Изобретение относится к Спутниковой системе с сотовым управлением. Пуллман и др., заявка N 92016252.09, от 22 декабря 1992 года (Россия) с тем же патентообладателем, которая используется здесь в качестве ссылки.
Изобретение относится к системам связи, в частности к системам, разделяющим зону, на которой они осуществляют связь, на соты, а также многократно использующим спектр между определенными сотами.
Обычные системы сотовой связи разработаны на основе многократного использования частоты. В общих чертах это выглядит так: антенные устройства размещаются на высоте на определенном расстоянии друг от друга. Каждая антенная система с помощью мощного передатчика, чувствительного приемника и географических признаков распознает соту.
Сота представляет собой географический участок на поверхности земли, в пределах которого осуществляется связь с абонентом посредством предусмотренных рабочих характеристик и с помощью сотовой антенны. В сотовой системе, эффективно использующий выделенный ей спектр, антенная система размещается так, чтобы обеспечить наименьшее перекрытие между соответствующими сотами и сократить разрывы между ними.
Спектр, выделенный обычной сотовой системе, разделен на несколько дискретных участков согласно диапазоне частот. Каждой соте выделен только один дискретный участок спектра и каждая сота должна быть охвачена другими сотами, использующими другие участки спектра.
Для связи в пределах соты используется только дискретный участок выделенного соте спектра, в результате чего помехи, возникающие при осуществлении связи в других, расположенных вблизи сотах, не являются существенными поскольку эти соты используют другие участки спектра. Соты, работающие на совмещенных каналах, являются сотами, многократно использующими одни и те же участки спектра. Для уменьшения влияния помех многократно использующиеся частоты сот на совмещенных каналах разносятся на определенное расстояние.
Сотовая система связи, в которой антенные устройства двигаются по своим орбитам вокруг земли, сталкивается с особой проблемой, связанной с распределением дискретных частот выделенного спектра для различных сот. Благодаря тому, что земля имеет приблизительно сферическую форму, соты, которые не могут перекрываться на каком-то участке земли, например в районе экватора, имеют превосходное перекрытие на других участках земли, расположенных в полярных районах. При перекрытии сот соты, работающие на совмещенных каналах, и перекрывающиеся соты находятся на близком расстоянии, насколько позволяет это многократно используемый спектр. Поэтому при осуществлении связи между близкорасположенными сотами, работающими на совмещенном канале, вероятность возникновения помех возрастает.
Кроме того, при перемещении антенны по отношению к другой перекрытие между сотами изменяется в зависимости от фактора времени. Любой выделенный для соты дискретный участок спектра является действительным только до определенного момента, когда относительное движение антенн вызовет изменение перекрытия между сотами.
Преимуществом изобретения является то, что оно предоставляет возможность усовершенствовать систему связи.
Другим преимуществом изобретения является получение возможности более эффективного многократного использования в системе сотовой связи спектра на всем протяжении сферической поверхности, каковой является поверхность земли, и увеличить возможности канала, предоставляемые фиксированной частотой канала.
Следующим преимуществом изобретения может служить то, что изобретение позволяет управлять антенными устройствами системы сотовой связи во время самого процесса проецирования антеннами перекрытия сот.
Еще одним преимуществом изобретения является предоставление возможности более динамического назначения дискретных участков спектра сотам с целью компенсирования чередования перекрытий между сотами.
Упомянутые и другие преимущества вытекают в той или иной форме из представленного изобретения метода управления первой и второй антеннами, расположенными на определенном расстоянии друг от друга. Первая и вторая антенны проецируют первую и вторую зону обслуживания соответственно. Каждая из зон обслуживания разделяется на множество сот. Метод требует размещения антенн в таком порядке, который бы обеспечил перекрытие одной зоны обслуживания другой. Каналы назначаются сотам, находящимся в активном режиме, для первой и второй зоны обслуживания в соответствии со спектром многократного использования с сохранением минимального определенного расстояния между сотами, работающими на совмещенном канале.
Упомянутые и другие преимущества изобретения вытекают также из того, что оно предлагает способ многократного использования спектра на приблизительно сферическую поверхность. Метод требует модулирования местоположения первой и второй зон обслуживания, проецируемых на поверхность соответствующими антеннами, расположенными на внешних сторонах поверхности. Каждая зона обслуживания разделена на множество сот, а первая и вторая зоны обслуживания перекрывают друг друга с минимальным значением этого перекрытия. Каналы спектра назначаются для зоны обслуживания номер один в соответствии с назначением спектра в таком порядке, который бы обеспечил определенное минимальное расстояние между сотами, работающими на совмещенном канале.
Для соты определяется режим - активный или пассивный. Пассивные соты расположены вблизи границы между первой и второй зонами обслуживания, чтобы компенсировать перекрытие между ними. Каналы спектра назначаются активным сотам второй зоны обслуживания. Соты второй зоны обслуживания определяются в зависимости от активных назначенных сот первой зоны обслуживания, а пассивные соты определяются для первой и второй зон обслуживания с целью поддержания приблизительно минимального расстояния между активными сотами, работающими на совмещенном канале на противоположной стороне от границы.
Связь осуществляется с помощью антенн в соответствии с назначением каналов активным сотам первой и второй зоны обслуживания.
