CN1267430A - 选呼接收机确定其位置和忽略某些信号的方法 - Google Patents

Abstract

一种接收在轨卫星发射的信号的选呼接收机利用卫星发射的某些信息计算其位置的估算(108、110)。利用这个估算和其它信息,该选呼接收机通过忽略含在发射的选呼中不是要发给它的某些信息能够节电。

Description

选呼接收机确定其位置和忽略某些信号的方法

本发明一般涉及能够接收在轨卫星的选呼接收机(SCR)。

卫星通信系统利用低轨道卫星发射消息和其他信号到位于地球表面或表面附近的SCR。每个卫星可以发射多个RF(射频)波束，每个波束指向不同的地理区域。每个波束传送预先安排的信息，这些信息告诉正在接收的SCR，在何时和何地开始解码各个数据帧，这些帧中可能含有给该SCR的消息。

一般，一个SCR接收和解码来自若干个波束的信号，这些波束的某些可能位于该SCR的服务区的地理区域以外和这些波束不含有给这个特定SCR的消息。无论如何，SCR都将解码含在所有接收的波束中的预先安排的信息，即使各接收波束中的一个或多个中不含有要发给该SCR的预先安排的信息。作为解码要发给其他SCR的信息的结果，SCR被错误地导致查看要发给其他SCR的消息，因此浪费了SCR的电池。如果SCR可能不考虑要发给相对远离其位置的一些地理区域的波束所传输的预先安排的信息，则可能改善电池的寿命。

图1表示发向地球的各波束的图形，这些波束是从一个在轨卫星发射的；

图2是表示一种信令协议的图，这个协议被使用在本说明书所讨论的卫星通信系统中；

图3是按照本发明工作的SCR的方框图；

图4是表示图3的处理器如何进行编程使得SCR按照本发明进行工作的流程图；

图5表示说明当SCR按照本发明的一个优选实施例计算其位置时，由SCR进行某种距离计算的另外一种波束图形。

在美国专利5613194中描述了名称为“Satellite Based CellularMessaging System and Method of Operation Thereof”的一种卫星通信系统，这件专利中的一些教导被援引于此以资参考。假设讨论在此的SCR是按卫星通信系统类型的范围进行工作的和利用描述在本说明书中的信令协议进行工作的，虽然其他信令协议也可能被利用。

在这样一种卫星通信系统中，地球的表面被分割成在本说明书中称为LDA的各个逻辑传送区。总共有26631个顺序编号的LDA，每个具有大约150km(公里)直径。在任何给定时间点上，SCR将位于一个这样的LDA中，和它从一个LDA到另一个漫游。利用本发明，一个SCR能够确定它处在哪个LDA中，即它的当前位置。

在该卫星通信系统中，地球表面由155个称为排(以下称Row)的虚构的类似于纬度线的线画圈。每个LDA的位置可以通过它占据的Row和在Row中的位置进行识别。例如，LDA No.13449位于Row78和位置(以下也称Pos)266。

参照图1，波束10-22表示发向地球。每个波束的形状被表示为椭圆形，但应当理解为对一个波束而言没有固定的边界。椭圆形波束图形识别各波束要到达的和其能量分布最多的区域。但是，它们的能量按照如波束20和22所示的方式扩散到椭圆边界以外。例如，波束22扩散它的能量到相当宽的区域，如由信号强度等值线24、26和28所表示那样。类似地，波束20扩散它的能量到一个宽的区域，如由信号强度等值线30、32和34所表示那样。

每个波束覆盖包含大约96个LDA的服务区，一个服务区大约等效于14400平方公里。一个LDA38被表示为正在波束10的边界内。位于LDA38中的SCR将从波束10、12、14、16和18中接收信号。这些波束传送要给位于这些波束到达的服务区中的SCR的信息。波束20和22位于远离LDA38且它们传送用于位于波束20和22和其他波束(未表示出)到达的服务区的SCR的信息。

来自波束20和22和某些能量到达LDA 38，和如果该能量有足够的电平，位于LDA38的SCR将接收到该能量和解码由波束20和22所传送的信号。这种情况可以引起的问题的原因最好参照表示使用在卫星通信系统中的信令协议的图2进行解释。

