СПОСОБ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ТЕРМИНАЛА НА ПОВЕРХНОСТИ ЗОНЫ ПОКРЫТИЯ ПОСРЕДСТВОМ СЕТИ СВЯЗИ С ПРИМЕНЕНИЕМ СПУТНИКА СВЯЗИ С МНОГОЛУЧЕВОЙ АНТЕННОЙ Российский патент 2016 года по МПК G01S5/02 

Настоящее изобретение относится к способу для определения местоположения терминала на поверхности зоны покрытия посредством сети связи для создания радиочастотных каналов. Способ геопозиционирования применяется конкретнее к сети с применением спутника, содержащего множество лучей, именуемого спутник связи с многолучевой антенной. Такой тип спутника позволяет применять несколько лучей на борту спутника, чтобы охватить географические районы или ячейки, вместо одного широкого луча.

Известны многочисленные способы для геопозиционирования терминалов на поверхности заданной зоны покрытия.

Наиболее известным из них является система глобального позиционирования (GPS), которая функционирует посредством вычисления расстояния, которое разделяет терминал, содержащий GPS-приемник, и несколько спутников. Такая система тем не менее создает определенное количество трудностей.

Прежде всего, система, очевидно, предполагает, что терминал содержит GPS-приемник и, таким образом, не охватывает универсальный терминал связи.

Более того, иногда является важным знать, определенным образом, положение терминала по отношению к сервис-центру, в отличие от самого терминала (обычно, в случае геопозиционирования парка транспортных средств компанией). В этом случае GPS-терминал передает свое положение компании через сети связи. Такое решение может тем не менее иметь определенные недостатки, поскольку пользователь терминала может подделать переданные GPS-данные (например, с помощью GPS-эмулятора).

Другое известное решение заключается в применении услуги типа OmniTRACS™. Блок, установленный в транспортном средстве, выполняет измерения данных, отправленных наземной станцией типа «концентратора», через несколько спутников связи, затем передает измерения, выполненные с помощью спутника, наземной станции или центру типа NOC (центр эксплуатации сети), который обработает выполненные измерения и определит положение транспортного средства.

Помимо существенной стоимости такой системы (связанной, в частности, с присутствием технологичного блока, обеспеченного управляемой антенной), в очередной раз может быть предусмотрена подделка переданной информации, NOC не обеспечивается какими-либо средствами для завершения определения положения транспортного средства или терминала.

В основном способы ограниченной стоимости, известные на сегодня, для определения положения терминала по отношению к сервис-центру, основаны на информации, измеренной и затем посланной посредством самого терминала и для сервис-центра является невозможным установить подлинность указанной информации, и, таким образом, положения терминала, вычисленного из указанной информации.

В связи с этим, настоящее изобретение направлено на обеспечение экономичного способа для определения местоположения терминала на поверхности зоны покрытия посредством сети связи, определение местоположения происходит определенным образом (т.е. без вероятной подделки пользователем терминала) и во время применения терминала связи.

С этой целью изобретение предлагает способ для определения местоположения терминала на поверхности зоны покрытия посредством сети связи для установки радиочастотных каналов, при этом сеть содержит спутник связи, содержащий множество лучей, именуемый спутником связи с многолучевой антенной, указанный спутник связи с многолучевой антенной содержит многолучевую антенну, зону покрытия, состоящую из множества ячеек, при этом каждая ячейка связана с по меньшей мере одним лучом для связи со спутником, которому назначена полоса частот, при этом указанный способ включает следующие этапы, на которых:

- терминал выполняет передачу по каналу связи «земля-борт» сообщения, включенного в модулированный сигнал, на указанный спутник на частоте, разделенной по меньшей мере тремя различными лучами в каналах связи «земля-борт», таких, что указанное сообщение получается указанным спутником связи с многолучевой антенной с помощью указанной многолучевой антенны с тремя различными амплитудами;

- указанный спутник связи с многолучевой антенной выполняет передачу по каналу связи «борт-земля» трех модулированных сигналов, включающих указанное сообщение, при этом каждый из первого, второго и третьего сигналов соответствует различному лучу из числа указанных трех лучей;

- наземное средство приема принимает указанный первый, второй и третий сигналы;

- наземные средства вычисления определяют амплитуды сообщения, отправленного терминалом, содержащиеся в указанных первом, втором и третьем сигналах;

- определяют местоположение терминала из амплитуд указанного сообщения в указанных первом, втором и третьем сигналах.

Терминал применяется для обозначения терминала, который может быть стационарным, транспортируемым, как, например, декодер, или мобильным.

В соответствии с изобретением, преимущественно применяются три луча, разделяющие одну и ту же частоту на передачу; сообщение, передаваемое терминалом, принимается многолучевой антенной спутника с тремя различными амплитудами; три сигнала, включающих указанное сообщение, соответствующее этим трем амплитудам и содержащее одну и ту же полезную нагрузку (объем информации), передаются по нисходящему каналу связи на наземное средство приема (обычно наземную станцию), которое обнаружит сообщение в каждом из трех сигналов и определит, на основании этого, амплитуды. Данные об этих амплитудах дают возможность расположить терминал в зоне обслуживания с применением связи между амплитудами сообщения в принятых сигналах и показателями добротности, относящиеся к положению терминала по отношению к каждой из ячеек, соответственно относящихся к трем лучам.

