СИСТЕМА И СПОСОБ ДЛЯ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ ПОСРЕДСТВОМ ГЕОСТАЦИОНАРНЫХ СПУТНИКОВ Российский патент 2019 года по МПК H04B7/185 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области устройств и способов связи. Настоящее изобретение относится к системам мобильной связи на основе спутников.

Уровень техники

Последние несколько десятилетий широко используются системы мобильной связи. В населенных регионах мира развернуты множества серверов сотовой связи, и таким образом создана глобальная сеть связи. Однако такие системы сотовой связи ограничены регионами, где развернуты соответствующие серверы и антенны.

В различных ситуациях надежная связь необходима даже в отдаленных районах, где нет сотовых антенн на удалении, обеспечивающем прием. Телефонная связь посредством спутников дает пользователю возможность быть найденным почти в любом месте земного шара, принимать входящие вызовы и делать исходящие вызовы. Имеющиеся в продаже мобильные спутниковые телефоны используют связь посредством специальных низкоорбитальных спутников, обеспечивающих глобальное покрытие и эффективную связь с использованием передающих систем с низким усилением.

Хорошо известна система спутниковой связи Iridium Inc., использующая 66 активных спутниковых аппаратов и дополнительные резервные аппараты для использования в случае неисправности одного или более активных спутников. Чтобы сделать возможной связь с ручными мобильными устройствами, имеющими относительно небольшие размеры, спутники размещены на низкой орбите. Система связи Iridium использует несколько дополнительных неактивных спутников, находящихся на орбите. Эти спутники используют как резервные для обеспечения покрытия в случае неисправности одного или более активных спутников.

В других спутниковых телефонных устройствах для надежной связи посредством спутников на орбите необходимы антенны с высоким усилением. Например, патент США №6,023,242 раскрывает наземную станцию с антенной, выполненную с возможностью установления связи со спутником. Эта наземная станция хранит таблицу данных положения спутника для множества спутников и выполнена с возможностью определения собственного местоположения на поверхности Земли, а также азимута и возвышения своей антенны. Табулированные данные положения спутника затем используют для вычисления положения спутника относительно указанного местоположения. После этого выбирают по меньшей мере один из спутников, с которым требуется установить связь, и в ответ на указанный выбор и полученные азимут и возвышение определяют направление, в котором должна быть сконфигурирована антенна для работы с этим по меньшей мере одним выбранным спутником. После определения направления антенну конфигурируют для работы с по меньшей мере одним выбранным спутником. Местоположение, азимут и возвышение антенны могут определять посредством наземной станции, содержащей приемник GPS. Наземная станция может быть сконфигурирована как мобильное, портативное или стационарное устройство, и изобретение может быть сконфигурировано для установления связи с геостационарными спутниками, негеостационарными спутниками или с комбинацией геостационарных и негеостационарных спутников.

Раскрытие изобретения

В известном уровне техники существует потребность в новых способе и системе для использования в мобильной связи, реализующих эффективное глобальное покрытие. Кроме того, существует потребность в ручном устройстве мобильной спутниковой связи, пригодном для обеспечения надежной связи при своем движении, а также обеспечивающем достаточное время работы при использовании мобильного источника питания.

Существующие мобильные спутниковые системы связи, использующие специальные спутники, для обеспечения достаточного покрытия требуют значительных инвестиций в развертывание спутников на орбите, а также периодического обслуживания и замены спутников в случае неисправности. Альтернативные системы связи, использующие геостационарные спутники, как правило, имеют большие размеры, высокое потребление энергии и для связи посредством геостационарных спутников требуют надлежащей ориентации. Эти требования значительно снижают мобильность системы связи. Следует отметить, что, как общеизвестно, мобильной системой связи обычно называют систему, дающую возможность непрерывного осуществления связи даже во время своего движения. Этим мобильная система связи отличается от портативной системы связи, которая, хотя и выполнена с возможностью перемещения, для надлежащей работы должна быть установлена стационарно.

Авторы настоящего изобретения установили, что для реализации компактной, мобильной и эффективной системы связи, предоставляющей возможность передачи данных посредством соответствующих спутников и, в принципе, посредством геостационарных спутников, необходим надлежащий компромисс между усилением при передаче и приеме и битовой скоростью связи. Система спутниковой связи настоящего изобретения, в принципе, сконфигурирована для реализации легкого, энергоэффективного и мобильного устройства связи для передачи голоса и данных с использованием надлежащего концентратора посредством одного или более спутников. Предпочтительно, это устройство связи должно иметь соответствующие размеры, чтобы быть ручным, и обеспечивать двустороннюю связь практически из каждой точки земного шара. Это устройство может содержать один или два антенных узла, выполненных с возможностью приема входящих сигналов, поступающих из спутника, и передачи исходящих данных в такой спутник. Указанный антенный узел (узлы) соединен с модемным узлом, который, в свою очередь, соединен с процессорным узлом, выполненным с возможностью управления указанным устройством в соответствии с рабочим профилем, сформированным пользователем. Как правило, указанное устройство может также содержать узел хранения энергии, к примеру, батарею, при этом, дополнительно или как вариант, указанное устройство может быть выполнено с возможностью подключения к внешнему источнику питания. Следует отметить, что способ настоящего изобретения может быть использован для связи посредством геостационарных спутников, а также посредством других спутников, находящихся на орбите, имеющих заранее определенную известную траекторию. Для простоты способ настоящего изобретения описывается далее на примере геостационарных спутников, однако следует понимать, что могут использоваться и негеостационарные спутники. Более конкретно, по аналогии с геостационарным спутником, имеющим фиксированное местоположение относительно заданной точки поверхности Земли, может быть использован любой другой спутник, траектория которого относительно заданной точки на поверхности Земли известна.

Для реализации желаемой малогабаритности, а также для того, чтобы сделать возможной связь посредством геостационарного спутника, антенный узел (узлы) могут, предпочтительно, быть сконфигурированы как антенный узел (узлы) с фазированной решеткой. Такой антенный узел с фазированной решеткой содержит решетку антенных элементов, выполненных с возможностью передачи сигналов с должным образом подобранной разностью фаз между ними, чем обеспечивается электронное управление направлением луча для передаваемых сигналов. Кроме того, антенный узел с фазированной решеткой дает возможность избирательного приема входящих сигналов, поступающих с требуемых направлений. При этом применение надлежащих фазовых соотношений ко входящим данным, принимаемым разными элементами решетки, действует как усиление сигналов, имевших при поступлении на указанные антенные элементы аналогичные фазовые соотношения, и дает возможность выделения нужных принятых сигналов.

Процессорный узел может содержать несколько модулей, которые могут быть аппаратными и/или программными модулями, выполненных с возможностью осуществления связи между этими модулями, одним или более антенных узлов и модемным узлом. Процессорный узел также может быть выполнен с возможностью реализации соответствующих входящих и исходящих соединений, обеспечивающих операции пользователя, например, настройку предпочтений, инициирование вызовов или передачи данных и т.д. Конкретно, процессорный узел содержит по меньшей мере модуль оптимизатора ориентации антенны и модуль регистрации в сети. Модуль оптимизатора ориентации антенны, в принципе, выполнен с возможностью управления фазовыми вариациями между разными антенными элементами антенных узлов с фазированной решеткой. Такими фазовыми вариациями задают соответствующее направление (к примеру, азимут и возвышение) для передачи и приема сигналов. Модуль регистрации в сети выполнен с возможностью регистрации системы в сети, реализуемой надлежащим концентратором, осуществляющим связь посредством спутника.

