专利名称：移动卫星用户信息请求系统和方法
技术领域：
本发明总体上涉及具有移动的用户的通信系统，尤其是涉及以卫星为基础的通信系统，其中移动用户终端通过至少一个卫星连接至地面通信系统。
移动通信系统，尤其是采用地球轨道卫星群集的全球移动通信系统，可能会呈现对试图连接至一个或多个卫星或者维持连接至一个或多个卫星的用户的阻碍和遮挡。卫星将双工用户RF信号中继至地面上的网间连接器，以便进一步连接至例如公共交换电话网络(PSTN)。但是，如果给定的用户至一个或多个卫星的接入被阻碍，用户可能无能力登记于系统而启动或接收呼叫或者继续正在进行的呼叫。这种问题尤其会出现在用户是移动用户并且正在相对于可能的RF遮挡物例如叶类遮挡物和建筑物的情况下。
采用公知的移动用户卫星系统尤其是地球同步卫星系统，通常只有一个卫星处于用户的视野中。另外，卫星在赤道上或其附近的位置决定了从用户至卫星的方向。在北半球，这个方向总体上是向南的。
但是，通信、计算机和小型卫星技术的新进展已使得能够提出卫星群集的概念，其中在地球表面的大部分中，至少两个卫星可以处于任何位置的视域中。此外，采用码分多址(CDMA)的手持用户终端的发展已使得利用分集技术作为减少用户的遮挡和阻碍手段的多卫星覆盖成为可能。例如，用户终端可以通过同时处于视域中的LEO卫星群集的两个或多个卫星同时维持连接。
在发展例如低地球轨道(LEO)卫星的群集时存在的一个问题是，为使其具有最大的能力来通过一个或多个卫星建立或维持通信，用户通常不能直接获知其应面对的或移往的最佳方向。这是因为卫星相对于用户是移动的，而且在任一给定的时间，相对于用户而言，卫星可能不位于某个预定的且大致恒定的方向上(即，在地球同步卫星情况下处于南方)。
对于一个地球轨道卫星的群集(在非极轨道中)，可以发现，天空中的用户将能“看见”卫星的部分是纬度的函数。在赤道上(0(纬度)，天空由卫星轨道均匀地覆盖，而在北纬约70(处，只有在北部天空的很小一部分中，用户可以看见卫星。对于中等的纬度，不能发现卫星的区域(这里称为“掩星区”)的大小随靠近赤道而逐渐变小。对于环形的轨道而言，南纬情况是北纬情况的镜象。
此外，在典型情况下，除了无卫星穿过的区域外，可以发现多种信号阻碍物，例如建筑物、公共设施桩柱、树等。很显然，在任一给定的时间，对于传送地面用户和一个或多个卫星之间的通信而言，只有天空的一部分是最佳的。
如果用户位于建筑物内，这个问题将是复合的，因为在卫星和用户终端之间的前向链路上使用的较高频率(例如S-频带)将不能正常地穿透建筑物内的任何大的距离。结果，如果用户靠近可以“看见”卫星的建筑物窗子，用户将能体验到更好的链路质量。
可以想象，如果用户总是靠近面向南的窗子(在北半球)，那么将总会体验到最好的链路质量。但是，情况并非如此。例如，假设用户与两个卫星的分集相关(即，通信同时由两个卫星传输)并且这些卫星处于视域中。根据所使用的两个卫星，在一种情况下，面向西南的窗子可能是最佳的，而对于第二种情况来说，面向东南的窗子可能是最佳的。在任何一种情况下，面向北的窗子最可能提供最差的链路质量(不存在信号反射表面的某种意外的方位)。
因此，本发明的目的是要提供辅助移动通信卫星系统的用户接入、启动和接收以及维持呼叫的方法和设备。
本发明的方法和设备克服了上述的和其他的问题，并且实现上述目的，该方法和设备使得用户能够获知其可利用的一个或多个“最佳”卫星的方向。这个信息使用户能够在任何特定的时间改变其位置来充分利用一个或多个“最佳”卫星，以便增强接入、启动和接收、以及完成呼叫的能力。这个信息可以由服务系统提供，并可以由用户采用来在一定时间内选择例如位于建筑物东侧的位置、移向面朝东南的窗子、或者采取某种动作增强用户至卫星通信系统的连接能力。
本发明的教导利用了这样的事实，管理用户终端所在服务区域的网间连接器知道用户终端的位置(经度和纬度)，并且可以从卫星星历表数据计算用户终端视域中的所有卫星的位置和垂直角度。另一种方法是，网间连接器可以将卫星星历表数据发送给用户终端，用户终端随后可以计算视域中的卫星的位置和垂直角度。网间连接器还可以根据存储的地理图知道与用户终端的位置相关的地势。在这种情况下，网间连接器可以在前向链路上向用户终端发送信息，通知用户终端根据当前的和/或预期的卫星位置采取某种行动改善链路质量或使链路质量最佳。这个信息由用户终端控制器接收和解码，并且可以通过显示或者其他方式告知用户。