Следует отметить, что благодаря изобретению определение положения терминала происходит без адаптации терминала, который может быть обычным терминалом связи. Более того, терминал не выполняет каких-либо конкретных вычислений для определения его положения.

Более того, для осуществления способа в соответствии с изобретением необходим единственный спутник связи с многолучевой антенной; указанный спутник может применяться как для осуществления способа в соответствии с изобретением, так и для обеспечения связи.

Следует отметить, что терминал не вмешивается в определение его положения; следовательно, пользователь терминала не может подделать положение последнего.

Способ в соответствии с изобретением может также включать одну или несколько из особенностей, приведенных ниже, рассматриваемых по отдельности или в соответствии с их любыми технически возможными комбинациями:

- указанный сигнал, включающий указанное сообщение, передаваемое терминалом (и, таким образом, три указанных сигнала, принимаемые многолучевой антенной), модулируется в соответствии с широкополосным протоколом;

- указанное сообщение, включенное в указанный первый сигнал, принимается указанным наземным средством приема с большей амплитудой, чем у указанного сообщения, включенного во второй и третий сигналы, при этом указанный способ включает следующие этапы:

ο демодуляция указанным наземным средством вычисления указанного первого сигнала так, чтобы восстановить следующую информацию, относящуюся к сообщению:

■ полезную нагрузку сообщения;

■ параметры излучения и/или кодирования указанного сообщения;

ο применение указанной информации, относящейся к сообщению, для поиска указанного сообщения, соответственно, в указанных втором и третьем сигналах посредством указанного наземного средства вычисления (применение указанной информации дает возможность ускорить поиск, в сравнении с обычным поиском, при котором эта одна и та же информация не была бы доступна);

- указанный сигнал, включающий указанное сообщение, передаваемое терминалом, модулируется в соответствии с широкополосным протоколом и указанное восстановленное излучение и/или параметры кодирования содержат двоичную широкополосную последовательность;

- указанные наземные средства вычисления находят указанное сообщение, соответственно, в указанном втором и третьем сигналах посредством операции корреляции;

- передача по каналу связи «борт-земля» посредством указанного спутника связи с многолучевой антенной трех указанных модулированных сигналов, включающих указанное сообщение, происходит на трех различных частотах;

- способ в соответствии с изобретением включает этап определения по меньшей мере двух из трех разностей амплитуд сообщения, включенного в указанный первый, второй и третий сигналы;

- способ в соответствии с изобретением включает:

ο этап определения кривых, представляющих собой разность в показателях добротности, соответствующую указанным разностям амплитуд;

ο этап определения местоположения указанного терминала, соответствующего пересечению указанных кривых;

- указанные наземные средства приема периодически принимают сообщения посредством одного или нескольких эталонных терминалов, точное положение которых известно (например, содержится в самом сообщении), при этом указанное положение (положения) позволяет исправлять линии показателя добротности, применяемого для определения положения указанного терминала;

- определение трех разностей амплитуд сообщения, включенного в указанные первый, второй и третий сигналы;

- информация, восстановленная посредством указанного наземного средства вычисления в указанном первом сигнале, содержит начальную часть указанного сообщения.

Другие характеристики и преимущества изобретения станут очевидными из описания, которое приведено в этом отношении ниже в качестве иллюстрации и никоим образом ограничения, со ссылкой на прилагаемые фигуры, среди которых:

- на фиг. 1 представлено упрощенное схематическое изображение сети с многолучевой конфигурацией для осуществления способа в соответствии с изобретением;

- на фиг. 2 представлены различные этапы способа в соответствии с изобретением;

- на фиг. 3 представлен ряд линий показателей добротности, соответствующих первому лучу зоны покрытия;

- на фиг. 4 представлен ряд линий показателей добротности, соответствующих второму лучу одной и той же зоны покрытия по фиг. 3;

- на фиг. 5 представлен ряд линий показателей добротности, соответствующих третьему лучу одной и той же зоны покрытия по фиг. 3;

- на фиг. 6 представлен ряд линий, изображающих разность в показателях добротности по фиг. 3 и 4;

- на фиг. 7 представлен ряд линий, изображающих разность в показателях добротности по фиг. 4 и 5;

- на фиг. 8 представлен ряд линий, изображающих разность в показателях добротности по фиг. 3 и 5;

- на фиг. 9 представлена зона покрытия, так же как и линии разностей в показателях добротности, вычисленных из сопоставления показателей добротности для трех значений разности амплитуд, определенных посредством способа в соответствии с изобретением в конкретном примере, описанном ниже.

На всех фигурах обычные элементы имеют одни и те же ссылочные позиции.

На фиг. 2 представлены различные этапы способа 200 для определения местоположения терминала в сети связи в соответствии с изобретением. Указанный способ 200 может, например, осуществляться посредством сети связи, такой как сеть 100, представленной на фиг. 1.

Указанная сеть 100 содержит:

- по меньшей мере одну основную наземную станцию 102, такую как наземный коммуникационный шлюз;

- NOC или Центр 105 эксплуатации сети;

- множество мобильных терминалов, из которых только один T представлен здесь посредством иллюстрации;

- спутник 103 связи с многолучевой антенной.

