CN1137711A - 对连接到卫星通信系统的用户终端记帐的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种方法和系统，用于以每次通话或连接为基础，对分配给用户终端以及被用户终端利用的卫星通信系统资源的数量进行精确地记帐。该方法在连接过程中以周期性间隔积累数据。数据包括功率电平、数据率、用户终端位置、以及用户终端类型。分配来处理对用户终端(13)呼叫的网关(18)积累数据且随后将这些数据传递到一个地面操作控制中心(38)。中心使用该数据确定付帐的数额，得到关于该网关所处理的通信流量的统计信息，并且得到资源规划信息。

Description

对连接到卫星通信系统的用户终端记帐的方法
本发明的领域
本发明普遍地与通信系统有关，并且特别与卫星通信系统有关，该系统中多个用户终端通过一个网关和至少一颗卫星与一个陆地通信网进行双向无线通信。
本发明的背景
在通常的陆地蜂窝通信系统中，一般是用户以分钟为基础，以预定的速率，按对系统的使用而付帐。然而，在一个基于卫星的通信系统中，这种记帐管理类型可能不能精确地反映正确的帐目数额。例如，以9.6kb/s速率通过卫星上载或下载一个大数据文件的用户比另一个以普通的小于4kb/s的语音比特率进行语音通信的用户消耗更多的系统资源(例如，卫星功率)。结果就是可能存在不平等的记帐管理，使得一些用户实际上使用了系统而由其它用户付费。
本发明的目的
本发明的首要目的是提供一个对卫星通信系统中的用户在每个呼叫或连接的基础上消耗的系统资源的精确量度。
本发明进一步的目的是提供一个对用户在每一个呼叫或连接的基础上消耗的系统资源的精确量度，并且使用一种方法产生和使用在连接过程中反复测量得到的数据。
发明的概述
本发明解决了前面的和其它的问题并且本发明的目的被一种精确计算在每一个呼叫或连接的基础上分配给用户终端和被用户终端使用的卫星通信系统资源的方法来实现。该方法在连接期间以周期性间隔积累数据，如语声编码器帧速度，该数据指示全部系统资源的多少份额被使用在前向链路(网关到卫星到用户终端)和反向链路(用户终端到卫星到网关)上。网关(GW)被指定用于处理到用户终端(UT)的呼叫，积累数据并且随后在一个陆地数据网络(TDN)中发送这些数据到一个陆地控制中心，如一个地面操作控制中心(GOCC)。GOCC使用这些数据确定需要付给与包括该GW的一个服务区域有关的服务提供者的帐目数额。GOCC也可以使用这些数据得到描述该GW处理的通信流量的统计信息，而且得到用于该GW的预定资源分配和资源规划信息。
应该注意，本发明的思想可以用于一个话音等价分钟(VEM)方式的场合，或者用于结合VEM修改与精确地反映在一次呼叫中使用的系统资源的必要性相同的东西。
图的简要描述
本发明的上述特性以及其它特性在阅读发明的详细描述时结合附图会变得更加清晰，其中
图1是卫星通信系统的框图，它是按照本发明目前提出的实施例而构造并操作的；
图2是图1中的一个网关的框图；
图3A是图1中的一个卫星的通信有效负荷的框图；
图3B说明关联于图1中的一个卫星的一个波束图样的一部分；
图4是一个框图，描述支持的卫星遥测和控制功能地面设备；
图5是图2中CDMA子系统的框图；
图6是卫星通信系统的框图，用大量细节展示本发明的思想。
发明的细节描述
图1说明卫星通信系统100的目前提出的实施例，该系统适合于与本发明现在提出的实施例一起使用。在详细描述本发明之前，首先对通信系统10做一个描述，以使得对本发明可以有一个更彻底地理解。
通信系统10可以在概念上细分为多个段1、2、3和4。在这里段1被当作空间段，段2作为用户段，段3作为地面(陆地)段，段4作为电话系统基础设施段。
在本发明目前提出的实施例中总共有48颗卫星，例如在一个1414公里的低地球轨道(LEO)。卫星12被分配到8个轨道面上，每个轨道面(运行星座)上有6颗等距离分布的卫星。轨道面相对于赤道的倾角是52度，每颗卫星每114分钟完成一次轨道运行。这方法提供了较好的几乎全球的覆盖，在任何时间，大约南纬70度和北纬70度之间的特定用户处至少可以看到两颗卫星。也就是说，通过一个或多个网关18和一个或多个卫星12，也可能使用电话基础设施段4的一部分，一个用户能够在一个网关(GW)18覆盖范围之内的地球表面的几乎任何一点和地球表面上的其它点之间(通过PSTN的方法)进行通信。
在这里需要指出，前面的和随后的对系统10的描述只是代表一个通信系统的适当的实施例，本发明的思想可以在本例中使用。也就是说，通信系统的特殊细节不会在本发明实施的有限的意义中读到或解释。
