的示例的收發(fā)信器1100。這種收發(fā)信器在本領(lǐng)域內(nèi)都知道并在美國專利號5,109,390，題為“用于CDMA蜂竄電話系統(tǒng)中的分集接收機(jī)”的專利上有所討論，并通過引用而加入于此。收發(fā)信器1100使用至少一個天線1100以接收通信信號，該信號傳送至模擬接收機(jī)1114，在那里進(jìn)行下變頻，放大和數(shù)字化。通常使用一個雙工器元件1112以允許把同一個天線用于發(fā)送和接收兩種功能。然而，有些系統(tǒng)使用分開的天線工作于不同的發(fā)送和接收頻率。
由模擬接收機(jī)1114輸出的數(shù)字通信信號傳送到至少一個數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)接收機(jī)1116A，并且最好還要傳送到至少一個搜索接收機(jī)1118。附加的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)接收機(jī)1116B-1116N可以用來獲取信號分集水平或用以接收分路信號，這取決于收發(fā)信器1100可接受的復(fù)雜程度，這對于相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域中的熟練技術(shù)人員是顯而易見的。附加的搜索接收機(jī)可用于實現(xiàn)更復(fù)雜的信號搜索技術(shù)。
至少有一個用戶終端控制單元1120耦合到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)接收機(jī)1116A-1116N和搜索接收機(jī)1118?？刂茊卧?120除提供其他功能外還提供基本的信號處理，定時，電源和波束切換控制或協(xié)調(diào)，以及用于信號載波的頻率選擇。由控制單元1120經(jīng)常執(zhí)行的另一個基本控制功能是選擇或處理PN碼的序列或用于處理通信信號波形的正交函數(shù)。控制單元1120的信號處理可以包括確定相對的信號強(qiáng)度和對各種相關(guān)的信號參數(shù)的計算。信號參數(shù)，如定時和頻率的這種計算可以包括使用附加的或分離的專用電路以提高測量效率和速度或改進(jìn)對控制處理源的分配。例如，可以連接一個信號強(qiáng)度測量元件到模擬接收機(jī)以使用可資利用的某種信息來確定所接收到的模擬信號的總的信號強(qiáng)度或功率。也可以連接這個測量元件以接收數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)接收機(jī)和搜索接收機(jī)的輸出，或從它們接收可用的數(shù)據(jù)以測量正被接收的或正被解調(diào)的某特定信號的能量或功率。
數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)接收機(jī)1116A-1116N的輸出被耦合到用戶終端內(nèi)的基帶電路1122。用戶數(shù)字基帶電路1122含有處理和表示元件用于向或從用戶終端的使用者傳送信息。就是說，信號和數(shù)據(jù)存儲元件，比如暫時的和長期的數(shù)字存儲器，輸入/輸出裝置，如顯示屏，揚(yáng)聲器，鍵盤終端，以及手機(jī)；A/D器件，聲音編碼和其他聲音及模擬信號處理元件，等等，都用本技術(shù)領(lǐng)域中的所熟識的元件構(gòu)成了定戶基帶電路。如果使用分集信號處理，用戶數(shù)字基帶電路1122還要包含有一個或多個分集組合器和解碼器。這些元件中的某些元件是在控制器1120的控制下，或與控制器1120進(jìn)行通信的情況下工作的。
如果把聲音或其他數(shù)據(jù)準(zhǔn)備作為由用戶終端始發(fā)的輸出消息或通信信號，用戶數(shù)字基帶電路1122可用來接收，存儲和處理，否則就準(zhǔn)備所需的發(fā)送數(shù)據(jù)。用戶數(shù)字基帶電路1122在控制單元1120的控制之下向發(fā)送調(diào)制器1126提供這些數(shù)據(jù)。發(fā)送調(diào)制器1126的輸出傳送至功率控制器1128，它向發(fā)送功率放大器1130提供輸出功率控制，以便最后將輸出信號從天線1130發(fā)射至網(wǎng)關(guān)，或基站。