На фиг. 1 показана схема размещения базовых спутников системы сотовой связи; на фиг. 2 - схема участка сот с конфигурацией на поверхности земли, образованного антеннами, расположенными на орбитах вокруг земли; на фиг. 3 - технологическая карта процедуры, использующейся при назначении дискретного участка спектра для соты; на фиг. 4 - блок-схема координатной таблицы, используемой процедурой, изображенной на фиг. 3; на фиг. 5 - технологическая карта процедуры назначения набора каналов, используемой процедурой, изображенной на фиг. 3; на фиг. 6 - схема участков зон обслуживания разорванных между собой, а также показан пример назначения, осуществляемого на первом этапе процедуры, показанной на фиг. 5; на фиг. 7 - блок-схема таблицы порядковой последовательности, используемой процедурой, изображенной на фиг. 5; на фиг. 8 - блок-схема таблицы местонахождения соты, используемой процедурой, изображенной на фиг. 5; на фиг. 9 - схема участков зон обслуживания с конфигурацией, сформированной на поверхности земли, разорванных между собой, а также показан пример назначения, осуществляемого на второй стадии процедуры, изображенной на фиг. 5; на фиг. 10 - схема участков зон обслуживания с конфигурацией, сформированной на поверхности земли, разорванных между собой, и показан пример назначения, осуществляемого на третьем этапе процедуры, изображенной на фиг. 5; на фиг. 11 изображена схема участков с конфигурацией, сформированной на поверхности земли, и показан пример назначений, осуществляемых после завершения процедуры, изображенной на фиг. 5; на фиг. 12 - блок-схема спутника, разработанная в соответствии с осуществлением изобретения; на фиг. 13 - технологическая карта процедуры контроля спутниковой синхронизации внутреннего времени; на фиг. 14 - технологическая карта процедуры прерывания по таймеру, осуществляемой спутником при коммутации назначения спектра для соты.
На фиг. 1 показана система связи, осуществляемая в сети 10 базовыми спутниками. Сеть 10 распространяется над землей и организуется посредством использования автономных околоземных узлов связи, каковыми являются орбитальные спутники 12. В изобретении спутники 12 двигаются по полярным, низко расположенным над землей орбитам 14. В частности, в предлагаемом проекте сеть 10 используют семь полярных орбит по одиннадцать спутников 12 на каждой. Для ясности на фиг. 1 показаны только несколько из этих спутников.
Орбиты 14 и спутники 12 распределены вокруг земли. В данном варианте предлагаемого проекта рассматривается применение каждой орбиты 14, расположенной над землей на высоте около 765 км. Благодаря относительно низкой орбите спутники 12 находятся в прямой видимости электромагнитных средств связи относительно короткое время и каждый спутник покрывает относительно небольшой участок земного шара. Например, спутник, занимая орбиту на высоте 765 км вокруг земли, покрывает "зону обслуживания" на поверхности диаметром около 4075 км.
Учитывая характеристики низкорасположенных орбит 14, спутники 12 перемещаются по отношению к земле со скоростью около 25000 км/ч. Это соответствует тому, что спутник 12 может находиться в пределах видимости по отношению к определенной точке на поверхности земли по времени не более 0 мин. Таким образом, спутники 12 формируют пространство, в котором они могут находиться относительно друг друга почти на стационарном положении, за исключением двух режимов движения.
Один режим движения имеет место, когда орбиты 14 сходятся и пересекаются или перекрещиваются над одним из полярных районов. Благодаря такому режиму движения расстояние между спутниками 12, расположенными на общей орбите 14, поддерживается в пределах постоянного. И напротив, расстояние между спутниками, находящимися на смежных орбитах, изменяется в зависимости от широты, на которой находятся спутники 12. Наибольшее расстояние между спутниками на пересекающихся плоскостях наблюдается в районе экватора. Иными словами, это расстояние увеличивается по мере приближения спутника к экватору и уменьшается по мере приближения спутника к области полюса.
Второй режим движения имеет место в районе пространственного стыка 16. Линия стыка 16 разделяет земной шар на две полусферы по отношению к пространственному положению спутников 12. В одной полусфере спутники 12 движутся с юга на север, как показывает направление стрелки 18 на фиг. 1. В другой полусфере спутники 12 движутся с севера на юг, как показывает направление стрелки 20 на фиг. 1. Стык 16 располагается на противоположной стороне земли между юго-северной орбитой 14 и северо-южной орбитой 14. На стыке 16 спутники 12 приближаются друг к другу и расходятся со скоростью около 50000 км/ч.
Спутники 12 связываются с устройствами на земле через многие Центральные коммутационные станции (ЦКС) 22, из которых на фиг. 1 показана только одна, и с помощью нескольких Станций наземного контроля (СНК) 24, из которых на фиг. 1 тоже показана только одна. Абоненты 26 могут расположены в любой точке на поверхности земли или в атмосфере над землей. Коммутационные станции 22 предпочтительнее располагать на поверхности земли согласно геополитическим границам. Станции контроля 24 предпочтительнее размещать на крайних северных или юго-северных широтах, где схождение орбит 14 является причиной нахождения большого количества спутников 12 на прямой видимости по отношению к отдельной точке на поверхности земли. На этих широтах больше спутников в таком положении, чем у экватормальных широт. Предлагается использовать около четырех коммутационных станций 24, поскольку при таком количестве все спутники 12 могут находиться в пределах видимости назначенных им коммутационных станций 24.
Нет таких препятствий для нормального размещения контрольных станций 22 и коммутационных станций 24 на земле. Тем не менее, контрольная станция 22 может выполнять больше функций, чем коммутационная станция 24. Коммутационная станция 24 в основном может выполнять функции телеметрические, слежения и контроля (ТСК) в отношении спутников 12. Станция контроля 22 управляет связями (узлами связи) в сети 10. Различные наземные базовые системы связи, такие как Всемирная публичная телекоммуникационная сеть (не показана) может выходить на сеть 10 через коммутационную станцию 22. Благодаря конфигурации сети размещения спутников 12 ближайший из спутников будет находиться на прямой видимости с каждой точкой поверхности земли на протяжении всего времени. Таким образом, сеть 10 может установить связь через спутники 12 между любыми двумя абонентами 26, между абонентом 26 и коммутационной станцией 22 или между двумя коммутационными станциями 22.
