专利名称：改进重迭覆盖区中无线通道利用效率的方法
技术领域：
本发明涉及改进重迭覆盖区，例如，重迭的卫星波束中无线通道利用效率的一种方法及设备。
随着在蜂窝式通信系统中蜂窝日益小型化的趋势以及在卫星系统中点波束的使用，不可避免地出现重迭覆盖区，在这样的区域中，如果系统对干扰是敏感的，则频率再利用不可能存在。例如，考虑一个分布在服务区域内有许多用户的基本系统，在一个单通道上将信息回送到一个公共的中枢接收站。假定，还有一个二级通信系统希望利用相同的通信通道，又从许多用户送往公共的中枢接收站，其覆盖区只少部分与基本系统重迭。为了使二级系统不干扰基本系统，在这种情况下传统的做法是给两个系统分配不同的通道频率。在卫星通道的情况下，20KHZ带宽的年成本可超过百万元，当通道的负载量不高时，这可能是一种非常低效率的解决办法。
对无线通信系统需要的增长使频谱空间成为一种极其贵重的商品，对于移动卫星服务(MSS)，这种要求推动了许多第二和第三代移动卫星系统的计划，可支持各种无线服务的频谱需求的增长的结果是希望更有效地利用已有的频谱。很清楚，在不对现有系统产生不利影响的情况下对已分配的频谱的复用是增加频谱的利用和效率。
对于移动用户的系统设计变更导致了部署以低天线增益终端为特点的卫星通信系统和具有高增益卫星点波束的第二和第三代卫星系统。作为终端移动性的结果，终端和卫星之间的方向可在短时间内有较大的改变。
在终端使用低增益天线的进一步的结果是被其它卫星和系统严格地限制了频率的复用。从一个低天线增益终端来的发送信号可被任何占用相同频带并与已有卫星系统有相同的覆盖区的卫星接收到。
分享公共频谱的卫星与卫星系统，当服务的终端是低增益天线时，可能不分享相同的地理覆盖。从第一卫星用户来的发送信号，虽然用低天线增益发送，如果在卫星天线地面覆盖上有差别，那也可能未被工作在相同频带的第二卫星系统接收到，因而可能不干扰第二卫星系统的用户，作为在已有卫星通信系统和第二卫星通信系统之间在地理覆盖上仅有部分重迭的结果，一个卫星通信通道，被已有卫星系统频繁使用着，在这种意义上讲，该通道在大部分时间内已被占用，但仍可用于负载很轻的第二卫星系统，在这种意义上讲，从已有系统用户来的发送信号仅仅偶然被第二系统接收到。
为了增加转发器带宽利用效率，许多卫星通信系统需要运行在被分配的多址环境中，通信系统采用出入申请通道能够使用户分配到卫星通道的通信容量。对于一个随机出入请求通道，如插入式ALOHA，当提供的消息数量接近通道的满负荷时，消息损失迅速增加。结果，插入式ALOHA通道的额定负载通常保持在满负荷的20％左右。
一种非插入式Aloha出入请求通道，出于和插入式Aloha情况下相同的原因，设计成可提供的负载小于0.1。
美国专利Re.32,905公开了一种卫星通信系统，其中扩谱装置被引入，使许多以低增益天线为特点的终端能够同时产生扩谱CDMA，并在已有系统使用的相同频谱上发送，而不干扰已有系统的用户。而且，该系统提供了足够的扩谱处理增益，使CDMA扩谱信号大大压制了由已有系统发送引起的干扰。作为处理增益的结果，系统能够在存在占据相同频谱的已有系统用户干扰，以可接受的比特误差率，并且不对已有系统用户产生不利影响的情况下，处理由许多终端同时产生的CDMA扩谱发送信号，这种在引用的专利中公开的技术能应用于这些场合，其中能够取得足够大的扩谱处理增益，得以大大压制已有系统的发送。
如没有足够的扩谱处理增益能移去已有系统用户发送引起的干扰，在引用的专利中提供的方法是无效的，处理增益不足以除去已有系统用户引起的干扰的情况是可能发生的如扩谱信号可用的带宽有限，或者相当高的信息数据速率，这对于存在已有系统发送的情况下，要保证可接受的比特误差率来说，扩谱带宽与信息速率之比太小了。
本发明的目的是用一种方法来缓和这个问题，即不干扰基本用户，但仍能提供二级用户可接受的服务。
按照本发明提供一种在无线通信通道发送信号的方法，所述的通信通道对基本的与二级的通信系统是公共的，两种系统至少有部分重迭的覆盖区，所述的基本系统具有低的工作周期，并发送具有第一持续时间特性的随机突发信号，所述的方法包括在所述的二级系统上发送突发式的包，所述的二级系统上的突发信号的持续时间至少等于所述的第一持续时间的三倍，并包含前向纠错码，允许所含的数据在与基本系统上的突发信号发生冲突的情况下被复原，所述的二级系统上的突发信号的功率密度比基本系统上的突发信号的强度足够低以避免干扰。