用戶終端1100還可以在發(fā)射途徑中使用一個預(yù)校正元件1132，以調(diào)整發(fā)出的信號的頻率。這可以通過使用熟知的對發(fā)送波形上變頻或下變頻技術(shù)來完成。用戶終端100還可以在發(fā)射途徑中使用一個預(yù)校正器件132以調(diào)整發(fā)出的信號的定時。這可以通過使用熟知的在發(fā)送波形中增加或減去延時來實現(xiàn)。
可以使用本領(lǐng)域所知的種種技術(shù)將對應(yīng)于一個或多個用于所接收的通信信號的所測得的信號參數(shù)的信息和數(shù)據(jù)，或者一個或多個共享資源信號送至網(wǎng)關(guān)。例如，可以將信號作為單獨的信息信號傳送，或可以把它附加到由用戶數(shù)字基帶電路1122所準(zhǔn)備的其它消息后被傳送。另一種方法是，可以將該信息作為預(yù)定的控制位由發(fā)送調(diào)制器1126或發(fā)送功率控制1128在控制單元1120的控制下使用成熟的技術(shù)而被插入。
將數(shù)字接收器1116A-N和搜索接收機(jī)1118配置有信號相關(guān)元件以便對特定的信號進(jìn)行解碼和跟蹤。搜索接收機(jī)1118用來搜索導(dǎo)頻信號或其他有相對固定圖案的強(qiáng)信號。導(dǎo)頻信道只是一種不被數(shù)據(jù)調(diào)制的信號，可能使用定值(圖案)或音調(diào)類型的輸入，能有效地只發(fā)送PN擴(kuò)展碼。數(shù)字接收機(jī)1116A-N用于解調(diào)與檢測到的一導(dǎo)頻信號相關(guān)的其它信號。然而，為了確定信號強(qiáng)度可在得到要精確地確定信號碼片能量對信號噪聲的比值的請求后，指定數(shù)據(jù)接收機(jī)對導(dǎo)頻信號進(jìn)行處理。一般來說，對導(dǎo)頻信號碼片的能量在一個預(yù)定的時間間隔，(如符號周期上進(jìn)行積分，以求取導(dǎo)頻信號強(qiáng)度。因此，可以監(jiān)視接收機(jī)1116A-N的輸出以確定在導(dǎo)頻信號或其他信號中的能量或它們的頻率。這些接收機(jī)也可以使用頻率跟蹤元件，監(jiān)控這些元件以為正被解調(diào)的信號向控制處理器或單元1120提供當(dāng)前的頻率和定時信息。
如前所述，控制單元1120除具有其他功能外，還提供波束切換控制功能。例如，控制單元接收來自網(wǎng)關(guān)的BMM，通過監(jiān)視導(dǎo)頻信號的能量來測量波束強(qiáng)度，并向網(wǎng)關(guān)發(fā)送PSMM?？刂茊卧?120的一個例子示于圖12。控制單元1120含有一個或多個處理器，例如處理器1124。處理器1124連接到通信總線1202。
控制單元1120可以采用軟件控制的處理器，通過編程以執(zhí)行這里所描述的功能。就是說，采用熟知的標(biāo)準(zhǔn)元件或通用功能或通用硬件，包括各種數(shù)字信號處理器，可編程電子器件，或計算機(jī)，這些計算機(jī)的運(yùn)行受到有特定功能的軟件控制，或受到執(zhí)行特定功能的固化軟件的控制。
控制單元1120也包括主存儲器1206，最好是隨機(jī)訪問存儲器(RAM)，也可以包括輔助存儲器1208。輔助存儲器1208包括例如，可允許計算機(jī)程序或其他指令加載到控制單元1120的裝置。這些裝置，例如，可以包括存儲器件1222及接口1220。這些器件可以包括存儲器芯片(如EPROM，或PROM)及相應(yīng)的插座，其他的存儲器件1222和接口1220，接口1220允許將軟件和數(shù)據(jù)從存儲器1222傳送至控制單元1120。
控制單元1120還可以包括通信接口1224。通信接口1224例如允許在控制單元1120和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)接收機(jī)1116之間傳送軟件和數(shù)據(jù)。
在本文中，術(shù)語“計算機(jī)程序介質(zhì)”和“計算機(jī)可用介質(zhì)”一般指諸如可移動存儲器1222及主存1206之類介質(zhì)。這些計算機(jī)程序產(chǎn)品是用來向控制單元1120提供載軟件的手段。
