Данное изобретение относится в общем случае к спутниковой сотовой связи, и, в частности, касается способов выполнения перераспределения канала связи от ячейки к ячейке одного и того же спутника и между ячейками разных спутников.
Предшествующий уровень техники
Сотовая система связи проецирует несколько сотовых ячеек на поверхность Земли в разных местах. Частотный спектр распределяется по частоте, времени, кодам или их комбинации по сотовым ячейкам, так что для обмена информацией между соседними сотовыми ячейками, с целью минимизировать вероятность помех, используются разные каналы. Для обмена сообщениями между ячейками, расположенными на значительном расстоянии друг от друга, можно использовать одни и те же каналы, а большое расстояние между точками передачи сообщений в общих каналах препятствует появлению помех. Частотный спектр многократно используется по всему полю ячеек насколько это возможно путем распределения общих каналов по всему полю сотовых ячеек, таким образом, что один и тот же спектр многократно используют только удаленные друг от друга сотовые ячейки. Эффективное использование спектра позволяет избежать взаимных помех при разнообразных информационных обменах.
Одной из проблем, с которой сталкиваются при разработке системы сотовой связи, - это переключение канала связи между ячейками. Относительное перемещение конечных пользователей и сотовых ячеек приводит к тому, что конечные пользователи и направленные к ним линии связи перемещаются между ячейками. Для того, чтобы обеспечить непрерывную связь в исполняющемся вызове, система должна "переключать" ячейку, когда отдельный абонентский пункт пересекает границы сотовой ячейки. Если вызов не переключен на новую ячейку после того, как старая ячейка была оставлена, вызов, в конце концов, будет потерян либо прекращен, поскольку уровень сигналов значительно уменьшается, так что конкретный абонентский пункт не сможет принимать передачи другого пункта или наоборот.
Известные способы переключения могут адекватно использоваться, когда расстояния между отдельными абонентскими пунктами и системными приемопередатчиками относительно малы, когда скорости перемещения между сотовыми ячейками и абонентскими пунктами низкие или когда переключения распределены во времени относительно равномерно. Такие условия существуют в современных наземных сотовых системах, в которых ячейки не перемещаются относительно поверхности Земли, и в которых абонентские пункты движутся между ячейками в соответствии с установленными режимами перемещения. С другой стороны, если системное радиооборудование размещено на спутниках, обращающихся вокруг Земли с высокими скоростями, эти условия не выполняются, и известные способы переключения становятся неприемлемыми.
В некоторых современных способах переключения используется заранее определенная последовательность, или график, указывающий, какой канал какой ячейки переключить. Заранее определенный график для конкретного абонентского пункта составляется следующим образом: сначала устанавливается связь центрального контроллера с системой и определяется положение абонентского пункта на поверхности Земли; затем центральный контроллер рассчитывает орбитальное движение спутника относительно положения конкретного абонентского пункта для составления его графика переключений. В конце концов, предварительно составленный график переключений пересылается в отдельный абонентский пункт, который пытается выполнить переключение согласно этому графику.
Пример усовершенствованной методики переключения вызова приведен в европейской EP 0421698 на выдачу патента, авторов Бертигера (Bertiger) и др., в которой заявлен способ предсказания переключения вызова от ячейки к ячейке абонента спутниковой сотовой системы мобильной связи. Спутниковая сотовая система мобильной связи содержит спутники, находящиеся на орбите вокруг Земли и проецирующие множество ячеек. Каждая ячейка обеспечивает связь с абонентом системы. Способ обеспечивает определение местоположения указанного абонента системы, как находящегося внутри первой ячейки указанного спутника. В соответствии с заявленным способом выбирают вторую ячейку указанного спутника, причем указанная вторая ячейка расположена в направлении движения указанного спутника и является следующей ячейкой, в которую войдет абонент системы. Далее в соответствии с заявленным способом осуществляют переключение вызова указанного абонента от указанной первой ячейки к указанной второй ячейке, когда указанный абонент находится вблизи границы указанной второй ячейки и указанной первой ячейки.
Переключения по графику для каждого абонента зависят от его точного местоположения. Составление и реализация графиков для всех абонентских пунктов, активизированных в данный момент в сети, составляет главную нагрузку по обработке данных, приходящуюся на связные процессоры в сети. Кроме того, фиксированный график переключений чувствителен к отказам, определяемым текущими местными условиями или особыми обстоятельствами. Отказы могут быть вызваны такими факторами, как замирание сигналов или перемещение абонентов. Это приводит к необходимости проведения большого числа проверок на наличие ошибок и проведения операций восстановления.
Таким образом имеется большая потребность в системе переключения каналов связи сотовых ячеек, которая позволит каждому отдельному абонентскому пункту определить, когда переключение необходимо и выбрать ячейку-кандидата, которая примет на себя его коммуникационное обслуживание, а не навязывать единый универсальный порядок переключения для всех абонентских пунктов.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлена сильно упрощенная схема спутниковой системы связи, частью которой может являться настоящее изобретение.
На фиг. 2 - типовая картина расположения сотовых ячеек, спроецированных спутником на Землю.
На фиг. 3 - процедура высокого уровня для переключения связей от одной сотовой ячейки на другую согласно предпочтительному варианту настоящего изобретения.
На фиг. 4 - блок-схема способа переключения между ячейками согласно предпочтительному варианту настоящего изобретения.
На фиг. 5 - небольшая часть группы спутников, соединенная линиями связи для переключения от текущей сотовой ячейки первого спутника на вторую сотовую ячейку второго спутника согласно предпочтительному варианту настоящего изобретения.
На фиг. 6 - блок-схема способа переключения между спутниками согласно предпочтительному варианту настоящего изобретения.