这个要传送给用户的信息可以由网间连接器自动地产生并发送，或者由网间连接器仅响应于用户的请求而产生和发送。例如，如果用户以预定的码将请求输入键盘，此码则通过一个或多个卫星在返回链路上发送给网间连接器。本发明的范围还包括让用户终端通过使用所传送的码表明其周围的环境，并且让网间连接器由此改善或优化给用户的指令。例如，用户可以用一种码表示其处于建筑物内，用另一种码表示其处于浓密的林丛中，用再一种码表示其处于由高大建筑物包围的市区内。
用户可以定期被提示报告其周围环境，或者仅在网间连接器根据用户终端功率控制信息确定用户处于强遮挡或信号阻塞区域时，提示用户报告其周围环境。如果随后可以将用户引向更好的位置来设置或继续呼叫，则将提高呼叫的成功率，减少系统所需的功率，增加系统的总容量。
通过结合附图阅读本发明的以下详细说明，可以更清楚地了解本发明的上述和其他特征，附图中
图1是根据本发明的卫星通信系统的简化方框图；图2A和2B均为直接处于用户终端上面的天空示意图，它们示出无卫星区域(这里称为“掩星区”)以及两个卫星(“A”和“B”)随时间变化的轨道；图3A和3B示出在一给定的时间卫星“A”和“B”相对于用户终端的位置；图4示出在用户终端上面的天空视域中重叠的图3A和3B的两个卫星位置，还示出当同时通过两个卫星“A”和“B”(即采用两个卫星的分集)时相对于用户的具有最高通信成功率的方向；图5示出图4的天空示意图，其上叠加了一个示范性的带窗子的建筑物，用户终端处于此建筑物内，这个图特别用于解释本发明的用户指令特征；图6是卫星通信用户终端的第一实施例的方框图，这是一个“被动式用户辅助”实施例；图7是卫星通信用户终端的第二实施例的方框图，这是一个“网间连接器辅助的用户信息请求”实施例；图8是本发明的卫星通信系统的方框图，该系统具有网间连接器辅助的用户信息请求和交互式用户终端。
现在参照图1描述根据本发明运行的LEO卫星通信系统10的一部分。尽管下面的内容描述的是LEO卫星通信系统，但应当理解的是，本发明的教导也适用于LEO之外的系统，诸如中型地球轨道(MEO)系统。
卫星群集的多个卫星12各自具有一个相关的“足迹”12a，此“足迹”投射至地球表面上并随卫星移动。用户终端13具有显示窗13a、键盘13b和天线13c。采用合适的RF电路(图1中未示出)和天线13c，用户终端13能够向地面网间连接器14发送请求并能够从地面网间连接器14接收信息。请求和信息由至少一个卫星12采用RF链路12b中继至天线13c，并且采用RF馈送链路14a中继至网间连接器14。卫星12的星历表和位置是网间连接器14所知道的，并且最好也是用户终端13所知道的。
在本发明的此优选实施例中，网间连接器14连接至PSTN，从而提供从用户终端13至地面电话16和/或地面数据设备(总体上以计算机17示出)的通信路径。所示的卫星12的轨迹绘出了网间连接器服务区(SA)。用户终端13位于SA中的特定位置，亦即位于特定的纬度和经度。网间连接器14知道用户终端13的位置，因为网间连接器14计算用户终端在记录(log-on)和登记至系统时的位置。网间连接器14可以利用例如系统本身的计算用户位置的能力(诸如通过三角测量)和/或可以利用全球定位卫星(GPS)信息或者其他类型的已知技术。另外，例如，用户终端13的位置还可以在允许连接之前通过每一电话呼叫的网间连接器14确定。
现在参照图2A和2B，其中所示的是从用户终端13直接向上看到的天空示意图(“鱼眼”的视域)。用户终端13被假定位于圆环的中心。由于特定的卫星群集的特性，存在一个卫星12呈现的天空区域和一个根本看不到卫星的天空区域。这两个区域的相对大小和形状取决于轨道的倾角、轨道的高度、轨道的椭圆度和用户的纬度和经度。卫星12从未呈现的区域在这里称为“掩星区”。处于用户终端13的视域中的任何卫星都因此被设置于其余的区域中，并将单个呈现或成组呈现，呈现方式取决于群集中的卫星数量、轨道的高度、倾角和轨道的椭圆度。图2A和2B反映的情况是约1400km的环形倾斜轨道，用户处于约北纬45(。