控制或計算機(jī)程序(也稱作計算機(jī)控制邏輯)存儲在主存儲器和/或輔助存儲1208，當(dāng)這些計算機(jī)和程序執(zhí)行時，能使控制單元120實現(xiàn)本發(fā)明在這里所討論的各種特性。特別地，例如計算機(jī)程序，在執(zhí)行時可以讓處理1204執(zhí)行測得的波束強(qiáng)度值的比較。因而，這些計算機(jī)程序代表了控制單元1120的各種控制器。
在另一實施例中，控制單元1120主要因為這一功能配置的特殊硬件來實現(xiàn)，例如使用了應(yīng)用專用集成電路(ASIC)或一個或多個電路卡組件等硬件元件。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，顯然可以用硬件狀態(tài)機(jī)來實現(xiàn)這里所描述的功能。
在還有的另一個實施例中，控制單元由硬件和軟件的組合來實現(xiàn)。
V.網(wǎng)關(guān)圖13表示網(wǎng)關(guān)120的各種元件，這些元件能使網(wǎng)關(guān)120使網(wǎng)關(guān)完成本發(fā)明的各種特性。如圖13所示，網(wǎng)關(guān)120包括連接到公共交換電話網(wǎng)(PTSN)1390的網(wǎng)關(guān)交換子系統(tǒng)(GSS)1301，選擇器組子系統(tǒng)(SBS)1302，時間和頻率單元(TFU)1318，網(wǎng)關(guān)控制器(GC)1320，CDMA互連子系統(tǒng)(CIS)1312，網(wǎng)關(guān)傳輸系統(tǒng)(GTS)1304，網(wǎng)關(guān)RF子系統(tǒng)(GRS)1310。GTS包括前向鏈路發(fā)送系統(tǒng)(FLGTS)1306和反向鏈路發(fā)送系統(tǒng)(RLGTS)1308。FLGTS1306從SBS1302取得分組化數(shù)據(jù)，加以調(diào)制，把數(shù)據(jù)變頻為IF頻率(800-1000MHz)，然后送到網(wǎng)關(guān)RF子系統(tǒng)(GRS)1310，由它送到天線1312發(fā)射到衛(wèi)星上。衛(wèi)星再將信號中繼至用戶終端。在FLGTS1306處從SBS1302接收的分組化數(shù)據(jù)包括話務(wù)幀，報文頭消息幀，及功率控制信息。話務(wù)幀可能含有BMM，PAM，及HDM。以這種方式，網(wǎng)關(guān)將BMM，PAM，及HDM發(fā)送到用戶終端。
RLGTS1308從GRS1310接收IF信號，對它進(jìn)行下變頻及調(diào)制，然后把分組化數(shù)據(jù)送到SBS1302進(jìn)行進(jìn)一步的處理。在SBS1302處收到的分組化數(shù)據(jù)包括發(fā)自用戶終端的話務(wù)幀，報頭消息幀。PSMM和HCM放在話務(wù)幀中從用戶終端發(fā)向網(wǎng)關(guān)。以這種方式，在網(wǎng)關(guān)處接收PSMM和HCM。
SBS1302包括一個或多個選擇器1314，用以處理語音呼叫以及為完成波束切換所必需執(zhí)行的動作。例如，選擇器1314計算從用戶終端發(fā)送的PSMM以確定哪一個新波束(如果有的話)要被加入，以及確定哪一個波束(如果有的話)要被丟棄。在加入波束以前，SBS1302向GC1320發(fā)出一個前向鏈路資源請求，如果資源請求被接受，選擇器1314向FLGTS1306發(fā)出信號開始在新的波束上發(fā)射前向話務(wù)。一旦FLGTS1306開始發(fā)送話務(wù)，選擇器1314就向用戶終端發(fā)送一個HDM。當(dāng)用戶終端在新波束上接收話務(wù)信息后，即向選擇器1314發(fā)送HDM。在選擇器1314接收該HCM后，即通知FLGTS1306停止在已丟棄的波束(如果有的話)上發(fā)送信息。
正如控制單元1120的情況，選擇器1314可以由軟件控制的處理器構(gòu)成，經(jīng)編程后執(zhí)行這里所描述的功能。就是說，使用熟知的標(biāo)準(zhǔn)元件，或通用功能或通用的硬件，包括各種數(shù)字信號處理器，可編程電子器件，或由特定功能的軟件或編有為執(zhí)行所需功能程序的固化軟件控制下的計算機(jī)。
