專利名稱：在傾斜軌道上的衛(wèi)星蜂窩電話和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動(dòng)通信，特別涉及改進(jìn)的衛(wèi)星蜂窩電話和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。
在一些常規(guī)的衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，衛(wèi)星或節(jié)點(diǎn)在極地軌道中繞地球運(yùn)行，即衛(wèi)星在跨越北極和南極的軌道中繞地球運(yùn)行。雖然在極地軌道中的衛(wèi)星提供整個(gè)地球的覆蓋，但是存在兩個(gè)問(wèn)題。
第一，極地軌道衛(wèi)星產(chǎn)生一個(gè)反向旋轉(zhuǎn)縫(Counter-rotatingseam)。反向旋轉(zhuǎn)縫是由衛(wèi)星在相反方向中運(yùn)行產(chǎn)生的。例如，假定衛(wèi)星從南極向北極運(yùn)行，一旦它們通過(guò)了北極，該衛(wèi)星則向相反的方向運(yùn)行，亦即這時(shí)衛(wèi)星從北極向南極(即軌道的另一半)運(yùn)行。在通過(guò)南極之后，該衛(wèi)星又向上朝著北極方向運(yùn)行，因此在一些在軌道的一半中運(yùn)行的衛(wèi)星超越軌道的另一半中運(yùn)行的其它衛(wèi)星時(shí)產(chǎn)生反向旋轉(zhuǎn)縫。反向旋轉(zhuǎn)縫產(chǎn)生了如何建立和保持在相反方向中運(yùn)行的衛(wèi)星之間的通信的問(wèn)題。
第二，雖然多個(gè)極地軌道衛(wèi)星覆蓋比單個(gè)衛(wèi)星覆蓋優(yōu)化了對(duì)整個(gè)地球的覆蓋，但是雙波束覆蓋可能要求雙倍的衛(wèi)星數(shù)量或者要求這些衛(wèi)星本身增加更多的能力。然而，雙倍的衛(wèi)星數(shù)量和對(duì)衛(wèi)星增加更多的能力顯著地增加系統(tǒng)的費(fèi)用，而且每當(dāng)增加能力時(shí)通常衛(wèi)星總是要增加更多的重量。
據(jù)此，本發(fā)明的目的是提供一種低地球軌道的多衛(wèi)星蜂窩通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)消除了反向旋轉(zhuǎn)縫并且提供覆蓋大部分地球的連續(xù)雙通信。


圖1表示本發(fā)明可構(gòu)成其一部分的基于衛(wèi)星通信系統(tǒng)的高度簡(jiǎn)化圖；圖2是表示衛(wèi)星交換單元與其相關(guān)的移動(dòng)用戶的互相連接和互連到公共交換電話網(wǎng)的簡(jiǎn)化方框圖；圖3表示由地面蜂窩衛(wèi)星交換星座服務(wù)的區(qū)域上雙波束覆蓋范圍；
圖4表示星座的幾何圖形，用于確定相同軌道平面中的衛(wèi)星之間和不同軌道平面中的衛(wèi)星之間的間隔；圖5～6表示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的衛(wèi)星星座的衛(wèi)星點(diǎn)和時(shí)間序列；圖7表示衛(wèi)星蜂窩通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)置方框圖。
參見(jiàn)圖1，圖中示出一種改進(jìn)的衛(wèi)星蜂窩電話通信系統(tǒng)的高度簡(jiǎn)化的衛(wèi)星配置。在這個(gè)配置中示出在一個(gè)低地球軌道中的多個(gè)衛(wèi)星。多個(gè)衛(wèi)星放置在每個(gè)軌道平面中，該軌道以約60°傾斜角并對(duì)除了北極和南極附近的少數(shù)地區(qū)外的地球的大部分地區(qū)提供連續(xù)的雙衛(wèi)星交換覆蓋。這些衛(wèi)星直接在多個(gè)蜂窩電話和配備了數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠脩糁g接口，還將這些用戶接口到公共交換電話網(wǎng)(PSTN)。
這個(gè)衛(wèi)星蜂窩結(jié)構(gòu)有點(diǎn)類似于目前的蜂窩移動(dòng)電話系統(tǒng)。目前，基于地面的蜂窩系統(tǒng)、蜂窩站址是固定的，而用戶是移動(dòng)的。當(dāng)用戶從一個(gè)網(wǎng)孔站地移動(dòng)到另一個(gè)網(wǎng)孔站址時(shí)，他的電話呼叫從一個(gè)蜂窩交換單元越區(qū)切換到另一個(gè)交換單元。
