определение сдвигов частоты в системах связи

Формула изобретения

1. Способ определения сдвигов частоты от желаемой центральной частоты сигнала связи по меньшей мере в одном из множества абонентских терминалов в системе связи, имеющей по меньшей мере один фиксированный приемопередатчик сигналов для передачи сигналов связи к/от абонентских терминалов, заключающийся в том, что осуществляют передачу сигнала прямой линии связи по меньшей мере от одного фиксированного приемопередатчика сигналов, использующего первую заданную несущую частоту и первое значение предварительной коррекции доплеровского эффекта для доплеровского сдвига линии связи, когда он известен, прием сигнала прямой линии связи в абонентском терминале и определение первого сдвига для частоты несущей принимаемого сигнала относительно первой заданной несущей частоты, генерацию сигнала обратной линии связи на второй заданной несущей частоте в абонентском терминале, которая также включает любую погрешность источника опорной частоты абонентского терминала, масштабированную ко второй заданной частоте, предварительную коррекцию частоты сигнала обратной линии связи на основе определенного первого сдвига, передачу сигнала обратной линии связи после предварительной коррекции к фиксированному приемопередатчику сигналов, прием сигнала обратной линии связи в фиксированном приемопередатчике сигналов и определение второго сдвига для связанной несущей частоты относительно второй заданной несущей частоты, относящейся к линии связи абонентского терминала, после повторного применения первого значения предварительной коррекции доплеровского эффекта для доплеровского сдвига линии связи, когда он известен, и деление результирующего второго сдвига пополам для получения сдвига частоты линии связи абонентского терминала, который должен компенсироваться во время связи.

2. Способ по п. 1, в котором дополнительно применяют предварительную коррекцию частоты в абонентском терминале в качестве коррекции для второго значения доплеровского сдвига для доплеровского эффекта, возникающего на пути абонентский терминал - фиксированный приемопередатчик сигналов, на основе определенного второго сдвига и масштабируют результирующий второй сдвиг, который делится пополам для получения значения погрешности частоты опорного источника абонентского терминала.

3. Способ по п. 2, в котором опорный источник содержит генератор и указанная погрешность частоты опорного источника содержит погрешность генератора.

4. Способ по п. 3, в котором дополнительно передают значение погрешности генератора к абонентскому терминалу в виде части последующего сигнала связи.

5. Способ по п. 4, в котором дополнительно осуществляют прием значения погрешности генератора в абонентском терминале в виде части последующего сигнала связи и регулировку выходной частоты генератора на значение погрешности, чтобы выходная частота генератора приблизилась к опорной частоте фиксированного приемопередатчика сигналов.

6. Способ по п. 4, в котором дополнительно осуществляют прием значения погрешности генератора в абонентском терминале в виде части последующего сигнала связи и введение этого значения в последующие сигналы связи, передаваемые к фиксированному приемопередатчику сигналов.

7. Способ по п. 6, в котором значение погрешности генератора вводят в качестве данных в сигнал запроса доступа.

8. Способ по п. 1, в котором дополнительно применяют предварительную коррекцию частоты абонентского терминала в качестве коррекции погрешности частоты опорного источника в абонентском терминале на основе определенного второго сдвига и осуществляют деление результирующего второго сдвига пополам для получения значения доплеровского сдвига, возникающего на пути абонентский терминал - фиксированный приемопередатчик сигналов.

9. Способ по п. 8, в котором дополнительно передают значение доплеровского сдвига, возникающего на пути абонентский терминал - приемопередатчик, к абонентскому терминалу в виде части последующего сигнала связи.

10. Способ по п. 9, в котором дополнительно осуществляют прием на абонентском терминале значения доплеровского сдвига, возникающего на пути абонентский терминал - приемопередатчик, в виде части последующего сигнала связи и введение значения доплеровского сдвига, возникающего на пути абонентский терминал - приемопередатчик, в последующие сигналы связи, передаваемые к фиксированному приемопередатчику сигналов в качестве известного доплеровского сдвига.

11. Способ по п. 10, в котором значение доплеровского сдвига, возникающего на пути абонентский терминал - приемопередатчик, вводят в качестве данных в сигнал запроса доступа.

12. Способ по п. 1, в котором фиксированный приемопередатчик сигналов содержит базовую станцию.

13. Способ по п. 1, в котором фиксированный приемопередатчик сигналов содержит станцию сопряжения, а спутник используют для передачи сигналов прямой и обратной линии связи станцией сопряжения.

14. Способ по п. 1, в котором система спутниковой связи содержит беспроводную МДСКР систему связи с расширением спектра.

15. Способ по п. 1, в котором абонентский терминал содержит радиотелефон.

16. Устройство для определения сдвигов частоты от желаемой центральной частоты сигнала связи по меньшей мере в одном из множества абонентских терминалов в системе связи, имеющей по меньшей мере один фиксированный приемопередатчик сигналов для передачи сигналов связи к/от абонентских терминалов, содержащее средство для передачи сигнала прямой линии связи по меньшей мере от одного фиксированного приемопередатчика сигналов, использующего первую заданную несущую частоту и первое значение предварительной коррекции доплеровского эффекта для доплеровского сдвига линии связи, когда он известен, средство для приема сигнала прямой линии связи в абонентском терминале и определения первого сдвига для связанной несущей частоты относительно первой заданной несущей опорной частоты, средство для генерации сигнала обратной линии связи на второй заданной несущей опорной частоте в абонентском терминале, которая также включает любую погрешность источника опорной частоты абонентского терминала, масштабированную ко второй заданной несущей опорной частоте, средство для применения предварительной коррекции частоты к сигналу обратной линии связи на основе определенного первого сдвига, средство для передачи сигнала обратной линии связи к фиксированному приемопередатчику сигналов, средство для приема сигнала обратной линии связи в фиксированном приемопередатчике сигналов и для определения второго сдвига для связанной несущей опорной частоты относительно второй заданной несущей опорной частоты, относящейся к линии связи абонентского терминала, после повторного применения первого значения предварительной коррекции доплеровского эффекта для доплеровского сдвига линии связи, когда он известен, и средство для деления результирующего второго сдвига пополам для получения сдвига частоты линии связи абонентского терминала, который должен компенсироваться во время связи.

17. Устройство по п. 16, которое дополнительно содержит средство предварительной коррекции частоты в абонентском терминале в качестве коррекции для второго значения доплеровского сдвига для доплеровского эффекта, возникающего на пути абонентский терминал - фиксированный приемопередатчик сигналов, на основе определенного второго сдвига и средство для масштабирования результирующего второго сдвига, который делится пополам для получения значения погрешности частоты опорного источника абонентского терминала.

18. Устройство по п. 17, в котором опорный источник содержит генератор и указанная погрешность частоты опорного источника содержит погрешность генератора.

19. Устройство по п. 18, которое дополнительно содержит средство для передачи значения погрешности генератора к абонентскому терминалу в виде части последующего сигнала связи.

20. Устройство по п. 19, которое дополнительно содержит средство для приема значения погрешности генератора в абонентском терминале в виде части последующего сигнала связи и для регулировки выходной частоты генератора на значение погрешности, чтобы выходная частота генератора приблизилась к опорной частоте станции сопряжения.

21. Устройство по п. 19, которое дополнительно содержит средство приема значения погрешности генератора в абонентском терминале в виде части последующего сигнала связи и для введения этого значения погрешности частоты в последующие сигналы связи, передаваемые к станциям сопряжения.

22. Устройство по п. 21, в котором значение погрешности генератора вводится в качестве данных в сигнал запроса доступа.

23. Устройство по п. 16, которое дополнительно содержит средство предварительной коррекции частоты в абонентском терминале в качестве коррекции погрешности частоты опорного источника в абонентском терминале на основе определенного второго сдвига и средство деления результирующего второго сдвига пополам для получения значения доплеровского сдвига, возникающего на пути абонентский терминал - фиксированный приемопередатчик сигналов.

24. Устройство по п. 23, которое дополнительно содержит средство для передачи значения доплеровского сдвига, возникающего на пути абонентский терминал - приемопередатчик, к абонентскому терминалу в виде части последующего сигнала связи.

25. Устройство по п. 24, которое дополнительно содержит средство приема на абонентском терминале значения доплеровского сдвига, возникающего на пути абонентский терминал - приемопередатчик, в виде части последующего сигнала связи и введения значения доплеровского сдвига, возникающего на пути от абонентского терминала к приемопередатчику, в последующие сигналы связи, передаваемые к фиксированному приемопередатчику сигналов, в качестве известного доплеровского сдвига.

26. Устройство по п. 25, в котором значение доплеровского сдвига, возникающего на пути абонентский терминал - приемопередатчик, вводится в качестве данных в сигнал запрос доступа.

27. Устройство по п. 26, в котором фиксированный приемопередатчик сигналов содержит базовую станцию.

28. Устройство по п. 16, в котором фиксированный приемопередатчик сигналов содержит станцию сопряжения, а спутник используется для передачи сигналов прямой и обратной линий связи со станцией сопряжения.

29. Устройство по п. 16, в котором система спутниковой связи содержит беспроводную МДСКР систему связи с расширением спектра.

30. Устройство по п. 16, в котором абонентский терминал содержит радиотелефон.

31. Устройство определения погрешности генератора по меньшей мере в одном из множества абонентских терминалов, используемых в системе спутниковой связи, имеющей по меньшей мере одну станцию сопряжения и по меньшей мере один спутник для передачи сигналов связи между станциями сопряжения и абонентскими терминалами, содержащее средство передачи сигнала прямой линии связи по меньшей мере от одной станции сопряжения через спутник, использующее первую заданную несущую частоту и первое значение предварительной коррекции доплеровского сдвига для доплеровского эффекта, возникающего на пути станция сопряжения - спутник, средство приема сигнала прямой линии связи в абонентском терминале и для определения первого сдвига для связанной несущей частоты относительно первой заданной несущей опорной частоты, средство для генерации сигнала обратной линии связи на второй заданной несущей опорной частоте в абонентском терминале, которая также включает любую погрешность генератора, масштабированную ко второй заданной несущей опорной частоте, средство для применения предварительной коррекции частоты к сигналу обратной линии связи для второго значения доплеровского сдвига для доплеровского эффекта, возникающего на пути абонентский терминал - спутник, на основе определенного первого сдвига, средство для передачи сигнала обратной линии связи по меньшей мере к одной станции сопряжения через спутник, средство для приема сигнала обратной линии связи на упомянутой станции сопряжения и для определения второго сдвига для связанной несущей частоты относительно второй заданной несущей опорной частоты, относящейся к линии связи абонентского терминала, после компенсации первого значения предварительной коррекции доплеровского сдвига и средство для деления результирующего второго сдвига пополам и для масштабирования частоты генератора абонентского терминала для получения значения погрешности генератора абонентского терминала.

32. Способ определения погрешности генератора по меньшей мере в одном из множества абонентских терминалов, используемых в системе спутниковой связи, имеющей по меньшей мере одну станцию сопряжения и по меньшей мере один спутник для передачи сигналов связи между станциями сопряжения и абонентскими терминалами, заключающийся в том, что осуществляют передачу сигнала прямой линии связи по меньшей мере от одной станции сопряжения, использующей первую заданную несущую частоту и первое значение предварительной коррекции доплеровского сдвига для доплеровского эффекта, возникающего на пути станция сопряжения - спутник, прием сигнала прямой линии связи в абонентском терминале и определение сдвига для связанной несущей частоты относительно первой заданной несущей опорной частоты, генерацию сигнала обратной линии связи на второй заданной несущей опорной частоте в абонентском терминале, которая также включает любую погрешность генератора, масштабированную ко второй заданной несущей частоте, предварительную коррекцию частоты к сигналу обратной линии связи для второго значения доплеровского сдвига для доплеровского эффекта, возникающего на пути абонентский терминал - спутник, на основе определенного первого сдвига, передачу обратной линии связи через спутник к станции сопряжения, прием сигнала обратной линии связи на станции сопряжения и определение второго сдвига для связанной несущей опорной частоты относительно второй заданной несущей частоты, относящейся к линии связи абонентского терминала, после компенсации первого значения предварительной коррекции доплеровского эффекта, деление результирующего второго сдвига пополам и масштабирование частоты генератора абонентского терминала для получения значения погрешности генератора абонентского терминала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к управлению частотой и синхронизацией, и, более точно, к способу определения и компенсации погрешностей частоты в генераторах опорной частоты, используемых в приемниках систем связи. Изобретение дополнительно относится к способу определения и компенсации доплеровских эффектов, вызванных относительным движением между передатчиками и приемниками.