На фиг. 2 показана статичная схема размещения конфигурации проекций зон обслуживания, образованных сотовыми антеннами шести спутников 12, из которых три расположены последовательно друг за другом на орбите 14, а другие три из шести спутников 12 расположены на смежной соседней орбите 14. Для ясности, на фиг. 2 изображены только три из названных спутников 12.
Каждый спутник 12 снабжен решеткой (не показана) направленных антенн, которая может рассматриваться как обычная антенна с многолепестковой диаграммой направленности или многолучевая антенна. Каждая решетка проецирует на землю многочисленные дискретные фигуры под несколькими углами в соответствии с движением спутника 12. На фиг. 2 изображены схематично полученные фигуры сот 28, сформированные сетью спутников на поверхности земли. При высоте расположения спутника 765 км над землей сота 28 на поверхности имеет в диаметре около 690 км. При скорости движения спутника по отношению к земле в 25000 км/ч соты 28 также передвигаются по земле с такой же скоростью и поэтому любая заданная точка на поверхности земли находится в пределах отдельной соты 28 не больше 1 мин приблизительно.
Фигура соты 28, проецируется отдельным спутником 12, относится к зоне обслуживания 30. На фиг. 2 изображены зоны обслуживания, состоящие из сорока девяти сот 28 каждая. Тем не менее, точное количество сот 28, входящих в зону обслуживания 30, не является важным для целей изобретения.
Кроме того, на фиг. 2 показано перекрытие 32, образующееся по причине упомянутого схождения орбит 14. Размер перекрытия 32 варьируется в зависимости от местоположения перекрывающихся зон обслуживания 30. Как видно из фиг. 1 и 2, увеличение размеров перекрытий 32 происходит на участках земли, расположенных ближе к полюсам, в то время как на участках, расположенных ближе к экватору, перекрытия (размеры их) уменьшаются. Специалисты в данной области техники могут сделать вывод, что фиг. 2 показывает "стоп=кадр" зоны обслуживания 30 и что участки перекрытия 32 образующиеся на стыке зон обслуживания спутников, находящихся на прилегающих орбитах, изменяются по мере передвижения спутников 12 по орбитам 14.
Очевидно, что на фиг. 2 изображены дискретные, шестиугольной формы, в основном, соты 28 и зоны обслуживания 30 без перекрытия и разрывов, в то время как перекрытия образуются в результате схождения орбит в районах полюсов земли, а разрывы имеют место в результате расхождения орбит 14 вблизи экваториальных районов земли. Однако специалисты в данной области понимают, что на практике линии, проецируемые антенными устройствами спутников 12, выглядят более округлыми или эллипсовидными, чем шестиугольными, так как лепестки антенны могут искажать конфигурацию проекции сот и из-за этого можно ожидать незначительного перекрытия между прилегающими сотами.
В то время, как фиг. 1 и 2 и приведенное рассуждение разъясняет орбитальную геометрию сети 10, для специалистов в данной области становится понятным, что размещение узлов связи, коими являются спутники 12, не обязательно должно быть точно таким, как описано выше. Например, узлы связи, которые в изобретении располагаются на поверхности земли, могут быть размещены и на орбитах. Таким же образом и точное количество самих узлов может изменяться от сети к сети.
Система спутников 12 обеспечивает связь со всеми абонентами 26 с использованием ограниченного участка электромагнитного спектра. Точные параметры названного спектра не являются значительным фактором изобретения и может изменяться от сети к сети. В предлагаемом проекте спектр разделен на дискретные участки, как упоминалось выше относительно каналов. Точный способ разделения этого спектра также не является довлеющим для изобретения. Например, спектр может быть разделен на дискретные диапазоны частот, дискретные временные интервалы, дискретные формы кодирования или с использованием комбинированной формы разделения. Желательно, чтобы каждый из этих дискретных каналов являлся бы ортогональным по отношению к другим каналам. Иными словами, одновременные связи могут осуществляться при общем местоположении на каждом канале без значительных помех между каналами.
Точное количество каналов, на которое разделен весь используемый спектр, также не является фактором особой важности согласно изобретению. На фиг. 2 изображен пример назначения канала сотам 28 в соответствии с изобретением и в соответствии с делением спектра на двенадцать дискретных каналов. На фиг. 2 показаны двенадцать дискретных каналов, для пользованиями которыми им присвоены буквенные обозначения: A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, L. Специалисты в данной области могут сделать вывод, что в случае использования другого количества каналов для сот, отличного от количества, указанного на фиг. 2, иным должно быть и назначение этих каналов сотам 28, соответствующим другому количестве сот. Иными словами, каждая канальная группа должна включать один канал или какое-то количество ортогональных каналов.
На фиг. 3 показана технологическая карта процедуры 34, используемой в осуществлении изобретения при назначении отдельной канальной группы отдельной соте 28. Процедура, изображенная на фиг. 3, может осуществляться на главном компьютере или на бортовом компьютере одного из спутников 12 или нескольких спутников, блоки схемы которых изложены ниже при рассмотрении фиг. 12. Специалисты в данной области могут установить, что главный компьютер должен включать в себя один или несколько процессоров (не показаны), исполнительные операции которых описаны на фиг. 3 и осуществлены в соответствии с командами управления, заложенными в память (не показаны).