Спутник 103 связи с многолучевой антенной здесь является спутником «прозрачного» типа (т.е., обеспеченным прозрачной полезной нагрузкой), полезная нагрузка которого состоит по существу из преобразования частоты сигналов, принятых на уровне спутника до усиления для повторной передачи их на нисходящий канал связи. Другими словами, способ в соответствии с изобретением применяется к этому типу прозрачного спутника и не к спутникам «регенерационного» типа (т.е., обеспеченным регенеративной полезной нагрузкой), полезная нагрузка которого демодулирует и повторно модулирует сигналы на борту спутника.

В случае высокоскоростной широкополосной спутниковой системы 10 связи спутник 103 применяется двунаправленным образом, другими словами одновременно для:

- ретрансляции информации, передаваемой основной наземной станцией 102 на терминалы T: этот первый канал типа точка-группа точек является прямым каналом;

- ретрансляции на основную наземную станцию 102 информации, передаваемой наземными терминалами T: этот второй канал типа точка-группа точек является обратным каналом.

Основная наземная станция 102 соединена с NOC 105 (обычно через сеть Интернет). NOC 105 является системой управления сетью, которая дает возможность оператору контролировать и управлять всеми компонентами сети.

В обратном канале модулированные сигналы посылаются на спутник 103 связи с многолучевой антенной по LMR-каналу восходящей связи наземным терминалом T. Сигналы, отправленные наземным терминалом T, затем обрабатываются на уровне спутника 103, который, с помощью бортовой аппаратуры, усиливает их, приводит их к подходящей частоте, затем повторно передает их со спутниковой антенны (антенн) через LDR-канал нисходящей связи в форме луча или множества лучей на наземную станцию (станции) 102.

Прямой канал, включающий LMA-каналы восходящей связи и LDA-каналы нисходящие связи наземной станции (станций) 102 с наземными терминалами T, действует идентичным образом в противоположном направлении связи. В контексте данного изобретения прямой канал не применяется.

Спутник 103 охватывает зону покрытия, в которой расположены наземные терминалы T, разбитую на элементарные зоны покрытия или ячейки. Конфигурация сети 100, как показано на фиг. 1, применяет способ, именуемый как способ повторного применения частот: этот способ позволяет применять один и тот же частотный диапазон несколько раз в одной и той же спутниковой системе для того, чтобы увеличить общую мощность системы без увеличения установленной полосы пропускания.

Для каждой ячейки возможно применение по меньшей мере одной полосы частот соответствующей части доступной полосы пропускания. Каждая полоса частот связана с лучом спутника 103 связи с многолучевой антенной. В данном документе представлены три ячейки A, B и C, терминал T, как представлено, расположен в ячейке A. Каждая из ячеек облучается по отдельности лучом (который также будет обозначаться соответственными ссылочным позициям A, B и C антенны) многолучевой антенны спутника 103.

В основном, коэффициент усиления антенны каждого луча является высоким внутри соответствующей ячейки и уменьшается вне ячейки. Следовательно, терминал T будет лучше «услышан» спутником 103 на луче, соответствующем ячейке A, чем на лучах, соответствующих ячейкам B и C (спутник 103 обеспечен многолучевой антенной, которая сканирует различные лучи, соответствующие различным ячейкам). Каждая полоса частот может быть разбита на множество частотных каналов. Наземный терминал T, таким образом, будет применять частотный канал для передачи; этот один и тот же терминал T также будет функционировать в определенном временном промежутке (временном интервале).

Ячейка охватывает поверхность в диапазоне от ста или около того километров до нескольких тысяч километров (т.е. целую страну). При подтверждении, что луч охватывает ячейку (или соответствует ячейке), это означает, что часть многолучевой принимающей антенны спутника сосредоточена на этой ячейке так, что получившийся показатель добротности больше, чем заданное пороговое значение S. Обычно выражаемый в дБ/К, показатель добротности, обозначенный G/T, соответствует отношению коэффициента усиления принимающей антенны в направлении терминала к эквивалентной шумовой температуре принимающей системы. S(T,A) в дальнейшем назначит показатель G/T добротности, связанный с ячейкой (назначение в равной степени луча A) для положения терминала T; в более общем смысле, S(Y,X) (выраженные в дБ/К) будут в дальнейшем назначены показателем G/T добротности, связанным с ячейкой X (луч X) для положения Y терминала. Этот показатель добротности включает показатель добротности принимающей спутниковой антенны (который зависит от географического положения терминала), на усилителе на борту спутника, на принимающей антенне наземной станции, на ее усилителях и кабелях вплоть до входа демодулятора. Следует отметить, что среди всех факторов, которые вносят вклад в общий G/T, только G/T многолучевой антенны на борту спутника изменяется в соответствии с географическим положением терминала.

Эти способы кодирования и модуляции для связи системы выбраны так, что пороговое значение S гарантирует достаточный уровень качества обслуживания, указанный уровень качества обслуживания не гарантируется, если терминал расположен в положении, где показатель добротности находится ниже порогового значения S (терминал в этом случае считается находящимся вне покрытия луча). Практически очевидно, что показатель добротности постепенно уменьшается, когда терминал покидает ячейку. Покрытие ячейки представлено рядом линий (или фигур) последовательных и по существу концентрических показателей добротности, при этом показатели добротности идентичны во всех отношениях каждой линии и уменьшаются с тем, как одна удаляется от центра ячейки. Точная конфигурация может быть очень сложной и зависеть от того, каким образом сформирована антенна (отражатели, сеть, формирующая лучи и т.д.).

