DE69631266T2

DE69631266T2 - Verfahren und Anordnung zur Zählung der benutzten Mittel durch Endverbraucherverbindungen in einem Satellitenkommunikationssystem

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Publication number: DE69631266T2
Application number: DE69631266T
Authority: DE
Inventors: Robert A. Los ALtos Wiedeman; Paul A. San Jose Monte; Michael J. Fremont Sites
Original assignee: Globalstar LP
Current assignee: Globalstar LP
Priority date: 1995-06-07
Filing date: 1996-01-30
Publication date: 2004-11-25
Anticipated expiration: 2016-01-31
Also published as: KR970004439A; EP0748061B1; WO1996041494A1; US5664006A; MX9709899A; US6023606A; AU695510B2; TW300367B; EP0748061A3; FI960548A0; RU2140725C1; CN1137711A; AU4863596A; JPH08335902A; DE69631266D1; UA44777C2; EP0748061A2; HK1010433A1; CA2167954A1; BR9608478A

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Kommunikationssysteme und insbesondere auf Satellitenkommunikationssysteme, bei denen sich eine Mehrzahl von Benutzerendgeräten über eine Überleiteinrichtung und zumindest einen Satelliten in bidirektionaler drahtloser Kommunikation mit einem erdgebundenen Kommunikationsnetz befindet.
Bei herkömmlichen erdgebundenen zellulären Kommunikationssystemen ist es oft der Fall, daß einem Benutzer die Verwendung des Systems bei einer vorbestimmten Rate auf einer Pro-Minute-Basis berechnet wird. Bei einem satellitenbasierten Kommunikationssystem spiegelt dieser Berechnungsvereinbarungstyp jedoch unter Umständen einen korrekten Berechnungsbetrag nicht genau wider. Zum Beispiel verbraucht ein Benutzer, der eine große Datendatei über einen Satelliten bei 9,6 KB/s hochlädt oder herunterlädt, höchstwahrscheinlich mehr Systemressourcen (z. B. Satellitenleistung) als ein anderer Benutzer, der sich in einer Sprachkommunikation bei einer Durchschnittsbitrate von weniger als 4 KB/s befindet. Dies führt dazu, daß unter Umständen eine ungerechte Berechnungsvereinbarung vorliegt, wodurch einige Benutzer effektiv die Benutzung des Systems durch andere Benutzer subventionieren.
Diese Erfindung schafft ein genaues Maß der Systemressourcen, die durch einen Benutzer eines Satellitenkommunikationssystems auf einer Pro-Anruf- oder Pro-Verbindungs-Basis verbraucht werden.
Die Erfindung kann ein genaues Maß der Systemressourcen ermöglichen, die durch einen Benutzer auf einer Pro-Anruf- oder Pro-Verbindungs-Basis verbraucht werden, sowie ein Einsetzen eines Verfahrens zum Erzeugen und Verwenden von Daten, die sich aus Messungen ergeben, die während der Verbindung wiederholt durchgeführt werden.
Die EP 0 536 921 offenbart ein Satellitenkommunikationssystem, bei dem Überleiteinrichtungen zum Decodieren von Anrufen, Verarbeiten von Anrufanforderungen, Übergeben von Anrufen und Aktualisieren von Benutzerdatenbanken verwendet werden. Die EP 0 647 055 offenbart ein Satellitenkommunikationssystem und ein Betriebsverfahren, das ein Kostenabrechnungs- und -verwaltungstool bereitstellt. Die EP 0 652 649 bezieht sich auf die Verwaltung von Ressourcen innerhalb eines Satellitenkommunikationssystems und offenbart die Verwendung eines Modells über zukünftige Verkehrserwartungen auf der Basis vorangegangener Aufzeichnungen. Die ITU-T-Empfehlung D.185 (1988) schlägt vor, daß Satellitenressourcen für Berechungszwecke berücksichtigt werden sollten.
Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines Satellitenkommunikationssystems gemäß Anspruch 1 und ein Satellitenkommunikationssystem gemäß Anspruch 12 vorgesehen.
Die vorangegangenen und andere Probleme werden überwunden und die Aufgaben der Erfindung werden realisiert durch ein Verfahren zum genauen Abrechnen einer Menge von Satellitenkommunikationssystemressourcen, die einem Benutzerendgerät auf einer Pro-Anruf- oder Pro-Verbindungs-Basis zugeteilt werden und von demselben verwendet werden. Das Verfahren sammelt Daten in regelmäßigen Abständen während einer Verbindung an, wie z. B. die Datenpaketgeschwindigkeit des Sprachcodierers, wobei die Daten anzeigen, welcher Abschnitt der gesamten Systemressourcen auf sowohl einer Vorwärtsverbindung (Überleiteinrichtung zu Satellit (en) zu Benutzerendgerät) als auch auf einer Rückwärtsverbindung (Benutzerendgerät zu Satellit (en) zu Überleiteinrichtung) genutzt werden. Eine Überleiteinrichtung (GW), die beauftragt ist, den Anruf für das Benutzerendgerät (UT) handzuhaben, sammelt die Daten an und überträgt die Daten anschließend über ein erdgebundenes Datennetz (TDN) zu einem erdgebundenen Kontrollzentrum wie z. B. einem Bodenbetriebskontrollzentrum (GOCC). Das GOCC verwendet die Daten, um einen Betrag zu bestimmen, der einem Dienstanbieter berechnet werden soll, der einem Dienstbereich zugeordnet ist, der die GW umfaßt. Das GOCC kann diese Daten auch verwenden, um statistische Informationen abzuleiten, die den durch die GW gehandhabten Kommunikationsverkehr beschreiben, und um vorhergesagte Ressourcenzuteilungs- und Ressourcenplanungsinformationen für die GW abzuleiten.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Lehre dieser Erfindung anstelle eines Voice-Equivalent-Minute-(VEM)-Ansatzes verwendet werden kann oder in Verbindung mit dem VEM verwendet werden kann, um denselben wie erforderlich zu modifizieren, um die beim Tätigen eines Anrufs verwendeten Systemressourcen genau widerzuspiegeln.
Zum Zweck eines besseren Verständnisses der Erfindung und ihrer verschiedenen anderen bevorzugten Merkmale werden im folgenden einige Ausführungsbeispiele derselben beschrieben, jedoch nur beispielhaft, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen:
1 ein Blockdiagramm eines Satellitenkommunikationssystems ist, das gemäß einem derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung aufgebaut ist und betrieben wird;
2 ein Blockdiagramm einer der Überleiteinrichtungen aus 1 ist;
3A ein Blockdiagramm der Kommunikationsnutzlast eines der Satelliten aus 1 ist;
3B einen Abschnitt eines Strahlmusters darstellt, das einem der Satelliten aus 1 zugeordnet ist;
4 ein Blockdiagramm ist, das die Bodenausrüstungsunterstützung von Satellitentelemetrie und – steuerfunktionen zeigt;
5 ein Blockdiagramm des CDMA-Teilsystems aus 2 ist; und
6 ein Blockdiagramm des Satellitenkommunikationssystems ist, das die Lehre dieser Erfindung genauer zeigt.
1 stellt ein derzeit bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Satellitenkommunikationssystems 10 dar, das für eine Verwendung mit dem derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung geeignet ist. Bevor die vorliegende Erfindung detailliert beschrieben wird, wird zunächst das Kommunikationssystem 10 beschrieben, um ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung zu gewährleisten.
Das Kommunikationssystem 10 kann konzeptionell in eine Mehrzahl von Segmenten 1, 2, 3 und 4 unterteilt sein. Das System 1 wird hierin als Raumsegment, das Segment 2 als Benutzersegment, das Segment 3 als Boden- (erdgebundenes) Segment und das Segment 4 als Fernsprechsysteminfrastruktursegment bezeichnet.
Bei dem derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung gibt es insgesamt 48 Satelliten in z. B. einer erdnahen Umlaufbahn (LEO) auf 1.414 km. Die Satelliten 12 sind in acht Umlaufebenen mit sechs gleich beabstandeten Satelliten pro Ebene (Walker-Konstellation) verteilt. Die Umlaufebenen sind um 52 Grad bezüglich des Äquators geneigt und jeder Satellit durchläuft alle 114 Minuten einmal eine Umlaufbahn. Dieser Ansatz liefert eine ungefähr Voll-Erde-Abdeckung mit, bevorzugt, zumindest zwei Satelliten im Blick zu jedem gegebenen Zeitpunkt von einer bestimmten Benutzerposition zwischen ungefähr 70 Grad südlicher Breite und ungefähr 70 Grad nördlicher Breite. Als solcher ist ein Benutzer in der Lage, zu oder von nahezu jedem Punkt auf der Erdoberfläche innerhalb eines Abdeckungsbereichs einer Überleiteinrichtung (GW) 18 zu oder von anderen Punkten auf der Erdoberfläche (mittels des PSTN), über eine oder mehr Überleiteinrichtungen 18 und einen oder mehr der Satelliten 12, möglicherweise auch unter Verwendung eines Abschnitts des Fernsprechinfrastruktursegments 4, zu kommunizieren.
