АБОНЕНТСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СПУТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ СВЯЗИ С МНОГОСТАНЦИОННЫМ ВРЕМЕННЫМ ДОСТУПОМ Российский патент 1997 года по МПК H04B7/185 

Изобретение относится к портативным устройствам связи, в частности к портативному устройству связи, помогающему определить местоположение и используемому с системой спутниковой связи.

При установке связи между спутниками и пользователями спутниковой системы связи во всем мире, знание местоположения каждого пользователя является важным для установления и поддержания канала связи. Знание местоположения конкретного пользователя также важно, потому что информация о местоположении может быть передана через спутниковый канал связи, который служит для связи абонента с другими пользователями в мире. Отдельное устройство, которое сочетает в себе возможность речевой связи и передачи данных, а также точного определения местоположения, имеет ряд преимуществ перед современными устройствами связи. Применение такой системы включает в себя качественное управление, а также координацию при поисковой и спасательной деятельности и различных военных операциях.

Поскольку связь абонентского устройства со спутниками включает в себя частые передачи между ячейками отдельных спутников или между смежными спутниками, знание точного местоположения как абонентского устройства, так и спутника может быть использовано для эффективного выбора соответствующей стратегии передачи.

Далее, знание точного местоположения устройства, имеющегося у пользователя, способствует также осуществлению процесса получения путем обеспечения точной коррекции ошибок, индуцированных сигналами с доплеровской или опорной частотой. Спутники низкоорбитальной системы спутниковой связи, такие как Иридий, движутся очень быстро по сравнению с местом нахождения абонента на земле. Во время осуществления связи такая система должна обеспечивать компенсацию допплеровской частоты сигналов, чтобы скомпенсировать задержку, изменения быстрого прохождения сигналов в канале связи. Во время приема сигналов, если устройство, имеющееся у пользователя, не может самостоятельно определить доплеровскую частоту, должен осуществляться утомительный поиск частоты доплеровского диапазона. Этот отрезок времени для осуществления такого поиска может задержать распознавание пользователя системой. Поэтому в случае дистанционной связи и пользователя произошло бы задержка при попытке установить связь.

Однако в устройстве, имеющемся у пользователя, могут храниться недолгосрочные данные по спутникам связи, причем эти данные будут действительны в течение нескольких дней. Зная точное местоположение устройства, имеющегося у пользователя, можно точно вычислить доплеровскую регулировку и коррекцию для генератора опорных сигналов. Это способствовало бы более быстрому получению данных и отслеживанию каналов управления спутника.

Таким образом, целью данного изобретения является создание комбинированного устройства связи для речевой связи и передачи данных, способствующего определению местоположения и предназначенного для использования с системой спутниковой связи.

Для достижения цели согласно настоящему изобретению будет показано новое устройство, используемое абонентом для речевой связи и передачи данных, способствующее определению местоположения и предназначенное для ячеистой спутниковой системы.

Система спутниковой связи включает в себя некоторое количество устройств, имеющихся у абонентов, каждое из которых используется для приема и передачи цифровых данных. Кроме того, каждое абонентское устройство само определяет свое местоположение.

На чертеже представлена функциональная схема заявленного устройства.

Абонентское устройство содержит антенну 1, циркулятор 2, фильтр 3, смеситель 4, демодулятор 5 цифровых данных, местный гетеродин 6, процессор 7, цифровой синтезатор 8, приемник 9 сигналов глобальной системы определения местоположения (GPS), цифровой синтезатор 10, передатчик-модулятор 11 и источник 12 цифровых данных.

Антенна 1 принимает информацию от глобальной системы определения местоположения (GPS), которая не показана, а также информацию от спутников системы спутниковой связи не показана. Кроме того, антенна 1 действует так, что передает голосовую информацию и данные от абонента к системе спутниковой связи.

Антенна 1 связана с циркулятором 2, который обеспечивает изоляцию между передаваемым и принимаемым сигналами. Циркулятор 2 действует таким образом, что поступающие сигналы, принимаемые от антенны 1, передаются на фильтр 3, а выходной сигнал от передатчика/модулятора 11 поступает к антенне 1 для внешней передачи.

Фильтр 3 связан с циркулятором 2. Фильтр 3 производит усиление и действует так, что пропускает сигналы от системы GPS и передаваемые спутником сигналы для их последующей обработки. Далее фильтр 3 связан с смесителем 4 и приемником 9 GPS-сигналов при помощи связи 13.

Поскольку информация от системы GPS и передача информации от спутника осуществляются в одном частотном диапазоне, они могут быть разделены для обработки при помощи системы связи.