На фиг. 3 представлен ряд линий LA показателей добротности, соответствующих первому лучу A, в зоне покрытия Европы.

На фиг. 4 представлен ряд линий LB показателей добротности, соответствующих второму лучу B, в зоне покрытия Европы.

На фиг. 5 представлен ряд линий LC показателей добротности, соответствующих третьему лучу C, в зоне покрытия Европы.

На фиг. 3-5 переход от одной линии к другой происходит в соответствии с шагом 1 дБ/K, линия, обходящая зону наименьшего диаметра, содержит наивысший показатель добротности, при этом следует понимать, что уменьшение показателя добротности от центра ячейки к ее внешней части происходит непрерывным образом.

В качестве примера следует, таким образом, отметить, что в этих фигурах 3-5 город Рим охватывается тремя лучами A, B и C с различными показателями добротности, соответственно 8,7 дБ/K для луча A (фиг. 3), 6,5 дБ/K для луча B (фиг. 4) и -5 дБ/K для луча C (фиг. 5). Линии LA1, LB1 и LC1, проходящие через Рим, представлены пунктирными линиями исключительно в качестве иллюстративных целей.

Следует, таким образом, отметить, что данные трех линий LA1, LB1 и LC1 показателей добротности, позволяют определить положение терминала, передающего из Рима и расположенного на пересечении этих трех линий. Этот результат будет преимущественно применен способом в соответствии с изобретением.

В дальнейшем будет предложена гипотеза, что ячейки A, B и C, представленные схематическим образом на фиг. 1, соответствуют показателям добротности, представленным соответственно на фиг. 3, 4 и 5.

Способ 200 для определения местоположения терминала на поверхности зоны покрытия (здесь Европы) посредством сети 100 связи, такой же, как на фиг. 1, осуществляется следующим образом.

В данном документе будет предложена гипотеза, что три ячейки A, B и C (соответствующие лучам A, B и C) являются связанными с одной и той же полосой частот и что наземный терминал T расположен в ячейке A. Терминал T, например, расположен в Риме.

Основная наземная станция в данном случае содержит три демодулятора/декоррелятора 116A, 116B и 116C, приспособленных для демодуляции сигналов, исходящих из ячеек A, B и C соответственно.

Модуляции осуществляются, например, в соответствии с асинхронным протоколом множественного произвольного доступа с полосой, распространяющейся посредством модуляции типа SPREAD ALOHA с применением способов устранения помех. Такой протокол, например, описан в документе US2010/0054131 (del Rio Herrero и соавторы).

В случае, представленном на фиг. 1, терминал T, расположенный в ячейке, будет «услышан» при определенной мощности посредством демодулятора 116A, при меньшей мощности - посредством демодулятора 116B и при даже меньшей мощности - посредством демодулятора 116C. Надо отметить, что город Рим охватывается тремя лучами A, B и C с уменьшающимися показателями добротности (фиг. 3-5).

Более того, следует отметить, что здесь представлена одна наземная станция 102, содержащая три демодулятора, но также возможно иметь три наземных станции, расположенных в различных местах.

В соответствии с первым этапом 201 способа 200 в соответствии с изобретением, терминал T передает через LMR-канал восходящей связи сообщение, включенное в модулированный SM-сигнал, спутнику 103 на частоте, принадлежащей полосам частот, разделенным тремя лучами A, B и C.

Способ в соответствии с изобретением предпочтительно применяет кодирование и модулирование, выбранные для того, что получить очень низкое пороговое значение S (как описано выше). Это является эквивалентом расширения ячейки, в сравнении с обычно применяемой системой связи, так что излученный SM-сигнал может быть восстановлен в трех различных ячейках.

В соответствии c этапом 202, указанный SM-сигнал, включающий сообщение, передаваемое терминалом, принимается многолучевой антенной спутника 103; сообщение, включенное в SM-сигнал, принимается с тремя различными амплитудами в зависимости от того, принимается ли он частями антенны, соответствующими соответственно лучам A, B и C; антенна содержит один или несколько отражателей, а также луч, формирующий сеть, предназначенную для входов повторителя спутника. Как уже было выявлено выше, амплитуда сообщения, включенного в сигнал, принимаемый лучом A, будет самой большой, амплитуда сообщения, включенного в сигнал, принимаемый лучом B, будет слабее, и амплитуда сообщения, включенного в сигнал, принимаемый лучом C, будет наиболее слабой из трех. Следует, таким образом, считать, что из одного сигнала, включающего сообщение, отправленное посредством терминала T, существует, на уровне спутника, три сигнала, включающих это одно и то же сообщение, но с различными амплитудами.

В соответствии с этапом 203 сигналы, включающие копию сообщения, с тремя различными амплитудами затем обрабатываются на уровне спутника 103, который, с помощью его бортового оборудования, выводит их и модулирует их до подходящей частоты (в данном случае три различные частоты для каждого из сигналов), усиливает их, затем передает через LDR-канал нисходящей связи эти три сигнала S1, S2 и S3, модулированные до различных частот и включающие указанное сообщение из антенны (антенн) спутника к наземной станции 102; каждый из трех сигналов S1-S3 включает копию одного сообщения, отправленного терминалом T и принимаемого спутником вместе с тремя лучами A, B и C. Три сигнала S1-S3 могут также содержать сигналы, выходящие из других терминалов, а также помехи и шум.