Следует отметить, что, поскольку устройство может менять свое местоположение со временем, спутник, выбранный для связи, может меняться. Для обеспечения мобильной спутниковой связи может быть использован один или более терминалов-концентраторов, выполненных с возможностью обслуживания одной или более сетей связи. Терминал-концентратор, в принципе, выполнен с возможностью предоставления стабильного тракта связи с множеством геостационарных спутников и, таким образом, обеспечения связи с мобильными устройствами. Терминал-концентратор (терминалы-концентраторы) для предоставления внешней связи также может быть соединен с одной или более наземной сетью связи, например, с одной или более сотовыми сетями и/или интернетом.

Каждый терминал-концентратор может быть выполнен с возможностью поддержки заранее определенного количества мобильных систем в регионе, покрываемом передачей одного спутника. Для этого терминалы-концентраторы могут быть выполнены с возможностью осуществления непрерывной передачи маяка по меньшей мере в специализированном общем канале управления, а также с возможностью поддержки заранее определенного количества частных каналов связи, подлежащих выделению работающим мобильным системам/пользователям после регистрации. В принципе, каждый из частных каналов связи определяется парой нисходящей и восходящей частот, в которой нисходящую частоту используют для передачи из концентратора посредством соответствующего спутника в мобильную систему, а восходящую частоту используют для передачи из мобильной системы посредством спутника в концентратор.

Для обеспечения оптимизированной связи с использованием малогабаритного антенного узла способ настоящего изобретения может использовать двухстадийную операцию наведения. Для этого мобильная система может быть выполнена с возможностью установления синхронизации модема путем первого, грубого, наведения на основании общего сигнала управления, передаваемого сетевым концентратором. Когда первоначальная синхронизация достигнута, для тонкой настройки наведения антенны и улучшения качества связи может использоваться наведение с обратной связью. Таким образом, для первоначального наведения используется первая, низкая скорость данных, и, за счет скорости передачи данных, высокоэффективные способы коррекции ошибок. Когда синхронизация достигнута, передаваемые данные могут, в принципе, содержать данные о направлении передачи, а концентратор может, в принципе, передавать соответствующие данные о качестве связи. Это дает возможность тонкой настройки наведения путем тонкого сканирования, а также возможность использования способов конического сканирования с целью поддержания синхронизации при движении системы. Поскольку синхронизация уже достигнута, на этой стадии скорость данных может быть увеличена, и в активном режиме могут использовать вторую, более высокую скорость данных.

Таким образом, в соответствии с одним широким аспектом настоящего изобретения предлагается система спутниковой связи, содержащая:

(a) один или более антенных узлов, выполненных с возможностью приема и передачи электромагнитного излучения в одном или более частотных диапазонах;

(b) модемный узел, соединенный с одним или более антенными узлами и выполненный с возможностью модуляции входящих сигналов, принятых указанными одним или более антенными узлами, в электронные данные и с возможностью модуляции исходящих электронных данных в сигналы в одном или более заранее определенных частотных диапазонах, подлежащие передаче указанными одним или более антенными узлами;

(с) процессорный узел, соединенный с указанными одним или более антенными узлами и с указанным модемным узлом, содержащий

i) модуль оптимизатора ориентации антенны, выполненный с возможностью и предназначенный для варьирования по меньшей мере одного из азимута и возвышения при передаче и приеме сигналов указанными одним или более антенными узлами; и

ii) модуль регистрации в сети, выполненный с возможностью и предназначенный для регистрации системы в сети связи, при этом указанная регистрация включает выбор свободного частного канала связи из списка свободных каналов, предоставленного сетью, формирование сигнала, содержащего выбранную последовательность, для передачи в концентратор посредством спутника, а также выполненный с возможностью и предназначенный для реагирования на надлежащий сигнал оповещения из концентратора в указанном частном канале связи.

В принципе, указанная система может быть выполнена с возможностью осуществления связи посредством геостационарного спутника.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления модуль оптимизатора антенны может быть дополнительно выполнен с возможностью и предназначен для варьирования поляризации передачи сигнала и/или приема электромагнитного излучения указанными одним или более антенными узлами.

В принципе, указанные один или более антенные узлы могут содержать по меньшей мере передающую антенну с фазированной решеткой и приемную антенну с фазированной решеткой. Модуль оптимизатора ориентации антенны может быть выполнен с возможностью варьирования фазовых соотношений между антенными элементами передающих антенных узлов с фазированной решеткой и с возможностью варьирования фазовых соотношений между антенными элементами приемных антенных узлов с фазированной решеткой, чтобы тем самым управлять направлением ориентации передачи или приема сигналов электромагнитного излучения указанными передающими и приемными антенными узлами с фазированной решеткой.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления процессорный узел может дополнительно содержать инициализирующий модуль, выполненный с возможностью и предназначенный для обнаружения общих сигналов управления из сети. Указанное обнаружение включает: нахождение доступных региональных концентрирующих станций из заранее заданного списка сетевых концентрирующих станций, определение местоположения по меньшей мере одного спутника, связанного с по меньшей мере одной из указанных доступных региональных концентрирующих станций, определение данных о соответствующих направлении и частоте общего канала управления, и и предоставление указанных данных направления и частоты для каждого из указанного по меньшей мере одного спутника в модуль оптимизатора ориентации антенны и предоставление данных частоты в модемный узел с указанием указанной частоты для соответствующего принятого сигнала в указанном общем канале управления. Дополнительно, процессор может быть выполнен с возможностью и предназначен для ожидания приема соответствующего указывающего сигнала из сети. Инициализирующий модуль может быть выполнен с возможностью неоднократного выбора сети и соответствующего общего канала управления до тех пор, пока не будет обнаружен указанный соответствующий входящий сигнал.

Модемный узел может быть выполнен с возможностью и предназначен для реагирования на преамбульный сигнал маяка и подстройки частоты входящих сигналов в соответствии с данными, принятыми в указанном преамбульном сигнале маяка. Дополнительно или как вариант, модемный узел может быть выполнен с возможностью и предназначен для формирования сигнала оповещения, оповещающего указанный процессорный узел при достижении синхронизации с общим каналом управления. Процессорный узел также может быть выполнен с возможностью и предназначен для формирования сигнала оповещения, оповещающего модуль регистрации в сети при приеме надлежащего указания на синхронизацию из модемного узла.

Инициализирующий модуль может быть дополнительно выполнен с возможностью извлечения из принятого общего сигнала управления списка доступных частных каналов для осуществления связи через сеть и с возможностью информирования модуля регистрации в сети. Модуль регистрации в сети может быть выполнен с возможностью выбора свободного частного канала связи из указанного списка доступных частных каналов и с возможностью подачи указанному модулю оптимизатора ориентации антенны предписания осуществить соответствующее наведение направлений передачи и приема указанных одного или более антенных узлов. Модуль регистрации в сети может быть дополнительно выполнен с возможностью и предназначен для реагирования на входящий сигнал в указанном свободном частном канале связи, указывающий доступность указанного выбранного свободного частного канала связи.

