Область техники
Настоящее изобретение относится, в общем случае, к системам связи. Более конкретно, настоящее изобретение относится к системах, подразумевающим деление участка, на котором должна иметь место связь, на ячейки с распределением ограниченных спектральных ресурсов среди разных пользователей в ячейках.
Предшествующий уровень техники.
Известные сотовые системы связи используют способ получения абонентами доступа к системе связи. В общем случае, антенны системы устанавливают в разнесенных точках. Каждая антенна системы с учетом мощности передатчика, чувствительности приемника и особенностей местности определяет местонахождение и размер ячейки. Ячейкой является участок земной поверхности, на котором может быть установлена связь через абонентское устройство, имеющее предварительно заданные рабочие характеристики, и через антенну ячейки. В сотовой системе, которая эффективно использует выделяемый ей спектр, антенны системы располагаются таким образом, чтобы минимизировать перекрывание между соответствующими им ячейками и уменьшить зазоры между ячейками.
Спектр, выделяемый традиционной сотовой системе, делится на небольшое число отдельных частей при частотных диапазонах (называемых также "каналами"). Каждой ячейке выделяется одна или большее число отдельных частей спектра, и желательно, чтобы каждая ячейка окружалась ячейками, которые используют другие отдельные части спектра. Связь в ячейке использует только отдельную часть спектра, выделенную ячейке, и взаимные помехи с обменами данными, имеющими место в других соседних ячейках, минимизируются, потому что обмены данными на таких соседних ячейках используют различные части спектра. Общеканальные ячейки - это ячейки, которые повторно используют одну и ту же отдельную часть спектра. Для минимизации взаимных помех в соответствии с планом повторного использования частот разносят общеканальные ячейки друг от друга на предварительно определенное расстояние.
В общепринятых сотовых системах связи устройства абонентов получают радикальным путем случайного выбора одного из нескольких каналов захвата, предоставляемых системой на определенном участке обслуживания, например в ячейке. Для получения доступа к системе связи абонентское устройство инициирует протокол с системой на канале захвата. Примеры протоколов включают в себя протоколы типа ALOHA, хорошо известные в этой области техники. Абонентское устройство принимает в качестве части протокола присваивание особого канала, называемого каналом трафика, на котором устанавливается связь.
Схемы ALOHA обычно включают в себя четыре режима:
1) "режим передачи", в котором пользователи передают системе сообщение запроса захвата, 2) "режим ожидания", в котором, после передачи сообщения запроса захвата, пользователь ожидает от системы связи подтверждения захвата (ACK) или отрицательного квитирования (NAK), 3) "режим повторной передачи", в котором сообщение запроса повторно передается системе, когда было принято сообщение отрицательного квитирования (NAK), и 4) "режим тайм-аута", в котором пользователь повторно передает сообщение захвата, когда пользователь не принимает ACK или NAK в течение определенного периода времени. Для схем протокола ALOHA возникают проблемы, когда передачи от различных пользователей перекрываются во времени (то есть вступают в конфликт), вызывая ошибки приема. Эти явления известны как "пробуксовка".
Одной из главных проблем со схемами ALOHA является конфликт передач от пользователей, одновременно пытающихся получить доступ к системе связи. Примеры протоколов ALOHA, которые уменьшают число ошибок приема, включают в себя ALOHA с временными интервалами (S-ALOHA) и ALOHA с резервированием (R-ALOHA). В протоколе S-ALOHA производится вещание последовательности импульсов синхронизации для всех станций, и, как при большинстве схем ALOHA, длины пакетов постоянны. От пользователей требуется передавать сообщения во временном интервале между синхронизирующими импульсами, и они могут начинаться только в начале временного интервала. S-ALOHA уменьшает количество конфликтов между пользователями, запрашивающими доступ, так как взаимно мешать друг другу могут только сообщения, передаваемые в одном и том же временном интервале.
Схемы протокола R-ALOHA используют два основных режима: нерезервируемый режим и резервируемый режим. В нерезервируемом режиме выделенный интервал времени устанавливается и делится на некоторое число небольших временных подинтервалов резервирования. Пользователи используют эти маленькие временные подинтервалы для резервирования сегментов сообщения. После запрашивания резервирования пользователь ожидает подтверждения и присваивания временных интервалов. В резервируемом режиме выделенный интервал времени делится на M+1 временных интервалов всегда, когда делается резервирование. Первые M временных интервалов используются для передачи сообщений, в то время как последний временной интервал подразделяется на временные подинтервалы, которые должны использоваться для запросов резервирования. Пользователи посылают пакеты сообщений только в своих присвоенных частях M временных интервалов.
Система с многими пользователями, имеющими произвольный доступ, обычно использует для установления порядка контроллер. Контроллер периодически проводит опрос совокупности пользователей для того, чтобы определить их запросы на обслуживание. Если совокупность пользователей велика (то есть тысячи) и трафик имеет резко возросший характер, время, требуемое для опроса, может оказаться чрезмерно большим. В технике хорошо известны методы опроса, включающие "двоичный поиск по дереву" и "прямой опрос".
И при S-ALOHA, и при R-ALOHA в системе со многими пользователями и в случае большой нагрузки между абонентскими устройствами на канале захвата могут быть значительные взаимные помехи. В результате относительно небольшое число абонентских устройств может в действительности завершать протокол и принимать присваивание канала захвата. Кроме того, возможно, что даже если абонентскому устройству может удаться завершение протокола, не будет иметься никаких каналов трафика для присваивания. Это является непроизводительным расходованием ресурсов абонентским устройством и системой связи. В спутниковой системе связи эта проблема более серьезна из-за потребности сохранения ограничительных ресурсов космических аппаратов, таких как, например, энергия спутниковых батарей.
Существует потребность в средствах и способах уменьшать конфликт между пользователями, передающими на канале захвата. Кроме того, нужны средство и способ предотвращения присваивания канала захвата абонентскому устройству, когда никаких каналов трафика не существует. Также существует потребность в средстве и способе, позволяющих предоставить абонентскому устройству возможность определять, когда нет обслуживания, без лишних передач и чтобы ограничить захват для системы связи ограниченными классами или совокупностями классов, когда возможности обслуживания ограничены.
Таким образом, усовершенствованная система связи продолжает нуждаться в поддержке многих пользователей и в минимизации числа безуспешных попыток захвата.
Раскрытие изобретения.
Преимущество настоящего изобретения состоит в создании способа управления доступом абонентских устройств к системе связи, содержащей множество узлов, где каждый узел из множества имеет по крайней мере один радиолуч, связанный с ним, а каждое из абонентских устройств имеет связанный с ним класс пользователей. Способ содержит идентификацию участка земной поверхности с возможностью обнаружения перегрузки во время интервала планирования, вычисление доли пользователей на указанном интервале, который желательно запретить доступ к системе связи, и формирование совокупности запрещенных классов пользователей для запрета на участке на основании доли. Способ, кроме того, заключается в создании параметрической совокупности, которая содержит совокупность запрещенных классов пользователей, идентификацию по крайней мере одного узла из множества узлов и связанного радиолуча, обслуживание которым географического участка ожидается во время интервала планирования, и посылку параметрической совокупности по крайней мере одному узлу. Способ помимо этого предусматривает вещание узлом по связанному с ним радиолучу на канале вещания о параметрической совокупности, в которой предотвращается доступ к системе связи абонентских устройств из совокупности запрещенных классов пользователей.
Другое преимущество настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить способ ограничения доступа к пользователям системы связи, которая доступна через абонентские устройства, которые имеют класс пользователей, связанный с ним. Способ содержит шаги выбора абонентским устройством самого мощного радиолуча из множества радиолучей, причем множество радиолучей связано по крайней мере с одним узлом системы связи, а радиолучи имеют каналы вещания, каналы трафика и каналы захвата, связанного с ним. Способ также содержит прием на абонентском устройстве на канале вещания, связанном с самым мощным радиолучом, параметрической совокупности, которая содержит запрещенные классы пользователей. Способ, кроме того, содержит определение абонентского устройства, является ли класс пользователей, связанный с абонентским устройством, одним из запрещенных классов пользователей, принятым в параметрическом множестве, и нормирование пользователя абонентского устройства, когда класс пользователей, связанный с абонентским устройством, является одним из запрещенных классов пользователей, что обслуживания в настоящее время нет.
