Настоящее изобретение вообще относится к ячеистым радиочастотным коммуникациям. Более конкретно, настоящее изобретение относится к восстановлению спектра, который в противном случае оставался бы недоступным в ячеистых системах коммуникаций.
Предпосылки создания изобретения
Симплексные системы передачи данных, известные так же как однонаправленные или пассивные системы, применяются в связи со страничной организацией. Вообще говоря, один или больше трансмиттеров передачи данных по радио. Эти коммуникации содержат данные, которые идентифицируют специфические устройства для приема страниц данных - "пейджеры" (pagers). Популяция "пейджеров" непрерывно принимает передаваемые по радио коммуникации. Современные системы страничной организации испытывают несколько проблем, одна из которых связана с ограничением дальности. Система страничной организации работоспособна только тогда, когда ее "пейджеры" резиденты в области, покрываемой трансмиттерами этой системы. Когда абоненты систем выезжают за пределы этой области, их "пейджеры" не могут принимать вызовы. Другая проблема современных систем страничной организации сопряжена с многомаршрутностью, радиопомехами, отражениями сигналов и т.п. "Пейджеры" изнашиваются пользователями, которые часто помещаются в автомобилях, в зданиях, вблизи больших заземленных структур, и в других местах, проникновение куда электромагнитных сигналов страничной организации связано с трудностями. Следовательно, способность "пейджеров" принимать коммуникации ухудшается в урбанизированных областях, которые обычно содержат много создающих радиопомехи структур.
С учетом ограниченной дальности и проблем радиопомех, в некоторых системах страничной организации применяется метод одновременной передачи по радио и телевидению, при котором множество одновременно приводимых в действие трансмиттеров располагаются в разнесенных друг от друга местах. Прирост мощности, являющийся результатом множества трансмиттеров и разнообразия путем распространения сигнала от удаленных друг от друга трансмиттеров, улучшает прием. Кроме того, такое разнесение трансмиттеров расширяет область покрытия за счет дистанции разнесения. Хотя такое решение практически окупается в урбанизированных областях, оно будет слишком дорогостоящим, если расширить обслуживание страничной организацией не менее населенные области вместе с этими урбанизированными областями.
Было предложено использовать спутники в страничной организации. Использование спутников может решить ограниченный круг проблем современных систем страничной организации. Однако, использование спутников имеет и свои собственные проблемы.
Например, спутники обычно ограничены использованием только маломощных передач. Соответственно, в настоящее время спутники используются только для трансляции на наземные повторители, которые могут затем ретранслировать сигналы высокой мощности к близлежащим "пейджерам". Это ничего не дает в смысле расширения дальности за пределы того, что обеспечивают наземные повторители, поскольку современные устройства для приема страниц или "пейджеры" не могут принимать спутниковых сигналов. Кроме того, для доставки страниц требуется двойное распределение спектра. Один коммуникационный канал доставляет страничные коммуникации от спутников к наземным повторителям, а другой коммуникационный канал доставляет страничные коммуникации от наземных повторителей к "пейджерам".
Было сделано предложение, чтобы объединить спутники с наземными повторителями в систему одновременной передачи страниц по радио и телевидению. Однако для такой системы одновременной передачи страниц по радио и телевидению требуется, чтобы спутник был расположен на геостационарной орбите. Поскольку геостационарные орбиты достигаются на высоте приблизительно 35000 километров (22000 миль) над уровнем Земли, сигналы, транслируемые со стационарных спутников, являются слабыми у поверхности земли. Прием на поверхности Земли без использования больших антенн для приема этих сигналов, был бы ненадежным. Соответственно "пейджеры" в такой системе должны включать в себя непрактично большое и дорогостоящее приемное оборудование, или забыть обо всех преимуществах одновременной передачи по радио и телевидению для спутниковых передач.
Было сделано другое предложение, чтобы использовать двухрежимные "пейджеры", которые могли бы принимать как передаваемые спутниками страницы, так и страницы, передаваемые с Земли. В такой системе передаваемые спутниками страницы ретранслируются как передаваемые с Земли страницы. Спутники могут быть размещены на низкоземных, движущихся орбитах. Соответственно, наземно-передаваемые страницы используют отличающиеся коммуникационные каналы от передаваемых спутниками страниц, чтобы исключить радиопомехи от передаваемых спутниками страниц. Более того, кроме помехоустойчивых урбанизированных областей, где доступны наземно-передаваемые страницы, "пейджеры" могут надежно принимать передаваемые со спутников сигналы, потому что эти сигналы формируются только на высоте нескольких сот миль над Землей. С другой стороны, использование двухрежимных приемников повышает размеры, вес, потребляемую мощность и стоимость "пейджера". Кроме того, диапазон спектра, необходимый для передачи страниц, вдвое превышает диапазон, необходимый для передачи страниц только по одному коммуникационному каналу.
Краткое содержание изобретения
Соответственно, это преимущество настоящего изобретения, что предлагается улучшенная коммуникационная система.
Другим преимуществом настоящего изобретения является то, что часть коммуникационного спектра, географически распределенная в ячеистой структуре, восстанавливается для повторного использования.
Еще одним преимуществом настоящего изобретения является то, что передаются данные, такие как страницы или другие формы коммуникаций, используя коммуникационный канал, присвоенный неактивной ячейке этой ячеистой конфигурации, не вызывая радиопомех в этой неактивной ячейке.
Другим преимуществом настоящего изобретения является то, что предоставляется система страничной организации, которая использует совокупность спутников, находящихся на околоземных орбитах, которая ретранслирует спутниковые сигналы в различных местоположениях от наземных трансмиттеров, и которая использует только однорежимные "пейджеры".