在本發(fā)明中，在任何給定時(shí)間用戶是相對(duì)固定的，而作為網(wǎng)孔的衛(wèi)星是連續(xù)地移動(dòng)。對(duì)于手持的或移動(dòng)安裝的蜂窩電話機(jī)來(lái)說(shuō)與圖1所示的衛(wèi)星交換機(jī)之一的連接是直接從手持移動(dòng)安裝的或遠(yuǎn)端固定的電話機(jī)到最接近的衛(wèi)星交換機(jī)之一的連接。每個(gè)衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)。在開(kāi)始起著特定用戶的交換單元作用的衛(wèi)星離開(kāi)該交換機(jī)的網(wǎng)孔時(shí)，該用戶的呼叫被“越區(qū)切換”到適當(dāng)?shù)南噜従W(wǎng)孔。相鄰網(wǎng)孔可能是在一個(gè)衛(wèi)星范圍內(nèi)的網(wǎng)孔或者位于一個(gè)特定軌道平面或相鄰軌道平面中的其它衛(wèi)星的網(wǎng)孔。用戶可“漫游”，但是與衛(wèi)星交換機(jī)的移動(dòng)距離相比這個(gè)漫游距離相當(dāng)小。
與蜂窩移動(dòng)電話系統(tǒng)類似，衛(wèi)星蜂窩通信系統(tǒng)提供頻譜效率。這意味著相同的頻率可由不同的衛(wèi)星交換機(jī)同時(shí)使用。頻譜效率由衛(wèi)星交換機(jī)和用戶之間的空間分集提供。
用戶可位于緯度小于低地球軌道衛(wèi)星高度的大片陸地、水中或空中的任何地方。例如，在一大片陸地上的一個(gè)人可呼叫在另一片陸地上的一個(gè)人、在船上的一個(gè)人或在飛機(jī)中的一個(gè)人。
低功率手持移動(dòng)安裝的或固定的無(wú)線電話機(jī)可用于這個(gè)系統(tǒng)中。利用本技術(shù)功率要求小于10瓦。
在這個(gè)系統(tǒng)中，所示的每個(gè)衛(wèi)星是一個(gè)交換單元。大多數(shù)常規(guī)衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要起著中繼站或“彎管”的作用，亦即，它們提供固定的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信或者通過(guò)衛(wèi)星從地球上的一點(diǎn)到地球上的另一點(diǎn)的通信。常規(guī)的衛(wèi)星通信系統(tǒng)沒(méi)有與相同軌道平面或另一軌道平面中的另一個(gè)衛(wèi)星通信的能力。在本發(fā)明中，每個(gè)軌道衛(wèi)星都具備交換功能，以便衛(wèi)星能夠與相同軌道平面的衛(wèi)星和不同軌道平面中的衛(wèi)星通信。
如前所述，在優(yōu)選的實(shí)施例中，每個(gè)衛(wèi)星軌道平面以60°角傾斜。以較高和較低的傾斜的軌道運(yùn)行衛(wèi)星平面是可工作的。通過(guò)減少或增加相對(duì)于傾斜角的軌道平面高度，可保證對(duì)地球大部分地區(qū)的連續(xù)雙衛(wèi)星覆蓋。以優(yōu)選的60°傾斜角繞地球運(yùn)行的衛(wèi)星在地球的大部分地區(qū)提供連續(xù)的雙衛(wèi)星覆蓋。在北極和南極地區(qū)覆蓋是時(shí)有時(shí)無(wú)或者是不存在的，或在緯度80-85°以上是不保證的。
在優(yōu)選的實(shí)施例中已經(jīng)證明連續(xù)雙衛(wèi)星覆蓋可以用81個(gè)低地球軌道運(yùn)行衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)。這些衛(wèi)星可安排在九個(gè)60°傾斜的軌道平面中，每個(gè)平面安排幾個(gè)衛(wèi)星。其它的配置也可使用，如八乘八或七乘七配置。但是，衛(wèi)星的高度必須調(diào)整以計(jì)算出比優(yōu)選的九乘九衛(wèi)星星座具有少些或多些衛(wèi)星的星座的不同網(wǎng)孔尺寸。
每個(gè)衛(wèi)星包含一個(gè)衛(wèi)星交換單元、合適的天線11(例如，上行/下行鏈路的螺旋天線和交叉鏈路的透鏡)和解折疊展開(kāi)的太陽(yáng)能電池陣列12以及連接到為該交換單元提供電源的太陽(yáng)能電池的蓄電池組(未示出)。衛(wèi)星運(yùn)載艙或運(yùn)載工具本身是諸如商業(yè)化的低地球軌道運(yùn)行衛(wèi)星。這些衛(wèi)星由發(fā)射運(yùn)載工具送入軌道。在軌道中時(shí)，太陽(yáng)能電池陣列開(kāi)啟，因而交換單元工作。然后經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)遙測(cè)、跟蹤和控制信道(TT&C)，將這些衛(wèi)星單個(gè)地聯(lián)機(jī)在線以形成網(wǎng)絡(luò)。