现在继续描述系统10，在卫星12之间和被每一个卫星发射的16个点波束中单个波束之间的一个软转接(handoff)过程，通过扩展频谱(SS)，码分多址(CDMA)技术提供不中断的通信。虽然其它的扩展频谱和CDMA技术以及协议也可以使用，但目前提出的SS-CDMA技术类似于TIA/EIA暂行标准：“用于双模式宽带扩频蜂窝系统的移动站一基站兼容标准”TIA/EIA/IS-95，1993年7月。
低地球轨道容许低功率固定或移动的用户终端13通过卫星12通信，其中的每一个的功能，在本发明目前提出的实施例中，独立地作为一个“弯管”中继器接收来自用户终端13或网关18的通信流量信号(如语声和/或数据)，将接收到的通信流量信号转换到另一个频带，并且随后重新发射这些转换过的信号。也就是说，没有对接收的通信流量信号进行星上的信号处理，并且卫星12没有任何的智能性改变接收而发射的通信流量信号。
此外，在卫星12之间不需要直接的通信链路或多条链路。也就是说，卫星12中的每一个只从定位在用户段2上的发射机或定位在地面段3上的发射机接收信号，并且发射的信号只到定位在用户段2上的接收机或定位在地面段3上的接收机。
用户段2可以包括适用于与卫星12通信的多种类型的用户终端13。用户终端13包括，举例而言，多种不同类型的固定和移动用户终端，包括并不局限于：手持移动无线电话14，车载移动无线电话15，寻呼/消息类装置16，和固定无线电话14a。用户终端13由全向天线13a更好地提供通过一个或多个卫星12的双向通信。
应该注意，固定的无线电话14a可以使用一个定向天线。它的好处在于能够减小一个或多个卫星12同时服务的用户数必然的增多而引起的干扰。
还要提到的是，用户终端13可以是双用途装置，它包含的电路也可以按常规的方法与一个陆地蜂窝系统通信。
再参考图3A，用户终端13可以具有在全双工模式操作的能力并且通过，例如，L-波段RF链路(上行链路或返回链路17b)和S-波段RF链路(下行链路或前向链路17a)各自通过返回和前向卫星转发器12a和12b，通信。返回L波段RF链路17b可以在频率范围1.61GHz到1.625GHz之间操作，带宽为16.5MHz，并且按照所提出的扩展频谱技术被压缩数字语音信号和/或数据信号调制，前向S波段RF链路17a可以在频率范围2.485GHz到2.5GHz之间操作，带宽为16.5MHz。前向RF链路17a也在一个网关18上按扩展频谱技术用压缩数字语音信号和/或数据信号调制。
前向链路的16.5MHz带宽被划分为13个信道，举例而言，每个信道分配了多至128个用户，返回链路可以具有不同的带宽，并且指定的用户终端13可以也可以不被分配在与前向链路分配的信道不同的信道上。然而，当在返回链路上运行于多种的接收模式时(从两个或更多的卫星12接收)对每一个卫星而言，用户被分配在同一个前向和返向链路RF信道。
地面段3包括至少一个但通常是多个网关18，通过——例如，一个全双工C波段RF链路19(前向链路19a(到卫星)，返回链路19b(自卫星))，该链路操作的频率范围通常在3GHz以上并且最好在C波段——与卫星12通信。C波段RF链路双向传递通信馈电链路，并且也将对卫星命令传递到卫星以及自卫星传递遥测信息。前向馈电链路19a可以工作在5GHz到5.25GHz的带内，同时返回馈电链路可以工作在6.875GHz到7.075GHz的带内。
卫星馈电链路天线12g和12h最好是宽覆盖天线，它对着从LEO卫星12可以看到的最大地球覆盖区域。在通信系统10目前提出的实施例中，从给定的LEO卫星12所对的角(假设自地球表面有10°仰角)近似是108°。这产生的覆盖地区的直径大约有3500英里。
L波段和S波段天线是多波束天线提供对所联系的地球服务地区的覆盖。L波段和S波段天线12d和12c，各自地，最好彼此一致，如图3B中所描述的。也就是说，从宇宙飞船上发射和接收的波束覆盖地球表面上相同的区域，虽然，这个特点在系统10的操作中是不重要的。
作为一个例子，上千个全双工通信可能要通过卫星12中给定的一个。按照系统10的特性，两个或更多的卫星12的每一个都可以在给定的用户终端13和一个网关18之间传递相同的通信。这种操作模式，如下面的细节描述，在各自的接收机上提供不同的组合，导致对衰落的一个更大的抵抗和促进软转接过程。
这里要指出的是全部的频率，带宽和在这里描述的类似的东西只代表一个特定的系统。其它的频率和频带可以在已经讨论的原则上不加改变的使用。仅作为一个例子，卫星和网关之间的馈电链路可以使用C波段(约3GHz到约7GHz)以外的其它波段的频率，举例而言，可以是ku波段(约10GHz到约15GHz)或ka波段(约15GHz以上)。
网关18的职责是将卫星12的通信有效负荷或转发器12a和12b(图3A)与电话基础设施段4结合到一起。转发器12a和12b包括一个L波段接收天线12c，S波段发射天线12d，C波段功率放大器12e，C波段低噪声放大器12f，C波段天线12g和12h，L波段到C波段频率转换部分12i，和C波段到S波段频率转换部分12j。卫星12也包括一个主频率发生器12k和命令与遥测设备12l。
