專利名稱：帶有用戶rf輻射監(jiān)視和控制的衛(wèi)星通信系統的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及通信系統，并具體涉及衛(wèi)星通信系統，在該衛(wèi)星通信系統中多個用戶終端通過網關和至少一個衛(wèi)星與一個陸地通信網絡進行雙向無線通信。
現有規(guī)則規(guī)定了在預定時間間隔之內無線終端用戶可以被輻射的門限功率密度上(例如，半小時之內的平均)的RF能量輻射總量。
一種確定用戶輻射的技術是在用戶終端內監(jiān)視輻射功率并且對超過門限的輻射功率在時間上求平均。如果在指定的時間間隔內超過了門限，就使該用戶終端不能操作，以便使用戶離開發(fā)射的RF能量。
然而，這種方法會導致用戶終端被修改或加工而使得這個功能失效。雖然確保了用戶總能使用終端的方便，但是用戶可能暴露于潛在的有害的RF能量級。
另外，一個被加工成在指定的可允許的平均功率密度上操作的用戶終端，如果后來門限被改變，就會過時。因此，在用戶終端中提供這種功能有不少缺點。
本發(fā)明的首要目的是提供一個遠程監(jiān)視用戶所暴露的RF能量，并當用戶的輻射將超過一個預定的門限時終止連接或呼叫的方法和系統。
本發(fā)明的另一個目的是提供一個當識別出一個用戶終端將造成一個用戶暴露于超過指定門限的RF能量輻射時拒絕服務該用戶終端的方法和系統。
通過一種由系統網關(GW)從閉環(huán)功率控制信息確定一個用戶終端的天線功率密度的方法克服了前述和其它的問題并實現了本發(fā)明的目的。GW還保持一個功率密度超過指定門限的持續(xù)時間記錄。GW確定關聯于用戶終端天線的平均發(fā)射功率密度是否將在一個規(guī)定的時間期間內等于或超過至少一個預定的門限，或超過一個絕對門限。如果GW確定假如維持一個呼叫連接，就有可能超過門限，GW就在用戶終端平均發(fā)射功率密度級等于或超過預定的或絕對的門限級之前終止連接。
如果顯然將要發(fā)生超過門限量的輻射，GW優(yōu)選地通過一個聲音或一個可視的指示器通知用戶當前的連接或呼叫將被終止。其后，假設用戶仍然連接著，GW自動地終止該連接，并拒絕再次服務該用戶，直到足夠的時間過去后輻射門限將不會立刻被超過時為止。允許在中斷期間進行預定類型的呼叫(例如，緊急呼叫)。
在用戶終端也進行功率密度監(jiān)視功能也在本發(fā)明的范圍之內。在這種情況下，信息可以通過返回鏈路發(fā)射到GW，GW在終止連接前可以使用多數人贊成的或一些其它的技術。在這種情況下，在GW中進行的功率密度確定優(yōu)先于在用戶終端中進行的，以避免用戶終端有意地或無意地使功率密度監(jiān)視功能無效。監(jiān)視功能也可以全部或部分在衛(wèi)星中進行。
這個發(fā)明在優(yōu)選的但不是僅限于的實施例中，涉及一個包括至少一個地球軌道衛(wèi)星、至少一個位于陸地的用戶終端、和至少一個位于陸地的網關的衛(wèi)星通信系統。網關包括線路和類似物用于通過至少一個衛(wèi)星在一個陸地通信系統和至少一個用戶終端之間傳遞雙向無線通信連接。至少一個網關中的至少一個，至少一個衛(wèi)星，和至少一個用戶終端包括在至少一個連接過程中確定關聯于終端的用戶的RF輻射是否將等于或超過門限的線路或類似物。還提供一個控制無線連接的機制以避免用戶的RF輻射等于或超過門限。
本發(fā)明的上述的和其它的特性在結合附圖閱讀本發(fā)明的詳細描述中會變得顯而易見，其中

圖1是一個衛(wèi)星通信系統的框圖，該系統根據這個發(fā)明的一個當前優(yōu)選的實施例構造并運作；圖2是圖1中的一個網關的框圖；圖3A是圖1中的一個衛(wèi)星的通信有效負荷的框圖；圖3B圖示說明了一個與圖1中的一個衛(wèi)星關聯的波束圖樣的一部分；圖4是描述支持衛(wèi)星遙測和控制功能的地面設備的框圖；圖5是圖2的CDMA子系統的框圖；圖6是詳細地展示本發(fā)明概念的衛(wèi)星通信系統的框圖；以及圖7是說明在網關確定的示范用戶終端發(fā)射機功率密度的圖表。
圖1圖示說明一個適用于本發(fā)明的當前優(yōu)選實施例的衛(wèi)星通信系統10的當前優(yōu)選實施例。在詳細描述本發(fā)明之前，首先要描述通信系統10以便能夠更徹底地理解本發(fā)明。
通信系統10可以在概念上細分為多個部分1，2，3和4。部分1在這里稱作空間部分，部分2稱做用戶部分，部分3稱作地面(陸地)部分，而部分4稱做電話系統基礎設施部分。
在本發(fā)明的當前優(yōu)選實施例中，例如在一個1414公里的低地球軌道(LEO)上，一共有48顆衛(wèi)星。衛(wèi)星12被分配在八個軌道面上，每個平面(Walker星座)等距離地分布六顆衛(wèi)星。軌道面相對于赤道的傾角是52度，每顆衛(wèi)星每114分鐘完成一次軌道運行。這種方法提供了一種近似的全球覆蓋，優(yōu)選地，在任意給定的時間，位于大約南緯70°和大約北緯70°之間的一個特定用戶可以看到至少兩顆星。這樣，用戶能夠通過一個或多個網關(GW)18和一個或多個衛(wèi)星12，還可能使用電話基礎設施部分4的一部分，向或從網關(GW)18覆蓋的地球表面的幾乎任何一點向或從地球表面上其它的點通信(通過PSTN)。