В предпочтительном варианте осуществления способ содержит этапы определения, имеется ли второй радиолуч из множества радиолучей, когда класс пользователей, связанных с абонентским устройством, является одним из запрещенных классов пользователей, причем определение основывается на уровне сигналов других радиолучей, и выбора абонентским устройством второго радиолуча, если имеется второй радиолуч, согласно способу, кроме того, осуществляют прием на абонентском устройстве по каналу вещания, связанному со вторым радиолучом, второй параметрической совокупности, которая содержит второй список запрещенных классов пользователей, и определение абонентским устройством, является ли класс пользователей, связанный с абонентским устройством, одним из запрещенных классов пользователей, принятых во второй параметрической совокупности.
В другом предпочтительном варианте осуществления способ содержит шаги инициирования протокола доступа на канале захвата, связанном с самым мощным радиолучом, когда класс пользователей, связанный с абонентским устройством, не является одним из запрещенных классов пользователей, принятым в параметрической совокупности, и прием на канале захвата присваивание канала трафика после успешного завершения протокола доступа, причем канал трафика связан с наиболее мощным радиолучом.
Другое преимущество настоящего изобретения состоит в обеспечении способа работы узла в системе связи, где узел имеет множество радиолучей, связанных с ним, каждый радиолуч из множества радиолучей имеет потребность в услугах связи, связанных с ним, и радиолучи имеют каналы вещания, каналы трафика и каналы захвата, связанные с ними. Способ содержит шаги приема от системы связи параметрической совокупности, связанной по крайней мере с одним радиолучом из множества радиолучей, которая содержит список запрещенных классов пользователей для одного радиолуча, и определения, ниже ли резервной пороговой величины имеющееся число каналов трафика, связанных с радиолучом. Способ, кроме того, предусматривает изменение параметрической совокупности путем включения списка регулируемых классов пользователей, когда имеющееся число каналов трафика по крайней мере в одном радиолуче ниже резервного порогового значения, и вещание параметрической совокупности на связанном канале вещания по крайней мере одного радиолуча.
Еще одним преимуществом настоящего изобретения является обеспечение системы связи, имеющей множество узлов. Система содержит антенну, связанную с одним из множества, где антенна создает радиолуч, многоканальный приемопередатчик, связанный с антенной, где многоканальный приемопередатчик способен передавать и принимать совокупности ортогональных каналов в радиолуче, и процессор, связанный с многоканальным приемопередатчиком. Система помимо этого содержит запоминающую среду, связанную с процессором, где сочетание процессора и запоминающей среды идентифицирует графический участок, вероятно обнаруживающий перегрузку во время интервала планирования, и вычисляет долю пользователей на географическом участке, доступ которых к системе связи не должен допускаться. Сочетание процессора и запоминающей среды, кроме того, формирует совокупность запрещенных классов пользователей для запрещения на географическом участке на основании доли, создает параметрическую совокупность, которая содержит совокупность запрещенных классов пользователей, и идентифицирует узел из множества узлов и связанный радиолуч, обслуживание которым географического участка во время интервала планирования ожидается. Процессоры в сочетании с запоминающей средой, кроме того, сообщают параметрическую совокупность узлу, а многоканальный приемопередатчик передает параметрическую совокупность по связанному радиолулу на канале вещания. В результате предотвращается инициирование доступа к системе связи абонентскими устройствами совокупности запрещенных классов пользователей.
Краткое описание чертежей.
Фиг. 1 иллюстрирует упрощенную схему спутниковой системы связи,
фиг. 2 - пример пакета данных, используемого для переноса связи в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения,
фиг. 3 - упрощенную схему расположения части сотовой картины, образованной на поверхности земли спутниками для системы связи с фиг. 1,
фиг. 4 - упрощенную блок-схему станции спутниковой радиосвязи согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения,
фиг. 5 - упрощенную блок-схему станции управления системы и земной станции, используемых в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения,
фиг. 6 - упрощенную схему абонентского устройства согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения,
фиг. 7 - схему последовательности операций процедур, выполняемых абонентским устройством, согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения,
фиг. 8 - схему последовательности операций процедур, выполняемых станцией управления, согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, а
фиг. 9 - схему последовательности операций процедур, выполняемых узлом связи, согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения.
Лучший вариант осуществления изобретения.
"Спутник" определяется здесь как искусственный объект или транспортное средство, предназначенное для движения по орбите вокруг небесного тела (например, Земли). Слово Земля предназначено для обозначения любого небесного тела, вокруг которого может двигаться по орбите спутник связи. "Плеяда" определяется здесь как совокупность спутников, находящихся на орбитах, для обеспечения указанного обслуживания (например, радиосвязью, фотограмметрией и так далее) части (частей) или всего небесного тела. Плеяда обычно содержит много колец (или плоскостей) спутников и может иметь одинаковое число спутников в каждой плоскости, хотя это не существенно. При использовании здесь термины "ячейка" и "диаграмма направленности антенны" не подразумевают ограничения любым конкретным способом генерирования и включают в себя ячейки и диаграммы направленности антенны, создаваемые либо наземными, либо спутниковыми сотовыми системами связи и/или сочетаниями. Термин "спутник" подразумевает включение в себя и геостационарных, и движущихся по орбитам спутников и/или их сочетания, включая низкоорбитальные спутники земли (LEO).
Фиг. 1 иллюстрирует упрощенную схему спутниковой системы связи 10, рассредоточенной над небольшим телом (например, над Землей) и окружающей его посредством использования орбитальных спутников 12, занимающих орбиты 14. Настоящее изобретение применимо к системам, содержащим спутники, имеющие низкоземельные, среднеземельные и геосинхронные орбиты. Кроме того, это применимо к орбитам, имеющим любой угол наклона (например, к полярной, экваториальной или другой орбитальной структуре).
Иллюстративная система связи 10 использует шесть полярных орбит 14, причем на каждой орбите 14 находится одиннадцать спутников 12, всего шестьдесят шесть спутников 12. Однако это не существенно, и может использоваться большее или меньшее число спутников или большее или меньшее число орбит. Хотя настоящее изобретение с выгодой применяется, когда используется большое число спутников, оно применимо также всего с одним спутником. Для ясности фиг. 1 иллюстрирует только небольшое число спутников 12.
Например, каждая орбита 14 окружает Землю на высоте около 780 км, хотя могут с пользой использоваться и более высокие или более низкие орбитальные высоты. Из-за относительно низких орбит иллюстративных спутников 12 электромагнитная (например, радио, световая и так далее) передача по существу в прямой видимости от любого одного спутника или приема сигналов любым одним спутником включает в себя или охватывает в любой момент относительно маленький участок Земли.
В показанном примере спутники 12 движутся относительно Земли со скоростью около 25000 км/час, давая спутнику 12 возможность быть в поле прямой видимости наземной станции в течение максимального периода около девяти минут.
Спутники 12 устанавливают связь с наземными станциями, которые могут включать в себя некоторое число абонентских устройств радиосвязи (SU) 26 и земных станций (ET) 24, соединенных с управляющей частью системы (SСS) 28. Земные станции 24 могут также соединяться со связными процессорами (GW) 22, которые обеспечивают доступ к коммутируемой телефонной сети общественного пользования (PSTN) или к другим средствам связи. Для ясности и легкости понимания на фиг. 1 показаны только по одному из связных процессоров GW 22, управляющих частей системы SCS 28 и абонентских устройств радиосвязи SU 26. Земные станции ET 24 могут находиться совместно с управляющей частью системы SCS 28 или связным процессором GW 22 или же отдельно от них. Земные станции ET 24, связанные с управляющими частями системы SCS 28, принимают данные, описывающие слежение за спутниками 12, и транслируют пакеты управляющей информации, тогда как земные станции ET 24, связанные со связными процессорами GW 22, только транслируют пакеты данных (например, связанные с идущими вызовами).