Es sei an diesem Punkt darauf hingewiesen, daß die vorangegangene und nachfolgende Beschreibung des Systems 10 nur ein geeignetes Ausführungsbeispiel eines Kommunikationssystems darstellt, innerhalb dessen die Lehre dieser Erfindung Verwendung finden kann. Dies bedeutet, daß die spezifischen Details des Kommunikationssystems bei der Praktizierung dieser Erfindung nicht in einem einschränkenden Sinn gelesen oder aufgefaßt werden sollen.
Es wird nun mit einer Beschreibung des Systems 10 fortgefahren, indem ein weicher Transfer-(Übergabe)-Prozeß zwischen den Satelliten 12 und auch zwischen einzelnen von Punktstrahlen 16 (3B), die durch jeden Satelliten übertragen werden, eine ununterbrochene Kommunikation über ein Spreizungsspektrum (SS), eine Codemultiplexzugriffstechnik (CDMA) bereitstellt. Die derzeit bevorzugte SS-CDMA-Technik ähnelt dem TIA/EIA Interim Standard, „Mobile Station-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System" TIA/EIA/IS-95, Juli 1993, doch können auch andere Spreizungsspektrum- und CDMA-Techniken und -Protokolle eingesetzt werden.
Die erdnahen Umlaufbahnen ermöglichen es, daß feste oder mobile Benutzerendgeräte 13 mit kleiner Leistung über die Satelliten 12 kommunizieren, von denen jeder, bei einem derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung, lediglich als ein „Gebogenes-Rohr"-Repeater („Bent-Pipe-Repeater") dient, um ein Kommunikationsverkehrssignal (wie z. B. Sprache und/oder Daten) von einem Benutzerendgerät 13 oder von einer Überleiteinrichtung 18 zu empfangen, das empfangene Kommunikationsverkehrssignal in ein anderes Frequenzband umzuwandeln und anschließend das umgewandelte Signal wieder zu senden. Das heißt, daß keine An-Bord-Signalverarbeitung eines empfangenen Kommunikationsverkehrssignals erfolgt und der Satellit 12 sich keiner Nachricht bewußt wird, die ein empfangenes oder übertragenes Kommunikationsverkehrssignal unter Umständen überträgt.
Des weiteren braucht keine direkte Kommunikationsverbindung bzw. -verbindungen zwischen den Satelliten 12 vorzuliegen. Das heißt, daß jeder der Satelliten 12 ein Signal nur von einem in dem Benutzersegment 2 positionierten Sender oder von einem in dem Bodensegment 3 positionierten Sender empfängt und ein Signal nur zu einem in dem Benutzersegment 2 positionierten Empfänger oder zu einem in dem Bodensegment 3 positionierten Empfänger sendet.
Das Benutzersegment 2 kann eine Mehrzahl von Typen von Benutzerendgeräten 13 umfassen, die für eine Kommunikation mit den Satelliten 12 angepaßt sind. Die Benutzerendgeräte 13 umfassen z. B. eine Mehrzahl unterschiedlicher Typen von festen und mobilen Benutzerendgeräten, einschließlich, jedoch nicht darauf begrenzt, tragbarer mobiler Funktelefone 14, auf Fahrzeugen befestigte mobile Funktelefone 15, Funkruf-/Nachrichtenübermittlungstyp-Vorrichtungen 16 und feste Funktelefone 14a. Die Benutzerendgeräte 13 sind vorzugsweise mit Rundstrahlantennen 13a für eine bidirektionale Kommunikation über einen oder mehrere der Satelliten 12 versehen.
Es sei darauf hingewiesen, daß die festen Funktelefone 14a eine Richtantenne einsetzen können. Dies ist dadurch von Vorteil, daß dies eine Reduzierung der Interferenz mit einem sich daraus ergebenden Anstieg der Anzahl von Benutzern, die gleichzeitig mit einem oder mehreren der Satelliten 12 versorgt werden können, ermöglicht.
Es sei ferner darauf hingewiesen, daß die Benutzerendgeräte 13 Vorrichtungen mit zwei Verwendungen sein können, die eine Schaltungsanordnung umfassen, um auch auf eine herkömmliche Weise mit einem erdgebundenen zellulären System kommunizieren zu können.
Unter Bezugnahme auch auf 3A können die Benutzerendgeräte 13 in der Lage sein, in einem Vollduplexmodus wirksam zu sein und über z. B. L-Band-HF-Verbindungen (Aufwärtsverbindung oder Rückwärtsverbindung 17b) und S-Band-HF-Verbindungen (Abwärtsverbindung oder Vorwärtsverbindung 17a) durch Rückwärts- und Vorwärtssatellitentransponder 12a bzw. 12b zu kommunizieren. Die Rückwärts-L-Band-HF-Verbindungen 17b können innerhalb eines Frequenzbereichs von 1,61 GHz bis 1,625 GHz, einer Bandbreite von 16,5 MHz wirksam sein und sind gemäß der bevorzugten Spreizungsspektrumstechnik mit paketvermittelten digitalen Sprachsignalen und/oder Datensignalen moduliert. Die Vorwärts-S-Band-HF-Verbindungen 17a können innerhalb eines Frequenzbereichs von 2,485 GHz bis 2,5 GHz, einer Bandbreite von 16,5 MHz wirksam sein. Die Vorwärts-HF-Verbindungen 17a sind außerdem gemäß der Spreizungsspektrumstechnik an einer Überleiteinrichtung 18 mit paketvermittelten digitalen Sprachsignalen und/oder Datensignalen moduliert.
Die Bandbreite von 16,5 MHz der Vorwärtsverbindung ist in 13 Kanäle partitioniert, wobei z. B. bis zu 128 Benutzer pro Kanal zugewiesen sind. Die Rückwärtsverbindung kann verschiedene Bandbreiten aufweisen, und einem gegebenen Benutzerendgerät 13 kann ein unterschiedlicher Kanal als der Kanal, der der Vorwärtsverbindung zugewiesen ist, zugewiesen sein. Beim Betrieb in dem Diversity-Empfangsmodus auf der Rückwärtsverbindung (Empfang von zwei oder mehr Satelliten 12) ist dem Benutzer für jeden der Satelliten der gleiche Vorwärts- und Rückwärtsverbindungs-HF-Kanal zugewiesen.
Das Bodensegment 3 umfaßt zumindest eine, aber allgemein eine Mehrzahl von Überleiteinrichtungen 18, die mit den Satelliten 12 über z. B. eine Vollduplex-C-Band-HF-Verbindung 19 (Vorwärtsverbindung 19a (zu dem Satelliten), Rückwärtsverbindung 19b (von dem Satelliten)) kommunizieren, die innerhalb eines Frequenzbereichs wirksam ist, der allgemein über 3 GHz und vorzugsweise in dem C-Band liegt. Die C-Band-HF-Verbindungen übertragen die Kommunikationseinspeisungsverbindungen bidirektional und übertragen auch Satellitenbefehle zu den Satelliten und Telemetrieinformationen von den Satelliten. Die Vorwärtseinspeisungsverbindung 19a kann in dem Band von 5 GHz bis 5,22 GHz wirksam sein, wohingegen die Rückwärtseinspeisungsverbindung 19b in dem Band von 6,875 GHz bis 7,075 GHz wirksam sein kann.
Die Satelliteneinspeisungsverbindungsantennen 12g und 12h sind vorzugsweise Antennen mit breitem Abdeckungsbereich, die einen maximalen Erdabdeckungsbereich abschneiden, wie von dem LEO-Satelliten 12 zu sehen ist. Bei dem derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiel des Kommunikationssystems 10 beträgt der Winkel, der von einem gegebenen LEO-Satelliten 12 (unter der Annahme von Höhenwinkeln (Elevationswinkeln) von 10° von der Erdoberfläche) abgeschnitten wird, ungefähr 108°. Dies ergibt eine Abdeckungszone, die einen Durchmesser von ungefähr 3.500 Meilen (5,633 km) aufweist.
Die L-Band- und die S-Band-Antenne sind Mehrfachstrahlantennen, die eine Abdeckung innerhalb einer zugeordneten erdgebundenen Dienstregion bereitstellen. Die L-Band- und S-Band-Antenne 12d bzw. 12c sind vorzugsweise miteinander kongruent, wie in 3B gezeigt ist. Das heißt, daß die Sende- und Empfangsstrahlen von dem Raumfahrzeug den gleichen Bereich auf der Erdoberfläche abdecken, doch ist dieses Merkmal für den Betrieb des Systems 10 nicht entscheidend.
Beispielsweise können mehrere tausend Vollduplex-Kommunikationen über einen gegebenen der Satelliten 12 auftreten. Gemäß einem Merkmal des Systems 10 können zwei oder mehr Satelliten 12 jeweils die gleiche Kommunikation zwischen einem gegebenen Benutzerendgerät 13 und einer der Überleiteinrichtungen 18 übertragen. Dieser Betriebsmodus, der unten detailliert beschrieben ist, liefert somit eine Diversity-Kombinierung an den jeweiligen Empfängern, was zu einem erhöhten Widerstand gegenüber Schwund bzw. Fading führt und die Implementierung eines weichen Übergabevorgangs ermöglicht.