Современные околоземные системы связи, такие как беспроводные системы передачи данных или телефонные системы, используют, в пределах предварительно заданных географических областей или сотовых зон, базовые станции, также называемые активными центрами сотовых зон для передачи сигналов связи к-и из одного или более абонентских терминалов или абонентов системы. Установленные на спутнике системы связи используют базовые станции, называемые станциями сопряжения, и один или более спутников для передачи сигналов связи между станциями сопряжения и одним или более абонентскими терминалами. Базовые станции и станции сопряжения обеспечивают линии связи от каждого абонентского терминала к другим абонентским терминалам или к пользователям других подсоединенных систем связи, таких как коммутируемая телефонная сеть общего пользования. Абонентские терминалы в таких системах могут быть фиксированными или подвижными, например, такими как мобильный телефон, а также могут быть расположены вблизи станции сопряжения или вдали от нее.

Некоторые системы связи используют МДСКР (CDMA) сигналы (сигналы множественного доступа в системах с кодовым разделением каналов) с расширенным спектром, например, раскрытые в патенте США 4901307 от 13 февраля 1990 г., озаглавленном "Spread Spectrum Multiple Access Communication System Using Satellite Or Terrestrial Repeaters".

В обычной системе связи с расширением спектра используется одна или более предварительно выбранных псевдошумовых (PN) кодовых последовательностей для того, чтобы модулировать или "расширять" информационные сигналы в пределах заданной спектральной полосы перед модуляцией на сигнал несущей частоты для передачи в качестве сигналов связи. Расширение спектра псевдошумовым кодом - хорошо известный в технике способ передачи сигналов с расширенным спектром, который производит сигналы для передачи с такой шириной полосы, которая намного больше ширины полосы сигнала данных. В канале связи или линии связи от базовой станции или от станции сопряжения к абонентскому терминалу псевдошумовые коды расширения или двоичные последовательности используются для различения сигналов, передаваемых различными базовыми станциями или по другим различным радиолучам, а также многолучевых сигналов. Такая ситуация описывается в литературе как прямая линия связи.

В обычной МДСКР системе с расширением спектра канализирующие коды используются для того, чтобы различать сигналы, предназначенные для различных абонентских терминалов в пределах сотовой зоны или спутникового суб-луча на прямой линии связи. Каждый абонентский приемопередатчик имеет собственный ортогональный канал, обеспеченный на прямой линии связи путем использования уникального "канализирующего" ортогонального кода. Сигналы, передаваемые по этим каналам, в основном упоминаются как "сигналы радиообмена". Для "пэйджинговых" сигналов (сигналов системы поискового вызова), сигналов "синхронизации" и других сигналов, передаваемых к пользователям системы, обеспечиваются дополнительные каналы или сигналы прямой линии связи. Для реализации канализирующих кодов в основном используются функции Уолша.

Дополнительные подробности принципа действия этого типа устройства передачи находятся в патенте США 5103459, озаглавленном "System And Method For Generating Signal Waveforms In A CDMA Cellular Telephone".

МДСКР системы связи с расширением спектра, типа раскрытых в вышеупомянутых патентах, подразумевают использование когерентной модуляции и демодуляции для коммуникаций абонентских терминалов прямой линии связи. В системах связи, использующих этот подход, "пилот-сигнал" несущей или просто "пилот-сигнал" используется как когерентный сигнал опорной фазы для сигналов прямой линии связи. Пилот-сигнал представляет собой сигнал, который в основном не содержит модуляцию данных и передается станцией сопряжения или базовой станцией через всю зону обслуживания в качестве опорного сигнала.

Пилот-сигналы используются абонентскими терминалами для того, чтобы получать начальную синхронизацию системы и отслеживание времени, частоты и фазы других сигналов, передаваемых базовыми станциями или станциями сопряжения. Информация о фазе, получаемая в результате отслеживания несущей пилот-сигнала, используется как опорная фаза несущей для когерентной демодуляции других сигналов системы или сигналов (данных) радиообмена. Эта методика позволяет многочисленным сигналам радиообмена совместно использовать общий пилот-сигнал в качестве опорной фазы, обеспечивая менее дорогостоящий и более эффективный механизм отслеживания. Каждой базовой станцией или станцией сопряжения обычно передается единый пилот-сигнал для каждой используемой частоты, упоминаемый нами как сигнал системы с МДСКР каналами или суб-лучами, и который совместно используется всеми абонентскими терминалами, принимающими сигналы из этого источника на этой частоте.

Когда абонентские терминалы не принимают или не передают сигналы радиообмена, информация может быть передана к ним посредством использования одного или более сигналов, известных как сигналы или каналы поискового вызова. Например, когда запрос посылается в конкретный мобильный телефон, базовая станция или станция сопряжения предупреждает этот мобильный телефон посредством сигнала поискового вызова. Сигналы поискового вызова используются для того, чтобы определять наличие запроса, какой из каналов радиообмена использовать, а также дополнительную служебную информацию системы распределения, наряду со специальными сообщениями абонента системы. Система связи может иметь несколько сигналов или каналов поискового вызова. Сигналы синхронизации могут также использоваться для передачи системной информации, полезной для содействия временной синхронизации. Все эти сигналы действуют как совместно используемые ресурсы таким же образом, как и пилот-сигналы.

Посылая сигнал разрешения доступа по обратной линии связи, абонентские терминалы могут отвечать на сообщение, полученное на сигнале поискового вызова. То есть сигнал следует по пути от абонентского терминала к базовой станции или к станции сопряжения. Сигналы разрешения доступа также используются абонентскими терминалами, когда абонентские терминалы посылают запросы, и иногда эти сигналы упоминаются как сигналы определения возможности доступа. Кроме того, дополнительные длинные псевдошумовые коды, которые не являются ортогональными, обычно используются для создания каналов радиообмена обратной линии связи. Одновременно для улучшения передачи данных обратной линии связи может использоваться некоторая форма М-кратной модуляции, использующая набор ортогональных кодов.

Как и для любой системы связи, сигналы прямой линии связи принимаются абонентским терминалом и преобразуются с понижением частоты в полосу частот модулирующих сигналов для дополнительной обработки. Сразу после преобразования с понижением частоты сигналы обрабатываются в цифровой форме, чтобы детектировать конкретный пилот-сигнал или принимаемые сигналы и чтобы демодулировать связанные сигналы поискового вызова, синхронизации и радиообмена. Для систем с расширением спектра псевдошумовые коды расширения применяются во время демодуляции для свертки сигналов и канализирующие коды коррелируются с сигналами для представления данных.

Для приема, преобразования с понижением частоты и демодуляции, а также для корректной работы в таких системах абонентский терминал должен использовать общую опорную частоту совместно с базовыми станциями или станциями сопряжения, передающими обрабатываемые сигналы. То есть из-за того, что информация передается в фазе несущей сигнала, частота несущей должна точно детектироваться и положение относительных фаз множественных несущих должно также определяться. Без достаточно точной настройки частоты несущая не может быть удалена должным образом и цифровые сигналы не могут быть точно свернуты и демодулированы.

Псевдошумовые коды расширения и ортогональные канализирующие коды не могут быть точно удалены без соответствующей синхронизации системы или синхронизации сигнала. Если коды применяются с неправильной синхронизацией, сигналы будут просто появляться в виде шума, и нельзя будет передать никакой информации. Определение положений спутников, абонентских терминалов и временных сдвигов кодовой синхронизации, используемых в таких системах, также зависят от точного знания времени или относительного временного смещения. Абонентские терминалы полагаются на точность гетеродинов для поддержания соответствующей тактовой частоты, синхронизации событий и относительных значений времени по отношению к синхронизации базовой станции или станции сопряжения и абсолютного хронологического описания последовательности событий или зависимостей.

Для содействия этому процессу источники частоты гетеродина в абонентских терминалах могут быть выполнены таким образом, чтобы работать с высокой точностью, или могут включать в себя наиболее усовершенствованные схемы синхронизации или генераторы частоты. Приемники могут быть добавлены для того, чтобы детектировать "универсальное время" для поддержания хронологической точности, например, посредством использования известных сигналов системы GPS (система глобального позиционирования).

Однако такие элементы в основном нежелательны по нескольким причинам. Во-первых, стоимость их материала или изготовления препятствует использованию во многих коммерческих применениях, таких как телефоны для сотовой связи. Во-вторых, их сложность влияет на надежность абонентского терминала, особенно для обычных коммерческих окружающих сред. Кроме того, потребление энергии может увеличиться для более сложных или специализированных схем, что отрицательно влияет на срок службы элемента питания для мобильных устройств связи.

Выходная частота опорных источников могла бы также проверяться, регулироваться или настраиваться, используя различные формы управления с обратной связью. Однако системы связи, использующие спутники с негеостационарными орбитами, проявляют высокую степень относительного движения абонентского терминала и спутника. Это создает довольно значительный доплеровский сдвиг частоты в кажущейся частоте несущей сигналов в пределах линий связи. Такие доплеровские эффекты должны также учитываться при определении погрешности генератора или дрейфа во время использования и снижают полезность обычных систем фазовой автоподстройки частоты ФАПЧ, а также других систем управления с обратной связью. Опять же для осуществления этих решений необходима нежелательная сложность. Это также справедливо для систем связи, расположенных не на спутниках, которые устанавливают связь с подвижными абонентскими терминалами или с перемещающимися платформами с ретрансляторами другого типа, которые двигаются на высоких скоростях.

Поэтому любая система, которую хотят использовать для детектирования дрейфа или погрешностей выходных частот генератора, должна быть способна также учитывать влияние доплеровских эффектов на передаваемые сигналы. К сожалению, в то время как относительное движение между станциями сопряжения и спутниками определяется хорошо, движение между спутниками и абонентскими терминалами - нет. Известные схемы систем связи были неспособны учитывать воздействие доплеровских эффектов, обусловленное этим последним движением, особенно при наличии одновременных погрешностей генератора.

Одно из технических решений, используемых для того, чтобы содействовать компенсации доплеровских эффектов или погрешностей генератора, состоит в том, чтобы использовать то, что называется буферным устройством для устранения искажений из-за перекоса, которое временно запоминает часть принятых сигналов так, что они могут сдвигаться во времени. Размер и объем памяти буферного устройства для устранения искажений из-за перекоса определяет пределы величины сдвига частоты или погрешности, которую может компенсировать устройство. Размеры буферного устройства ограничиваются известными факторами стоимости и конструкции. К сожалению, для больших величин доплеровского смещения величина памяти сигнала, необходимая для осуществления компенсации, превышает обычный объем памяти буферного устройства для устранения искажений из-за перекоса. Кроме того, если генератор абонентского терминала в значительной степени дрейфует или продолжает дрейфовать во время связи, что является вероятным для систем, использующих недорогие генераторы, то погрешности частоты также превышают объем памяти буферного устройства для устранения искажений из-за перекоса, и синхронизация линии связи теряется.

Следовательно, имеется необходимость в способе и устройстве для разделения и определения как погрешностей точности генератора или частотной синхронизации, так и погрешностей, вызванных доплеровскими эффектами, испытываемыми абонентскими терминалами, действующих в системе связи. Это решение должно быть обеспечено очень надежно, без неуместной сложности или увеличения стоимости. Особенно желательно измерять и учитывать доплеровские эффекты, возникающие между абонентскими терминалами и спутниками, ретранслирующими сигналы связи.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания способа для разделения погрешностей генератора приемника и доплеровских эффектов, возникающих в абонентских терминалах, действующих в пределах системы связи.

Другой задачей настоящего изобретения является разработка способа определения относительной величины погрешностей в генераторах приемников системы связи, в которых сигналы связи испытывают высокие уровни доплеровского смещения.

Еще одной задачей изобретения является разработка способа определения относительной величины доплеровского смещения частоты принимаемого сигнала в абонентских терминалах в системах связи.

Преимущество изобретения состоит в том, что оно может быть осуществлено с минимальным усложнением и даже не требуя настройки частоты генератора абонентского терминала.