如圖1所示，攜帶手持電話機(jī)的用戶A摘機(jī)，由特定的衛(wèi)星1接收該信道請(qǐng)求。頻率信道分配給該用戶，然后通過(guò)該系統(tǒng)發(fā)送呼叫者所希望的號(hào)碼。每個(gè)衛(wèi)星是一個(gè)分布式本地處理器并確定該呼叫的交換如何出發(fā)生。衛(wèi)星1把呼叫轉(zhuǎn)接到其自身網(wǎng)孔組(cell complement)內(nèi)的適當(dāng)網(wǎng)孔或適當(dāng)?shù)男l(wèi)星網(wǎng)孔組。路徑由每個(gè)衛(wèi)星交換單元確定直到由衛(wèi)星2收到呼叫為止。然后衛(wèi)星2發(fā)送這個(gè)呼叫到圖1中所示的特定手持用戶B。
雖然示出兩個(gè)手持用戶，但用戶可以在水上、在移動(dòng)車輛中、飛機(jī)上或是PSTN的一部分，在該P(yáng)STN中鏈路是通過(guò)一個(gè)網(wǎng)關(guān)器的。每個(gè)衛(wèi)星是一個(gè)本地處理器。該系統(tǒng)確定呼叫被轉(zhuǎn)接到那個(gè)合適的衛(wèi)星或網(wǎng)孔。每個(gè)衛(wèi)星確定從其本身到下一個(gè)合適衛(wèi)星的優(yōu)選路徑。這些確定的根據(jù)是被叫用戶電話號(hào)碼的局代碼部分。
典型地，每個(gè)衛(wèi)星投射到地球上至少4個(gè)或更多個(gè)波瓣并包括用于轉(zhuǎn)換的至少4個(gè)或更多個(gè)相應(yīng)網(wǎng)孔。這些覆蓋波瓣通過(guò)具有與波瓣數(shù)相當(dāng)?shù)墓潭úㄊ鴮挾鹊奶炀€(典型地為螺旋形)取得。重疊網(wǎng)孔將使用目前的蜂窩技術(shù)區(qū)別。每個(gè)衛(wèi)星確定從它到下一個(gè)衛(wèi)星的最佳路徑，通過(guò)該路徑發(fā)送特定呼叫或數(shù)據(jù)傳輸。這些衛(wèi)星交換機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)分組進(jìn)行操作，因此可發(fā)送數(shù)字話音或數(shù)據(jù)。在FDM基礎(chǔ)上接收下行鏈路和上行鏈路數(shù)據(jù)/數(shù)字話音，進(jìn)行解調(diào)，然后分組用于衛(wèi)星對(duì)衛(wèi)星通信。
圖2示出衛(wèi)星的一個(gè)平面的一部分的互連，還示出了衛(wèi)星到該衛(wèi)星相應(yīng)移動(dòng)用戶和到公共交換電話網(wǎng)的連接。圖2示出三個(gè)衛(wèi)星衛(wèi)星40、衛(wèi)星50和衛(wèi)星60。衛(wèi)星40由鏈路i接到衛(wèi)星50。衛(wèi)星50由鏈路i＋1接到衛(wèi)星60。衛(wèi)星60經(jīng)鏈路i＋2接到該平面的下一個(gè)后續(xù)的衛(wèi)星(未示出)。衛(wèi)星40經(jīng)過(guò)鏈路i－1接到下一個(gè)在先衛(wèi)星(未示出)。衛(wèi)星的每個(gè)平面形成圍繞地球的連接衛(wèi)星的環(huán)。
如前所述，圖2圖示一個(gè)衛(wèi)星平面。另外，每個(gè)衛(wèi)星經(jīng)過(guò)無(wú)線電或光通信與其它軌道平面中的一個(gè)或多個(gè)衛(wèi)星聯(lián)絡(luò)。即，每個(gè)衛(wèi)星與其運(yùn)行軌道平面中的前一個(gè)和后一個(gè)衛(wèi)星以及在其它運(yùn)行軌道平面中的一個(gè)或多個(gè)衛(wèi)星聯(lián)絡(luò)。
衛(wèi)星間的鏈路鏈路i－1、鏈路i等可通過(guò)在微波束上或激光束的數(shù)據(jù)傳輸來(lái)實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)有技術(shù)目前提供這種數(shù)據(jù)傳輸。