Es sei darauf hingewiesen, daß alle hierin beschriebenen Frequenzen, Bandbreiten und dergleichen nur für ein bestimmtes System repräsentativ sind. Es können andere Frequenzen und Frequenzbänder ohne eine Änderung der erörterten Prinzipien verwendet werden. Um nur ein Beispiel zu nennen, können die Speisungsverbindungen zwischen den Überleiteinrichtungen und den Satelliten Frequenzen in einem anderen Band als das C-Band verwenden (ungefähr 3 GHz bis ungefähr 7 GHz, z. B. das Ku-Band (ungefähr 10 GHz bis ungefähr 15 GHz) oder das Ka-Band (über ungefähr 15 GHz).
Die Überleiteinrichtungen 18 sind wirksam, um die Kommunikationsnutzlast oder Transponder 12a und 12b (3A) der Satelliten 12 mit dem Fernsprechinfrastruktursegment 4 zu koppeln. Die Transponder 12a und 12b umfassen eine L-Band-Empfangsantenne 12c, eine S-Band-Sendeantenne 12d, einen C-Band-Leistungsverstärker 12e, einen rauscharmen C-Band-Verstärker 12f, C-Band-Antennen 12g und 12h, einen L-Bandzu-C-Band-Frequenzumwandlungsabschnitt 12i und einen C-Band-zu-S-Band-Frequenzumwandlungsabschnitt 12j. Der Satellit 12 umfaßt auch einen Mutterfrequenzgenerator 12k und eine Befehls- und Telemetrieausrüstung 121.
In dieser Hinsicht sei auch auf das U.S.-Patent mit der Seriennummer 5,422,647, erteilt am 06.06.95, von E. Hirshfield und C. A. Tsao, mit dem Titel „Mobile Communications Satellite Payload" verwiesen.
Das Fernsprechinfrastruktursegment 4 ist aus existierenden Fernsprechsystemen zusammengesetzt und umfaßt Überleiteinrichtungen des öffentlichen Mobilfunknetzes 20 (PLMN), örtliche Fernsprechvermittlungen wie z. B. regionale öffentliche Fernsprechnetze (RPTN) 22 oder andere örtliche Fernsprechdienstanbieter, Inlandsfernnetze 24, internationale Netze 26, private Netze 28 und andere RPTNs 30. Das Kommunikationssystem 10 ist wirksam, um eine bidirektionale Sprach- und/oder Datenkommunikation zwischen dem Benutzersegment 2 und Telefonen des öffentlichen Fernsprechwählnetzes (PSTN) 32 und Nicht-PSTN-Telefonen 32 des Fernsprechinfrastruktursegments 4 oder anderen Benutzerendgeräten verschiedener Typen, die private Netze sein können, bereitzustellen.
In 1 (und auch in 4) ist als ein Abschnitt des Bodensegments 3 ebenfalls ein Satellitenbetriebskontrollzentrum (SOCC) 36 und ein Bodenbetriebskontrollzentrum (GOCC) 38 gezeigt. Ein Kommunikationsweg, der ein Bodendatennetz (GDN) 39 (siehe 2) umfaßt, ist für ein Verbinden der Überleiteinrichtungen 18 und TCUs 18a, SOCC 36 und GOCC 38 des Bodensegments 3 vorgesehen. Dieser Abschnitt des Kommunikationssystems 10 liefert Steuerfunktionen des Gesamtsystems.
2 zeigt eine der Überleiteinrichtungen 18 detaillierter. Jede Überleiteinrichtung 18 umfaßt bis zu vier HF-C-Band-Teilsysteme mit dualer Polarisation, die jeweils eine Parabolantenne 40, einen Antennentreiber 42 und einen Mast 42a, rauscharme Empfänger 44 und Hochleistungsverstärker 46 aufweisen. All diese Komponenten können innerhalb einer zufälligen Struktur positioniert sein, um einen Umweltschutz zu bieten.
Die Überleiteinrichtung 18 umfaßt ferner die Abwärtsumsetzer 48 und Aufwärtsumsetzer 50 zum Verarbeiten der empfangenen bzw. gesendeten HF-Trägersignale. Die Abwärtsumsetzer 48 und die Aufwärtsumsetzer 50 sind mit einem CDMA-Teilsystem 52 verbunden, das wiederum über eine PSTN-Schnittstelle 54 mit dem öffentlichen Fernsprechwählnetz (PSTN) verbunden ist. Optional könnte das PSTN anhand von Satellit-zu-Satellit-Verbindungen umgangen werden.
Das CDMA-Teilsystem 52 umfaßt einen Signalsummierer/Schaltereinheit 52a, ein Sende/Empfangsgerät-Teilsystem (GTS) 52b, eine GTS-Steuerung 52c, ein CDMA-Verbindungs-Teilsystem (CIS) 52d und ein Wählerbank-Teilsystem (SBS) 52e. Das CDMA-Teilsystem 52 wird durch einen Basisstationsmanager (BSM) 52f gesteuert und ist auf eine ähnliche Weise wirksam wie eine CDMA-kompatible (z. B. eine IS-95-kompatible) Basisstation. Das CDMA-Teilsystem 52 umfaßt auch den erforderlichen Frequenzsynthetisator 52g und einen Empfänger 52h eines globalen Positionsbestimmungssystems (GPS).
Die PSTN-Schnittstelle 54 umfaßt eine PSTN-Dienstvermittlungsstelle (SSP) 54a, einen Anrufsteuerungsprozessor (CCP) 54b, eine Besucherdatei (VLR) 54c und eine Protokollschnittstelle 54d zu einem Heimatregister (HLR). Das HLR kann in der zellulären Überleiteinrichtung 20 (1) oder, optional, in der PSTN-Schnittstelle 54 positioniert sein.
Die Überleiteinrichtung 18 ist über eine standardmäßige Schnittstelle, die über die SSP 54a hergestellt wird, mit dem Telekommunikationsnetz verbunden. Die Überleiteinrichtung 18 stellt eine Schnittstelle bereit und stellt über eine Primärratenschnittstelle (PRI) eine Verbindung mit der PSTN her. Die Überleiteinrichtung 18 ist ferner in der Lage, eine direkte Verbindung zu einer Funkvermittlungsstelle (MSC) bereitzustellen.
Die Überleiteinrichtung 18 liefert dem CCP 54b eine SS-7-ISDN-feste Signalisierung. Auf der Überleiteinrichtungsseite dieser Schnittstelle bildet der CCP 54b eine schnittstellenmäßige Verbindung mit dem CIS 52d und somit mit dem CDMA-Teilsystem 52. Der CCP 54b stellt Protokollübersetzungsfunktionen für die Luftschnittstelle (AI) des Systems, die dem IS-95-Interim-Standard für CDMA-Kommunikationen ähnlich sein können.
Die Blöcke 54c und 54d stellen allgemein eine Schnittstelle zwischen der Überleiteinrichtung 18 und einem externen zellulären Fernsprechnetz bereit, die z. B. mit dem IS-41-(North American Standard, AMPS)- oder dem GSMB-(European Standard, MAP)-zellulären System kompatibel ist und insbesondere mit den spezifizierten Verfahren zur Handhabung von Roaming-Teilnehmern, d. h. Benutzern, die Anrufe außerhalb ihres Heimsystems plazieren. Die Überleiteinrichtung 18 unterstützt eine Benutzerendgerät-Authentifizierung für System 10/AMPS-Telefone und für System 10/GSM-Telefone. In Dienstbereichen, in denen keine Telekommunikationsinfrastruktur existiert, kann der Überleiteinrichtung 18 ein HLR hinzugefügt und schnittstellenmäßig mit der SS-7-Signalierungsschnittstelle verbunden werden.
Ein Benutzer, der einen Anruf aus dem normalen Dienstbereich des Benutzers tätigt (ein Roaming-Teilnehmer), wird durch das System 10 aufgenommen, falls er autorisiert ist. Dadurch, daß ein Roaming-Teilnehmer unter Umständen in jeder Umgebung zu finden ist, setzt ein Benutzer unter Umständen die gleiche Endgerätausrüstung ein, um von überall in der Welt einen Anruf zu tätigen, und die notwendigen Protokollumwandlungen werden durch die Überleiteinrichtung 18 transparent gemacht. Die Protokollschnittstelle 54d wird umgangen, wenn dieselbe nicht zum Umwandeln von z. B. GSM zu AMPS erforderlich ist.
Es liegt innerhalb des Schutzbereichs der Lehre dieser Erfindung, den zellulären Überleiteinrichtungen 20 eine zugeordnete, universelle Schnittstelle zusätzlich zu oder anstelle der herkömmlichen „A"-Schnittstelle bereitzustellen, die für GSM-Funkvermittlungsstellen spezifiziert ist, und der Vendor-Proprietary-Schnittstellen zu IS-41-Funkvermittlungsstellen. Es liegt ferner innerhalb des Schutzbereichs dieser Erfindung, eine Schnittstelle direkt dem PSTN bereitzustellen, wie in 1 als der mit PSTN-INT bezeichnete Signalweg ist angegeben ist.
Eine Gesamtsteuerung der Überleiteinrichtung wird durch die Überleiteinrichtungssteuerung 56 bereitgestellt, die eine Schnittstelle 56a zu dem oben genannten Bodendatennetz (GDN) 39 und eine Schnittstelle 56b zu einem Dienstanbieterkontrollzentrum (SPCC) 60 umfaßt. Die Überleiteinrichtungssteuerung 56 ist allgemein über den BSM 52f und über HF-Steuerungen 43, die jeweils den Antennen 40 zugeordnet sind, mit der Überleiteinrichtung 18 verbunden. Die Überleiteinrichtungssteuerung 56 ist ferner mit einer Datenbank 62 gekoppelt, wie z. B. einer Benutzerdatenbank, Satellitenephemerisdaten etc., und mit einer I/O-Einheit 64, die es Dienstpersonal ermöglicht, Zugriff auf die Überleiteinrichtungssteuerung 56 zu erhalten. Das GDN 39 ist außerdem schnittstellenmäßig bidirektional mit einer Telemetrie- und Befehlseinheit (T&C) 66 (1 und 4) verbunden.