圖14表示選擇器1314的一個例子。選擇器1314包括一個或多個處理器，諸如處理器1404。處理器1404連接到通信總線1402。選擇器1314還包括主存儲器1406，最好是隨機(jī)訪問存儲(RAM)，也可以包括輔助存儲器1408。輔助存儲器1408可以包括例如能允許將計算機(jī)程序和其他指令加載到選擇器1314的裝置。這些裝置可以包括例如可移動的存儲單元1422和接口1420。這類裝置的例子可以包括一個可移動存儲器芯片(如EPROM，或PROM)以及相應(yīng)的插座，硬盤驅(qū)動器，磁帶，微型光盤和其它光學(xué)存儲器件，以及其它可移動的存儲單元1422及接口1420，接口1420可以允許將軟件和數(shù)據(jù)從可移動的存儲單元1422加載到選擇器1314。選擇1314也包括通信接口1424。通信接口1424例如允許數(shù)據(jù)在選擇器1314和FLGT間傳輸。
計算機(jī)程序(也叫作計算機(jī)控制邏輯)存放在主存儲器及/或輔劫存儲器1408中，這些計算機(jī)程序執(zhí)行時，使選擇器1314能執(zhí)行本發(fā)明在這里所描述的一些特性。特別地，例如當(dāng)執(zhí)行計算機(jī)程序時，能使處理器1404進(jìn)行測得的波束強(qiáng)度值的比較。因而，這些計算機(jī)程序代表了選擇器1314的控制器。在另一個實施例中，選擇器1314主要用為這一功能配置的硬件來實現(xiàn)，例如，使用了硬件元件如應(yīng)用專用集成電路(ASIC)，或一個或多個電路卡組件。對于在相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說。顯然可以用硬件狀態(tài)機(jī)來實現(xiàn)執(zhí)行這里所描述的功能。
在再一個實施例中，選擇器1314用硬件和軟件的組合而實現(xiàn)。
VI.結(jié)論本文對較佳的幾種實施例給出了如前的描述，使在本技術(shù)領(lǐng)域中的熟練技術(shù)人員能制作或使用本發(fā)明。參照本發(fā)明的較佳實施例已特定地展示和描述了本發(fā)明，在本領(lǐng)域中的技術(shù)人員應(yīng)該懂得，可以對其形式和細(xì)節(jié)作種種修改，而不脫離該發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.在具有用戶終端、通信站和多個波束源的多波束通信系統(tǒng)中用來減小呼叫丟失率的方法，其中，每一波束源投射多個波束，并且在一個或多個所述波束上建立起所述用戶終端和通信站之間的通信線路，其特征在于，所述方法包含下述步驟(1)將多個波束標(biāo)識符從所述通信站發(fā)送到所述用戶終端，其中，所述多個標(biāo)識符標(biāo)識當(dāng)前由所述通信站所使用的多個波束和多個波束源；(2)在所述通信站處，接收所述用戶終端所傳送的多個波束強(qiáng)度值，其中，所述多個波束強(qiáng)度值中的每一個是測得的由所述多個波束標(biāo)識符之一所標(biāo)識的波束的強(qiáng)度的函數(shù)；(3)在所述通信站處根據(jù)所述多個波束強(qiáng)度值確定一組新的工作波束，其中，所述新的一組工作波束包括一個或多個應(yīng)當(dāng)用作所述通信站和所述用戶終端之間的通信線路的波束，它包括下述步驟；(a)根據(jù)所述多個波束強(qiáng)度值，選擇具有最強(qiáng)波束強(qiáng)度的第一波束，其中所述第一波束是由第一波束源投射的，(b)將所述第一波束包括在所述新的一組工作波束中，(c)從所述多個波束強(qiáng)度值中選擇第一子集的波束強(qiáng)度值，其中，所述第一子集的波束強(qiáng)度值包括與所述第一波束源以外的一個波束源所投射的波束對應(yīng)的所述多個波束強(qiáng)度值中的每一個，(d)根據(jù)所述第一子集的波束強(qiáng)度值，選擇具有最強(qiáng)波束強(qiáng)度的第二波束，以及(e)如果所述第一波束的強(qiáng)度減去所述第二波束的強(qiáng)度小于或等于一閾值而該閾值大于或等于零，則將所述第二波束包括在所述新的一組工作波束內(nèi)；以及(4)在所述新的一組工作波束內(nèi)的所述波束上，將話務(wù)(traffic)從所述通信站發(fā)送到所述用戶終端。