例如，衛(wèi)星與其移動(dòng)用戶之間的聯(lián)絡(luò)是利用波束j－1和j＋1實(shí)現(xiàn)的。這些波束相應(yīng)于圖3所示的波瓣和上述的交換單元。這些波束通過(guò)衛(wèi)星上行/下行鏈路天線獲得，通過(guò)用戶全向天線向用戶提供通信。一個(gè)特定衛(wèi)星在一個(gè)時(shí)間可處理的用戶數(shù)的限制取決于分配的帶寬加上在衛(wèi)星上可得到的功率。典型地這個(gè)數(shù)目可以是每個(gè)衛(wèi)星50000用戶。
衛(wèi)星40被表示為經(jīng)過(guò)波束i－1連接到中繼站或網(wǎng)關(guān)器10。任何衛(wèi)星，如衛(wèi)星40，都能夠發(fā)送和接收來(lái)自網(wǎng)關(guān)器(如網(wǎng)關(guān)器10)的數(shù)據(jù)。這個(gè)網(wǎng)關(guān)器鏈路可使用分組數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)，類似于衛(wèi)星到衛(wèi)星鏈路。
網(wǎng)關(guān)器10包括互連到公共電話交換網(wǎng)(PSTN)20的單元。所有公共交換電話網(wǎng)用戶30都連接到公共交換電話網(wǎng)20。由于衛(wèi)星40通過(guò)網(wǎng)關(guān)器10連接到PSTN20，故經(jīng)過(guò)波束直接到一個(gè)衛(wèi)星的衛(wèi)星蜂窩系統(tǒng)的移動(dòng)用戶可通過(guò)衛(wèi)星結(jié)構(gòu)(經(jīng)過(guò)相應(yīng)鏈路從衛(wèi)星到衛(wèi)星)通過(guò)網(wǎng)關(guān)器10、通過(guò)公共交換電話網(wǎng)20向選定的PSTN30的用戶發(fā)送話音或數(shù)據(jù)，反之亦然。
每個(gè)衛(wèi)星提供幾個(gè)數(shù)據(jù)傳輸波束。對(duì)于根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的九乘九軌道星座，這些數(shù)據(jù)傳輸波束投射圖3中所示的覆蓋波瓣。這些衛(wèi)星以60°傾斜在1118km的高度上具有10°仰角在軌道上運(yùn)行。
如圖2所示的，衛(wèi)星可使用其一個(gè)或幾個(gè)波束提供到網(wǎng)關(guān)器的接口。建立每個(gè)網(wǎng)關(guān)器和衛(wèi)星之間鏈路至少需要一個(gè)波束。典型地一個(gè)衛(wèi)星只鏈接一個(gè)網(wǎng)關(guān)器。一個(gè)網(wǎng)關(guān)器提供足夠的中繼，以互連多個(gè)移動(dòng)用戶到公共交換電話網(wǎng)20。
每個(gè)衛(wèi)星在其波束或網(wǎng)孔之間執(zhí)行內(nèi)部交換。這類似于常規(guī)電信系統(tǒng)的局內(nèi)交換。例如，衛(wèi)星和其移動(dòng)用戶或網(wǎng)關(guān)器之間的上行/下行鏈接裝置通過(guò)波束可在約2.1至3.9GHz的范圍中發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。本技術(shù)和頻段可用性使它為一個(gè)優(yōu)選的數(shù)據(jù)傳輸范圍。但是，本發(fā)明的范圍不限于僅在這個(gè)范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸。
如前所述，數(shù)據(jù)(數(shù)字話音或數(shù)據(jù))以分組形式發(fā)送，因此通過(guò)衛(wèi)星系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸以及話音數(shù)據(jù)傳輸。給定目前可用的帶寬的數(shù)據(jù)傳輸速率至少1200波特。但是，利用擴(kuò)展的帶寬和利用這個(gè)系統(tǒng)實(shí)際上可獲得較高的數(shù)據(jù)速率。
圖3表示根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在九乘九衛(wèi)星星座地面上的雙衛(wèi)星覆蓋。根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例，衛(wèi)星傾斜60°且在1118km的高度。其它的傾斜角也可使用，除了取得雙衛(wèi)星覆蓋之外，衛(wèi)星的高度也必須改變。衛(wèi)星還具有最小10°仰角的腳印。
如圖3所示，衛(wèi)星圖型示出沒(méi)有反向旋轉(zhuǎn)縫。沒(méi)有反向旋轉(zhuǎn)縫意味著建立和維持在相反方向移動(dòng)的衛(wèi)星之間的無(wú)線電或光通信的問(wèn)題最小。此外，如圖所示的，存在著更多的衛(wèi)星擺動(dòng)。