Unter Bezugnahme auf 4 ist es die Funktion des GOCC 38, eine Satellitennutzung durch die Überleiteinrichtungen 18 zu planen und zu steuern und diese Nutzung mit dem SOCC 36 zu koordinieren. Allgemein analysiert das GOCC 38 Trends, erzeugt Verkehrspläne, ordnet Satelliten 12 und Systemressourcen zu (wie z. B., aber nicht darauf beschränkt, Leistungs- und Kanalzuordnungen), überwacht die Leistung des Gesamtsystems 10 und gibt über das GDN 39 in Echtzeit oder im voraus Nutzungsinstruktionen an die Überleiteinrichtungen 18 aus.
Das SOCC 36 ist wirksam, um Umlaufbahnen aufrechtzuerhalten und zu überwachen, Satellitengebrauchsinformationen an die Überleiteinrichtung weiterzuleiten zum Zweck einer Zuführung zu dem GOCC 38 über das GDN 39, das Gesamtfunktionieren jedes Satelliten 12 zu überwachen, einschließlich des Zustands der Satellitenbatterien, die Verstärkung für die HF-Signal-Wege innerhalb des Satelliten 12 einzustellen, eine optimale Satellitenausrichtung bezüglich der Erdoberfläche zu gewährleisten, zusätzlich zu anderen Funktionen.
Wie oben beschrieben ist, ist jede Überleiteinrichtung 18 wirksam, um einen gegebenen Benutzer zum Zweck sowohl einer Signalisierung, einer Sprach- und/oder Datenkommunikation mit dem PSTN zu verbinden und um auch, über die Datenbank 62 (2), zu Berechnungszwecken Daten zu erzeugen. Ausgewählte Überleiteinrichtungen 18 umfassen eine Telemetrie- und Befehlseinheit (TCU) 18a zum Empfangen von Telemetriedaten, die durch die Satelliten 12 über die Rückwärtsverbindung 19b gesendet werden, sowie zum Senden von Befehlen hinauf zu den Satelliten über die Vorwärtsverbindung 19a. Das GDN 39 ist wirksam, um die Überleiteinrichtungen 18, das GOCC 38 und das SOCC 36 miteinander zu verbinden.
Allgemein ist jeder Satellit 12 der LEO-Konstellation wirksam, um Informationen von den Überleiteinrichtungen 18 zu den Benutzern weiterzuleiten (C-Band-Vorwärtsverbindung 19a zu S-Band-Vorwärtsverbindung 17a) und Informationen von den Benutzern zu den Überleiteinrichtungen 18 weiterzuleiten (L-Band-Rückwärtsverbindung 17b zu C-Band-Rückwärtsverbindung 19b). Diese Informationen umfassen eine SS-CDMA-Synchronisierung und Rufkanäle, zusätzlich zu Leistungssteuerungssignalen. Verschiedene Pilotkanäle können auch verwendet werden, um eine Interferenz auf der Vorwärtsverbindung zu überwachen. Außerdem werden Satellitenephemeris-Aktualisierungsdaten von der Überleiteinrichtung 18 über die Satelliten 12 zu jedem Benutzerendgerät 13 übermittelt. Die Satelliten 12 sind auch wirksam, um Signalisierungsinformationen von den Benutzerendgeräten 13 zu der Überleiteinrichtung 18 weiterzuleiten, darunter Zugriffsanforderungen, Leistungsänderungsanforderungen und Registrierungsanforderungen. Die Satelliten 12 leiten auch Kommunikationssignale zwischen den Benutzern und den Überleiteinrichtungen 18 weiter und können eine Sicherheit anwenden, um eine unberechtigte Verwendung zu mäßigen.
Im Betrieb senden die Satelliten 12 Raumfahrzeug-Telemetriedaten, die Messungen von Satellitenbetriebszuständen umfassen. Der Telemetriestrom von den Satelliten, die Befehle von dem SOCC 36 und die Kommunikationseinspeisungsverbindungen 19 teilen sich alle die C-Band-Antennen 12g und 12h. Für die Überleiteinrichtungen 18, die einen TCU 18a umfassen, können die empfangenen Satellitentelemetriedaten sofort zu dem SOCC 36 weitergeleitet werden, oder die Telemetriedaten können gespeichert und anschließend zu einem späteren Zeitpunkt zu dem SOCC 36 weitergeleitet werden, in der Regel auf eine Anfrage des SOCC hin. Die Telemetriedaten, ob direkt gesendet oder gespeichert und anschließend weitergeleitet, werden über das GDN 39 als Paketnachrichten gesendet, wobei jede Paketnachricht einen einzelnen kleinen Telemetrierahmen enthält. Sollte mehr als ein SOCC 36 eine Satellitenunterstützung bereitstellen, werden die Telemetriedaten zu allen SOCCs geleitet.
Das SOCC 36 weist mehrere Schnittstellenfunktionen mit dem GOCC 38 auf. Eine Schnittstellenfunktion besteht in Umlaufbahnpositionsinformationen, wobei das SOCC 36 dem GOCC 38 Umlaufbahninformationen bereitstellt, derart, daß jede Überleiteinrichtung 18 bis zu vier Satelliten genau nachverfolgen kann, die sich eventuell in Sicht der Überleiteinrichtung befinden. Diese Daten umfassen Datentabellen, die ausreichen, um es zu ermöglichen, daß die Überleiteinrichtungen 18 anhand bekannter Algorithmen ihre eigenen Satellitenkontaktlisten entwickeln. Das SOCC 36 muß die Nachverfolgungspläne der Überleiteinrichtungen nicht kennen. Die TCU 18a durchsucht vor der Übertragung von Befehlen das Abwärtsverbindungstelemetrieband und identifiziert eindeutig den Satelliten, der durch jede Antenne nachverfolgt wird.
Eine andere Schnittstellenfunktion besteht in Satellitenzustandsinformationen, die von dem SOCC 36 zu dem GOCC 38 berichtet werden. Die Satellitenzustandsinformationen umfassen sowohl Satelliten-/Transponderverfügbarkeit, Batteriezustand und Umlaufbahninformationen und enthalten allgemein jegliche satellitenbezogenen Einschränkungen, die die Verwendung aller oder eines Abschnitts eines Satelliten 12 für Kommunikationszwecke ausschließen würden.
Ein wichtiger Aspekt des Systems 10 ist die Verwendung einer SS-CDMA in Verbindung mit einer Diversity-Kombinierung an den Empfängern der Überleiteinrichtungen und an den Empfängern der Benutzerendgeräte. Die Diversity-Kombinierung wird eingesetzt, um die Wirkungen eines Fading zu mäßigen, während Signale von mehreren Satelliten über mehrere und unterschiedliche Weglängen an den Benutzerendgeräten 13 oder an der Überleiteinrichtung 18 ankommen. Rake-Empfänger in den Benutzerendgeräten 13 und den Überleiteinrichtungen 18 werden eingesetzt, um die Signale von mehreren Quellen zu empfangen und zu kombinieren. Zum Beispiel liefert ein Benutzerendgerät 13 oder die Überleiteinrichtung 18 eine Diversity-Kombinierung für die Vorwärtsverbindungssignale oder die Rückwärtsverbindungssignale, die gleichzeitig von den mehreren Strahlen der Satelliten 12 empfangen und durch dieselben gesendet werden.
In dieser Hinsicht wird auf die Offenbarung des U.S.-Patents mit der Seriennummer 5,233,626, erteilt am 3. August 1993 an Stephen A. Ames, mit dem Titel „Repeater Diversity Spread Spectrum Communication System", verwiesen.
Die Leistung in dem kontinuierlichen Diversity-Empfangsmodus ist der des Empfangens eines Signals durch einen Satellitenrepeater überlegen, und es tritt ferner keine Unterbrechung in der Kommunikation auf, sollte eine Verbindung aufgrund eines Überschattens oder einer Blockade von Bäumen oder anderen Hindernissen, die einen negativen Einfluß auf das empfangene Signal haben, verlorengehen.
Die mehreren, gerichteten Antennen 40 einer gegebenen Überleiteinrichtung 18 sind in der Lage, das Vorwärtsverbindungssignal (Überleiteinrichtung zu Benutzerendgerät) über unterschiedliche Strahlen eines oder mehrerer Satelliten 12 zu senden, um eine Diversity-Kombinierung in den Benutzerendgeräten 13 zu unterstützen. Die Rundstrahlantennen 13a der Benutzerendgeräte 13 senden über alle Satellitenstrahlen, die von dem Benutzerendgerät 13 „gesehen" werden können.