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在通信站處確定一新活動波束集的步驟還包括如下步驟(6)從所述第一子集中選擇出波束強(qiáng)度值的一個第二子集，其中，在所述波束強(qiáng)度值的第二子集中的每一波束強(qiáng)度值對應(yīng)于一活動波束，這里，活動波束就是在用戶終端和通信站之間當(dāng)前正在其上發(fā)送信息的波束；(7)根據(jù)波束強(qiáng)度值的所述第二子集，選擇具有最強(qiáng)波束強(qiáng)度的一個第三波束；以及(8)如果所述第一波束的強(qiáng)度減去所述第三波束的強(qiáng)度后小于或等于一第二閾值量，則將所述第三波束包括在所述新活動波束集中。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二閾值量大于或等于所述第一閾值量。
4.在具有用戶終端，通信站和多個波束源的多波束通信系統(tǒng)中用來減小呼叫丟失率的通信站內(nèi)的系統(tǒng)，其中，每一波束源投射多個波束，并且在一個或多個波束上建立起所述用戶終端和通信站之間的通信線路，其特征在于，所述系統(tǒng)包含標(biāo)識由所述通信站當(dāng)前使用的多個波束的裝置；將多個波束標(biāo)識符發(fā)送到所述用戶終端的裝置，其中，每一波束標(biāo)識符標(biāo)識當(dāng)前由所述通信站使用的一個所述波束；接收由所述用戶終端發(fā)送的多個波束強(qiáng)度值的裝置，其中，所述多個波束強(qiáng)度值中的每一個是由所述多個波束識別符之一所標(biāo)識的波束的測得的波束強(qiáng)度的函數(shù)；根據(jù)所述多個波束強(qiáng)度值確定一組新的工作波束的裝置，其中，所述新的一組工作波束包括應(yīng)當(dāng)用作所述通信站和所述用戶終端之間的通信線路的一個或多個波束，所述裝置包括根據(jù)所述多個波束強(qiáng)度值，選擇具有最強(qiáng)波束強(qiáng)度的第一波束的裝置，其中，所述第一波束是由第一波束源投射的，將所述第一波束包括在所述新的一組工作波束內(nèi)的裝置，從所述多個波束強(qiáng)度值中選擇出第一子集的波束強(qiáng)度值的裝置，其中，所述第一子集的波束強(qiáng)度值包括與由所述第一波束源以外的一個波束源投射的波束相對應(yīng)的所述多個波束強(qiáng)度值中的每一個；根據(jù)所述第一子集的波束強(qiáng)度值，選擇具有最強(qiáng)波束強(qiáng)度的第二波束的裝置；以及如果所述第一波束的強(qiáng)度減去所述第二波束的強(qiáng)度小于或等于一閾值而該閾值大于或等于零，則將所述第二波束包括在所述新的一組工作波束內(nèi)的裝置；以及在所述新的一組工作波束內(nèi)的所述波束上，將話務(wù)傳送到所述用戶終端的裝置。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，用于確定一新活動波束集的所述裝置還包括(f)用于從所述第一子集中選擇出波束強(qiáng)度值的一個第二子集的裝置，其中，在所述波束強(qiáng)度值第二子集中的每一波束強(qiáng)度值對應(yīng)于一活動波束，這里，一個活動波束就是在用戶終端和通信站之間當(dāng)前正在其上發(fā)送信息的一個波束；(g)用于根據(jù)波束強(qiáng)度值的所述第二子集而選擇具有最強(qiáng)波束強(qiáng)度的一個第三波束的裝置；以及(h)用于把所述第三波束包括在所述新活動波束集中的裝置，其中，如果所述第一波束的強(qiáng)度減去所述第三波束的強(qiáng)度之后小于或等于第二閾值量，則把所述第三波束包括在所述新活動波束集內(nèi)的所述裝置把所述第三波束包括在所述新活動波束集內(nèi)。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，在所述第二閾值量大于或等于所述第一閾值量。