在這里要注意的是前述的和隨之的系統10的描述只代表一個其中可以發(fā)現本發(fā)明概念用處的通信系統的適合的實施例。也就是說，通信系統特定的細節(jié)在本發(fā)明有限的實踐情況下不能被讀到或解釋。
現在繼續(xù)描述系統10，一個軟轉移(切換)在衛(wèi)星12之間進行，同時也在每個衛(wèi)星(圖3B)發(fā)射的16個點波束中的每一個之間進行，通過擴展頻譜(SS)、碼分多址(CDMA)技術提供不間斷通信。雖然也可以使用其它的擴展頻譜和CDMA技術和協議，本發(fā)明優(yōu)選的SS-CDMA技術類似于TIA/EIA暫行標準，“用于雙模式寬帶擴展頻譜蜂窩系統的移動站-基站兼容標準”TIA/EIA/IS-95，1993年7月。
低地球軌道允許低功率固定的或移動的用戶終端13通過衛(wèi)星12通信，在本發(fā)明目前優(yōu)選的實施例中每一個這樣的衛(wèi)星的功能只是一個“彎管”中繼器，用于接收來自用戶終端13或網關18的通信業(yè)務信號(如語聲和/或數據)，將接收的通信業(yè)務信號變換到另一個頻段，并重發(fā)該變換的信號。也就是說，不進行接收的通信業(yè)務信號的星上信號處理，同時衛(wèi)星12在接收和發(fā)射通信業(yè)務信號的傳輸方面不具有任何智能。
另外，在衛(wèi)星12之間沒有直接通信鏈路或鏈路。也就是說，每一個衛(wèi)星12只從位于用戶部分2或位于地面部分3的發(fā)射機接收信號，并只向位于用戶部分2或位于地面部分3的接收機發(fā)射信號。
用戶部分2可以包括多種類型的適合于與衛(wèi)星12通信的用戶終端13。用戶終端13包括，例如，多種不同類型的固定和移動用戶終端，它們包括但不限于，手持移動無線電話14、車載移動無線電話15、尋呼/信息類設備16、以及固定式無線電話14a。用戶終端13優(yōu)選地帶有全向天線13a，用于通過一個或多個衛(wèi)星12進行雙向通信。
注意到固定式無線電話14a可使用方向性天線。這是一個優(yōu)點，因為它能減少同時被一個或多個衛(wèi)星12服務的用戶數的必然增加而帶來的干擾。
還要注意的是，用戶13可以是雙用途設備，也包括用常規(guī)方法與陸地蜂窩系統通信的電路。
再參考圖3A，用戶終端13可能能夠運作于全雙工模式并且分別通過，諸如，L波段RF鏈路(上行鏈路或返回鏈路17b)和S波段RF鏈路(下行鏈路或前向鏈路17a)，分別經由返回和前向衛(wèi)星轉發(fā)器12a和12b通信。返回L波段RF鏈路17b可以運作在1.61GHz到1.625GHz的頻率范圍內，帶寬為16.5MHz，并且用分組數字語音信號和/或數據信號根據優(yōu)選的擴展頻譜技術調制。前向S波段RF鏈路17a可以運作在2.485GHz到2.5GHz的頻率范圍內，帶寬為16.5MHz。前向RF鏈路17a也可以在網關18用分組數字語音信號和/或數據信號根據優(yōu)選的擴展頻譜技術調制。
前向鏈路的16.5MHz帶寬分成13個信道，每個信道可以分配給多至，諸如，128個用戶。返回鏈路可以有不同的帶寬，而且一個給定的用戶終端13可以分配一個與前向鏈路上不同或相同的信道。然而當返回鏈路運作在分集接收模式(從兩個或多個衛(wèi)星12接收)時，對于每一個衛(wèi)星分配給用戶的前向和返回鏈路RF信道是相同的。
地面部分3包括至少一個但一般是多個網關18，該網關18通過，諸如，全雙工C波段RF鏈路19(前向鏈路19a(到衛(wèi)星)，返回鏈路19b(自衛(wèi)星))與衛(wèi)星12通信，該鏈路通常工作在3GHz以上的頻率范圍，優(yōu)選的是在C波段。C波段RF鏈路雙向地傳輸通信饋送鏈路，并傳輸到衛(wèi)星的衛(wèi)星命令和來自衛(wèi)星的遙測信息。前向饋送鏈路19a可以運作在5GHz到5.25GHz的波段上，而反向饋送鏈路19b可以運作在6.875GHz到7.075GHz的波段上。
衛(wèi)星饋送鏈路天線12g和12h優(yōu)選的是從LEO衛(wèi)星12看來張開最大地球覆蓋區(qū)域的寬覆蓋天線。在當前的通信系統10的優(yōu)選實施例中，從一個給定的LEO衛(wèi)星12的張角(假設到地球表面的仰角為10°)大約是110°。這就得到了一個直徑大約是3600英里的覆蓋帶。
L波段和S波段天線是在有關的陸地服務區(qū)域中提供覆蓋的多波束天線。L波段和S波段天線12d和12c，分別優(yōu)選地與另一個一致，如圖3B所示。也就是，從飛行器發(fā)射和接收的波束覆蓋地球表面上同樣的區(qū)域，盡管這個特性對于系統10的運作不是非常關鍵的。
例如，幾千個全雙工通信可以通過一個給定的衛(wèi)星12產生。根據系統10的一個特性，兩個或更多的衛(wèi)星12每一個可以在一個給定的用戶終端13和一個網關18之間傳輸同樣的通信。這種運作模式，如下面詳細描述的，提供在相應的接收機上的分集合并，實現抗衰落性的提高，并有利于實施軟切換過程。