Процедура 34 выполняет задачу 36 на моделирование местоположения сот 28 по отношению одной к другой. Для первого повторения процедуры 34 достаточно какого-либо положения спутников 12 в системе. Для последующих повторений желателен выбор смоделированных местоположений, находящихся на удалении от спутников 12 при движении по орбите 14 и связанных с первоначальным повторением процедуры 34 с учетом предопределенного увеличения времени. В предлагаемом проекте данное увеличение приближается в перемещению соты на один диаметр по отношению к используемому в предыдущем повторении.
Задача 36 должна записать местоположение каждой соты 28 на таблице, сходной таблице местоположения 38, блок-схема которой показана на фиг. 4. Каждое местоположение соты должно быть выражено широтой и долготой соты или в любой другой подходящей форме. Данные местоположения могут быть рассчитаны с применением обычных тригонометрических способов по отношению к геометрическому положению антенн. В особенности, местоположение сот должно быть определено по отношению к положениям орбит, по отношению к скорости движения спутников, расстоянию орбит от земли, а также углам отклонения для главных лепестков, поддерживаемых спутниковыми антеннами на расстоянии от направлений Надира спутников. Положения, записанные в таблице 38, должны описать местоположение центра каждой соты 28 на поверхности земли. Если каждая зона обслуживания включает сорок восемь сот 28, а система связи состоит из семидесяти семи спутников 12, задача 36 описывает 3696 положений. Если каждая зона обслуживания 30 включает тридцать семь сот 28, а система состоит из семидесяти семи спутников 12, задача 36 описывает 2849 положений.
Возвращаясь к фиг. 3, видим, что после задачи 36 задача 40 определяет каждую соту, образованную системой спутников 12, как активную или пассивную. Активные соты должны быть отмечены положением "ВКЛ", а пассивные положением "ВЫКЛ". Спутники 12 должны воздерживаться от режима передачи в пределах пассивных сот 28 и любой полученный спутником 12 сигнал от пассивной соты 28 должен быть проигнорирован. Спутники 12 передают/принимают сигналы на/от активные соты, используя группы каналов, назначенные для активных сот.
В общем, задача 40 должна быть выполненной с помощью анализа записанных местоположений в таблице 38 (фиг. 4) при выполнении задачи 36. Расстояние между центром каждой соты и центрами всех остальных сот должно быть сравненным предопределенным расстоянием. Когда расстояние между двумя сотами 28 окажется меньшим, чем предопределенное расстояние, объясняется наличие перекрытия между сотами. В предложенном осуществлении изобретения перекрытие объявляется тогда, когда менее 70% двух сот 28 занимают один и тот же участок. Задача 40 выдает решение тогда, когда из двух перекрывающихся сот 28 будет определена пассивная, чтобы сохранить перекрытие. В основном, задача 40 выдает определение сотам 28, принадлежащим внешним районам их зоны обслуживания 30, как пассивным, быстрее, чем перекрывающим сотам, находящимся ближе к центру их зон обслуживания. Каждая сота, не заявленная пассивной, получает статус активной. Дополнительные детали относительно операции задачи 40 могут быть получены из вышеприведенного патента.
После задачи 40 задача 42 назначает группу каналов активным сотам в юго-северной полусфере спутниковой сети. Как было разъяснено на фиг. 1, эта полусфера отделена от северо-южной полусферы линией стыка 16. Это назначение должно быть записано на таблице местоположения 38 (см. фиг. 4) в связи с тем, что каждая сота имеет опознавательные знаки. Детали, связанные с назначением группы каналов сотам, раскрываются ниже при описании фиг. 5-11. После окончания задачи 42 задача 44 повторяет процедуры назначения, за исключением того, что задача 44 назначает группу каналов для северо-южной полусферы сети спутников 12.
После задачи 44 запрос задачи 46 определяет какие из местоположений сот должны быть смодулированы для полной орбиты. Если полная орбита еще не смодулирована, контроль переходит к задаче 36 для увеличения позиций сот и повторения процесса назначений. Если задача 46 определит, что полная орбита смодулирована, процедура 34 должна получить команду "Стоп", так как группа каналов назначенным сотам для дополнительных позиций в основном дублирует записанные ранее назначения на таблице 38 (фиг. 4). Спутники 12 используют эти данные о назначении для контроля управления их приемопередатчиков и антеннами, что будет разъяснено ниже при раскрытии пунктов, относящихся к фиг. 12-14. Желательно, чтобы процедура 34 осуществлялась в "автономном" режиме и только по тем группам каналов, назначаемых сотам для полной орбиты, результаты которых от процедуры 34 относительно выдачи спутникам 12, записаны в памяти таких спутников 12. В альтернативных осуществлениях изобретения сами спутники 12 могут выполнить процедуру 34 или часть ее и сами же используют результаты назначений групп каналов для сот при управлении своими приемопередатчиками управлением антеннами. В таких альтернативных схемах цикл, изображенный на фиг.3, должен повторяться неограниченно с тем, чтобы повторение цикла модулирования местоположения спутниковых сот совпало точно по времени, когда соты появятся в пределах досягаемости смоделированного местоположения. При необходимости результирующие назначения должны быть оценены и дополнительные назначения могут быть ненужными до тех пор, пока движение спутников влияет на движение сот на новые позиции по возрастающей.
На фиг. 5 показана технологическая карта назначения групп каналов процедурой 48, которые используются задачами 42 и 44 процедуры 34 (фиг. 3) по назначению групп каналов для сот, сформированных одной из полусфер сети спутников 12. Задача 50 в процедуре 48 выбирает соответствующую зону обслуживания 30а на соответствующей орбитальной плоскости 14а, как изображено на фиг. 6.