Вышеуказанные и другие преимущества настоящего изобретения достигаются в одной форме, с помощью способа восстановления части коммуникационного спектра, географически распределенного в ячеистой конфигурации, в которой для заданного местоположения, одна ячейка является активной ячейкой, а множество ячеек являются неактивными ячейками. Этот способ требует, чтобы в этом местоположении принимался сигнал, установленный в соответствии с первым набором параметров канала. Этот первый набор параметров ассоциируется с этой активной ячейкой. Второй набор параметров канала прогнозируется из первого набора параметров. Второй набор параметров ассоциируется с одной из неактивных ячеек. Эта одна неактивная ячейка выбирается так, чтобы маловероятным было, чтобы коммуникации, имеющие в ней место, были подвержены воздействию помех от передачи, использующий спектр, определяемый этим вторым набором параметров. Затем сообщение передается, используя коммуникационный спектр, определяемый вторым набором параметров канала.
Краткое описание чертежей
Более полное понимание настоящего изобретения может быть получено с использованием ссылок на подробное описание и пункты патентной формулы, рассматриваемые в связи с этими чертежами, в которых одинаковые позиционные обозначения относятся к одинаковым позициям на всех этих чертежах, и:
фиг. 1 показывает план расположения базирующейся на спутниках ячеистой коммуникационной системы;
фиг. 2 показывает план расположения ячеистой конфигурации, сформированной на поверхности земли сигналами, передаваемыми со спутника;
фиг. 3 показывает блок-схему примерно спектра, примененного в ячеистой коммуникационной системе;
фиг. 4 показывает блок-схему вторичного коммуникационного контроллера;
фиг. 5 показывает блок-схему фоновой процедуры, выполняемую этим вторичным коммуникационным контроллером;
фиг. 6 показывает блок-схему процедуры прогнозирования, выполняемую этим вторичным коммуникационным контроллером;
фиг. 7 показывает таблицу путей, сохраняемую в памяти этого вторичного коммуникационного контроллера;
фиг. 8 показывает графическое представление карты ориентации ячеек, поддерживаемой в памяти этого вторичного коммуникационного контроллера; и
фиг. 9 показывает таблицу параметров канала, сохраняемую в памяти этого вторичного коммуникационного контроллера.
Краткое описание предпочтительных воплощений
Фиг. 1 показывает план расположения внешней среды 10, сконфигурированный в соответствии с предпочтительным воплощением настоящего изобретения. Совокупность 12 содержит несколько спутников 14, размещенных на относительно низких орбитах вокруг Земли 16. Каждый из спутников 14 представляет узел коммуникационной сети, сформированной по крайней мере частично, совокупностью 12. Благодаря низким околоземным орбитам спутники 14 постоянно движутся относительно Земли. Если, например, спутники 14 разместить на орбитах, находящихся приблизительно на высоте 765 километров выше уровня Земли, то верхний спутник 14 будет двигаться со скоростью около 25000 км/час относительно точки на поверхности Земли. Это позволит спутнику 14 находиться в поле зрения точки на поверхности Земли в течение максимального периода времени около девяти минут. Из-за относительно низких орбит спутников 14 существенные электромагнитные передачи в направлении линии прямого видения от любого спутника покрывают относительно малую область земли в любой момент времени. Например, когда спутники 14 занимают орбиты на высоте 765 км выше уровня Земли, такие передачи покрывают области, имеющие около 4075 км в диаметре.
Предпочтительно, чтобы совокупность 12 была сконфигурирована так, чтобы могли иметь место коммуникации между любым местоположением на Земле, и по крайней мере, одним из спутников 14 в любое время. Так, узел коммуникаций 18 представляет собой только один узел из популяции коммуникационных узлов, а эта популяция может измеряться в миллионах штук. Коммуникационный узел 18 может быть перенесен или установлен практически в любое место на поверхности Земли, и все равно останется в сфере коммуникационного обслуживания совокупности 12. В соответствии с одним воплощением настоящего изобретения, одним из видов обслуживания, который может получить коммуникационный узел 18, является обслуживание страничной организации. Так, узел 18 может постоянно контролировать коммуникационные сигналы, передаваемые из окрестностей спутников 14 совокупности 12, чтобы обнаружить страничные коммуникации, передаваемые в его направлении. Сигналы, передаваемые непосредственно от спутников 14, считаются первичными коммуникациями в целях настоящего изобретения. Специалисты в этой области техники согласятся, что поскольку узел 18 может быть перенесен в любую точку в мире, условия приема для узла 18 могут значительно изменяться в зависимости от окружающих условий. Например, если узел 18 расположен в основании здания, близко к горам или к большим зданиям, в автомобилях, и т.п., первичные коммуникации могут быть ненадежными. Многие из таких мешающих структур являются типичными для урбанизированных областей.
Кроме того, внешняя среда 10 содержит вторичный коммуникационный контроллер 20. Предпочтительно, чтобы контроллер 20 был расположен близко к поверхности Земли в местоположении 22, где осуществляется чистый и надежный прием первичных коммуникаций. Такие расположения могут находиться например, на вышках, высоких зданиях и т.п. По сравнению со спутниками 14 такие поднятые местоположения все равно считаются близкими к Земле. С учетом того, что контроллер 20 может быть подвижным, желательно, чтобы любое движение контроллера 20 относительно движения спутников 14 было несущественным. Внешняя среда 10 может содержать любое число контроллеров 20.
В одном воплощении настоящего изобретения контроллер 20 расположен в урбанизированных областях, где он контролирует первичные страничные коммуникации, передаваемые совокупностью 12, и ретранслирует эти страничные коммуникации как вторичные коммуникации. Эти вторичные коммуникации используют часть спектра, используемого первичными коммуникациями, не наводя помех на первичные коммуникации. В этом воплощении контроллер 20 действует как наземная ретрансляционная станция для страничных коммуникаций. В другом воплощении контроллер 20 контролирует первичные коммуникации, передаваемые от совокупности 12, чтобы определить, как могут иметь место другие независимые вторичные коммуникации, использующие часть спектра этих первичных коммуникаций, не наводя помех на эти первичные коммуникации.