要指出，在這里描述的所有的頻率、帶寬和類似的東西僅代表一個特定的系統。其它的頻率和頻段也可以在不改變所討論的原則的情況下使用。僅作為一個例子，網關和衛(wèi)星之間的饋送鏈路可以使用C波段(大約3GHz到大約7GHz)以外的頻率，例如Ku波段(大約10GHz到大約15GHz)或Ka波段(大約15GHz以上)。
網關18用來將衛(wèi)星12的通信有效負荷或轉發(fā)器12a和12b(圖3A)連接到電話基礎設施部分4。轉發(fā)器12a和12b包括一個L波段接收天線12C、S波段發(fā)射天線12d、C波段功率放大器12e、C波段低噪聲放大器12f、C波段天線12g和12h、L波段到C波段頻率變換器部分12i、以及C波段到S波段頻率變換器部分12j。衛(wèi)星12也包括一個主頻率產生器12k和命令及遙測設備121。
在這方面也可參考U.S專利號No.5,422,647，E.Hirshfield和C.A.Tsao，題為“Mobile Communications Satellite Payload”，該文揭示了一種適于講授本發(fā)明的概念時使用的通信衛(wèi)星有效負荷。
電話基礎設施部分4包括現有的電話系統并包括公共陸地移動網(PLMN)網關20、本地電話交換局一例如區(qū)域公共電話網絡(RPTN)22或其它的本地電話業(yè)務提供者、國內長途網24、國際網26、專用網28以及其它的RPTNs30。通信系統10用來在用戶部分2和電話基礎設施部分4的公用電話交換網(PSTN)電話32及非PSTN電話32、或其它各種不同的可能是專用網絡的用戶終端之間提供雙向的語音和/或數據通信。
作為地面部分3的一部分，圖1中(而且也在圖4中)也表示了衛(wèi)星運作控制中心(SOCC)36、以及地面運作控制中心(GOCC)38。為網關18和地面部分3的TCUs18a、SOCC36以及GOCC38之間的互連提供了一條通信通道，該通道包括了一個地面數據網絡(GDN)39(見圖2)。通信系統10的這部分提供總體的系統控制功能。
圖2更詳細地表示了網關18中的一個。每個網關18包括多達四個雙極化RFC波段子系統，每個子系統包括一個碟形天線40、天線驅動器42以及基座42a、低噪聲接收機44、和高功率放大器46。所有這些部件也可處于天線罩結構內以提供環(huán)境保護。
網關18還包括下變頻器48和上變頻器50，分別處理接收和發(fā)射的RF載波信號。下變頻器48和上變頻器50連接到CDMA子系統52，后者又通過PSTN接口54連接到公用電話交換網(PSTN)。作為一個選項，PSTN可以通過使用衛(wèi)星到衛(wèi)星的鏈路旁路。
CDMA子系統52包括一個信號累加/交換單元52a、一個網關收發(fā)機子系統(GTS)52b、一個GTS控制器52c、一個CDMA互連子系統(CIS)52d、以及一個選擇器陣列子系統(SBS)52e。CDMA子系統52由基站管理器(BSM)52f控制并用一種類似于一個CDMA兼容(例如，IS-95兼容)基站的方式工作。CDMA子系統52也包括所要求的頻率綜合器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(yè)務交換點(SSP)54a、一個呼叫控制處理器(CCP)54b、一個訪問者位置寄存器(VLR)54c、以及一個到主位置寄存器(HLR)的協議接口54d。HLR可位于蜂窩網關20(圖1)中，或可選地，位于PSTN接口54中。
網關18通過穿過SSP54a的標準接口連接到電信網絡。網關18提供一種接口，并通過基群接口(PRI)或其它合適的裝置連接到PSTN。網關18還能夠提供到移動交換中心(MSC)的直接連接。
網關18提供SS-7ISDN固定式信令到CCP54b。在這個接口的網關一側，CCP54b與CIS52d接口并從此到CDMA子系統52。CCP54b為系統空間接口(AI)提供協議轉換功能，類似于IS-95為CDMA通信的暫定標準。
塊54c和54d一般提供網關18和一個外部蜂窩電話網之間的接口，該電話網與，例如，IS-41(北美標準，AMPS)或GSM(歐洲標準，MAP)蜂窩系統相兼容，并且特別是針對處理漫游者-在他們的主系統以外發(fā)出呼叫的用戶-的指定方法。網關18支持系統10/AMPS話機和系統10/GSM話機的用戶終端鑒權。在沒有現有的電信基礎設施的服務區(qū)域，HLR可以加到網關18中并與SS-7信令接口。
一個在用戶一般服務區(qū)域之外(一個漫游者)發(fā)起呼叫的用戶，如果授權了，就可被系統10容納。既然可以在任何環(huán)境中找到漫游者，用戶就可以使用相同的終端設備從世界上任何地方發(fā)起呼叫，而且必要的協議轉換通過網關18透明地進行。當不需要轉換時，例如從GSM到AMPS，協議接口54d可以旁路掉。
在本發(fā)明的概念范圍之內，提供了到蜂窩網關20的一個專門的、普遍的接口，附加于或者替換為常規(guī)的GSM移動交換中心指定的“A”接口和到IS-41移動交換中心的廠商制定的接口。提供一個直接到PSTN的接口，如圖1中標為PSTN-INT的信號通道所表明的，也在本發(fā)明的范圍之內。