采用交插及通道状态信息可使性能进一步改善。
交叉插入是一种方法，先以预先规定的方式将发送序列中的数据符号位置扰频，然后在接收机的FEC解码器输入端对该符号去扰频，使其返回它们正确的次序，如果接收到的符号的后续块因干扰而被破坏，去扰频器将使这些有错的符号在FEC解码器的输入端在时间上加以扩展。时间被扩展的符号对于FEC解码器来说要比有差错的块更能容忍些。
FEC解码器利用接收到信号的质量(或“通道状态”)是很有益的，没有通道状态信息，当输入误码率超过1％时，FEC就迅速恶化；有通道状态信息，去交叉插入器将差错在时间上扩展，FEC解码器可容忍高达30％的输入误码率，在基本的(干扰)接收信号远比二级(希望)信号强的情况下，在接收机输出端的一个简单的功率检测器就可给FEC提供通道状态信息，因为，大信号等效于低的希望信号质量。
重迭覆盖区可由重迭卫星波束形成，然而本发明可应用到其它存在重迭覆盖区的场合，例如，在蜂窝式无线电中。
二级突发信号的持续时间的典型值应为基本突发信号持续时间的至少三倍，有可能高达十倍或更多。二级突发信号可方便地采用扩谱技术在基本系统噪声背景以下的功率水平发送出去。
假定，基本与二级系统，每个都有它们自己的服务区域，并且这些服务区域至少有部分是重迭的。这些系统的用户分布在它们各自的服务区域。基本系统有许多发射机，但在所选的通道上整个的发送工作周期(或加载)是低的。基本与二级用户在所选的通道上都以突发形式发送。
籍助于前向纠错，最好是交叉插入与通道状态信息，即使有1/3的突发信号被同时接收的基本突发信号所破坏，仍能成功地对二级用户突发信号解码。
虽然系统可有效地使用在覆盖区100％重迭的场合，但在部分重迭的情况下，系统工作得最好。首先，考虑存在基本用户的情况，二级系统工作的能力，在通道中基本突发信号的工作周期是低的。因为两个系统的服务区只是部分重迭，只有一部分的基本用户的突发信号将在二级接收机上接收到，相当于这部分基本用户对于二级接收机是可见的。假定某个时候一个基本突发信号被二级接收机接收到，它将支配(也就是破坏)该接收到的信号，二级接收机可容忍在任何二级突发信号上有1/3基本突发信号重迭。因此，二级突发信号不可复原性的破坏的概率就是足够的基本突发信号出现在二级突发信号周期中重迭多于1/3周期的概率。
假定每秒有K个长度为L秒的基本突发信号。通道“接通”的工作周期对于基本系统就成为K*L。进一步假定，基本突发信号的一部分M是落在二级接收机的接收范围内，这样K*L*M代表二级接收机接收到的基本突发信号的部分时间。假定二级突发信号是N*L长，N＞3，二级突发信号超过N*L/3被基本突发信号重迭的概率由下式给出Σl=N3∞(K×L×M×N)l×e(K×L×M×N)I!]]>作为一个例子，假定基本突发信号长度为L＝28msec，K*L*M＝0.02，二级突发信号的长度为N*L＝0.5秒。一个二级突发信号多于167msec时间为基本突发信号重迭的概率是3×10-6。
通道分享使用的第二个因素是二级用户进入基本系统接收机的干扰。假定二级用户工作在有效的功率水平，即充分低于基本用户的功率水平，这样任何干扰将低于基本系统的噪声水平。另外，仅有一部分二级用户将被基本接收机接收到，因为服务区域的重迭是有限的。
继续比例，考虑一种卫星应用情况，基本系统是InmarsatB，大西洋波束，和使用AMSC东方波束的二级系统。选作分享的频谱是一个Inmarsat出入请求通道，工作在插入式ALOHA(即，对请求突发信号的通道随机出入，突发信号同步于特定时间的起始点)。在插入式ALOHA中通道利用的实际限制是大约20％的通道容量。AMSC东方波束的上行通路(卫星接收)轨迹与大约10％的Inmarsat大西洋波束重达，这样AMSC系统将经受来自约10％Inmarsat上行通路发送的上行通路干扰。因此，在此通道中二级接收机接收到的基本突发信号的时间部分平均是0.2*0.1＝0.02，或者是2％的时间，InmarsatB请求突发信号是28ms长，而二级系统的突发信号是0.5秒长。由于接收到的基本突发信号引起的二级突发信号不可复原性破坏的概率，正如以上计算得到，是3×10-6。