Дополнительно или как вариант, модуль регистрации в сети может быть выполнен с возможностью выбора сигнальной последовательности и с возможностью указания модемному узлу выполнить неоднократную передачу указанной выбранной последовательности посредством свободного частного канала связи, выбранного из указанного списка доступных частных каналов. Модуль регистрации в сети также может быть выполнен с возможностью и предназначен для реагирования на входящее сообщение из указанного концентратора, указывающее указанную выбранную последовательность и данные о качестве передачи. Выбором свободного частного канала связи может быть случайный выбор. Дополнительно модуль регистрации в сети может быть выполнен с возможностью повторения указанного случайного выбора в соответствии с надлежащими указаниями из процессорного узла.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения система может быть выполнена с возможностью работы в режиме ожидания или в режиме активного сеанса по выбору, так, что при работе в режиме ожидания модемный узел работает с передачей распределенных сигналов с первой скоростью данных, а при работе в активном режиме модемный узел работает с передачей сигналов со второй, более высокой скоростью данных. Первая скорость данных может включать распределение исходящих передаваемых сигналов; дополнительно или как вариант, первая скорость данных может быть ниже 5 кбит/с.Первая скорость данных может быть использована для создания возможности высокоэффективной коррекции ошибок во входящих и исходящих сигналах на обеих сторонах соединения (т.е. на стороне системы и/или на стороне концентратора). Вторая скорость данных может быть между 10 кбит/с и 200 кбит/с и иногда между 10 кбит/с и 500 кбит/с, например, для поддержки голосовой связи и определенных уровней передачи данных.

Процессорный узел может быть выполнен с возможностью реагирования на входящие данные, указывающие на запрос на включение в активный сеанс передачи данных, чтобы таким образом задействовать систему в активном режиме. Процессорный узел также может быть выполнен с возможностью реагирования на надлежащее указание, принятое через сеть. В этой связи модуль регистрации в сети может быть выполнен с возможностью и предназначен для реагирования на входящий сигнал, указывающий на запрос инициализации режима активного сеанса, и с возможностью предоставления соответствующего указания в процессорный узел.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, модуль оптимизатора ориентации антенны может быть выполнен с возможностью варьирования по меньшей мере одного из азимута и возвышения для для направлений передачи и приема указанных одного или более антенных узлов в соответствии с данными о местоположении и ориентации системы. Для этого система может дополнительно содержать один или более датчиков местоположения и ориентации, выполненных с возможностью предоставления данных о местоположении и ориентации одного или более антенных узлов, и с возможностью подачи таких данных местоположения и ориентации в процессорный узел. В число таких датчиков местоположения и ориентации может входить по меньшей мере один из следующих: механический компас, электронный компас, один или более акселерометров, GPS.

В соответствии с еще некоторыми вариантами осуществления, модуль оптимизатора ориентации антенны может быть выполнен с возможностью варьирования азимута и возвышения для передачи и приема указанных одного или более антенных узлов в соответствии с данными о местоположениях спутников. Система может дополнительно содержать узел хранения, содержащий данные о местоположениях спутников и соответствующих сетях связи.

Следует отметить, что в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения система может содержать модули местных входящих и исходящих соединений, выполненные с возможностью осуществления местной связи с внешним электронным устройством с целью обмена данными через указанную сеть. Например, система может предоставлять пользователю возможность инициирования и ведения сеансов связи с использованием внешнего ручного электронного устройства (например, смартфона, персонального компьютера или ручного устройства связи любого другого типа, имеющего надлежащую техническую возможность осуществления связи).

В соответствии с еще одним широким аспектом настоящего изобретения предлагается способ для использования в спутниковой связи, включающий:

(a) предоставление данных о местоположении спутника и данных о частотном диапазоне общего канала управления, передаваемого посредством указанного геостационарного спутника;

(b) применение соответствующей фазовой схемы ко входящим данным, принимаемым из антенны с фазированной решеткой в указанном частотном диапазоне, с целью обнаружения сигнала маяка в указанных входящих данных и обнаружения общего сигнала управления, передаваемого сетевым концентратором в указанном общем канале управления посредством указанного геостационарного спутника; и

(с) синхронизацию связи с указанным концентратором в указанном общем канале управления.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения указанным спутником является геостационарный спутник.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения способ может дополнительно включать проверку указанной синхронизации с общим каналом управления и выбор дополнительный частоты связи при нахождении того, что указанная синхронизация неуспешна.

Дополнительно или как вариант, способ может дополнительно включать обработку указанного общего сигнала управления с целью определения списка доступных частных каналов связи и выбор одного из указанных доступных частных каналов связи с целью регистрации в сетевом концентраторе посредством указанного выбранного частного канала связи. Указанным выбором одного из указанных доступных частных каналов связи может быть случайный выбор.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления указанная регистрация в сетевом концентраторе может включать: применение фазовой схемы к антенне с фазированной решеткой для приема нисходящего сигнала маяка на нисходящей частоте указанного выбранного частного канала связи; калибровку передающей антенны с фазированной решеткой в соответствии с определенной таким образом фазовой схемой; и передачу сигнала регистрации на восходящей частоте частного канала связи с целью обеспечения возможности завершения регистрации при приеме сигнала подтверждения, указывающего регистрацию. В принципе, передача указанного сигнала регистрации может использовать распределенную скорость передачи.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления в способе могут определять, завершена ли регистрация, и при установлении того, что регистрация неуспешна, выбирать для регистрации другой частный канал связи.

Способ может дополнительно включать передачу по выбору запроса активного сеанса для установления прямого канала связи с указанным концентратором.

С целью определения вариаций в данных о местоположении указанного спутника и для периодической синхронизации с указанным общим каналом управления данные местоположения могут предоставляться неоднократно. Данные местоположения могут предоставляться посредством считывания данных о местоположении и направлении ориентации из одного или более датчиков местоположения и ориентации, в число которых входит по меньшей мере один из следующих: GPS, акселерометр, магнитный компас, электронный компас.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения способ может включать неоднократное варьирование фазовой схемы, применяемой к антенне с фазированной решеткой, вблизи указанных данных местоположения с целью обнаружения движения антенны с фазированной решеткой относительно указанного геостационарного спутника.

В соответствии с еще одним широким аспектом настоящего изобретения предлагается машиночитаемое устройство хранения программы, на постоянной основе несущее программу из инструкций, которые могут быть выполнены машиной с целью реализации способа для использования в спутниковой связи, включающего:

предоставление данных о местоположении геостационарного спутника;

предоставление данных о частоте связи общего канала управления посредством указанного геостационарного спутника;

применение соответствующей фазовой схемы ко входящим данным, принятым из антенны с фазированной решеткой, для обнаружения сигнала маяка и обнаружения общего сигнала управления, передаваемого сетевым концентратором посредством указанного геостационарного спутника; и

синхронизацию с указанным общим каналом управления.

В соответствии с еще одним широким аспектом настоящего изобретения предлагается компьютерный программный продукт, содержащий носитель информации, который может быть использован компьютером и который содержит машиночитаемый программный код, реализованный на указанном носителе для использования в спутниковой связи, при этом указанный компьютерный программный продукт содержит:

машиночитаемый программный код для реализации предоставления компьютером данных о местоположении геостационарного спутника;

машиночитаемый программный код для реализации предоставления компьютером данных о частоте связи общего канала управления посредством указанного геостационарного спутника;

машиночитаемый программный код для реализации выполнения компьютером применения соответствующей фазовой схемы ко входящим данным, принятым из антенны с фазированной решеткой, с целью обнаружения сигнала маяка и обнаружения общего сигнала управления, передаваемого сетевым концентратором посредством указанного геостационарного спутника; и

машиночитаемый программный код для реализации выполнения компьютером синхронизации с указанным общим каналом управления.