Выход смесителя 4 связан с демодулятором 5 сигнала, который отделяет сигналы спутниковой связи от всех других сигналов, полученных системой. Сигналы спутниковой связи находятся в L-диапазоне, который охватывает полосу приблизительно от 1,5 до 1,6 ГГц. Демодулятор 5 выделяет данные из носителя после определения соответствующего кода слежения.

Гетеродин 6 связан с демодулятором 5 сигналов цифровым синтезатором 8 и приемником 9 GPS-сигнала. Гетеродин 6 является источником опорной частоты. Демодулятор 5 сигналов определяет ошибку базового генератора тактовых импульсов и связан с процессором 7 аналогично фазовой синхронизации. Такая ошибка интерпретируется процессором 7 для регулировки цифровой синтезируемой частоты таким образом, чтобы сохранить фазу с модуляцией сигнала. Процессор 7 связан с цифровым синтезатором 8, а он, в свою очередь, связан со смесителем 4 цепью обратной связи. Передаваемые от спутников данные посылаются 2-х милисекундными импульсами (поток данных на частоте приблизительно 14 МГц) с частотой передачи в 30 милисекунд. Демодулятор 5 сигнала основывается на корреляции бита информации и разпознает заданную форму заголовков. Информация, следующая за заголовком, является требуемой информацией связи, передаваемой спутниковой системой.

Демодулятор 5 передает биты информации, представляющей собой информацию связи, в процессор 7. Процессор 7 устанавливает величину фазовой ошибки, которая представляет собой разность по фазе между битами заданной формы заголовков, синтезируемых в синтезаторе 8, и соответствующими модулируемыми битами информации спутникового сигнала. В результате этого процессор 7 определяет, рано или поздно осуществляется прием битов информации и регулирует цифровой синтезатор 8 для передачи отрегулированного опорного сигнала в смеситель 4 для синхронизации приема информации спутниковой связи. Процессор 7 устанавливает отрегулированный входной сигнал к цифровому синтезатору 8 из номинального опорного сигнала гетеродина 6. Так как спутники системы связи движутся с большой скоростью, принимаемые сигналы в L-полосе частот могут изменяться в диапазоне приблизительно 70 кГц. Компенсация этих изменений осуществляется путем регулирования цифрового синтезатора 8, который подсчитывает каждое их этих изменений сигналов, и гетеродина 6.

Сигналы системы GPS принимаются от глобальной спутниковой системы определения местоположения антенной 1 и передаются через циркулятор 2 и через антенный разделительный фильтр 3 к приемнику 9 GPS-сигнала посредством связи. Система GPS включает в себя группу по меньшей мере из четырех спутников, от которых может быть получена информация о времени и местоположении. Располагая этой информацией о времени и местоположении, приемник 9 GPS-сигнала может вычислять свое собственное положение. Приемник 9 GPS-сигнала принимает данные, полученные через антенну 1, циркулятор 2 и фильтр 3 для выполнения этих функций устройством, имеющимся у абонента. Спутники системы GPS находятся на 12 часовых орбитах приблизительно в 22000 километрах над землей. Приемник 9 GPS-сигнала определяет псевдодиапазон для каждого из 4 спутников в системе GPS. Затем приемник 9 GPS-сигнала точно вычисляет координаты соответствующего устройства, имеющегося у абонента. Процессор 7во взаимосвязанной с ним памяти хранит все недолговременные данные по спутникам системы связи. В результате процессор 7 знает, какой спутник находится над ним и в какой момент времени начать передачу сообщения на спутник, так, чтобы оно попало в соответствующее имеющееся у приемника спутника временное окно множественного доступа с разделением по времени. Кроме того, процессор 7 может регулировать сигнал доплеровских эффектов, которые возникают при движении спутников относительно пользователя в течение интервала связи.

Процессор 7 связан с цифровым синтезатором 10. Цифровой синтезатор 10 связан с передатчиком/модулятором 11. Передатчик/модулятор 11 связан с циркулятором 2. Данные от источника 12 в виде цифровой информации голоса или цифровых данных передаются к передатчику/модулятору 11.

В соответствующее время при осуществлении дистанционной связи процессор 7 будет создавать информацию о местоположении для включения в формат модулированного сигнала, который генерируется передатчиком/модулятором 11. Передатчик/модулятор 11 преобразует данные в аналоговые сигналы и передает их через циркулятор 2 к антенне 1, от которой они будут переданы к соответствующему спутнику.