InmarsatB发射机以EIRP工作，它高出二级系统发射机34dB；然而，因为二级系统采用有额定十个同时用户的扩谱多址，总的二级突发信号功率将是(平均)24dB，低于基本突发信号的功率，这将足低于基本接收机的噪声水平。
本发明也提供了一种无线通信系统，能与一个基本系统分享带宽，所述的系统至少有部分重迭覆盖区，所述的基本系统具有低的工作周期及发送具有第一持续时间特性的随机突发信号，所述的通信系统包括许多以突发形式发送包的分布式终端，在所述的通信系统上的突发信号的持续时间至少等于所述的第一持续时间的三倍，所述的包包含前向纠错编码，允许所包含的数据可在与基本系统上的突发信号冲突的情况下复原，在所述的通信系统上的突发信号的强度足够低于基本系统上突发信号的强度以避免干扰。
现将参考附图，采用举例的方法，对本发明作更详细的描述，其中
图1是表示重迭卫星覆盖区的图；图2表示一个被发送的射频脉冲；图3是一个卫星系统的功能性方框图；图4是一个远程终端的功能性方框图；图5是一个地面站的功能性方框图；图6是表示前向通路TDM结构的示意图；图7a是表示回程通路插入式CDMA结构的示意图；图7b是表示前向与回程通路定时同步的示意图；图8是一个远程终端的第二种实施方案的方框图；图9是一个地面站的第二种实施方案的方框图；图10描述了对于远程终端的睡眠钟同步算法；和图11示出了对于远程终端的本地振荡器同步算法；现在参看图1，INMARSAT系统包括一个大的区域1以及与AMSC波束3在阴影区2部分重迭的部分。传统上，由于这种重失，AMSC及INMARSAT卫星被要求工作在不同频率上以避免干扰，这是浪费带宽的，尤其是当INMARSAT系统的工作周期低时，因为它是在请求通道上·INMARSAT系统应用分开的随机出入请求通道，当一个用户希望通话时就被采用。通话本身是建立在通信通道上，它具有比较高的工作周期，一般来说，并不适合所提议的通道分享的安排。
对于AMSC系统可见的INMARSAT请求通道的有效工作周期被降低仍然是由于这样的事实，远离重迭区的请求不与AMSC系统内的消息冲突，冲突将只发生在请求是来自重迭区或靠近重迭区的情况，因此，冲突概率可降低到远低于100％重迭的情况，在那种情况下来自INMARSAT系统的所有请求都被AMSC系统看见。
本系统在基本单元内发送数据，这种基本单元称为子帧，将在以下更详尽地讨论。子帧是CDMA编码的，以0.5秒长的射频能是突发信号出现。在请求通道上的INMARSAT突发信号是比较短的，28msec的数量级。由于在INMARSAT系统中请求通道上工作周期低以及部分重迭，这将进一步降低对AMSC系统可见的有效工作周期，一个INMARSAT突发信号与一个AMSC突发信号冲突的概率是低的，所以存在这样的机会，AMSC子帧将未受干扰被接收。然而，在一个单独的冲突事件中，因为包的长度不同，只有一小部分子帧将损失(见图2的阴影区)，并且这能用已知的前向纠错技术复原。由于与INMARSAT突发信号冲突，藉助于FEC技术在能复原之外包损失的概率是极其低的。
为了使AMSC信号免受INMARSAT信号的干扰，其信号强度要保持在INMARSAT信号强度以下多于30dB。在一种实施方案中，这是用扩谱技术达到的，然而别的方案也是可能的。应该意识到，扩谱技术本身并未克服干扰问题，因为INMARSATB请求通道仅20KHZ宽，射频突发信号，当它存在时，充满了通道。因此，单独使用扩谱技术，在存在INMARSAT信号时发送数据不可能获得足够的处理增益，扩谱取得处理增益只是当一个通信通道包含有限数量的信号脉冲，而不是干扰信号覆盖整个通道宽度的时候。然而，扩谱技术的使用便于采用低功率密度的信号，它们可在接收机上通过去扩谱被复原，这种低的信号电平保证在与INMARSAT信号冲突的事件中，INMARSAT信号未被削弱，即使在冲突期间，扩谱信号实际上损失了。因此，扩谱信号不是用来取得处理增益，因为在本发明设想的情景中这是不可能的，但确切地说，保证信号电平足够低，因而，对INMARSAT信号的干扰并不出现。