Jede Überleiteinrichtung 18 unterstützt eine Senderleistungssteuerfunktion, um langsame Fadings zu adressieren, sowie außerdem eine Blockverschachtelung, um mittlere bis schnelle Fadings zu adressieren. Eine Leistungssteuerung ist sowohl auf der Vorwärts- als auch Rückwärtsverbindung implementiert. Die Ansprechzeit der Leistungssteuerfunktion ist angepaßt, um eine Satellitenumlaufverzögerung von 30 ms im schlimmsten Fall zu berücksichtigen.
Die Blockverschachtelungsvorrichtungen (53d, 53e, 53f, 5) sind über eine Blocklänge wirksam, die auf Paketrahmen des Vokoders 53g bezogen sind. Eine optimale Verschachtelungsvorrichtungslänge tauscht eine größere Länge und daher eine verbesserte Fehlerkorrektur auf Kosten des Erhöhens der gesamten Ende-zu-Ende-Verzögerung ein. Eine bevorzugte maximale Ende-zu-Ende-Verzögerung beträgt 150 ms oder weniger. Diese Verzögerung umfaßt alle Verzögerungen einschließlich der aufgrund der Ausrichtung des empfangenen Signals, die durch die Diversity-Kombinierer durchgeführt wurden, Verarbeitungsverzögerungen des Vokoders 53g, Verzögerungen der Blockverschachtelungsvorrichtungen 53d–53f und die Verzögerungen der Viterbi-Decodierer (nicht gezeigt), die einen Abschnitt des CDMA-Teilsystems 52 bilden.
5 ist ein Blockdiagramm des Vorwärtsverbindungsmodulationsabschnitts des CDMA-Teilsystems 52 aus 2. Eine Ausgabe eines Summiererblocks 53a speist einen frequenzagilen Aufwärtsumsetzer 53b, der wiederum den Summierer- und Schalterblock 52a speist. Die Telemetrie- und Steuer-(T&C)-Informationen werden auch in den Block 52a eingegeben.
Ein unmodulierter Direktsequenz-SS-Pilotkanal erzeugt einen All-Null-Walsh-Code bei einer erwünschten Bitgrate. Dieser Datenstrom wird mit einem kurzen PN-Code kombiniert, der verwendet wird, um Signale von unterschiedlichen Überleiteinrichtungen 18 und unterschiedlichen Satelliten 12 zu trennen. Bei Verwendung wird der Pilotkanal zu dem kurzen Code modulo-2-addiert und dann mittels QPSK oder BPSK über die CDMA-HF-Kanalbandbreite ausgebreitet. Die folgenden unterschiedlichen Pseudorausch-(PN)-Code-Versatzwerte sind vorgesehen: (a) ein PN-Code-Versatz, um es einem Benutzerendgerät 13 zu ermöglichen, eine Überleiteinrichtung 18 eindeutig zu identifizieren; (b) ein PN-Code-Versatz, um es dem Benutzerendgerät 13 zu ermöglichen, einen Satelliten 12 eindeutig zu identifizieren; und (c) ein PN-Code-Versatz, um es dem Benutzerendgerät 13 zu ermöglichen, einen gegebenen der 16 Strahlen, die von dem Satelliten 12 gesendet werden, eindeutig zu identifizieren. Pilot-PN-Codes von unterschiedlichen Satelliten 12 werden unterschiedlichen Zeit/Phasen-Versatzwerten von dem gleichen Pilot-Keim-PN-Code zugewiesen.
Bei Verwendung kann jeder Pilotkanal, der durch die Überleiteinrichtung 18 gesendet wird, auf einem höheren oder niedrigeren Leistungspegel als die anderen Signale gesendet werden. Ein Pilotkanal ermöglicht es einem Benutzerendgerät 13, den zeitlichen Ablauf des Vorwärts-CDMA-Kanals anzunehmen, liefert eine Phasenreferenz für eine kohärente Demodulation und liefert einen Mechanismus, um Signalstärkenvergleiche durchzuführen, um zu bestimmen, wann eine Übergabe eingeleitet werden soll. Die Verwendung des Pilotkanals ist jedoch nicht zwingend, und es können für diesen Zweck andere Techniken eingesetzt werden.
Der Sync-Kanal erzeugt einen Datenstrom, der die folgenden Informationen umfaßt: (a) Tageszeit; (b) Senden einer Überleiteinrichtungsidentifikation; (c) Satelliten-Ephemeris; und (d) zugewiesener Rufkanal. Die Sync-Daten werden auf eine Faltungscodiervorrichtung 53a angewendet, bei der die Daten faltungscodiert werden und anschließend blockverschachtelt werden, um schnelle Fadings zu bekämpfen. Der sich daraus ergebende Datenstrom wird zu dem synchronen Walsh-Code modulo-2-addiert und mittels QPSK oder BPSK über die CDMA-HF-Kanalbandbreite ausgebreitet.
Der Rufkanal wird auf eine Faltungscodiervorrichtung 53i angewendet, wo derselbe faltungscodiert und anschließend blockverschachtelt wird. Der sich daraus ergebende Datenstrom wird mit der Ausgabe eines Langcodegenerators 53j kombiniert. Der lange PN-Code wird verwendet, um unterschiedliche Bänder des Benutzerendgeräts 13 zu trennen. Der Rufkanal und der lange Code werden modulo-2-addiert und einer Symbolabdeckung bereitgestellt, an der das sich daraus ergebende Signal zu dem Walsh-Code modulo-2-addiert wird. Das Ergebnis wird dann mittels QPSK oder BPSK über die CDMA-FD-HF-Kanalbandbreite ausgebreitet.
Allgemein überträgt der Rufkanal mehrere Nachrichtentypen, darunter: (a) eine Systemparameternachricht; (b) eine Zugriffsparameternachricht; und (c) eine CDMA-Kanallistennachricht.
Die Systemparameternachricht umfaßt die Konfiguration des Rufkanals, Registrierungsparameter und Parameter zur Unterstützung bei der Annahme. Die Zugriffsparameternachricht umfaßt die Konfiguration des Zugriffskanals und die Zugriffskanal-Datengeschwindigkeit. Bei Verwendung über trägt die CDMA-Kanallistennachricht eine zugeordnete Pilotidentifizierung und Walsh-Code-Zuweisung.
Der Vokoder 53k codiert die Stimme in einen PCM-Vorwärtsverkehrdatenstrom. Der Vorwärtsverkehrdatenstrom wird auf eine Faltungscodiervorrichtung 531 angewendet, wo derselbe faltungscodiert und anschließend bei Block 53f blockverschachtelt wird. Der sich daraus ergebende Datenstrom wird mit der Ausgabe eines Langcodeblocks 53k eines Benutzers kombiniert. Der lange Code des Benutzers wird eingesetzt, um unterschiedliche Teilnehmerkanäle zu trennen. Der sich daraus ergebende Datenstrom wird dann in dem Multiplexer (MUX) 53m leistungsgesteuert, zu dem Walsh-Code modulo-2-addiert und dann mittels QPSK oder BPSK über die CDMA-HF-Kommunikationskanalbreite ausgebreitet.
Die Überleiteinrichtung 18 ist wirksam, um die CDMA-Rückwärtsverbindung(en) zu demodulieren. Es gibt zwei unterschiedliche Codes für die Rückwärtsverbindung: (a) den Nullpunktverschiebungscode; und (b) den langen Code. Diese werden von den beiden unterschiedlichen Typen von Rückwärtsverbindungs-CDMA-Kanälen verwendet, nämlich dem Zugriffskanal und den Rückwärtsverkehrkanal.
Für den Zugriffskanal empfängt und decodiert die Überleiteinrichtung 18 einen Stoß bzw. Burst auf dem Zugriffskanal, der einen Zugriff anfordert. Die Zugriffskanalnachricht ist in einem langen Anfangsblock verkörpert, gefolgt von einer relativ kleinen Datenmenge. Der Anfangsblock ist der lange PN-Code des Benutzerendgeräts. Jedes Benutzerendgerät weist einen eindeutigen langen PN-Code auf, der durch einen eindeutigen Zeitversatz in das gemeinsame PN-Generator-Polynom erzeugt wird.
Nach dem Empfangen der Zugriffsanforderung sendet die Überleiteinrichtung 18 eine Nachricht auf dem Vorwärtsverbindungsrufkanal (Blöcke 53e, 53i, 53j) und bestätigt den Empfang der Zugriffsanforderung und weist dem Benutzerendgerät 13 einen Walsh-Code zu, um einen Verkehrskanal einzurichten. Ebenso weist die Überleiteinrichtung 18 dem Benutzerendgerät 13 einen Frequenzkanal zu. Sowohl das Benutzerendgerät 13 und die Überleiteinrichtung 18 schalten zu dem zugewiesenen Kanalelement und beginnen unter Verwendung des (der) zugewiesenen Walsh-(Spreizungs)-Codes eine Duplexkommunikation.
Der Rückwärtsverkehrkanal wird in dem Benutzerendgerät 13 durch Faltungscodieren der digitalen Daten von der lokalen Datenquelle oder dem Vokoder des Benutzerendgeräts erzeugt. Die Daten werden dann in vorbestimmten Intervallen blockverschachtelt und auf einen 128-Ary-Modulator und eine Datenburstrandomisiervorrichtung angewendet, um einen Verbindungszusammenstoß zu reduzieren. Die Daten werden dann zu dem Nullverschiebungs-PN-Code addiert und über einen oder mehrere der Satelliten 12 zu der Überleiteinrichtung 18 gesendet.