衛(wèi)星星座建立在三角幾何關(guān)系上，例如可以是一個(gè)等邊三角形。四個(gè)衛(wèi)星彼此以平行四邊形幾何關(guān)系相關(guān)。這個(gè)配置允許衛(wèi)星以提供必要覆蓋的方法分組。在由三角形幾何表示的三個(gè)衛(wèi)星的交點(diǎn)滿足最小仰角(在優(yōu)選實(shí)施例中為10°)。
圖4表示根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在傾斜角30°至90°(同方向運(yùn)行)或90°至150°(逆運(yùn)行)之間的衛(wèi)星，在相同平面中的衛(wèi)星和在另一個(gè)軌道平面中的衛(wèi)星之間的間隔的星座幾何圖形。衛(wèi)星A1和A2在相同軌道平面中，而衛(wèi)星B1和B2在相同軌道平面中。在相同軌道平面中衛(wèi)星之間的間隔由下式得出Ss＝360/Ns(1)式中Ns＝在平面中衛(wèi)星的數(shù)量Ss＝衛(wèi)星間隔(度)在不同軌道平面中的衛(wèi)星之間的間膈由下式得出R=3(Ss)÷2sini---(2)]]>Sp=Ss[0.5-(3÷2tani)]---(3)]]>L=3(Ss)÷2sin(i+30)---(4)]]>式中i＝衛(wèi)星傾斜角(度)R＝RAAN間隔(度)Sp＝衛(wèi)星定相(phasing)(度)L＝緯度間隔(度)利用式(1)～(4)，星座中的衛(wèi)星彼此具有三角的幾何關(guān)系。如圖4所示，衛(wèi)星A1、A2和B1彼此具有三角的關(guān)系。類似地，衛(wèi)星A2、B1和B2具有三角幾何關(guān)系。
雙覆蓋也由三角形的幾何狀確定。對(duì)于任何衛(wèi)星星座，圍繞三角幾何形狀是優(yōu)化的設(shè)計(jì)。雙衛(wèi)星覆蓋可通過(guò)多個(gè)衛(wèi)星加密星座(次優(yōu)化)或在較高的高度上飛越星座可保證低于緯度60°。
共同旋轉(zhuǎn)衛(wèi)星都保持相同的關(guān)系，因此交叉鏈路不受影響。如果交叉鏈路網(wǎng)絡(luò)是基于三角的幾何形狀，則交叉鏈路與衛(wèi)星傾斜無(wú)關(guān)。換句話說(shuō)，只要保持幾何關(guān)系，動(dòng)態(tài)特性是相同的。
代之以東-西交叉鏈路出現(xiàn)跨越不同的軌道平面和具有極地軌道的衛(wèi)星那樣跨越縫，東-西交叉鏈路基本上停留在相同軌道平面。這是由于衛(wèi)星以60°傾斜角(或以一些其它的角度)繞地球運(yùn)行。而且，交叉鏈路縫動(dòng)態(tài)特性最小化或消除跨越縫的通信。
根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例，圖5和6表示在九乘九衛(wèi)星星座中81個(gè)衛(wèi)星的每個(gè)衛(wèi)星相對(duì)運(yùn)動(dòng)的子衛(wèi)星點(diǎn)和六個(gè)一分鐘步長(zhǎng)向時(shí)間序列。衛(wèi)星的每個(gè)軌道在1118km的高度上以60°角傾斜并具有10°的仰角腳印。
圖7表示經(jīng)過(guò)波束102直接接到移動(dòng)用戶120的一個(gè)衛(wèi)星交換單元100。衛(wèi)星100經(jīng)過(guò)波束104與數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算機(jī)110聯(lián)絡(luò)。衛(wèi)星100還經(jīng)過(guò)波束106與數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算機(jī)130聯(lián)絡(luò)。這個(gè)聯(lián)絡(luò)可如圖7所示的經(jīng)過(guò)波束106直接到或者通過(guò)其它的衛(wèi)星間接與數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算機(jī)130聯(lián)絡(luò)。
移動(dòng)用戶可在歸屬區(qū)中“漫游”或移動(dòng)。歸屬區(qū)可以是一個(gè)市如紐約、洛杉機(jī)等。數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算機(jī)110含有與其每個(gè)移動(dòng)用戶相關(guān)的所有信息。只要特定的移動(dòng)用戶在他們歸屬區(qū)操作，與該用戶相關(guān)的所有可用信息在本地歸屬區(qū)數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算機(jī)都是可用的。