На фиг. 6 изображена схема разорванного участка, состоящего из шести зон обслуживания 30. Схема, изображенная на фиг. 6, похожа на схему, показанную на фиг. 2. Однако на фиг. 6 изображена система, в которой используется тридцати семи сотовые зоны обслуживания 30 вместо сорока восьми сотовых. Кроме того, на фиг. 6 изображена разорванная зона, поскольку зоны обслуживания 30, сформированные спутниками 12, расположенными на орбите 14, находятся на определенном расстоянии от зон, сформированных спутниками 12, расположенными на смежной орбите 14. На фиг. 6 показаны перекрывающиеся зоны, но в положении новом - разорванном. Это сделано для более ясного представления процесса назначения групп каналов для сот, описанного ниже.
Пока любая зона обслуживания 30 на выбранной полусфере может служить как показанная зона обслуживания 30а, задача 50 (фиг. 5) в предпочтительном варианте использует экваториально находящиеся зоны 30 в орбитальной плоскости 14, прилегающей к линии стыка 16 (фиг. 1). После задачи 50 задача 52 продолжает процесс назначения группы каналов для сот 28, находящихся в пределах зоны обслуживания 30а. На фиг. 6 показан пример повторного использования двенадцатью сотами данных, выработанных задачей 52 для сот 28 зоны обслуживания, обозначенной цифрой 30а. Иными словами, двенадцать дискретных групп каналов расположены между сотами 28 зоны обслуживания 30а, так соты, работающие на совмещенных каналах, расположены на минимальном предопределенном расстоянии друг от друга.
Специалисты в данной области легко заметят, что зоны обслуживания 30, расположенные в обеих полусферах, должны использовать различные группы каналов во избежание помех на стыке 16.
Задача 52 должна назначить группу каналов, используя план или формулу:
N = i2 + j2 + i • j,
где
N - номер дискретной группы каналов, имеющийся в спектре, который назначают;
i - изменение параметра для первого направления;
j - изменение параметра для второго направления;
i ≥ j.
Используя эту формулу, соты на совмещенном канале, определяются движением i сот в первом направлении на удаление от первоначальной соты, как показывает отрезок 54 на фиг. 6 с поворотом по часовой стрелке (или против часовой стрелки) на 60o и движением j сот, как показывает стрелка 56 на фиг. 6. В результате применения такого планового назначения для всех сот в пределах зоны обслуживания 30а данные записываются в память структуры, так и в таблицу местоположения 38 (фиг. 4).
В альтернативном осуществлении изобретения задача 52 (см. фиг. 5) должна использовать таблицу (не показана), которая сводит назначение группы каналов с номерами сот. В связи с другими зонами обслуживания 30, фиг. 6 показывает пример присвоения номеров сотам 28. Эти номера сот указаны цифрами 1-37 на фиг. 6. Каждая зона 30 должна использовать идентичную схему нумерации сот. Номера сот 28 используются для идентификации сот на позиционной таблице 38 (см. фиг. 4) и в других структурах памяти, используемых процедурой 34 (фиг. 3) и процедурой 48. Специалисты могут заметить, что индивидуальное присвоение номера сотам 28 произвольное, и что пока каждая сота 28 в пределах зоны обслуживания 30 является ее единственным определителем, другая схема нумерации сот может быть использована. В альтернативном осуществлении изобретения задача 52 назначает группу каналов сотам 28 зоны обслуживания 30а, копируя назначение каналов в соответствующем отделе структуры памяти, как и на позиционной таблице 38.
Еще в одном осуществлении изобретения задача 52 использует таблицу (не показана) назначения каналов определенной соте в каждом ряду 60 зоны обслуживания 30а. В этом случае используется последовательный ряд таблицы 62, как показано на фиг. 7 для назначения левым и/или правым сотам по отношению к направлению движения спутника 12, в пределах каждого ряда 60 до границ зоны обслуживания 30а, пока они находятся в соприкосновении. Местоположения каждой соты 28b зоне обслуживания 30 должны быть определены для каждой, принадлежащей этой зоне соты, используя позиционную таблицу 64, показанную на фиг. 8. При использовании таблицы 64 перекодировка должна быть произведена для того, чтобы определить, какая из сот в данный момент находится в направлениях: влево, вправо, слева вверху, справа вверху, слева внизу или справа внизу по отношению к другой клетке зоны обслуживания 30.
Специалист в данной области может определить, что таблицы 62 и 64, показанные на фиг. 7-8, иллюстрируют только один пример (ситуацию). Таблица последовательности ряда 62 применима для двенадцати сот, планового повторного назначения и позиционная таблица 64 применима для тридцатисемисотовой зоны обслуживания, в которой применена нумерация сот согласно фиг. 6. Другие подобные таблицы или структурная память должны быть смоделированы, чтобы осуществлять принятое плановое назначение, когда соты на совмещенном канале расположены на предопределенном расстоянии от другой с различным номером соты зоны обслуживания и/или с назначенным по другой схеме нумерации.
Не учитывая использованный процесс индивидуального планового назначения, задача 52 назначает группы каналов сотам 28 в пределах 30а зоны обслуживания на переменных рядах 60. Для примера на фиг. 6 показаны группы каналов A-F, граничащие с рядами 60а, и группа каналов Q-L, граничащая с рядами 60b. Ряды 60a и 60b идут вперемежку (прослойками). К тому же постоянный код назначения группы каналов получаем в прогрессивном порядке через соты 28 справа вверх (A-H-E-L-C-J, B-I-F-G-D-K) или влево вверх (A-G-C-I-E-K, B-H-D-J-F-L). Естественно, что противоположная последовательность имеет место при назначении для сот, расположенных влево вниз или вправо вниз соответственно.