应当注意的是，掩星区域的相对大小随纬度变化，(即，对于所示的例子而言，在较高的纬度处，掩星区域的相对尺寸变大)。由于卫星12的群集是围绕地球旋转的，因此卫星12的位置随时间改变。
例如，在本发明的这个优选的但并非限制性的实施例中，在1414km的低地球轨道(LEO)上总共有48颗卫星12。卫星12分布于8个轨道平面上，每一平面上有6颗等间隔的卫星(Walker群集)。轨道平面相对于赤道倾斜52(，每颗卫星在每114分钟内完成一次轨道运动。在任何给定的时间，从处在约南纬70(至北纬70(之间的一个特定用户位置看，这种方式以最好至少两个卫星提供了基本全球的覆盖。这样，用户通过一个或多个网间连接器14和一个或多个卫星12，还可能采用由PSTN代表的电话基础系统的一部分，几乎能够从地球表面上的网间连接器14的覆盖区域内的任何一点至地球表面上的另一点或者反方向进行通信(借助于PSTN)。
从图2A和图2B可以理解，在围绕用户终端13的方位中，“最佳”卫星的方向可以通过用户终端13或网间连接器14计算。进行这种计算需要知道用户终端的位置、卫星的星历表、日期和当天的时间。
图2A示出用户终端13上面的由“A”表示的卫星12的运动。卫星“A”在地平线上从低向最高点运动，在穿越对着用户终端的天空的一部分后返回地平线。如果一个障碍物位于将会遮挡卫星12的水平和垂直角度上，视线亦即因此与用户13的通信会中断。图2B示出在与所示的卫星“A”的运动相同的时间内第二卫星“B”的运动。应当指出的是这两个卫星是不重合的。例如，在一个特定的时刻，卫星“A”和“B”的位置如图3A和3B所示，而图4示出卫星“A”和“B”在相同时刻重叠于用户终端13上面的清晰天空区域。虽然这些图中示出两个卫星，但应当理解的是，在任意给定的时间，在用户终端13的视域中可能有两个以上的卫星。
为获得最佳的通信性能，可以采用多种技术来估算“最佳”方向。例如，通过以下方法可以获得对方位方向的估算，这种方法将“分离(split)”两个卫星，该方法包括计算至卫星“A”的第一方位方向；计算至卫星“B”的第二方位方向；求出这两个方向的差值；将差值除2；和将所得到的结果叠加至所确定的第一方位方向。根据本发明的一个方面，这样计算的结果可以用于向用户指示较佳的方位、位置和/或取向，以便获得最佳的通信性能。
由于这里确定的用户终端13的“最佳位置”是要包含用户终端的位置(例如纬度和经度)、用户终端的高度(例如多层建筑物的楼层)和用户终端和/或用户终端天线的取向(例如相对于所确定的至一个或多个卫星12的“最佳”方向的角度取向)中的至少一个参数。
图5示出本发明的教导的应用场合的一个典型例子。在图5中，用户终端13被假定位于具有窗子(W)的建筑物内，窗子(W)设置于四个角(由C1-C4表示)的每一个上。用户终端13的初始位置由P1表示。根据用户终端13的位置(纬度和经度)，并根据图4所示的卫星A和B的相对位置，用户被指示移动至位置P2，此位置与面对“最佳方向”的窗子(例如面对东南的窗子)靠近，在这种情况下为位于角C1的窗子。应当指出的是，位于角C2和C4的窗子的某些部分也可以提供满足要求的通信性能。
至少可以得到两种用于计算和向用户发送这种信息的方法。第一种方法如图6所示，它采用存储于用户终端13和/或由用户终端13计算的信息。为使卫星/用户终端通信链路的性能最佳，具有这种能力的用户终端13可以自动地确定最佳的发送方向和/或位置。
第二种方法如图7所示，它使用户能够请求网间连接器14的帮助而实现相同的功能。在这种情况下，网间连接器14为用户终端进行计算，并且将得到的信息通过至少一个卫星12沿RF链路14a和12b发送。
第一种方法的优点是，仅有很少或者没有信息在卫星中继系统上传输，由此保存了语音、数据和其他业务的通信容量。第一种方法的另一种优点是，它使脱离了与网间连接器的通信的用户终端能够有可能建立与网间连接器的通信。
