專(zhuān)利名稱(chēng)：用于多徑衛(wèi)星通信鏈路的天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及多徑通信系統(tǒng)，特別涉及一種在多徑衛(wèi)星通信系統(tǒng)中使用的天線系統(tǒng)。
在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)充分地闡述了衛(wèi)星通信系統(tǒng)，例如，涉及Robert A.Wiedeman在1994年4月12日公開(kāi)的美國(guó)專(zhuān)利5,303,286，其題目為“無(wú)繩電話/衛(wèi)星漫游系統(tǒng)”。還涉及在美國(guó)專(zhuān)利5.303,286中記載的許多美國(guó)專(zhuān)利、外國(guó)專(zhuān)利和其它出版物。
使人特別感興趣的發(fā)明是Stephen A.Ames于1993年8月3日公開(kāi)的美國(guó)專(zhuān)利5,233,626，題目為“轉(zhuǎn)發(fā)器分集擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)”。該專(zhuān)利教導(dǎo)一種轉(zhuǎn)發(fā)器分集擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)，它在發(fā)射機(jī)(1)和接收機(jī)(7)之間基本上提供無(wú)衰落通信。發(fā)送信號(hào)是通過(guò)產(chǎn)生發(fā)送信號(hào)的復(fù)制信號(hào)的多個(gè)線性通信轉(zhuǎn)發(fā)器(3-6)來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)的，該每個(gè)復(fù)制信號(hào)是通過(guò)獨(dú)立衰落信號(hào)通路到達(dá)的。發(fā)射機(jī)和/或接收機(jī)可安裝在移動(dòng)平面上，而多個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器可以在地面或者可以在近地球軌道或者同步地球軌道的衛(wèi)星中設(shè)置。接收機(jī)處理接收的復(fù)制信號(hào)，以便它們?cè)谘舆t、頻率和相位方面相互均衡，然后組合多徑接收的和均衡的復(fù)制信號(hào)，以產(chǎn)生具有大大地降低衰落深度的復(fù)合信號(hào)。
本發(fā)明的目的是提供一種用于多徑衛(wèi)星通信系統(tǒng)的天線系統(tǒng)，它給地面站或終端提供向近地球軌道(LEO)通信衛(wèi)星的星座的多顆近地球軌道(LEO)衛(wèi)星進(jìn)行發(fā)送、和從LEO通信衛(wèi)星星座的多顆近地球軌道(LEO)衛(wèi)星進(jìn)行接收的能力。
本發(fā)明的天線為包括LEO衛(wèi)星信號(hào)的接收機(jī)和發(fā)射機(jī)的用戶終端提供高增益。當(dāng)考慮LEO衛(wèi)星已采用極限功率時(shí)，由天線提供的輔助接收機(jī)增益能使衛(wèi)星(轉(zhuǎn)發(fā)器)發(fā)射機(jī)輸出功率相應(yīng)地減小，這是有益的結(jié)果。該衛(wèi)星功率的減小可以在正向鏈路(網(wǎng)關(guān)到用戶)和反向鏈路(用戶到網(wǎng)關(guān))實(shí)現(xiàn)。由天線提供的附加增益也能使用戶終端發(fā)射機(jī)輸出功率相應(yīng)減小。
該天線包括具有主平面的第一子結(jié)構(gòu)，主平面是以相對(duì)垂直地面的軸線(法線)的第一角度(例如90°)定向的。天線70也包括多個(gè)N(例如6個(gè))第二子結(jié)構(gòu)74，其中各單個(gè)子結(jié)構(gòu)74具有以相對(duì)第一子結(jié)構(gòu)的主平面的第二角度(例如45°)配置的局部主平面。多個(gè)子結(jié)構(gòu)的每一個(gè)具有一個(gè)由局部主平面向外指的法線，該局部主平面是以根據(jù)相鄰的一個(gè)子結(jié)構(gòu)向外指的法線的該軸線的第三角度(例如60°)定向的。然而，N和第三角度可具有不同值，例如8和45°。多個(gè)子結(jié)構(gòu)的每個(gè)向外指的法線設(shè)置成背離軸線的方向。
至少一個(gè)天線單元，例如一個(gè)喇叭或補(bǔ)片或者一個(gè)補(bǔ)片陣，可由第一子結(jié)構(gòu)支承，也可由多個(gè)第二子結(jié)構(gòu)的每個(gè)子結(jié)構(gòu)支承。在低地球軌道衛(wèi)星的仰角的寬范圍內(nèi)，第一子結(jié)構(gòu)和至少部分的多個(gè)第二子結(jié)構(gòu)的天線單元能在一個(gè)終端和至少一顆低地球軌道衛(wèi)星之間實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展頻譜通信。