Краткое описание чертежей

Для лучшего понимания сущности раскрываемого здесь изобретения и для иллюстрации того, как это изобретение может быть осуществлено на практике, далее посредством лишь неограничивающего примера описываются варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на сопровождающие чертежи, в которых:

фиг. 1 схематично иллюстрирует мобильную систему связи в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения;

фиг. 2 иллюстрирует операцию инициирования связи в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения;

фиг. 3 иллюстрирует шаг операции регистрации в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.

Осуществление изобретения

Как указано выше, настоящее изобретение предлагает мобильную систему связи для передачи и приема данных посредством одного или более спутников. Это иллюстрируется на фиг. 1, где схематично представлена система 100 для использования для связи на основе спутников в соответствии с настоящим изобретением. Система 100 содержит один или более антенных узлов (показаны два таких антенных узла 102 и 104), по меньшей мере один модемный узел 106 и процессорный узел 110. Система 100 также может, в принципе, содержать узел 130 хранения или быть выполнена с возможностью подключения к такому узлу хранения, питающий узел и одно или более средств для местного ввода и вывода, которые на чертеже конкретно не показаны.

Указанные один или более антенных узлов выполнены с возможностью приема и передачи электромагнитного излучения в одном или более заранее определенных частотных диапазонах. В принципе, указанная система может использовать два антенных узла 102 и 104, как показано на чертеже. Антенные узлы могут выбирать таким образом, чтобы первый антенный узел, к примеру, антенный узел 102, представлял собой специализированную передающую антенну, а второй антенный узел, к примеру, антенный узел 104, представлял собой специализированную приемную антенну. Дополнительно, как показано на чертеже, указанные антенные узлы могут быть сконфигурированы как антенные элементы, соединенные с соответствующими радиочастотными и преобразующими модулями 122 и 124. Радиочастотные и преобразующие узлы 122 и 124 могут быть выполнены с возможностью извлечения радиочастотных сигналов из должным образом модулированного входящего сигнала, принимаемого указанной антенной, и/или с возможностью модуляции сигналом, подлежащим передаче, несущей частоты для надлежащей передачи. Например, радиочастотный и преобразующий узел 124 в приемном антенном узле 104 может содержать малошумящий радиочастотный усилитель и узел понижающего преобразователя. Радиочастотный и преобразующий узел 122 в передающем антенном узле 102 может содержать усилитель мощности и узел повышающего преобразователя.

Антенный узел (узлы) соединен с модемным узлом 106, выполненным с возможностью демодуляции входящих сигналов в электронные данные, подлежащие обработке процессорным узлом 110, а также с возможностью приема исходящих электронных данных из процессорного узла 110 и с возможностью формирования (модуляции) соответствующих сигналов для передачи указанными антенными узлами. В соответствии со структурной схемой системы 100 модемный узел 106 может быть или может не быть частью процессорного узла 110.

Процессорный узел 110 соединен с одним или более антенными узлами 102 и 104 и с модемным узлом 106 и выполнен с возможностью использования указанных антенных узлов для передачи и приема сигналов, соответствующих различным операциям сети, а также для осуществления связи через указанную сеть. В число этих операций сети, в принципе, входят нахождение спутника, предоставляющего доступ в соответствующую сеть связи; настройка антенного узла на надлежащее направление для приема и для передачи сигналов в спутник и из спутника; определение идентификатора сети; регистрация в доступной сети; и реагирование на или включение в активные сеансы связи посредством указанной сети. Для этого процессорный узел может, в принципе, содержать по меньшей мере модуль 112 антенного оптимизатора и модуль 116 регистрации в сети. Следует отметить, что процессорный узел 110 может содержать один или более дополнительных модулей, например, инициализирующий модуль 114 (показанный пунктирными линиями) и другие модули, не показанные конкретно. Также следует обратить внимание на то, что указанные модули могут быть аппаратными или программными модулями и могут быть реализованы в одном или более физических обрабатывающих элементах, в совокупности определяющих процессорный узел 110.

Модуль 112 оптимизатора ориентации антенны выполнен с возможностью варьирования азимута и возвышения, и, в некоторых вариантах осуществления изобретения, также поляризации, для передачи и приема названными одним или более антенными узлами. В этой связи следует отметить, что одним или более антенных узлов 102 и 104 являются, предпочтительно, антенные узлы с фазированной решеткой. В принципе, антенну с фазированной решеткой конфигурируют из решетки антенных элементов, выполненных с возможностью передачи/приема электромагнитных (ЭМ) сигналов таким образом, чтобы разные элементы решетки работали с небольшой разностью фаз относительно других элементов решетки. Надлежащее управление фазовыми соотношениями между разными элементами антенной решетки дает возможность управления направлением передачи ЭМ сигналов (или направлением, с которого принимают сигнал). В принципе, способ настоящего изобретения, предлагая протоколы регистрации, допускающие использование передающих и приемных элементов с небольшим усилением, дает возможность использования малогабаритных антенных узлов с фазированной решеткой. В этой связи следует отметить, что передача данных с использованием антенных узлов с небольшим усилением может быть причиной ошибок передачи данных и увеличения времени синхронизации. Способ настоящего изобретения использует для инициализации и регистрации относительно низкую скорость передачи данных (к примеру, от нескольких сотен битов в секунду до нескольких килобитов в секунду). В то же время указанные системы, а также сетевой концентратор, выполнены с возможностью переключения в активный режим и осуществления связи с относительно более высокой скоростью данных (к примеру, от десятков до сотен килобитов в секунду).

Более конкретно, как подробнее описано ниже, способ настоящего изобретения дает возможность осуществления связи в двух режимах, а система выполнена с возможностью передачи и приема битов данных в режиме ожидания с более низкой битовой скоростью, допускающей использование различных способов коррекции ошибок и этим делающей возможной синхронизацию при малой мощности принимаемого сигнала, в настоящем документе называемую синхронизацией при малом усилении. Указанные система и концентратор выполнены с возможностью осуществления связи при более высокой скорости данных с использованием синхронизации, уже достигнутой при регистрации, при инициировании активного сеанса связи (пользователем или в результате приема из концентратора надлежащего запроса, например, входящего вызова). В принципе, система для поддержания связи при нахождении в режиме активной связи может использовать различные способы слежения, например, коническое сканирование.

В этой связи модуль 116 регистрации в сети выполнен с возможностью регистрации системы в сети, реализуемой соответствующим концентратором посредством спутника. Операция регистрации, в принципе, содержит выбор доступного/свободного частного канала связи и передачу сигнала, образованного выбранной последовательностью, в указанный концентратор и реагирование на надлежащее оповещение о выполненной регистрации из указанного концентратора. В принципе, мобильная система 100 связи выполнена с возможностью периодической регистрации в сети, реализованной в соответствующем регионе. Это дает системе возможность приема признака входящих сеансов передачи данных, например, входящего телефонного вызова, короткого текстового сообщения, сообщения электронной почты или любого другого сеанса передачи данных. Кроме того, регистрация в сети необходима для инициирования сеанса передачи данных, например исходящего телефонного вызова, передачи коротких текстовых сообщений, сообщений электронной почты или любого другого исходящего сеанса передачи данных. В этой связи, и как указано выше, сообщение для регистрации в сети может, в принципе, передаваться (системой и концентратором) на относительно низкой скорости данных. Более конкретно, сигналы регистрации, содержащие нисходящий маяк и запрос присоединения к частному каналу, могут передавать с использованием способа распределенного сигнала/ распределенного спектра с соотношением от 1:4 до 1:10, иногда до 1:50 или 1:100, или, как правило, ниже 1:1000; такие соотношения распределения данных обеспечивают высокоэффективную коррекцию ошибок и быструю синхронизацию.