Эти и другие задачи и преимущества реализуются в способе и устройстве для быстрого обнаружения сдвигов частоты, например, таких, которые вызваны погрешностями в генераторах, используемых абонентскими терминалами в системах связи, или доплеровскими сдвигами. Иллюстративные системы связи включают беспроводные МДСКР системы связи с расширением спектра, использующие низкоорбитальные спутники Земли, а абонентские терминалы обычно содержат радиотелефоны. Однако специалисту должно быть очевидно, что настоящее изобретение может также применяться к разнообразным спутниковым системам и формам сигналов или к неспутниковым ретрансляционным системам.

Согласно предпочтительному варианту воплощения настоящего изобретения сигнал передается на заданной несущей частоте от станции сопряжения или базовой станции к абонентскому терминалу, с использованием передатчиков аналоговых сигналов. Этот сигнал обычно является пилот-сигналом или сигналом поискового вызова, хотя могут также использоваться и сигналы других типов или названий. Предпочтительно, чтобы сигнал предварительно корректировался с учетом коэффициента доплеровского сдвига для известного доплеровского смещения частоты, возникающего между базовой станцией или станцией сопряжения и спутником, используемым для передачи сигнала. Когда для передачи сигнала спутник не используется, такой доплеровский сдвиг обычно не компенсируется. Этот процесс использует элемент предварительной коррекции, связанный с аналоговым передатчиком базовой станции или станции сопряжения, предпочтительно на входном тракте полосы частот модулирующих сигналов.

Приемник абонентского терминала измеряет величину сдвига частоты относительно ожидаемой номинальной несущей частоты передачи для сигналов, достигающих абонентского терминала. Этот сдвиг определяется относительно генератора абонентского терминала, масштабированного для соответствующей полосы частот. Измеренный сдвиг трактуется как возникающий в результате исключительно второго коэффициента доплеровского сдвига или доплеровского сдвига, возникающего между спутником и абонентским терминалом, и определяет желаемый коэффициент предварительной коррекции частоты, который может использоваться для генерации соответствующих сигналов обратной линии связи. В системах, в которых для приема сигналов от системы связи спутник не используется, измеренный сдвиг трактуется также как второй коэффициент доплеровского сдвига, но только возникающий между абонентским терминалом и базовой станцией.

Абонентский терминал использует передатчик для генерации сигналов обратной линии связи для передачи к станции сопряжения или к базовой станции, через тот же спутник, в тех системах, в которых спутник используется. Сигналы обратной линии связи обычно, но не обязательно, генерируются номинально на другой несущей частоте, но включают любую погрешность генератора, масштабированную к полосе частот передачи из-за преобразования с повышением частоты. Этот сигнал может либо иметь частоту, предварительно скорректированную с использованием желаемого коэффициента предварительной коррекции, либо коэффициент предварительной коррекции может быть присоединен или введен в сигнал для передачи в качестве информации о сдвиге частоты. Когда этот сигнал обратной линии связи принимается на станции сопряжения, то первый коэффициент доплеровского сдвига, там где имеется только он один, удаляется из частотных измерений, например, путем настройки опорной частоты приемника или путем использования фазовращателя. Если в абонентском терминале не применялась предварительная коррекция частоты в отношении второго коэффициента доплеровского сдвига (плюс погрешность), то станция сопряжения для этого использует информацию, обеспеченную абонентским терминалом.

Для линии связи этого абонентского терминала выполняется измерение частотного сдвига или разности между частотой сигнала обратной линии связи абонентского терминала, скорректированного относительно первого коэффициента доплеровского сдвига, и частотой обратной линии связи, ожидаемой станцией сопряжения. Этот сдвиг обеспечивает измерение номинальной погрешности, на которую может воздействовать базовая станция или станция сопряжения, например, используя один или более управляющих процессоров для того, чтобы разделить значение пополам и масштабировать его к частоте генератора абонентского терминала, потому что оно представляет собой удвоенную погрешность генератора для абонентского терминала с удаленным доплеровским сдвигом для канала обратной линии связи.

Погрешность, обнаруженная в соответствии с настоящим изобретением, может затем передаваться к абонентскому терминалу для дальнейшего использования при настройке или компенсации выходной частоты генератора, или может использоваться базовыми станциями и станциями сопряжения для компенсации погрешностей частоты в принимаемых сигналах. То есть абонентский терминал может регулировать или компенсировать погрешность частоты генератора, чтобы приблизиться к точности генератора станции сопряжения, таким образом, снижая погрешность частоты в терминале. Такая регулировка может иметь место на периодических интервалах или тогда, когда это желаемо, для обеспечения точности конкретной системы связи.

Данные о погрешностях генератора могут также использоваться для регулировки синхронизации абонентского терминала, отслеживания времени или относительного времени, в дополнение к настройке частоты. То есть местное время в абонентском терминале регулируется с целью учета погрешностей, вызванных ошибками или погрешностью частоты генератора, таким образом, чтобы параметры, зависящие от времени, были определены более точно. Кроме того, синхронизация и внутренние тактовые сигналы могут регулироваться таким образом, чтобы синхронизация псевдошумовых и ортогональных кодов регулировалась путем опережения или задержки применения таких кодов на заданное число чипов, с целью учета погрешностей синхронизации, вызванных погрешностями генератора.

В некоторых системах связи или терминалах для абонентского терминала такой метод может оказаться неудобным или нерентабельным для выполнения точных настроек по частоте передачи, необходимых для точной коррекции частоты. С другой стороны, абонентский терминал не регулирует частоту генератора, а запоминает значение погрешности в элементе памяти или другом известном запоминающем устройстве. Затем значение погрешности восстанавливается на некоторой предварительно заданной основе и добавляется или вводится в сигналы связи, чтобы информировать приемные станции сопряжения о приблизительной величине погрешности генератора в данный момент. Значение величины погрешности может посылаться как часть запроса доступа, или зондирующих сообщений, или сигналов радиообмена. Погрешность при желании может также посылаться к станции сопряжения в качестве исключительных данных в отдельном сигнале.

Перенос данных о погрешности без фактической коррекции опорной частоты генератора упоминается как "виртуальная предварительная коррекция". То есть принимаемые сигналы могут обрабатываться базовыми станциями или станциями сопряжения так, как будто они были предварительно скорректированными на протяжении всего времени, когда они имеют эти данные.

В альтернативном варианте воплощения частотные сдвиги, измеренные в абонентском терминале, трактуются как получающиеся исключительно в результате погрешности генератора в абонентском терминале, и это используется для того, чтобы установить желаемое значение предварительной коррекции частоты для сигналов обратной линии связи. В этой конфигурации частота сигналов обратной линии связи, измеренная на базовой станции или станции сопряжения, с известным устраненным доплеровским сдвигом, возникающим на пути от станции сопряжения к спутнику, обеспечивает номинальную оценку доплеровского сдвига, возникающего на пути от спутника к абонентскому терминалу или на пути от базовой станции к абонентскому терминалу. Это значение может быть разделено пополам, поскольку оно представляет собой удвоенный доплеровский сдвиг на абонентском терминале с исключенной погрешностью генератора для абонентского терминала. Как и ранее, эта оценка доплеровского сдвига может передаваться к абонентскому терминалу для улучшения предварительной коррекции частоты или для использования в виртуальной предварительной коррекции.

Результатом является быстрый механизм для отделения погрешности генератора от доплеровских эффектов в абонентском терминале, так, что погрешности могут быть определены без требования чрезмерно сложных или дорогих схем. Это может быть выполнено без требования к абонентскому терминалу как исправления таких погрешностей, так и исправления доплеровских эффектов.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных вариантов его воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых

фиг.1 изображает известную систему связи, в которой используется настоящее изобретение;

фиг. 2 изображает схему устройства приемопередатчика для использования в абонентском терминале;

фиг. 3 изображает схему устройства передачи и приема для использования в станции сопряжения или базовой станции;

фиг. 4 изображает схему устройства слежения за частотой, предназначенное для использования в приемниках в системе связи согласно фиг. 1;

фиг.5 изображает шаги, используемые для введения процесса детектирования погрешности по частоте согласно настоящему изобретению;

фиг.6 изображает шаги, используемые для введения процесса детектирования доплеровского сдвига согласно настоящему изобретению.

Настоящее изобретение представляет собой способ и устройство для измерения погрешности генератора или изменений частоты генератора в абонентском терминале при наличии доплеровского эффекта или для измерения доплеровского сдвига при наличии погрешностей генератора. Настоящее изобретение эффективно отделяет погрешности генератора от некоторых доплеровских сдвигов прямой линии связи таким образом, чтобы они могли быть обнаружены и скомпенсированы. Изобретение осуществляет это посредством измерения сдвигов между локальной опорной или ожидаемой частотой и частотой сигналов прямой линии связи, принимаемых абонентским терминалом, предварительно скорректированной относительно доплеровского сдвига, возникающего на пути спутник - станция сопряжения, там где это уместно. Измеренные сдвиги трактуются как возникающие исключительно в результате доплеровского сдвига между базовой станцией или спутником и абонентским терминалом, и используются для того, чтобы установить желаемое значение предварительной коррекции частоты или коэффициент для сигналов обратной линии связи. Сдвиг частоты измеряется для таких сигналов обратной линии связи, поступающих на базовую станцию или станцию сопряжения от абонентского терминала, относительно ожидаемой частоты, с устраненным, где это необходимо, известным доплеровским сдвигом на линии спутник - станция сопряжения, для измерения номинальной погрешности. Это измерение делится пополам и масштабируется к частоте генератора абонентского терминала, потому что оно представляет собой удвоенную погрешность генератора для абонентского терминала с устраненным доплеровским сдвигом для всех участков тракта обратной линии связи.

С другой стороны, сдвиги, измеренные в абонентском терминале, трактуются как возникающие исключительно в результате погрешности генератора абонентского терминала и используются, чтобы установить желаемое значение предварительной коррекции частоты. В этой ситуации сдвиг частоты сигналов обратной линии связи, поступающих на базовые станции или станции связи, измеряется с устраненным известным доплеровским сдвигом, возникающим на пути спутник - станция сопряжения, с целью обеспечения номинальной оценки доплеровского сдвига прямой линии связи или линии связи от спутника к абонентскому терминалу. Затем это значение делится пополам и используется в качестве оценки доплеровского сдвига абонентского терминала.

Настоящее изобретение особенно подходит для использования в системах связи, использующих низкоорбитальные спутники Земли. Однако специалисту должно быть понятно, что концепция настоящего изобретения может также применяться к спутниковым системам, которые не используются для целей связи. Изобретение также применимо к спутниковым системам, в которых спутники перемещаются не по низким орбитам, или к не спутниковым ретрансляционным системам, если в них имеется относительное перемещение между станциями сопряжения или базовыми станциями и абонентскими терминалами, достаточное для того, чтобы влиять на принимаемые частоты несущей.

Предпочтительный вариант воплощения изобретения обсуждается подробно далее. Специалист признает, что могут использоваться и другие шаги, конфигурации и компоновки без отступления от сущности и рамок настоящего изобретения. Настоящее изобретение может найти применение в разнообразных беспроводных системах передачи информации и связи, включая предназначенные для определения положения, а также в спутниковых и наземных сотовых телефонных системах. Предпочтительным применением является применение в беспроводных МДСКР системах связи с расширением спектра, предназначенных для подвижной или мобильной телефонной службы сервиса, обычно использующей спутниковые ретрансляторы.

На фиг.1 иллюстрируется пример системы радиосвязи, в которой оказывается полезным применение настоящего изобретения. Подразумевается, что эта система связи использует сигналы связи МДСКР типа, но это не обязательно. В части системы 100 связи (фиг.1) показаны одна базовая станция 112, два спутника 116 и 118 и две связанных станции сопряжения или концентратора 120 и 122, предназначенные для осуществления связи с двумя отдаленными абонентскими терминалами 124 и 126. Обычно базовые станции и спутники/станции сопряжения являются компонентами отдельных систем связи, упоминаемых как наземные и спутниковые, хотя это необязательно. Общее количество базовых станций, станций сопряжения и спутников в таких системах зависит от желаемой пропускной способности системы и других факторов, хорошо изученных в технике.

Каждый из абонентских терминалов 124 и 126 имеет или содержит устройство беспроводной связи, такое как телефон сотовой связи, приемопередатчик данных или приемник поискового вызова или определения положения, и по желанию может быть ручным или может быть установленным на транспортном средстве. Здесь абонентские терминалы иллюстрируются в виде ручных телефонов. Однако концепции изобретения применимы к неподвижным модулям, где желательно наличие службы сервиса дальней беспроводной связи, включая "внутренние", а также "открытые" местоположения.