这方面的参考也可以见美国专利5,422,647，95年6月6日发表的，E.Hirshfield和C.A.Tsao，题目是“移动通信卫星有效负荷”。
电话基础设施段4由已经存在的电话系统组成，包括公用陆地移动网络(PLMN)网关20，本地电话交换局如区域公用电话网络(RPTN)22或其它本地电话服务提供者，国内长途网络24，国际网络26，私有网络28以及其它RPTN 30。通信系统10操作在用户段2和公用交换电话网络(PSTN)电话32和电话基础设施段4的非PSTN电话32，或其它可能是私有网络的不同类型的用户终端之间提供双向语音和/或数据通信。
还如图1所示(并且也在图4中)，作为地面段3的一部分，是一个卫星操作控制中心(SOCC)36，和一个地面操作控制中心(GOCC)38。一个通信通道，包括一个地面数据网络(GDN)39(见图2)，提供地面段3的网关18和TCUs 18a，SOCC 36和GOCC 38的互连。通信系统10的这一部分提供全部的系统控制功能。
图2非常详细地展示了网关18中的一个。每一个网关18包括多至4个的双极化RF C波段子系统，每一个子系统包括一个抛物线天线40，天线驱动器42和台座42a，低噪声接收机44，和高功放46。所有这些器件都可以放在一个雷达天线罩的结构中以提供环境保护。
网关18还包括下变频器48和上变频器50用于分别处理接收和发射的RF载波信号。下变频器48和上变频器50被连接到一个CDMA子系统52，该系统按顺序，通过一个PSTN接口64结合到公用交换电话网络(PSTN)。作为一个选项，PSTN可以通过使用卫星到卫星的链路被绕过。
CDMA子系统52包括一个信号累加器交换单元，一个网关发射接收机子系统(GTS)52b，一个GTS控制器52c，一个CDMA互连子系统(CIS)52d，和一个选择器组子系统(SBS)52e。CDMA子系统52被基站管理员(BSM)52f控制，并且操作的方法类似于一个CDMA兼容的(例如，一个IS-95兼容的)基站。CDMA子系统52也包括要求的频率合成器52g和一个全球定位系统(GPS)接收机52h。
PSTN接口54包括一个PSTN服务交换点(SSP)54a，一个呼叫控制处理器(CCP)54b，一个访问位置寄存器(VLR)54c，和一个到初始位置寄存器(HLR)的协议接口54d。HLR可以定位在蜂窝网关20(图1)或可选择地定位于PSTN接口54中。
网关18通过SSP 54a生成的一个标准接口连接到电信网络。网关18提供一个接口，并且通过基本速率接口(PRI)连接到PSTN。网关18还具有直接连接到移动交换中心(MSC)的能力。
网关18为CCP 54b提供SS-7ISDN固定信令。在接口的网关一边，CCP 54b与CIS 52d接口并由此连到CDMA子系统52。CCP 54b提供用于系统空中接口(AI)的协议转换功能，它可能类似于CDMA通信的IS-95暂行标准。
块54c和54d通常在网关18和一个外部蜂窝电话网络之间提供接口。该外部蜂窝电话网络兼容于，例如，IS-41(北美标准，AMPS)或GSM(欧洲标准，MAD)蜂窝系统，并且特别是，对于指定处理漫游的方法，也就是，进行呼叫的用户在它们的本地系统之外。网关18对系统10/AMPS电话和系统10/GSM电话支持用户终端鉴权。在不存在电信基础设施的服务区域，一个HLR可以被添加到网关18并且和SS-7信令接口相接。
一个在用户一般的服务区域之外发出呼叫的用户(一个漫游者)，如果被授权就会被系统10接纳。在那种情况下，一个漫游者可以在任何环境中找到，一个用户可以在全球的任何地点使用相同的终端设备进行呼叫，并且所需的协议转换被网关18透明地执行。协议接口54d在不要求转换的时候被绕过，例如，GSM到AMPS。
为蜂窝网关20提供一个专用的，普遍的接口添加到或代替常规的指定用于GSM移动交换中心的“A”接口以及到IS-41移动交换中心的厂商特性接口，在本发明的思想范围之内。提供一个直接到PSTN的接口也在本发明的范围之内，如图1中标为PSTN-INT的信号通道。
全部网关控制由网关控制器56提供，它包括一个到上面提到的地面数据网络(GDN)39的接口56a和一个到服务提供者控制中心(SPCC)60的接口56b。网关控制器56通常通过BSM 52f与网关18互连并通过与每个天线40有关的RF控制器43与网关18互连。网关控制器56还与数据库62相结合，如用户的数据库，卫星历表数据等等，并且连接到I/O单元64以使得服务人员可以访问网关控制器56。GND 39也是与遥测和命令(T & C)单元66双向接口的(图1和4)。