Абонентские устройства SU 26 могут находиться в любом месте на поверхности Земли или в атмосфере над Землей. Желательно, чтобы абонентские устройства SU 26 являлись устройствами связи, способными передавать данные спутникам 12 и принимать данные от них. К примеру, абонентские устройства SU 26 могут быть ручными портативными сотовыми телефонами, приспособленными для связи со спутниками 12. Обычно абонентским устройствам SU 26 не нужно выполнять какие-нибудь функции управления для системы связи 10.
Сеть 10 может приспосабливаться к любому числу, возможно к миллионам, абонентских устройств 26. В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения абонентские устройства 26 устанавливают связь с ближайшими спутниками 12 через абонентские линии 16. Линии 16 заключают в себе ограниченную часть электромагнитного спектра, который делиться на многочисленные каналы. Желательно, чтобы линии 16 были сочетаниями частотных каналов диапазона L [40-60 ГГц] и могли заключать в себе связь (в инфракрасном диапазоне) с "многоступенчатым доступом с частотным разделением каналов" (FDMA) и/или с "многостанционным доступом с временным разделением каналов" (TDMA) или с сочетанием их. Как минимум, спутник 12 непрерывно передает по одному или по большему числу каналов вещания 18. Абонентские устройства 26 устанавливают синхронизацию с каналами вещания 18 и контролируют каналы вещания 18 для обнаружения информационных сообщений, которые могут быть адресованы им. Абонентские устройства 26 могут передавать сообщения спутникам 12 по одному или по большему числу каналов захвата 19. Каналы вещания 18 и каналы захвата 19 не предназначаются для любого одного абонентского устройства 26, а совместно используются одновременно всеми абонентскими устройствами 26, находящимися в пределах видимости спутника 12.
С другой стороны, каналы трафика 17 являются дуплексными каналами, которые время от времени присваиваются определенным абонентским устройством 26 спутниками 12. В предпочитаемых вариантах осуществления настоящего изобретения для передачи данных по каналам 17 - 19 используется цифровой формат, а каналы трафика 17 поддерживают связь в реальном времени. По крайней мере один канал трафика 17 присваивается для каждого вызова, и каждый канал трафика 17 имеет достаточную ширину полосы для поддержки как минимум одновременного двустороннего речевого разговора. Для поддержки связи в реальном времени желательно использовать схему многостанционного доступа с временным разделением каналов (TDMA) для разделения времени на кадры предпочтительно в диапазоне 60 - 90 миллисекунд. Определенным каналам трафика 17 в каждом кадре присваиваются определенные временные интервалы передачи и приема, предпочтительно имеющие длительности в диапазоне 3 - 10 миллисекунд. Аналоговые звуковые сигналы преобразуются в цифровой формат таким образом, чтобы сигнал всего кадра передавался или принимался в одном коротком и имеющем высокую скорость пакете в течение выделенного временного интервала. Предпочтительно, чтобы каждый спутник 12 поддерживал до тысячи или больше каналов трафика 17 таким образом, чтобы каждый спутник 12 мог одновременно обслуживать подобное число независимых вызовов.
Спутники 12 устанавливают связь с другими ближайшими спутниками 12 через перекрестные линии 23. Таким образом, связь от абонентского устройства 26, находящегося в любой точке на поверхности Земли или вблизи нее, может маршрутизироваться через плеяду спутников 12 в диапазоне по существу любой точки на поверхности земли. Связь может маршрутизироваться вниз к абонентскому устройству 26 на поверхности земли или вблизи нее от спутника 12, используя абонентскую линию 16. Вместо этого связь может маршрутизироваться вниз к или же вверх от любой из многих земных станций ET 24, которых на фиг. 1 показано только две, через земные линии 15. Желательно, чтобы земные станции ET 24 были распределены по поверхности земли в соответствии с геополитическими границами. В предпочитаемых вариантах осуществления каждой спутник 12 в любой данный момент может устанавливать связь с земными станциями ET 24 числом до четырех и более чем с тысячью абонентских устройств 26.
Управляющая часть системы SCS 28 осуществляет контроль за исправностью и состоянием узлов связи системы (например, связных процессоров GW 22, земных станций ET 24 и спутников 12), и желательно, чтобы она управляла операциями системы связи 10. Одна или большее число земных станций ET 24 обеспечивают первичный связной интерфейс между управляющей частью системы SCS 28 и спутниками 12. Земные станции ET 24 включают в себя антенны и радиочастотные приемопередатчики, и желательно, чтобы они выполняли функции телеметрии, слежения и управления для плеяды спутников 12.
Связные процессоры GW 22 могут выполнять функции обработки вызова в сочетании со спутниками 12 или же связные процессоры GW 22 могут исключительно манипулировать обработкой вызова и распределением вызова, манипулируя возможностями в системе связи 10. Различные наземные системы связи, такие как коммутируемая телефонная сеть общественного пользования PSTN, могут получать доступ к системе связи 10 через связные процессоры GW 22.
При плеяде из шестидесяти шести спутников 12 из примера по крайней мере в любой момент один из спутников 12 находится в прямой видимости из каждой точки поверхности Земли (то есть получается полный охват поверхности Земли). Теоретически любой спутник 12 может находиться в прямом или непрямом обмене данными с любым абонентским устройством SU 26 или с любой земной станцией ET 24 в любой момент посредством маршрутизации данных через плеяду спутников 12. Соответственно, система связи 10 может устанавливать маршрут связи для передачи данных через плеяду спутников 12 между любыми двумя абонентскими устройствами SU 26, между управляющей частью системы SCS 28 и связным процессором GW 22, между любыми двумя связными процессорами GW 22 или между абонентским устройством SU 26 и связным процессором GW 22.
Настоящее изобретение также применимо к плеядам, где полный охват Земли не достигается (то есть там, где имеются "дыры" в охвате связью, обеспечиваемой плеядой), и к плеядам, где происходит множественный охват частей Земли (то есть там, где в прямой видимости из точки земной поверхности находится больше одного спутника).
Как обсуждалось выше, связь в предпочитаемых вариантах осуществления происходит в цифровом формате. На фиг. 2 показана блок-схема иллюстративного пакета данных 30, который может использоваться для переноса связи абонентскому устройству 26. Пакет 30 включает в себя заголовок 32, который несет данные, идентифицирующие характеристику типа, которая должна быть связана с пакетом 30, длину, которая должна быть связана с пакетом 30, и любую другую информацию, обычно включаемую в заголовки пакетов данных. Характеристика типа может указывать, несет ли пакет исключительно управляющие сообщения системы или же несет ли он абонентский трафик. Включается маршрутизационный код 34 для того, чтобы указать системе 10 (фиг.1), куда доставлять пакет 30.
Абонентский идентификационный номер (ID) 36 представляет код, который однозначно идентифицирует абонентское устройство 26 и который известен идентифицируемому абонентскому устройству и любому спутнику 12 (фиг. 1), обеспечивающему канал трафика 17 (фиг. 1) абонентскому устройству 26. Абонентское устройство 26 осуществляет контроль за абонентскими идентификационными номерами 36, передаваемыми по каналу вещания 18 (фиг.1) для определения, для него ли предназначены пакеты 30. Спутник 12 использует абонентские идентификационные номера 36 из пакетов 30, которые несут трафик абонентского устройства, для маршрутизации таких пакетов 30 по каналам трафика 17, присвоенным идентифицированному абонентскому устройству 26.