例如，如果在洛杉機(jī)市的一個(gè)歸屬區(qū)用戶旅行到紐約市并且試圖使用他的衛(wèi)星蜂窩電話進(jìn)行通信，則在紐約市用戶的新區(qū)中的數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算機(jī)不知道該用戶存在。如果數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算機(jī)110是在移動(dòng)用戶的歸屬區(qū)洛杉機(jī)，則數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算機(jī)110具有該特定移動(dòng)用戶的所有信息。為此，移動(dòng)用戶不被允許發(fā)出呼叫，因?yàn)樗槐凰臍w屬區(qū)的數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算機(jī)識(shí)別。
為了克服這個(gè)問(wèn)題，由該系統(tǒng)周期地詢問(wèn)每個(gè)移動(dòng)用戶以確定其位置，以便在他摘機(jī)時(shí)其業(yè)務(wù)呼叫可被識(shí)別和發(fā)送。但是，由于特定用戶的數(shù)據(jù)庫(kù)經(jīng)過(guò)衛(wèi)星系統(tǒng)存儲(chǔ)在他的歸屬區(qū)數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算機(jī)中，故衛(wèi)星系統(tǒng)首先詢問(wèn)歸屬區(qū)，以確定他不再在那里，并獲得該用戶的交換信息。當(dāng)作出決定時(shí)，新的歸屬區(qū)的數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算機(jī)可被更新，以便包括這個(gè)“漫游”用戶。結(jié)果，就允許這個(gè)用戶在他的新區(qū)中始發(fā)和接收呼叫。因?yàn)樾l(wèi)星系統(tǒng)詢問(wèn)用戶的歸屬數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算機(jī)來(lái)確定他的位置，故可在整個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)中尋找該用戶。因此，本系統(tǒng)提供尋找“漫游”用戶并與他們建立通信的能力。
為了便于跟蹤每個(gè)移動(dòng)用戶，每個(gè)移動(dòng)電話機(jī)提供被周期地監(jiān)視的控制信號(hào)，以便在用戶始發(fā)呼叫時(shí)，最接近的衛(wèi)星可跟蹤他并通過(guò)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)詢問(wèn)他的歸屬數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算機(jī)以確定他的適當(dāng)?shù)挠脩粜畔?。移?dòng)電話機(jī)可自動(dòng)地向衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)顯示一個(gè)新位置用以更新數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算機(jī)。這個(gè)控制信號(hào)允許“漫游”用戶的來(lái)話呼叫通過(guò)鏈接到歸屬區(qū)的數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算機(jī)的衛(wèi)星對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行確認(rèn)。
衛(wèi)星蜂窩通信系統(tǒng)中的每個(gè)衛(wèi)星是自導(dǎo)航的。即，它使用全球定位衛(wèi)星系統(tǒng)(GPS)或時(shí)間及天體位置推算數(shù)據(jù)，由該數(shù)據(jù)計(jì)算它的位置信息。另外，從全球定位系統(tǒng)或其它運(yùn)載工具的固定位置，每個(gè)衛(wèi)星可確定其位置和因此修改其過(guò)程而停留在其合適的軌道內(nèi)，同時(shí)提供交換業(yè)務(wù)。