Описание предпочтительных вариантов реализации
Настоящее изобретение можно использовать для переключения ячеек, или информационных обменов между ячейками одного и того же спутника и между ячейками, обслуживаемыми разными спутниками. Переключение инициируется отдельным абонентским пунктом (ISU) в зависимости от местных условий. Если переключение необходимо, ISU выбирает ячейку-кандидата из динамического списка имеющихся ячеек-кандидатов на переключение. Список кандидатов на переключение подается в ISU от спутника. После выбора ячейки-кандидата ISU подает запрос на переключение, выполняется переключение, и обмен информацией начинает производиться по новому каналу трафика ячейки-кандидата.
Под словом "спутник" подразумевается искусственный объект либо летательный аппарат, удерживаемый на орбите вокруг небесного тела, например Земли. Подразумевается, что термин "спутник" включает геостационарные, так и орбитальные спутники и/или их комбинации, включая спутники на низкой околоземной орбите (LEO). Под словом "Земля" подразумевается любое небесное тело, вокруг которого может вращаться коммуникационный спутник. Под словом "группа" подразумевается ансамбль спутников, расположенных на орбитах для обеспечения конкретного коммуникационного обслуживания (например, радиосвязи, фотограмметрии и т.п.) части(ей) либо всего небесного тела. Группа обычно включает несколько подгрупп (или уровней) спутников и может иметь равное количество спутников на каждом уровне, хотя это не существенно. Для терминов "сотовая ячейка" и "диаграмма направленности антенны" не подразумеваются какие-либо ограничения по конкретному режиму излучения; под ними подразумеваются ячейки и диаграммы направленности антенн, создаваемые наземными либо спутниковыми системами связи и/или их комбинациями.
На фиг. 1 показана сильно упрощенная схема спутниковой системы связи 10, рассредоточенной по поверхности и вокруг Земли посредством использования орбитальных спутников 12, занимающих орбиты 14. Настоящее изобретение применимо к системам связи, содержащим спутники, которые находятся на низких и средних околоземных орбитах. Кроме того, оно применимо к орбитам, имеющим любой угол наклона (например, полярным, экваториальным либо орбитам другого вида).
В системе связи 10 используется шесть полярных орбит 14, причем на каждой орбите 14 находится одиннадцать (из общего числа шестьдесят шесть) спутников 12. Хотя этот вариант и является предпочтительным, не существенно, больше или меньше спутников, либо больше или меньше орбит используется. Несмотря на то, что настоящее изобретение преимущественно используется, когда имеется большое количество спутников, оно также применимо даже для одного спутника. Для ясности на фиг. 1 показано только несколько спутников 12 из всей группы.
Например, каждая орбита 14 расположена на высоте 780 км от поверхности Земли, хотя можно использовать и более высокие, либо менее высокие орбиты. Благодаря относительно низким орбитам спутником 12 передача от любого спутника 12 либо прием сигналов любым спутником 12 в пределах прямой видимости электромагнитного излучения (например, радио, свет и т.п.) покрывает в любой момент времени относительно небольшую площадь на поверхности Земли. В показанном примере спутники 12 движутся относительно Земли со скоростью порядка 25000 км/час, что позволяет спутнику 12 находиться в зоне видимости наземной станции или ISU-ов 26 в течение примерно девяти минут.
Спутники 12 связаны с наземными станциями, которые могут включать несколько индивидуальных абонентских пунктов (ISU) радиосвязи 26 и наземных терминалов (ET) 24, подсоединенных к системному блоку управления (SCS) 28. ET 24 могут быть также подсоединены к станции сопряжения (процессору связи) (GW) 22, которые обеспечивают доступ к телефонной сети общего пользования (PSTN) или другими коммуникационным системам. Для ясности и легкости понимания на фиг. 1 показаны только по одному из GW-ов 22, SCS-ов 28 и ISU-ов 26. ET-ы 24 могут размещаться вместе либо отдельно от SCS 28 или GW 22. ET 24, связанные с SCS-ми 28, получают данные, описывающие траектории спутников 12, и передают пакеты управляющей информации, в то время как ET-ы 24, связанные с GW-ми 22, передают только пакеты данных (например, относящихся к находящимся на исполнении вызовам).
ISU-ы 26 могут быть размещены в любом месте на поверхности Земли либо в атмосфере над Землей. ISU 26 в предпочтительном варианте представляют собой устройства связи, способные передавать и принимать данные со спутников 12. Например, ISU-ы 26 могут быть переносными, портативными сотовыми телефонами, приспособленными для связи со спутниками 12. Обычно ISU-м 26 нет необходимости выполнять какие-либо управляющие функции для системы связи 10.
Система связи 10 может работать с любым числом, потенциально с миллионами ISU 26. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения ISU 26 устанавливают связь с ближайшими спутниками 12 через абонентские линии связи 16. Линии связи 16 занимают ограниченную часть электромагнитного спектра, который разделен на множество каналов. Линии 16 предпочтительно представляют собой комбинации низкочастотных каналов и могут обслуживать системы связи с многостанционным доступом с частотным разделением каналов (FDMA) и/или с многостанционным доступом с кодовым разделением каналов (TDMA) или с их комбинациями. Как минимум, спутник 12 регулярно осуществляет передачу по одному или нескольким трансляционным каналам 18. ISU 26 синхронизируются по трансляционным каналам 18 и непрерывно контролируют каналы 18 с целью обнаружения сообщений, которые могут быть им адресованы. ISU 26 могут передавать сообщения на спутники 12 по одному или нескольким каналам обнаружения 19. Трансляционные каналы 18 и каналы обнаружения 19 не закреплены за каким-либо ISU 26, а используются совместно всеми ISU 26, находящимися в данный момент времени внутри зоны обзора спутника 12.