Возвращаясь к фиг. 5, надо отметить, что после задачи 52 задача 66 распространяет плановое назначение в поперечном направлении северной и южной границ для зон обслуживания 30 в пределах плоскости 14а. Применение кодов назначений в поперечном плане к северной границе должно быть осуществлено в порядке и последовательности, изложенной для сот, уходящих вправо вверх или влево вверх или вообще по вышеприведенной формуле назначения. Применение кодов назначения поперек южной границы должно осуществляться подобно вышеизложенной схеме для сот, уходящих вниз вправо и вниз влево соответственно или по формуле назначений, описанной выше. Таблица местоположения соты 64 (фиг. 8) участвует в определении сот 28, не получивших назначения в зонах обслуживания 30, расположенных непосредственно на севере или юге назначения зон 30 и имеющих первоначальные коды в прежней последовательности.
Специалисты в данной области могут заметить, что таблица местоположения сот 64 (фиг. 8) записывают дополнение 30 поперечной ротации в северных и южных зонах границ по отношению к 60, разъясненных при описании формулы назначения. Это дополнение 30 учитывается при идентификации сот, расположенных поперек северной и южной границ от первоначальной соты. Дополнение 30 является необходимым, потому что в тридцатисемисотовой зоне или других зонах, имеющих отдельную центрально расположенную соту, границы сопрягаются неплавно, как показано на фиг. 6. И наоборот, сорокавосьмисотовые зоны обслуживания или другие, не имеющие центрально расположенной соты 28, плавно сопрягаются по границам, как показано на фиг. 2. В том случае, если сеть использует зоны обслуживания без центрально расположенной соты 28, дополнительные 30o поворота не являются необходимыми.
На фиг. 9 показаны назначения групп каналов сотам, зон обслуживания 30, расположенных на координатной плоскости 14а после выполнения задачи 66. Известно, что задача 66 также назначает группы каналов сотам 28 зон обслуживания 30, расположенных южнее координатных зон 30а, которые наряду с южной зоной обслуживания 30 не показана на фиг. 9.
На фиг. 9 также изображены (выделены штриховкой) те отдельные соты, которым задачей 40 (фиг. 3) задан режим работы "пассивный".
После задачи 66 (фиг. 5) задача 68 выбирает первую восточную/западную границу 70 между орбитальными плоскостями 14. Преимущественно первая граница 70 на противоположной стороне координатной плоскости 14а от линии стыка 16. Некоторые из пассивных сот 28 расположены вблизи границы 70, но больше пассивных сот располагаются в полярных зонах по сравнению с экваториальными. фиг. 9 показывает назначение групп каналов пассивным сотам на координатной плоскости 14а, хотя особой важности не представляет, какая группа каналов назначена в данный момент для пассивной соты.
После задачи 68 задача 72 (фиг. 5) опознает совмещенный первоначальный адрес ряда 60 на противоположной стороне от границы 70. Обращаясь к фиг. 9, исходные ряды 60 граничат с отдельной зоной обслуживания 30, расположенной на предварительно определенной стороне от границы 70. Адресные ряды 60 граничат с зоной обслуживания 30, расположенной на неназначенной стороне от границы 70. Совмещенные исходные ряды и адресные ряды 60 показаны на фиг. 9 пунктирных линиями. Позиционная таблица сот 64 (фиг. 8) используется для опознания определенных сот 28 на определенных зонах обслуживания 30, совмещенных с адресными рядами. Для примера, как показано на фиг. 8 и 9, соты 28 расположены направо от более правых сот 28 на предварительно назначенной зоне обслуживания 30 и принадлежат адресным рядам. Для первого повторения задачи 72 каждый из исходных и адресных рядов 60, как и совмещенные должны быть выделены.
Обращаясь к фиг. 5 и 9, после задачи 72 задача 74 определяет первую активную соту 28, находящуюся в движении на удаление от границы 70 в исходном ряду 60, выделенном ранее задачей 72. После идентификации этой первой активной соты 28 задача 74 записывает данные группы каналов, выданные ей. После задачи 74 задача 76 опознает первую активную соту, находящуюся в движении на удаление от границы 70 в адресном ряду 60, определенном ранее задачей 72.
После задачи 74 и 76 задача 78 назначает группу каналов этой первой активной соте в адресном ряду 60. Назначение происходит по последовательности рядов для записанных групп каналов в задаче 74. Последующий ряд должен быть определен, например, согласно таблице последовательности рядов 62 (фиг. 7). Взяв за начало первую активную соту в адресном ряду и продолжив в сторону удаления от границы 70, задача 80 продолжает отслеживать последовательность рядов для назначения групп каналов остающимся сотам в адресном ряду адресной зоны обслуживания 30. Таблица последовательности рядов 6 2 (фиг. 7) и позиционная таблица сот 64 (фиг. 8) должны быть использованы при данном назначении каналов.
После задачи 72-80 запрос задачи 82 определяет, получил ли назначение последний адресный ряд 60 на границе 70. Как только дополнительные ряды 60 окажутся с назначением, программа управления повторяет задачи 72-82 для назначения групп каналов для других рядов вдоль границы 70.
Когда все ряды на границе 70 будут назначены, результаты назначений будут походить на ситуацию, изображенную на фиг. 10. Как уже было оговорено, что не представляет особой важности, получили ли назначение каналов пассивные соты. Когда все ряды на границе 70 будут назначены, задача 84 (фиг. 5) выбирает другую границу 86, которая, предпочтительно, должна находиться на противоположной стороне зоны обслуживания (адресной) от границы 70. Затем запрос задачи 88 (фиг. 5) определяет, находится ли назначенная граница 86 на стыке 16 (фиг. 1). Когда новая граница 86 не находится на стыке 16, задача 72-84 повторяется для продолжения назначения групп каналов в поперечном направлении в выбранной полусфере. Когда группы каналов будут назначены сотам 28, расположенным на стыке 16, процедура 48 заканчивается.