Как только звено дальней связи установлено между абонентским устройством и спутником, данные от источника 12 передаются к передатчику-модулятору 11 для передачи к спутнику в соответствующее временное окно. Под контролем процессора 7 цифровой синтезатор 10 создает форму несущей волны соответствующей частоты, с надлежащей доплеровской компенсацией и синхронизацией по времени в приемнике спутника. В результате спутник получает последовательность данных, посылаемых множеством абонентов, каждый из которых имеет соответствующую информацию в предназначенном для него временном окне.

Описанное устройство, используемое абонентом для системы спутниковой связи, обеспечивает следующие преимущества. Во-первых, автоматическое отслеживание по всему миру пользователей спутников может осуществляться посредством абонентского устройства. Такая функция важная для случаев, когда выполняется слежение за определенным элементом или лицом, использующим систему спутниковой связи. Безусловно, для определения местоположения при помощи абонентского устройства в первую очередь используется сама система связи. Без такой информации система должна была бы осуществлять поиск по всей земле для обнаружения пользователя. Однако, посредством периодической передачи информации абонент дает системе знать, где он находится, поэтому возможности системы могут быть использованы более эффективно, когда приходит вызов к этому конкретному пользователю.

Во-вторых, более высокая эффективность каждого абонентского устройства достигается за счет быстрого захвата и сопровождения канала управления спутником. Однако, до отслеживания этого сигнала абонентское устройство должно иметь возможность скорректировать доплеровские эффекты, вызванные движением высокоскоростных спутников относительно пользователя. Путем "запоминания" недолговременных данных спутниковой системы абонентское устройство может прогнозировать сигналы с каждого спутника их таким образом принимать сигналы быстрее, чем при использовании методов поиска. Кроме того, наличие сведений о дальности действия спутника может способствовать синхронизации линии связи земля-спутник. Эта информация может быть немедленно обработана при значении местоположения спутника и абонентского устройства.

В-третьих, автоматический вызов между ячейками конкретного спутника или между спутниками зависит от знания местоположения пользователя относительно расположения спутника. Эта информация может быть точно определена при знании местоположения спутника и абонентского устройства. Местоположение спутника связи может быть вычислено из хранящихся недолговременных данных о спутниках, получаемых от наземных систем, с которыми сообщаются спутники и послано в устройство пользователя вместе с другой информацией на линии связи спутник-земля. Точное время на спутниках системы связи обеспечивается пользованием на борту каждого из спутников эталонных рубидиевых часов. Местоположение абонентского устройства будет обеспечиваться в виде первичного выходного сигнала приемника GPS-сигнала, встроенного в абонентское устройство.

Использование: устройство принимает и передает цифровые данные от спутников системы спутниковой связи. Кроме того, абонентское устройство самостоятельно определяет свое местоположение и передает эту информацию о местоположении к спутникам системы спутниковой связи. При этом система спутниковой связи знает местоположение каждого абонентского устройства, поэтому связь может устанавливаться более эффективно. Кроме того, местоположение абонентского устройства автоматически определяется от принимаемых сигналов системы и передается системе спутниковой связи для других целей, таких как качественное управление, поисковые и спасательные операции. 4 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Абонентское устройство для спутниковой системы связи с многостанционным временным доступом, содержащее приемопередающий блок цифровых данных, соединенный с антенной, отличающееся тем, что введены последовательно соединенные приемник сигналов глобальной системы определения местоположения и блок определения собственного положения абонента, выход которого соединен с входом передающей части приемопередатчика цифровых данных, а вход приемника сигналов глобальной системы определения местоположения является дополнительным входом приемопередатчика цифровых данных. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что приемопередающий блок соединен с антенной через циркулятор. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что приемная часть приемопередающего блока выполнена в виде последовательно соединенных фильтров, смесителя, демодулятора цифровых данных, процессора, предназначенного для восстановления и хранения информации, и цифрового синтезатора, выход которого соединен с другим входом смесителя, а также местного гетеродина, выходы которого соединены с гетеродинными входами цифрового синтезатора, и демодулятора цифровых данных, причем выход фильтра является входом приемной части приемопередатчика цифровых данных, а другой выход фильтра является выходом сигналов глобальной системы определения местоположения. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок определения собственного местоположения абонента выполнен на процессоре. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что передающая часть приемопередатчика цифровых данных состоит из последовательно соединенных цифрового синтезатора и передатчика модулятора, один вход которого соединен соответственно с выходом источника цифровых данных, а другой вход является входом сигналов собственного определения местоположения, при этом входы цифрового синтезатора являются соответственно гетеродинным входом и входом синхронизации.