所说明的协议具有利用4级定时层的帧。这个层的最高层是一个194.4秒(2160帧)的超帧40。该超帧40包含9个每个216秒(240帧)的数据块42。每个块42包含5个4.32秒(48帧)的群44。每个块42的第一群是含有使SCR知道将要位于正在服务的区域内的预先安排的信息的搜索群。预先安排的信息告诉那些SCR在4个后续的消息群中在哪里查找消息。最后，每个群44包含48个90ms的L段帧46。复杂消息时隙48占有90ms的L段帧46的20.48ms。

在各个块42的块期间，每个SCR是有效的。当SCR变为有效时，它同步其自身到信令协议上和解码搜索群，确定哪个特定的消息群(在相同块内)保存着它的消息。在一个特定块42期间是有效的所有SCR都尝试解码在该块中的搜索群，和如果按这种方式操作，则在该块的各消息群中查找消息。

在发送的各信息块中，每个波束包含要发给SCR的信息，该SCR知道将位于由该波束服务的一个区内。(当一个SCR漫游时，用户希望通知系统他的新的位置，和系统存储这个信息)。例如，如果一个消息是要发给知道将位于包括在LDA 38的服务区的一个SCR的，则发给该SCR的消息可能包含在由波束10-18中的一个或多个发射的帧中。另外，包含对应的搜索群的各个帧可能传送指导SCR查找它的消息的适当消息群的信息。

当一个SCR位于LDA 38时，其他搜索群帧在波束20和22中进行发射(和在未表示出的其它波束中)。由于来自这些远端波束的能量可以到达LDA 38，位于LDA 38中的SCR将接收和解码在波束20和22中发射的搜索群帧中的指令。因此，该SCR将尝试解码由这些波束发射的后续消息群中的信息。当然，波束20和22并不传送给位于LDA 39中的SCR的消息。因此，SCR由于解码不是给它的信息而降低了电池的寿命。

按照本发明操作的SCR确定它的位置(Pos)和不考虑从远离它的位置(Pos)的波束接收的预先安排信息。因此，按照本发明操作的SCR在LDA 38确定它位于LDA 38，解码来自附近波束10-18的消息信息，和不考虑来自远离的波束20和22的信号，从而延长了它的电池的寿命。

由SCR利用计算它的位置的信息的一部分被称为参考LDA，或参考传送区域。每个发射的波束被指向一个特定的区域(这个区域是随着卫星相对于地球的运动而变化的)，和每个波束传送识别它的参考LDA的信息。一个波束的参考LDA是最接近该波束投射到地球的表面的中心的LDA。因此，在图1中，对于波束12的参考LDA是LDA 50，和对于波束22的参考LDA是LDA 52。

为了按照本发明确定其当前的位置，一个SCR解码从多个波束接收的信号，包括识别参考LDA的信息。例如，在图1中，一个工作在LDA 38中的SCR解码从所有波束10-18、20和22接收的信号，和获得每个波束的参考LDA。

SCR还测量多个被解码信号的每个信号的强度，在SCR的存储器中存储这个信息。SCR最好是测量所有接收波束的信号强度。被存储的信号强度的数量取决于存储器的容量和SCR的处理能力。

SCR解码识别参考LDA的信息也被存储，至少对于其信号强度曾被测量和存储的每个波束是这样。因此，对于多个波束的每个都有一个信号强度测量值和对应存储的参考LDA。

然后SCR利用其最后已知(或估算)位置、以前测量的信号强度、和存储的参考LDA计算当前位置。下面更详细地讨论所使用的具体的计算。知道它的当前位置，SCR还忽略含在由具有至少被确定距离远离该SCR的当前位置的参考LDA的波束发射的搜索群帧中后续的预先安排信息。例如，一个已经确定其当前位置的SCR可以忽略从位于离该SCR的当前位置大约450km半径远的参考LDA的波束接收的信号。参照图1，解码来自所有波束的信号确定其参考LDA和它然后已经确定其当前位置是在LDA 38的SCR将忽略由远端波束20和22所传送的消息群中的各个信号。结果该SCR的电池得以节电。

能够按照本发明计算其位置的SCR被表示在图3中。所说明的SCR 53包含天线54，通过该天线54与卫星发射机建立起一个通信链路55。天线54馈送信号给接收机56，该接收机56包括RF(射频)混频和中频级，按照需要变换RF信号到基带。接收机56连接到模数(A/D)变换器58，该变换器数字化基带信号，和A/D变换器58连接到数字解调器60，该解调器从数字化的基带信号中提取数字数据。