7.一種在具有用戶終端、通信站和多個波束源的多波束通信系統(tǒng)中使用并且存儲在計算機(jī)可用介質(zhì)上的計算機(jī)程序邏輯電路，其中，每一波束源投射多個波束，并且在一個或多個波束上建立起所述用戶終端和通信站之間的通信線路，其特征在于，所述計算機(jī)程序邏輯分量包含使所述通信站能夠識別當(dāng)前由所述通信站使用的多個波束的裝置；使所述通信站能夠向所述用戶終端發(fā)送多個波束標(biāo)識符的裝置，其中，每一波束標(biāo)識符識別當(dāng)前由所述通信站使用的一個所述波束；使所述通信站能夠接收從所述用戶終端發(fā)送的多個波束強(qiáng)度值的裝置，其中，所述多個波束強(qiáng)度值中的每一個是由所述多個波束標(biāo)識符之一所識別的測得波束強(qiáng)度的函數(shù)；根據(jù)所述多個波束強(qiáng)度值，使所述通信站能夠確定新的一組工作波束的裝置，其中，所述新的一組工作波束包括應(yīng)當(dāng)用作所述通信站和所述用戶終端之間的通信線路的一個或多個波束，它包括使所述通信站能夠根據(jù)所述多個波束強(qiáng)度值來選擇具有最強(qiáng)波束強(qiáng)度的第一波束的裝置，其中，所述第一波束是由第一波束源投射的，使所述通信站能夠?qū)⑺龅谝徊ㄊㄔ谒鲂碌囊唤M工作波束內(nèi)的裝置，使所述通信站能夠從所述多個波束強(qiáng)度值中選擇出第一子集的波束強(qiáng)度值的裝置，其中，所述第一子集的波束強(qiáng)度值包括與由所述第一波束源以外的一個波束源投射的波束相對應(yīng)的所述多個波束強(qiáng)度值中的每一個，使所述通信站能夠根據(jù)所述第一子集的波束強(qiáng)度值選擇具有最強(qiáng)波束強(qiáng)度的第二波束，以及如果所述第一波束的強(qiáng)度減去所述第二波束的強(qiáng)度小于或等于一閾值而所述閾值大于或等于零則使所述通信站能夠?qū)⑺龅诙ㄊㄔ谒鲂碌囊唤M工作波束內(nèi)的裝置；以及使所述通信站能夠在所述新的一組工作波束內(nèi)的所述波束上向所述用戶終端發(fā)送話務(wù)的裝置。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，根據(jù)所述多個波束強(qiáng)度值，能使通信站確定一新活動波束集的所述裝置還包括(f)能使通信站從所述第一子集中選擇出一第二波束強(qiáng)度值子集的裝置，其中，在波束強(qiáng)度值的所述第二子集內(nèi)的每個波束強(qiáng)度值對應(yīng)于一活動波束，這里，一個活動波束是在用戶終端和通信站之間當(dāng)前正在其上發(fā)送信息的一個波束；(g)用于使通信站能夠根據(jù)波束強(qiáng)度值的所述第二子集選擇一具有最強(qiáng)波束強(qiáng)度的一第三波束的裝置；以及(h)用于能夠使通信站把所述第三波束包括在所述新活動波束集內(nèi)的裝置，其中，如果所述第一波束的強(qiáng)度減去所述第三波束的強(qiáng)度后小于或等于一第二閾值量，則通信站便把所述第三波束包括在所述新活動波束集中。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二閾值量大于或等于所述第一閾值量。
全文摘要
在包括一個用戶終端，一個網(wǎng)和多個投射多個波束的波束源的多波束通信系統(tǒng)中減少呼叫丟失率的方法，其中用戶終端和網(wǎng)關(guān)間的鏈路建立在一個或多個波束上。該方法依賴干網(wǎng)關(guān)和用戶間的消息形成協(xié)議。最好根據(jù)預(yù)先選定的周期性X用戶發(fā)送給網(wǎng)關(guān)的消息，網(wǎng)關(guān)確定最希望的波束向用戶發(fā)送。從用戶向網(wǎng)關(guān)發(fā)送的消息包含了在用戶處測得的表示波束強(qiáng)度的值。網(wǎng)關(guān)使用用戶測得的波束強(qiáng)度來為用戶選擇應(yīng)使用的波束。要被使用的波束是那些將減少呼叫丟失率和提供所需波束分集程度的波束。
文檔編號H04B7/185GK1881829SQ200610074580
公開日2006年12月20日 申請日期1999年7月21日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月21日
發(fā)明者F·P·安東尼奧, G·W·馬什, R·A·斯圖爾特, M·M·比耶雷德, A·喬卡林根, A·S·克恩斯, B·巴特勒, M·S·格羅布, J·T·德特曼, D·格羅弗, L·N·希夫, W·G·埃姆斯 申請人:高通股份有限公司