如图8所示，系统10的进一步的能力是计算和预测未来的“最佳”通信状态的能力。例如，用户可能希望让其用户终端13保持工作并且不随身携带终端13而通过卫星通信系统10接收数据。在这种情况下，所需的数据可以通过PSTN网间连接器14和卫星12远程装入至用户终端13。用户终端13随后又将此数据输出至例如相连的存储计算机。对于这种情况，用户可以向网间连接器14请求进一步的卫星群集信息。网间连接器14预测在规定的时间内能提供最佳链路性能的用户终端位置的范围。另一种方式是，这些计算由用户终端本身采用例如所显示的菜单完成，所述菜单提示用户通过键盘输入所需的数据(例如将要远程装入数据的当天的日期和时间)。
采用定向天线作为用户终端天线13也属于本发明的范围，这种天线被机械或电驱动而指向使通信链路性能最佳的方向。这种定向天线不必太贵，关键在于它能提供例如半球形、四分之一球形或强方向特性。在任何一种请求用户信息输出的情况下，本发明的系统均可用于或者以实时方式或者根据预测数据为天线指向。根据最佳选择确定技术获得的有关卫星位置和最佳方向的信息可以从网间连接器14远程装入至用户终端13。
参照图6，现在对上面提出的本发明的方法给予说明。用户终端13包括一个位置定位计算器13d，该计算器从例如GPS或其他位置定位系统15、和/或从卫星本身、和/或通过卫星12、天线13c和CDMA/RF模块13e从网间连接器14接收输入。用户终端13还包括一个实时时钟和日历模块13f以及一个控制器，例如计算机模块13g，后者提供了在存储的算法13h的控制下或通过检测数据库13i计算卫星12的位置的能力。计算机模块13g需要的输入为用户终端13的位置(纬度和经度)。时钟和日历模块13f参照某种标准例如世界时建立轨道时间。采用卫星轨道的初始值和星历表(存储于数据库13i)，可以进行计算而得到用户终端13的视域中的一个或多个卫星12的水平和垂直角度。这些数值相结合产生最佳的方向结果，从而获得最佳的通信链路性能。根据用户从键盘13b的输入，可以采用多种不同的技术。例如，用户可以从所显示的菜单选择“建筑物-窗子”选项，这种选项又选择合适的技术来最好地适合用户的状况(如图5所示)。例如，网间连接器14首先修正用户的位置，尔后修正用户提供的信息(例如，“建筑物-窗子”)，修正群集星历表(现在和/或未来)，最后计算用户终端的最佳定位。所得到的结果随后可能被适当地格式化，以便诸如通过指示用户将终端置于靠近所计算的最佳位置处的窗子而反映用户的输入。还可以让用户回答进一步的与环境相关的信息，例如通过询问用户所处的建筑物的楼层(即，用户的高度)。在计算用户终端相对于群集的一个或多个可视的(或将很快可视的)卫星的最佳方位时，还可用到用户的高度。另外，用户可以选择“山-森林”选项，并采用一种不同的技术。在任何一种情况下，结果均会以合适的输出格式(方框13j)以某种方式显示或传送给用户。输出不必显示于用户终端的可视显示窗13a上，但可以表现为计算机产生的声音，或者为展示给用户而传送(路径13k)至外部显示装置，例如相连的计算机终端。
根据展示的信息，用户能够使其位置或方向相对于视域内的卫星12最佳化。另外，为驱动用户终端13的外部或内部装置，结果可以按方位和/或高度格式输出。例如，定向天线可以仅在最佳方向上发送和接收，由此增大用户终端天线的增益，并因此降低用户终端的发送功率。
正如前面所指出的，通过用键盘13b向计算机模块13g输入所选择的时间，用户可以选择一个未来的时间来计算“最佳”方向。计算机模块13g随后将日期和时间提前至所选择的日期和时间，并进行最佳方向计算。除了输入未来的日期和时间之外，假定位置是以足够的精度事先知道的，输入用户终端的未来位置也属于本发明的范围。
另外，可以对时间范围进行预测。在这种情况下，用户能够从所显示的此时间范围内“最佳”方向的列表中进行选择，或者用户可能被告知与卫星进行通信的最佳未来时间，因为选择了在此时间内改变群集结构的功能。
现在参照图7，此图示出了根据本发明的第二种方法工作的用户终端13，此第二种方法即网间连接器辅助的用户信息请求系统方法。用户终端13的与图6的实施例共有的组件被相应地标示。还要参照图8，此图更详细地示出实现这种方法的网间连接器14的组件。