供使用的特定子結(jié)構(gòu)天線單元可根據(jù)衛(wèi)星天文歷數(shù)據(jù)按預(yù)測(cè)衛(wèi)星仰角和方位角進(jìn)行選擇，或者通過(guò)依次掃描多個(gè)子結(jié)構(gòu)的天線單元按測(cè)量接收信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行選擇。也可使用衛(wèi)星天文歷數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)和測(cè)量信號(hào)強(qiáng)度的組合進(jìn)行選擇。
本發(fā)明還公開(kāi)了一種用于操作一個(gè)終端以從多顆近地球軌道衛(wèi)星中的至少一顆衛(wèi)星接收信息、或發(fā)送信息到多顆近地球軌道衛(wèi)星中的至少一顆衛(wèi)星的方法。當(dāng)給定的任一時(shí)刻在終端進(jìn)行觀察時(shí)，多顆衛(wèi)星中的每一顆是以特殊仰角定向的。該方法包括步驟為對(duì)于第一仰角范圍，選擇天線結(jié)構(gòu)的第一部分接收和發(fā)送信息，該第一部分是以相對(duì)垂直地面的軸線的第一角度設(shè)置的。對(duì)于第二仰角范圍，該方法選擇天線結(jié)構(gòu)的第二部分接收或發(fā)送信息，該第二部分以相對(duì)垂直地面的軸線的第二角度設(shè)置。對(duì)于可能的第三和隨后接著發(fā)生的仰角范圍，該方法選擇天線結(jié)構(gòu)的各另外部分接收或發(fā)送信息，各另外部分以相對(duì)垂直地面的軸線的第一角度設(shè)置。
該方法進(jìn)一步包括同時(shí)執(zhí)行接收和跟蹤來(lái)自多顆衛(wèi)星中的至少另一衛(wèi)星的同步信號(hào)的步驟。
在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，接收信息是擴(kuò)展頻譜的信息，并且，接收和跟蹤步驟包括鎖定到由至少另一衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)頻信道上的步驟。
本發(fā)明的上面陳述和其它特征，在結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明隨后的詳細(xì)說(shuō)明時(shí)更為顯而易見(jiàn)。其中

圖1是根據(jù)本發(fā)明天線系統(tǒng)的目前優(yōu)選實(shí)施例結(jié)構(gòu)和操作的衛(wèi)星通信系統(tǒng)的方框圖；圖2是圖1的一個(gè)網(wǎng)關(guān)的方框圖；圖3A是圖1的一個(gè)衛(wèi)星的通信有效負(fù)載的方框圖；圖3B表示從圖1的一個(gè)衛(wèi)星發(fā)送的部分波束圖4是描繪衛(wèi)星遙測(cè)和控制功能的地面裝置支承的方框圖；圖5是圖2的CDMA子系統(tǒng)的方框圖；圖6是本發(fā)明目前優(yōu)選的固定天線結(jié)構(gòu)的頂視圖；圖7是圖6的天線結(jié)構(gòu)沿剖面線7-7的橫截面圖；圖8是本發(fā)明天線系統(tǒng)的方框圖；圖9A是圖8的高增益天線部分的方框圖；圖9B是圖9A的PIN二極管開(kāi)關(guān)陣的示意圖；圖10是本發(fā)明的固定天線系統(tǒng)的天頂角(度)與絕對(duì)增益(dBi)的關(guān)系曲線圖；圖11表示用于解釋圖6的天線子結(jié)構(gòu)74的定向的典型衛(wèi)星跟蹤；圖12是圖6的天線結(jié)構(gòu)又一實(shí)施例的頂視圖；和圖13是本發(fā)明另一實(shí)施例的方框圖，其中接收信號(hào)強(qiáng)度用于選擇和轉(zhuǎn)換天線。
圖1表示可使用本發(fā)明天線系統(tǒng)的目前優(yōu)選實(shí)施例的衛(wèi)星通信系統(tǒng)10的優(yōu)選實(shí)施例。在詳細(xì)描述本發(fā)明之前，將首先進(jìn)行通信系統(tǒng)10的說(shuō)明，以便可更完整地了解本發(fā)明的天線系統(tǒng)。
通信系統(tǒng)10從概念上可再分成多個(gè)部分1、2、3和4。部分1這里稱(chēng)作空間部分，部分2為用戶部分，部分3為地面部分和部分4為電話系統(tǒng)基地部分。本發(fā)明最明確地是針對(duì)著用戶部分2，尤其對(duì)著圖6和圖7所示的固定天線結(jié)構(gòu)70。天線結(jié)構(gòu)70和相關(guān)的電子系統(tǒng)能使用戶與形成近地球軌道(LEO)衛(wèi)星12的星座的多顆單獨(dú)的衛(wèi)星同時(shí)通信。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，例如在1410千米LEO中總共有48顆衛(wèi)星。衛(wèi)星12分布在8條軌道面中，每個(gè)面(Walker星座)具有6顆等間距衛(wèi)星。軌道面相對(duì)赤道傾斜52度，并且每顆衛(wèi)星每114分鐘完成一次軌道運(yùn)行。由于從在南緯70°和北緯70°之間的特定用戶位置在任一給定時(shí)間的觀察中使用至少兩顆衛(wèi)星，這種方法最優(yōu)選地提供了大致的全球覆蓋。照此，一個(gè)用戶能夠從地面的任一點(diǎn)，經(jīng)過(guò)一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)關(guān)18和一顆或多顆衛(wèi)星12(也許，使用一部分電話基地(telephone infrastructure)部分4)與地面上另一點(diǎn)進(jìn)行通信。