参考图4，GOCC 38的功能是通过网关18计划和控制卫星利用，并且使这个利用与SOCC 36相协调。总的来说，GOCC 38分析趋势，产生流量计划，分配卫星12和系统资源(例如，但不仅限于，功率和信道分配)，监视整个系统10的性能，并产生利用指导，通过GDN 39，实时或提前地送到网关18。
SOCC 36运行以维护并监视轨道，将卫星使用信息中继到网关以便通过GDN 39输入到GOCC 38，监视每一个卫星12的全面功能，包括卫星电池的状态，在卫星12内部为RF信号通道设置增益，确定参照于地球表面的最佳卫星方位，以及其它一些功能。
如上面所描述的，每一个网关18的功能是将给定的用户连接到PSTN，用于包括信令和语音与/或数据通信，同时还产生数据，通过数据库(图62)，达到记帐目的。选定的网关18包括一个遥测和命令单元(TCU)18a用于接收卫星12通过返回链路19b发射的遥测数据和通过前向链路19a向上发射命令到卫星12。GDN39将网关18，GOCC 38和SOCC 36互连。
总的来说，LEO星座中的每一颗卫星用于将信息从网关18中继到用户(C波段前向链路19a到S波段前向链路17a)，以及将信息从用户中继到网关18(L波段返回链路17b到C波段返回链路19b)。这里信息包括SS-CDMA同步和寻呼信道，以及功率控制信号。不同的CDMA导频信道也可以用于监视在前向链路上的干扰。卫星历表更新数据也通过卫星12从网关18传送到每一个用户终端13。卫星12还用于中继从用户终端13到网关18的信令信息，包括访问请求、功率改变请求和注册请求。卫星12还在用户和网关18之间中继通信信号，并且使用安全措施减少未授权的使用。
在操作过程中，卫星12发射包括卫星运行状态测量的飞行器遥测数据。来自卫星的遥测流，来自SOCC 36的命令，以及通信馈电链路19全部共享C波段天线12g和12h。对于那些包括一个TCU18a的网关18，接收的卫星遥测数据可以立刻转发到SOCC 36，或者先存储随后在某个时间再转发到SOCC 36，典型情况是在SOCC的请求下转发。那些遥测数据，无论是立即发射的还是存储再转发的，都做为分组信息在GDN 39上发送，每一个分组信息包括一个单个的小的遥测帧，当超过一个的SOCC 36提供卫星支持时，遥测数据被路由选择到所有的SOCC。
SOCC 36具有多个与GOCC 38有关的接口功能。一个接口功能是轨道位置信息，其中SOCC 36对GOCC 38提供轨道信息，使得每一个网关18能精确地跟踪多至四个可以被该网关看见的卫星。这个数据包括足以使网关18使用已知的算法开发它们自己的卫星联系清单的数据表格。不要求SOCC 36知道网关跟踪时间表。TCU 18a搜索下行链路遥测波段并且在传送命令之前唯一地标识被每一个天线跟踪的卫星。
另一个接口功能是从SOCC 36报告给GOCC 38的卫星状态信息。卫星状态信息包括卫星/转发器可用度，电池状态和轨道信息以及它们的结合，总的来说，就是与卫星有关的任何可能阻止卫星12的全部或部分用于通信目的的限制。
系统10的一个重要的方面是结合网关接收机和用户终端接收机的分集组合使用SS-CDMA。分集组合用于减轻从多个卫星通过多个并且长度不同的路径到达用户终端13或网关18的信号衰落的影响。在用户终端13和网关18的瑞克接收机用于接收和组合来自多个源的信号。举一个例子，一个用户终端13或网关18对同时从卫星12的多波束接收的或同时通过卫星12的多波束发射的前向链路信号或返回链路信号提供分集组合。
在这方面，美国专利号5,233,626，1993年8月3日发表，Stephen A.Ames题目是“中继器多元扩频通信系统”所揭示的全部内容结合在这里作为参考。
连续地多元接收模式的性能优于通过一个卫星中继器接收一个信号，并且不会由于遮蔽或树的阻碍或其它对接收信号有不良影响的阻碍丢失一条链路而中断通信。
给定的一个网关18的多元，有向天线40有能力通过一个或多个卫星12的不同波束发射前向链路信号(网关到用户终端)以支持在用户终端13的分集组合。用户终端13的全向天线13a通过所有可以从用户终端13“看见”的卫星波束发射信号。
每一个网关18支持一个发射机功率控制功能以寻址慢衰落，还支持块交织以寻址中到快衰落。功率控制在前向和反向链路上都实施。功率控制功能的响应时间可以调整以容纳最坏30毫秒的卫星环路延时。
块交织器(53d、53e、53f，图5)在与声码器53g分组帧有关的块长度上运算。一个最优的交织器长度交换使用一个较长的长度，以增加全体的端到端的延时为代价，提供了纠错能力。一个较好的最长端到端的时延是150毫秒或更少。这个时延包括全部时延，包括那些分集组合器进行接收信号定位的时延，声码器53g处理时延，块交织器53d～53f时延，和形成CDMA子系统52的一部分的维特比译码器(没有表示)的时延。