每個(gè)衛(wèi)星可在衛(wèi)星內(nèi)(特定交換單元或網(wǎng)孔內(nèi))交換呼叫或者可通過(guò)微波或激光鏈路(鏈路i、i＋1等)把該呼叫連接到在其平面內(nèi)或平面外(相鄰)的另一個(gè)衛(wèi)星。每個(gè)衛(wèi)星可區(qū)別特定的電話號(hào)碼并確定該號(hào)碼是在其本身呼叫區(qū)內(nèi)還是在另一個(gè)衛(wèi)星的區(qū)域內(nèi)。如果是在另一個(gè)衛(wèi)星的區(qū)域內(nèi)，則呼叫交叉鏈接到下一個(gè)合適的衛(wèi)星或進(jìn)行相同確定的網(wǎng)孔，直到到達(dá)服務(wù)該電話號(hào)碼的衛(wèi)星。到特定移動(dòng)用戶的衛(wèi)星下行鏈路試圖被呼叫。由于這個(gè)結(jié)構(gòu)而使衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)提供分布節(jié)點(diǎn)交換能力。每個(gè)衛(wèi)星是特定區(qū)域的本地交換機(jī)，但是該區(qū)是不斷地變化的。為此，當(dāng)衛(wèi)星移出特定電話機(jī)用戶的范圍時(shí)，呼叫被越區(qū)切換。
各種多路復(fù)用技術(shù)(即FDMA、TDM、CDMA等)可用于增強(qiáng)圖2所示鏈路上的各個(gè)衛(wèi)星之間的傳輸能力。
由于這個(gè)系統(tǒng)的交換單元是繞地球運(yùn)行和相當(dāng)保密而不致竄改，故這個(gè)系統(tǒng)利用本領(lǐng)域公知的數(shù)據(jù)加密和解密技術(shù)提供支持安全話音和數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰?。由于交換單元享受在地球上空幾百公里的安全，故該系統(tǒng)還適用于軍事通信應(yīng)用。
如上所述，以60°角傾斜的衛(wèi)星星座提供優(yōu)于極地軌道的多種好處和優(yōu)點(diǎn)。改進(jìn)的衛(wèi)星星座消除反向旋轉(zhuǎn)縫以及與跨縫通信有關(guān)的問(wèn)題。改進(jìn)的衛(wèi)星星座確保雙衛(wèi)星至少覆蓋地球的85％面積。因雙衛(wèi)星覆蓋，故減少了網(wǎng)關(guān)器水平(horizon)干擾。衛(wèi)星星座增加通信的可靠性，同時(shí)改善功率管理和具體性能。而且，對(duì)于建立與衛(wèi)星星座大多數(shù)網(wǎng)孔中的用戶單元的通信來(lái)說(shuō)存在較少的延遲時(shí)間。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是改善了地理位置。還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是改善了負(fù)荷平衡和資源分配。
權(quán)利要求
1.一種改進(jìn)的衛(wèi)星蜂窩通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)類型是具有多個(gè)衛(wèi)星交換單元和一個(gè)把用戶連到至少一個(gè)所述衛(wèi)星交換單元的鏈路裝置，每個(gè)所述衛(wèi)星交換單元與相鄰的衛(wèi)星交換單元通信，其特征在于，所做的改進(jìn)包括所述衛(wèi)星交換單元放置在以30°與90°之間的傾斜角在低地球軌道中圍繞地球運(yùn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的改進(jìn)衛(wèi)星蜂窩通信系統(tǒng)，其特征在于，衛(wèi)星交換單元包括對(duì)地球的至少百分之八十五面積提供連續(xù)雙衛(wèi)星覆蓋的裝置。