在图7和8所示的实施例中，用户终端13不需要计算“最佳”方向，而是依靠网间连接器实现这种功能。这具有降低用户终端13的复杂性的效果，但在一定程度上增加了空中的信号传输。不过，用于这种功能的业务分量是相当小的。另外，网间连接器14通常具有比用户终端13更新的卫星星历表信息，因此它可以进行更精确的“最佳”方向计算。
参照图7和8，用户终端13设有信号格式器和接口方框131，它设置于CDMA/RF模块13e和计算机模块13g之间。用户终端信号请求格式器方框13m相似地设置于键盘13b和计算机模块13g之间。设置于CDMA/RF模块13e和计算机模块13g之间的是网间连接器信息格式器和接口方框13n。
现在参照图8，网间连接器14包括多个可控的抛物面天线14c，其中每一个连接至相关的CDMA/RF模块14d。模块14d双向连接至各种信号通过的接口方框14e。网间连接器14还包括用户终端位置方位计算器14f、与用户终端相关的信息的数据库14g、时钟日历模块14h以及卫星轨道数据和星历表方框14i。设置于计算机模块14j中的网间连接器控制器在算法14k的引导下与用户终端13相互作用，以计算并向用户传送“最佳”方向数据。为此，网间连接器14包括用于从用户终端13接收服务请求的服务请求方框141和用于将所请求的信息反馈给用户终端13输出格式方框14m，这种反馈是通过接口方框14e、CDMA/RF模块14d、至少一个天线14c和至少一个卫星12实现的。网间连接器14还包括交互式用户终端对话启动方框14n，它采用一个开关(表示为SW)可转换地耦合至信号电平测量模块14o和环境提示器(prompter)模块14p中的一个模块。信号电平测量模块14o可以用于测量例如信号强度、所接收的功率、信号质量(例如误码率)、或这些接收信号的特性的各种组合。
该方法的第一步骤是，用户终端13联机至系统10。联机和登记储程序的一部分利用用户终端发送的信号在方框14f中确定用户的位置，包括纬度和经度。用户终端13的位置尔后被输入至数据库14g。用户终端信息数据库14g最好随用户终端13接收和发送呼叫而更新。按这种方式，用户终端的位置维持数据库14g中的当前位置。网间连接器14从数据库14i中获知卫星群集星历表数据(卫星位置、轨道运动和其他轨道参数)，并能计算处于用户终端13的确定位置的视域中的各卫星12的水平和垂直角度。这些数值尔后被用于产生用户终端13的“最佳”方向结果，此结果再反馈至用户终端13。与用户终端输入相配合，可以采用多种不同的网间连接器算法。
图8所示的实施例的工作原理如下所述。对于该实施例，假定用户希望得到这样的信息，即此信息使用户能够获得与一个或多个卫星12进行通信的最佳位置。用户首先通过键盘13b和其他类型的输入装置(例如声音和计算机数据)向网间连接器14发送信号，请求得到信息服务。用户可以从显示窗13a的菜单中或其他类型的合适的输出设备中选择所希望的服务的类型。如参照图6所描述的，用户可以从所显示的菜单中选择“建筑物-窗子”。这种服务请求由计算机模块13g公式化，并通过信号请求格式器13m、CDMA/RF模块13e、天线13c和至少一个卫星12发送至网间连接器14。服务请求信号由网间连接器14接收，在方框141中被作为服务请求处理，并且通过计算机模块14j与算法方框14k结合，从而计算出“最佳”方向结果。在“最佳”方向结果确定之后，此结果在方框14m中被格式化为数据流，且从网间连接器14传送至卫星12，并从此传送至请求的用户终端13。所接收的“最佳”方向结果通过用户终端13中的方框13n传输，并被格式化为文本的、声音的、或其他合适的格式，而且以用户可以理解的格式展示给用户。另外，以水平和/或垂直(角度)表示的或者转换为水平和/或垂直(角度)的结果可以用于为用户终端的定向天线指引方向，如前面所描述的那样。