图3所示的卫星通信系统由一个中心地面站11组成，由有线联接12联起来，例如，通过一个公共交换网，联到包处理中心13，通常由服务提供者操作，然后依次通过有线联结线路联到加值转送者14以及最后送到一个或一个以上的最终用户15。包处理中心13包括数据库21，其中存贮关于分配给特定终端的信息，分配方式将在以下作更详尽的描述。当应用多重波束卫星时，PPC13也存贮波束信息。
地面站11也通过卫星通路16、17联到地球静止多波束卫星18，它通过通路19中继信号发往和来自许多远程终端20，典型的情况是安装在交通工具上，如直升飞机，载重拖车，载客汽车，和轨道车。卫星18允许覆盖很宽的地理区域，例如，整个北美，卫星18可广播到整个覆盖区，然而波束定向技术允许对它向下进行划分，如有需要可这么做。可以理解的是在图3中所示的通路19，根据已描述过的网络出入协议，代表点对点的通信，有关的信号可广播到很宽的地理区域上。
卫星通信通路17，19，发源于地面站11，通过卫星18中继到终端20，称为前向通路。卫星通信通路19，16，源自终端20，通过卫星18中继到地面站11，称为回程通路。本领域的技术人员将了解，本发明的关键部分是适合于移动式以及固定的终端，适合于非地球静止轨道的卫星和陆地上的通信系统。
本发明的前向通路发送信号被远程终端接收与处理的方式将参看图4再作描述。由地球静止卫星中继的部分发送能量被天线单元47的天线40接收，加到带通滤波器41，排除希望频带以外的信号。通过带通滤波器41的发送信号加到放大器42，该放大器由TX/RX自动检测模块46使能，通过同轴电缆48和主电子单元50的带通滤波器52相联。带通滤波器52的输出信号送到混频器53用于降频变频到合适的中频(IF)，这是通过频率合成器55完成的，该频率合成器被相位锁定到本地振荡器64，其频率由频率控制器65确定。
频率控制器65的功能由微处理器57提供。混频器53的输出加到IF带通滤波器54，进一步降低靠近感兴趣频带的噪声与电磁干扰，带通滤波器54的输出加到正交检波器56，由频率合成器55的另一个输出将其降频变频到基带。
正交检波器68的同相(I)58与正交相位(Q)59输出被加到模数变换器(ADC)60。ADC60输出的数字化信号被解调器61变换成二进制编码符号，然后由解码器62解码为二进制数据。ADC60，解调器61及解码器62的功能由微处理器57提供。解码器62的输出写入输出缓存器77，它可顺序提供数字信号到外部数据变换器，如计算机与中继站。
微处理器57中的定时器逻辑79使终端工作在睡眠模式，并周期性唤醒，以确定是否应进入发送模式，接收模式或处理模式，当微处理器57处于睡眠模式时，DC功率保持最小，定时器逻辑单元79在预先分配的时隙中唤醒终端，这将在以下作更详尽的描述。
TX/RX自动检测模块46检测在同轴电缆48上由TX/RX控制模块提供的DC信号。TX/RX自动检测模块将由同轴电缆48上检测到的DC电平确定将接通发送放大器45或接收放大器42或两者都不接通。TX/RX控制模块51依次由微处理器57控制，根据它当前的网络出入结构来决定是动作或者不动作，这将在后面的图中描述。
图4也描绘了工作在远程终端的回程通路扩谱CDMA发送的情形。发送源可以是模拟的67，如由环境传感器提供，由微处理器57上提供的ADC68加以数字化。换一种方案，发送源可以是数字信号63，如来自计算机，可写入输入缓存器78。输入缓存器78的输出顺序送到数据格式化器69，它将回程数据信号打包，并加上譬如包的类型，目的地以包的来源这些信息。数据格式化器69的输出发往通道编码器70，它提供可靠的前向纠错以及对回程通路包的符号进行交叉插入，通道编码器70的输出送往PN编码器71，它也称为CDMA扩谱编码器，PN编码器71的输出送往帧处理器72，将已编码的扩谱包装入回程子帧结构中。
帧处理器72将二进制PN编码信号73送往调制器74，将信号变换成QPSK波形。频率合成器55是用于在混频器75上将调制器74的基带输出升频变频。混频器75的输出用带通滤波器76滤波，通过同轴电缆48与天线单元47相联，在其中提供有高功率放大器45，依次联到带通滤波器44，最后联到发送天线43。高功率放大器45是在TX/RX控制单元51的控制下由TX/RX自动检测模块46使能。