В соответствии с этапом 204 будет легко понять, что демодулятор 116A (луч A) принимает сигнал от терминала T с большей мощностью, чем демодуляторы 116B (луч B) и 116C (луч C).

Поскольку энергетический потенциал канала связи, соответствующий передаче сигнала вдоль луча, является хорошим, демодулятор 116A способен обрабатывать этот сигнал и восстанавливать информацию, соответствующую сообщению, передаваемому терминалом. Эта информация содержит полезную нагрузку сообщения, а также идентификатор терминала, фазу сигнала, временную установку (т.е. частоту выборки, относящуюся к тактовому генератору наземной станции 102) сообщения в полученном сигнале; демодулятор 116A, в поисках сообщения, также будет определять двоичную широкополосную последовательность. Двоичная информация, содержащаяся в радиоэлектронном сигнале, является, например, извлеченной двумя операциями, часто выполняемыми приобщенным образом, первая операция транспонирования частоты применяет несущую, локально генерируемую посредством PLL (схемы фазовой автоподстройки) схемы типа осциллятора с возможностью транспонировать сигнал в полосу частот модулирующих сигналов, и вторая операция, состоящая, например, в дискретизации сигнала, для выполнения этапа сжатия с применением псевдослучайных двоичных последовательностей, генерируемых локально посредством генератора двоичных последовательностей и чтобы демодулировать сжатый сигнал; демодулятор, таким образом, генерирует несколько двоичных последовательностей, затем выполняет операцию корреляции. Чтобы восстановить информацию сообщения, демодулятор должен сгенерировать одну и ту же расширяющую последовательность, которая применяется в излучении, и умножить ее на получаемый сигнал, при этом информация, кодированная этой последовательностью, таким образом, восстанавливается операцией корреляции (сжатием).

В соответствии с этапом 205, обеспеченным полными данными сообщения, отправленного терминалом T, также как и параметрами передачи (т.е. двоичной широкополосной последовательностью), каждый из демодуляторов 106B и 106C способен находить сообщение, передаваемое терминалом T, в соответствующих принимаемых сигналах S2 и S3. Чтобы выполнить это, каждый из демодуляторов 106B и 106, отдельно от частоты транспозиции и дискретизации, выполняет операцию корреляции, упрощенную данными полезной нагрузки сообщения, начальной части сообщения и двоичной широкополосной последовательностью. Факт знания сообщения значительно упрощает поиск сообщения в сигнале демодуляторами 106B и 106C, которые принимают сигнал со значительно меньшим отношением сигнал-шум, чем у демодулятора 106A. Более того, следует отметить, что демодулятор 106A может также передавать информацию, относящуюся к объему выборки для того, чтобы дать возможность демодуляторам 106B и 106C экономить время во время операции корреляции (т.е. иметь доступное временное окно, в котором размещено сообщение и где демодуляторы 106B и 106C могут перейти непосредственно к поиску). Другой путь улучшения отношения сигнал-шум может состоять в применении способа подавления помех для сигналов, исходящих из каждой ячейки A, B и C (межъячеечное подавление помех). Чтобы сделать это для каждой ячейки наземная станция 102 восстанавливает «чистый» сигнал (т.е. бесшумный сигнал) из информации, восстановленной из сообщения, затем извлекает указанный «чистый» сигнал из принятого сигнала. Новый полученный сигнал подвергается, в свою очередь, демодуляции посредством демодулятора соответствующей ячейки (116A, 116B или 116C). Эта операция может быть повторена для других пакетов. Ее принцип действия состоит в регенерации помех с применением сигнала, оцениваемого в выходных данных текущего этапа. Эта помеха затем извлекается из принятого сигнала, и результирующий сигнал содержит входные данные следующего этапа. Операция может быть выполнена посредством группирования вместе нескольких пакетов (например, десять пакетов демодулированы перед восстановлением сигнала для извлечения).

Таким образом, после этапа 205, наземная станция 102 была обеспечена полными данными сообщения, отправленными терминалом T, и его положением с помощью сигналов, принятых из трех лучей A, B и C.

В соответствии с этапом 206 наземная станция 102 будет определять из полных данных отправленного сообщения и его положения внутри принятого сигнала амплитуды P(T, A), P(T, B) и P(T, C), в которых она получила указанное сообщение внутри сигналов S1-S3, соответствующих соответственно лучам A, B и C. Каждая из амплитуд P(T,A), P(T,B) и P(T,C) соответствует соответственно мощностям, в которых сообщение, передаваемое терминалом T вдоль соответствующих лучей A, B и C, было получено наземной станцией 102. Различные способы для определения амплитуд, например, описаны в следующих документах: «Analysis of a DS/CDMA successive interference cancellation scheme using correlations» (P. Patel, J. Holtzman, Global Telecommunications Conference IEEE 1993 г., GLOBECOM '93, г. Хьюстон, штат Техас, США, 29 ноября - 2 декабря 1993 г., с. 76-80, том 1), «Analysis of a simple successive interference cancellation scheme in a DS/CDMA system IEEE Journal on Selected Areas in Communications» (P. Patel, J. Holtzman, июнь 1994 г., том 12, изд. 5, с. 796-807), «Practical Implementation of Successive Interference Cancellation in DS/CDMA Systems» (K. Pedersen, T. Kolding, I. Seskar, J. Holtzman, труды ICUPC'96, г. Кеймбридж, штат Массачусетс, с. 321-325). Следует отметить, что различные описанные этапы могут выполняться при помощи средств вычисления, включенных в наземную станцию 102 или в центр управления сетью NOC 105.