解调器60恢复包含在从链路55中传输的正交相移键控编码的数据。解调器60还馈送一个反馈信号控制振荡器62。振荡器62提供一个接收机56用来变换RF信号为基带的振荡信号。

解调器60馈送其数字数据输出到处理器64。处理器4连接到存储器66，该存储器66永久地存储某些数据，包括指令SCR 53执行各种处理、还包括计算其位置的计算机程序。

存储器66还存储暂时的数据，该数据是按照SCR的操作结果改变的。在存储器66中存储的各程序的控制下，处理器4控制SCR 53的操作。

处理器64连接到各种外部设备上，诸如显示器68、告警器70、用户输入接口72、和定时器74。处理器64控制显示器8显示给SCR53的用户的数据。处理器64控制告警器70可闻地和/或可视地指示寻址到SCR 53的消息的接收。处理器64接收用户输入，最好是利用接口72通过操作键盘或键(未表示出)。处理器64利用定时器74与系统定时同步其操作和保持日期时间的跟踪。

SCR 53由电池76供电，电池通过电源开关78连接到端子80和到电源控制部分82。电源控制部分82按照从处理器64接收的命令切换电源到端子84。端子80馈送电源至少到定时器74，同时端子84馈送电源到SCR 53的其余各个部件。

当开关78被打开时，SCR 53被断电，和当开关78被闭合时和当电源被接到所有各个端子84时，SCR 53被全面供电和进行工作。当电源没有被接到端子84的一个或多个，但开关78被闭合，通过端子80供电到至少定时器74时，SCR 53还可以工作在被供电但低功率睡眠模式。

SCR 53的进一步描述可以在上面援引的专利中找到。对于本发明的目的而言，通过存储在存储器66中的计算机程序的优点，利用附加处理器64使得SCR 53按照本发明进行操作就足够了。现在将描述计算机程序的操作。

参照图4，SCR 53首先同步到通常的信令协议上，和搜寻下一个搜索群的开始(步骤86)，诸如形成图2中的块42的部分的搜索群。SCR前进(步骤88)到解码搜索群的第一帧。除了含在在搜索群中的其它信息外，它还传送识别所接收的波束的参考LDA的位置的信息，和按步骤90，SCR存储该参考LDA的Row和位置值。

在下一个步骤92中，SCR存储包含在正在被解码的帧的预先安排信息。然后，SCR利用常规技术确定或估算接收的信号的强度，这可以通过取样接收的信号和利用快速傅立叶变换变换该信号为频域表示。峰值信号强度在一个数据串持续期(对于代表一个SCR消息的单一信息帧，按50kbs发送的一个数据串是1016比特)被平均。然后这个平均值被量化为该数据串的信号强度的n比特表示，和该信号强度值被存储在SCR存储器66中。

如果该SCR对搜索群中的每一帧进行解码(步骤96)，则前进到步骤98，如果未解码，则程序环绕步骤88-96，在直至整个搜索群已经被解码时，解码一帧和含在其中的信息被存储。

在步骤98中，SCR确定是否它具有以前存储的它的本地(home)LDA估算，即它通常进行操作的，或如果它已经移动的话，它的最后已知的位置的LDA。如果该SCR不具有这种估算，则程序前进到步骤100，在该步骤选择一个初始的本地LDA估算。这个估算最好是由步骤95确定的具有最强信号强度的波束的参考LDA。

下一个步骤102包括估算的本地LDA与每个参考LDA之间的计算的距离。在图5表示一个例子。

定位在估算的本地LDA的一个SCR接收5个波束104、106、108、110、和112。该各波束具有参考LDA 116、118、120、122、和124。由步骤102，SCR计算估算的本地LDA 114与每个参考LDA之间的距离。表示出3个示例性的距离d1、d2、和d3，但是应当理解为，SCR还可以计算到参考LDA 116和124的距离。