Фиг. 2 показывает план расположения ячеистой диаграммы направленности антенны, реализуемой спутниками 14. Как видно из фиг. 2, каждый спутник 14 содержит массив (не показан) направленных антенн. Каждый массив проектирует множество дискретных диаграмм направленности антенн на поверхность земли под множеством углов, направленных от своего спутника 14 фиг. 2 показывает диаграмму результирующей конфигурации ячеек 24, который спутники 14 коллективно формируют на поверхности земли. Для удобства фиг.2 иллюстрирует ячейки 24, как имеющие дискретные шестиугольные очертания без перекрытий и зазоров. Однако, специалисты в этой области техники понимают, что в реальной действительности линии равной напряженности могут быть более закругленными, чем шестиугольные, что боковые лепестки антенны могут искажать эту конфигурацию, и можно ожидать появления каких-то перекрытий между смежными ячейками.
При высоте расположения спутников 14 в 765 км над уровнем Земли, ячейки 24 имеют приблизительно 690 км в диаметре. При скоростях движения спутников 14 до 25000 км/час относительно Земли, ячейки 24 также движутся относительно Земли приблизительно с такой же скоростью, и любая заданная точка на поверхности Земли резидента в расположении одной ячейки 24 в течение не более, чем одной минуты.
Первичные коммуникации во внешней среде 10 (смотрите фиг. 1) занимает заданную область спектра, которая проиллюстрирована на фиг. 3. Этот спектр предпочтительно разделяется на любое число, потенциально исчисляемое в тысячах, частотных каналах 26. Таким образом эта коммуникационная система использует схему "параллельного доступа с делением частоты" (FDMA), чтобы было возможно организовать одновременно множество независимых коммуникационных каналов без взаимных помех. В предпочтительных воплощениях каналы 26 резиденты в, или близко к области L, но специалисты в этой области техники согласятся, что можно было бы использовать и другие диапазоны частот.
Со ссылкой на фиг. 2 и на фиг. 3, весь спектр этого множества частотных каналов мог бы быть доступен в пределах каждой ячейки 24. Например, повторно используемая конфигурация частоты семи ячеек могла бы быть реализована, используя методы "параллельного доступа с делением времени" (TDMA) для предотвращения помех между смежными ячейками. Другими словами, хотя весь спектр может быть доступен в каждой ячейке, этот спектр может быть разделен во времени так, чтобы соседним ячейкам были распределены различные временные интервалы 28, внутри которых мог бы использоваться этот спектр. Так, для целей настоящего изобретения этот спектр мог бы быть разделен и специфирован, используя один или более параметров времени и частоты. Желательно, чтобы первичные коммуникации были разделены на кадры 30, которые могли бы включать, например, по крайней мере, семь различных временных интервалов 28, для обеспечения соответствия этой повторно используемой семиячеистой конфигурации. Кроме того, различные временные интервалы 28 могли бы быть распределены для передачи сигналов от спутников 14 и для приема сигналов спутниками 14. Фиг.3 раскрывает два временных интервала 28 для каждой ячейки 24. Спутники 14 передают коммуникации к указанной ячейке 24 в течение интервала времени 28 передачи (1) и могут принимать коммуникации от указанной ячейки 24 в течение другого интервала времени 28 приема (R).
В предпочтительном воплощении пакет цифровых данных передается с высокой скоростью передачи данных в течение одного временного интервала 28. Конечно, специалисты в области техники согласятся, что более никакая скорость передачи, которая может обеспечить желаемую производительность, является предпочтительней. Например, если один частотный канал 26 отведен для этих передач страничных коммуникаций, то пакет данных внутри этого частотного канала может передавать идентификацию ячейки, соответствующей этому временному интервалу, использованному для этой коммуникации, адреса нескольких узлов, работающих со страницами, и данные сообщения, которое передается этими страничными коммуникациями.
Ячейками 24, помеченным буквой "A" на фиг. 2, распределен один временной интервал 28, ячейкам 24, помеченным буквой "B", распределен другой временной интервал 28, и так далее. Таким образом, ячейки 24, которые используют один и тот же спектр в одно и то же время, географически разнесены друг от друга. Хотя на фиг. 2 и на фиг. 3 иллюстрируется семиячеистая, семиинтервальная по времени организация, специалисты в этой области техники поймут, что большая или меньшая повторно используемая конфигурация также может быть использована, и что не все временные интервалы 28 передачи требуют соответствующих временных интервалов 28 приема, или наоборот.
Ячейки 24 можно рассматривать как являющиеся активными или неактивными. Активная ячейка является отдельной ячейкой, в пределах юрисдикции которой в настоящее время находится приемный аппарат. Все остальные ячейки 24 являются неактивными ячейками. Например, со ссылкой на фиг. 2, если коммуникационный узел 18 резидентен в ячейке "D", то эта ячейка "D" является активной ячейкой, а ячейки "A", "B", "C", "E", "F" и "G" являются неактивными. Активная ячейка не будет оставаться активной неопределенно долгий срок, так как движение ячеек заставляет текущую активную ячейку удалиться от этого приемного аппарата и таким образом стать неактивной, другая ячейка приближается к этому приемному аппарату, чтобы стать активной. Конкретная неактивная ячейка, которая становится активной зависит от направления движения ячеек 24.