總體的網關控制由網關控制器56提供，后者包括一個到上述的地面數據網(GDN)39的接口和一個到業(yè)務提供者控制中心(SPCC)60的接口。網關控制器56一般通過BSM 52f和結合于天線40中的每一個的RF控制器43與網關18互連。網關控制器56還連接到一個數據庫62，例如用戶數據庫、衛(wèi)星星歷數據，等，并且連接到一個允許業(yè)務人員訪問網關控制器56的I/O單元64。GDN39也與遙測和命令(T&C)單元66(圖1和圖4)雙向接口。
參考圖4，GOCC38的功能是計劃和控制網關18對衛(wèi)星的利用，并且與SOCC36協調這種利用。一般來說，GOCC38分析趨勢，產生業(yè)務計劃，分配衛(wèi)星12和系統資源(例如，但并不局限于此，功率和信道分配)，監(jiān)視整個系統10的性能，并且實時地或提前通過GDN39向網關18發(fā)出利用指示。
SOCC36用于維護和監(jiān)視軌道運行，中繼衛(wèi)星使用信息到網關以便通過GDN39輸入到GOCC38，監(jiān)視每個衛(wèi)星12的整個功能，包括衛(wèi)星電池的狀態(tài)，為衛(wèi)星12內的RF信號通道設置增益，保證最佳的衛(wèi)星相對于地球表面的方位，以及其他一些功能。
如上所述，每個網關18的功能是為了信令、語音和/或數據通信將一個給定的用戶連接到PSTN，并且也為了通過數據庫62(圖2)產生數據用于計費。所選擇的網關18包括一個遙測和命令單元(TCU)18a，用于接收衛(wèi)星12通過返回鏈路19b發(fā)射的遙測數據并通過前向鏈路19a向衛(wèi)星12發(fā)命令。GDN39用于將網關18、GOCC38以及SOCC36互連起來。
一般來說，LEO星座的每顆衛(wèi)星12用于中繼來自網關18的信息到用戶(C波段前向鏈路19a到S波段前向鏈路17a)，并且中繼來自用戶的信息到網關18(L波段返回鏈路17b到C波段返回鏈路19b)。該信息包括SS-CDMA同步和尋呼信道，以及功率控制信號。不同的CDMA導頻信道也可用于監(jiān)視前向鏈路上的干擾。衛(wèi)星星歷更新數據也從網關18，通過衛(wèi)星12，傳輸到每個用戶終端13。衛(wèi)星12也用來中繼來自用戶終端13的信令信息到網關18，包括接人請求、功率改變請求、以及注冊請求。衛(wèi)星12也在用戶和網關18之間中繼通信信號，而且也為減輕未授權的使用提供安全保證。
在運行中，衛(wèi)星12發(fā)送飛行器遙測數據，包括衛(wèi)星運行狀態(tài)的測量。來自衛(wèi)星的遙測數據流、來自SOCC36的命令、以及通信饋送鏈路19都共享C波段天線12g和12h。對于那些包括一個TCU18a的網關18，接收的衛(wèi)星遙測數據可以立即轉發(fā)到SOCC36，或者遙測數據可以先存儲然后在一段時間之后轉發(fā)到SOCC36，一般要經過SOCC的請求。無論立即發(fā)送或存儲然后轉發(fā)，遙測數據都要通過GDN39作為分組信息來發(fā)送，每個分組信息包括一個單個的較小遙測幀。如果一個以上的SOCC36提供衛(wèi)星支持，遙測數據就要路由選擇到所有的SOCC。SOCC36與GOCC38有幾個接口功能。一個接口功能是軌道位置信息，這里SOCC36向GOCC38提供軌道信息以便每個網關18能夠精確地跟蹤可能在該網關視野內的四個衛(wèi)星。這個數據包括數據表，足夠允許網關18使用已知的算法發(fā)展它們自己的衛(wèi)星聯系表。SOCC36不需要了解網關跟蹤計劃。TCU18a搜尋下行鏈路遙測波段，并在傳播命令之前，唯一地識別每個天線跟蹤的衛(wèi)星。
另一個接口功能是衛(wèi)星狀態(tài)信息，由SOCC36向GOCC38報告。衛(wèi)星狀態(tài)信息包括衛(wèi)星/轉發(fā)器的可用性、電池狀態(tài)以及軌道信息，并且一般結合任何衛(wèi)星有關的限制，防止使用衛(wèi)星12的全部或一部分用于通信。
系統10的一個重要方面是使用SS-CDMA，結合在網關接收機和用戶終端接收機處的分集合并。分集合并有助于減輕衰落效應，這是來自多個衛(wèi)星通過多條不同的通道長度到達用戶終端13或網關18的信號產生的。用戶終端13或網關18中的Rake接收機用于接收和合并來自多個源的信號。例如，一個用戶終端13或網關18提供前向鏈路信號或返回鏈路信號的分集合并，這些信號同時從衛(wèi)星12的多個波束接收或通過衛(wèi)星12的多個波束發(fā)射。
在這方面，1993年8月3日頒布的Stephen A.Ames的U.S.專利號No.5,233,626、題為“Repeater Diversity Spread Spectrum Communication System”的公開內容，在這里全部結合進來作為參考。
在連續(xù)分集接收模式中的性能優(yōu)于通過一個衛(wèi)星中繼器接收一個信號的性能，而且特別是在通信中不存在中斷，因為由于樹或其他障礙物的遮蔽或阻塞從而對接收信號存在不良影響時，一條鏈路就會斷掉。