现在参看图5，送往一个或多个远程终端的数据发往地面站，利用有线联结116，通过路由器115到包处理中心13，包处理中心13将数据包送往数据格式器102。发往地面站的每个数据包，包括目的移动终端或移动终端组的地址。因为移动终端可以有单独的和一个或多个组地址，本发明的前向通路支持同时与多个移动终端通信。
数据格式器102将数据包放入帧结构内的子帧中，这将参看图6作详细描述。数据格式器102的输出送到通道编码器103，利用前向纠错帮助补偿可能由卫星通信通道引起的比特误差。通道编码器103的输出送到帧处理器104，将已编码的包加到TDM前向通路结构中，当在全部或部分的前向通路子帧中无数据发送时，帧处理器104将前向通路数据包静音。数据格式器102，通道编码器103以及处理器104的功能是在数字信号处理器101内提供的。
帧处理器104的输出联到调制器105，将二进制编码数据变换成被调制的QPSK波形，依次在混频器106上被频率合成器109提供的载频信号升频变频。数字信号处理器101及频率合成器109通过定时与控制模块108，与相同的子帧在时间上保持同步，定时控制信号由定时与控制单元108提供，将频率合成器109推移到正确的时间上。定时与控制单元108也给数字信号处理器101提供定时信号。保证来自帧处理器104的已编码数据信号与由频率合成器109产生的载频在时间上是一致的。
混频器106的输出加到带通滤波器110上，使在所希望的卫星通信频谱以外的射频(RF)发射最小。带通滤波器110的输出送到放大器111，依次提供RF信号到双工器112，送到天线80上发送到地球静止卫星，经中继到远程终端。
对于回程通路，天线80接收部分回程通路信号，将它送到双工器112，然后送到带通滤波器81，压制所希望的回程通路频带以外的频谱能量。带通滤波器81的输出用低噪声放大器(LNA)82放大，顺序供给混频器84，由频率合成器85对它进行降频变频成为合适的中频信号。混频器84的输出送往窄带带通滤波器86，进一步限制在回程通路扩谱信号附近的谱能量。带通滤波器86的输出提供给正交检波器87，通过本地振荡器90将它变换到基带。同相88和正交相位89基带信号由正交检波器87提供，由ADC91对它进行数字变换。
ADC91的数字化输出提供给缓存器93及扩谱处理器94。定时与控制单元92给ADC91提供变换触发信号，给频率合成器85提供频率控制字，给扩谱处理器94提供定时信号。缓存器93为数字信号处理器95存贮一个以上扩谱信号样本的子帧。扩谱信号处理器95在存在来自本发明的远程终端的CDMA发送信号时处理数字信号，扩谱处理器94由多个数字信号处理器组成，提供同时处理具有全部定时偏置假定及CDMA码可能性的数字化信号。
扩谱处理器94检测远程终端CDMA发送的存在，并给数字信号处理器95提供检测CDMA发送，有关的CDMA码及近似的发送开始时间的指示。
干扰检测器130是用来处理存在来自已有卫星通道干扰时的数字化信号。例如，考虑INMARSATB回程请求通道，它是具有大约20％额定占用量的插入式ALOHA通道，与通过AMSC系统东方波束工作的系统的回程通路的共享问题。由于两个系统天线轨迹重迭有限，AMSC卫星接收机将接收-小于10％的INMARSAT请求包。因此，回程通路将仅需在20％的时间内与共同通道的干扰作斗争。卷积编码，交叉插入以通道状态信息可以对付每个包有30％阻塞的情况。rf信号是在Immarsat载波以下34dB，因此当本系统信号重迭在Inmarsat载波上时，并不削弱Immarsat系统。
精细同步单元96对检测到的CDMA发送信号提供精细的时间与频率估值。精细同步单元96的输出由去扩谱QPSK信号组成，然后，它们被供给解调器97，变换成二进制，编码数据信号，依次送到解码器98进行去交叉插入及前向纠错解码，通道状态信息可从缓存器93中的样本幅度取得，每个样本取一次，然后送往解码器98。解码器98的输出提供给数据格式器99，变换成对包处理中心13合适的格式。包处理中心13将回程通路包送到路由器，将包用有线116装置发往最终用户。