3.一種改進(jìn)的衛(wèi)星蜂窩通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)類型是具有多個(gè)衛(wèi)星交換單元和一個(gè)把用戶連到至少一個(gè)所述衛(wèi)星交換單元的鏈路裝置，每個(gè)所述衛(wèi)星交換單元與相鄰的衛(wèi)星交換單元通信，其特征在于，所做的改進(jìn)包括所述衛(wèi)星交換單元彼此以三角幾何狀形關(guān)系放置并以30°與90°之間的傾斜角在低地球軌道中圍繞地球運(yùn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的改進(jìn)衛(wèi)星蜂窩通信系統(tǒng)，其特征在于，衛(wèi)星交換單元包括對(duì)地球的至少百分之八十五面積提供連續(xù)雙衛(wèi)星覆蓋的裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的改進(jìn)衛(wèi)星蜂窩通信系統(tǒng)，其特征在于，所述衛(wèi)星交換單元以60°傾斜角在1118公里的高度上的低地球軌道中圍繞地球放置，以提供對(duì)地球至少百分之八十五面積的雙覆蓋。
6.一種改進(jìn)的衛(wèi)星蜂窩通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)類型是具有多個(gè)衛(wèi)星交換單元和一個(gè)把用戶連到至少一個(gè)所述衛(wèi)星交換單元的鏈路裝置每個(gè)所述衛(wèi)星交換單元與相鄰的衛(wèi)星交換單元通信，其特征在于，所做的改進(jìn)包括所述衛(wèi)星交換單元設(shè)置在以30°與90°之間的傾斜角在低地球軌道中繞地球運(yùn)行，使得所述衛(wèi)星蜂窩通信系統(tǒng)無(wú)反向旋轉(zhuǎn)縫。
7.一種改進(jìn)的衛(wèi)星蜂窩通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)類型是具有多個(gè)衛(wèi)星交換單元和一個(gè)把用戶連到至少一個(gè)所述衛(wèi)星交換單元的鏈路裝置每個(gè)所述衛(wèi)星交換單元與相鄰的衛(wèi)星交換單元通信，其特征在于，所做的改進(jìn)包括所述衛(wèi)星交換單元彼此以等邊三角形幾何形狀關(guān)系放置并以30°與90°之間的傾斜角在低地球軌道上繞地球運(yùn)行。
8.一種改進(jìn)的衛(wèi)星蜂窩通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)類型是具有多個(gè)衛(wèi)星交換單元和一個(gè)把用戶連到至少一個(gè)所述衛(wèi)星交換單元的鏈路裝置每個(gè)所述衛(wèi)星交換單元與相鄰的衛(wèi)星交換單元通信，其特征在于，所做的改進(jìn)包括所述衛(wèi)星交換單元彼此以平行四邊形幾何形狀的關(guān)系放置和在30°與90°之間的傾斜角的低地球軌道上繞地球運(yùn)行。
9.一種改進(jìn)的衛(wèi)星蜂窩通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)類型是具有多個(gè)衛(wèi)星交換單元和一個(gè)把用戶連到至少一個(gè)所述衛(wèi)星交換單元的鏈路裝置每個(gè)所述衛(wèi)星交換單元與相鄰的衛(wèi)星交換單元通信，其特征在于，所做的改進(jìn)包括所述衛(wèi)星交換單元彼此以三角形的幾何形狀關(guān)系放置并以30°與90°之間的傾斜角的低地球軌道上繞地球運(yùn)行，對(duì)地球至少百分之八十五面積連續(xù)雙覆蓋。
全文摘要
一種改進(jìn)的衛(wèi)星蜂窩電話和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)便于雙衛(wèi)星覆蓋地球的至少百分之八十五。這個(gè)改進(jìn)的系統(tǒng)允許與手持和移動(dòng)安裝的蜂窩電話機(jī)(120)通信。這個(gè)改進(jìn)的系統(tǒng)允許在地球上或其上方直到地球上空幾百海公里(nautical kilometer)的特定高度的任何地方雙向通信。該系統(tǒng)使用在軌道上繞地球運(yùn)行的許多低地球軌道衛(wèi)星(12)。衛(wèi)星(12)以30°和90°度之間的一個(gè)角度傾斜。從衛(wèi)星提供的直接到用戶(120)的鏈路(102)經(jīng)過(guò)公共交換電話網(wǎng)(20)到其他用戶。衛(wèi)星(12)通過(guò)繞地球的環(huán)結(jié)構(gòu)中的鏈路互連。交換是由每個(gè)衛(wèi)星(12)執(zhí)行的。
文檔編號(hào)H04B7/185GK1141617SQ95191722
公開(kāi)日1997年1月29日 申請(qǐng)日期1995年11月13日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月27日
發(fā)明者格雷戈里·巴頓·瓦特 申請(qǐng)人:摩托羅拉公司