Также следует отметить, что вычисления необязательно выполняются в режиме реального времени; обычно, операции корреляции могут выполняться после того, как необходимая для этих операций информация была сохранена, в зависимости от сущности запрошенной услуги.

Основываясь на гипотезе, что одна и та же наземная станция 102 принимает все три сигнала (и, таким образом, что они имеют один и тот же энергетический потенциал канала связи), может быть показано, что P(T,A) является пропорциональной ЭИИМ (эквивалентной изотропно-излучаемой мощности) передачи терминала T и показателям S(T,A) добротности лучей в положении терминала; один и тот же вывод подходит для P(T,B) и P(T,C). Так как ЭИИМ одна и та же во всех случаях, будучи одним сигналом, передаваемым терминалом, один затем имеет три следующих отношения независимых ЭИИМ терминала передачи:

P(T,A) - P(T,B)=S(T,A) - S(T,B).

P(T,B) - P(T,C)=S(T,B) - S(T,C).

P(T,A) - P(T,C)=S(T,A) - S(T,C).

Надо отметить, что S(Y,X) (выраженный в дБ/К) представляет показатель G/T добротности, связанный с ячейкой X, для местоположения терминала Y.

В соответствии с этапом 207 способа выполняются вычисления трех разностей P(T,A) - P(T,B), P(T,B) - P(T,C) и P(T,A) - P(T,C).

Следует отметить, что если бы ЭИИМ терминала была известна, было бы возможным непосредственно рассчитать ее показатель добротности из амплитуды, принятой для каждого луча. Данные этих показателей добротности дают возможность, посредством размещения самого себя на соответствующей линии показателя добротности, (см. фиг. 3-4) для определения местоположения терминала T с применением только двух лучей. Тем не менее ЭИИМ терминала является редко известной с точностью: она может отличаться в зависимости от типа применяемого терминала, в зависимости от условий; в дополнение, пользователь может попробовать заставить ее меняться для изменения ее предположительного положения. Следовательно, способ в соответствии с изобретением предпочтительно применяет разность в амплитудах, определенных в соответствии с этапом 206, для распределения по данным ЭИИМ посредством вычисления разности показателей добротности, связанных соответственно с двумя ячейками для одного и того же терминала T.

Значения, приведенные ниже, являются информацией, заданной исключительно для иллюстративных целей. Предположим, что следующие амплитуды вычислены демодуляторами, соответствующими определенным ЭИИМ, применяемым терминалом T:

P(T,A)=-145,4 дБВт

P(T,B)=-147,6 дБВт

P(T,C)=-159,1 дБВт.

Следующие значения выводятся на основании того, какие являются независимыми от ЭИИМ терминала:

P(T,A) - P(T,B)=S(T,A) - S(T,B)=2,2 дБ

P(T,B) - P(T,C)=S(T,B) - S(T,C)=11,5 дБ

P(T,A) - P(T,C)=S(T,A) - S(T,C)=13,7 дБ.

Надо отметить, что картография линий показателей добротности, как представлено на фиг. 3-5, является, более того, известной (т.е. линия показателя добротности соответствует линии зоны покрытия для заданного луча, на котором показатель добротности содержит одно и то же значение).

Из этих линий, таким образом, возможно построить линии, представляющие разность между показателем добротности, соответствующим первому лучу, и фигурой, соответствующей второму лучу. В качестве иллюстрации фиг. 6 представляет несколько DAB-линий, представляющих разность в показателях добротности между фиг. 3 и фиг. 4. Фиг. 7 представляет несколько DBC-линий, представляющих разность в показателях добротности между фиг. 4 и фиг. 5. Фиг. 8 представляет несколько DAC-линий, представляющих разность в показателях добротности между фиг. 3 и фиг. 5.

В соответствии c этапом 208 способа, зная значения разности между показателями добротности, связанными с лучами A, B и C для местоположения терминала T, возможно определить линии разности в показателях добротности, соответствующих трем значениям P(T,A) - P(T,B)=2,2 дБ, P(T,B) - 20 P(T,C)=11,5 дБ и P(T,A) - P(T,C)=13,7 дБ.

Фиг. 9 представляет зону покрытия, а также линии разности в показателях добротности, вычисленных из нанесенных на карту показателей добротности, для трех значений разности амплитуд 2,2 дБ, 11,5 дБ и 13,7 дБ.

В соответствии с этапом 209, следует выводить на основании этого положения терминала T, как расположенного на пересечении этих трех линий разности в показателях добротности. Следует отметить, что две линии разности достаточно определяют положение, при этом третий служит для уточнения результата. С другой стороны, способ в соответствии с изобретением требует определения по меньшей мере трех амплитуд для достижения определения этих разностей.