С другой стороны, каналы трафика 17 представляют собой дуплексные каналы, которые время от времени закрепляются спутниками 12 за конкретными ISU 26. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения в каналах 17 - 19 для обмена данными используется цифровой формат, а в каналах трафика 17 связь поддерживается в реальном времени. Для каждого вызова назначается по крайней мере один канал трафика 17 и каждый канал трафика 17 имеет достаточную полосу пропускания для поддержки, как минимум, двухсторонней речевого обмена. Для поддержки связи в реальном масштабе времени желательно использовать схему многостанционного доступа с временным разделением каналом (TDMA) с целью разделения каналов на фреймы, предпочтительно в диапазоне 10-90 мс. Конкретные каналы трафика 17 закрепляются за конкретными временными интервалами для передачи и приема (слотами), предпочтительно имеющими диапазон длительности 3-10 мс внутри каждого фрейма. Аналоговые аудиосигналы оцифровываются, так что сигнал всего фрейма передается или принимается в одном коротком высокоскоростном пакете во время выделенного временного слота. Предпочтительно, чтобы каждый спутник 12 поддерживал до тысячи или больше каналов трафика 17, так что каждый спутник 12 мог одновременно обслуживать несколько независимых вызовов. Однако специалисты могут заметить, что каналы трафика могут быть построены и без использования структуры с временными слотами и что могут быть применены способы, не требующие оцифровывания аналоговых речевых сигналов. Для этого изобретения не имеет значения конкретный способ, используемый для формирования каналов и обработки речевой связи.
Спутники 12 осуществляют связь с другими ближайшими спутниками 12 через линии кросс-связи 23. Таким образом вызов или сообщение от ISU 26, расположенного в любой точке на или рядом с поверхностью Земли, может быть направлен через группу спутников 12 в окрестности любой точки на поверхности Земли. Сообщение может быть направлено со спутника 12 вниз к ISU 26 располагаемому на земной поверхности либо вблизи нее, с использованием абонентской линии 16. В качестве варианта, сообщение может быть направлено вниз либо вверх от какого-либо ET 24 (из которых на фиг.1 показано только два) через наземные линии связи 15. ET 24 обычно распределяются по поверхности Земли в соответствии с геополитическими границами. В предпочтительных вариантах реализации каждый спутник 12 может осуществлять связь и до четырех ET 24 и свыше тысячи ISU 26 в любой момент времени.
SCS 28 непрерывно контролирует исправность и состояние узлов системы связи (например, GW 22, ET 24 и спутников 12) и в предпочтительном варианте управляет работой системы связи 10. Один или более ET 24 обеспечивают главный коммуникационный интерфейс между SCS 28 и спутниками 12. ET 24 включают антенны и радиопередатчики и предпочтительно выполняют функции телеметрии, слежения и управления для группы спутников 12.
GW 22 могут выполнять функции обработки вызовов вместе со спутниками 12 либо GW 22 могут только распределять вызовы и оперативно размещать мощности для обработки вызовов внутри системы связи 10. Различные наземные системы связи, такие как PSTN, могут осуществлять доступ к системе связи 10 через GW 22.
В примере с группой из шестидесяти спутников 12 по меньшей мере один из спутников 12 находится внутри зоны обзора каждой точки на поверхности Земли в любой момент времени, в результате чего обеспечивается полное покрытие поверхности Земли. Любой спутник 12 может находиться в состоянии прямого или непрямого информационного обмена с любым ISU 26 либо ET 24 в любой момент времени, направляя информацию через группу спутников 12. Соответственно система связи 10 может установить путь для обмена данными через группу спутников 12 между любыми двумя ISU 26, между SCS 28 и GW 22, между любыми двумя GW 22 или между ISU 26 и GW 22.
Настоящее изобретение применимо также к группам спутников, не обеспечивающих полного покрытия Земли (то есть, когда имеются "дырки" в зоне коммуникационного обслуживания, обеспечиваемой группой спутников), и группам спутников, где имеет место перекрытие в некоторых районах Земли (то есть, больше одного спутника находится в зоне обзоре точки на поверхности Земли).
В общем случае система связи 10 может рассматриваться как сеть узлов. Каждый спутник 12, GW 22 и ISU 26 представляют собой узлы системы связи 10. Все узлы системы связи 10 находятся или могут находиться в состоянии обмена информацией с другими узлами системы связи 10 через линии связи 15, 16 и/или 23. Кроме того, все узлы системы связи находятся или могут находиться в состоянии информационного обмена с другими телефонными устройствами, разбросанными по всему миру, через PSTNы и/или известные наземные сотовые телефонные устройства, подсоединенные к PSTN через известные наземные базовые станции.
На фиг. 2 показана типовая картина расположения диаграммы направленности сотовой антенны, спроецированной на поверхность Земли. Каждый спутник 12 имеет решетку (не показана) направленных антенн. Каждая решетка проецирует многочисленные дискретные антенные лучи 35, или диаграммы направленности каналов трансляции, на поверхность Земли под самыми различными углами. На фиг. 2 показана результирующая картина сотовых ячеек 34, образуемых спутником 12 на поверхности Земли. Зона 36 в контуре диаграммы направленности, ограниченная на фиг. 2 двойной линией, образуется антенными лучами 35, формируемыми антенной решеткой одного спутника 12. Сотовые ячейки 34, находящиеся вне зоны 36, образованы антенными лучами от других спутников 12.
Диаграммы направленности антенн 35 показы в виде шестиугольников только для удобства. Для специалиста в данной области техники представляется очевидным, что диаграммы направленности антенн 35 могут иметь и другие формы. Например, в случае, когда диаграммы направленности передаются со спутников, они по форме могут быть более эллиптичными, в зависимости от угла падения к поверхности Земли. Конкретная форма диаграммы направленности не имеет значения для настоящего изобретения.