Фиг. 2 дополнительно раскрывает, в качестве примера, местоположение 22, в котором находится ячейка 24 "C", являющаяся текучей активной ячейкой. Местоположение 22 окружено под ячейкой 32, которая представляет диаграмму направленности антенны, в которой трансляция сигналов вторичной коммуникации из местоположения 22 имеет такую же напряженность сигнала, что и первичные коммуникации на границах ячеек 24. Под-ячейка 32 имеет меньшие размеры, чем ячейка 24 и предпочтительно имеет диаметр, не более чем радиус ячейки 24. Это снижение размера вызвано расположением контроллера 20 близко к поверхности земли, а не на орбите над землей. При радиочастотных коммуникациях существенно в направлении линии прямого видения уровень мощности, с которым передаются вторичные коммуникации от контроллера 20, может быть существенно выше, чем уровень мощности от спутников 20 и при этом под-ячейка 32 все-таки сохраняет свой малый размер.
Со ссылкой на примерное размещение местоположения 22, проиллюстрированное на фиг. 2, вторичные коммуникации, передаваемые из месторасположения 2, могут не использовать те же самые параметры канала передачи, такие как временной интервал, чистота и метод модуляции, которые использовались в ячейках "G", "A" и "F", поскольку в результате определенно имелись бы помехи. Кроме того, части ячеек "B" и "C" настолько близко расположены к под-ячейке 32, что очень возможно возникновение помех. Однако ни одна ячейка 24 "D" не расположена ближе к под-ячейке 32, чем радиус ячейки 24, и помехи в этой ячейке маловероятны. Фактически, для размещения местоположения 22, показанного на фиг. 2, ячейка 24 "D" есть одна из неактивных ячеек, которая наименее вероятно будет испытывать воздействие помех. Другими словами, в момент времени, изображенный на фиг. 2, вторичные коммуникации могут использовать параметры канала, используемые в ячейках 24 "D", не наводя помех на текущие первичные коммуникации, имеющие место в ячейках 24 "D".
Благодаря повторно используемой семиячеечной конфигурации, проиллюстрированной на фиг. 2, по крайней мере одна из неактивных ячеек 24 удалена, по крайней мере на величину, равную радиусу ячейки 24, от любой точки внутри активной ячейки 24. Контроллер 20 (см. фиг.1) прогнозирует, какая отдельная неактивная ячейка 24 лучше удовлетворяет этому критерию в любой заданный момент времени. Первичные коммуникации в этой отдельной неактивной ячейке являются первичными коммуникациями, которые наименее вероятно будут подвержены воздействию помех от вторичных коммуникаций. Ниже, к этой отдельной неактивной ячейке 24 будут делаться ссылки, как к восстанавливаемой ячейке. Идентичность этой восстанавливаемой ячейки изменяется, когда спутники 14 удаляются вверх. Контроллер 20 динамически управляет вторичными коммуникациями с тем расчетом, чтобы имели место вторичные коммуникации, использующие только параметры каналов, которые используются в восстанавливаемых ячейках. Соответственно, спектр, распределенный этим восстанавливаемым ячейкам, восстанавливается для использования вторичной коммуникацией, которая может иметь место в под-ячейке 32.
На фиг.4 представлена блок-схема контроллера 20. Контроллер 20 содержит антенну 34, которая связана с переключателем или расщепителем 36. Сигналы, принятые антенной 34, направляются через расщепитель 36 к приемнику 38. Сигналы, подлежащие передаче от контроллера 20, направляются от трансмиттера 40 через расщепитель 36 к антенне 34. Приемник 38 и трансмиттер 40 сконфигурированы так, чтобы принимать и передавать, соответственно сигналы в формате, совместимом со схемой первичной коммуникации, обсуждавшейся выше в связи с фиг. 3. Специалисты в этой области техники согласятся, что может быть желательным, чтобы приемник 38 и трансмиттер 40 разделяли бы некоторые компоненты, такие как синтезатор, осциллятор и/или схемы синхронизации (не показаны) для упрощения конструкции контроллера 20. Кроме того, может быть желательным, чтобы трансмиттер 40 и приемник 38 использовали различные антенны. Однако, антенна 34 определяет положение месторасположения 22 (см. фиг.1 и фиг. 2) и требуется производить компенсацию нижеописанных процедур, если любая из этих антенн не расположена существенно в местоположении 22.
Приемник 38 и трансмиттер 40 каждый связан с процессором 42. Процессор 42 дополнительно связывается с таймером 44 и памятью 46. В одном воплощении процессор 42 дополнительно связан с источником сигнала (не показан) для получения сигнала, который контроллер 20 передает в качестве вторичных коммуникаций. Процессор 42 использует таймер 44 для обеспечения текущего времени и для синхронного функционирования с форматом TDMA, обсуждавшимся выше, в связи с фиг. 3. Память 46 содержит данные, которые служат как инструкции для процессора 42, и которые, когда они исполняются процессором 42, побуждают контроллер 20 выполнять процедуры, обсуждающиеся ниже. Кроме того, память 46 содержит переменные, таблицы и базы данных, с которыми производятся манипуляции при работе контроллера 20.
Фиг. 5 показывает блок-схему фоновой процедуры 48, выполняемой контроллером 20. Может оказаться желательным, чтобы контроллер 20 выполнял фоновую процедуру 48 одновременно с процедурой прогнозирования 50, блок-схема которой представлена на фиг. 6. В задании 52 процедуры 48 контроллер 20 использует приемник 38 (см. фиг. 4) для нахождения текущей активной ячейки.
Задача 52 может производить выборку сигналов во время каждого из временных интервалов 28 (см. фиг. 3) для определения, какой из этих сигналов сильнее. Самый сильный сигнал наиболее вероятно соответствует активной ячейке. Задача 52 может дополнительно определять и оценивать Доплеровские сигналы, чтобы различать между собой сигналы, передаваемые разными спутниками 14 (см. фиг. 1). Положительные Доплеровские сигналы являются результатом приближающихся спутников 14, а отрицательные Доплеровские сигналы являются результатом удаляющихся спутников 14. Более того, большие значения Доплеровских сдвигов соответствуют спутникам 14, расположенным на больших расстояниях от местоположения 22 (см. фиг.1). Если контроллер 20 занят передачей вторичных коммуникаций во время одного из временных интервалов 28, желательно, чтобы задача 52 могла бы пропускать проверку этого временного интервала. Как будет показано ниже, этот временной интервал соответствует восстанавливаемой ячейке, которая наименее вероятно должна быть активной ячейкой, и действие приемника 38 в то время, когда работает трансмиттер 40, может дать недействительные результаты.