Заголовок 32, маршрутизационный код 34 и абонентский идентификационный номер 36 представляют непроизводительные данные, которые служат для получения пакета 30 в его месте назначения. В месте назначения пакета потребляются полезные данные 38. Другими словами, цель посылки пакета 30 в место назначения обычно состоит в доставке полезных данных 38, а не заголовка 23, маршрутизационного кода 34 или абонентского идентификационного номера 36. Полезные данные 38 включают в себя либо данные управления системы 40, либо данные управления системы 40 вместе с абонентским трафиком 42 (например, речью и/или данными). Данные управления системы - это команды или сообщения, которые интерпретируются и действуют на абонентские устройства 26. Эти команды обычно очень коротки. Когда данные управления системы доставляются по каналу вещания 18, абонентский трафик 42 опускается, а получившийся в результате пакет очень короток, так чтобы по каналу вещания 18 могло осуществляться вещание как можно большого числа сообщений. Абонентский трафик 42 представляет собой все абонентские данные, переносимые в ходе вызова. Когда пакет 30 доставляется по каналу трафика 17, добавляется значительное количество абонентского трафика. Как обсуждалось выше, абонентским трафиком 42 может переносится цифровой вариант всего кадра разговорных звуковых сигналов.
По сравнению с размером абонентского трафика 42 длина данных управления системы 40 незначительна. Таким образом, во время продолжения вызова данные управления системы 40 могут доставляться абонентскому устройству 26 вместе с абонентским трафиком 42. Примеры сообщений управления системы, которые могут доставляться с абонентским трафиком 42 через канал трафика 17, включают в себя сообщения, которые информируют абонентское устройство 26, что другая сторона вызова "зависла", что абонентское устройство 26 ожидается другим вызовом и пользователю абонентского устройства 26 представляется любое число сообщений данных оповещения, результатом которых являются речевые сообщения или другая форма оповещения. Оповещение, которое может предоставляться пользователю во время продолжения вызова, может, например, предупреждать пользователя, как скоро перестанут предоставляться услуги связи или когда гарантируется состояние обслуживания. Желательно также, чтобы это оповещение могло предупреждать пользователя о том, когда запрещается определенный класс пользователей, как обсуждается ниже.
На фиг. 3 показана типовая схема расположения сотовой диаграммы направленности антенны, проектируемой спутниками 12 на небесное тело. Каждый спутник 12 включает в себя решетку направленных антенн (не показана). Каждая антенна проектирует многочисленные отдельные радиолучи 35 на поверхности земли под многочисленными различными углами со своего спутника 12. На фиг. 3 показана схема получившейся в результате картины ячеек 34, которую спутники 12 образуют на поверхности земли. Область зоны обслуживания 36, которая ограничивается на фиг. 3 двойной линией, происходит от радиолучей 35, производимых антенной решеткой спутника 12. Ячейки 34, которые находятся за пределами области 36, производятся антенными решетками других спутников 12.
Точное число совокупностей каналов, на которые делится спектр, используемый спутниками 12, для настоящего изобретения не важно. Фиг. 3 показывает иллюстративное присваивание совокупностей каналов ячейкам 34 в соответствии с настоящим изобретением и в соответствии с делением спектра на семь отдельных совокупностей каналов. На фиг. 3 делается ссылка на семь отдельных совокупностей каналов посредством использования символом "A", "B", "C", "D", "E", "F" и "G". Специалисты в этой области техники оценят, что может использоваться разное число совокупностей каналов, например двенадцать, и что если используется отличающееся число, получившееся в результате присваивание совокупностей каналов ячейкам 34 будет отличаться от картины присваивания, изображенной на фиг. 3. Точно так же, специалисты в этой области техники оценят, что каждая совокупность каналов может включать в себя один канал или любое число ортогональных каналов. Как иллюстрируется на фиг. 3, присваивание совокупностей каналов ячейкам 34 дает возможность повторного использования ограниченного спектра в географически разнесенных ячейках 34. Другими словами, совокупности неортогональных каналов одновременно несут связь без взаимных помех, потому что ячейки 34, где используются совокупности неортогональных каналов, разнесены друг от друга и не перекрываются. Кроме того, каждое абонентское устройство 26 способно работать с раздельными совокупностями каналов, и определенная совокупность каналов, используемая в любой определенный момент любым определенным абонентским устройством 26, управляется системой связи 10.
Обычно сотовые связи используют различные способы для распределения имеющегося ограниченного электромагнитного спектра для каждой ячейки. В системах с частотным уплотнением (FDM) или с многостанционным доступом с частотным разделением каналов (FDMA) указанные поддиапазоны частоты выделяются из ресурса связи (то есть ограниченного электромагнитного спектра, выделенного для пользователя). В сотовой системе связи с частотным уплотнением (FDM) и/или с многостанционным доступом с частотным разделением каналов (FDMA) каждая ячейка присваивается одной из этих групп частот так, чтобы не вызывать взаимных помех с соседними или ближайшими ячейками. Например, в семичастотной схеме повторного использования, например, смотрите фиг. 3, частотные присваивания фиксируются для семи отдельных совокупностей каналов, обозначаемых символами "A", "B", "C", "D", "E", "F" и "G", как описывалось ранее. Устройство семичастотного повторного использования у ячеек помогает предотвратить взаимные помехи между ячейками при одинаковых частотных присваиваниях (так называемые общеканальные ячейки) путем разделения этих ячеек по крайней мере двумя ячейками с другим частотным присваиванием, хотя более желательно иметь только одну ячейку, разделяющую общеканальные ячейки.
Сотовые системы связи также используют временное уплотнение (TDM) или многостанционный доступ с временным разделением каналов (TDMA), где имеются периодически повторяющиеся временные интервалы, во время которых передается и/или принимается информация сообщений определенного пользователя. Пользователи приписываются определенным временным интервалам, управляемым главным контроллером, синхронизированным главными синхронизационными импульсами. При обращении к фиг. 3, каждой отдельной совокупности каналов, обозначаемой символами "A", "B", "C", "D", "E", "F" и "G", может присваиваться один временной интервал. Каждая ячейка может использовать один и тот же частотный канал или совокупность каналов без взаимных помех, потому что пользователи в каждой ячейке только принимают или передают информацию во время их присвоенного временного интервала. Каждый временной интервал может содержать один пакет сообщения (то есть временные интервалы одного сообщения) или же пакеты многих сообщений (то есть много временных интервалов, каждый из которых содержит одно сообщение).
В некоторых приложениях желательно использовать сочетание многостанционного доступа с частотным разделением каналов (FDMA) и многостанционного доступа с временным разделением каналов (TDMA). Например, вместо использования одних и тех же частотных каналов или совокупностей каналов для сети и выделения различных временных интервалов различным ячейкам можно чередовать частоты между ячейками и присваивать ячейке тот же самый или другой временной интервал. При многостанционном доступе с частотным разделением каналов (FDMA) и многостанционном доступе с временным разделением каналов (TDMA) некоторые частоты и временные интервалы обычно резервируются для передачи сигналов и/или управления доступом и обычно недоступны для общепринятых разговоров и/или переноса данных пользователей (то есть для протокола доступа). Желательно также, чтобы для этой цели резервировались некоторые каналы и/или временные интервалы системы с сочетанием многостанционного доступа с частотным разделением каналов и многостанционного доступа с временным разделением каналов (FDMA/TDMA) предпочитаемого варианта осуществления настоящего изобретения. Методы связи с многостанционным доступом с частотным разделением каналов и с временным разделением каналов (FDMA и TDMA) и их сочетанием хорошо известны специалистам в этой области техники.
Ресурс связи (то есть ограниченный электромагнитный спектр) может также разделяться путем использования гибридного сочетания многостанционного доступа с частотным разделением
каналов (FDMA) и многостанционного доступа с временным разделением каналов (TDMA), известной в этой области техники как мультиплексирование с кодовым разделением (CDM) или многостанционный доступ с кодовым разделением каналов (CDMA). Многостанционный доступ с кодовым разделением каналов (CDMA) - это метод с расширенным спектром, в котором выделяются указанные элементы совокупности ортогональных или почти ортогональных кодов расширенного спектра, каждый из которых использует полную ширину полосы канала. Два общих метода расширенного спектра - это метод прямой последовательности и метод с псевдослучайной перестройкой частоты. Эти методы связи хорошо известны в этой области техники.