Хотя это на фиг. 2 и не показано, диаграммы направленности антенн 35 могут перекрываться. Для специалистов должно быть понятно, что диаграммы направленности обычно представляют районы, где уровень сигнала (например, канала трансляции), связанного с сотовой ячейкой, выше заранее определенного уровня, и находятся вне региона, где уровень сигнала ниже заранее определенного уровня.
Как было рассмотрено выше, спутник 12 непрерывно осуществляет передачу по одному или более каналам трансляции 18. ISU26 синхронизируется по каналам трансляции 18 и непрерывно контролируют каналы трансляции 18. Предпочтительно, чтобы ISU непрерывно контролировал канал трансляции сотовой ячейки, в которой он расположен. Каналы трансляции 18 не закреплены за каким-либо одним ISU, а используются совместно всеми ISU, находящимися в данный момент внутри зоны обзора спутника.
В предпочтительном варианте реализации диаграмма направленности антенны канала трансляции движется по поверхности Земли, в то время как ISU остается относительно неподвижным. В предпочтительном варианте реализации это перемещение вызывается движением спутников, ведущих передачу по трансляционным каналам. Каждая диаграмма направленности антенны 35, или ячейка 34, имеет примерно 500-600 миль в диаметре и движется по поверхности Земли со скоростью порядка 110 миль за 30 секунд. Перемещение диаграммы направленности антенн каналов трансляции от экватора к полюсам создает перекрытие диаграмм направленности антенн между соседними спутниками. Когда появляется перекрытие, желательно выключить каналы трансляции, чтобы предотвратить взаимные помехи между перекрывающимися диаграммами направленности антенн.
Назначения каналов трафиков 17 (фиг. 1) действительно только до тех пор, пока ISU остается внутри сотовой ячейки. В общем случае в зависимости от перемещения спутников этот период составляет примерно 30 секунд. На каждом периоде должны устанавливаться новые назначения каналов трафиков. Благодаря быстрому перемещению диаграмм направленности антенн желательно, чтобы ISU непрерывно контролировали каналы трансляции соседних ячеек, которые являются кандидатами для переключения.
На фиг. 2 показано закрепление каналов по ячейкам 34 в соответствии с разделением спектра на семь дискретных каналов. Для настоящего изобретения не имеет значения точное число канальных наборов, на которое разделен спектр, используемый спутниками 12. На фиг. 2 имеется ссылка на семь дискретных канальных наборов, для которых использованы символы "A", "B", "C", "D", "E", "F" и "G". Для специалистов представляется очевидным, что может быть использовано и другое количество канальных наборов, например двенадцать, и что, если используется другое количество, результирующее распределение канальных наборов по ячейкам 34 будет отличаться от картины распределения, изображенной на фиг. 2. Подобным же образом для специалиста должно быть очевидно, что каждый канальный набор может включать один канал либо любое число находящихся в нем ортогональных каналов. Как показано на фиг. 2, распределение канальных наборов по ячейкам 34 позволяет многократно использовать ограниченный спектр в географически разделенных ячейках 34. Другими словами, неортогональные канальные наборы несут сообщения одновременно без взаимных помех, поскольку сотовые ячейки 34, в которых используются неортогональные канальные наборы, отделены друг от друга и не перекрываются. Кроме того, каждый ISU 26 способен работать с любым дискретным канальным набором и конкретный канальный набор, используемый любым отдельным ISU 26 в любой конкретный момент времени, находится под управлением системы связи 10.
Обычно сотовая система связи использует различные способы распределения ограниченного электромагнитного спектра, имеющегося в наличии для каждой ячейки. В системах с частотным уплотнением (FDM) или в системах с многостанционным доступом с частотным разделением каналов (FDMA) отдельные подзоны частот распределяются из общего ресурсов связи (то есть ограниченного электромагнитного спектра, подлежащего распределению). В сотовой системе связи FDM/FDMA каждая ячейка закрепляется за одной из этих частотных групп, так чтобы не было взаимных помех между соседними или близко расположенными ячейками. Например, в схеме многократного использования семи частот, показанной на фиг. 2, закрепление частот зафиксировано для семи дискретных канальных наборов, отмеченных символами "A", "B", "C", "D", "E", "F" и "G", как было описано выше. Расположение ячеек с многократным использованием семи частот помогает избежать взаимных помех между ячейками с одной и той же назначенной частотой (то есть, ячейками, использующими один канал) посредством отделения этих ячеек друг от друга, по крайней мере двумя ячейками, с другими назначенными частотами, хотя предпочтительней иметь только одну ячейку, отделяющую ячейки, использующие один канал.
Сотовые системы связи используют также временное уплотнение (TDM) или многостанционный доступ с временным разделением каналов (TDMA), где имеет место периодическое появление временных слотов, в течение которых передается/принимается информационное сообщение конкретного пользователя. Пользователи закрепляются за конкретными временными слотами под управлением главного контроллера, синхронизируемого генератором тактовых импульсов. Как показано на фиг. 2, каждый дискретный канальный набор, помеченный символами "A", "B", "C","D", "E", "F" и "G", может быть закреплен за одним временным слотом. Каждая сотовая ячейка может использовать один и тот же частотный канал или канальный набор без взаимных помех, поскольку пользователи каждой ячейки принимают или передают информацию только в течение закрепленного за ней временного слота. Каждый временной слот может содержать один пакет сообщений (то есть, временные слоты одного сообщения) либо может содержать несколько пакетов сообщений (то есть, несколько субслотов, содержащих каждый одно сообщение).
В некоторых системах желательно использовать сочетание FDMA и TDMA. Например, вместо того, чтобы использовать одни и те же частотные каналы или канальные наборы для сети и распределять различные временные слоты для различных ячеек, можно периодически повторять распределение частот по ячейкам и закреплять за ячейкой один и тот же или разные временные слоты. При использовании FDMA и TDMA некоторые частоты или временные слоты обычно резервируются для сигнализации доступа и/или управления, и они как правило не используются для обычных переговоров и/или передачи данных пользователя (то есть, для протокола доступа). Некоторые каналы и/или временные слоты комбинированной системы FDMA/TDMA предпочтительного варианта реализации настоящего изобретения также желательно зарезервировать для аналогичной цели. Техника связи FDMA и TDMA и их сочетания хорошо известна специалистам.