После того как задача 52 определит активную ячейку, контроллер 20 выполняет задачу 54 синхронизации контроллера 20 с параметрами канала этой активной ячейки. В этом предпочтительном воплощении задача 54 подстраивает внутреннюю синхронизацию к временному интервалу этой активной ячейки. В других воплощениях задача 54 может выполнять подстройку частоты и выбор метода демодуляции. В результате выполнения задачи 54 контроллер 20 может надежно принимать и декодировать данные, передаваемые от высокого спутника 14 (см. фиг. 1), используя параметры канала этой текущей активной ячейки.
Задача 56 декодирует и сохраняет идентичность текущей активной ячейки от коммуникации данных, передаваемых по коммуникационному каналу этой активной ячейки. Эта идентичность может, например, быть передана данными, которые различают одну из ячеек в выше обсуждавшейся семиячеечной схеме повторного использования частоты для остающихся шести ячеек.
Задача 58 выполняется воплощением настоящего изобретения, которое заставляет контроллер 20 действовать как наземная ретрансляционная станция в системе страничной организации. В частности, задача 58 осуществляет постановку на очередь коммуникаций, принятых по коммуникационному каналу активной ячейки, для ретрансляции. В предпочтительном воплощении эти коммуникации представляют существенно все передачи, принятые по коммуникационному каналу активной ячейки, в течение заданного интервала времени, такого как кадр 30 (см. фиг.3). Однако, ничто не мешает производить обработку этих коммуникаций с целью отфильтровывания конкретных коммуникаций, которые не подлежат ретрансляции.
Задача 60 передает любые, стоящие в очереди коммуникации, используя параметры канала восстанавливаемой ячейки. Этими коммуникациями могут быть любые коммуникации, обсуждавшиеся выше в связи с задачей 58. В альтернативном воплощении этими коммуникациями могут быть дискретизированные голосовые данные или другие данные, полученные от другого источника сигнала. Предпочтительно, чтобы определение параметров канала восстанавливаемой ячейки и программирование трансмиттера 40 производилось в соответствии с параметрами, которые уже были определены с помощью операции процедуры 50 прогнозирования, как это обсуждается ниже.
После задачи 60 управление программой возвращается к задаче 52 для повторения фоновой процедуры 48. Таким образом, процедура 48, повторяясь, контролирует первичные коммуникации, чтобы сохранять идентичность этой активной ячейки в текущем состоянии и, повторяясь, передает любые коммуникации, установленные в очередь для передачи.
Со ссылкой на фиг. 6, процедура 50 Прогнозирования выполняет задачу 62 получения идентичности текущей активной ячейки. Эти данные идентичности были предварительно сохранены в памяти во время задачи 56, обсуждавшейся выше, и непрерывно обновляются. Запросная задача 64 сравнивает идентичность текущей активной ячейки с идентичностью последней известной активной ячейки, чтобы определить, не изменилась ли идентичность этой активной ячейки.
Может оказаться желательным, чтобы контроллер 20 поддерживал в памяти 46 структуру данных, которая подобна таблице маршрутов 46 структуры данных, которая подобна таблице маршрутов 66, представленной на фиг. 7. Таблица 66 ассоциирует идентичность активной ячейки со временем ввода и длительностью на соответствие по принципу один к одному. Таблица 66 может содержать такие данные для любого числа активных ячеек. Предпочтительно организовать таблицу 66 так, чтобы последовательность активных ячеек, проверяемых контроллером 20, была бы легко определимой. Возвращаясь снова к фиг. 6 задача 64 может обращаться к таблице 66 с целью определения, действительно ли данные, приведенные в ней как текущая активная ячейка, согласуются с идентичностью активной ячейки, полученной в задаче 62. Специалисты в этой области техники согласятся, что задача 64 может содержать один или более процессов сглаживания данных для принятия своего решения. Так, задаче 64 может оказаться желательным определить, что изменение активной ячейки произошло только после синхронизации или после получения других данных, дающих возможность предположить, что изменение стабильно.
Когда задача 64 определяет, что идентичность активной ячейки изменилась, контроллер 20 прогнозирует идентичность этой восстанавливаемой ячейки. В частности, задача 68 сохраняет в памяти идентичность новой активной ячейки и текущее время в таблице 66 (см. фиг. 7). Кроме того, задача 68 рассчитывает и сохраняет в памяти длительность, в течение которой предыдущая активная ячейка была активной. Эта длительность может быть рассчитана, используя текущее время и время ввода, сохраненное в таблице 66 вместе с идентичностью старой активной ячейки.
После задачи 68 запросная задача 70 определяет, действительно ли из соображений синхронизации и хронологии вытекает, что контроллер 20 натолкнулся на границу между двумя ячейками.
На фиг. 8 приведено графическое представление примерной карты ориентации ячеек 72, записанной в памяти 46 контроллера 20. Карта 72 содержит данные, которые определяют заранее заданную относительную ориентацию ячеек 24 (см. фиг. 2). Точка 74 на карте 72 расположена на границе между двумя ячейками. Если движение ячеек 24 заставляет местоположение 22 (см. фиг. 1 и фиг. 2) двигаться вдоль пути 76, индицированном заштрихованными ячейками на карте 72, тогда может иметь место движение вдоль границы между двумя ячейками. Колебание между двумя соседними активными ячейками, такими как ячейки "B" и "A" вблизи точки 74 обеспечивают соображения синхронизации, которые могут предположить наличие движения вдоль границы. Кроме того, ранее активные ячейки, такие как ячейки "C", "G/F " и "A" на пути 76 обеспечивают хронологические данные, которые предполагают движение вдоль границы.