Другие методы в этой области техники для выделения ресурса связи содержат "пространственное разнесение" (SD) и "поляризационное разнесение" (PD). В системе с пространственным разнесением антенны с иглообразной диаграммой направленности могут использоваться для разделения радиосигналов путем их направления в различных направлениях. Это также дает возможность повторного использования одной и той же полосы частот. В системе связи с поляризационным разнесением для разделения сигналов используется ортогональная поляризация, тоже дающая возможность повторного использования одной и той же полосы частот. Эти методы связи тоже хорошо известны в этой области техники.
Хотя конкретный метод связи (то есть способ выделения ресурса связи) не важен для настоящего изобретения, специалисты в этой области техники поймут, что в настоящем изобретении может использоваться любое сочетание описанных выше методов связи.
На фиг. 4 показана блок-схема станции радиосвязи, обеспечиваемой спутником 12. Желательно, чтобы все спутники 12 в условиях окружающей среды 10 (смотрите фиг. 1) содержали оборудование, которое иллюстрируется блок-схемой с фиг. 4. Спутник 12 содержит приемопередатчики перекрестных линий 72 и связанные с ними антенны 74. Приемопередатчики 72 и антенны 74 поддерживают перекрестные линии связи с другими ближайшими спутниками 12. Приемопередатчика земных линий 76 и связанные антенны 78 поддерживают земные линии для установления связи с земными станциями 24 (фиг. 1). Кроме того, приемопередатчики абонентских устройств 80 и связанные с ними антенны 82 поддерживают абонентские устройства 26 (фиг. 1). Желательно, чтобы каждый спутник 12 мог одновременно поддерживать линию связи с несколькими тысячами и более абонентских устройств (фиг. 1). Для специалистов в данной области техники представляется очевидным, что антенны 74, 78 и 82 могут осуществляться либо как одиночные антенны с многолепестковыми диаграммами направленности, либо как группы отдельных антенн. Желательно, чтобы антенна абонентского устройства была фазированной антенной решеткой, способной получать доступ ко многим ячейкам 34 (фиг. 1) одновременно.
Контроллер 84 связан с каждым из приемопередатчиков 72, 76 и 80, а также с памятью 86 и с таймером 88. Контроллер 84 может реализовываться с использованием одного или нескольких процессоров. Контроллер 84 использует таймер 88 для сохранения, среди прочего, текущей даты и времени. Память 86 сохраняет данные, которые служат в качестве команд для контроллера 84 и которые, когда они исполняются контроллером 84, вызывают выполнение спутником 12 процедур, которые обсуждаются ниже. Кроме того, память 86 содержит переменные, таблицы и базы данных, которыми манипулируют при работе спутника 12.
Желательно, чтобы приемопередатчиками абонентских устройств 80 были многоканальные приемопередатчики с многостанционным доступом с частотным разделением каналов (FDMA) и/или с временным разделением каналов (TDMA), способные передавать и принимать на всех различных выбираемых частотах в продолжение определенных выбираемых временных интервалов, как указывается контроллером 84. Приемопередатчики абонентских устройств 80 содержат многоканальные радиоустройства, имеющие достаточное число каналов для обеспечения требуемого числа частот передачи и приема для доступа и управления сигнала и для речи и/или данных пользователя. Контроллер 84 может предусматривать распределение присваиваний частот и временных интервалов, передачу обслуживания от ячейки к ячейке с обеспечением непрерывности и другие непроизводительные функции и функции управления и контроля. Желательно, чтобы приемопередатчики абонентских устройств 80 предусматривали передачу и прием на любой совокупности частотных каналов таким образом, чтобы любые приемопередатчики абонентских устройств 80 могли при необходимости использовать всю спектральную пропускную способность всех совокупностей частотных каналов путем наличия способности манипулировать всеми присваиваниями частот и временных интервалов.
Фиг. 5 - это упрощенная схематическая диаграмма части станции управления 65 и части наземной станции 68 в соответствии с настоящим изобретением. Желательно, чтобы станция управления 65 и наземная станция 68 были частью управляющей части системы SCS 28 (фиг. 1) и земной станции ET 24 (фиг. 1) соответственно. Станция управления 65 содержит процессор 60, связанный со связанной с ним запоминающей средой 62 (например, с памятью с произвольным доступом или RAM, с другими полупроводниковыми или магнитными запоминающими устройствами считывания-записи, с оптическим диском, с магнитной лентой, с гибким диском, с жестким диском и так далее) через линию 61. Наземная станция 68 содержит антенну 70, связанную с передатчиком 65 и приемником 67 через линию 69. Передатчик 65 и приемник 68 связаны с процессором 60 через линии 64 и 66 соответственно. Желательно, чтобы процессор 60 выполнял процедуры, иллюстрируемые ниже и описываемые в связанном с ними тексте. Например, желательно, чтобы, в дополнение к выполнению других задач, которые являются соответствующими, процессор 60 сохранял результаты таких процедур в запоминающей среде 62. Передатчик 65 и/или приемник 67 передают сообщения спутникам 12 и/или принимают сообщения от них.
Общепринятые сотовые радиоустройства и системы описываются, например, в патентах США 4783779, 4144412 и 5097499, а спутниковые системы связи описываются, например, в патентах США 4722083 и 4819227. Антенны абонентских устройств 82 (фиг. 4), приемопередатчики абонентских устройств 80 (фиг. 4), станция управления 28 (фиг. 1) и земная станция 24 (фиг. 4) выполняют эти функции и содержат по крайней мере те варианты оборудования, которые, как общепринятого, связаны с коммутируемыми наземными и спутниковыми сотовыми системами связи, плюс дополнительные функции и оборудование, объясняемые более подробно ниже.
Процессор 60, в целом, осуществляет контроль и управление доступом пользователя, приемом и передачей сообщений, установлением канала, радионастройкой, присваиванием частот и временных интервалов и другими функциями сотовой радиосвязи и управления, которыми не управляет и которые не обеспечивает контроллер 84 (фиг. 4). Желательно, чтобы процессор 60 и/или контроллер 84 (фиг. 4) исполнял процедуры, позволяющие пользователю получать доступ к системе связи 10. Это может содержать процедуры для протоколов для установления канала и других связанных с этим функций, как обсуждается ниже.
Фиг. 6 показывает блок-схему типичного абонентского устройства (SU) 26 (аналогичного абонентскому устройству 26 с фиг. 1), которое устанавливает связь с системой связи 10. Абонентское устройство может также устанавливать связь через систему связи 10 с другими абонентскими устройствами 26 или с другим устройством связи. Абонентское устройство 26 содержит приемопередатчик 42, который передает и принимает сигналы для системы связи 10 и от нее, используя антенну 41. Желательно, чтобы приемопередатчик 42 был многоканальным приемопередатчиком, способным передавать и принимать на всех частотных каналах в указанных временных интервалах, как требуется системой связи 10.
Желательно, чтобы приемопередатчик 42 содержал часть приемопередатчика канала захвата, часть приемника канала вещания и часть приемопередатчика канала трафика. Часть приемопередатчика канала захвата устанавливает связь на одном из нескольких каналов захвата, как определяется спутником 12, и используется главным образом во время протоколов получения доступа, когда абонент хочет получить доступ к системе связи 10, как обсуждалось ранее. Часть приемопередатчика канала трафика устанавливает связь с системой связи 10 на канале трафика, присвоенном спутником 12. Для специалистов в данной области техники очевидно, что часть приемопередатчика канала захвата, часть приемника канала вещания и часть приемопередатчика канала трафика могут содержаться в одном устройстве, способном к обеим функциям. Приемопередатчик 42 связан с процессором 44, который управляет параметрами частоты и синхронизации, на которых работает приемопередатчик 42. Кроме того, желательно, чтобы процессор 44 управлял уровнем мощности, на котором приемопередатчик 42 передает сигналы. И еще, желательно, чтобы процессор 44 был связан с секцией ввода-вывода (1/0) 46, с таймером 48 и с памятью 43. Процессор 44 использует таймер 48 для сохранения текущих даты и времени. Память 43 содержит полупроводниковые, магнитные и другие запоминающие устройства для сохранения данных, которые служат в качестве команд для процессора 44 и которые при исполнении процессором 44 называют выполнение абонентским устройством 26 процедур, которые обсуждаются ниже. Помимо этого, память 43 содержит переменные, таблицы и базы данных, которыми манипулируют при работе абонентского устройства 26.