图5是图2的CDMA子系统52的前向链路调制部分的框图。累加块53a的输出馈入一个频率敏感的上变频器53b，该上变频器然后馈入累加和开关块52a。遥测和控制(T & C)信息也输入到块52a。
一个未调制的直接序列SS导频信道在所要的比特率上产生一个全零的沃尔什码。这个数据流与一个短的PN码相结合，该PN码用于区分来自不同的网关18和不同的卫星12的信号。如果使用，导引信道被模2加到这个短码上，随后经QPSK或BPSK扩展到CDMA RF信道带宽。提供以下不同的伪随机(PN)码偏移，(a)一个PN码偏移允许一个用户终端13唯一地标识一个网关18；(b)一个PN码偏移允许一个用户终端13唯一地标识一颗卫星12；以及(c)一个PN码偏移允许一个用户终端13唯一地标识从卫星12发射的16个波束中的一个。来自不同的卫星12的导引PN码是对相同的导引种子PN码指定了不同的时间/相位偏移得到的。
如果使用，每一个网关18发射的导频信道可能比其它信号的发射电平高一些或低一些。导频信道使一个用户终端13能够获得前向CDMA信道的定时，以及提供参考相位用于相关解调，并且提供一种机制进行信号强度比较以确定何时起动一次转接。并不是必须使用导频信道，也可以使用其它技术来完成这一任务。
同步信道产生包括以下信息的数据流：(a)一天的时间，(b)发射网关标识，(c)卫星历表，以及(d)指定的寻呼信道。同步数据提供给卷积编码器53h，在那里数据被卷积编码然后将块交织以抗衡快衰落。产生的数据流被模2加到同步沃尔什码上并且QPSK或BPSK展宽到CDMA RF信道带宽。
寻呼信道应用于卷积编码器53i，在那里它被卷积编码并且随后被块交织。产生的数据流与一个长码发生器53j的输出相结合。长的PN码被用于区分不同的用户终端13波段。寻呼信道和这个长码模2加并提供给一个符号覆盖(COVER)在这里所得的信号与沃尔什码模2加，其结果随后QPSK或BPSK展宽到CDMA FD RF信道带宽。
总的来说，寻呼信道传送的几个信息类型包括：(a)系统参数信息；(b)访问参数信息；和(c)CDMA信道清单信息。
系统参数信息包括寻呼信道的配置，注册参数，和有助于探测的参数。访问参数信息包括访问信道的配置和访问信道数据率。CDMA信道清单信息如果使用则传送一个有关的导引标识和沃尔什码赋值。
声码器53k将语音编码为PCM前向流量数据流。前向流量数据流提供给一个卷积编码器531，在那里被卷积编码并随后在块53f中块交织。产生的数据流和一个用户长码块53k的输出结合。用户长码用于区分不同的租用信道。产生的数据流在复用器(WUX)53m中进行功率控制，与沃尔什码模2加，然后QPSK或BPSK展宽到CDMARF通信信道带宽。
网关18用于解调CDMA返回链路，有两个不同的码用于返回链路：(a)零偏移码，和(b)长码。它们被两种不同类型的返回链路CDMA信道使用，称为访问信道和返回流量信道。
对于访问信道，网关18接收并解码访问信道上要求访问的一个突发信号，访问信道信息体现为一个长的信息头，后面跟着数目相对小的数据。这个信息头就是用户终端的长PN码。每一个用户终端13具有一个唯一的长的PN码，该PN码由一个唯一的时间偏移进入公共的PN产生器多项式中产生。
接收访问请求之后，网关18在前向链路寻呼信道(块53e、53i、53j)上发送一个信息告知收到访问请求并为用户终端13分配一个沃尔什码以建立一个流量信道。网关18还为用户终端13分配一个频率信道，用户终端13和网关18都切换到分配的信道元并使用分配的沃尔什(扩展)码开始双工通信。
返回流量信道通过对来自本地数据源或用户终端声码器的数字数据在用户终端13中卷积编码产生。这些数据随后按预定的间隔块交织，并提供给一个128-相关编码器和一个数据突发随机器以减少碰撞。然后这些数据与零偏移的PN码相加并通过一个或多个卫星12发射到网关18。
网关18通过使用，例如，快速哈达码变换(FHT)，处理返回链路以解调128-相关沃尔什码并为分集组合器提供解调信息。
前面描述了通信系统10目前提出的实施例。现在对本发明目前提出的实施例进行描述。
首先注意到，一个服务提供者对一个给定的用户连接或呼叫的记帐的一种可能的技术是基于一个平的速率按连接的持续时间记帐。这个平的速率可以看作一个语音等价分钟(VEM)，它被预定义以计算一个用户终端每分钟的连接时间所消耗的系统资源数量。VEM可以基于一些典型的话音质量，后者反过来，代表一些“典型的”声码器速率(理解为语声质量)，前向链路功率，多元级别，等等。