給定的一個網關18的多個方向性天線40能夠通過一個或多個衛(wèi)星12的不同波束發(fā)射前向鏈路信號(網關到用戶終端)，以支持在用戶終端13中的分集合并。用戶終端13的全向天線13a通過用戶終端13可以“看到”所有衛(wèi)星波束發(fā)射。
每個網關18針對慢衰落支持發(fā)射機功率控制功能，并且也針對導致快衰落的因素支持塊交織。功率控制在前向和反向鏈路上都進行。功率控制功能的響應時間調整到適合30毫秒的衛(wèi)星來回路程延遲這種最差情況。
塊交織(圖5的53d、53e、53f)在一個塊的長度上操作，這個長度與聲碼器53g的分組幀有關。最佳的交織長度折衷選擇較長的長度，因此改善了糾錯，但是以增加整個的端到端延遲為代價。優(yōu)選的最大端到端延遲是150毫秒或更少。這個延遲包括由于分集合并器進行的接收信號對準而造成的延遲、塊交織器53d-53f的延遲、以及組成CDMA子系統52一部分的Viterbi譯碼器(未表示出來)的延遲在內的所有延遲。
圖5是圖2中CDMA子系統52的前向鏈路調制部分的框圖。合并模塊53a的輸出饋人一個頻率敏感上變頻器53b，53b接著饋入合并和交換模塊52a。遙測和控制(T&C)信息也輸入模塊52a。
未調制的直接序列SS導頻信道以所需的比特率產生全0的Walsh碼。這個數據流與用于從不同網關18和不同衛(wèi)星12中區(qū)分信號的短PN碼合并。如果使用了導頻信道，導頻信道就與短碼模2加，然后QPSK或BPSK擴展到CDMA FD RF信道帶寬。提供了以下幾種不同的偽(PN)碼偏移(a)允許用戶終端13唯一識別一個網關18的PN碼偏移；(b)允許用戶終端13唯一識別一個衛(wèi)星12的PN碼偏移；以及(c)允許用戶終端13唯一識別從衛(wèi)星12發(fā)射的16個波束中給定的一個的PN碼偏移。從不同的衛(wèi)星12來的導頻PN碼相對于同一個導頻種子PN碼指定了不同的時間/相位偏移。
如果使用了導頻信道，網關18發(fā)射的每個導頻信道可以用較高或較低于其他信號的功率電平發(fā)射。導頻信道使用戶終端13能夠捕獲前向CDMA信道的定時，提供相干解調的相位參考，并且提供執(zhí)行信號強度比較以判斷何時啟動越區(qū)切換的機制。但是并不一定要使用導頻信道，其他技術也可用于這個目的。
同步信道產生包括下列信息的數據流(a)日期；(b)發(fā)射網關標識；(c)衛(wèi)星星歷；以及(d)指定的尋呼信道。同步數據提供給卷積編碼器53h進行卷積編碼，然后塊交織以抗快衰落。產生的數據流與同步Walsh碼模2加，并QPSK或BPSK擴展到CDMA FD RF信道帶寬。
尋呼信道提供給卷積編碼器53i進行卷積編碼，然后塊交織。產生的數據流與長碼產生器53j的輸出合并。長PN碼用于區(qū)分不同的用戶終端13的頻段。尋呼信道和長碼模二加并提供給符號覆蓋器，在那里產生的信號與Walsh碼模二加。產生的信號然后用QPSK或BPSK擴展到CDMA FD RF信道帶寬。
一般來說，尋呼信道傳輸以下幾種類型的信息(a)系統參數信息；(b)接人參數信息；以及(c)CDMA信道列表信息。
系統參數信息包括尋呼信道的配置、注冊參數、以及有助于捕獲的參數。接人參數信息包括接入信道的配置和接入信道數據率。CDMA信道列表信息如果使用了，則傳輸有關的導頻識別和Walsh碼分配。
聲碼器53k將語音編碼為PCM前向業(yè)務數據流。前向業(yè)務數據流提供給卷積編碼器531，在那里進行卷積編碼，然后在模塊53f中塊交織。產生的數據流與用戶長碼模塊53k的輸出合并。用戶長碼用于區(qū)分不同的用戶信道。產生的數據流在復用器(MUX)53m中進行功率控制，與Walsh碼模二加，然后QPSK或BPSK擴展到CDMA FD RF通信信道帶寬。
網關18用于解調CDMA返回鏈路。有兩種不同的返回鏈路碼(a)零偏移的碼；以及(b)長碼。這些碼被兩種不同類型的返回鏈路CDMA信道使用，稱做接人信道和返回業(yè)務信道。
對于接入信道，網關18對請求接入的接人信道上的一個突發(fā)接收并解碼。接入信道信息體現為一個長的前同步信號跟著一個相對較少的數據。前同步信號是用戶終端的長PN碼。每個用戶終端13通過相對于公共PN生成多項式的唯一的時間偏移而產生唯一的長PN碼。
在接收到接入請求之后，網關18在前向鏈路尋呼信道(塊53e、53i、53j)上發(fā)送一個信息，對接入請求的接收進行應答并且給用戶終端13分配Walsh碼以建立業(yè)務信道。網關18也對用戶終端13指定一個頻率信道。用戶終端13和網關18都切到指定的信道單元并開始使用指定的Walsh(擴頻)碼進行雙工通信。
返回業(yè)務信道在用戶終端13中通過對來自本地數據源或用戶終端聲碼器的數字數據進行卷積編碼產生。數據然后以預定的間隔進行塊交織并提供給128進制調制器和數據突發(fā)隨機器以減少返回業(yè)務信道之間的相關性、以及干擾。數據然后與零偏移的PN碼相加并通過一個或多個衛(wèi)星12發(fā)射到網關18。
網關18通過使用，例如，一個快哈達曼變換(HFT)解調128進制的Walsh碼并給分集合并器提供解調的信息來處理返回鏈路。