本发明的网间连接器辅助的用户信息系统的另一个特征是提供交互式用户位置辅助的能力。在这种工作模式中，用户总体上希望得到比通过上述的第二种方法可以方便地接收到的信息更多的信息。在这种情况下，用户启动与网间连接器14的交互式对话，此请求由方框14n传输和处理，并且基本上包括对由网间连接器14接收的用户终端信号特性的一个或多个参数的测量。这种增强的方法是以用户发送规定交互式服务的服务请求信号开始的。相应地，计算机模块14j与交互式对话启动方框14n结合，建立交互式对话。用户终端位置是从数据库14g检索的，或者重新确定，卫星位置和星历表是采用数据库14i按前述方式计算的，由此采用算法14k中合适的一个确定“最佳”位置。下一步，用户终端13接收信号而猝发一个参考单音。在接收并对此请求进行解码之后，用户终端13处理网间连接器请求，并且与参考信号脉冲串产生响应。参考信号脉冲串由网间连接器14接收并被处理，例如将所接收的参考脉冲串通过开关传输至信号电平测量模块，并且所确定的信号特性值被与参考值相比较。由此数据，网间连接器14能够确定用户终端13是否在至一个或多个卫星的方向上被遮挡或以其他方式被阻碍。如果用户终端13被确定不能自由地接入可视卫星中的一个或多个，网间连接器14则例如通过选择另外的卫星组合对所确定的“最佳”方向进行重新优化。“重新优化而最佳的”方向可以与网间连接器的对以后几分钟的预测能力相结合。在任何一种情况下，网间连接器14均向用户终端13发送合适的指令，它根据用户终端的当前位置和未来某一时间的卫星位置考虑任何信号阻塞或将要发生的信号阻塞。这些指令象前述的那样被格式化为数据流，从网间连接器14发送至一个或多个卫星12，并且由其发送给用户终端13。所得结果在用户终端13中被解码，并被格式化为用户可以理解的格式，而且被展示给用户。通过采用这种类型的重复请求和交互对话，用户可以引导至使其通信能力最大的位置。
对于寻呼操作，网间连接器14能够选择最佳的时间寻呼用户终端13。例如，假定已经完成了交互式用户位置辅助的第二种方法，网间连接器14预测卫星12处于与用户终端13进行通信的最佳位置的时间。为进行寻呼，用户终端13最好留在与网间连接器14进行交互式用户位置辅助(信息)交换的位置上，例如留在桌面上或窗台上。用户终端13的大距离移动可能使原来确定的交互式用户位置辅助数据失效。
为向用户传递附加的信息，可以采用其他的交互式方法。在这种情况下，用户提供信息，此信息辅助网间连接器14为用户预测最佳的行为方式，以使用户的通信潜力最大。与前面所述的增强方法一样，这种方法是以用户发送规定交互式服务的服务请求信号开始的。与此响应，计算机模块14j与交互式对话启动方框14n结合建立交互式对话。用户终端位置从数据库14g中检索，或者重新确定，卫星位置和星历表如前述的那样采用数据库14i计算，从而采用合适的算法14k确定“最佳”位置。用户终端13此后由环境提示器模块14p提示，而显示一个从用户要求更多信息的请求。例如，用户被请求输入解释用户的总体环境的信息，这种输入通过例如选择所显示的菜单的选项来实现。示范性的选项可包括“在建筑物中”、“靠近悬崖”、“在室外-靠近建筑物”、“在飞机上”、等等。用户终端13可以立即向网间连接器14发送用户的选择或者将选择存储待以后发送。网间连接器14或用户终端13的计算机模块(13g，14j)可以以进一步的询问响应用户的初始输入，这种进一步的询问是基于用户对初始的询问的响应。例如，如果用户采用“在建筑物中”响应初始的问题，那么第二个问题可能是“哪一侧？”，且随后是多个方向(北、东北、东、东南、南...)的显示，用户通过选择(如果知道的话)其最靠近的建筑物的那一侧来响应此第二问题。
正如前面所述的，从这种用户提供的数据，网间连接器14能够确定用户终端13是否在其至一个或多个卫星的方向上被遮挡或以其他方式被阻碍。如果确定用户终端13不能自由地接入一个或多个可视的卫星，网间连接器14则例如通过选择另一种卫星组合来重新优化所确定的“最佳”方向。“重新优化后的最佳的”方向可以与网间连接器14的对以后的几分钟的预测能力相结合。最终的结果是向用户发送指令，促使用户采取某种行为来改善或优化用户终端/卫星通信链路的质量。例如，根据上面给出的例子，如果用户以“东南”响应问题“哪一侧？”，网间连接器确定的指令可能是“在10分钟内向西南侧移动”。
应当指出的是，用户终端13或网间连接器14也可以在电话或数据通信期间向用户发送指令，如果确定原来认定的“最佳”方向或位置不再是最佳的话。也就是说，由于连接期间卫星12的相对位置的变化，用户也应当改变其位置，以位置相对于卫星的最佳通信路径方向。根据前面所述的例子，假定初始的用户指令为“在10分钟内向西南侧移动”，在建立的声音和/或数据通信链路中发送的下一指令可以是例如“向西南侧移动继续呼叫”。