Вообще лучи от спутников 116 и 118 охватывают различные географические территории в заданных конфигурациях. Лучи на различных частотах, также называемые как МДСКР каналы или "суб-лучи", могут направляться так, чтобы перекрывать одну и ту же область. Специалистам также должно быть понятно, что зона охвата луча или зона обслуживания для многочисленных спутников, или конфигурации антенн для многочисленных базовых станций, могут рассчитываться так, чтобы перекрыться полностью или частично в данной области в зависимости от структуры системы связи и типа предлагаемой службы сервиса, и от того, достигается ли пространственное разнесение.

К настоящему времени было предложено большое количество многоспутниковых систем связи с иллюстративной системой, использующей порядка 48 или более спутников, движущихся в восьми различных орбитальных плоскостях на низкой околоземной орбите для обслуживания большого количества абонентских терминалов. Однако специалист легко поймет, как концепции настоящего изобретения применимы к разнообразным спутниковым системам и конфигурациям станций сопряжения, включая другие орбитальные расстояния и расположения спутников. В то же самое время изобретение одинаково применимо к наземным системам различных конфигураций базовых станций.

Некоторые возможные пути прохождения сигналов иллюстрируются для сообщений, передаваемых между абонентскими терминалами 124 и 126 и базовой станцией 112, или через спутники 116 и 118 со станциями сопряжения 120 и 122. Линии связи базовая станция - абонентский терминал показаны линиями 130 и 132. Линии связи спутник - абонентский терминал между спутниками 116 и 118 и абонентскими терминалами 124 и 126 показаны линиями 140, 142 и 144. Линии связи станция сопряжения - спутник, между станциями сопряжения 120 и 122 и спутниками 116 и 118, показаны линиями 146, 148, 150 и 152. Станции сопряжения 120 и 122 и базовая станция 112 могут использоваться как часть одно- или двусторонних систем связи или просто для того, чтобы передавать сообщения или данные к абонентским терминалам 124 и 126.

Система связи 100 в основном включает один или более глобальных контроллеров 160 системы или коммутирующих сетей. Иллюстративными элементами, используемыми в таких контроллерах, являются службы переключения мобильной телефонной связи (MTSO, СПМТ), которые включают интерфейс и схемы обработки для управления маршрутизацией телефонных звонков между коммутируемой телефонной сетью общего пользования (PSTN, КТСОП) и станциями сопряжения. Другое примерное оборудование включает центры управления наземными операциями и командные центры, которые обеспечивают глобальный контроль системы над синхронизацией, псевдошумовым и ортогональным кодом и присвоением частот, доступом к системе и т.д. для станций сопряжения и спутников. Линия 162 связи, соединяющая контроллеры 160 с различными станциями сопряжения или базовыми станциями, может быть установлена, используя известные методы, такие как закрепленные телефонные линии, оптоволоконные линии связи или микроволновые или выделенные линии спутниковой связи, но не ограничиваясь ими.

На фиг.2 иллюстрируется пример приемопередатчика 200 для использования в абонентском терминале 106. Приемопередатчик 200 использует по меньшей мере одну антенну 210 для приема сигналов связи, которые передаются в аналоговый приемник 214, где они преобразуются с понижением частоты, усиливаются и преобразуются в цифровую форму. Элемент антенного переключателя (дуплексора) 212 обычно используют для того, чтобы обеспечить возможность одной антенне выполнять и функции приема, и функции передачи. Однако некоторые системы используют отдельные антенны для работы на разных частотах приема и передачи.

Цифровые сигналы связи с выхода аналогового приемника 214 передаются по меньшей мере к одному приемнику 216А цифровых данных и по меньшей мере к одному цифровому приемнику 218 поискового устройства. Дополнительные приемники 216B-216N цифровых данных могут использоваться для получения желаемых уровней разнесения сигналов, в зависимости от приемлемого уровня сложности модулей, что должно быть очевидно для специалиста.

По меньшей мере один процессор 220, управляющий абонентским терминалом, соединяется с приемниками 216A-216N данных, а также с приемником 218 поискового устройства. Управляющий процессор 220 обеспечивает, наряду с другими функциями, основную обработку сигнала, синхронизацию, управление или координацию мощности и перераспределения каналов связи от одной ячейки к другой и выбор частоты, используемой для несущих сигналов. Другая основная функция управления, часто выполняемая управляющим процессором 220, представляет собой выбор или манипуляцию псевдошумовых кодовых последовательностей или ортогональных функций, которые должны использоваться для обработки форм сигналов связи. Обработка сигналов управляющим процессором 220 может включать определение относительной мощности сигнала и расчет различных связанных параметров сигналов. Такие расчеты параметров сигналов, например относительной синхронизации и частоты, могут включать использование дополнительных или отдельных закрепленных схем для обеспечения увеличенной эффективности или скорости измерений или улучшенного распределения ресурсов управления обработкой.

Выходы приемников 216А-216N цифровых данных соединяются с цифровыми полосовыми схемами 222, находящимися в пределах абонентского терминала. Абонентские цифровые полосовые схемы 222, работающие в полосе частот, содержат элементы обработки и представления, используемые для передачи информации к абонентскому терминалу или от него. То есть элементы памяти сигнала или данных, такие как временная или длительная цифровая память, входные и выходные устройства, такие как экраны дисплеев, репродукторы, терминалы кнопочного номеронабирателя и телефонные трубки, А/Ц элементы, вокодеры и другие элементы обработки голосовых и аналоговых сигналов и т.д., все образуют части абонентских полосовых схем, использующих элементы, хорошо известные в технике. Если применяется разнесенная обработка сигнала, то абонентские цифровые полосовые схемы 222 могут содержать сумматор и декодер разнесения. Некоторые из этих элементов могут также работать под управлением управляющего процессора 220 или связанно с ним.

Когда звуковые или другие данные готовятся как выходное сообщение или сигнал связи, которая возникает с абонентским терминалом, абонентские цифровые полосовые схемы 222 используются для того, чтобы принимать, запоминать, обрабатывать и, в противном случае, подготавливать желаемые данные для передачи. Абонентские цифровые полосовые схемы 222 подают эти данные в модулятор 226 передачи, действующий под управлением управляющего процессора 220. Выходные данные модулятора 226 передачи передаются в контроллер 228 мощности, который обеспечивает управление выходной мощностью, передаваемой в усилитель 230 мощности передачи для окончательной передачи выходного сигнала от антенны 210 к станции сопряжения.

Как обсуждается далее, для осуществления одного из вариантов воплощения настоящего изобретения абонентский терминал 200 может также использовать один или более элементов предварительной коррекции или предкорректоров 232 и 234. Предпочтительно, элемент 232 предварительной коррекции используется для настройки частоты цифрового выходного сигнала цифрового контроллера 228 мощности на частоту модулирующих сигналов. Спектральная информация полосы частот модулирующих сигналов, включающая частотную настройку, преобразуется на соответствующую центральную частоту в процессе преобразования с повышением частоты, выполняемого усилителем 230 мощности передачи. Предварительная коррекция или настройка по частоте выполняется с использованием методов, хорошо известных в уровне техники. Например, предварительная коррекция может быть произведена вращением фазы комплексного сигнала, которое эквивалентно умножению сигнала на множитель e^jt, где рассчитывается на основе известных эфемерид (астрономических таблиц) спутников и нужной частоты канала. Эта процедура очень полезна, когда сигналы связи обрабатываются как синфазный (I) и квадратурный (сдвинутый по фазе на 90^o) (Q) каналы. Для генерации некоторых составляющих фазового вращения можно использовать прямое цифровое синтезирующее устройство. С другой стороны, для выполнения ряда дискретных фазовых вращении, в результате приводящих к желаемому полному фазовому вращению, можно использовать элемент расчета цифрового фазового вращения координаты, который применяет сдвиги, сложения и вычитания в двоичном виде. Такие методы, а также соответствующее оборудование хорошо известны в технике.

Как альтернатива, элемент 234 предварительной коррекции может быть расположен в тракте передачи на выходе усилителя 230 мощности передачи для подстройки частоты выходящего сигнала. Это может быть выполнено с использованием известных методов, таких как преобразование формы передаваемого сигнала с повышением или понижением частоты. Однако изменение частоты на выходе аналогового передатчика может быть более трудным из-за того, что часто для формирования формы сигнала используется последовательность фильтров, и изменения в данной точке соединения могут влиять на процесс фильтрования. С другой стороны, элемент 234 предварительной коррекции может образовывать часть механизма частотной селекции или частотного управления для аналогового каскада (230) преобразования с повышением частоты и модуляции сигнала абонентского терминала так, чтобы соответственно отрегулированная частота использовалась для преобразования цифрового сигнала на желаемую частоту передачи в одном шаге.

Информация или данные, соответствующие одному или более измеренным параметрам сигнала для принимаемых сигналов связи, или, соответствующее одному или более совместно используемым сигналам ресурса, могут посылаться к станциям сопряжения, используя разнообразное множество методов, известных в технике. Например, информация может передаваться в виде отдельного информационного сигнала или может добавляться в конец к другим сообщениям, подготовленным абонентскими цифровыми полосовыми схемами 222. С другой стороны, информация может вводиться в виде предварительно заданных битов управления посредством модулятора 226 передачи или контроллера 228 мощности передачи под управлением управляющего процессора 220.

Приемники 216A-N данных и приемник 218 поискового устройства конфигурируются с элементами корреляции сигнала так, чтобы демодулировать и отслеживать характерные сигналы. Приемник 218 поискового устройства используется для того, чтобы осуществлять поиск пилот-сигналов или других интенсивных сигналов относительно зафиксированной конфигурации, в то время как цифровые приемники 216A-N используются для того, чтобы демодулировать другие сигналы, связанные с обнаруженными пилот-сигналами. Следовательно, выходы этих модулей могут контролироваться с целью определения энергии в или на частоте пилот-сигнала или других сигналов. Эти приемники используют элементы отслеживания частоты, которые могут контролироваться для того, чтобы обеспечить информацию о текущей частоте и синхронизации для управляющего процессора 220 для сигналов, подвергающихся демодуляции.

Управляющий процессор 220 использует такую информацию для того, чтобы определять, до какой степени принимаемые сигналы смещаются относительно ожидаемой частоты приема или относительно частоты генератора, во время подходящего масштабировании к одинаковой полосе частот. Эта и другая информация, связанная с погрешностями частоты и доплеровскими сдвигами, как обсуждается ниже, при желании может запоминаться в одном или более элементах 236 хранения или памяти погрешности частоты доплеровских сдвигов. Эта информация может использоваться управляющим процессором 220 для настройки рабочей частоты генератора или может передаваться к станциям сопряжения или базовым станциям с использованием различных сигналов связи.

По меньшей мере один элемент 238 системы отсчета времени используется для того, чтобы генерировать и запоминать хронологическую информацию, например, дату и время дня. Одно использование этой информации состоит в том, чтобы содействовать определению положений спутников на известных орбитах. Время может сохраняться и обновляться периодически, а сигнал универсального времени (UT, УВ) от приемника системы глобального позиционирования (GPS) в некоторых применениях может использоваться как часть этого процесса. Также время может периодически подаваться к абонентскому терминалу станцией сопряжения. Кроме того, текущее время запоминается каждый раз, когда абонентский терминал переходит в пассивный режим, например, когда он "выключен". Это значение времени используется в сочетании с временем "выключения" для того, чтобы определять различные параметры сигнала, зависящие от времени, а также изменения положения абонентского терминала. В основном гетеродин работает в качестве опорного генератора для схемы синхронизации, используемой для генерации или отслеживания времени в элементе 238 опорного времени, а погрешности могут вызвать дрейф или неточность "времени".

Как показано на фиг.2, гетеродин или генератор 240 опорной частоты используется в качестве опорного для аналогового приемника 214 с целью преобразования поступающего сигнала с понижением частоты в полосу частот модулирующих сигналов на желаемой частоте. Он также при желании может использоваться на многочисленных промежуточных шагах преобразования до тех пор, пока сигнал не окажется на желаемой частоте полосы частот модулирующих сигналов. Как показано, генератор 240 также используется в качестве опорного для аналогового передатчика 230, для преобразования с повышением частоты с полосы частот модулирующих сигналов до желаемой несущей частоты для передачи по обратной линии связи. Следовательно, погрешности гетеродина влияют на обработку как входного, так и выходного сигнала.