Секции ввода-вывода (1/0) 46 абонентского устройства 26 используются для сбора входных сигналов от пользователя абонентского устройства 26 и для обеспечения выходных сигналов для восприятия пользователем. Желательно, чтобы секция ввода-вывода 46 содержала, например, кнопочный номеронабиратель 45 для сбора чисел, которые идентифицируют сторону, которой может направляться вызов, выключатель питания 47 для управления подачей и отключением питания абонентского устройства 26, клавишу посылки 49 для указания, что уже был введен номер вызываемой стороны, и рычажный переключатель 51. Желательно, чтобы мог использоваться дисплей 52 для представления пользователю визуальной информации и чтобы могли использоваться сигнальное устройство или звуковой сигнализатор 53 для звукового предупреждения пользователя. Желательно, чтобы микротелефонная трубка или многотональное устройство 50 преобразовывало звуковые сигналы в электрические и наоборот.
Для получения доступа к системе связи 10 абонентскому устройству 26 должен присваиваться канал трафика 17. Канал трафика 17 может быть любым сочетанием частотных каналов и/или временных интервалов, как обсуждалось ранее. Для осуществления этого абонентское устройство 26 выбирает канал захвата 19, обеспечиваемый спутником 12. Желательно, чтобы спутник 12 обеспечивал несколько каналов захвата и в предпочтительном варианте осуществления обеспечивал по крайней мере шесть или больше каналов захвата 19. Выбор конкретного канала захвата 19 абонентским устройством 26 может быть случайным или же канал может выбираться некоторым предварительно определенным образом. После выбора канала захвата 19 абонентское устройство 26 инициирует протокол со спутником 12 на канале захвата. Желательно, чтобы абонентское устройство 26 могло инициировать протокол ALOHA и предпочтительно протокол ALOHA с временными интервалами, хорошо известный в этой области техники. Как часть протокола, абонентское устройство 26 принимает присваивание канала трафика 17, как обсуждалось ранее.
В случаях большой нагрузки абонентские устройства 26 могут мешать друг другу при передаче на канале захвата 19 с тем результатом, что относительно немного абонентских устройств 26 действительно завершают протокол и принимают присваивание канала передачи 17. Эти явления известны как "пробуксовка".
Для уменьшения или предотвращения "пробуксовки" среди конкурирующих абонентских устройств 26 во время протоколов доступа абонентским устройствам присваивается идентификатор класса. В Таблице показаны примеры нескольких идентификаторов классов, которые могут присваиваться различным классам пользователей. Идентификаторы классов могут также присваиваться случайно, как в случае регулярных классов пользователей. Точное число классов не важно для настоящего изобретения, пока число членов одного класса в спутниковом радиолуче 35 (фиг. 3) уменьшает вероятность состояния перегрузки, которое порождается.
Для присваивания идентификатора класса абонентскому устройству идентификатор класса вводится в каждое абонентское устройство. Желательно, чтобы идентификатор класса помещался в память 43 (фиг. 6) абонентского устройства 26 и делался во время начального приведения в действие абонентского устройства. Предпочтительно, чтобы идентификатор класса не менялся индивидуальным пользователем и оставался постоянным, когда абонентское устройство 26 присваивается конкурентному пользователю или группе пользователей.
На фиг. 1, как обсуждалось ранее, управляющая часть системы SCS 28 обеспечивает параметры для спутников 12 для управления работой оборудования связи (например, фиг. 4), обеспечиваемого спутником 12. Желательно, чтобы эти параметры могли содержать совокупность запрещенных классов пользователей (то есть, например, классов пользователей 7, 9 и 11 из таблицы). В течение периодов, когда желательно ограничить захват спутника до некоторого ограниченного класса или совокупности пользователей, спутник 12 осуществляет вещание идентификаторов запрещенных классов на канале вещания 18. Абонентским устройством 26, имеющим одни из запрещенных классов пользователей, будет запрещаться инициирование протокола доступа на канале захвата 19, предотвращая этим доступ к спутнику 12. Преимущество заключается в том, что абонентское устройство не будет занимать канал захвата 19 только для того, чтобы выяснить, что нет никаких каналов трафика 17. Таким образом, абонентскому устройству 26 не будет присваиваться канал трафика 17 и оно будет неспособно установить связь с системой 10.
Желательно, чтобы совокупность запрещенных классов пользователей могла меняться со временем, давая всем пользователям возможность доступа к спутнику 12. Кроме того, во время чрезвычайных ситуаций, как природные бедствия, доступ может запрещаться всем классам пользователей, за исключением тех пользователей, которые введены с идентификатором класса для обслуживаний в чрезвычайных обстоятельствах (например, 2) испытания системы и ухода за ней (например, 1).
В других ситуациях, где многие абонентские устройства в области зоны обслуживания 36 (фиг. 3) или в одной ячейке (фиг. 3) хотят получить доступ к спутнику 12, идентификатор класса может служить в качестве ранжирования по приоритетам, в котором абонентские устройства с более низким числовым идентификатором класса получают приоритет в протоколах доступа над абонентскими устройствами с более высоким числовым идентификатором класса. Например, абонентские устройства 26, которым присвоен идентификатор "2", могут получать приоритет над абонентскими устройствами с идентификатором класса "4", и аналогично, абонентские устройства, которым присвоен идентификатор класса "14", могут получать приоритет над абонентскими устройствами с идентификатором класса "15". Приоритет присваивания может также чередоваться среди классов регулярных абонентов с тем, чтобы, например, классам пользователей с более высоким номером не всегда давался более низкий приоритет, чем классам пользователей с более высоким номером. Например, пользователи с идентификатором класса "15" временами могут иметь приоритет над пользователями с идентификатором "13".
В спутниковой системе связи 10 (фиг. 1), где спутники перемещаются относительно друг друга, относительные положения радиолучей 35, производимых различными спутниками 12, меняются. Например, когда спутники находятся на полярных орбитах 14, когда спутники 12 движутся от земного экскаватора к полюсу, радиолучи на краях соседних спутников начинают перекрываться и при некоторых обстоятельствах перекрывающиеся лучи отключаются. Желательно, чтобы предотвращались попытки захвата абонентскими устройствами 26 спутникового радиолуча, который собирается отключиться. В этой ситуации, где спутник 12 будет отключать радиолучи, спутник 12 осуществляет вещание параметров, которые могут содержат увеличивающееся число запрещенных классов пользователей. Например, в пределах 15 секунд от момента, когда спутниковый радиолуч планируется по расписанию выключить, могут запрещаться все классы.
Согласно фиг. 4 желательно, чтобы в предпочтительном варианте осуществления контроллер 84 измерял потребность каждой ячейки 34 (фиг. 3) путем измерения числа текущих и поставленных на очередь запросов на обслуживание абонентскими устройствами SU 26 и нагрузку путем измерения числа абонентских устройств SU 26, обслуживаемых в настоящее время. Желательно, чтобы контроллер 84 вычислял тенденцию потребностей каждой ячейки 34 в предварительно определенных интервалах, называемых интервалами планирования. В предпочитаемых вариантах осуществления контроллер 84 использует информацию о потребности и нагрузке, измеренную на всем интервале планирования. Длина интервала планирования зависит, среди прочего, от нагрузки и орбиты спутника. В предпочтительном варианте осуществления длина интервала может находиться в диапазоне между 15 секундами и одной минутой. Контроллер 84 сравнивает текущую информацию о нагрузке и потребности с информацией о пропускной способности ячейки в памяти 86 и определяет, сколько пропускной способности остается неиспользованной.