Кроме того, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, процессорный узел 110 может дополнительно содержать инициализирующий модуль 114. Этот инициализирующий модуль выполнен с возможностью реагирования на общий сигнал управления (ОСУ), связанный с сетевым концентратором. Такой общий сигнал управления может непрерывно передаваться каждым сетевым концентратором в заранее определенном соответствующем частотном канале, называемом общим каналом управления (ОКУ), и может содержать данные, являющиеся признаком конкретной сети (идентификатор сети) и данные о доступных частных каналах связи. В принципе, ОСУ может содержать дополнительные данные, например, признак времени, предназначенный для содействия мобильным системам связи в калибровке. Таким образом, указанная инициализация, в принципе, дает возможность определения доступных региональных концентрирующих станций, функционирующих посредством спутников, находящихся в зоне связи, и возможность предоставления информации, указывающей местоположение соответствующих спутников и связанных с ними общих каналов управления, в модуль 112 антенного оптимизатора и в модемный узел 106, соответственно. Как указано выше, модуль 112 антенного оптимизатора выполнен с возможностью определения надлежащего направления (азимута и возвышения), с которого должно выполняться обнаружение ОСУ, и с возможностью соответствующей оптимизации приемного антенного узла 104. В модуль 112 антенного оптимизатора и в модемный узел 106 также сообщают частоту ОКУ для извлечения указанного ОСУ из входящего излучения, принимаемого антенным узлом 104. Следует отметить, что список глобальных местоположений спутников и сетевых концентраторов могут заранее сохранять в системе 100 (например, в узле 130 хранения) и могут периодически обновлять.

Как отмечалось, систему 100 настоящего изобретения конфигурируют, предпочтительно, как относительно малогабаритную мобильную систему. Систему 100 могут конфигурировать в форме ручного устройства, имеющего физические размеры в несколько сантиметров. Чтобы сделать возможными столь небольшие габариты, систему 100, предпочтительно, конфигурируют с использованием малогабаритных антенных узлов с фазированной решеткой, имеющих размеры, к примеру, в диапазоне между 50 мм × 50 мм и 130 мм × 130 мм для приемного антенного узла 104 и аналогичные размеры для передающего антенного узла 102. Для этого антенные узлы с фазированной решеткой могут конфигурировать из 4×4 антенных элементов, 5×5 или 6×6 антенных элементов или любой комбинации N×M антенных элементов, где значения N и М находятся между 4 и 25 или между 4 и 16 или, далее, между 4 и 12, и, в принципе, число антенных элементов не превышает 33×33.

В этой связи следует отметить, что количество элементов в антенном узле с фазированной решеткой может определять характеристики подвижности этого антенного узла. В принципе, большее количество антенных элементов в антенном узле с фазированной решеткой повышает способность антенны к формированию узкого луча передачи (или приема) и, соответственно, к возможности реализации более высокого усиления. Использование антенных узлов с фазированной решеткой со сниженным количеством антенных элементов в соответствии с настоящим изобретением дает, с одной стороны, возможность реализации малогабаритной конфигурации системы, пригодной для мобильного использования, хотя и требует применения способа связи, пригодного для установления и поддержания связи с использованием приемных/передающих антенных узлов с небольшим усилением. С другой стороны, использование сниженного количества антенных элементов в антенном узле с фазированной решеткой приводит к большей ширине луча (к более широкому угловому полю для передачи и приема) и этим снижает требуемую для надлежащей связи точность наведения антенны на нужный спутник.

Также следует обратить внимание на то, что в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения антенный узел может эксплуатироваться с использованием только части излучающих/приемных антенных элементов. Более конкретно, если антенный узел с фазированной решеткой содержит 10×10 антенных элементов, то для реализации решетки 5×5 элементов используют только один из четырех элементов. Это дает возможность дополнительно расширить угловое распределение передаваемого/принимаемого излучения, чтобы таким образом облегчить обнаружение местоположения спутника (за счет увеличения шума и снижения усиления).

Таким образом, способ и система, описанные в настоящем документе, используют операции регистрации, адаптированные для обеспечения надежной связи при использовании мобильных малогабаритных антенных узлов. Этот способ связи рассчитан на устранение или, по меньшей мере, на значительное снижение потребности в точной калибровке антенных узлов в отношении вариаций температуры, которые, что общеизвестно, влияют на передающие свойства и надлежащее фазовое соотношение в типовых антенных узлах с фазированной решеткой. В этой связи система и способ настоящего изобретения рассчитаны, в основном, на работу при относительно низкой битовой скорости для предоставления, в основном, голосовой связи; однако они могут использоваться и для передача данных, например, коротких текстовых сообщений, сообщений электронной почты и иных типов данных для осуществления связи. В принципе, эта сеть связи и система спутниковой мобильной связи могут быть выполнены с возможностью поддержки связи посредством геостационарных спутников при битовой скорости от 10 кбит/с до 200 кбит/с или до 500 кбит/с. В принципе, использование для связи относительно низкой битовой скорости дает возможность улучшения чувствительности антенны и приемника, и таким образом дает системе возможность установления надежной связи с использованием антенных узлов с ограниченным усилением. Это, в свою очередь, делает возможным использование малогабаритных антенных узлов и реализацию мобильной системы связи. Кроме того, поскольку чувствительность приема как на стороне системы/терминала, так и на стороне концентратора обеспечивает возможность передачи со сниженной энергией, возможно использование питающего узла типа батареи. Следует отметить, что сам спутник, как общеизвестно в уровне техники, не принимает активного участия в осуществлении связи, за исключением приема входящего сигнала, усиления указанного сигнала и передачи усиленного сигнала.

В этой связи на фиг. 2 и 3 схематично представлены операции инициализации и регистрации в соответствии с раскрываемым способом. Как указано выше, указанные операции регистрации могут, в принципе, выполняться системой периодически для предоставления непрерывной связи с соответствующей сетью, и могут выполняться в ответ на сеансы входящей связи, чтобы обеспечивать доступность для входящих вызовов.

Фиг. 2 иллюстрирует операцию инициализации, которая может выполняться при запуске системы или после потери связи. Для инициализации подключения к сети, в принципе, предоставляют данные о местоположении системы (2001), а также данные о региональных сетях и спутниках (2002). В данных местоположения могут использовать данные местоположения, определенные на основе GPS, а также на основе любого другого способа определения местоположения. Данные местоположения используют для выбора геостационарного спутника таким образом, чтобы система находилась в пределах его расстояния передачи. Данные о региональных сетях могут, в принципе, хранить в узле хранения системы и, при необходимости, периодически обновлять. В данных о региональных сетях и спутниках может, в принципе, содержаться местоположение геостационарных спутников, используемых пригодными для использования сетями связи, а также частотные каналы общих каналов управления, соответствующих указанным сетям. На основании местоположения системы, информации о сети и о спутниках, реализующих сеть и в пределах доступности, определяют региональную концентрирующую базовую станцию и соответствующий общий канал управления (ОКУ) (2004). Выбирают соответствующую частоту (2006) и настраивают приемный антенный узел и модемный узел на эту соответствующую частоту (2008). В принципе, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, частоту ОКУ и частоты дополнительных каналов связи выбирают в по меньшей мере одном из следующих частотных диапазонов, определенных Институтом инженеров по электротехнике и электронике (IEEE, Institute of Electrical and Electronics Engineers): диапазон Ku (12 ГГц - 18 ГГц), диапазон K (18 ГГц - 27 ГГц) и диапазон Ka (26,5 ГГц - 40 ГГц).