Die Überleiteinrichtung 18 verarbeitet die Rückwärtsverbindung z. B. anhand einer schnellen Hadamad-Transformation (FHT), um den 128-Ary-Walsh-Code zu demodulieren und die demodulierten Informationen dem Diversity-Kombinierer bereitzustellen.
Im Vorhergehenden wurde ein derzeit bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kommunikationssystems 10 beschrieben. Im folgenden werden nun derzeit bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Zunächst sei angemerkt, daß eine mögliche Technik, um einem Dienstanbieter eine gegebene Benutzerverbindung oder einen Anruf zu berechnen, darin besteht, einen Pauschaltarif auf der Basis einer Länge der Verbindung zu berechnen. Der Pauschaltarif kann als Voice Equivalent Minute (VEM) bezeichnet werden, die vorbestimmt wird, um eine Menge an Systemressourcen abzurechnen, die durch ein Benutzerendgerät pro Minute Verbindungszeit verbraucht wird. Die VEM kann auf einer typischen Sprachqualität basieren, die wiederum eine „typische" Vokoder-Geschwindigkeit (empfangene Sprachqualität), Vorwärtsverbindungsleistung, Diversity-Pegel etc. repräsentiert.
Zwar ist die VEM eine relativ einfache Technik zum Abrechnen der Verwendung eines Satellitenkommunikationssystems, doch berücksichtigt sie nicht eine Anzahl von Situationen, die dazu führen können, daß dem Dienstanbieter zu wenig berechnet wird. Zum Beispiel verbraucht ein Benutzer, der eine große Datendatei mit 9.600 Baud hochlädt, mehr Satellitenprimärleistung als ein Benutzer, der in einer typischen Telefonunterhaltung involviert ist, die bei einer durchschnittlichen Vokoder-Geschwindigkeit von beispielsweise 2.400 Baud stattfindet. Ebenso verbraucht z. B. ein Benutzer, der innerhalb eines Fahrzeugs einen Anruf mit einem tragbaren Endgerät tätigt, mehr Satellitenleistung als ein anderer Benutzer, der einen Anruf mit derselben Dauer tätigt, während er im Offenen steht, entfernt von jeglichen HF-Hindernissen.
Für die Darstellung eines vereinfachten Blockdiagramms des Satellitenkommunikationssystems 10 aus 1 wird nun auf 6 Bezug genommen. Das Benutzerendgerät 13 kann ein tragbares, auf einem Fahrzeug befestigtes oder festes Endgerät sein. Das Benutzerendgerät 13 umfaßt eine elektronische Seriennummer (ESN) 13b, die das Endgerät eindeutig identifiziert und ferner den Endgerättyp (z. B. Fahrzeug, fest, tragbar, nur Sprache, Sprache/Daten, Daten etc.) identifizieren kann. Das Benutzerendgerät 13 umfaßt in der Regel einen Vokoder 13c mit einer variablen Geschwindigkeit (1.200, 2.400, 4.800, 9.600 Baud) zum Digitalisieren einer Sprache eines Benutzers und zum Umwandeln einer eingegebenen codierten Sprache in ein analoges Format. Das Benutzerendgerät 13 umfaßt auch eine Senderleistungssteuerfunktion mit geschlossener Schleife 13d, die ähnlich der sein kann, die in dem zuvor erwähnten TIA/EIA Interim Standard „Mobile Station-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System" TIA/EIA/IS-95, Juli 1993, spezifiziert ist. Die Antenne 13a verbindet das Benutzerendgerät 13 mit einem oder mehreren der Satelliten 12 in einer erdnahen Umlaufbahn (LEO).
Wie zuvor unter Bezugnahme auf 3A beschrieben wurde, sind bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung die Satelliten 12 Gebogenes-Rohr-Repeater, die Benutzerübertragungen von einem von 16 Strahlen auf der Rückwärtsverbindung 17b empfangen, dieselben einer Frequenzumsetzung unterziehen und das Benutzersignal zu einer GW 18 auf der Verbindung 19b senden. Die Satelliten 12 empfangen auch eine Speisungsverbindung 19a von der GW, unterziehen dieselbe einer Frequenzumsetzung und senden ein Signal über den gleichen der 16 Strahlen auf der Vorwärtsverbindung 17a zu dem Benutzerendgerät. Die Bitrate des Vorwärtsverbindungssignals ist direkt proportional zu der Menge an Satellitenleistung, die erforderlich ist, um das Signal zu senden. Dadurch, daß die Satelliten 12 lineare Verstärker verwenden, ist auch die gesendete Satellitenleistung für einen gegebenen Strahl direkt proportional zu der Anzahl von Benutzern, die durch den Strahl versorgt werden.
Auf jeder der Vorwärts- und Rückwärtsverbindungen 13 sind unterschiedliche Frequenzkanäle definiert, wobei in jedem Kanal Übertragungen mit der direkten Spreizungs-(DS)-, Codemultiplexzugriffs-(CDMA)-Technik erreicht werden. Zum Beispiel sind pro Kanal 128 unterschiedliche Walsh-Spreizungscodes definiert, wodurch es einer Anzahl von Benutzern (z. B. 50) ermöglicht wird, gleichzeitig die gleiche Kanalfrequenz zu verwenden. Während des Anrufaufbaus wird dem Benutzerendgerät 13 zumindest ein Walsh-Code für die Vorwärtsverbindung und zumindest ein Walsh-Code für die Rückwärtsverbindung zugewiesen. Die Walsh-Codes als solche sind insofern auch eine verbrauchbare Systemressource, daß die Kommunikationsverkehrskapazität dieses Kanals, wenn alle verfügbaren Walsh-Codes für einen gegebenen Kanal zugewiesen sind, vollständig genutzt wird.
Die GW 18 ist für ein Zuweisen von Kanälen und Walsh-Codes zu Benutzerendgeräten und für ein Steuern der Leistung der Benutzerendgeräte während eines Anrufs verantwortlich. Die Leistung wird durch Erfassen der Signalqualität des Benutzerendgeräts auf der Rückwärtsverbindung und durch Einstellen der Senderleistung des Benutzerendgeräts 13 mit Leistungssteuerbits, die durch die GW 18 über die Vorwärtsverbindung gesendet werden, gesteuert. Auf der Basis der Signalqualität der GW, die an dem Benutzerendgerät 13 empfangen wird, ist das Benutzerendgerät ebenfalls angepaßt, die durch die GW gesendete Leistung auf der Vorwärtsverbindung zu steuern. Das heißt, wenn die Signalqualität der GW niedrig ist, wie an dem Benutzerendgerät 13 empfangen, sendet das Benutzerendgerät 13 Leistungssteuerbits über die Rückwärtsverbindung zu der GW 18, um die Senderleistung der GW zu erhöhen. Die Signalqualität kann z. B. aus der Energie pro Bit oder aus der Datenpaketfehlerrate bestimmt werden.
Wie zuvor beschrieben wurde, ist die GW 18 ebenfalls in der Lage, durch mehr als einen Satelliten über ihre mehreren Richtantennen 40 zu einem Benutzerendgerät 13 zu senden. Dies führt dazu, daß identische Kopien des gleichen Signals an dem Benutzerendgerät 13 empfangen werden. Diese Kopien werden in dem Benutzerendgerät 13 kohärent kombiniert, wie in dem U.S.-Patent 5,233,626 (Ames) beschrieben ist, was zu einer erhöhten Unanfälligkeit gegen Fading führt.
Die GW 18 weist eine Verbindung zu dem öffentlichen Fernsprechwählnetz (PSTN) auf und umfaßt die oben beschriebenen Vokoder 53g mit variabler Geschwindigkeit zum Digitalisieren einer eingegebenen Sprache vor dem Senden derselben über die Vorwärtsverbindung zu dem Benutzerendgerät 13. In der Regel ist auch eine Verbindung zu einer Funkvermittlungsstelle (MSC) 70 vorgesehen. Die MSC ist ein herkömmliches System mit einem Heimatregister (HLR) 70a und kann eine oder mehrere mit derselben verbundene Basisstati onssteuerungen (BSCs) 72 aufweisen, wobei jede BSC 72 erdgebundene drahtlose Zellen handhabt.
Gemäß dieser Erfindung sammelt die GW 18 Daten bezüglich jedes Anrufs bzw. jeder Verbindung an, die durch individuelle Benutzerendgeräte hergestellt wird. Diese Daten ergeben sich aus regelmäßigen Messungen, die z. B. bei der Datenpaketgeschwindigkeit (20 ms) oder einem Vielfachen der Datenpaketgeschwindigkeit durchgeführt werden. Bei der Beendigung des Anrufs werden die Daten durch die GW 18 vorverarbeitet. Zum Beispiel werden die gesammelten Daten über 100 ms oder größere Intervalle gemittelt und in der GW 18 für eine nachfolgende Zuführung über das TDN 39 zu dem GOCC 38 gespeichert. Das GOCC 38 verwendet diese Daten für zumindest zwei Zwecke.