Со ссылкой обратно к фиг. 6, когда задача 70 определит, что происходит движение вдоль границы, программное управление возвращается к задаче 62 для перепроверки текущей активной ячейки на другие изменения. Никаких изменений в существующем прогнозе восстанавливаемой ячейки не произойдет. Во время операции задачи 70 контроллер 20 будет воздерживаться от слишком частых необязательных изменений определения восстанавливаемой ячейки.
Однако, когда задача 70 определит, что изменение активной ячейки было обнаружено и движение вдоль границы ячейки не предполагается, то выполняется задача 78. Задача 78 предсказывает две максимальные траектории через эту новую активную ячейку. Возвращаясь обратно к фиг. 8, где проиллюстрированы три примерные траектории, эти две максимальные траектории представляют самую правую и самую левую траектории 80 и 82, соответственно, которые заставляют прямую линию пройти через ранее активные ячейки, записанные в таблице 66 (см. фиг. 7) и не проходить через ячейки, не записанные в таблице 66. Хотя термины "правая" и "левая" используются в связи с направлением движения спутника по отношению к местоположению 22, специалисты в этой области техники согласятся, что определения "правая" и "левая" нужны просто для удобства объяснения. Фиг. 8 иллюстрирует траектории 80 и 82 в связи с каждым из трех примерных путей. Прямая линия выбрана потому, что спутники 14 движутся повторяющимся, заранее заданным способом, по отношению к местоположению 22, и этот способ аппроксимируется прямой линией.
Области, находящиеся между наборами траекторий 80 и 82 представляют те части новых активных ячеек, где может быть расположено местоположение 22 в недалеком будущем. В примере 6, раскрытом на фиг. 8, местоположение 22 может оказаться в любой точке внутри очень узкой полоски, которая проходит через середину ячейки "G", если продолжать движение по пути 76. Местоположение 22 может занимать любую точку внутри, в общем, правой стороны по отношению к направлению движения ячейки "E", если следовать по траектории 84. И местоположение 22 может занимать любую точку внутри широкой области в середине ячейки "C", если следовать по траектории 86. Конечно, специалисты в этой отрасли техники согласятся, что местоположение 22 может следовать по любой траектории через ячейку 24, а не только по тем примерным маршрутам, которые проиллюстрированы на фиг. 8. Более того, специалисты в этой отрасли техники оценят, что, вообще говоря, области, потенциально занятые местоположением 22, могли бы быть определены с большей точностью, если было бы доступно больше данных, описывающих ранее активные ячейки. Однако определенный предел может быть установлен для объема данных, используемых в прогнозировании максимальных траекторий через ячейку для снижения времени обработки.
Возвратимся обратно к фиг. 6, после того как задача 78 спрогнозирует максимальные траектории 80 и 82, задача 88 рассчитывает расстояния между точками входа и выхода, для траекторий 80 и 82 в этой новой активной ячейке с одной стороны, и все непосредственно окружающие ее ячейки, с другой стороны. Может быть осуществлено двадцать четыре расчета расстояний. Четыре вычисления, выполненные для каждой из шести неактивных ячеек, могут быть добавлены, чтобы получить шесть сумм расстояний. Запросная задача 90 затем оценит эти суммы расстояний, чтобы решить какой тип траекторий через эту новую активную ячейку местоположения 22 вероятнее будет взять.
Если задача 90 решит, что местоположение 22 проложит траекторию через правую сторону этой активной ячейки без существенного выхода на левую сторону, как показано в связи с траекторией 84 на фиг. 8, то выполняется задача 92. Задача 92 выбирает ячейку, расположенную слева от этой активной ячейки, чтобы использовать ее в качестве восстанавливаемой ячейки.
Для траектории 84 это ячейка "C", для ситуации, изображенной на фиг. 8. Все ячейки "C" останутся, по крайней мере, на расстоянии, приблизительно равном радиусу ячейки 24 от местоположения 22, пока ячейка "E" 94 траектории 84 будет оставаться активной. Если задача 90 определит, что местоположение 22 пройдет траекторией через левую сторону этой активной ячейки без существенного попадания на правую сторону, то выполняется задача 96. Задача 96 выбирает ячейку, находящуюся справа от этой активной ячейки, чтобы использовать ее как восстанавливаемую ячейку. Эта ситуация не показана на фиг. 8, но представляет зеркальное отображение ситуации, изображенной в связи с ячейкой 94.
Задача 90 может заключить, что траектория местоположения 22 пройдет через левую или правую сторону ячейки, если одна из сумм расстояний окажется существенно большей чем остальные. Конечно, специалисты в этой области техники могут разработать любой другой подходящий алгоритм, который приведет к тем же заключениям.
Желательно, чтобы задача 90 могла бы определять, что узкая дорожка, изображенная в ячейке 98 на фиг. 8, является либо левой, либо правой траекторией, и направлять программное управление соответственно. В такой ситуации могла бы быть выбрана либо левая "F" либо правая "D" ячейка как восстанавливаемая ячейка, пока местоположение 22 следует по узкой дорожке через центр ячейки 98.