本地LDA 114与每个参考LDA之间的距离是利用如下计算进行计算的。

为了计算两个LDA之间的距离，SCR在存储器66中存储如下信息：

1)含有Row号和在155个Row的每个中的每个LDA位置号的查找表。

(RowModi＝在Rowi中的各个位置号)；

2)东-西分离参数D_θ(相邻LDA中心之间的经度距离)大约150km；

3)北-南分离参数D_φ(相邻LDA中心之间的纬度距离)大约130km。

每个卫星波束通过该SCR的一个号码，利用上述的查找表翻译唯一的Row和位置值识别它的参考LDA。

给出上面指示的信息，利用下面的步骤可以获得两个LDA之间的按照公里的距离的近似值：

1)令(Row1，Pos(位置)1)代表本地LDA 114，和(Row2，Pos2)代表参考LDA 118的位置。

2)计算每个LDA与赤道的分离角的余弦。这些将被用于近似两个LDA之间在纬度上的分离。

(如果-67.5≤Row纬度≤67.5) $\mathrm{Cos}\left({\mathrm{\φ}}_i\right)=/_{\mathrm{Ro}{\mathrm{wMod}}_{(\mathrm{NumRows}+1)/2}}^{\mathrm{RowMo}{d}_i}(i=\mathrm{1,2});$ (如果67.5＜Row纬度或Row纬度＜-67.5) $\mathrm{Cos}\left({\mathrm{\φ}}_i\right)=\frac{\mathrm{\π}}{2(\mathrm{NumRows}-1)}*\{\mathrm{NumRows}-1-|\mathrm{NumRows}+1-\left(2^{*}{\mathrm{Row}}_i\right)\left|\right\}$ (i＝1，2)；3)计算两个LDA之间按度的近似经度距离(＝360^*Δpos)，其中：Δpos＝min{|(pos₂/RowMod₂)-(pos₁/RowMod₁)|，1-|(pos₂/RowMod₂)-(pos₁/RowMod₁)|｝4)计算两个LDA之间的大圆距离(GCD)；(如果经度距离＜107度)；Δrow＝(row₂-row₁)D_φ/D_θ(如果任何一个的纬度在-45和45度之间)； $\mathrm{GCD}=D_{\mathrm{\θ}}\sqrt{\mathrm{\Δ}{\mathrm{row}}^2+{\mathrm{\Δpos}}^{2*}{\cos \left({\mathrm{\φ}}_1\right)}^{*}\cos \left({\mathrm{\φ}}_2\right)}$ 否则(如果任何一个纬度不在-45和45度之间)； $\mathrm{GCD}=D_{\mathrm{\θ}}\sqrt{\mathrm{\Δ}{\mathrm{row}}^2+{(\mathrm{\Δ}{\mathrm{pos}}^2-{\mathrm{pos}}^4/12)}^{*}{\cos \left({\mathrm{\φ}}_1\right)}^{*}\cos \left({\mathrm{\φ}}_2\right)}$ (如果经度距离≥107度)； $\mathrm{GCD}=D_{\mathrm{\θ}}\sqrt{\mathrm{\Σ\Δ}{\mathrm{row}}^2+{(\mathrm{\Δpos}-1/2)}^{2*}{\cos \left({\mathrm{\φ}}_1\right)}^{*}\cos \left({\mathrm{\φ}}_2\right)}$ 其中：Σrow＝(NumRows-1-|row₁+row₂-NumRows-1|)^*(D_φ/D_θ)

GCD给出估算的本地LDA 114与参考LDA 118之间距离，d1的近似距离(按公里)。相同的步骤被用于计算估算的本地LDA 114与每个参考LDA之间的GCD。

现在已经计算出各GCD，它们被用于识别远离该SCR的各波束，使得来自这些远离波束的预先安排信息可以被忽略。如果它的参考LDA与该SCR的本地LDA之间的距离超过一个预定的距离，例如450km，则该波束被认为是远离的。因此，如果预定距离是450km，则以前存储的从一个其参考LDA是450km或更远的波束获得的预先安排信息将被忽略。见步骤104。因为被忽略的预先安排的信息可能不是要给该SCR的，由于不需要搜索与该预先安排相关的消息，所以节约了电源。

在下一个步骤106中，SCR确定Row和位置偏移，这些量是一个矢量的基本分量，该矢量指向该SCR的新的位置。这些偏移是利用从上面GCD计算获得的ΔRow和ΔPos值，还有与每个参考LDA相关的信号强度估算一起进行计算的。

在步骤106使用的计算如下；

1)对于‘n’波束的组，计算Row和Pos偏移或形成当前的本地LDA估算的要求的修正。这些偏移利用以前曾测量的信号强度进行加权。RowAdjust＝Σw_i ^*Δrow_iPosAdjust＝Σw_i ^*Δpos_i