Eine Verwendung der Daten besteht darin, Statistiken abzuleiten, die die historische Verwendung des Systems 10 beschreiben. Das heißt, daß Langzeitplanungs-(LTP)-und Trendanalyse-(TA)-Module mit den Daten arbeiten. Die Ausgaben des LTP und TA werden einem Kapazitätsplanungs(CAP)-Modul zugeführt, das eine zukünftige Nachfrage nach dem System auf der Basis der historischen Nachfrage voraussagt. Die Ausgabe des CAP wird einem Resourcenzuteilungs-(RA)-Modul zugeführt, das unter Verwendung des TDN 39 über eine GW-Schnittstelle (IF) Kanäle, maximale Senderleistungspegel etc. individuellen GWs 18 zuweist. Diese Zuteilung wird vorzugsweise teilweise auch bei Eingaben von dem Satellitenbetriebskontrollzentrum (SOCC) 36 durchgeführt. Wie zuvor beschrieben wurde, ist das SOCC 36 für ein Überwachend des Batterieladungszustands, des Transponderzustands und der Transponderbetriebsbereitschaft und aller anderen Aspekte des Satellitenbetriebs verantwortlich. Das Endergebnis ist das Ausgeben von Daten, um die GWs 18 zu steuern, um die Verwendung des Gesamtsystems und der Satellitenressourcen proportional zuzuordnen und auszugleichen und um auch die Qualität des Dienstes, der Benutzern bereitgestellt wird, zu überwachen.
Eine zweite Verwendung der Datenausgabe von der GW 18 ist die Bestimmung einer Menge der gesamten Systembetriebsmittel, die dem Benutzerendgerät 13 während eines Anrufs oder einer Verbindung zugeordnet wurden oder durch dasselbe verbraucht wurden. Zu diesem Zweck umfaßt das GOCC 38 auch ein Dienstabrechnungs-(SA)-Modul, das die Systemgebrauchsdaten, die von der GW 18 ausgegeben werden, zusammen mit einer Identifizierung des Benutzerendgeräts 13 und der Gesamtverbindungszeit empfängt. Das SA-Modul verarbeitet die Systemgebrauchsdaten gemäß vorbestimmten Kriterien und gibt Abrechnungsdaten (AD) für eine Verwendung bei der Abrechnung mit dem Dienstanbieter aus, der der GW 18 zugeordnet ist.
Die Daten, die durch die GW 18, insbesondere durch die Überleiteinrichtungssteuerung 56, während einer Verbindung zum Ausgeben zu dem GOCC angesammelt wurden, können alle oder einen Teil der folgenden Aspekte umfassen.

VORWÄRTSVERBINDUNG RÜCKWÄRTSVERBINDUNG

GW-Vokoder-Geschwindigkeit UT-Vokoder-Geschwindigkeit

GW-XMTR-Leistung UT-XMTR-Leistung

# der Walsh-Codes # der Walsh-Codes
Es liegt auch innerhalb des Schutzbereichs dieser Erfindung, daß die von der GW angesammelten Daten einen oder mehrere der folgenden Aspekte umfassen: Diversity-Pegel (d. h. Anzahl der Satelliten), Endgerättyp und Endgerätposition.
Die Vokoder-Geschwindigkeit des Benutzerendgeräts 13 ist auf einer Pro-Datenpaket-Basis bekannt, da die GW 18 dieselbe bestimmen muß, um die Benutzerendgerätübertragung ordnungsgemäß zu decodieren. Der Senderleistungspegel des Benutzerendgeräts 13 ist der GW 18 ebenfalls bekannt, da die GW 18 den Benutzerendgerätleistungspegel bei der Datenpaketgeschwindigkeit kontinuierlich hinauf- und heruntersteuert. Ein anfänglicher Benutzerendgerätlei stungspegel ist der GW 18 zu dem Zeitpunkt, an dem die Verbindung zum ersten Mal hergestellt wird, bekannt und nachfolgende Benutzerendgerätleistungseinstellungen werden dann vorzugsweise ausgehend von dem anfänglichen Pegel durchgeführt. Die Anzahl der Walsh-Codes in Verwendung sind der GW 18 selbstverständlich bekannt, da dieselben durch die GW zugewiesen werden.
Der Diversity-Pegel auf der Rückwärtsverbindung kann durch die GW 18 aus der Position des Benutzerendgeräts 13 bestimmt werden, die aus Satellitenpositionierungsdaten bestimmt wird, wenn die Verbindung hergestellt wird, sowie aus Satellitenephemerisdaten, die in der GW 18 gespeichert sind. Das heißt, daß durch das Kennen der Position des Benutzerendgeräts 13 und der Anzahl und Positionen der Satelliten 12, die von der Antenne 13a des Benutzerendgeräts erreicht werden können, die GW 18 bestimmen kann, wie viele Satelliten gerade verwendet werden, um die Rückwärtskommunikationsverbindung von dem Benutzerendgerät 13 zu der GW 18 weiterzuleiten.
Die Benutzerendgerätpositionsdaten geben den Breitengrad des Benutzerendgeräts 13 an, was nützlich ist, wenn breitengradabhängige Komponenten des Systemleistungsgebrauchs bestimmt werden. Die Benutzerposition kann auch nützlich sein, wenn bestimmt wird, welche Benutzerendgeräte sich in peripheren Regionen eines Strahlmusters eines Satelliten befinden, wo eine größere Leistung erforderlich ist.
Der Benutzerendgerättyp kann eingesetzt werden, um z. B. tragbare Endgeräte von auf Fahrzeugen befestigten Endgeräten, die in der Regel eine höhere Leistung aufweisen, zu unterscheiden.
Das SA arbeitet mit den Daten, die durch die GW 18 bereitgestellt sind, um z. B. eine Geldmenge zu bestimmen, die der Gesamtmenge der Systemkapazität und Satellitenleistung entspricht, die durch das Benutzerendgerät während der Verbindung verbraucht wurden.
Es liegt ebenfalls innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung, die Systemgebrauchsdaten einzusetzen, um einen Korrektur- oder Gewichtungsfaktor abzuleiten, der beim Einstellen einer vorbestimmten VEM verwendet werden soll, um den tatsächlichen Systemgebrauch für einen gegebenen Anruf bzw. Verbindung genauer widerzuspiegeln.
Zwar wurde die Erfindung insbesondere bezüglich eines bevorzugten Ausführungsbeispiels derselben gezeigt und beschrieben, doch ist es Fachleuten auf dem Gebiet klar, daß Änderungen an Form und Details an demselben durchgeführt werden können, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel wurden zwar Vokoder-Geschwindigkeit und -Datenpakete oben beschrieben, doch liegt es innerhalb des Schutzbereichs dieser Erfindung, auch eine Datencodierergeschwindigkeit und Datenpaketzeit oder ein anderes zeitliches Kommunikationsinkrement einzusetzen. Es liegt ebenfalls innerhalb des Schutzbereichs dieser Erfindung, andere Konstellationen als eine erdnahe Satellitenumlaufbahnkonstellation einzusetzen, wie z. B. einen oder mehrere Satelliten in einer Umlaufbahn in einer mittleren Entfernung von der Erde (z. B. Satelliten, die ihre Umlaufbahn in einer Entfernung von ungefähr 10.000 km bis 19.000 km durchlaufen). Es liegt ebenfalls innerhalb des Schutzbereichs dieser Erfindung, Satelliten einzusetzen, die eine An-Bord-Verarbeitung eines Kommunikationsverkehrs durchführen, mit oder ohne Satellitenvernetzung, im Gegensatz zu relativ einfacheren Gebogenes-Rohr-Repeater-Satelliten. Die Lehre dieser Erfindung kann auch bei Satellitenkommunikationssystemen vorteilhaft eingesetzt werden, die andere als Spreizungsspektrumsmodulationstechniken und/oder Codemultiplexzugriffstechniken verwenden. Zum Beispiel kann die Lehre dieser Erfindung mit Satellitenkommunikationssystemen verwendet werden, die Techniken des Mehrfachzugriffs im Zeitmultiplex (TDMA) einsetzen.