Генератор 240 также используется в качестве стандарта частоты или опорного генератора для схемы 242 синхронизации. Схема 242 синхронизации генерирует синхросигналы для других каскадов или элементов обработки, находящихся в пределах абонентского терминала 200, таких как схемы отслеживания времени или корреляторы в цифровых приемниках 216A-N и 218, или модулятор 226 передачи, элемент 236 системы отсчета времени и управляющий процессор 220. Частота на выходе генератора может настраиваться для формирования желаемых синхросигналов с использованием известных схем, что также известно в технике. Такие синхронизирующие сигналы обычно упоминаются для многих схем как тактовые сигналы. Схема 242 синхронизации может также быть скомпонована так, чтобы под управлением процессора генерировать задержки, запаздывание или опережение в относительной синхронизации тактовых сигналов. То есть отслеживание времени может регулироваться на предварительно заданные величины. Это также позволяет сдвигать применение кодов с опережением или с запаздыванием относительно "нормальной" синхронизации, обычно на один или более периодов чипов, так, чтобы псевдошумовые коды или чипы, составляющие коды, могли применяться при желании с различной синхронизацией.

Отсюда становится понятным, почему выход генератора 240 играет такую ключевую роль при приеме и демодуляции сигналов связи, а также в генерации выходных сигналов связи. Погрешности частоты на выходе генератора 240 или дрейф этой частоты в процессе использования воздействуют на используемые значения частоты и синхронизацию фактически во всех входных и выходных каскадах абонентского терминала 200.

Иллюстративное устройство 300 передачи и приема для использования в станциях 120 и 122 сопряжения или в базовой станции показано на фиг.3. Часть станции 120, 122 сопряжения имеет один или более аналоговых приемников 314, соединенных с антенной 310 для приема сигналов связи, которые затем преобразуются с понижением частоты, усиливаются и преобразуются в цифровую форму с использованием различных схем, известных в технике. Многочисленные антенны 310 используются в некоторых системах связи. Преобразованные в цифровую форму сигналы с выхода аналогового приемника 314 подаются в качестве входных сигналов по меньшей мере в один цифровой приемный модуль, показанный пунктирными линиями в целом как 324.

Каждый цифровой приемный модуль 324 соответствует элементам обработки сигнала, используемым для того, чтобы управлять связью между станцией сопряжения 120, 122 и одним абонентским терминалом 124, 126, хотя в технике известны некоторые вариации. Один аналоговый приемник 314 может обеспечивать входные сигналы для многих цифровых приемных модулей 324, и обычно на станциях 102 сопряжения используется набор таких модулей, с целью согласовать все спутниковые лучи и возможные сигналы режима разнесения, подлежащие обработке в любое заданное время. Каждый цифровой приемный модуль 324 имеет один или более приемников 316 цифровых данных и приемников 318 поискового устройства. Приемники 318 поискового устройства в основном осуществляют поиск подходящих режимов разнесения сигналов, отличных от пилот-сигналов. Там, где это осуществляется в системе связи, многочисленные приемники 316A-316N цифровых данных используются для приема сигналов разнесения.

Выходные сигналы приемников 316 данных подаются к последующим элементам 322 полосовой обработки, содержащим устройства, которые хорошо известны в технике и здесь подробно не описываются. Полосовое устройство включает сумматоры и декодеры

разнесения, предназначенные для объединения многолучевых сигналов в один выходной сигнал для каждого абонента. Полосовое устройство также включает интерфейсные схемы для обеспечения выходных данных, обычно в цифровой коммутатор или сеть. Множество других разнообразных известных элементов, таких как вокодеры, модемы данных и коммутаторы цифровых данных и компоненты памяти, но не ограничиваясь ими, могут формировать часть элементов 322 полосовой обработки. Эти элементы функционируют также для того, чтобы управлять или направлять передачу сигналов данных к одному или более передающим модулям 334.

Каждый из сигналов, подлежащих передаче к абонентским терминалам, связывается с одним или более подходящим передающим модулем 334. Типичная станция сопряжения использует набор таких передающих модулей 334 для обеспечения одновременного обслуживания многих абонентских терминалов 124, 126, а также одновременно для нескольких спутников и лучей. Число передающих модулей 334, используемых станциями сопряжения 120, 122, определяется факторами, известными в технике, включая сложность системы, число спутников в поле зрения, пропускной способности абонентов, выбранной степени разнесения и т.п.

Каждый передающий модуль 334 включает модулятор 326 передачи, который модулирует с расширением спектра данные для передачи и имеет выход, соединенный с цифровым контроллером 328 мощности передачи, управляющим мощностью передачи, используемой для выходящего цифрового сигнала. Цифровой контроллер 328 мощности передачи применяет минимальный уровень мощности с целью уменьшения интерференции и распределения ресурсов, но при необходимости применяет соответствующие уровни мощности, когда требуется компенсировать ослабление в тракте передачи и другие характеристики тракта передачи. Модулятором 326 передачи используется по меньшей мере один генератор 332 псевдошумовых кодов в процессе расширения спектра сигналов. Эта генерация кода может также образовать функциональную часть одного или более управляющих процессоров или элементов памяти, используемых в станциях сопряжения 122, 124 или в базовой станции 112, и может быть разделена во времени.

Выходной сигнал контроллера 328 мощности передачи передается в сумматор 336, где он суммируется с выходными сигналами других схем управления мощностью передачи. Эти выходные сигналы являются сигналами, предназначенными для передачи к другим абонентским терминалам 124, 126, на такой же частоте и в пределах того же луча, как у выходного сигнала контроллера 328 мощности передачи. Выходной сигнал сумматора 336 подается в аналоговый передатчик 338 для цифроаналогового преобразования, преобразования к соответствующей частоте высокочастотной несущей, дополнительного усиления, фильтрации и выведения к одной или более антеннам 340 для излучения к абонентским терминалам 124, 126. Антенны 310 и 340 могут быть и одинаковыми антеннами в зависимости от сложности и конфигурации системы связи.

По меньшей мере один управляющий процессор 320 станции сопряжения соединяется с приемными модулями 324, с передающими модулями 334 и с полосовыми схемами 322; эти модули могут быть физически отделены друг от друга. Управляющий процессор 320 обеспечивает команды и сигналы управления для осуществления следующих функций: обработка сигналов, генерация синхронизирующих сигналов, управление мощностью, управление перераспределением каналов связи от одной ячейки к другой, объединение разнесения и взаимное согласование интерфейсов систем, но не ограничиваясь ими. Кроме того, управляющий процессор 320 присваивает псевдошумовые коды расширения, последовательности ортогональных кодов и конкретные передатчики и приемники или модули для использования в абонентских коммуникациях.

Управляющий процессор 320 также управляет генерацией и мощностью пилот-сигналов, сигналов синхронизации и сигналов канала поискового вызова, а также их связью с контроллером 328 мощности передачи. Пилот-сигнал или канал представляет собой просто сигнал, который не модулируется данными и может использовать повторяющуюся неизменную конфигурацию или структуру кадров неизменного типа, поступающую в модулятор 326 передачи. То есть ортогональная функция, код Уолша, используемый для образования канала для пилот-сигнала, главным образом имеет постоянное значение, например все единицы (1) или все нули (0), или известную повторяющуюся конфигурацию, например структурированную конфигурацию перемежающихся единиц (1) и нулей (0). Все это в итоге заканчивается передачей только псевдошумовых кодов расширения, направляемых из генератора 332 псевдошумовых кодов.

Хотя управляющий процессор 320 может быть соединен непосредственно с элементами модуля, такого как передающий модуль 334 или приемный модуль 324, каждый модуль в основном содержит определяемый модулем процессор, такой как процессор 330 передачи или процессор 321 приема, который управляет элементами этого модуля. Таким образом, в предпочтительном варианте воплощения управляющий процессор 320 соединяется к процессору 330 передачи и к процессору 321 приема, как показано на фиг. 3. Таким образом, один управляющий процессор 320 может управлять действиями большого количества модулей и ресурсами более эффективно. Процессор 330 передачи управляет генерацией пилот-сигналов, сигналов синхронизации, сигналов поискового вызова и сигналов канала радиообмена, а также мощностью сигналов и их соответствующей связью с контроллером 328 мощности передачи. Процессор 321 приема управляет поиском, псевдошумовыми кодами расширения для демодуляции и контроля принимаемой мощности.

Для некоторых операций, например управления мощностью совместно используемых ресурсов, станции сопряжения 120 и 122 принимают информацию, например, такую как уровень мощности принимаемого сигнала, частотные измерения или другие параметры сигналов, принимаемых из абонентских терминалов в сигналах связи. Эта информация может быть получена из демодулированных выходных сигналов приемников 316 данных посредством процессоров 321 приема. С другой стороны, эта информация может быть обнаружена как возникающая в предварительно заданных местоположениях в сигналах, контролируемых управляющим процессором 320 или процессорами 321 приема, и передаваемая управляющему процессору 320. Управляющий процессор 320 использует эту информацию (как описывается ниже), чтобы управлять синхронизацией и частотой сигналов, которые передаются и обрабатываются с использованием контроллера 328 мощности передачи и аналогового передатчика 338.

Для того чтобы осуществить варианты воплощения настоящего изобретения, используется один или более предкорректоров или элементов 342 и 344 предварительной коррекции частоты. Предпочтительно, элемент 342 предварительной коррекции используется для настройки частоты цифрового выходного сигнала цифрового контроллера 328 мощности передачи на частоту модулирующих сигналов. Как в абонентском терминале, спектральная информация полосы частот модулирующих сигналов, включая настройку по частоте, преобразуется на соответствующую центральную частоту во время преобразования с повышением частоты, выполняемого в аналоговом передатчике 338. Предварительная коррекция частоты осуществляется с использованием известных в технике методов, таких как вращение фазы комплексного сигнала, обсуждавшееся выше, в котором угол вращения рассчитывается на основе известных эфемерид спутников и желаемой частоты канала. Как и в случае абонентского терминала, в технике хорошо известны другие методы вращения фазы сигнала и соответствующее оборудование.

На фиг. 3 показан предкорректор 342, расположенный в передающем тракте перед сумматором 336. Это позволяет, при желании, осуществлять индивидуальное управление каждым сигналом абонентского терминала. Однако, когда предварительная коррекция выполняется после сумматора 336, можно использовать один элемент предварительной коррекции частоты, поскольку абонентские терминалы совместно используют тот же передающий тракт от станции сопряжения к спутнику.

С другой стороны предкорректор 344 может быть расположен в передающем тракте на выходе аналогового передатчика 338, чтобы настраивать частоту выходящего сигнала, используя хорошо известные методы. Однако изменение частоты на выходе аналогового передатчика может быть более трудным и может интерферировать с процессами фильтрации сигнала. С другой стороны, выходная частота аналогового передатчика 338 может регулироваться непосредственно управляющим процессором 320 для обеспечения измененной выходной частоты, смещенной относительно нормальной центральной частоты.

Величина частотной коррекции, введенной в выходящий сигнал абонентского терминала в прямой линии связи, основана на известном доплеровском сдвиге между станцией сопряжения и каждым спутником, через который устанавливается связь. Величина смещения, которую требуется учитывать для доплеровского сдвига спутника, может быть рассчитана процессором управления 320, используя известные данные о положениях спутниковых орбит. Эти данные могут запоминаться в и отыскиваться из одного или более элементов 346 памяти, таких как справочные таблицы или элементы памяти. При желании эти данные можно также обеспечить из других источников данных. Для создания элементов 346 памяти можно использовать разнообразные известные устройства, такие как схемы ЗУПВ (RAM) и ПЗУ (ROM) или магнитные запоминающие устройства. Эта информация используется для того, чтобы в любое заданное время устанавливать регулировку доплеровского сдвига для каждого спутника, который используется станцией сопряжения.