Ресурс связи (то есть, ограниченный электромагнитный спектр) может быть также разделен посредством кодового уплотнения (CDM) или многостанционного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA). CDMA - это техника растягивания спектра, при которой распределяются отдельные элементы набора ортогональных либо близких к ортогональным кодов растянутого спектра, причем каждый элемент использует всю полосу пропускания канала. Двумя известными методами растягивания спектра являются использование последовательности для непосредственной модуляции несущей и скачкообразное изменение частоты. Эти методы связи хорошо известны специалистам.
Другие способы распределения ресурсов связи включают пространственное разнесение (SD) и поляризационное разнесение (PD). В системе SD можно использовать антенны с иглообразной диаграммой, направленной для выделения радиосигналов путем их наведения по различным направлениям. Это дает также возможность многократного использования одной и той же полосы частот. В системах связи PD для разделения сигналов используется ортогональная поляризация, что также позволяет многократно использовать одну и ту же полосу частот. Эти способы связи также хорошо известны специалистам.
Хотя конкретный способ связи (то есть, способ распределения ресурса связи) не имеет значения для настоящего изобретения, специалистам должно быть ясно, что в настоящем изобретении может быть использован любой из вышеописанных методов в отдельности либо в сочетании друг с другом.
ISU сначала определяют, с какой ячейкой осуществляется связь, основываясь на уровне сигнала или качества сигнала трансляционного канала, принимаемого на ISU. Например, ISU, размещенный в центральной зоне ячейки, скорее всего выберет связь с ячейкой, связанной с данной ячейкой, поскольку уровень сигнала трансляционного канала диаграммы направленности антенны обычно максимален в центральной зоне. Если абонентский пункт находится внутри зоны, где диаграммы направленности антенны, или сотовые ячейки, перекрываются, ISU может выбрать для связи любую ячейку, поскольку уровни сигналов трансляционных каналов обычно одинаковы.
На фиг. 3 показана блок-схема процедуры переключения для переключения вызовов или информационных обменов от одной сотовой ячейки к другой в соответствии с предпочтительным вариантом реализации изобретения. Процедура переключения на фиг. 3 используется для переключения вызовов или информационных обменов от одной ячейки одного спутника к другой ячейке того же самого спутника (переключение между ячейками) и для переключения информационных обменов от одной ячейки одного спутника к другой ячейке второго спутника (переключение между спутниками).
Согласно фиг. 3 ISU (отдельный абонентский пункт) и спутник, обслуживающий ISU, на этапе 100 готовятся к переключению. Этап 100 может включать другие подэтапы, такие как определение необходимости переключения, и выбор ячейки-кандидата для переключения канала связи. Система связи позволяет использовать ISU различных классов, в которых применяются разные способы определения необходимости переключения. Базовым критерием для ISU, передающего речь, является различная мощность. В других способах может использоваться расположение ISU на поверхности Земли и комбинированная мощность и допплеровский сдвиг. В общем случае может быть использован любой способ, который самостоятельно реализуется ISU.
На этапе 102 фиг. 3 ISU делает запрос на переключение связи для спутника, обслуживающего в настоящее время ISU, с текущей ячейки на ячейку-кандидата. Если переключение между двумя ячейками, обслуживаемыми одним и тем же спутником, состоялось, между ISU и спутником проходит управляющая информация без прерывания основного трафика; при этом не требуется привлечение сети. Переключение между ячейками разных спутников может потребовать короткого прерывания основного трафика. Если условия допускают, возможность обнаружения речи позволяет выполнять переключения этого типа в периоды, когда отсутствует передача речи.
После того как на этапе 102 спутником принят запрос на переключение, спутник на шаге 104 определяет, воспринят ли запрос на переключение. Если переключение разрешено, то на этапе 106 спутник выполняет переключение между ячейками или между спутниками. Переключение обычно включает изменение в назначении радиоканала абонента. Это требует, чтобы ISU был повторно синхронизирован согласно новому назначению канала трафика.
Если запрос на этапе 104 получил отказ, то спутник информирует об этом ISU, который на этапе 108 определяет, доступен ли пока старый канал. Если предшествующий канал трафика все еще доступен, то ISU выбирает альтернативную ячейку-кандидата на этапе 110 и возвращается к этапу 104 для определения того, разрешает ли спутник переключение на альтернативную ячейку-кандидата. Это продолжается до тех пор, пока запрос на переключение принимается и переключение выполняется или пока канал в исходной ячейке не может больше поддерживаться, и на этапе 112 вызов теряется. Если спутник не переключает связь на ячейку-кандидата, прежде чем ISU покидает текущую ячейку, связь ISU будет прекращена и вызов потерян. Потеря вызова на этапе 112 может быть либо преднамеренной (вызов отсоединяется до того, как спутник вышел из зоны) либо непреднамеренный (вызов отсоединяется из-за того, что спутник вышел из зоны ISU).
Каждый раз, когда назначается новый канал трафика, спутник обеспечивает ISU приоритетным списком ячеек-кандидатов для следующего переключения. Выбор ячеек-кандидатов зависит от текущей ячейки, в которой находится ISU, и текущей динамики отключения ячеек. Хотя этот способ и совместим с определением географического положения на основе процесса переключения, он не требует определения географического положения; ему нужна лишь информация о том, какая ячейка ISU используется. Таким образом данный способ пригоден при любой точности определения местоположения, которую система собирается формировать.