На фиг. 11 показан пример назначения кода по окончании выполнения задач 72-84 с учетом перекрытия 32. По результатам выполнения задач 72-84 группы каналов становятся назначенными для сот на адресных рядах зон обслуживания 30 соответственно и сбрасываются назначения каналов для последней активной соты исходного ряда. В последующем назначение групп каналов на адресных рядах будет ответным назначениям, сделанным для активных сот соответствующих исходных рядов и любой пассивной соты, находящейся на одной или обеих из исходных рядов, или адресных рядов. Следуя последовательности рядов без учета пропущенных активных сот минимальное расстояние между сотами на совмещенных каналах поддерживается на границе 70.
Специалисты в данной области могут заметить, что случайный пропуск сот при плановом назначении канала и вышеупомянутый поворот на 30o могут быть причиной того, что последовательность по направлениям вправо вверх, влево вверх, вправо вниз и влево вниз может измениться в некоторых позициях после пересечения границы 70. Эти изменения не кардинально влияют на минимальное расстояние между сотами на совмещенных каналах, потому что это имеет место на северо-южном направлении между рядами 60, а не на восточно-западном направлении в пределах отдельного ряда 60. Значит назначения каналов происходит в последовательности, повторяющейся в пределах перемещающихся рядов. Следовательно, все группы каналов, назначенные для рядов, расположенных непосредственно на север или на юг от прилегающего ряда, должны быть ортогональными по отношению к каждому каналу в данном ряду. В соответствии с процедурой уже описанной соты на совмещенных каналах поддерживают минимальное расстояние, не превышающее диаметр самой отдельной соты 28.
На фиг. 12 показана блок-схема спутника 12, использующегося в сети 10 (см. фиг. 1). В изобретении все спутники 12 в пределах сети 10 имеют одинаковую структуру, позволяющую выполнять цели, поставленные в изобретении. Таким образом, фиг. 12 показывает состав каждого спутника на примере одного. Спутник 12 имеет несколько приемопередатчиков. Например, приемопередатчик поперечной связи 90 служит для осуществления связи между спутником 12 и другими, находящимися рядом спутниками 12 (см. фиг. 1). Далее спутник 12 включает один или более приемопередатчиков 92 для поддержания линии связи с центрами коммутации и слежения и контроля 22 и 24. Приемопередатчики 90 и 92 используют для связи соответствующие антенны 94 и 96. Кроме того, спутник 12 включает абонентский приемопередатчик 98. Он служит для связи с абонентами 26 с помощью многолучевой, многолепестковой антенной 100. Приемопередатчик 98 и антенна 100 должны быть разделены на несколько номеров независимых каналов, секций или групп, чтобы стало возможным предоставление дискретным сотам 28 дискретных групп каналов.
Каждый из приемопередатчиков 90, 92 и 98 через несколько элементов памяти и таймер 102 соединен с контроллером 104. Контроллер 104 должен быть снабжен отдельным процессором или многими процессорами, работающими на параллельные устройства. Иными словами контроллер 104 координирует и управляет приемопередатчиками 90, 92 и 98 вместе с их соответствующими антеннами таким образом, чтобы спутник 12 мог получать данные по связям от приемников различных линий связи и должным образом распределив полученные связи через передатчики передать в различные линии связи. Таймер 102 используется для синхронизации контроллера 104 и спутника 12 с ограничителем времени, входящим в состав сети 10 (фиг. 1).
Компоненты памяти включают таблицу обозначений сот 106. Эта таблица соединяет обозначения каналов с опознанными сотами того или иного корреспондента. Таблица 106 должна также записывать, какая из сот или какие из сот 28 в зонах обслуживания, сформированных спутником 12, назначены пассивными. Таким образом, выдавая номер соты на таблицу 106, группа каналов выделяет идентифицированной соте данные, активная ли сота или пассивная. Группа каналов, обозначающих соту, должна быть определена согласно процедурам, описанным на фиг. 3-11. Кроме того, каждая сота должна иметь несколько назначенных групп каналов, так как эти различные группы каналов ответственны за соответствующие различные положения спутников 12 в пределах их орбит 14.
Компоненты памяти также включают в себя другую (дополнительную) память 108. Память 108 включает данные, которые служат командными для контроллера 104, и исполняемые процессорами контроллера 104 побуждают спутники 12 выполнять процедуры, описываемые ниже. Память 108 также включает переменные данные, таблицы, базы данных, управляемых благодаря действиям спутников 12.
На фиг. 13 показана технологическая карта контрольной процедуры 110, выполняемой отдельным спутником 12 в пределах сети 10. Процедура 110 обязывает спутник 12 синхронизовать действия по внешнему временному сигналу. Специалист в данной области техники обнаружит, что в то время, как процедура 110 описывается для отдельного спутника 12, каждый из спутников 12 выполняет ту же процедуру. Иными словами, контрольная процедура 110 включается, когда команда ТСК (телеметрия, слежение и контроль) приходит с наземной станции контроля 24 (фиг. 1). ТСК содержат многочисленные различные команды, такие как команда контроля орбиты, команда диагностики и пр.