Более того, следует отметить, было сделано предположение, что одна и та же наземная станция 102 принимает все три сигнала (и, таким образом, что одна содержит один и тот же энергетический потенциал канала связи), так что проверяются следующие три отношения:

P(T,A) - P(T,B)=S(T,A) - S(T,B).

P(T,B) - P(T,C)=S(T,B) - S(T,C).

P(T,A) - P(T,C)=S(T,A) - S(T,C).

Как упоминалось выше, способ в соответствии с изобретением также применяется в случае, когда несколько наземных станций применяются таким образом, что три сигнала, передаваемых спутником, не принимаются одной и той же наземной станцией.

В этом случае, предположим, что существование эталонного терминала R идеально локализовано в зоне покрытия и отличается от терминала T, как известно, с хорошей точностью:

- показатели добротности S(R,A), S(R,B) и S(R,C), связанные с положением наземного терминала R, по отношению к ячейкам A, B и C;

- мощности P(R,A), P(R,B) и P(R,C) при которых сообщение, передаваемое терминалом R, принимается различными наземными станциями 102A.

Нормализованное отношение мощностей терминала T и эталонного терминала R является одним и тем же, независимо от ячейки A или B; нормализованная мощность задается отношением между принимаемой мощностью и показателем добротности; когда принимаемая мощность и показатель добротности выражены в дБ, это отношение выражается разностью: P(Y,X) - S(Y,X); следовательно, одна затем содержит отношение:

P(T,A) - S(T,A) - (P(R,A) - S(R,A))=P(T,B) - S(T,B) - (P(R,B) - S(R,B)).

Одна выводит на основании этой разности S(T,A) - S(T,B), оцениваемой отношением:

S(T,A) - S(T,B)=P(T,A) - P(T,B)+P(R,A) - S(R,A) - P(R,B)+S(R,B).

Разности S(T,B) - S(T,C) и S(T,A) - S(T,C) вычисляются похожим образом. Как только разности получены, остаток способа в соответствии с изобретением является идентичным.

Предположение состоит в том, что наземная станция знает в достаточных подробностях нанесенное на карту покрытие для различных лучей (т.е. знает показатель G/T добротности для всех точек внутри зоны обслуживания). Эти нанесения на карту являются обычно построенными во время тестовой фазы, именуемой IOT (испытания на орбите) спутника. Значения G/T для положения могут изменяться по различным причинам (перемещения спутника, термические эффекты на отражателях или других компонентах спутника). Это, вероятно, приведет к потере в точности определения местоположения, полученной посредством способа изобретения. Чтобы уменьшить полученную погрешность, возможно применение одного или нескольких эталонных терминалов, которые могут быть задействованы: эти эталонные терминалы, которые контролируются оператором службы, являются, таким образом, «надежными» и вычисляют их точное положение посредством (например, GPS, EGNOS), помимо способа в соответствии с изобретением; эталонные терминалы периодически отправляют «контрольные» сообщения. Наземная станция знает для каждого полученного сообщения точное положение эталонного терминала, который отправил его (например: положение является фиксированным и уже известным; оно сообщается посредством любой сети связи; оно содержится в контрольном сообщении). Благодаря измерению контрольного сообщения, наземная станция сможет динамически исправлять карты покрытия в областях, соответствующих положениям эталонных терминалов, и, посредством интерполяции, в остатке зоны покрытия так, чтобы уменьшить погрешность определения местоположения способа.

Способ в соответствии с изобретением дает возможность независимо от терминала и своей мощности (включая для терминала, не имеющего высокопроизводительного средства вычисления) определить с хорошей точностью местоположение терминала на поверхности зоны покрытия (в этом отношении следует отметить, что способ не дает возможности определить высоту, на которой расположен терминал). Определение положения выполняется на уровне NOC или наземной станции (станций), и оно может быть изменено из-за ошибочного поведения терминала. Способ находит особенно интересное применение в случае построения определенных мобильных терминалов (обычно, в случае транспортировки опасных материалов или животных и спасательных операций), но также в случае геопозиционирования фиксированных терминалов (обычно декодеров, применение которых ограничено заданной территорией и для которых хотелось бы проверить присутствие на указанной территории). Предпочтительно, в сочетании со стандартной системой геопозиционирования (например, GPS), которая может иметь лучшую точность, способ в соответствии с изобретением позволяет удостоверять, что положение, определенное терминалом, является подлинным (внутри определенного интервала погрешности).

Очевидно, изобретение не ограничивается вариантом осуществления, который был описан.

Изобретение может таким образом применяться к различный типам сетей связи с применением спутника связи с многолучевой антенной, такого как спутник, функционирующий в S, K или X полосе частот.