Как показано на фиг.3, модуль 348 точного времени и частоты (TFU, МТВЧ) обеспечивает сигналы опорной частоты для аналогового приемника 314. В некоторых применениях сигнал универсального времени (УВ) из приемника системы глобального позиционирования может использоваться как часть этого процесса. При желании он может также использоваться в многочисленных промежуточных шагах преобразования. Как показано, МТВЧ модуль 348 также служит в качестве опорного для аналогового передатчика 338. МТВЧ модуль 348 также обеспечивает синхронизирующие сигналы для других каскадов или элементов обработки в пределах станции сопряжения или базовой станции 300, таких как корреляторы в цифровых приемниках 316A-N и 318, или модулятор 326 передачи, а также управляющий процессор 320. МТВЧ модуль 348 по желанию также конфигурируется таким образом, чтобы под управлением процессора осуществлять запаздывание или опережение относительной синхронизации (тактовых) сигналов на заданные величины.

Во время действия системы 100 связи сигнал связи s(t), передаваемый станцией сопряжения 120, 122 абонентскому терминалу 124, 126, использующему несущую частоту f_F, генерируемую станцией сопряжения, испытывает временные задержки, изменение частоты, обусловленное доплеровским сдвигом, и другие эффекты. Во-первых, это происходит при передаче со станции сопряжения к спутникам 116, 118, и во-вторых, когда осуществляется передача со спутников к абонентским терминалам. Сразу после приема сигнала происходит дополнительная задержка при посылке сигнала по обратной линии связи, а также доплеровское смещение при прохождении от абонентского терминала 124, 126 к спутнику 116, 118 и снова от спутника к станции сопряжения.

Если большинство вариаций, обусловленных атмосферными явлениями или характеристиками спутниковых ретранслятора и передатчика, трактуются как имеющие незначительное воздействие, то частота сигнала, поступающего в приемник, существенно (явно) сдвигается от первоначальной абсолютной или опорной частоты f_F вследствие доплеровских эффектов. Следовательно, сигналы связи, принимаемые спутником от станции сопряжения на прямой линии связи, имеют новую или смещенную несущую частоту f_SatF согласно соотношению

_SatF = _F(1-_gs/c), (1)

где _gs - относительная скорость на линии спутник - станция сопряжения или изменение расстояния удаления или дальности за время (упоминаемое как скорость изменения дальности), а с - скорость света, которая приблизительно равна скорости прохождения сигнала через передающую среду (воздух).

Когда сигналы связи, испытывающие этот доплеровский сдвиг, ретранслируются спутником на той же частоте (f_SatF) и впоследствии принимаются абонентским терминалом, они принимаются уже на другой, новой несущей частоте f_Ures согласно соотношению

f_Ures = f_SatF(1-_su/c) = f_F(1-_gs/c)(1-_su/c), (2)

где _su - относительная скорость на линии спутник- абонентский терминал или скорость изменения дальности. Несущая частота _Ures, принимаемая абонентским терминалом, является передаваемой несущей частотой f_SatF, сдвинутой из-за доплеровского сдвига, величина которого в этой точке неизвестна.

Если приемник абонентского терминала настроен таким образом, чтобы осуществлять прием на этой новой частоте (f_Ures) и чтобы возвращать или передавать сигналы на той же частоте, тогда сигналы обратной линии связи, поступающие на станцию сопряжения от абонентского терминала, имеют новую несущую частоту f_Gres согласно соотношению

f_Gres = f_Ures(1-_sg/c)(1-_us/c), (3)

где _us - относительная скорость на линии спутник- абонентский терминал или скорость изменения дальности, которая равна скорости _us, a _sg - относительная скорость на линии спутник - станция сопряжения, которая равна _sg.

Вышеупомянутые соотношения предполагают, что используется одна номинальная частота. Однако, по известным причинам, системы спутниковой связи обычно чаще компонуются таким образом, чтобы использовать различные номинальные частоты или полосы частот для различных участков прямой и обратной линий связи. Например, они могут использоваться, чтобы минимизировать интерференцию или увеличивать управление некоторыми усилителями и функциями усиления в спутниках. То есть различные центральные или номинальные частоты используются соответственно для каждой из линий связи: от станции сопряжения к спутнику, от спутника к абонентскому терминалу, от абонентского терминала к спутнику и от спутника к станции сопряжения. Например, станция сопряжения может передавать сигналы на частоте f_F1, в то время как передача сигналов по прямой линии связи спутник - абонентский терминал осуществляется на номинальной частоте f_F2, сигналы обратной линии связи, передаваемые абонентским терминалом, могут иметь номинальную частоту f_R1, а спутниковые сигналы обратной линии связи имеют номинальную частоту f_R2. В этой ситуации частоты принимаемых сигналов для этих линий связи f_SatF, f_Urec, f_SatR и f_Grec, cooтветственно, после доплеровского смещения становятся равными



Для простоты последующее обсуждение, за исключением некоторых обобщений, будет ограничено использованием двух частот, каждая из которых используется для всей прямой линии связи от станции сопряжения до абонентского терминала, а затем для обратной линии связи, в результате получают следующие соотношения для сигналов связи:



где f_F= f_F1= f_F2 и f_R=f_R1=f_R2. Специалисты легко поймут, как применить концепции настоящего изобретения в условиях использования различных многочисленных частот.

В системе спутниковой связи положение и относительное движение спутников в пределах их орбит в любое заданное время известно с высокой степенью достоверности (известные эфемериды). В тех пределах, в которых положения спутников изменяются в любое заданное время, имеются известные в технике способы для точного определения таких вариаций или новых положений и траекторий. Например, сигналы могут передаваться от станции сопряжения к спутнику и обратно для определения изменения скорости или расстоянии, которые сравниваются с ранее сохраненными данными. Следовательно, при использовании известных методов, таких как справочные таблицы, элементы памяти, интерполяция и различные вычислительные методы, но не ограничиваясь ими, становятся известными положение и движение каждого спутника, используемого в системе связи, относительно любой станции сопряжения. Эта информация может запоминаться или рассчитываться на каждой станции сопряжения или может периодически подаваться из центров централизованного управления.

В любом случае при использовании известной информации о положении и движении спутников могут определяться или становятся известными коэффициент доплеровского сдвига для трактов станция сопряжения - спутник (1-_gs/c) и спутник - станция сопряжения (1-_sg/c) или для участков любой линии связи. Эти значения доплеровских сдвигов могут генерироваться или определяться станцией сопряжения фактически для любой комбинации линий связи спутника и станции сопряжения.

Следовательно, обозначая член доплеровского сдвига тракта спутник - станция сопряжения как D₁ и член доплеровского сдвига тракта спутник - абонентский терминал как D₂, вышеупомянутые соотношения для частот f_Gres, и f_Ures можно заново сформулировать как

f_Urec=f_FD₁D₂; (10)

f_Grec=f_FD₁ ²D₂ ² (11)

для режима с одной номинальной частотой (f=f_R=f_F) и

f_Grec=f_FD₂D₁ (12)

для режима с двумя номинальными частотами (отдельные частоты обратной линии связи, f_Rf_F), когда член D₂ является единственной неизвестной величиной при передаче сигналов к станции сопряжения (или к абонентскому терминалу).

Поскольку для станции сопряжения известны эфемериды спутников или положения орбит, то для станции сопряжения можно выполнять предварительную коррекцию на доплеровский сдвиг. То есть станция сопряжения настраивает частоту сигналов на доплеровский сдвиг (D₁) для линии связи станция сопряжения - спутник для конкретного используемого спутника, перед тем как сигналы будут передаваться. Это можно сделать, используя элементы предварительной коррекции. В этой ситуации принимаемые частоты f_Grec и f_Urec становятся равными

f_Urec=f_FD₂; (13)

f_Grec=f_RD₂D₁. (14)

Последняя частота настраивается после приема станцией сопряжения так, чтобы устранить или компенсировать известный доплеровский сдвиг (D₁). С другой стороны, в некоторых системах передача по прямой линии связи могла бы быть предварительно скорректирована на известный член доплеровского сдвига обратной линии связи (D₂), а также во время исходной передачи.

Однако, как обсуждалось выше, генератор опорной частоты в абонентском терминале не может точно работать на ожидаемых частотах f_F или f_R приема или передачи. Вместо этого из-за погрешности или дрейфа генератора выходной сигнал генератора сдвигается на погрешность , которая обычно выражается как дробная часть от желаемой частоты, в частях на миллион (ppm). Этот множитель погрешности вызывает появление сдвигов частоты f_offF или f_offR от частот f_F или f_R, соответственно. То есть генератор не работает на частоте, подходящей для обеспечения ожидаемых или желаемых частот f_F или f_R, либо непосредственно, либо когда масштабируется к этим частотам посредством процесса желаемого преобразования. Нормализованные сдвиги частоты сигнала (масштабированные по частоте) прямой и обратной линий связи соотносятся с погрешностью согласно формуле

= f_offF/f_F=f_offR=f_R

для двухчастотного режима и

= f_offF1/f_F1=f_offF2/f_F2=f_offR1/f_R1=f_offR2/f_R2

для четырехчастотного режима.

Следовательно, когда сигнал связи принимается абонентским терминалом, "измеренная" частота f_MUrec несущей соотносится с передаваемой частотой f_F согласно соотношению

f_MUrec(1+f_offF/f_F)=f_FD₁D₂;

f_MUrec=f_FD₁D₂/(1+f_OffF/f_F) (15)

или

f_MUrec=f_FD₁D₂/(1+). (16)

Если станция сопряжения предварительно корректирует сигналы с учетом доплеровского эффекта (D₁) между станцией сопряжения и спутником для конкретного используемого спутника, тогда это выражение будет иметь вид

f_MUrec=f_FD₂/(1+). (17)

Затем абонентский терминал передает сигнал обратной линии связи на частоте f_R, но используя предварительную коррекцию для того, чтобы учесть доплеровский эффект (D₂) между спутником и абонентским терминалом. Однако этот коэффициент предварительной коррекции будет включать погрешность генератора или коэффициент (1+) сдвига частоты, и погрешность частоты , или сдвиг f_offF/f_R, будет также непосредственно влиять на эту генерацию сигнала, в результате приводя к сигналу f_SatR, поступающему на спутник с частотой, равной

f_SatR=f_R(1+f_offR/f_R)D₂/(D₂/(1+f_offF/f_F)) (18)

или

f_SatR = f_R(1+)D₂/(D₂/(1+)) = f_R(1+)² (19)

и, когда сигнал принимается на станции сопряжения

f_Grec=f_R(1+)²D₁, (20)

где, по определению, станция сопряжения, базовая станция или генераторы не вносят никакой погрешности частоты. Этот сигнал опять компенсируется станцией сопряжения относительно доплеровского сдвига посредством применения отрицательного доплеровского сдвига для устранения значения ₁ доплеровского сдвига.

Вышеупомянутый анализ погрешности генератора, казалось бы, должен подразумевать другую степень неопределенности или другую переменную, которую необходимо определять в пределах системы. Однако изобретатели обнаружили, что имеется решение, менее сложное, чем известно в технике, для получения сдвига частоты и, таким образом, для исправления погрешности генератора абонентского терминала. Следовательно, согласно настоящему изобретению информация о частоте и доплеровском сдвиге, связанная с сигналами прямой и обратной линий связи, обрабатывается уникальным способом для получения погрешности генератора, которая затем компенсируется.

Сначала заметим, что вышеупомянутое соотношение для f_Grec может также быть выражено как

f_Grec = f_FD₁(1+2+())². (21)

Для сигналов связи или систем, представляющих интерес, третий член с показателем степени приближается к нулю. Это результат того, что член погрешности частоты очень мал, обычно порядка от единицы до десятков частей на миллион (10^-6-10^-5), так что его квадрат дает по существу не измеряемый вклад (10^-12-10^-10). Частоты несущих (f_F и f_R) очень большие, обычно порядка нескольких гигагерц (10⁹). Например, при использовании для передачи и приема иллюстративных номинальных частот несущих 1.618 ГГц и 2.492 ГГц, типичная погрешность, равная 10 частям на миллион (10^-5), генерирует сдвиги частот 16.18 кГц и 24.92 кГц, соответственно, в то время как последний член, приведенный выше, производит смещение порядка 0.16 Гц и 0.24 Гц, соответственно.

Следовательно, для сигналов в обычных системах связи вышеприведенное соотношение для f_Grec может быть сокращено до

f_Grec=f₀D₁(1+2), (22)

которое используется в настоящем изобретении в качестве основы для определения погрешности частоты.