对于一个卫星通信系统的使用，VEM用于记帐是一个相对简单的技术，它不能考虑到各种情况以至于影响服务提供者记帐。例如，一个以9600波特上载一个大数据文件的用户将比一个使用普通的声码器速率，例如2400波特，进行一个典型的电话对话的用户消耗更多的卫星基本功率。再举一个例子，一个从汽车中，使用手持终端的用户进行一次呼叫将比另一个站在远离任何RF障碍的用户进行一次同样持续时间呼叫消耗更多的卫星功率。
参考现在做成的图6，说明图1卫星通信系统10的一个简单化框图。用户终端13可以是一个手持、车载或固定的终端。用户终端13包括一个电子序列号(ESN)13b，它唯一的标识终端，并且还可能标织终端类型(例如，车载的、固定的、手持的、仅有语音的、语音/数据、数据等等)。用户终端13典型情况下包括一个可变速率的(1200、2400、4800、9600波特)声码器13c用于数字化用户的语声并转换输入的声码化的语声为一个模拟的格式。用户终端13也包括一个闭环发射机控制功能13d，它可能与前面提到的TIA/EIA暂行标准“用于双模式宽带扩频蜂窝系统的移动站－基站兼容标准”TIA/EIA/IS-95，1993年7月，相似。天线13a将用户终端13连接到一个或更多的低地球轨道(LEO)卫星12。
参考图3A如前所述，在本发明的这个实施例中，卫星12是弯管中继器，在返回链路17b的16个波束中的一个接收用户发射、频率转换，并且在链路19b上发射用户信号到GW 18。卫星12也接收一个来自GW的馈电链路19a，频率转换，并通过前向链路17a上16个波束中相同的一个发射信号到用户终端。前向链路信号的比特率与所要发送信号的卫星功率大小成正比。同时，因为卫星12使用线性放大器，指定的波束发射的卫星功率与被该波束服务的用户数成正比。
在每一个前向和返回链路13上，定义了不同的频率信道，在每一个信道上由直接扩频(DS)码分多址(CDMA)技术发射。举例而言，每个信道上定义了128个不同的沃尔什扩展码，因此可以使多个用户(例如，50)同时使用相同的信道频率。在呼叫建立期间，用户终端13在前向链路上被指定了至少了一个沃尔什码，在返回链路上也被指定了至少一个沃尔什码，如此，沃尔什码也是可消耗的系统资源，如果对于给定的信道全部可用的沃尔什码都分配了，该信道的通信流量容量就达到了充分利用。
GW 18负责为用户终端分配信道和沃尔什码以及在一个呼叫期间控制用户终端的功率。功率控制通过在返回链路上监测的用户终端的信号质量并使用GW 18在前向链路上发送的功率控制比特调整用户终端13的发射功率实现。基于在用户终端13上接收的GW信号质量，用户终端也适于在前向链路上控制GW发射的功率。也就是说，如果，在用户终端13接收到的GW信号质量低，用户终端13将通过返回链路向GW 18发送功率控制比特以增加GW发射机功率。信号质量可以由，例如，每bit的能量或误帧率，确定。
如前面所描述的，GW 18还具有通过它的多方向性天线40利用多于一个的卫星发射到一个用户终端13的能力。这就造成在用户终端13上同样的信号接收多次。这些拷贝在用户终端13相关地合并，如美国专利5,233,626(Ames)所描述的，结果是提高了抗衰落能力。
GW 18有一个到公用交换电话网络(PSTN)的连接，并且包括上述可变速率的声码器53g用于在前向链路上发送同样内容到用户终端13之前数字化输入语声。一个到移动交换中心(MSC)70的连接也典型地提供。MSC是一个具有初始位置寄存器(HLR)70a的常规系统，并且可能具有一个或更多的基站控制器(BCCs)72连接在那里，每一个BSC 72处理陆地无线蜂窝。
按照本发明，GW 18积累与单个用户终端进行的每次呼叫或连接有关的数据。这些数据是以例如帧速率(20msec)或几倍于帧速率的速率进行周期性测量而得到的。在通话结束时，该数据由GW 18预处理。例如，采集的数据在100毫秒或更大的间隔上做平均，并存贮于GW 18中以便随后通过TDN 39传递到GOCC 38。GOCC 38将这些数据用于至少两个目的。
该数据一是用于得到描述系统10的历史使用的统计。即，长期计划(LTP)和趋势分析(TA)模块在这些数据上运算。LTP和TA的输出馈入容量计划(CAP)模块，该模块在历史需求的基础上预测系统的未来需求。CAP的输出馈入资源分配(RA)模块，该模块分配信道，将发射功率电平最大化，等等，所有操作针对单个的GWs 18、使用TDN 39通过GW接口(IF)来进行。这种分配最好也在卫星操作控制中心(SOCC)36的输入上部分地进行。正如前面所述，SOCC 36负责监视电池充电状态、转发器状态以及可操作性，及所有其它的卫星操作情况。最后的结果是数据的输出控制GWs 18，以便成比例地分配和均衡整个系统和卫星资源的使用，并且也为了监视提供给用户的服务质量。