В дополнение к настройке входящей частоты, антенный узел, как правило, настраивают на прием входящих сигналов, поступающих с основного направления выбранного спутника (2010). Направление, с которого приходят сигналы, передаваемые из соответствующего спутника, могут задавать путем задания надлежащих фазовых соотношений входящему электромагнитному излучению, принимаемому разными антенными элементами антенного узла с фазированной решеткой. Такая фазовая вариация соответствует азимуту и возвышению спутника относительно указанной системы. В этой связи указанная фазовая вариация может быть определена путем сканирования входящих электромагнитных сигналов по возможным вариациям фазы с целью нахождения максимального сигнала на частоте ОКУ. Как вариант, может быть использовано оценочное фазовое соотношение, соответствующее местоположению спутника, которое затем немного варьируют с целью нахождения максимального сигнала. Это оценочное фазовое соотношение могут также определять в соответствии с ориентацией системы, которая, в свою очередь, может быть определена одним или более акселерометрами. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления изобретения азимут и возвышение могут определять совместно с поиском сигнала ОКУ (2012), тогда как в некоторых других вариантах осуществления могут определять оценочное фазовое соотношение, соответствующее требуемому азимуту и возвышению, и варьировать указанное соотношение для обнаружения сигнала ОКУ (2012). Следует отметить, что в ходе первоначального поиска входящего сигнала фазовые вариации, применяемые к антенному узлу (к примеру, модулем антенного оптимизатора), могут быть грубыми. Например, такие первоначальные фазовые вариации могут соответствовать изменению угла на 2-10 градусов на каждый шаг сканирования. Также следует обратить внимание на то, что использование ограниченного количества антенных элементов в антенных узлах с фазированной решеткой дает относительно широкое угловое поле приема, что делает возможным такой грубый поиск.

На этой стадии модемный узел предпринимает попытку захвата обнаруженного сигнала ОКУ (2014). Подтверждением такого захвата может быть успешное извлечение данных сети из принятого сигнала (2022). Однако в некоторых вариантах осуществления изобретения сигнал ОКУ может содержать достаточно битов для восстановления данных, поэтому факт захвата может быть установлен до извлечения соответствующих данных. В принципе, сканирование с целью точного определения местоположения соответствующего спутника, т.е. фактического источника сигнала, могут продолжать, даже если модемный узел захватил сигнал ОКУ. Это нужно для реализации мобильности связи и для предотвращения прерывания связи при изменениях местоположения/ориентации системы. Конкретно, если первоначальное сканирование для сигнала ОКУ является относительно грубым, то сканирование, продолжающееся от синхронизации модема до конца сеанса связи, может быть более тонким. Это тонкое сканирование может содержать продолжительное коническое сканирование и фазовую вариацию, соответствующую отклонению луча менее, чем на два градуса. Если модему не удается захватить сигнал ОКУ, то могут: корректировать азимут и возвышение для обнаружения ОКУ (2016); выбирать новую сеть с другим ОКУ (2018); или выдавать оповещение о неудаче соединения (2024). Надлежащее действие в случае неудачи могут выбирать согласно соответствующему счетчику 2020, используемому для определения количества попыток соединения. В принципе, при первой неудаче, а также при заранее определенном количестве первоначальных неудач, могут изменять фазовые соотношения (соответствующие азимуту и возвышению) с целью компенсации изменений условий антенны или неверного первоначального определения параметров. После заранее определенного количества неудачных попыток обнаружения указанного сигнала могут выполнять поиск другой сети, передающей ОКУ на другой частоте. Если после повторных попыток сигнал не обнаружен, то могут выдавать соответствующее оповещение, например, сообщение «Нет обслуживания», извещающее о том, что спутниковый прием не обнаружен.

Регистрация в сети связи, в принципе, представляет собой периодическую операцию, необходимую для поддержания соединения и для возможности реагирования на входящие сеансы связи. Это иллюстрируется фиг. 3, где представлен пример операции регистрации в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения. Регистрацию, как правило, выполняют на основании данных сети, например, местоположения спутника и диапазонов частот каналов связи. Такие данные могут предоставлять посредством сигнала ОКУ данной сети. Предоставляют список частных каналов, как правило, перечисляющий доступные частные каналы (3001). Этот список могут, предпочтительно, извлекать из сигнала ОКУ; однако в некоторых вариантах осуществления изобретения, данные, указывающие список частных каналов, могут хранить в узле хранения данного устройства. Из указанного списка выбирают некоторый доступный канал связи (3003). Как правило, чтобы избежать двойного выбора, когда две разных системы пытаются одновременно зарегистрироваться посредством одного канала, указанный выбор могут делать случайным. Тем не менее, для выбора могут использовать и другие алгоритмы.

После выбора частного канала связи модемный узел и приемный антенный узел с целью приема входящих сигналов настраивают на выбранную частоту (3005). Следует отметить, что, как правило, частный канал связи содержит нисходящую частоту, используемую для передачи из концентратора посредством спутника в мобильную систему связи, и восходящую частоту, используемую для передачи из мобильного устройства посредством спутника в концентратор. Соответственно, для обнаружения входящих сигналов приемную антенну настраивают на нисходящую частоту выбранного канала с целью обнаружения нисходящего сигнала маяка (3009). Нисходящий сигнал маяка непрерывно передается концентратором в каждом доступном частном канале связи с целью указания на возможность использования этого канала и содействия системам связи в регистрации в сети. Прежде, чем начать передачу, модем, предпочтительно, должен захватить нисходящий маяк (2011). Неудача при захвате может означать, что канал, возможно, уже используется другой системой или антенный узел неверно настроен. Для упрощения операции могут выбирать другой канал (например, случайным образом) и могут выполнять поиск сигнала маяка на другой нисходящей частоте. Следует отметить, что путем настройки антенного узла на выбранную частоту фазовые соотношения между элементами антенны с фазированной решеткой, когда такую антенну используют, могут соответственно изменять. Кроме того, для непрерывного обновления азимута и возвышения спутника относительно указанной системы могут использовать изменения в местоположении системы. Для этого могут периодически проводить вышеописанную операцию инициализации.

Когда нисходящий маяк обнаружен, передающую антенну могут настраивать (3013) на восходящую частоту выбранного канала. Эта настройка может, в принципе, содержать восходящую частоту и фазовое соотношение в соответствии с относительным направлением для передачи. Для установления связи с концентратором могут передавать восходящий маяк (3015). Этот восходящий маяк содержит регистрационную последовательность, которая может, в принципе, содержать выбранную последовательность, идентифицирующую систему, и, предпочтительно содержит последовательность, выбранную случайным образом. Кроме того, восходящий маяк может, в принципе, содержать направление передачи, т.е. текущие фазовые соотношения между антенными элементами антенных узлов с фазированной решеткой. Целью этого является выполнение совместно с концентратором цикла калибровки с обратной связью для оптимизации направления передачи.