Чтобы определить и выделить погрешность частоты в предпочтительном варианте воплощения изобретения для каждого абонентского терминала, предполагается, что любой сдвиг номинальной несущей частоты для сигналов, принимаемых из станции сопряжения, является результатом доплеровского сдвига D₂. То есть любой сдвиг f_MUrec от ожидаемой частоты f_F, основанный на его генераторе (используемом в качестве опорного для f_F), трактуется как обусловленный величиной D₂. Следовательно, при передаче сигналов обратно к той же самой станции сопряжения, через тот же самый спутник, абонентский терминал компенсирует этот выделенный доплеровский сдвиг D₂ настройкой его частоты передачи. Это выполняется, например, посредством использования элементов предварительной коррекции, обсуждавшихся выше, для применения отрицательного коэффициента доплеровского сдвига, имеющего ту же самую величину, что и квадрат D₂.

Когда сигнал достигает спутника, коэффициент D₂, который должен был бы присутствовать в противном случае, отсутствует или исключен (вследствие компенсации), в результате приводя к тому, что частота f_SatR принимаемого на спутнике сигнала обратной линии связи будет равна

f_SatR=f_RD₁(1+2) (23)

и на станции сопряжения

f_Grec=f_RD₁(1+2). (24)

Как утверждалось выше, на станции сопряжения известна величина D₁ и сразу после определения частоты принятого сигнала станция сопряжения может компенсировать известные доплеровские сдвиги и исключать имеющийся коэффициент D₁. Снова это выполняется, используя элементы предварительной коррекции, обсуждавшиеся выше, чтобы применить отрицательный коэффициент доплеровского сдвига, имеющий ту же самую величину, что и D₁. Следовательно, частота сигнала, принимаемого на станции сопряжения, после двойного прохождения в прямом и обратном направлении, после учета компенсации этого доплеровского сдвига, становится равной

f_Grec=f_RD₁(1+2) (25)

или

f_Grec=f_R(1+2f_offF/f_R)=f_R+2_foffFR. (26)

Так как станция сопряжения знает и эту (измеренную) частоту f_Grec сигнала несущей и ожидаемую частоту передачи f_R (установленную в системе), погрешность генератора или сдвиг для этой линии связи, созданный погрешностью в абонентском терминале, может быть рассчитан согласно соотношениям

(f_Grec-f_R)/2f_R= (27)

и

(f_R-f_Grec)/2=f_offR (28)

с f_offR/f_R = .

Сигнал, возвращаемый абонентским терминалом к станции сопряжения, просто включает в себя удвоенный сдвиг частоты, созданный погрешностью генератора, или удвоенную погрешность. Когда сигнал от станции сопряжения принимается в абонентском терминале, погрешность разделяется на множители и отслеживается, или измеряется частота, и это делается снова, когда генерируется сигнал обратной линии связи для передачи к станции сопряжения или к базовой станции. Измеренная разность между принимаемыми частотами и ожидаемыми частотами делится пополам, чтобы обеспечить погрешность сдвига (здесь f_offR), и масштабируется к частоте генератора абонентского терминала (f_offR/f_R) для того, чтобы обеспечить погрешность .

В этот момент станция сопряжения или базовая станция осуществляют определение погрешности генератора для каждого конкретного абонентского терминала (124, 126), с которым они поддерживают связь, и для которого желательно иметь информацию о погрешностях генератора. Погрешность генератора абонентского терминала или информация о сдвигах частоты может быть передана обратно, к каждому соответствующему абонентскому терминалу, чтобы обеспечить возможность для этого терминала корректировать частоту генератора.

Один из вариантов воплощения для выполнения частотных измерений иллюстрируется на фиг.4, которая представляет общий вид контура 400 отслеживания частоты, предназначенного для использования в абонентском терминале или в приемнике станции сопряжения. Сигналы связи от аналогового приемника поступают в фазовращатель 402, который работает на выбранной частоте или величине вращения фазы для того, чтобы передавать выборки к последующим каскадам. Выборки, прошедшие через фазовращатель, передаются к одному или более элементам 404 комбинирования, обычно это умножители, для комбинирования с соответствующими псевдошумовыми кодами расширения спектра системы и ортогональными кодами, соответственно, там, они где используются. Эти коды обеспечиваются по меньшей мере одним генератором или источником 406 кодов. Для отслеживания частоты обычно используется один ортогональный код для генерации пилот-сигналов или сигналов поискового вызова. С другой стороны, псевдошумовые коды расширения спектра и ортогональные коды могут комбинироваться между собой, а затем комбинироваться с выборками в отдельном шаге. Там, где для настройки частоты используются каналы радиообмена, вместо элемента 404 комбинирования и генератора 406 кодов может использоваться FHT_ элемент.

Сжатые и декодированные сигналы накапливаются во время периода символа в накопителе 414, как известно, для того чтобы обеспечить символ данных, и результаты подаются в элемент генерации векторного произведения или в генератор 418, а также в элемент 416 временной задержки на один символ. Элемент 416 задержки обеспечивает задержку с периодом один символ перед передачей символов в генератор 418 векторного произведения. Генератор 418 векторного произведения создает векторное произведение между данным символом и предшествующим символом (период символа) для определения погрешности фазы между символами. Для пилот-сигналов это обеспечивает меру погрешности во вращении фазы входного сигнала. Выходной сигнал из генератора 418 векторного произведения обеспечивается для фазовращателя 402 и для генератора 406 кодов в качестве оценки погрешности частоты или коэффициента настройки.

Синхронизация управления для процессов прореживания импульсной последовательности, сжатия спектра и декодирования обеспечивается схемами, например, схемой 424 управления синхронизацией, как раньше. Эта синхронизация может обеспечиваться как выходной сигнал от одного или более контуров отслеживания времени или управляющих элементов, как обсуждалось выше.

Величина, на которую каждый цифровой приемник регулирует фазу или частоту, чтобы настроиться на входной сигнал, используется для определения относительных сдвигов частоты в поступающих сигналах. То есть величина, на которую прореживатель (импульсной последовательности) должен быть отрегулирован для того, чтобы настроиться на сигналы, указывает ту величину, на которую частота поступающих сигналов смещается от ожидаемой частоты или локальной опорной частоты для приемника. Так как система связи работает в пределах установленных наборов частотных полос для сигналов связи, приемники знают центральные или номинальные частоты несущей, чтобы использовать или ожидать их. Однако в результате доплеровского сдвига поступающий сигнал не будет находиться на ожидаемой центральной частоте. Регулировки, обсуждаемые выше, задают сдвиг, который может использоваться для определения доплеровского сдвига и действительной частоты поступающих сигналов.

Это легко выполняется посредством отслеживания полной величины изменения, осуществляемого контуром 400 отслеживания частоты. Сумматор 422 может использоваться для простого накопления и суммирования каждой из оценок погрешности, сигналов или команд за выбранный период. Это обеспечивает полную или суммарную величину изменения, необходимую для настройки поступающего сигнала и частот приемника, и представляет собой сдвиг частоты сигнала от частоты локального абонентского терминала или частоты приемника, масштабированный к соответствующей полосе частот.

Способ или процесс, гарантируемый в соответствии с настоящим изобретением, иллюстрируется в виде блок-схемы на фиг.5. Во время этого процесса определяются относительные частотные сдвиги или погрешности в одном или более абонентских терминалов. Обнаруженные погрешности затем используются, чтобы компенсировать погрешности частоты во время демодуляции сигналов.

Как показано на фиг.5, сигнал связи генерируется на станции сопряжения на номинальной частоте f_F на шаге 500. Этот сигнал обычно является совместно используемым сигналом ресурса типа пилот-сигнала, который принимают почти все абонентские терминалы, обслуживаемые базовой станцией (подверженные секторизации) или станцией сопряжения для МДСКР канала. В другом случае сигнал может быть другим совместно используемым сигналом ресурса или интенсивным сигналом, таким как сигналы поискового вызова или синхронизации, регулярно передаваемые станциями сопряжения.

Перед передачей передаваемый сигнал предварительно корректируется на доплеровский сдвиг на шаге 512. То есть компенсируется известный доплеровский эффект, возникающий для сигналов, проходящих между станцией сопряжения и заданным спутником, через который должен передаваться сигнал. Эта предварительная коррекция может осуществляться, используя элементы предварительной коррекции частоты в передающей цепочке, как обсуждалось выше. Методы настройки частоты сигналов перед передачей хорошо известны в технике и в дальнейшем подробно обсуждаться не будут. Величину требуемого смещения для учета доплеровского сдвига спутников можно найти из ряда справочных таблиц или запоминающих устройств или рассчитать, используя известные данные о положении орбит спутников, на шаге 510. Эта информация используется для того, чтобы установить регулировку доплеровских сдвигов, применяемую к исходящим сигналам или сигналам прямой линии связи в любое заданное время. В случаях, где спутник не используется для передачи сигнала прямой линии связи, любой доплеровский сдвиг обычно является неизвестной величиной, и на этом этапе не компенсируется.

При желании на этом этапе может использоваться отдельный элемент или схема предварительной коррекции частоты, потому что все абонентские терминалы, представляющие интерес, совместно используют один и тот же тракт передачи от станции сопряжения к спутнику. Различия трактов возникают, когда спутники, передающие сигналы связи к различным абонентским терминалам, имеют различные положения в пределах различных суб-лучей.

Сигналы связи абонентского терминала передаются и принимаются на шаге 514, опять обычно в виде пилот-сигналов или сигналов поискового вызова, хотя могут использоваться и сигналы радиообмена. Каждый абонентский терминал использует поисковое устройство типа приемников, или использует приемники, осуществляющие поиск возможных сигналов связи и поисковых вызовов, для захвата сигналов связи, поступающих от станции сопряжения или базовой станции. Для того чтобы детектировать сигналы связи как часть процесса, приемники ведут поиск нескольких частот и псевдошумового кода, гипотетические или предполагаемые потенциальные значения. На шаге 516 абонентские терминалы отслеживают частоту поступающих сигналов связи и измеряют их частоту или определяют разность или смещение от ожидаемой частоты прямой линии связи (задаваемой системой связи) на основе выходного сигнала генератора абонентского терминала на шаге 518.

Затем на шаге 520 абонентский терминал подготавливает сигнал связи для передачи к станции сопряжения через тот же самый спутник. Абонентский терминал использует тип цифровой модуляции в полосе частот модулирующих сигналов и аналоговые схемы, описанные выше в отношении фиг. 2. Сигнал обратной линии связи может быть запрошен для канала радиообмена, чтобы сделать запрос, ответ на поисковый вызов или радиовещательные сигналы или другие типы известных сигналов. Этот сигнал не просто подготавливается, используя генератор в качестве опорного, но имеет частоту, настроенную на шаге 522, после подготовки основного сигнала, для того чтобы компенсировать доплеровские эффекты между спутником и абонентским терминалом.

Предварительная коррекция частоты, применяемая абонентским терминалом на шаге 522, привлекает использование предкорректора частоты, как обсуждалось выше, и подобно тому, как для станции сопряжения. Величина частотной коррекции, вводимая в передаваемый сигнал абонентского терминала обратной линии связи, определяется из результатов шага 518.

Сигнал, передаваемый каждым абонентским терминалом, на шаге 526 передается соответствующим спутником к станции сопряжения, где частота или смещение частоты относительно ожидаемой частоты сигнала обратной линии связи измеряется на шаге 528. Если спутник не работает в конфигурации, где к передаваемым сигналам применяется предварительная коррекция частоты, то сигналы, поступающие на станцию сопряжения, имеют приобретенный доплеровский сдвиг. Следовательно, станция сопряжения сначала компенсирует этот доплеровский сдвиг посредством вычитания известного (шаг 512) доплеровского сдвига из измеренной частоты. В противном случае все сигналы, принимаемые от данного спутника, могут иметь автоматическую величину коррекции доплеровского сдвига, применяемую до того, как поисковые приемники даже попытаются захватить такие сигналы и определить их частотный сдвиг.

В любом случае, с исключенным известным доплеровским сдвигом, станция сопряжения на шаге 530 измеряет разность между принимаемой частотой F_Grec опорной частотой станции сопряжения для ожидаемой частоты f_R обратной линии связи (заданной и известной в системе). Результат делится пополам на шаге 532, чтобы получить оцененную погрешность смещения частоты генератора (f_off). Это смещение масштабируется к частоте генератора абонентского терминала, чтобы получить окончательное значение погрешности . Погрешность генератора может затем на шаге 534 передаваться к соответствующему абонентскому терминалу 124, 126 в виде части сигнала прямой линии связи.