Команды ТСК, кроме того, должны включать и команды синхронизации. При поступлении команды синхронизации, о чем предупреждает запрос задачи 112, программа управления возобновляет данные команды синхронизации и программирует таймер 102 (фиг. 12) в ответ на данные синхронизации, выданные командой, как показано в задаче 114. В предлагаемом осуществлении проекта спутники 12 подходят в зону видимости станции контроля 24 каждый по своей орбите. Значит они должны синхронизировать свое внутреннее время с системой времени сети 10 каждые несколько часов. Такая же процедура выполняется с каждым спутником 12, внутренний таймер 102 всех спутников 12 узнает данную точку времени практически в один и тот же момент. В настоящем проекте таймеры 102 для всех спутников 12 синхронизируются в пределах интервала 50 мкс. После синхронизации процедура 110 должна войти в контакт с другими ТСК процессами, не описываемыми в изобретении. Благодаря выполнению процедуры 110 все спутники 12 в пределах сети 10 узнают в определенный момент значение абсолютного точного отсчета времени.
На фиг. 14 показана технологическая схема процедуры прерывания по таймеру 116, которая выполняется отдельным спутником 10. Процедура 116 побуждает спутник 12 изменить обозначение группы каналов для сот, с которыми он работает в новом ключе назначения. В то время как процедура 116 описывается для отдельного спутника, каждый из спутников 12 выполняет в основном такую же процедуру. Иными словами, процедура прерывания по таймеру 116 включается в ответ на сигнал, поступивший от таймера 102 (фиг. 12). На входе в процедуру 116 задача 118 получает следующий участок таблицы обозначений сот 106. Этот следующий участок включает один из идентичных каналов, выделенный спутниковой соте на случай предусмотренной замены или когда все соты и группы каналов должны быть изменены в результате причины, вызванной реализацией этого предусмотренного случая.
После задачи 118 задача 120 побуждает спутник 12 связаться со всеми абонентами 26 (фиг. 1), поддерживающими связь через спутник 12. В частности, спутник 12 информирует абонентов о предстоящем изменении в обозначении или изменении каналов, по которым организовывалась связь. Такие связи содержат предстоящую замену канала опознавания при вызове "без поднятия трубки". После задачи 120 задача 122 выжидает до определенного момента времени замены. Такой особый пункт времени представляет собой предстоящую операцию, описанную при раскрытии задачи 118. Это заранее определенный момент времени, при котором все спутники сети 10 должны поменять свои группы каналов для обозначения сот для того, чтобы компенсировать перекрытие на их зонах обслуживания 30 на их орбитах вокруг земли. Наступление момента по времени должно быть определено по таймеру 102. Как уже было отмечено, процедура 110 (фиг. 13) синхронизирует все спутники 12 таким образом, что каждый спутник 12 узнает эту точку времени одновременно со всеми.
После задачи 122 задача 124 программирует приемопередатчики абонентов 98 (фиг. 12) так, что их оперативная программа переключается в соответствии с режимом активный-пассивный, и данные о назначении групп каналов получают из результатов задачи 118. После задачи 124 программа контроля разрешает процедуру 116. Процедура 116 должна быть выполнена снова, когда спутник 12 окажется в точке орбиты, соответствующей следующему участку таблицы обозначенный 106 (фиг. 12). Перед окончанием процедуры 116 спутник 12 должен сообщить через антенну 100 измененные назначения группе каналов в соте.
В целом, изобретение представляет усовершенствование системы связи. Изобретение относится к системе сотовой связи, в которой эффективно многократно используется спектр, проецируемый на сферическую поверхность, в данном случае на поверхность земли. Спектр используется более эффективно потому, что назначения группы каналов в соте выполнена таким образом, что позволяет распознать перекрытие между зонами обслуживания, маркирует определенные перекрывающиеся соты, находящиеся в пассивном режиме, и назначает группы каналов для активных сот в порядке зависимости от пассивных сот. Кроме того, в соответствии с изобретением обозначение перекрывающихся сот с пассивным режимом и назначение групп каналов для активных сот повторяется время от времени с целью компенсации динамических изменений в перекрытиях.
В изобретении описаны соответствующие предпочтительные варианты. Но специалисты в данной области техники могут заметить, что имеется поле для изменений и модификаций предложенного осуществления без выхода за рамки изобретения. Например, некоторые могут предложить другие процедуры для выполнения тех самых функций, описанных в данном проекте. Другими могут быть и структуры памяти в другом исполнении изобретения. Кроме того, когда предложенное осуществление, приведенное в данном труде, описывает особую геометрию расположения орбит, формы зон обслуживания и размеров групп каналов, любой специалист в данной области техники может сделать вывод, что в изобретении может использоваться и другая геометрия и другие размеры каналов. Те или иные изменения и модификации, которые очевидны из данного описания, могут быть внесены, не затрагивая основные принципы и рамки изобретения.
Орбитальные спутники проецируют на землю зоны обслуживания. Каждая зона обслуживания разделена на множестко сот. Зоны обслуживания соседних спутников перекрывают одна другую и перекрытие возрастает по мере приближения спутников к полюсам сферы. Местоположение сот, воспроизводимых спутниками, модулируются по многочисленным точкам орбиты. Соты получают определение активных или пассивных для компенсирования перекрытия по каждой смодулированной точке. Группа каналов назначается сотами в пределах координатной зоны обслуживания и это назначением распространяется по всем зонам обслуживания на координатных орбитах зон обслуживания. Последующие группы каналов распространяются по другим орбитам после учета режима соты пассивной, расположенной вблизи границы между орбитами. Каждый спутник запоминает назначенную группу каналов для его сот на различных точках орбиты. Все спутники переключают свои параметры связи одновременно в ответ на назначение групп каналов. 3 с. и 17 з.п. ф-лы, 14 ил.
| US, патент, 5008952, кл | |||
| Очаг для массовой варки пищи, выпечки хлеба и кипячения воды | 1921 |
|
SU4A1 |