В принципе, после приема такой регистрационной последовательности сетевой концентратор, идентифицировав систему, передавшую эту последовательность, передает ту же самую регистрационную последовательность обратно в эту систему в нисходящем канале (3017). Концентратор может добавлять в ответную последовательность данные о интенсивности принятого сигнала, а также данные сети, например, признак ожидания сообщения или приглашение начать сеанс связи (например, входящий телефонный вызов и т.д.). Ответный сигнал могут использовать для дальнейшей оптимизации направления для передачи и приема, а также для обеспечения возможности связи в случае, когда система является мобильной и движется. В указанной операция может, как правило, требоваться признак приема указанного сигнала подтверждения (3019). Если сигнал подтверждения не принят, то могут выбирать другой частный канал (3025). Такая ситуация может иметь место, когда другая система пытается зарегистрироваться в том же канале, или когда передача прервана по другим причинам. Когда сигнал подтверждения принят, его обрабатывают, чтобы определить, включена ли в этот сигнал какая-либо дополнительная информация, приглашающая инициировать активный сеанс (3021). Если такая информация принята, то могут инициировать активный сеанс связи (3027). Если же конкретная информация не принята, то операцию регистрации завершают и частный канал связи высвобождают (3023).

По существу аналогичную операцию регистрации могут использовать, когда активный сеанс запрашивают по инициативе пользователя. В этом случае восходящий маяк может содержать запрос инициирования активного сеанса в выбранном частном канале. В этой связи следует отметить, что передача данных в частных каналах связи может обеспечиваться как в режиме ожидания, так и в активном режиме. Режим ожидания содержит вышеописанную регистрацию и характеризуется передачей сигнала на первой, более низкой, битовой скорости для экономии энергии, для реализации более высокого усиления и для содействия в обнаружении сети. В активном режиме для обеспечения надлежащей связи данные могут передаваться на второй, более высокой, битовой скорости. Например, первая битовая скорость может составлять приблизительно от ста битов в секунду до нескольких килобитов в секунду, а в активном режиме могут использовать полную битовую скорость системы (к примеру, несколько сот килобит в секунду).

Кроме того, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, в режиме ожидания для связи могут использовать способ с распределением по спектру или другие способы распределения битов. В способе с распределением по спектру сигнал распределяют в частотной области, чтобы использовать более широкую полосу частот при более низкой битовой скорости. Как вариант, сигналы могут распределять во временной области для передачи того же сигнала с более низкой битовой скоростью. Эти способы могут быть использованы для облегчения осуществления связи, когда высокая битовая скорость не требуется, и для обеспечения возможности обнаружения сигналов маяка с использованием малогабаритных и относительно недорогих антенных узлов.

Также при передаче сигнала могут использовать различные способы обнаружения и коррекции ошибок. В режиме ожидания коррекцию ошибок могут использовать для синхронизации модема и передачи данных с использованием антенны с низким усилением, чтобы сделать возможной простую и быструю регистрацию в сети. В активном режиме возможна передача более значительных объемов данных, при этом могут использовать любые способы обнаружения ошибок или способы коррекции ошибок, согласующиеся с требуемой для связи битовой скоростью и объемом данных, подлежащих передаче.

Следует отметить, и это указано выше, что способ, система и устройство в соответствии с настоящим изобретением, в принципе, рассчитаны на предоставление связи с относительно низкой скоростью передачи данных. Более конкретно, чтобы поддерживать мобильную связь посредством геостационарных спутников, способ настоящего изобретения в основном ориентирован на достижение эффективности связи, а не высоких скоростей передачи данных. Система 100 связи выполнена с возможностью осуществления связи в активном режиме со скоростью, как правило, от десяти до нескольких сотен килобитов в секунду. В то же время в режиме ожидания для первоначальной синхронизации и регистрации в сети система может использовать связь со скоростью от несколько сотен битов в секунду до нескольких килобитов в секунду. Эту пониженную скорость данных используют, чтобы сделать возможной синхронизацию модема с входящими сигналами даже в тех случаях, когда направление антенны (фазы) настроено не оптимально по отношению к направлению, с которого передается сигнал. После первоначальной синхронизации антенный оптимизатор может, используя обратную связь с концентратором, выполнять операции повышения качества калибровки. После успешной оптимизации антенны модемный узел могут переводить на более высокую битовую скорость, например, для связи в активном режиме и/или, при определенных обстоятельствах, для системных операций.

В принципе, нисходящий приемник в модеме может быть выполнен с возможностью передачи данных, указывающих качество принятого сигнала до и после первоначальной синхронизации. Как указано выше, использование более низкой битовой скорости для первоначальной связи и регистрации обеспечивает возможность синхронизации без обязательной оптимизации наведения антенных узлов. Когда синхронизация модема достигнута, связь с концентратором при замкнутом контуре обратной связи делает возможной тонкую настройку наведения/направленности антенны для создания, путем повышения качества сигнала, возможности использования при осуществлении связи более высокой скорости данных.

Оптимизация передачи данных может быть, по существу, аналогичной, но она требует установленной связи с концентратором. Как указано выше, с целью сделать возможной тонкую настройку наведения антенны, в исходящий сигнал, передаваемый указанной системой, могут включать данные о направлении передачи (азимут и возвышение и/или соответствующие фазовые соотношения антенного узла), а концентратор может передавать ответный сигнал, содержащий данные о качестве передачи. В этом направлении связи использование сниженной скорости данных дает концентратору возможность обнаружения передаваемых восходящих сигналов для оптимизированного и неоптимизированного наведения антенны. Также следует обратить внимание на то, что, в принципе, любой сигнал, подлежащий передаче, как восходящий, так и нисходящий, могут снабжать маркером времени, т.е. включать в этот сигнал данные о времени передачи. Временное маркирование может быть использовано для реализации эффективной связи и синхронизации в случаях, когда система находится в движении. Кроме того, временное маркирование дает системе возможность оптимизации наведения антенны на основании предыдущих сеансов связи. Например, система может использовать временное маркирование передачи с целью определения фазовых соотношений для антенных элементов в момент, когда достигнуто наивысшее качество сигнала, и интегрирования данных из датчиков местоположения и ориентации (например, GPS и акселерометра (акселерометров)), чтобы определять текущие фазовые соотношения для передачи.

Таким образом, настоящее изобретение предлагает новые систему и способ для использования в мобильной связи на основе спутников. Способ настоящего изобретения предлагает относительно простую и недорогую сеть связи, использующую для реализации глобального покрытия уже имеющиеся геостационарные спутники. Специалист в данной области техники легко поймет, что без выхода за пределы объема настоящего изобретения, определяемого прилагаемой формулой изобретения, в вышеописанных вариантах осуществления настоящего изобретения могут быть сделаны разнообразные модификации и изменения.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах спутниковой связи. Технический результат состоит в повышении качества связи. Для этого предложены система и способ для использования в спутниковой связи. Указанная система содержит: один или более антенных узлов для приема и передачи электромагнитного излучения в выбранных частотных диапазонах, модемный узел, выполненный с возможностью модуляции принятых входящих сигналов и модуляции исходящих электронных данных в сигналы, подлежащие передаче, процессорный узел, соединенный с указанными одним или более антенными узлами и с указанным модемным узлом. Процессорный узел содержит модуль оптимизатора ориентации антенны, выполненный с возможностью и предназначенный для варьирования азимута и возвышения направления при передаче и приема сигналов антенными узлами, и модуль регистрации в сети, выполненный с возможностью и предназначенный для регистрации системы в сети связи. Регистрация включает: выбор свободного частного канала связи, предоставляемого сетью, формирование соответствующей сигнальной последовательности для передачи в концентратор. Модуль регистрации выполнен с возможностью реагирования на надлежащие сигналы оповещения в указанном частном канале связи. 26 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Система спутниковой связи, содержащая

(a) один или более антенных узлов, выполненных с возможностью приема и передачи электромагнитного излучения в одном или более частотных диапазонах;

(b) модемный узел, соединенный с одним или более антенными узлами и выполненный с возможностью модуляции входящих сигналов, принятых указанными одним или более антенными узлами, в электронные данные и с возможностью модуляции исходящих электронных данных в сигналы в одном или более заранее определенных частотных диапазонах, подлежащие передаче указанными одним или более антенными узлами;

(c) процессорный узел, соединенный с указанными одним или более антенными узлами и с указанным модемным узлом, содержащий

i) модуль оптимизатора ориентации антенны, выполненный с возможностью и предназначенный для варьирования азимута и/или возвышения при передаче и приеме сигналов указанными одним или более антенными узлами; и

ii) модуль регистрации в сети, выполненный с возможностью и предназначенный для регистрации системы в сети связи, при этом указанная регистрация включает выбор свободного частного канала связи из списка каналов, предоставленного сетью, формирование сигнала, содержащего выбранную последовательность, для передачи в концентратор посредством спутника, а также выполненный с возможностью и предназначенный для реагирования на надлежащий сигнал оповещения из концентратора в указанном частном канале связи.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что выполнена с возможностью осуществления связи посредством геостационарного спутника.