本发明的前向通路TDM结构作为时间函数示于图6中。前向通路通信可被缓存到超帧120，它的长度大约是一天，每个超帧120包括I个等长的多重帧121，它的长度大约是一小时，每个多重帧121由J个等长的帧122组成，它的长度大约一分钟。帧122包括K个等长的子帧，它的重复频率是0.5秒，每个子帧往下分为时间片，传送L个时分多路复用包124，125，它们的持续时间都相等。
第一个与最后q个包称为同步/网络包或简称为同步/网络包。同步/网络包124提供远程终端同步及网络状态的帮助。最多L-q个数据包125可在子帧的剩下部分发送。当在子帧或部分子帧期间无通信要提供，前向通路信号将被静音。许多数据包125以帧为基础保留，准备用于网络公告板，它包括这样的信息，如子帧对卫星通道的映象。
每个包125可以包含许多分开的区，譬如，地址区，出入控制区，或者溢出标志，它用来指明有更多的数据跟随在后继的子帧中。可在一个子帧中发送的数据量限于N个数据包，取决于希望寻址的终端数量和发送数据的量，要在一个子帧中发送所有希望的数据是不可能的，在此以后，目的终端通常将回到睡眠模式。溢出标志可被设置，用来告诉终端停留在唤醒状态，因为有更多的数据跟随在后继的子帧中，而这些子帧通常不是分配给那些终端的，当然，如果溢出标志被设置，跟随的包将占用下一个子帧中的时间片，而这些子帧通常是分配给不同终端的，所以，在系统容量与可达性之间存在交易。
数量无限的终端可以分享一个公共的有效接收子帧。可以灵活地分享一个公共的有效接收子帧的终端数目取决于要传送的数据量以及希望将数据发送到任何特定终端的频率。
L-q个数据包125可被寻址到这些终端中的一个或几个，或者如果没有前向通路包要发送，则可被静音。每个终端有一个唯一的地址，在特定的子帧期间是动作的，每个终端处理所有的数据包125，并依次确定每个包对哪一个终端寻址。如果一个终端在任何L-q个数据包125中并未检测到它的地址，它就进入睡眠模式并将仍不动作直到它的下一个有效接收子帧到来，或者，如果它是由外部中断使能的，那就一直等到由本地源引起的中断出现。如果一个终端在数据包125中未检测出它的地址，将进一步处理各自的包并作出相应的响应。
示于图7(a)中的回程通路帧结构与参看图6描述的前向通路帧结构是类似的，回程通路数据可被缓存在超帧130上，超帧的重覆频率是一天，每个超帧130由I个多重帧131组成，多重帧的重复频率是一小时，每个多重帧131由J个帧132组成，每个帧的长度是一分钟，每个帧包括K个子帧133，子帧长为0.5秒。
与前向通路不同，在回程通路中的子帧132不再往下分。每个子帧传送数据包扩展在整个子帧上，采用CDMA多路复用技术多路复用。
正如图7(b)所示，在远程终端的回程通路子帧133与前向通路子帧123在时间上是同步的，存在子帧离散数的偏置。前向通路子帧123包括最多L-q个数据包，可用于请求从一个或多个远程终端发送信号。例如，对一个远程终端发送的请求可在特定的前向通路子帧中提供。然后前向通路包由终端处理，结果是在后继的回程通路期间实现了终端发送，与发送请求的前向通路子帧之间在时间上存在A个子帧的偏置。
图8示出了远程终端的第二种实施方案。由接收天线300来的信号通过低噪声放大器301到混频器303以及通常的GPS接收机302，它将当前的位置坐标送到微控制器310。合成的本地振荡器320由参考振荡器319控制，其频率由微控制器310通过数模变换器318按将描述的方式调节，合成本地振荡器在混频器303中产生IF信号，在第一IF放大器304中将它放大，在混频器305中混频以产生第二IF频率，然后将它在第二IF放大器306中放大，由此通过混频器307，316及采样保持线路308，317到微控制器310。
参考振荡器的输出319通过90°相移器309联接到混频器307，316的第二输入，产生信号的同相I和正交相位Q的组分。
微控制器310，例如Philips P80CL580，被联到外部I/O口311，存贮器312及唤醒钟314，该钟周期性地唤醒终端去接收到来的信号。
微控制器联到功率控制线路315。
在发送边，信号的I和Q组分分别由微控制器310送到QPSK调制器321，该调制器是由合成本地振荡器320驱动。