В другом предпочтительном варианте осуществления желательно, чтобы процессор 60 (фиг. 5) сравнивал текущие нагрузки ячейки, потребность и тенденцию потребности с прошлыми значениями потребности ячейки. Желательно также, чтобы процессор 60 предсказывал для каждой ячейки, достаточна ли пропускная способность ячейки для теперь же предсказуемой потребности. Предпочтительно, чтобы прогноз основывался на тенденции потребности, прошлых данных и/или их сочетаниях. Прошлые данные хранятся в запоминающей среде управляющей части системы SCS 65.
Если потребность в обслуживании достигает предварительно определенного уровня или предсказывается приближение к предварительно определенному уровню (например, 90% от пропускной способности ячейки), то процессор 60 указывает спутнику 12 осуществлять вещание запрещенного класса или классов пользователей. Желательно, чтобы управляющая часть системы SCS 28 определяла, какой класс или классы пользователей запрещаются.
Предшествующая информация, содержащаяся в запоминающей среде 62 управляющей части системы SCS 65, вообще говоря основывается на действительном опыте запросов пользователей о доступе к системам и том, как менялась нагрузка системы в зависимости от времени дня, дня недели, дня месяца календарной даты, праздников или других дат особых событий и так далее. Информация о прошлом может порождаться процессором 60 или контроллером 84 и может также содержаться в памяти 86 спутника 12. Информация о прошлом в запоминающей среде 62 может также подаваться оператором системы. Желательно, чтобы информация о прошлом относилась к конкретным географическим местам и, что предпочтительно, относилась к конкретным моментам времени дня, недели, месяца и так далее, где потребность в обслуживании меняется. Например, когда спутник 12 может проходить над участком с высокой потребностью в час пик, потребность в обслуживании будет значительно выше, чем для участка с низкой плотностью населения в последние ночные часы. Желательно, чтобы таблицы в запоминающей среде 62 содержали потребность в обслуживании, основанную на таких предсказаниях.
При желании оператора системы контроллер 84 и/или процессор 60 может обновлять данные о прошлом в запоминающей среде 62 по мере накопления нового опыта. Так как ожидается, что состояния самой большой перегрузки и высокой потребности будут повторяющимися, а именно, вероятно, происходят в одни и те же часы в те же дни недели и/или месяца, использование данных о прошлом для предсказания потребности в обслуживании оказывает большую часть помощи в управлении тем, когда запрещать классы пользователей и сколько их требуется запрещать.
Хотя показано, что контроллер 84 и память 86 содержатся в спутнике 12, это не существенно. Функции контроллера могут также выполняться на земле управляющей частью системы SCS 28. Кроме того, хотя предпочитается, чтобы процессор 60 и запоминающая среда 62 содержались в управляющей части системы SCS 28, это не существенно. Функции центрального процессора и функции памяти могут распределяться или сосредотачиваться в любом месте системы. Например, может использоваться главная станция управления и некоторые из функций контроля и управления, описанных выше, или все они, которые сосредоточены в ней. Вместо этого эти функции контроля и/или управления могут распределяться по различным уровням системы в иерархической сети, причем каждый уровень ответственен за контролирование и управление присвоений возможностей для уровня ниже и/или от него (то есть для его подчиненного) и за поиск от уровня выше (то есть для его старшего), данные коорбинации и данные предсказания доступа пользователя к равным или от них.
При наличии информации с предшествующих потребностей, настроенной на часы и календарь, спутник 12 и/или управляющая часть системы SCS 28 могут изменять классы запрещенных пользователей для получения соответствия прошлым почасовым, подневным, понедельным и/или помесячным флуктуациям потребности, когда не контролируется действительная потребность или тенденция потребности. Процедуры установления соответствия прошлых данных одной тенденции потребности достаточно для того, чтобы обеспечить улучшенное обслуживание, даже без постоянного контроля за нагрузкой ячейки. Однако контроль за нагрузкой ячейки в реальном времени предпочтителен, так как он действует в качестве проверки на точность предсказания, основанного на прошлых тенденциях, и позволяет постоянно обновлять прошлые тенденции.
Кроме того, запоминающая среда 62 может содержать таблицы или присваивания для обеспечения предварительно определенного списка запрещенных классов пользователей для конкретных ячеек, где при нормальных условиях бывает высокая потребность в пользовательских услугах, такая как на участках с высокой плотностью населения. Например, запрещенные классы пользователей могут предварительно определяться в Австралии, где есть участки высокой плотности населения по прибрежным областям и относительно близкие с низкой плотностью населения в расположенных в центре пустынных или малонаселенных областях. Другим примером были бы области с высокой плотностью вдоль восточного побережья Соединенных Штатов. Спутниковая система связи мо-10 может вначале определять запрещенные классы пользователей из ячеек и/или зон обслуживания антенн, которые проектируются на участок земли.
Фиг. 7 иллюстрирует процедуру захвата 100, выполняемую абонентским устройством 26 каждый раз, когда требуется доступ к системе 10. Когда пользователь хочет инициировать связь, он может инициировать запрос на обслуживание 102. Это может осуществляться либо путем включения абонентского устройства, либо набором требуемого телефонного номера. Задача 104 командует абонентскому устройству 26 выбрать радиолуч 35 (фиг. 3) спутника 12 с самым сильным радиочастотным сигналом. В зависимости от типа запрашиваемого обслуживания абонентское устройство 26 может временно изменять свой идентификатор класса в соответствии с задачей 106. Например, когда абонент с идентификатором класса "15" (смотрите таблицу) запрашивает обслуживание для чрезвычайных обстоятельств 107, например, путем набора номера, идентификатор класса абонентского устройства может временно изменяться с "15" на "3". Это временное изменение класса пользователей дает абонентскому устройству приоритет над всеми другими абонентскими устройствами с более высокими идентификаторами классов. После выбора радиолуча 35 задача 108 осуществляет контроль за каналом вещания 18 и, помимо прочего, принимает от спутника 12 список классов пользователей, в текущий момент запрещенных в выбранном радиолуче 35. Абонентское устройство 26 также принимает от спутника 12 информацию, описывающую, какие каналы были присвоены в качестве каналов захвата. Если нет никаких идентификаторов запрещенных классов, определенных в задаче 100, задача 112 выбирает рассматриваемый радиолуч. Если же запрещенные классы имеются, задача 114 сравнивает список запрещенных классов с классом пользователей, который был присвоен абонентскому устройству, и определяет, содержит ли абонент один из запрещенных классов. Если абонентское устройство не находится в одном из запрещенных классов, задача 112 выбирает рассматриваемый радиолуч.
Если класс абонентского устройства является одним из запрещенной совокупности классов, задача 116 определяет, имеются ли другие радиолучи со спутника 12. Задача 116 может основывать решение на достаточности силы сигнала других радиолучей. Если никаких других радиолучей нет, задача 120 изображает сообщение для пользователя инициировать связь позже. Примеры таких сообщений могут также содержать сообщения "система занята" и сообщения "попытайтесь снова попозже".
Если другие радиолучи есть и могут приниматься абонентским устройством 26, задача 118 выбирает другой радиолуч от спутника 12. Задачи со 108 по 120 повторяются для каждого имеющегося радиолуча.
После окончательного выбора радиолуча задачей 112 задачи 122 выбирает канал захвата 19 и инициирует протокол доступа на выбранном канале захвата. Желательно, чтобы спутник 12 обеспечивал информацию о том, на каких частотах и/или частотных каналах находятся каналы захвата для определенного радиолуча, как часть информации, вещаемой на канале вещания, связанном с этим определенным радиолучом. В предпочтительном варианте осуществления абонентское устройство инициирует протокол ALOHA с временными интервалами на выбранном канале захвата. После успешного завершения протокола доступа спутник 12 в задаче 126 присваивает абонентскому устройству 26 канал трафика 17 (если канал трафика есть), на котором абонентское устройство 26 может затем установить связь с системой 10.