前面所述是通信系統10目前優(yōu)選的實施例的描述?，F在要做的是本發(fā)明目前優(yōu)選的實施例的描述。
參考圖6，該圖說明了圖1中的衛(wèi)星通信系統10的一個簡化的框圖。用戶終端13包括一個電子終端標識(ETI)13b唯一地識別該終端，包括一個終端類型(例如，車載、固定、手持、只有語音、語音/數據、數據，等等)。用戶13典型地包括一個可變速率(1200，2400，4800，9600波特)聲碼器13c，用于數字化用戶語聲并將輸入的聲碼話轉換為模擬格式。用戶終端13也包括一個閉環(huán)發(fā)射機功率控制功能13d，可以類似于前面提到的TIA/EIA暫行標準中的規(guī)定，即“MobileStation-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband SpreadSpectrum Celluar System”，TIA/EIA/IS-95，1993年7月。天線13a將用戶終端13雙向連接到一個或多個低地球軌道(LEO)衛(wèi)星12。
正如前面參考圖3A所做的描述，在本發(fā)明的這個實施例中衛(wèi)星12是彎管中繼器，接收返回鏈路17b上來自16個波束中的一個的用戶傳輸，頻率轉換相同，且在鏈路19b上將用戶信號發(fā)射到一個GW 18。衛(wèi)星12也從GW接收饋送鏈路19a，頻率轉換相同，且在前向鏈路17a上通過16個波束中相同的一個將信號發(fā)射到用戶終端。
GW18負責為用戶終端分配信道和Walsh碼并控制呼叫過程中用戶終端發(fā)射機的功率。通過在返回鏈路上檢測用戶終端信號，并用前向鏈路上周期性發(fā)送的功率控制比特調整用戶終端的發(fā)射機功率，用戶終端發(fā)射機的功率以1dB離散的分數增量來控制。這個過程一般是基于每個聲碼器幀而產生的，或者在衛(wèi)星通信系統10目前優(yōu)選的實施例中是每20毫秒(每秒50次)一次。
正如上面指出的，由于GW18用功率控制比特以幀速率連續(xù)控制用戶終端的功率電平，所以用戶終端13的發(fā)射機功率電平對GW18總是已知的。初始的用戶終端功率電平在連接第一次建立的時候告知GW18，而且隨后用戶終端功率電平的調整都是從初始電平進行的。
根據本發(fā)明，GW18監(jiān)視用戶終端全向天線輻射的功率(通過返回鏈路接收)，轉換輻射的功率為用戶身體處的功率流密度(基于天線13a和用戶身體之間的一定距離d)，記錄功率流密度超過預定門限的量(在圖7的圖表中為陰影部分)，并且將記錄量做時間平均。
判斷用戶身體處的功率流密度(PFD)的一個合適的表達式如下PFD＝EIRP/4πd2，這里EIRP代表用戶身體所在方向的有效均方輻射功率(以毫瓦為單位)，而且d是輻射設備(即，天線13a)和用戶身體之間以厘米計的距離。
如果平均的總功率密度達到了規(guī)定的最大允許輻射量(例如，在距離d處為4mw/cm2)，GW18就在前向鏈路上發(fā)送一條信息到用戶終端13的一個嵌入式控制器13e。響應接收到的這條信息，控制器13e在終端顯示器13f上給用戶顯示一條信息，所顯示的信息指出正在進行的呼叫很快就要終止。或者，給用戶一個聽得見的警告音。給出顯示信息和/或聲音的時間最好能夠允許用戶在呼叫被終止之前完成呼叫。在快要超過最大允許輻射量時，如果用戶終端13仍然處于連接中，GW18自動終止該連接。
一般來說，GW18確定與用戶終端13的天線13a有關的平均發(fā)射功率密度在一規(guī)定時間期間內是否將等于或超過至少一個預定的門限，或者一個絕對門限。如果呼叫連接正在保持時，GW18確定可能要超過門限，GW18就在用戶終端平均發(fā)射功率密度級等于或超過預定的或絕對的門限之前終止該連接。
當終端接近門限時，GW18使用戶終端13的發(fā)射功率減少以便使終端13被斷開連接之前的時間盡可能長，這也在本發(fā)明的范圍之內。在這方面分集水平(即，衛(wèi)星12的數目)也可改變以便維持足夠的返回鏈路質量。
進一步根據本發(fā)明，如果用戶終端13在終止之后一預定時間期間內嘗試重新連接系統10，GW18拒絕連接該用戶終端13。在一定時間之后，用戶終端13被允許重新連接，因為最大允許的輻射限制在一段時間之后(例如，半小時)被指定了。
網關控制器56(圖2)為網關18管理的每個用戶終端13確定并積累用戶輻射信息。輻射信息也可通過一定數目的呼叫積累。例如，用戶在一預定時間期間內進行多個短呼叫同在相同時間內只進行一個呼叫的用戶大約暴露于相同的RF能量。
既然GW18是在呼叫建立的時候從在返回鏈路上發(fā)射的ETI知道用戶終端的類型，某些類型的用戶終端可能不用監(jiān)視。例如，可以設想固定用戶終端14a把它的天線13a放在離用戶相當遠的位置。而且，對于車載終端，天線13a可以在車輛15的外部(圖1)，以此來保護用戶離開發(fā)射的RF能量。因此，根據ETI，GW18能夠區(qū)別出用戶暴露在輻射RF能量中可能性最高的那些類型的用戶終端(例如手持終端)。另外，不同類型的手持終端(也通過ETI識別)，當用戶手持在普通操作位置時，天線13a的放置位置相對于用戶身體可能不同。這樣，用于計算用戶輻射距離(d)的值對于不同類型的用戶終端13可能不同，這樣就影響了GW18進行的平均RF功率密度的計算。感興趣的門限可能是固定的或可變的。