На фиг. 4 показана блок-схема способа переключения между ячейками согласно предпочтительному варианту реализации изобретения. Переключение между ячейками происходит, когда ISU переходит от текущего канала трафика в одной ячейке к новому каналу трафика в другой ячейке, когда пройдены спутник и его соответствующие ячейки. В предпочтительном варианте реализации переключение между ячейками происходит примерно каждые 60 секунд в течение телефонного вызова. Кроме того, проходит примерно шесть секунд с момента, когда ISU занимает канал трафика в одной ячейке до момента, когда он должен быть готов закончить переключение связи на другой канал трафика в другой ячейке.
На этапе 120 фиг. 4 ISU и спутник, его обслуживающий, готовятся к переключению от одной ячейки к другой ячейке того же спутника. В этом случае сотовые ячейки проецируются одним спутником. Как показано на фиг. 4, список кандидатов на переключение передается на этапе 120 от спутника в ISU. Список кандидатов на переключение характеризуется идентификаторами каналов (время и частота) для трансляционных каналов двух или трех ячеек, которые являются наиболее вероятными кандидатами, на которые будет переведен ISU вовремя следующего переключения. Список кандидатов на переключение составляется по приоритету на основе длительности временного интервала, в течение которого ячейка доступна для переключения.
Список кандидатов на переключение включает только ячейки, которые подходят в качестве кандидатов для переключения. В частности, ячейки не будут включены в список, если они скоро должны быть выведены из работы, даже если кажется, что текущее расположение делает их хорошим кандидатом на переключение от текущей ячейки. Когда спутники достигают любого из полюсов, ячейки-кандидаты спутников могут начать перекрываться. Это означает, что один из спутников должен будет отключить свои ячейки и соответствующие каналы, так чтобы не вызвать взаимные помехи между двумя активированными перекрывающимися ячейками. Кроме того, вызовы будут передаваться от спутников, чьи ячейки выключаются, на спутники, чьи ячейки остаются включенными.
Список кандидатов на переключение составляется заранее спутниковой станцией управления (SCS) 28, показанной на фиг. 1. SCS 28, зная текущее взаимное расположение ячеек и план отключения ячеек, прогнозирует, на какие ячейки-кандидаты ISU, находящиеся в настоящее время в конкретной ячейке, смогут передать свою связь. SCS 28 передает упорядоченный по времени список кандидатов на переключение для каждой ячейки, обслуживаемой спутником, каждому спутнику, который, в свою очередь, передает соответствующий список в ISU-ы в каждой из своих ячеек. ISU обновляют свои списки кандидатов, отслеживая различия между трансляционными каналами, идентифицированными в сообщениях обновления кандидатов на переключение, и трансляционными каналами, переданными в поступивших ранее списках кандидатов. Остается или нет в качестве действующего канал в текущем списке, определяется текущим спутником в сообщениях обновления кандидатов.
Список кандидатов на переключение для ячеек, находящихся рядом с центром зоны, ограниченной контуром диаграммы направленности спутника, остается относительно постоянным. Для ячеек, находящихся на краю этой зоны, список кандидатов на переключение может быть относительно динамичным. Для ячеек, находящихся рядом со стыком (район, где спутники, движущихся в двух различных направлениях, проходят навстречу друг другу) список кандидатов на переключение очень динамичен.
Вернемся к блок-схеме, показанной на фиг. 4, где ISU на шаге 122 определяет, произошло ли переключение от текущей ячейки на одну из ячеек-кандидатов. Переключение может быть инициировано ISU, когда происходит одно из двух действий. Во-первых, переключение может быть инициировано ISU, когда ISU определяет, что одна из ячеек-кандидатов, по-видимому, может предложить более высокое качество обслуживания, чем текущая ячейка. Процесс выборки, посредством которого ISU оценивает качество текущей ячейки и ячеек-кандидатов, и процесс принятия определенного решения остается за разработчиком ISU. Однако одной из подходящих процедур является сравнение уровней сигналов в текущей ячейке и ячейках-кандидатах и запрос на переключение, если одна из ячеек-кандидатов превосходит текущую ячейку в течение достаточно продолжительного периода времени.
Второй пригодный способ заключается в том, что переключение инициируется, когда ISU определяет, что он достиг края ячейки. ISU обнаруживает это путем определения своего положения относительно края текущей ячейки и определения того, сколько времени пройдет, прежде чем край текущей ячейки будет достигнут. ISU перейдет на новый канал в другой ячейке, если имеется достаточное время, прежде чем связь со спутником через текущий канал будет прервана. Специалисты могут предложить другие способы определения того, следует ли инициировать переключение.
Согласно фиг. 4, если на этапе 122 переключение не произошло, ISU будет продолжать непрерывный контроль за качеством сигнала и/или параметрами положения, пока не потребуется переключение. Этап 12 по существу является этапом ожидания при постоянном контроле за относительными параметрами текущей ячейки по отношению к ячейкам-кандидатам. Если в процессе оценки необходимости переключения обнаруживается заданный критерий (переключения), ISU на этапе 124 выбирает одну из ячеек-кандидатов, которая будет принимать переключение от текущей ячейки.
Выбор ячейки-кандидата базируется на приоритете, присвоенном каждой ячейке-кандидату. Конкретный используемый критерий принятия решения будет зависеть от способа реализации. Например, базовый вариант - это пороговый тест для установления различия между мощностью сигналов трансляции в ячейках-кандидатах и в текущей ячейке. Процесс можно статистически оптимизировать, чтобы отделить отклонения диаграммы направленности антенны от канальных эффектов. Порог(и) выбирается таким образом, что ячейки-кандидаты отбираются на основе приоритета, который им был присвоен SCS 28. Если в одно и то же время при применении критерия имеется в наличии одна или более ячеек-кандидатов с разными мощностями, ISU выдаст запрос на ячейку-кандидата с наивысшим приоритетом.