В предпочтительном варианте осуществления процедуры 100 абонентское устройство 26 может непрерывно выполнять задачи со 106 по 120 путем непрерывного контроля за каналом вещания 18 радиолуча 35 и информировать пользователя, когда абонентскому устройству 26 запрещается или не запрещается доступ к системе 10.
На фиг. 8 иллюстрируется процедура 200, выполняемая станцией управления 65 (фиг. 5), подходящей для использования в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения. Желательно, чтобы процедура 200 выполнялась станцией управления 65 на регулярной основе, и желательно, чтобы она повторялась для каждого интервала планирования. Интервалы планирования могут быть в диапазоне от всего в несколько секунд до целых нескольких часов, а желательно, чтобы они находились между пятнадцатью секундами и пятнадцатью минутами, а предпочтительно - длились около тринадцати секунд. Задача 202 использует прошлую информацию о нагрузке 204 для определения географических участков, на которых вероятно обнаружение перегрузки. Желательно, чтобы задача 202 делала это определение для текущего интервала планирования. Прошлая информация о нагрузке может храниться в запоминающей среде 62 (фиг. 5). Задача 206 добавляет географические участки, на которых ожидается обнаружение перегрузки, на основании входного сигнала от оператора системы 208. Такой входной сигнал может содержать знание людей о необычных событиях, таких как природные бедствия, выдающиеся события (например, олимпийские игры) и так далее. Задача 210 будет затем определять долю абонентских устройств на географическом участке, на котором ожидается обнаружение перегрузки, для предотвращения попыток захвата системы 10. Желательно, чтобы это определение использовало информацию абонентской базы данных 214 для определенного географического местонахождения.
Задача 216 будет определять конкретную совокупность идентификаторов классов (смотрите таблицу) для запрещения во время рассматриваемого интервала планирования. Желательно, чтобы выбор идентификаторов классов для запрещения проводился соответствующим образом среди всех классов абонентов на нескольких интервалах планирования. Например, если необходимо запретить только один класс пользователей из регулярных абонентов, абоненты с присвоенным идентификатором класса "13" запрещаются на одном интервале планирования, затем, на следующем интервале планирования, запрещаются абоненты с присвоенным идентификатором класса "14", до тех пор, пока не будут запрещены все классы регулярных абонентских устройств, до запрещения снова класса "13".
Задача 218 определяет конкретный спутник 12 (фиг. 2) и связанный с ним радиолуч 35 (фиг. 3), который, как ожидается, будет обслуживать перегруженные участки на этапе планирования. Задача 220 формирует реестр запрещенных классов, который должен содержаться вместе со списком параметров для связанного с этим радиолуча. Задача 222 посылает список запрещенных классов пользователей конкретному спутнику 12 для вещания в связанном с ним радиолуче 35 на этапе планирования. Желательно, чтобы задача 224 находилась в ждущем режиме до тех пор, пока в следующем интервале планирования не повторится процедура 200.
Фиг. 9 иллюстрирует процедуру 300, выполняемую узлом связи (например, спутником 12 с фиг. 1) в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения. Желательно, чтобы процедура 300 выполнялась один раз для каждого интервала планирования, описанного ранее. В задаче 301 узел связи принимает совокупность параметров от системы связи. Желательно, чтобы совокупность параметров включала в себя список запрещенных классов пользователей. В предпочтительном варианте осуществления совокупность параметров порождается, по крайней мере частично, процедурой 200 (фиг. 8). Задача 302 определяет, находится ли спутник 12 в режиме технического обслуживания (например, не принимает вызовы от абонентских устройств), и если это так, задача 304 изменяет совокупность параметров, включая все классы пользователей, кроме тех, которым присвоен класс пользователей испытания системы и ее технического обслуживания (см. таблицу). Режим технического обслуживания может инициироваться путем посылки управляющей частью системы SCS 28 спутнику 12 определенной совокупности параметров. Желательно, чтобы в режиме технического обслуживания всем пользователям запретили доступ к спутнику 12. Если спутник 12 не находится в режиме технического обслуживания, задача 305 определяет, не предусмотрено ли расписанием выключение радиолуча 35 (фиг. 3). Если это так, задача 308 изменяет совокупность параметров, включив все классы пользователей. Желательно, чтобы задача 306 определяла, не предусмотрено ли расписанием отключение радиолуча в пределах 15 секунд. Если отключение радиолуча расписанием не предусмотрено, задача 310 определяет, не ниже ли предварительно определенного порогового значения (например, 10%) число имеющихся каналов трафика. Если последнее ниже порогового значения, задача 312 изменяет совокупность параметров, включая все классы абонентов. Задача 314 осуществляет вещание совокупности параметров по крайней мере на одном из каналов вещания, связанных с радиолучом. Совокупность параметров будет первоначальной совокупностью параметров, полученной в задаче 301, если она не изменена впоследствии в задачах 304, 308 или 312. Классам пользователей, перечисленным в совокупности параметров, будет запрещаться иницирование протокола захвата на канале захвата. В предпочтительном варианте осуществления процедура 300 повторяется для каждого радиолуча 35 спутника 12.
Хотя выше были описаны конкретные предпочтительные примеры выполнения изобретения, для специалистов в данной области техники представляется очевидным возможность использования многих альтернативных вариантов и включение в формулу изображения таких альтернативных вариантов подразумевается.
Преимущества настоящего изобретения очевидны для специалистов в данной области техники и состоят в обеспечении улучшенных способов работы различных частей системы связи. Эти преимущества включают в себя глобальное значение ожидаемой нагрузки для определенного спутника, которое используется в дополнение к локальному знанию нагрузки спутника для предотвращения доступа пользователя и уменьшения конфликтов во время протокола захвата. Другое преимущество заключается в том, что локальная информация о нагрузке, которую получает спутник, может использоваться для обновления глобальной информации. Еще одно преимущество настоящего изобретения состоит в том, что абонентским устройствам для определения того факта, что обслуживания нет, не требуется никакой передачи. Это уменьшает потребление мощности абонентским устройством, которое может быть портативным, и уменьшает чрезмерно высокий трафик на каналах захвата, что ограничивает пропускную способность. В изобретении предложены способ и устройство как для управления нагрузкой, так и для приоритетов пользователей. Еще одно преимущество настоящего изобретения состоит в том, что абонентское устройство может временно регулировать свою приоритетность на основании типа запрошенного обслуживания, например в случаях аварийной радиосвязи.
Предложена сотовая система связи, включающая в себя низкоорбитальные спутники, характеризуемые распределением каналов связи среди пользователей в ячейках. Каждое абонентское устройство программируется заложенным в него идентификатором класса. В течение периодов, когда желательно ограничить захват спутника некоторым ограниченным классом или совокупностью классов, таких как периоды использования с большой нагрузой, спутник транслирует список идентификаторов запрещенных классов, разрешая доступ к системе связи только незапрещенным классам. Техническим результатом является то, что способ позволяет упорядочить работу системы обеспечения доступа пользователям на иерархической основе для классов. В способе использованы данные о нагрузке ячейки в реальном масштабе времени, так и информация о предшествующей загрузке ячейки, основанная на предшествующем опыте, и может быть запрограммирована с возможностью ограничения доступа в пользу службы аварийной радиосвязи в случае стихийных бедствий. 4 с. и 19 з.п. ф-лы, 1 табл., 9 ил.
| Приспособление для отделения табака от готовых папирос в папиросо-набивных машинах | 1937 |
|
SU56237A1 |
| СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯВОДНОЙ ДЕГАЗАЦИИПРОЦЕССОМ | 1970 |
|
SU421698A1 |
| US 4654879 A, 31.03.87 | |||
| Способ изготовления сварных трубчатых панелей | 1974 |
|
SU536921A1 |
| Устройство приема пакетной информации системы спутниковой связи | 1986 |
|
SU1506561A1 |