Абонентский терминал затем на шаге 536 настраивает выходную частоту генератора, используя любое число технических методов, хорошо известных в технике. Эта настройка может иметь место через периодические интервалы времени, либо перед тем как устанавливается каждая линия связи, либо на основе постоянного повторения во время связи. Выбор интервала коррекции или синхронизации основан на желаемой минимальной точности системы и может также быть основан на пороговом значении величины погрешности или предварительно заданного времени, прошедшего начиная с предыдущей коррекции. Эти факторы хорошо известны в технике и частично основаны на ожидаемом дрейфе частоты во время использования и на изменении в генераторах конкретных абонентских терминалов, которые могут также испытывать воздействие операционной окружающей среды.

В некоторых системах связи генератор абонентского терминала не может иметь точную настройку по частоте или способность настройки. То есть генератор может быть предварительно установлен для работы на одной фиксированной частоте без какой-либо способности настройки во время использования или может быть скомпонован так, чтобы использовать предварительно выбранный набор частот без точной настройки. Эти конфигурации могут использоваться по соображениям стоимости в некоторых системах связи, в которых считается коммерчески важным обеспечить решение очень дешевых коммуникаций. В таких системах многие абонентские терминалы не будут способны использовать обнаруженную погрешность генератора с целью действительного изменения выходного сигнала генератора.

Однако даже когда абонентский терминал не может регулировать частоту генератора, чтобы компенсировать погрешности, он может содержать информацию об определении погрешности в последующих передачах сигналов, поскольку информационные приемники станции сопряжения могут использоваться при захвате и отслеживании сигналов от этого абонентского терминала. Абонентский терминал информирует принимающие станции сопряжения относительно величины, на которую следовало бы настроить опорную частоту, если была возможность это сделать. Эта информация используется на станции сопряжения или базовой станции в основном таким же образом, как используется известный доплеровский сдвиг для того, чтобы настроить частоты поискового устройства для захвата и отслеживания сигналов.

Кроме того, в случаях, когда недоступна точная настройка генератора, также может быть так, что генератор не способен компенсировать доплеровский сдвиг в принимаемых сигналах, как используется на шаге 522 фиг.5. В этой ситуации абонентский терминал может определять значение сдвига также, как на шаге 518, и посылать эту информацию к станциям сопряжения. Это может быть выполнено путем введения информации или добавления ее в конец к сигналам обратной линии связи, как на шаге 524, или путем генерации сигнала для передачи такой информации только в качестве данных (520). Имея эти данные и фактически измеренные сигналы обратной линии связи от абонентского терминала, станция сопряжения может определять погрешность генератора, так же как раньше.

Однако поскольку абонентский терминал не регулирует частоту генератора, то абонентский терминал принимает и запоминает погрешность генератора на шаге 538, таком как элемент 236 памяти. Эта информация затем на шаге 540 добавляется в конец, вводится или иначе передается в последующих сигналах связи к станции сопряжения. Здесь нет предварительной коррекции частоты, как показано линией 542.

Вышеописанные настройки по частоте могут иметь место через периодические интервалы или как нужно для точности конкретной системы связи. В случаях, где абонентский терминал запоминает значение погрешности в памяти или в другом известном запоминающем устройстве, значения погрешности извлекаются на некоторой предварительно заданной основе, чтобы информировать принимающие станции сопряжения о приблизительной величине погрешности генератора в данный момент. Значение погрешности может посылаться как часть сообщений запроса доступа или может формировать часть сигналов радиообмена. Погрешность может быть по желанию передана к станции сопряжения в качестве единственных данных в отдельном сигнале.

Значение погрешности, определенное согласно вышеупомянутым шагам, может также использоваться для настройки синхронизации или времени абонентского терминала, вместо или в дополнение к настройке частоты. Например, местное время, которое рассчитывается абонентским терминалом или запоминается в абонентском терминале, может быть отрегулировано так, чтобы учитывать погрешности, вызванные погрешностями частоты генератора. Управляющий процессор абонентского терминала может изменять значение времени, хранимое в памяти, либо на периодической основе, либо при запуске. Этим способом время поддерживается абонентским терминалом для некоторых задач обработки сигналов и/или может поддерживаться более точно как сохраненное и затем обновленное абонентским терминалом. Это особенно важно для изменений статуса абонентского терминала, как, например, при изменении от пассивного к активному операционному режиму, или как в случае того, что называется "холодный" или "теплый" запуски, в которых информация о времени используется для захвата сигналов.

Кроме того, синхронизация псевдошумовых кодов может быть настроена путем опережения или запаздывания применения таких кодов на заданное число чипов для учета погрешностей синхронизации, вызванных погрешностями генератора. Такие настройки могут быть реализованы использованием управляющих входов для элемента тактирования/синхронизации, описанного выше. Для приема или перехвата и для настройки синхронизации сигналов, используемых в пределах абонентского терминала, также могут использоваться другие схемы, известные в технике.

Частотные измерения для сигналов связи могут иметь место либо во время образования линий связи, либо во время периода действующей связи. Если измерение имеет место во время установки или учреждения запросов, то сигнал, измеряемый абонентскими терминалами 124, 126, в основном передается из станций сопряжения 122, 124 как часть сигнала поискового вызова. Процесс "ретрансляции" для этого сигнала в основном осуществляется как часть сигнала доступа или зондирующих сообщений канала доступа. Если частотное измерение имеет место во время запроса, то измеряемый сигнал передается от станций сопряжения 122, 124, а затем возвращается как часть сигналов радиообмена прямой и обратной линий связи. Как должно быть очевидно специалисту, измеренные сигналы могут иметь другие функции или метки, либо могут быть включены в или образовывать части других сигналов, не отклоняясь от сущности и не выходя за рамки настоящего изобретения.

В то время как вышеупомянутый подход обеспечивает возможность улучшенной техники для обнаружения и коррекции или компенсации погрешностей генератора в абонентских терминалах, можно дополнительно улучшить действие системы, если доплеровское смещение на пути от спутника до абонентского терминала также определяется. Это можно осуществить, возвращаясь к вышеупомянутым выражениям и к предварительной коррекции погрешности частоты вместо доплеровских эффектов.

В этом альтернативном варианте воплощения изобретения каждый абонентский терминал подразумевает, что любое смещение принимаемой несущей частоты от центральной частоты локально генерируемой несущей для сигналов, принимаемых из станции сопряжения, является результатом погрешности генератора или сдвига f_offF. При передаче сигналов обратно к станциям сопряжения или к базовой станции абонентский терминал компенсирует выделенную погрешность генератора, снова настраивая частоту передачи. Когда сигнал достигает спутника, погрешность генератора уже предварительно скорректирована (компенсирована), в результате приводя к принимаемой на спутнике частоте f_SatR для обратной линии связи, равной

f_SatRT = f_R(1+)D₂/((1+)D₂) = f_RD²₂, (29)

и, когда сигнал принимается на станции сопряжения

f_Grec=f_RD₂ ²D₁, (30)

которое после коррекции известного доплеровского сдвига (D₁) и вставки выражения для коэффициента доплеровского сдвига ₂ приобретает вид

f_Grec = f_R[1-2(_us/c)+((_us/c)²]. (31)

Снова последний член приближается к нулю или производит значительно уменьшенное воздействие для сигналов связи или систем, представляющих интерес, обеспечивая частоты

f_Grec = f_R[1-2(_us/c)] (32)

и

(f_Grec-f_R)/2f_R = (_us/c), (33)

которые можно использовать в качестве основы для оценки или определения доплеровского сдвига между спутником и абонентским терминалом.

Способ или процесс, гарантируемый настоящим изобретением для компенсации доплеровских сдвигов между спутником и абонентским терминалом, частично иллюстрируется на блок-схеме фиг.6. Здесь сигнал связи уже был передан станцией сопряжения на частоте f_F, как правило, после того, как он был предварительно скорректирован относительно доплеровских эффектов, и был принят абонентским терминалом (как в шагах 500, 510, 512, 514 и 516). Абонентский терминал затем на шаге 518 измеряет разность или сдвиг от ожидаемой частоты прямой линии связи на основе частоты генератора и на шаге 620 подготавливает сигнал связи к передаче к станции сопряжения через тот же самый спутник.

Частота может быть на шаге 622 предварительно скорректирована или настроена, как прежде, после подготовки основного сигнала, для компенсации погрешностей генератора абонентского терминала. Предварительная коррекция частоты, применяемая на шаге 622, привлекает использование предкорректора частоты, как обсуждалось выше, а величина частотной коррекции, вводимая в передаваемый сигнал, определяется из результатов шага 518. Отличие этого варианта воплощения состоит в том, что предварительная коррекция применяется для исключения выделенной погрешности генератора, а не доплеровского сдвига.

Сигнал, передаваемый каждым абонентским терминалом на шаге 626, передается соответствующим спутником к станции сопряжения, где частота снова измеряется на шаге 628. Если спутник не применяет предварительную коррекцию частоты, то станция сопряжения компенсирует доплеровский сдвиг путем вычитания известного (шаг 512) доплеровского сдвига, полученного из измеренного сдвига частоты. Конечно, для систем, использующих базовые станции, не нужна никакая предварительная коррекция для доплеровского сдвига спутников. В противном случае все сигналы, принимаемые от данного спутника, могут иметь автоматическую величину коррекции доплеровского сдвига, применяемую до того, как приемники попытаются захватить или отслеживать такие сигналы и определять их частотный сдвиг.

В любом случае, с исключенным известным доплеровским сдвигом, станция сопряжения на шаге 530 измеряет разность между принимаемой частотой f_Grec и ожидаемой частотой f_R станции сопряжения обратной линии связи. Результат делится пополам на шаге 532 и масштабируется к частоте связи, чтобы получить оцененный неизвестный доплеровский сдвиг. Оцененный доплеровский сдвиг может затем на шаге 536 передаваться к соответствующему абонентскому терминалу (124, 126) как часть сигнала прямой связи.

Абонентский терминал затем на шаге 540 настраивает выходную частоту генератора, используя любое число методов, хорошо известных в технике. Эта настройка может иметь место через периодические интервалы, либо перед тем, как устанавливается каждая линия связи, либо на основе постоянного повторения во время связи. Как прежде, выбор частоты коррекции основан на факторах, хорошо известных и изученных в технике, которые также могут подвергаться воздействию операционной окружающей среды.

Также как и прежде относительно погрешностей генератора, где точная настройка генератора недоступна или нежелаема, информация об определении доплеровского сдвига может быть включена в последующие передачи сигналов, поскольку информационные приемники станции сопряжения могут использоваться для захвата и отслеживании сигналов от этого абонентского терминала. Абонентский терминал информирует станции сопряжения о величине, на которую должен был быть настроен сигнал обратной линии связи, если только было возможно или желательно сделать это. Эта информация используется в станции сопряжения почти таким же образом, как в случае известного доплеровского сдвига, для настройки частот приемника для захвата и отслеживания сигналов. Кроме того, эта информация может использоваться в абонентском терминале для настройки синхронизации и тактовых сигналов в противоположность предварительной коррекции частоты. Например, синхронизация применения псевдошумовых кодов может быть настроена таким образом, чтобы обеспечить компенсацию доплеровского сдвига кодов.

В этой ситуации абонентский терминал на шаге 538 принимает и запоминает оценку доплеровского сдвига, например, в элементе 236 памяти. Затем эта информация добавляется в конец, вводится или иначе передается в последующих сигналах связи к станции сопряжения, как на шаге 540. Здесь, как показано линией 542, нет никакой предварительной коррекции частоты.

Кроме того, в случаях, когда точная настройка генератора недоступна, абонентский терминал также может быть неспособным компенсировать погрешности генератора, обнаруженные для принимаемых сигналов, как используется на шаге 522 фиг. 5. В этой ситуации абонентский терминал может определять значение сдвигов так же, как на шаге 416, и подавать эту информацию к станциям сопряжения, как на шаге 524. С этими данными, а также с фактически измеренными сигналами обратной линии связи от абонентского терминала, станция сопряжения может как прежде определить доплеровский сдвиг.

Как отмечалось выше, регулировки или передача информации, относящейся к доплеровским эффектам, могут иметь место через периодические интервалы или по желанию для обеспечения точности отдельной системы связи. Кроме того, эта информация может использоваться в абонентском терминале для настройки синхронизации и тактовых сигналов относительно частоты.