QPSK调制器的输出通过驱动器322及功率放大器323送到发送天线324。
地面站的第二种实施方案示于图9中，来自PPC/NOC 13的数据通过调制解调器400被接收并送往数据变换器401，将信号变换成适合卫星发送的格式。由此送到缓存器402，前向纠错的FEC单元403，窗单元404，数模变换器405，和BPSK调制器406。由此通过地面站RF设备407送到卫星。
在回程线路上，到来的CDMA信号由RF设备407通过混频器410，IF放大器411送到混频器412和414用来隔离同相与正交组分。它们在单元415和416被数字化，然后送到CDMA/QPSK解调器417，符号去交叉插入器418及Viterbi解码器419。通道状态信息可由数字化器415，416的样本幅度取得，每个样本一次，送到解码器419。在CRC检验420后，信号通过数据变换器410和调制解调器400返回到PPC/NOC 13。
钟422联到处理器421，该处理器执行虚线框内的功能。在处理器内的频率控制单元409控制合成器408，该合成器408驱动IF混频器410，通过90°混合器413驱动同相与正交混频器412，414，和BPSK调制器406。
如上所指出的，定时器逻辑或钟79，314周期性地唤醒远程终端监听到来的数据。为了使终端的成本最低。希望使用低成本的振荡器，不过，这种振荡器容易漂移，为了校正它，振荡器可在较短的时间内唤醒终端，要比分配给终端的子帧出现更频繁，以达到重新同步钟的目的。例如，一个特定的终端仅分配到等级式帧结构中的一个子帧，这将每二十四小时重覆一次，但钟可以要求比此更频繁地复位。在一种比较方便的实施方案中，终端，譬如说，为了同步的目的可以每小时唤醒一次，这就保证在下一个监听周期来到时，钟将被充分地同步到地面站上，图10示出了达到这个目的的算法。
例如，在步骤200，在一小时以后，终端睡眠周期结束，定时器79，314，典型的是倒计数定时器，在睡眠模式中消耗最少的电流，刚好在前向通路上预期到来的子帧开始前唤桓终端。在步骤201中接收到的信号在0.625秒接收窗上被数字化，这样保证该窗能包含一个完整的0.5秒的子帧，接收到的窗在步骤202被处理，辨认子帧携带的唯一的同步字。在步骤205，唯一字实际到达时间与预期到达时间之差被记了下来。判决步骤206确定这个差值是否大于预先规定的钟周期数，典型值是30，如果是大于则校正钟同步，这是通过加载一个新的数到倒计数定时器的内部寄存器而实现的。
在步骤208，算法退出，终端返回睡眠模式，直到下一个唤醒周期开始，在接收窗处理以后，别的动作，譬如像本地振荡器频率的同步也能在步骤203进行。这个过程将参看图11进行描述。
典型的情况下，唤醒钟79，314将工作在32KHZ，并往下分频到8HZ，产生每125毫秒一个脉冲。在一种实施方案中，动作状态可分为两个子状态全动作状态，其中接收电路是接通的；部分动作状态，其中只有微控制器是接通的。每隔125毫秒，钟可只唤醒微控制器，将终端放入部分动作状态。微控制器查看是否是监听一个到来的子帧的时候。如果不是，返回睡眠模式。如果是，接通接收电路去捕捉到来的子帧，在这以后断开接收电路，与接收电路相邻的发射机电路具有最大的功率消耗。然后将子帧数字化，检查钟同步及寻找对该终端寻址的数据包。
现在参看图11，首先粗略的频率估值在步骤210利用FFT滤波器完成，在步骤212，数字样本对粗略误差校正，在步骤213，精细频率估值利用数字锁相环来完成，在步骤211获得误差估值之和，在步骤218数字样本对总误差校正。步骤219决定是否唯一同步字被检测到，如果没有，则该子帧被排除，如果唯一字被检测到，则总的误差估值被传送到二维的查询表215，用于压控参考振荡器64，319的电压校正216。
温度传感器214被联到查询表，这样可保证晶体振荡器64，319是在温度变化中校正的。
所描述的系统可与基本系统共存，并没有哪个系统对别的系统引起干扰，尽管是使用共同的频率。
权利要求