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что модуль оптимизатора антенны дополнительно выполнен с возможностью и предназначен для варьирования поляризации сигнала для передачи и приема электромагнитного излучения указанными одним или более антенными узлами.

4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что указанные один или более антенных узлов содержат по меньшей мере передающую антенну с фазированной решеткой и приемную антенну с фазированной решеткой.

5. Система по п. 4, отличающаяся тем, что указанный модуль оптимизатора ориентации антенны выполнен с возможностью варьирования фазовых соотношений между антенными элементами передающих антенных узлов с фазированной решеткой и с возможностью варьирования фазовых соотношений между антенными элементами приемных антенных узлов с фазированной решеткой, чтобы тем самым управлять направлением ориентации передачи или приема сигналов электромагнитного излучения указанными передающими и приемными антенными узлами с фазированной решеткой.

6. Система по п. 1, отличающаяся тем, что процессорный узел дополнительно содержит инициализирующий модуль, выполненный с возможностью и предназначенный для обнаружения общего сигнала управления из сети, при этом указанное обнаружение включает нахождение доступных региональных концентрирующих станций из заранее заданного списка сетевых концентрирующих станций, определение местоположения по меньшей мере одного спутника, связанного с по меньшей мере одной из указанных доступных региональных концентрирующих станций, определение данных о соответствующих направлении и частоте общего канала управления и предоставление указанных данных направления и частоты для каждого из указанного по меньшей мере одного спутника в модуль оптимизатора ориентации антенны и предоставление данных частоты в модемный узел с указанием указанной частоты для соответствующего принятого сигнала в указанном общем канале управления.

7. Система по п. 6, отличающаяся тем, что модемный узел выполнен с возможностью и предназначен для реагирования на преамбульный сигнал маяка и подстройки частоты входящих сигналов в соответствии с данными, принятыми в указанном преамбульном сигнале маяка.

8. Система по п. 6, отличающаяся тем, что модемный узел выполнен с возможностью и предназначен для формирования сигнала оповещения, оповещающего указанный процессорный узел при достижении синхронизации с общим каналом управления.

9. Система по п. 8, отличающаяся тем, что процессорный узел выполнен с возможностью и предназначен для формирования сигнала оповещения, оповещающего модуль регистрации в сети при приеме надлежащего указания на синхронизацию из модемного узла.

10. Система по п. 6, отличающаяся тем, что инициализирующий модуль выполнен с возможностью неоднократного выбора сети и соответствующего общего канала управления до тех пор, пока не будет обнаружен указанный соответствующий входящий сигнал.

11. Система по п. 6, отличающаяся тем, что указанный инициализирующий модуль выполнен с возможностью извлечения из принятого общего сигнала управления списка доступных частных каналов для осуществления связи через сеть и с возможностью информирования модуля регистрации в сети.

12. Система по п. 11, отличающаяся тем, что модуль регистрации в сети выполнен с возможностью выбора свободного частного канала связи из указанного списка доступных частных каналов и с возможностью подачи указанному модулю оптимизатора ориентации антенны предписания осуществить соответствующее наведение направлений передачи и приема указанных одного или более антенных узлов.

13. Система по п. 12, отличающаяся тем, что модуль регистрации в сети дополнительно выполнен с возможностью и предназначен для реагирования на входящий сигнал в указанном свободном частном канале связи, указывающий доступность указанного выбранного свободного частного канала связи.

14. Система по п. 11, отличающаяся тем, что указанный модуль регистрации в сети выполнен с возможностью выбора сигнальной последовательности и с возможностью указания модемному узлу выполнить неоднократную передачу указанной выбранной последовательности посредством свободного частного канала связи, выбранного из указанного списка доступных частных каналов, и с возможностью реагирования на вход из указанного концентратора, указывающий указанную выбранную последовательность и данные о качестве передачи.

15. Система по п. 12, отличающаяся тем, что указанный модуль регистрации в сети выполнен с возможностью выбора указанного свободного частного канала связи случайным образом и с возможностью повторения указанного случайного выбора в соответствии с надлежащими указаниями из процессорного узла.

16. Система по п. 1, отличающаяся тем, что выполнена с возможностью работы в режиме ожидания или в режиме активного сеанса по выбору так, что при работе в режиме ожидания модемный узел работает с передачей распределенных сигналов с первой скоростью данных, а при работе в активном режиме модемный узел работает с передачей сигналов со второй, более высокой скоростью данных.

17. Система по п. 16, отличающаяся тем, что первая скорость данных включает распределение исходящих передаваемых сигналов.

18. Система по п. 16, отличающаяся тем, что первая скорость данных меньше 5 кбит/с.

19. Система по п. 16, отличающаяся тем, что указанная вторая скорость данных находится между 10 кбит/с и 200 кбит/с.

20. Система по п. 16, отличающаяся тем, что процессорный узел выполнен с возможностью реагирования на входящие данные, указывающие на запрос на включение в активный сеанс передачи данных, чтобы таким образом задействовать систему в активном режиме.

21. Система по п. 16, отличающаяся тем, что модуль регистрации в сети выполнен с возможностью и предназначен для реагирования на входящий сигнал, указывающий на запрос инициализации режима активного сеанса, и с возможностью предоставления соответствующего указания в процессорный узел.

22. Система по п. 1, отличающаяся тем, что модуль оптимизатора ориентации антенны выполнен с возможностью варьирования азимута и/или возвышения для направлений передачи и приема указанных одного или более антенных узлов в соответствии с данными о местоположении и ориентации системы.

23. Система по п. 22, отличающаяся тем, что дополнительно содержит один или более датчиков местоположения и ориентации, выполненных с возможностью предоставления данных о местоположении и ориентации одного или более антенных узлов и с возможностью подачи указанных данных местоположения и ориентации в процессорный узел.

24. Система по п. 23, отличающаяся тем, что указанные один или более датчиков местоположения и ориентации включают по меньшей мере один из следующих датчиков: механический компас, электронный компас, один или более акселерометров, GPS.

25. Система по п. 1, отличающаяся тем, что модуль оптимизатора ориентации антенны выполнен с возможностью варьирования азимута и/или возвышения для направлений передачи и приема указанных одного или более антенных узлов в соответствии с данными о местоположении спутников.

26. Система по п. 25, отличающаяся тем, что дополнительно содержит узел хранения, содержащий данные о местоположениях спутников и о соответствующих сетях связи.

27. Система по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит модули местных входящих и исходящих соединений, выполненные с возможностью осуществления местной связи с внешним электронным устройством с целью обмена данными через указанную сеть.