从GW 18输出的数据还用于确定在一次通话或连接过程中分配给用户终端13及用户终端13消耗的总系统资源的数量。在这一点上G0CC 38也包括一个服务记帐(SA)模块，接收GW 18输出的系统使用数据、用户终端13的标识以及总连接时间。SA模块按照预定的门限处理系统使用数据，并输出记帐数据(AD)，用于与GW 18有关的服务提供者记帐。
在连接过程中由GW 18，特别是由网关控制器56积累的数据，用于输出到GOCC，该数据可包括以下的一部分或全部：
    前向链路                        返回链路
  GW声码器速率                    UT声码器速率
  GW XMTR功率                     UT XMTR功率
  沃尔什码的号码                  沃尔什码的号码这种情况也在本发明的范围之内：GW积累的数据包括下列一个或多个：多元级别(即，卫星号)、终端类型，及终端位置。
已知用户终端13的声码器速率以帧为基础，因为GW 18必须确定同样的东西以便正确地对用户终端的传输解码。用户终端13的发射机电平对GW 18也是已知的，因为GW以帧速率连续地控制用户终端电平的升降。在连接第一次建立起来时GW 18可以知道初始的用户终端电平，然后用户终端的功率就在初始电平上精确做调整，所用的沃尔什码的数目对GW 18来说当然也是已知的，因为它们是由GW分配的。
返回链路的多元级别由GW 18从用户终端13的位置来决定，该位置是在连接建立时从卫星位置数据、以及从GW 18中存贮的星历表数据确定的。即，通过了解用户终端13的位置以及从用户终端天线13a可以到达的卫星12的数目和位置，GW 18可以确定是从用户终端13到GW 18需要使用多少个卫星来中继返回的通信链路。
用户终端位置数据给出了用户终端13的纬度，如果要确定系统功率使用中与纬度有关的成份，则该数据是很有用的。在确定哪个用户终端处于卫星波束方位图的边缘区域时，用户的位置也是有用的，此时应需要较大的功率。
用户终端类型用于区分，例如，从典型的较高功率的车载终端区分出手持终端。
SA在GW 18提供的数据上运算，以确定，例如，用户终端在连接过程中消耗的系统容量和卫星功率总数量所对应的一个钱数。
下述情况也在本发明的范围之内，即使用系统使用数据得到一个纠正或权重因子，用于使预定的VEM调整到更精确地反映给定的通话或连接的实际系统使用情况。
当针对一个提出的实施例，本发明被特殊地表示并描述时，专业人士可以懂得可能有不超出本发明的范围和精神的前提下的形式上和细节上的改变。例如，尽管声码器速率和帧在上面已经描述了，但是使用数据编码器速率及帧时间，或其它一些暂时的通信增量也属本发明的范围之内。不使用低地球轨道卫星星座，而使用例如一个或多个中地球轨道卫星(例如，轨道大约在10,000公里到19,000公里的卫星)，也属本发明的范围之内。与相对简单的弯管中继器卫星相反，使用带有或不带卫星交叉链路的在星上执行通信流量处理的卫星也属于本发明的范围之内。本发明的思想也用于优化使用其它扩频调制技术及/或码分、多址技术的卫星通信系统。例如，本发明的思想可用于使用时分/多址(TDMA)技术的卫星通信系统。

Claims (32)

1.一个操作卫星通信系统的方法，包括如下步骤：
通过至少一颗卫星，经由前向链路和返回链路，从与用户终端连接的一个网关，建立一个与用户终端的无线连接。
在连接中，网关反复确定用于与用户终端保持无线连接的卫星系统资源的数量；且
在无线连接结束之后，从网关输出系统使用数据，系统使用数据至少指示了需要提供于与用户终端进行无线连接的卫星系统资源的数量。
2.权利要求1中提出的一个方法，这里确定的每一个步骤包括下面的一个步骤：
确定用于保持无线连接的前向链路功率的大小。
3.权利要求1中提出的一个方法，这里确定的每一个步骤包括这样一个步骤：
确定用于保持无线连接的返回链路功率的大小。
4.权利要求1中提出的一个方法，这里确定的每一个步骤包括这样的一个步骤：
确定当前网关发送速率。
5.权利要求1中提出的一个方法，这里确定的每一个步骤包括这样的一个步骤：
确定当前用户终端的发送速率。
6.权利要求1中提出的一个方法，这里确定的每一个步骤包括这样的一个步骤：
确定所要保持的无线连接当前经由多少颗卫星。
7.权利要求1中提出的一个方法，这里确定的每一个步骤包括这样的一个步骤：
确定用于前向链路的扩频码的数目。
8.权利要求1中提出的一个方法，这里确定的每一个步骤包括这样的一个步骤：
确定用于反向链路的扩频码的数目。
9.权利要求1中提出的一个方法，还包括确定用户终端位置的一个步骤
10.权利要求1中提出的一个方法，还包括确定用户终端类型的一个步骤