1.一种在无线通信通道上发送数据的方法，所述的通信通道对基本的与二级的通信系统是共同的，至少有部分重迭的覆盖区，所述的基本系统具有低的工作周期，并以具有第一持续时间特性的随机突发方式发送包，所述的方法包括在所述的二级系统上以突发方式发送包，在所述的第二系统上的突发信号具有的持续时间至少等于所述的第一持续时间的三倍，所述的包包含前向纠错码，允许所含的数据在与基本系统上的突发信号冲突的事件中可被复原，在二级系统上的突发信号强度充分低于基本系统上突发信号的强度以避免干扰。
2.根据在权利要求1所述的方法，其中所述的包应用符号交叉插入方法以改善纠错性能。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中在所述的二级系统上突发信号的持续时间是所述的基本系统上突发信号持续时间的3倍或3倍以上。
4.根据权利要求1到3的任一个所述的方法，其中所述的二级系统上所发送的突发信号应用扩谱多路复用技术，带到基本系统接收机上的功率水平低于基本系统的噪声水平。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述的二级突发信号应用码分多址多路复用。
6.根据权利要求1到5的任一个所述的方法，其中所述的基本与二级系统是卫星为基础的具有重迭波束的系统。
7.根据权利要求2所述的方法，其中在接收方面，所述的包被去交叉插入及误差校正并考虑到通道状态信息。
8.一种无线通信系统能与基本系统分享带宽，所述的系统至少有部分重迭覆盖区，所述的基本系统具有低的工作周期并发送具有第一持续时间特性的随机突发信号，所述的通信系统包括许多分布式的终端用于发送突发方式的包，在所述的通信系统上的突发信号的持续时间至少等于第一持续时间的三倍，所述的包包含前向纠错码，允许所含的数据可在与基本系统突发信号冲突的情况下复原，所述的通信系统上的突发信号的强度充分低于基本系统上突发信号的强度以避免干扰。
9.根据权利要求8所述的无线通信系统，进一步包括对所述的包中符号交叉插入的装置，用以改善纠错。
10.根据权利要求9所述的无线通信系统，进一步包括监测通道状态的装置，和用于对输入的包进行去交叉插入及纠错的处理器，所述的处理器的编程在执行纠错时是考虑到通道状态信息。
11.根据权利要求8到10的任一个所述的无线通信系统，其中所述的通信系统上突发信号的持续时间至少是所述的基本系统上突发信号持续时间的三倍。
12.根据权利要求8到11的任一个所述的无线通信系统，进一步包括用扩谱技术在所述的通信系统中发送突发信号的装置，在接收机上收到的功率水平低于基本系统的噪声水平。
13.根据权利要求12所述的无线通信系统，其中所述的通信系统上的突发信号应用码分多址多路复用。
14.根据权利要求12所述的无线通信系统，其中所述的系统是以卫星为基础并具有重迭波束。
15.在无线通信系统中所用的一种终端，能够与基本系统分享带宽，所述的系统至少具有部分重迭覆盖区，所述的基本系统具有低的工作周期并且发送具有第一持续时间特性的随机突发信号，所述的终端包括在所述的通信系统上发送突发式的包的装置，其持续时间至少是所述的第一持续时间的三倍，所述的包包含前向纠错码允许所含的数据在与基本系统上的突发信号冲突的情况下被复原，在所述通信系统上的突发信号的强度低于基本系统上突发信号的强度以避免干扰。
16.根据权利要求15所述的终端，其中所述的包包含被交叉插入的符号用以改善纠错。
17.根据权利要求16所述的终端，其中所述的终端发送的包的持续时间至少是所述的第一持续时间的三倍。
18.根据权利要求15到17的任一个所述的终端适合于通过卫星通信。
全文摘要
在无线通信信道上发送信号的一种方法,所述的通信信道对于基本的和二级的通信系统是共同的,至少有部分重迭的覆盖区,所述的基本系统具有低的工作周期并发送具有第一持续时间特性的随机突发信号。该方法包括在二级系统上发送突发信号,该信号具有的持续时间至少等于第一持续时间的三倍,并含有前向纠错码,允许所包含的数据在与基本系统上的突发信号冲突时可被恢复,在二级系统上的突发信号强度足够低于基本系统上突发信号的强度以避免干扰。
文档编号H04J3/24GK1207838SQ96199776
公开日1999年2月10日 申请日期1996年11月29日 优先权日1995年12月7日
发明者H－C·豪格利, W·R·西 申请人:维斯塔电信公司