С другой стороны, задача 90 может оценивать расчеты расстояний, чтобы прогнозировать широкую дорожку через центр активной ячейки, как показано в ячейке 100 на фиг. 8. Широкая дорожка через центр ячейки 100 означает, что контроллер 20 с разумной очевидностью не может различить, какие ячейки, слева или справа от этой активной ячейки составили бы лучший выбор для этой восстанавливаемой ячейки. Следовательно, задача 102 прогнозирует, какая ячейка есть ранее активная ячейка или какая будет следующей активной ячейкой, и выбирает одну или другую в качестве этой восстанавливаемой ячейки. Со ссылкой на фиг. 8, задача 102 может определить, что ячейка 112 "F" есть эта предпочтительная активная ячейка и прогнозировать, что ячейка 104 "В" есть эта наступающая ячейка, распространяя среднее значение максимальных траекторий 80 и 82 с текущей активной ячейки 100, находящейся на пути 86. Специалисты в этой области техники оценят то обстоятельство, что этот прогноз в некоторых случаях может оказаться ошибочным. Тем не менее, когда местоположение 22 входит в новую активную ячейку при условиях, которые предполагают траекторию подобную той, которая показана в ячейке 100, предыдущая ячейка или наступающая ячейка все-таки будет находиться на расстоянии, по крайней мере, одного радиуса ячеек 24 от этого текущего положения.
Возвращаясь обратно к фиг. 6, после того как задача 102 прогнозирует и выберет наступающую ячейку как эту восстанавливаемую ячейку, задача 106 определит длительность времени, в течение которого эта текущая активная ячейка будет оставаться активной, и запустит таймер так, что сигнал тревоги истечен приблизительно в центре этой текущей активной ячейки. Эта оценка длительности может быть выполнена за счет знания предопределенной скорости спутников 14 (см. фиг. 1) и средней прогнозируемой траектории через эту текущую активную ячейку. Эта средняя прогнозируемая траектория проходит половину пути между левой и правой дорожками 80 и 82 (см. фиг. 8). Может оказаться желательно, чтобы задача 106 устанавливала истечение сигнала тревоги приблизительно через половину этой длительности, начиная от текущего времени, минус малая заданная постоянная длительность, для объяснения того факта, что задача 106 не может быть решена до тех пор, пока местоположение 22 реально не перейдет границу и не окажется внутри новой активной ячейки.
Возвращаясь обратно к задаче 64, когда контроллер 20 определит, что он не вошел в новую активную ячейку, запросная задача 108 определяет, действительно ли истек сигнал тревоги, потенциально установленный в задаче 106. До тех пор, пока сигнал тревоги не истек, программное управление возвращается к задаче 62 для повторной оценки данных этой текущей активной ячейки. Когда задача 108 решит, что этот сигнал тревоги истек, выполняется задача 110, чтобы выбрать эту последнюю активную ячейку как восстанавливаемую ячейку. Со ссылкой на фиг. 8, когда ячейка 100 "С", изображенная на этом примере на пути 86, является текущей активной ячейкой, ячейка 112 "F" есть эта последняя активная ячейка. Так, когда местоположение 22 достигнет приблизительно центра ячейки 100 "C", идентичность этой восстанавливаемой ячейки изменяется от ячейки 104 "B", на ячейку 112 "F". Благодаря этому восстанавливаемая ячейка поддерживается на расстоянии, приблизительно равном, по крайней мере, одному радиусу ячейки 24, от действительного положения месторасположения 22 внутри активной ячейки.
После того, как восстанавливаемая ячейка будет выбрана одной из задач 92, 96, 102/106 или 110, программное управление переходит к задаче 114. Задача 114 обрабатывает это изменение восстанавливаемой ячейки. Такая обработка может, например, содержать включение управляющих данных с коммуникациями, поставленными на очередь для передачи в задаче 60 фоновой процедуры 48 (см. фиг. 5). Такие управляющие данные могут информировать приемники, контролирующие такие коммуникации о новых параметрах канала, которые должны будут использоваться для будущих коммуникаций, и о будущей точке времени, при которой эти параметры будут изменены. Эти управляющие данные могут моделировать, например, управляющие данные, которые генерируют спутники 14, и передавать к приемникам первичных коммуникаций, когда такие коммуникации переходят из ячейки в ячейку. Так, приемники первичных коммуникаций могут служить как приемники вторичных коммуникаций без всяких изменений.
Новые параметры канала могут быть получены через консультации с таблицей, записанной в памяти 46 (см. фиг. 4), которая желательно, чтобы могла иметь структуру, подобную структуре таблице 116 параметров канала, показанной на фиг. 9. Таблица 116 ассоциирует параметры каналов с идентичностью каждой ячейки, которая может быть выбрана как восстанавливаемая ячейка. Эти параметры могут содержать определение временного интервала 28 (см. фиг.3), ассоциируемого с передаваемой частью каждой ячейки, и параметры любых других коммуникационных каналов, необходимые для того, чтобы полностью отличать коммуникационные каналы, используемые в каждой ячейке, друг от друга. В различных воплощениях настоящего изобретения такие другие параметры могут содержать спецификацию частотных каналов, которые должны использоваться, и/или методов модуляции, которые должны использоваться. Задача 114 может использовать идентичность этой, заново выбранной восстановительной ячейки, как ключ в таблице 116.
В предпочтительном воплощении только передающие каналы от перспективы спутников 14 (см. фиг. 1 и фиг. 3) используются для вторичных коммуникаций. Кривизна Земли предотвращает взаимные помехи между околоземным приемником вторичных коммуникаций, передаваемых на место, расположенное около поверхности Земли, и околоземным приемником первичных коммуникаций, передаваемых от спутника 14 в место, находящееся, по крайней мере, на расстоянии одного радиуса от местоположения 22. С другой стороны, приемные каналы от перспективы спутников 14 могут оказаться подвержены помехам между первичными и вторичными коммуникациями, потому что линия прямого видения существует между местоположением 22 и спутником 14, также как и между передающим устройством, расположенным в этой восстанавливаемой ячейке и спутником 14. По этой причине таблица 116 могла бы идентифицировать только временные интервалы, ассоциированные с передачами от спутников 14.