用戶終端13也基于，例如，在前向鏈路上從GW18接收的功率控制信息，監(jiān)視用戶終端13發(fā)射的功率，這也在本發(fā)明的范圍之內。用戶終端功率監(jiān)視的結果可以通過返回鏈路發(fā)射到GW18以結合GW18功率監(jiān)視的結果一起使用。當決定終止與特定用戶終端13的連接時，多數人同意的或一些其它的技術可以在GW18中使用。優(yōu)選地，GW18確定的平均功率密度比用戶終端13發(fā)送的任何測量值的優(yōu)先權要高。
當進行預定類型的呼叫(例如，一個911呼叫)時，允許用戶終端拒絕GW發(fā)起的業(yè)務切斷也是優(yōu)選的。在這種情況下，GW18從與呼叫連接請求一起發(fā)送的電話號碼中確定用戶撥過一組預定號碼中的一個，并將該呼叫連接到PSTN。
在連接了做預定類型呼叫之一的用戶之后，GW18可以發(fā)送一條信息給用戶終端13，使該終端顯示一條信息(和/或響一個聲音)指示用戶呼叫連接完成，即使GW18已經確定該用戶終端已超過平均功率密度門限。
保存有關用戶RF輻射數據的記錄以及在用戶被確定超過門限的期間內連接的任何呼叫(例如，急救呼叫)的記錄，而且周期性地從GW18中通過GDN39傳遞這些信息到GOCC36，這些也在本發(fā)明的范圍之內。GOCC36可以存檔這些數據并/或為統計目的使用該數據。
當本發(fā)明已經被詳細地表示并參考其優(yōu)選的實施例被描述時，本領域的技術人員將會理解在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下在其中做形式上和細節(jié)上的改變都是可以的。
例如，對本領域的技術人員來說很明顯的是，本發(fā)明的概念不限于衛(wèi)星通信系統，而且也不限于擴展頻譜通信系統。例如，時分多址(TDMA)系統也可從本發(fā)明的概念中受益。本發(fā)明的概念因此可普遍用于無線通信系統，這里一個網關、基站、移動交換中心、以及類似東西都能在遠端確定用戶暴露于RF能量的程度，并且能夠基于確定的暴露程度暫時地拒絕或限制到一個用戶的業(yè)務。
進一步值得贊賞的是在某些類型的衛(wèi)星通信系統中，例如衛(wèi)星能夠為通信鏈路執(zhí)行星上處理的系統，衛(wèi)星本身如上所述可以執(zhí)行所有的或一部分用戶終端輻射能量的監(jiān)視功能。
權利要求
1.一種操作通信系統的方法，包括以下步驟通過一個前向鏈路和一個返回鏈路建立一個和用戶終端的無線連接；在連接過程中確定，關聯于一個用戶終端天線的平均發(fā)射功率密度在一個規(guī)定的時間單位內，相對于終端的一個用戶，是否將要等于或超過至少一個預定的門限，以及一個絕對門限；和在平均發(fā)射功率密度級等于或超過門限的時間之前終止該連接。
2.一種如權利要求1的方法，而且還包括這樣的步驟響應用戶終端在執(zhí)行終止步驟之后的一個時間間隔之內的建立第二個連接的嘗試，拒絕建立第二個連接。
3.一種如權利要求1的方法，而且還包括這些步驟響應用戶終端在執(zhí)行終止步驟之后的一個時間間隔之內的建立第二個連接的嘗試，將與連接請求一起發(fā)射的電話號碼和屬于一個預定的電話號碼集中的電話號碼相比較，并且如果電話號碼與該電話號碼集中的一個電話號碼匹配，則連接該用戶終端，處理到該電話號碼的呼叫。
4.一種如權利要求1的方法，其中確定步驟包括這些步驟取樣在返回鏈路上接收的來自用戶終端的信號；通過前向鏈路發(fā)射一個功率控制信號到用戶終端以在一個預定電平上建立用戶終端的發(fā)射功率；以及將用戶終端期望的發(fā)射功率變換為相對用戶身體的功率密度值。
5.一種如權利要求1的方法中的建立步驟還包括這些步驟從返回鏈路中接收的來自用戶終端的信息中識別用戶終端的類型；以及僅在用戶終端的類型被識別為預定的一種或多種類型中的一個時執(zhí)行確定步驟。
6.一種如權利要求1的方法，而且還包括這些步驟在連接過程中在用戶終端確定關聯于用戶終端天線的發(fā)射功率密度；以及從用戶終端通過返回鏈路發(fā)射確定的發(fā)射功率密度。
7.一種如權利要求1的方法中的終止步驟還包括這些初始步驟在前向鏈路上發(fā)射一個信息到用戶終端；以及響應接收的發(fā)射信息，向用戶終端的用戶提出一個連接將很快被終止的指示。
8.一種如權利要求1的方法中的建立一個無線連接的步驟通過至少一個衛(wèi)星建立。
9.一個通信系統包括通過一個前向鏈路和一個返回鏈路與一個用戶終端建立一個無線連接的裝置；在連接過程中確定，關聯于一個用戶終端天線的平均發(fā)射功率密度在一個規(guī)定的時間單位內是否將要等于或超過，與一個終端的用戶有關的，至少一個預定的門限，或者一個絕對門限的裝置；和在平均發(fā)射功率密度級等于或超過門限的時間之前終止該連接的裝置。
10.一個如權利要求9的系統中所述的建立裝置響應用戶終端在連接被終止之后的一個時間間隔之內建立第二個連接的嘗試，拒絕建立第二個連接。