11.权利要求1中提出的一个方法，这里网关包括一个声码器，用于以预定的帧速率处理语音，且这里确定的每一步骤以帧速率或帧速率的倍数执行。
12.权利要求1中提出的一个方法，还包括下列步骤：
处理从多个网关来的系统使用数据，以得到卫星系统使用的历史记录；
将历史记录应用于预测将来系统的使用；且
按照预测的将来系统使用情况，在多个网关中分配卫星系统资源。
13.具有至少一个用户终端的卫星通信系统，该用户终端适于通过至少一颗卫星与网关进行双向的无线通信，这样的系统包括：
在所述的网关中，通过至少一颗卫星、经由前向链路和返回链路建立与用户终端的无线连接的装置；
在所述的网关中，用于确定无线连接过程中，保持与用户终端的无线连接而使用的卫星系统资源的数量的装置；且
在所述的网关中，响应无线连接的终止，输出系统使用数据的装置，该数据表明了需要提供给与用户终端的无线连接的卫星系统资源的数量。
14.权利要求13中提出的一个系统，这里所述的判决装置包括：确定为保持无线连接而使用的前向链路功率和反向链路功率中的至少一个的装置。
15.权利要求13中提出的一个系统，这里所述的判决装置，包括：用于确定前向链路发送速率和反向链路发送速率中至少一个的装置。
16.权利要求13中提出的一个系统，这里所述的判决装置，包括：用于确定所保持的无线连接经由的卫星数目的装置。
17.权利要求13中提出的一个系统，这里用户终端和网关的无线通信用扩频码调制，且这里所述的判决装置包括：用于确定前向链路中使用的扩频码的数目和反向链路中使用的扩频码数目中至少一个的装置，这些链路存在于所述的用户终端和所述的网关之间。
18.权利要求13中提出的一个系统，这里所述的判决装置包括确定用户终端位置的装置。
19.权利要求13中提出的一个系统，这里所述的判决装置包括确定用户终端类型的装置。
20.权利要求13中提出的一个系统，这里网关包括至少一个语音编码器和一个数据编码器在预定的帧速率上操作，且这里所述的判决装置对卫星系统资源的数量抽样，该资源用于维持与用户终端之间以帧速率或帧速率的倍数进行的无线连接。
21.权利要求13中提出的一个系统，且进一步包括这些装置，与所述的网关结合，以便处理系统使用数据，从而得到卫星系统使用的历史记录，这些装置应用历史记录预测将来的系统使用情况，并按照预测的将来系统使用情况给所述的网关分配卫星系统资源。
22.一个卫星通信系统，包括：
一个地球轨道卫星的星座；
至少一个位于陆地的用户终端；
至少一个位于陆地的网关，该网关包括这样的装置，用于：通过至少一个所述的卫星、在陆地通信系统和所述的至少一个用户终端之间建立一个双向扩频、功率控制的无线通信连接。
至少一个位于陆地的控制中心；且将所述的至少一个网关与所述的至少一个控制中心相结合的位于陆地的数据网络；
这里，所述的至少一个网关包括这样的装置，用于：在与用户终端的一个无线双向通信连接中周期性地记录数据，该数据至少表示用户终端的标识和为了提供无线双向通信连接而消耗的卫星通信系统资源的数量，且这里所述的网关包括将所述的记录数据输出到所述的数据网络以便由所述的控制中心接收的装置。
23.权利要求22中提出的一个系统，这里所述的记录数据表示用于维持无线双向通信连接的前向链路功率的大小和反向链路功率的大小，及前向链路发送速率和反向链路发送速率中的一个。
24.权利要求22中提出的一个系统，这里所述的记录数据表示所维持的无线双向通信连接经由的卫星数目。
25.权利要求22中提出的一个系统，这里所述的记录数据表示用于前向链路的扩频码数目和用于反向链路的扩频码数目。
26.权利要求22中提出的一个系统，这里网关包括至少一个语音编码器和一个数据编码器，以预定的帧速率操作，且这里的数据以帧速率或帧速率的倍数记录下来。
27.权利要求22中提出的一个系统，这里所述的控制中心包括处理系统使用数据的装置，以得到系统使用的历史记录，将历史记录用于预测未来系统的使用的装置，以及根据预测的未来系统使用情况为如所述的至少一个网关分配卫星系统资源的装置。
28.权利要求22中提出的一个系统，这里所述的地球轨道卫星的星座包括一个低地球轨道卫星的星座。
29.权利要求22中提出的一个系统，这里所述的地球轨道卫星的星座包括多个卫星，它们在n个轨道平面上以每平面m个等间隔的卫星来分布。
30.权利要求29中提出的一个系统，这里n等于8且这里m等于6。
31.权利要求29中提出的一个系统，这里轨道平面相对于赤道以大约52度角倾斜，且这里每个卫星用大约114分钟完成一圈轨道运行。
32.权利要求22中提出的一个系统，这里所述的记录数据用于修改一个固定的连接速率。对连接到一个卫星通信系统的用户终端记帐的方法。
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