其中W_i是对参考LDA_i的信号强度估算，Δrow_i和Δpos_i是对参考LDA_i以前计算的Δrow和Δpos值。

2)按照接收的波束(样值)数定标该各修正，和利用LDA尺寸分割，获得新的Pos修正和新的Row修正。即， $\mathrm{NewPosAdjust}=(\frac{1}{n}*\frac{\mathrm{PosAdjust}}{d_{\mathrm{\θ}}})$ $\mathrm{NewRowAdjust}=(\frac{1}{n}*\frac{\mathrm{RowAdjust}}{D_{\mathrm{\φ}}})$

和确定最接近真实的结果。

下一个步骤108包括：计算该SCR的当前本地LDA，即该SCR当前所在的LDA。形成从以前估算的本地LDA延伸到当前的LDA的一个矢量。这是通过附加来自上面2)的row和位置pos的修正量到以前估算的LDA的row和pos上实现的。

当前本地LDA Row＝以前估算的本地LDA Row+新的Row修正量

当前本地LDA Pos＝以前估算的本地LDA Pos+新的Pos修正量

当前本地LDA的Row和位置值识别SCR的当前估算的位置。在下一个步骤110中，本地LDA估算被设置在刚好是当前本地LDA计算的值。因此，当前估算的位置被利用在下面通过该程序的步骤98、102中。随着每个附加帧被解码，当前本地LDA的估算移近该SCR的实际位置。

将可以看出，如上所述可以识别它的位置的SCR，和忽略由远离的波束传送的预先安排的信息，将使用较少的能量和延长它的电池的寿命。

虽然本发明已经按照一个优先实施例进行了描述，但是显而易见对于本专业的技术人员来说，在不脱离本发明的情况下可能作出各种替换和改变。因此，意图是所有这些替换和改变被认为由所附的权利要求书所限定的本发明的精神和范围之内。

Claims (9)

1.在一种通信系统中，各在轨卫星利用RF能量的波束辐照地球的各个部分，每个波束中含有将要由该波束辐照的参考传送区域的识别信息的编码信号，一种用于选呼接收机确定其当前位置的方法，该方法包括：

a)解码从多个波束接收的包含识别参考传送区域的信号；

b)测量在步骤a)解码的多个信号的每个的信号强度；和

c)利用在步骤a)识别的参考传送区域和在步骤b)测量的选呼强度计算选呼接收机的估算位置。

2.按照权利要求1所述的方法，其中由每个波束发射信号包含预先安排信息，和其中该选呼接收机通过以下各附加步骤能够节约功率：

d)确定哪些波束离在步骤c)计算的估算位置相对远；和

e)忽略由相对远的波束发射的预先安排的信息。

3.按照权利要求2所述的方法，其中步骤d)包括确定选呼接收机的估算的位置与每个参考传送区域之间的大圆距离，和其中如果波束的参考传送区域与选呼接收机的估算位置之间的大圆距离超过一个预定距离，则该波束被认为是相对远的。

4.按照权利要求1所述的方法，其中选呼接收机存储以前估算位置的识别值，和其中步骤c)包括：

计算以前估算位置与参考传送位置之间的偏移；和

相加该偏移到识别的最后位置的值上，计算当前估算位置。

5.按照权利要求4所述的方法，其中偏移利用在步骤b)测量的选呼强度被加权。

6.在一种通信系统中，各在轨卫星利用RF能量的波束辐照地球的各个部分，每个波束中含有将要由该波束辐照的参考传送区域的识别信息的编码信号，一种用于选呼接收机忽略来自离选呼接收机的当前位置相对远的波束的信号的方法，该方法包括：

a)解码从多个波束接收的包含识别参考传送区域的信号；

b)确定信号接收机的估算位置与参考传送区域之间的距离；和

c)忽略其参考传送区域在该信号接收机的估算位置以外的至少一个预定距离的各波束的预定安排信息。

7.按照权利要求6所述的方法，包括利用其参考传送区域在该信号接收机的估算位置的预定距离之内波束的预先安排信息。

8.按照权利要求6所述的方法，其中信号接收机存储识别以前估算位置的值，和还包括：

计算以前估算位置与参考传送区域的位置之间的偏移；和

加该偏移到识别以前估算位置的值上，计算当前估算位置。

9.按照权利要求8所述的方法，包括测量在步骤a)解码的多个信号的每个的信号强度，和利用信号强度加权各个偏移。

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