После информирования аппаратуры, принимающей вторичные коммуникации, о том, что подходит время для предстоящего изменения канала, задача 114 может затем запрограммировать трансмиттер 40 (см. фиг. 4) соответствующими параметрами канала из таблицы 116 в соответствующее время, чтобы осуществить эту смену коммуникационного канала. После задачи 114 программное управление возвращается к задаче 62, для того, чтобы переоценить текущую идентичность этой активной ячейки.
В соответствии с настоящим изобретением, коммуникационный узел 18 (см. фиг. 1), который способен принимать первичные ячеистые радиочастотные коммуникации, передаваемые со спутника 14, не требует модификации, улучшения или каких-либо других изменений для того, чтобы принимать вторичные коммуникации, передаваемые от контроллера 20. Скорее вторичные коммуникации имеют место по всем тем же параметрам канала, что и параметры, используемые для первичных коммуникаций. Может оказаться желательным, чтобы узлы 18 выбирали наиболее сильные доступные коммуникационные каналы на доступных для них каналов. Если контроллер 20 расположен по соседству, узлы 18 могут заключить, что вторичные коммуникации от контроллера 20 являются более сильными чем первичные коммуникации от вышерасположенного спутника 14. Тогда узлы 18 заблокируются на вторичных коммуникациях, а не на первичных коммуникациях. Расположение контроллеров 20 в урбанизированных областях может оказаться желательным, чтобы улучшить прием страничных коммуникаций, передаваемых со спутников 14.
Суммируя, настоящее изобретение обеспечивает улучшенную коммуникационную систему, которая использует спектр, географически распределенный для повторного использования в соответствии с ячеистой конфигурацией. Настоящее изобретение обеспечивает контроллер, который восстанавливает часть этого спектра для повторного использования, чтобы передавать вторичные коммуникации. Этот контроллер передает страничные или другие типы коммуникаций, используя часть спектра, присвоенного активной ячейке, не вызывая помех в этой неактивной ячейке. С использованием этих контроллеров может быть сконструирована система страничной организации для приема и ретрансляции сигналов, полученных от спутников, находящихся на низкоземных орбитах. Принимающая страницы аппаратура в таких системах может работать только в одном режиме, без необходимости различать между собой первичные и вторичные коммуникации.
Настоящее изобретение было описано выше со ссылками на предпочтительные воплощения. Однако, специалисты в этой области техники согласятся, что в этих предпочтительных воплощениях могут быть сделаны изменения и модификации, не выходя за пределы объема настоящего изобретения.
Например, специалисты в этой области техники согласятся, что конкретные алгоритмы, обсуждавшиеся здесь для использования в прогнозировании будущих активных ячеек и путей через активные ячейки, представляют примеры из диапазона алгоритмов, которые могут быть использованы для целей прогнозирования. Специалисты в этой области техники оценят, например, что информация о длительности прошлой активной ячейки может быть объединена с информацией идентичности прошлой активной ячейки, чтобы более точно прогнозировать потенциальные траектории через активную ячейку. Подобным образом, улучшения в точности могут быть достигнуты путем описывания возможных траекторий через прошлые активные ячейки в виде дуг окружностей, а не прямых линий. Эти и другие изменения и модификации, которые очевидны для специалистов в этой области техники, предполагается, что будут включены в объем настоящего изобретения.
Изобретение относится к ячеистым разночастотным коммуникациям. Технический результат - улучшенная коммуникационная система, в которой часть коммуникационного спектра, географически распределенная в ячеистой структуре, восстанавливается для повторного использования, передаются как страницы или другие формы коммуникации, используя коммуникационный канал, присвоенный неактивной ячейке ячеистой конфигурации, не вызывая радиопомех в неактивной ячейке. Контроллер управляет ячеистои коммуникационной системой, которая передает первичные коммуникации. Контроллер восстанавливает часть спектра присвоенного первичным коммуникациям для повторного использования при передаче вторичных коммуникаций. Ячейки этих первичных коммуникаций движутся предсказуемым образом по отношению к местоположению контроллера. Контроллер контролирует первичные коммуникации с целью определения активной ячейки. Используется карта, определяющая относительную ориентацию ячеек вместе с информацией хронологической последовательности, чтобы прогнозировать траектории, проходящие через вновь введенные активные ячейки. На основании этого прогноза выбирается восстанавливаемая ячейка. Параметры коммуникационного канала этой восстанавливаемой ячейки используются для вторичных коммуникаций. Идентичность восстанавливаемой ячейки изменяется в ответ на изменение идентичности активной ячейки. 3 с. и 19 з.п.ф-лы, 9 ил.
20. Способ по п.18, отличающийся тем, что указанные ячейки движутся относительно указанного положения, связанного с ретрансляционной станцией, при этом способ содержит непрерывно выполняемые шаги, на которых принимают указанные сообщения поисковой связи, передаваемые со спутника, идентифицируют текущую активную ячейку указанной сотовой системы, осуществляют прогнозирование области внутри указанной текущей активной ячейки, которая будет проходить указанное место, связанное с ретрансляционной станцией, идентифицируют ячейку, соседнюю с указанной текущей активной ячейкой, ближайшая часть которой находится по меньшей мере на расстоянии, приблизительно эквивалентном радиусу ячейки, от указанного места, вязанного с ретрансляционной станцией, и получают параметры каналы, которые используются для передач системы поисковой связи с указанного спутника в указанной соседней ячейке, так что указанные параметры канала, использованные для передачи сообщений поискового вызова, изменяются в ответ на движение указанных ячеек относительно указанного положения, связанного с ретрансляционной станцией.
| US 4494119 A, 15.01.85 | |||
| US 3824548 A, 16.07.74 | |||
| US 4480328 A, 30.10.84. |