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Satellitenkommunikationssystems, das folgende Schritte umfaßt: Herstellen einer drahtlosen Kommunikation mit einem Benutzer von einer Überleiteinrichtung, die durch mindestens einen Satelliten über eine Vorwärtsverbindung und eine Rückwärtsverbindung mit dem Benutzerendgerät gekoppelt ist, an der Überleiteinrichtung und während der Verbindung wiederholtes Bestimmen einer Menge von Satellitensystemressourcen, die verwendet werden, um die drahtlose Verbindung mit dem Benutzerendgerät aufrecht zu erhalten; und Ausgabe von Systemnutzungsdaten von der Überleiteinrichtung nach Beendigung der drahtlosen Verbindung, dadurch gekennzeichnet, daß die Überleiteinrichtung einen Vokoder (Sprachkodierer) zur Verarbeitung von Sprache mit einer vorherbestimmten Datenpaketgeschwindigkeit umfaßt und jeder Bestimmungsschritt mit der Datenpaketgeschwindigkeit oder einem Vielfachen der Datenpaketgeschwindigkeit ausgeführt wird und die Systemnutzungsdaten mindestens eine Menge von Satellitensystemressourcen anzeigen, die erforderlich waren, um die drahtlose Verbindung mit dem Benutzerendgerät bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei jeder Bestimmungsschritt folgenden Schritt umfaßt: Bestimmung eines Umfangs an Vorwärtsverbindungsleistung, die zur Aufrechterhaltung der drahtlosen Verbindung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei jeder Bestimmungsschritt folgenden Schritt umfaßt: Bestimmung eines Umfangs an Rückwärtsverbindungsleistung, die zur Aufrechterhaltung der drahtlosen Verbindung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei jeder Bestimmungsschritt folgenden Schritt umfaßt: Bestimmung einer aktuellen Übertragungsgeschwindigkeit der Überleiteinrichtung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei jeder Bestimmungsschritt folgenden Schritt umfaßt: Bestimmung einer aktuellen Übertragungsgeschwindigkeit des Benutzerendgeräts.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei jeder Bestimmungsschritt folgenden Schritt umfaßt: Bestimmung einer aktuellen Anzahl von Satelliten, mittels derer die drahtlose Verbindung aufrechterhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei jeder Bestimmungsschritt folgenden Schritt umfaßt: Bestimmung einer Anzahl von Spreizungscodes, die in der Vorwärtsverbindung verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei jeder Bestimmungsschritt folgenden Schritt umfaßt: Bestimmung einer Anzahl von Spreizungscodes, die in der Rückwärtsverbindung verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, das einen Bestimmungsschritt einer Position des Benutzerendgeräts umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1, das einen Bestimmungsschritt eines Typs des Benutzerendgeräts umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1, das des Weiteren folgenden Schritt umfaßt: Verarbeitung der Systemnutzungsdaten von einer Vielzahl von Überleiteinrichtungen zur Erstellung eines Verlaufsprotokolls der Satellitensystemnutzung; Verwendung des Verlaufsprotokolls zur Vorhersage einer zukünftigen Systemnutzung; und Zuordnung von Satellitensystemressourcen zu der Vielzahl von Überleiteinrichtungen gemäß der vorhergesagten zukünftigen Systemnutzung.
Satellitenkommunikationssystem mit mindestens einem Benutzerendgerät (13), das für die bidirektionale drahtlose Kommunikation mit einer Überleiteinrichtung (18) mittels mindestens eines Satelliten (12) ausgelegt ist, wobei das System ein Mittel zur Herstellung einer drahtlosen Verbindung mit einem Benutzerendgerät mittels mindestens eines Satelliten über eine Vorwärtsverbindung (17a) und eine Rückwärtsverbindung (17b) in der Überleiteinrichtung umfaßt; und ein Mittel in der Überleiteinrichtung, das auf die Beendigung der drahtlosen Verbindung anspricht, um Systemnutzungsdaten auszugeben, die eine Menge von Satellitensystemressourcen anzeigen, die zur Bereitstellung der drahtlosen Verbindung mit dem Benutzerendgerät erforderlich war, dadurch gekennzeichnet, daß die Überleiteinrichtung mindestens entweder einen Sprachkodierer oder einen Datenkodierer umfaßt, der mit einer vorherbestimmten Datenpaketgeschwindigkeit betrieben wird, und das System des Weiteren Folgendes umfaßt: ein Mittel in der Überleiteinrichtung, um während der drahtlosen Verbindung eine Menge von in Gebrauch befindlichen Satellitensystemressourcen zu bestimmen, die zur Aufrechterhaltung der drahtlosen Verbindung mit dem Benutzerendgerät nötig sind, wobei das Bestimmungsmittel eine Menge von Satellitensystemressourcen erfaßt, die zur Aufrechterhaltung der drahtlosen Verbindung mit den Benutzerendgerät mit der Datenpaketgeschwindigkeit oder einem Vielfachen der Datenpaketgeschwindigkeit verwendet werden.
System nach Anspruch 12, wobei das Bestimmungsmittel ein Mittel zur Bestimmung mindestens entweder eines Umfangs an Vorwärtsverbindungsleistung oder eines Umfangs an Rückwärtsverbindungsleistung umfaßt, die zur Aufrechterhaltung der drahtlosen Verbindung verwendet wird.
Verbindung nach Anspruch 12, wobei das Bestimmungsmittel ein Mittel zur Bestimmung mindestens entweder einer Vorwärtsverbindungsübertragungsgeschwindigkeit oder einer Rückwärtsverbindungsübertragungsgeschwindigkeit umfaßt.
System nach Anspruch 12, wobei das Bestimmungsmittel ein Mittel zur Bestimmung einer Anzahl von Satelliten umfaßt, mittels derer die drahtlose Verbindung aufrechterhalten wird.
System nach Anspruch 12, wobei die drahtlose Kommunikation des Benutzerendgeräts und der Überleiteinrichtung mit Spreizungscodes moduliert wird und das Be stimmungsmittel ein Mittel zur Bestimmung mindestes entweder einer Anzahl von Spreizungscodes, die zwischen dem Benutzerendgerät und der Überleiteinrichtung bei der Vorwärtsverbindung verwendet werden, oder einer Anzahl von Spreizungscodes, die zwischen dem Benutzerendgerät und der Überleiteinrichtung bei der Rückwärtsverbindung verwendet werden, umfasst.
System nach Anspruch 12, wobei das Bestimmungsmittel ein Mittel zur Bestimmung einer Position des Benutzerendgeräts umfaßt.
System nach Anspruch 12, wobei das Bestimmungsmittel ein Mittel zur Bestimmung eines Typs des Benutzerendgeräts umfaßt.
System nach Anspruch 12, das des Weiteren ein mit der Überleiteinrichtung gekoppeltes Mittel zur Verarbeitung der Systemnutzungsdaten zur Erstellung eines Verlaufsprotokolls der Satellitensystemnutzung, zur Verwendung des Verlaufsprotokolls zur Vorhersage einer zukünftigen Systemnutzung und zur Zuordnung von Satellitensystemressourcen zur Überleiteinrichtung gemäß der vorhergesagten zukünftigen Systemnutzung umfaßt.
Satellitenkommunikationssystem nach Anspruch 12, das eine Konstellation von Erdumlaufsatelliten umfaßt, wobei: die Überleiteinrichtung umfaßt: ein Mittel zur Erstellung eines bidirektionalen Spreizungsspektrums, eine leistungsgesteuerte drahtlose Kommunikationsverbindung zwischen einem erdgebundenen Kommunikationssystem und dem mindestens einen Benutzerendgeräts mittels des mindestens einen Satelliten, und wobei das System des Weiteren umfaßt; mindestens ein erdgebundenes Kontrollzentrum; und ein erdgebundenes Datennetzwerk, das die Überleiteinrichtung mit dem mindestens einen Kontrollzentrum verbindet und wobei die Überleiteinrichtung ein Mittel zur regelmäßigen Aufzeichnung von Daten während einer drahtlosen bidirektionalen Kommunikationsverbindung mit einem Benutzerendgerät umfaßt und die Daten mindestens eine Identität des Benutzerendgeräts und eine Menge von Satellitenkommunikationssystemressourcen anzeigen, die verbraucht wurden, um die drahtlose bidirektionale Kommunikationsverbindung bereitzustellen, und wobei die Überleiteinrichtung ein Mittel zur Ausgabe der aufgezeichneten Daten an das Datennetzwerk für den Empfang im Kontrollzentrum umfaßt.
System nach Anspruch 20, wobei die aufgezeichneten Daten einen Umfang an Vorwärtsverbindungsleistung und einen Umfang an Rückwärtsverbindungsleistung, die zur Aufrechterhaltung der drahtlosen bidirektionalen Kommunikationsverbindung verwendet werden, sowie entweder eine Vorwärtsverbindungsübertragungsgeschwindigkeit oder eine Rückwärtsverbindungsübertragungsgeschwindigkeit anzeigen.
System nach Anspruch 20, wobei die aufgezeichneten Daten eine Anzahl von Satelliten anzeigen, mittels derer die drahtlose bidirektionale Kommunikationsverbindung aufrechterhalten wird.
System nach Anspruch 20, wobei die aufgezeichneten Daten eine Anzahl von Spreizungscodes, die bei der Vorwärtsverbindung verwendet werden, und eine Anzahl von Spreizungscodes, die bei der Rückwärtsverbindung verwendet werden, anzeigen.
System nach Anspruch 20, wobei die Daten mit der Datenpaketgeschwindigkeit oder einem Vielfachen der Datenpaketgeschwindigkeit aufgezeichnet werden.
System nach Anspruch 20, wobei das Kontrollzentrum ein Mittel zur Verarbeitung der Systemnutzungsdaten für die Erstellung eines Verlaufsprotokolls der Systemnutzung, ein Mittel zur Verwendung des Verlaufsprotokolls zur Vorhersage einer zukünftigen Systemnutzung und zur Zuordnung von Satellitensystemressourcen zu der mindestens einen Überleiteinrichtung gemäß der vorhergesagten zukünftigen Systemnutzung umfaßt.
System nach Anspruch 20, wobei die Konstellation von Erdumlaufsatelliten eine Konstellation von niedrig erdumlaufenden Satelliten umfaßt.
System nach Anspruch 20, wobei die Konstellation von Erdumlaufsatelliten eine Vielzahl von Satelliten umfaßt, die auf n Umlaufebenen mit m gleich beabstandeten Satelliten pro Ebene verteilt sind.
System nach Anspruch 20, wobei n gleich acht und m gleich sechs ist.
System nach Anspruch 28, wobei die Umlaufebenen um etwa 52 Grad im Verhältnis zum Äquator geneigt sind und jeder Satellit eine Umlaufbahn innerhalb von etwa 114 Minuten durchläuft.