Изобретение относится к геопозиционированию. Техническим результатом является повышение точности местоположения терминала на поверхности зоны покрытия. Упомянутый технический результат достигается тем, что терминал выполняет передачу по каналу связи «земля-борт» сообщения, включенного в модулированный сигнал, на спутник связи с многолучевой антенной на частоте, разделенной по меньшей мере тремя различными лучами в каналах связи «земля-борт», таких, что указанное сообщение получается указанным спутником связи с многолучевой антенной с помощью указанной многолучевой антенны с тремя различными амплитудами; указанный спутник связи с многолучевой антенной выполняет передачу по каналу связи «борт-земля» трех модулированных сигналов, включающих указанное сообщение, при этом каждый из первого, второго и третьего сигналов соответствует различному лучу из числа указанных трех лучей; наземное средство приема принимает указанный первый, второй и третий сигналы; наземное средство вычисления определяет амплитуды сообщения, отправленного терминалом, содержащиеся в указанных первом, втором и третьем сигналах; определяют местоположение терминала из амплитуд указанного сообщения, из указанных первого, второго и третьего сигналов. 9 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Способ (200) для определения местоположения терминала (T) на поверхности зоны покрытия посредством сети (100) связи для установки радиочастотных соединений, при этом сеть (100) содержит спутник (103) связи, содержащий множество лучей, именуемый спутником связи с многолучевой антенной, при этом указанный спутник связи с многолучевой антенной содержит многолучевую антенну, при этом указанная зона покрытия состоит из множества ячеек (A, B, C), при этом каждая ячейка связана по меньшей мере с одним лучом (A, B, C) для связи со спутником (103), которому назначена полоса частот, при этом указанный способ включает следующие этапы, на которых:
- указанный терминал (T) выполняет передачу по каналу (201) связи «земля-борт» сообщения, включенного в модулированный сигнал, включающий сообщение, на указанный спутник (103) на частоте, разделенной по меньшей мере тремя различными лучами (A, B, C) в каналах связи «земля-борт», таких, что указанное сообщение получают с помощью указанного спутника связи через указанную многолучевую антенну (103) с тремя различными амплитудами;
- указанный спутник связи (103) с многолучевой антенной выполняет передачу (202, 203) по каналу связи «борт-земля» трех модулированных сигналов, включающих указанное сообщение, при этом каждый из первого, второго и третьего сигналов (S1, S2, S3) соответствует другому лучу (A, B, C) из числа указанных трех лучей;
- наземное средство приема (204) принимает указанный первый, второй и третий сигналы (S1, S2, S3);
- наземные средства (102, 116A, 116B, 116C, 105) вычисления определяют (205, 206) амплитуды (P(T, A), P(T, B), P(T, C)) сообщения, отправленного терминалом, содержащегося в указанных первом, втором и третьем сигналах (S1, S2, S3);
-определяют (207, 208, 209) местоположение указанного терминала (T) из указанных амплитуд (P(T, A), P(T, B), P(T, C)) указанного сообщения, содержащегося в указанных первом, втором и третьем сигналах.

2. Способ (200) по предыдущему пункту, отличающийся тем, что указанный модулированный сигнал, включающий указанное сообщение, передаваемое указанным терминалом, модулируют в соответствии с широкополосным протоколом.

3. Способ (200) по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что указанное сообщение, включенное в указанный первый сигнал (S1), принимают с помощью указанного наземного средства приема с большей амплитудой (P(T, A)), чем у указанного сообщения, включенного во второй и третий сигналы (S2, S3), при этом указанный способ включает следующие этапы, на которых:
- демодулируют (204) указанными наземными средствами (102, 166A) вычисления указанный первый сигнал (S1) так, чтобы восстановить информацию, относящуюся к сообщению:
• полезную нагрузку сообщения;
• параметры излучения и/или кодирования указанного сообщения;
- применяют (205) указанную информацию, относящуюся к сообщению, для поиска указанного сообщения, соответственно, в указанных втором и третьем сигналах (S2, S3) посредством указанных наземных средств (102, 116B, 116C) вычисления.

4. Способ (200) по предыдущему пункту, отличающийся тем, что указанный сигнал, включающий указанное сообщение, передаваемое указанным терминалом, модулируют в соответствии с широкополосным протоколом, и указанное восстановленное излучение и/или параметры кодирования содержат двоичную широкополосную последовательность.

5. Способ (200) по п. 4, отличающийся тем, что указанные наземные средства (102, 116B, 116C) вычисления находят указанное сообщение, соответственно, в указанном втором и третьем сигналах посредством операции корреляции.

6. Способ (200) по предыдущему пункту, отличающийся тем, что передача (202, 203) трех указанных модулированных сигналов (S1, S2, S3), включающих указанное сообщение, по каналу связи «борт-земля» посредством указанного спутника (103) связи с многолучевой антенной происходит на трех различных частотах.

7. Способ по предыдущему пункту, отличающийся тем, что включает этап (207), на котором определяют по меньшей мере две из трех разностей амплитуд (P(T, A), P(T, B), P(T, C)) указанного сообщения, включенного в указанный первый, второй и третий сигналы (S1, S2, S3).

8. Способ по предыдущему пункту, отличающийся тем, что включает:
- этап (208), на котором определяют кривые, представляющие собой разность в показателях добротности, соответствующих указанной разности амплитуд;
- этап (209), на котором определяют местоположение указанного терминала (T), соответствующее пересечению указанных кривых.

9. Способ по предыдущему пункту, отличающийся тем, что указанные наземные средства приема периодически принимают сообщения посредством одного или нескольких эталонных терминалов, точное положение которых известно, при этом указанное положение (положения) позволяет исправлять линии показателей добротности, применяемых для определения положения указанного терминала.

10. Способ по одному из пп. 7-9, отличающийся тем, что определяют три разности амплитуд (P(T, A), P(T, B), P(T, C)) указанного сообщения, включенного в указанные первый, второй и третий сигналы (S1, S2, S3).