После того как на этапе 124 фиг. 4 выбрана ячейка-кандидат, процесс возвращается к этапу 102 фиг. 3, где ISU передает спутнику запрос на переключение. Запрос на переключение включает ячейку-кандидата (то есть, ячейку, на которую ISU хочет передать свою связь). Когда спутник получает запрос на переключение от ISU, он сначала определяет, обслуживается ли также запрашиваемая ячейка-кандидат. При переключении между ячейками запрашиваемая ячейка-кандидат обслуживается этим спутником. Спутник размещает новое назначение восходящих и нисходящих каналов трафика в контрольное поле следующего нисходящего пакета к запрашиваемому ISU. Когда ISU принимает новое назначение, он ждет, пока не будут приняты все нисходящие пакеты и посланы соответствующие восходящие пакеты. Затем ISU настраивается на новый канал трафика. Далее спутник направляет трафик для запрашивающего ISU в новый канал. (Поскольку как старый, так и новый каналы являются каналами одного и того же спутника, допплеровский и временной сдвиги одни и те же для обеих ячеек в момент переключения, и ISU может синхронизироваться немедленно). Вслед за переключением ISU отбрасывает свой текущий список кандидатов на переключение, а спутник обеспечивает список кандидатов на переключение для новой ячейки.
На фиг. 5 показан пример конфигурации спутниковой системы для переключения вызова или информационного обмена ISU 50 от ячейки 55 спутника 60 на ячейку 56 спутника 62 в соответствии с предпочтительным вариантом реализации изобретения. Как показано на фиг. 5, ISU 50 осуществляет связь с ISU 52 через сеть спутников 60-68. Спутники 60-68 (отмеченные как SV, или космические аппараты) соединены вместе по радиоканалу.
Спутник 60 (который обозначен также, как SV1) является средством для связи ISU 50 с сетью спутников 60-68 для переговоров с ISU 52. ISU 50 в данный момент находится в ячейке 55, которая проецируется SV1 60. Однако, ячейка 55 движется от ISU 50, в то время как ячейка 56, которая проецируется спутником 62 (обозначенном также SV2) движется к ISU 50. Необходимо осуществить передачу связи ISU 50 от ячейки 55 на ячейку 56, иначе вызов будет потерян, если ISU 50 выйдет за границы или из зоны связи ячейки 55. Этот процесс перехода связи от текущей ячейки 55 спутника SV1 60 на ячейку-кандидата 56 спутника SV2 62 известен как "переключение между спутниками".
ISU 52 обслуживается спутником 66 (обозначенным также SV3) для установления связи с ISU 50 через сеть спутников 60-68. Маршрутизация вызова от SV1 60 к SV3 66 и обратно может быть осуществлено в различных направлениях. Например, вызов может быть направлен от SV1 60 к SV 61, к SV 63 и затем SV3 66. Вызов может также быть направлен от SV1 60 к SV 61, к SV 64, к SV 67 и затем к SV3 66. Это может произойти потому, что SV 63 неисправен или набрал максимальное количество вызовов, которое он может обслужить.
Процессор связи (GW) 70 отвечает за маршрутизацию вызовов от ISU 50, делающего вызов, к принимающему ISU 52. GW 70 осуществляет связь с сетью спутников через SV 68.
На фиг. 6 показана блок-схема способа переключения между спутниками согласно предпочтительному варианту реализации изобретения. Блок-схема, показанная на фиг. 6, используется, когда текущий спутник уходит, а новый спутник входит в зону обзора. Другими словами, ISU 50 должен передать связь новому спутнику, либо вызов будет потерян. Этот процесс называется "переключение между спутниками" и появляется в среднем примерно каждые пять минут в течение телефонного вызова.
Блок-схема на фиг. 6 раскрывает способ переключения ячейки ISU 50 от текущей ячейки 55 первого спутника ("SV1") 60 на ячейку-кандидата 56 второго спутника ("SV2") 62 в спутниковой сотовой системе связи, как показано на фиг. 5. SV1 60 и SV2 62 проецируют соответственно текущую ячейку 55 и ячейку-кандидата 56 на поверхность Земли. ISU 52 устанавливает связь с ISU 50 через третий спутник ("SV3") 66.
Согласно фиг. 6 способ переключения между спутниками начинается с того, что на этапе 200 ISU 50 запрашивает канал ячейки-кандидата 56 SV2 62. Этот этап включает также такие этапы, как передача списка кандидатов на переключение от SV1 60 к ISU 50, определение необходимости переключения и выбор одной из ячеек-кандидатов для приема переключения. Эти этапы подобны этапам 120, 122 и 124, показанным на фиг. 4. Однако, вместо выбора другой ячейки в том же самом спутнике, например, в ячейке 57, проецируемой SV1 60, показанной на фиг. 5, ISU 50 выбирает ячейку-кандидата 56 в другом спутнике (SV2 62). Как описано выше, выбор одной из ячеек основан на разнообразных факторах, включая данные о наличии и пропускной способности каналов, указанных в списке кандидатов на переключение, и качестве локальных каналов, определяемое ISU.
После того как ISU 50 на этапе 200 определяет, на какую ячейку-кандидата он хочет передать связь, ISU 50 посылает запрос на переключение на SV1 60, который на этапе 202 поступает в GW (связной процессор) 70. Направление запроса на переключение включает передачу запроса на переключение через сеть спутников 60-68, так что он достигает спутника 68, который подсоединен к GW 70. После того, как GW 70 примет запрос на переключение, GW 70 на этапе 204 посылает запрос на канал к SV2 62, чтобы зарезервировать канал трафика в ячейке 56 SV2 62. Он также посылает команду взаимной блокировки на SV3 66, чтобы предотвратить переключение вызова с двух сторон в один и тот же момент времени.