另外，本发明是从采用码分多址(CDMA)的RF链路的角度进行描述的。这种特定的调制和接入技术对于系统10是最好的，但它并不是本发明实际应用中的限制条件。这里仅举例说明，时分多址(TDMA)技术也可以采用，混合CDMA/TDMA支术也可以采用。
此外，虽然这里是以LEO卫星群集的角度进行描述的，但也可以采用其他轨道结构，诸如倾斜的环形轨道，这种轨道具有例如5500海里或更大的高程(altitude)。
再者，在本发明的优选实施例中，卫星12起到“弯管”转发器的作用，它接收、频率转换和发送RF链路12b和14a，而不涉及通信业务信号的任何信息内容。但是，提供具有某种程度的卫星内设信号处理能力和/或卫星内部链路的全部或部分卫星12，也属于本发明的范围，在这种情况下能在卫星上实现上述的用户位置确定、卫星位置确定、最佳用户位置确定和指令方法的全部或部分。
因此，尽管已参照优选实施例对本发明进行了具体展示和描述，但本领域的技术人员将能理解，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可以在形式和细节方面作出多种改变。
权利要求
1.一种运行卫星通信系统的方法，该系统包括多个地球轨道卫星、至少一个地面用户终端和至少一个地面网间连接器，该方法包括以下步骤确定用户终端的位置；确定一个或多个卫星相对于所确定的用户终端位置的位置；根据所确定的用户终端的位置和所确定的一个或多个卫星的位置，确定用户终端的位置，后面所述的用户终端的位置能够在用户终端与一个或多个卫星之间提供最佳的通信路径；和向用户终端的操作者展示指令，此指令指示所确定的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其中至少一个确定步骤是在用户终端中实现的。
3.根据权利要求1所述的方法，其中至少一个确定步骤是在网间连接器中实现的。
4.根据权利要求1所述的方法，其中至少一个步骤是在至少一个卫星中实现的。
5.根据权利要求1所述的方法，其中确定用户终端的位置的方法包括以下步骤提示操作者输入表示用户终端的环境的信息；和还要根据由操作者输入的信息确定该位置。
6.根据权利要求1所述的方法，其中确定一个或多个卫星的位置的步骤采用当前的时间和日期。
7.根据权利要求1所述的方法，其中确定一个或多个卫星的位置的方法采用未来的时间和日期。
8.根据权利要求7所述的方法，其中还包括以下步骤提示操作者输入未来的时间和日期；和根据操作者输入的未来的时间和日期，确定一个或多个卫星的位置。
9.根据权利要求1所述的方法，其中确定一个或多个卫星的位置的步骤采用存储在用户终端和网间连接器的至少一个中的卫星星历表数据。
10.根据权利要求9所述的方法，对于卫星星历表存储于用户终端的情况，还包括一个初始步骤，用于将全部或部分卫星星历表数据从网间连接器通过至少一个卫星传送至用户终端。
11.根据权利要求1所述的方法，它包括一个如下所述的初始步骤在用户终端中产生一个服务请求；和将服务请求从用户终端通过至少一个卫星传送至网间连接器；其中确定步骤是在网间连接器中进行的；并且其中的展示步骤包括一个初始步骤，用于将指令从网间连接器通过至少一个卫星传送至用户终端。
12.根据权利要求11所述的方法，其中传送步骤采用码分多址传输方法。
13.一种卫星通信系统，具有多个地球轨道卫星、至少一个地面用户终端和至少一个地面网间连接器，该系统包括在所述系统中用于确定用户终端的位置的装置；在所述系统中用于确定一个或多个卫星相对于所确定的用户终端位置的位置的装置；在所述系统中用于根据所确定的用户终端的位置和所确定的一个或多个卫星的位置，确定用户终端的位置的装置，后面所述的用户终端的位置能够在用户终端与一个或多个卫星之间提供最佳的通信路径；和用于向用户终端的操作者展示指令的装置，此指令指示所确定的位置。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述用户终端由所述的确定装置中的至少一个构成。