11.一個如權利要求9的系統中所述的建立裝置響應用戶終端在連接被終止之后的一個時間間隔之內建立第二個連接的嘗試，將與連接請求一起發(fā)射的電話號碼和屬于一個預定的電話號碼集中的電話號碼相比較，并且如果電話號碼與該電話號碼集中的一個電話號碼匹配，則連接該用戶終端，處理到該電話號碼的呼叫。
12.一個如權利要求9的系統中所述的確定裝置包括取樣在返回鏈路上接收的來自用戶終端的信號的裝置；通過前向鏈路發(fā)射一個功率控制信號到用戶終端以在一個預定級上建立用戶終端的發(fā)射功率的裝置；以及將用戶終端期望的發(fā)射功率作為時間的函數變換為相對用戶身體的功率密度值的裝置。
13.一個如權利要求9的系統中所述的建立裝置包括從返回鏈路中接收的來自用戶終端的信息中識別用戶終端類型的裝置；并且其中所述的確定裝置響應一種確定的用戶終端標識，僅在用戶終端被識別為預定的一種或多種類型中的一個時才運作。
14.一個如權利要求9的系統中所述的用戶終端包括在連接過程中確定關聯于一個用戶終端天線的發(fā)射功率密度的裝置；和從用戶終端通過返回鏈路發(fā)射確定的發(fā)射功率密度的裝置。
15.一個如權利要求9的系統中所述的終止裝置包括在前向鏈路上發(fā)射一個信息到用戶終端的終止裝置；并且其中所述的用戶終端包括響應接收的發(fā)射信息，向用戶終端的用戶提出一個連接將很快被終止的指示的裝置。
16.一個如權利要求9的系統還包括至少一個衛(wèi)星，通過它建立無線連接。
17.一個衛(wèi)星通信系統，包括一個地球軌道衛(wèi)星星座；至少一個位于陸地的用戶終端；至少一個位于陸地的網關，該網關包括通過至少一個上述衛(wèi)星，在一個陸地通信系統和上述的至少一個用戶終端之間傳輸一個雙向的，功率控制的無線通信連接的裝置；其中，上述的至少一個網關包括在連接過程中從來自用戶終端的功率控制信息中確定，關聯于一個用戶終端天線的平均發(fā)射功率密度在一個規(guī)定的時間單位內是否將要等于或超過，與一個終端的用戶有關的，至少一個預定的門限，或者一個絕對門限的裝置，和在平均發(fā)射功率密度級等于或超過門限的時間之前終止該連接的裝置。
18.一個如權利要求17的系統中所述的網關響應用戶終端在連接被終止之后的一個時間間隔之內建立第二個連接的嘗試，拒絕建立第二個連接。
19.一個如權利要求17的系統中所述的網關響應用戶終端在連接被終止之后的一個時間間隔之內建立第二個連接的嘗試，將與連接請求一起發(fā)射的電話號碼和屬于一個預定的電話號碼集中的電話號碼相比較，并且如果電話號碼與該電話號碼集中的一個電話號碼匹配，則連接該用戶終端，處理到該電話號碼的呼叫。
20.一個如權利要求17的系統中所述的確定裝置包括取樣在返回鏈路上接收的來自用戶終端信號的裝置；通過前向鏈路發(fā)射一個功率控制信號到用戶終端以在一個預定級上建立用戶終端的發(fā)射功率的裝置；以及將用戶終端期望的發(fā)射功率變換為相對用戶身體的功率密度值的裝置。
21.一個如權利要求17的系統中所述的網關包括從返回鏈路中接收的來自用戶終端的信息中識別用戶終端類型的裝置；并且其中所述的確定裝置響應一種確定的用戶終端標識，僅在用戶終端被識別為預定的一種或多種類型中的一個時才運作。
22.一個如權利要求17的系統中所述的用戶終端包括在連接過程中確定關聯于用戶終端天線的發(fā)射功率密度的裝置；和從用戶終端通過返回鏈路發(fā)射確定的發(fā)射功率密度的裝置。
23.一個如權利要求17的系統中所述的用戶終端包括在前向鏈路上發(fā)射一個信息到用戶終端的終止裝置；并且其中所述的用戶終端包括響應接收的發(fā)射信息，向用戶終端的用戶提出一個連接將很快被終止的指示的裝置。
24.一個如權利要求17的系統中所述的雙向的，功率控制的無線通信連接是一個擴展頻譜、碼分多址無線通信連接。
25.一個如權利要求17的系統中所述的雙向的，功率控制的無線通信連接是一個時分多址無線通信連接。
26.一個衛(wèi)星通信系統，包括至少一個地球軌道衛(wèi)星；至少一個位于陸地的用戶終端；和至少一個位于陸地的網關，該網關包括通過上述至少一個衛(wèi)星，在一個陸地通信系統和上述的至少一個用戶終端之間傳輸一個雙向的無線通信連接的裝置；其中，上述的至少一個網關，上述至少一個衛(wèi)星，和上述至少一個用戶終端包括在至少一個連接過程中確定關聯于終端的用戶的RF輻射的裝置和根據確定的用戶RF輻射程度控制無線連接的裝置。
全文摘要
一種操作通信系統的方法和系統，該方法包括以下步驟通過一個前向鏈路和一個返回鏈路建立一個和用戶終端的無線連接；在連接過程中確定，關聯于一個用戶終端天線的平均發(fā)射功率密度在一個規(guī)定的時間單位內，相對于終端的一個用戶，是否將要等于或超過至少一個預定的門限，以及一個絕對門限；和在平均發(fā)射功率密度級等于或超過門限的時間之前終止該連接。
文檔編號H04B7/00GK1156354SQ9610992
公開日1997年8月6日 申請日期1996年7月12日 優(yōu)先權日1996年7月12日
發(fā)明者R·A·韋迪曼, P·A·蒙蒂, M·J·塞斯 申請人:環(huán)球星有限合伙人公司