На этапе 206 SV2 62 определяет, удовлетворить или не удовлетворить запрос канала трафика. Если SV2 62 не удовлетворяет запрос канала трафика, SV2 62 на этапе 208 посылает сообщение об отказе запроса на GW 70. GW 70 на этапе 210 направляет отказ на SV1 60, который передается на ISU 50. Если ISU 50 имеет достаточно времени для выбора другой ячейки-кандидата, прежде чем на этапе 212 вызов потеряется, ISU 50 возвращается к этапу 200, чтобы выбрать и сделать запрос на другую ячейку-кандидата из списка кандидатов на переключение. В противном случае, вызов теряется, и способ переключения между спутниками заканчивается.
Если SV2 62 принимает к исполнению запрос на канал трафика на этапе 206 фиг. 6, SV2 62 на этапе 213 резервирует канал трафика в ячейке 56 и на этапе 214 посылает управляющую информацию в GW 70. Посылаемая управляющая информация включает идентификатор канала (ID) для зарезервированного канала. В предпочтительном варианте реализации ID канала включает временной слой TDMA и несущую частоту или частоты FDMA зарезервированного канала. После того, как GW 70 принимает управляющую информацию, он определяет новый маршрут для передачи вызова SV3 66 к SV2 62. В результате получаются команды маршрутизации, которые на этапе 216 направляются вместе с управляющей информацией от GW 70 к SV3 66.
После того как SV3 66 принимает управляющую информацию, он на этапе 218 посылает, или транслирует, управляющую информацию на SV1 60, используя тот же маршрут, по которому направлялся трафик вызовов. Использование этого маршрута обеспечивает возможность приема любого сообщения от SV3 66 к SV1 60 до того, как SV3 66 передает вызов. После передачи управляющей информации, SV3 66 на этапе 220 начинает направлять вызов (и относящиеся к нему пакеты данных) на SV2 62. Инструкции по маршруту, обеспечиваемые GW 70, указывают, через какой из спутников 60-68 будет направлен вызов.
После того как SV1 60 получает управляющую информацию, он на этапе 222 посылает команду переключения на ISU 50. Команда переключения позволяет ISU 50 на этапе 224 начать синхронизацию по каналу трафика выбранной ячейки-кандидата 56 SV2 62 и прекратить связь с текущим каналом трафика ячейки 56 SV1 60. Вслед за переключением между спутниками ISU 50 отбрасывает текущий список кандидатов на переключение, а новый список кандидатов на переключение обеспечивается SV2 62, который теперь обслуживает ISU 50.
Для специалиста представляется очевидным, что, если разработчик ISU решает повысить уровень сложности (например, добавить второй принимающий канал), ISU может начать синхронизацию с SV2 62 путем непрерывного контроля канала трансляции ячейки-кандидата, как только он пошлет запрос на переключение на SV1 60, в то же время непрерывно поддерживая связь через назначенный канал в исходной ячейке на SV1 60.
В некоторых случаях SV3 66 будет осуществлять обмен данными вызова на PSIN через связной процессор, вместо того, чтобы осуществлять связь с ISU. Этот связной процессор может контролироваться связным процессором 70 либо другим связным процессором в системе. В этом случае процесс переключения между спутниками остается по существу таким же, за исключением того, что взаимная блокировка при переключении на SV3 6 не производится.
Для специалиста очевидно, что нет необходимости в выполнении функций управления переключением в связном процессоре. Эти функции могут выполняться, например, в SCS 28 либо в любом одном или в нескольких спутниках 12 (фиг. 1).
Для специалиста очевидно также, что в настоящем изобретении переключение между ячейками и переключение между спутниками выполняются на основе оценки текущих условий и динамического списка кандидатов на переключение, а не на базе заранее составленной последовательности переключений, как в предыдущих разработках. Преимущество настоящего изобретения заключается в том, что переключение связи осуществляется от одной ячейки на другую ячейку того же спутника и от одной ячейки одного спутника на другую ячейку другого спутника. Другим преимуществом настоящего изобретения является то, что предложенный способ переключения не сильно усложняет аппаратное обеспечение системы.
Еще одним преимуществом настоящего изобретения является то, что переключение вызова от ячейки к ячейке происходит без прерывания обслуживания. Преимуществом настоящего изобретения является также то, что ISU устанавливает необходимость переключения и выбирает ячейку-кандидата на основе оценки текущих локальных условий.
Еще одним преимуществом настоящего изобретения является возможность для ISU различных типов использовать различные способы определения потребности в переключении. Другое преимущество настоящего изобретения состоит в том, что создается динамический список кандидатов на переключение, из которого выбирается ячейка-кандидат.
Соответственно предполагается, что формула изобретения охватывает любые модификации данного изобретения которые не выходят за рамки замысла и сферы действия изобретения.
Способы переключения вызова позволяют выполнить переключение вызова от ячейки к ячейке между ячейками одного и того же спутника и между ячейками разных спутников. Переключение инициируется отдельным абонентским устройством (ISU) на основе оценки локальных условий. Если переключение необходимо, ISU выбирает ячейку-кандидата для передачи связи на основе динамического списка кандидатов на переключение, обеспечиваемого спутником. После выбора ячейки-кандидата ISU делает запрос на переключение, спутник или спутники выполняют переключение и связь начинает осуществляться через новый канал в ячейке-кандидате, что и является достигаемым техническим результатом 4 с. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил.
| СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯВОДНОЙ ДЕГАЗАЦИИПРОЦЕССОМ | 1970 |
|
SU421698A1 |
| Устройтво для просеивания комкующихся сыпучих материалов | 1973 |
|
SU490509A1 |
| US 4654879 A, 31.01.84 | |||
| Домовый номерной фонарь, служащий одновременно для указания названия улицы и номера дома и для освещения прилежащего участка улицы | 1917 |
|
SU93A1 |
| Радиотелефон | 1990 |
|
SU1823140A1 |