15.根据权利要求13所述的系统，其中所述网间连接器由所述的确定装置中的至少一个构成。
16.根据权利要求13所述的系统，其中至少一个所述确定装置位于所述的多个卫星中的至少一个中。
17.根据权利要求13所述的系统，其中所述的用于确定用户终端的位置的装置包括用于向操作者提示输入表示用户终端的环境的信息的装置；并且其中所述的用于确定此位置的装置响应于由操作者输入的信号。
18.根据权利要求13所述的系统，其中所述的用于确定一个或多个卫星的位置的装置采用当前的时间和日期。
19.根据权利要求13所述的系统，其中所述的用于确定一个或多个卫星的位置的装置采用未来的时间和日期。
20.根据权利要求19所述的系统，还包括用于提示操作者输入未来的时间和日期的装置。
21.根据权利要求13所述的系统，还包括在所述系统中用于存储卫星星历表数据的装置，并且其中所述的用于确定一个或多个卫星的位置的装置采用存储的卫星星历表数据。
22.根据权利要求13所述的系统，其中所述用户终端包括用于产生服务请求的装置和用于将服务请求从所述用户终端通过至少一个卫星传送至所述网间连接器的装置；并且其中所述网间连接器还包括用于将指令从所述网间连接器通过至少一个卫星传送至所述用户终端的装置。
23.根据权利要求22所述的系统，其中所述的用于传送的装置均采用码分多址传输方法。
24.一种运行卫星通信系统的方法，该系统具有多个地球轨道卫星、至少一个地面用户终端和至少一个地面网间连接器，该方法包括以下步骤确定用户终端的位置；确定一个或多个卫星相对于所确定的用户终端位置的位置；根据所确定的用户终端的位置和所确定的一个或多个卫星的位置，确定用户终端的位置，后面所述的用户终端的位置能够在用户终端与一个或多个卫星之间提供最佳的通信路径；和向用户终端传送信息，此信息指示所确定的位置。
25.根据权利要求24所述的方法，还包括将所传送的信息以操作者可以理解的格式展示给用户终端的操作者的步骤。
26.根据权利要求24所述的方法，还包括采用所传送的信息改变用户终端相对于所确定的一个或多个卫星的位置的位置和/或用户终端的天线相对于所确定的一个或多个卫星的位置的取向。
27.根据权利要求24所述的方法，其中所述的传送步骤包括将信息从至少一个地面网间连接器通过至少一个卫星传送至用户终端的步骤。
28.根据权利要求24所述的方法，其中确定一个或多个卫星的位置的步骤确定未来某时间的位置。
29.根据权利要求24所述的方法，还包括以下步骤将所传送的信息以操作者可以理解的格式展示给用户终端的操作者；采用所传送的信息改变用户终端相对于所确定的一个或多个卫星的位置的位置和/或取向；通过多个卫星中的至少一个，在用户终端与至少一个地面网间连接器之间建立声音和/或数据通信链路。
30.根据权利要求29所述的方法，在建立通信链路期间还包括以下步骤确定一个或多个卫星相对于用户终端的最新位置；根据用户终端的位置和所确定的一个或多个卫星的最新位置，确定用户终端的最新位置，此用户终端的最新位置能够在用户终端与一个或多个卫星之间提供最佳通信路径；向用户终端传送信息，所传送的信息指示所确定的最新位置；将所传送的信息以操作者可以理解的格式展示给用户终端的操作者；采用所传送的信息改变用户终端相对于所确定的一个或多个卫星的最新位置的位置和/或取向；维持通过多个卫星中的至少一个，在用户终端与至少一个地面网间连接器之间建立声音和/或数据通信链路。
全文摘要
本发明公开了用于卫星通信系统(10)的方法和设备，该方法和设备使用户能够获知至对于此用户可行的一个或多个“最佳”卫星的方向。这种信息使用户能够在任何特定的时间改变其位置来充分利用一个或多个“最佳”卫星，以便能够接入、启动和接收呼叫并且完成呼叫。此信息可以由用户终端(13)自身提供或由网间连接器(14)提供。此信息可由用户采用在一定时间内选择例如建筑物东侧的一个位置、向面对窗子的东南方向移动、或采取其他行动来增强用户至一个或多个卫星的连接性能。
文档编号H04B7/14GK1155192SQ9612161
公开日1997年7月23日 申请日期1996年11月15日 优先权日1996年11月15日
发明者R·A·威德曼, P·A·蒙蒂, K·A·彭沃登 申请人:环球星有限合伙人公司