應(yīng)注意一點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)10的上文和隨后的說(shuō)明僅表示在通信系統(tǒng)內(nèi)可應(yīng)用本發(fā)明天線結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的通信系統(tǒng)的一個(gè)適當(dāng)?shù)膶?shí)施例。也就是說(shuō)，在本發(fā)明實(shí)施時(shí)具體詳細(xì)的通信系統(tǒng)并不應(yīng)被理解或認(rèn)為是受到了限制。
現(xiàn)在繼續(xù)說(shuō)明系統(tǒng)10，在衛(wèi)星12之間和在由每顆衛(wèi)星(圖3B)發(fā)送的16個(gè)點(diǎn)波束的單個(gè)點(diǎn)波束之間的軟傳送(切換)處理通過(guò)擴(kuò)展頻譜(SS)、碼分多址(CDMA)技術(shù)提供了連續(xù)的通信。目前提出的SS-CDMA技術(shù)一般與TIA/EIA暫時(shí)標(biāo)準(zhǔn)、1993年7月TIA/EIA/IS-95的“用于雙模寬帶擴(kuò)展頻譜蜂窩系統(tǒng)的移動(dòng)站-基站兼容性標(biāo)準(zhǔn)”相兼容。
近地球軌道允許小功率的固定或者移動(dòng)用戶終端13經(jīng)衛(wèi)星12進(jìn)行通信，在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，每顆衛(wèi)星的功能只作為“彎管”轉(zhuǎn)發(fā)器從用戶終端13或從網(wǎng)關(guān)18接收通信業(yè)務(wù)信號(hào)(如語(yǔ)音和/或數(shù)據(jù))，把接收的通信業(yè)務(wù)信號(hào)變換到另一頻段，然后再發(fā)送變換信號(hào)。也就是說(shuō)，不存在產(chǎn)生接收通信業(yè)務(wù)信號(hào)的星載上的處理(on-board processing)，并且，衛(wèi)星12并不知道接收或發(fā)送通信業(yè)務(wù)信號(hào)的任何信息要被傳送。
此外，在衛(wèi)星12之間不需要直接通信鏈路或某些鏈路。也就是說(shuō)，每顆衛(wèi)星12僅接收從位于用戶部分2的發(fā)射機(jī)或從位于地面部分3的發(fā)射機(jī)發(fā)送的信號(hào)，并且把信號(hào)僅發(fā)送到位于用戶部分2的接收機(jī)或位于地面部分3的接收機(jī)。
用戶部分2可包括適合于與衛(wèi)星12通信的多種類(lèi)型的用戶終端13。例如，該用戶終端13包括多種不同類(lèi)型的固定和移動(dòng)的用戶終端，而并不限于包括的無(wú)線電話14、移動(dòng)無(wú)線電話15和尋呼/傳乎型裝置16。
這里使人特別感興趣的是根據(jù)本發(fā)明結(jié)構(gòu)和操作的具有天線結(jié)構(gòu)70和相關(guān)的接收機(jī)電子設(shè)備68a的用戶終端68。如將詳細(xì)地進(jìn)行描述的那樣，天線結(jié)構(gòu)70能同時(shí)實(shí)現(xiàn)從多顆衛(wèi)星12接收信號(hào)和發(fā)送信號(hào)到多顆衛(wèi)星12，其中單顆衛(wèi)星在任一給定時(shí)間以相對(duì)于天線結(jié)構(gòu)70的不同仰角最可能地定向。這便提供了發(fā)送最強(qiáng)的信號(hào)和跟蹤上面通過(guò)的衛(wèi)星的選擇跟蹤衛(wèi)星1 2的能力。此外，還提供了對(duì)由每顆衛(wèi)星12發(fā)送的非通信業(yè)務(wù)同步信號(hào)(例如導(dǎo)頻信號(hào))的接收和跟蹤能力。這就能夠從一顆衛(wèi)星12到另一顆衛(wèi)星12快速平滑地轉(zhuǎn)移或切換，應(yīng)理解為，每顆衛(wèi)星可發(fā)送同一SS-CDMA通信鏈路的相同復(fù)制信息(例如話音信息)給用戶終端68。這便提供了一種減輕衰落和其它信號(hào)質(zhì)量下降效應(yīng)的分集接收模式，從用戶終端68到多顆衛(wèi)星12的用戶信息的傳送也可以通過(guò)使用天線結(jié)構(gòu)70來(lái)實(shí)現(xiàn)。
再參照.圖3A，用戶終端13可以以全雙工模式操作和能經(jīng)過(guò)例如L波段RF鏈路(上行線)和S波段RF鏈路(下行線)分別通過(guò)返回和正向的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器12a和12b進(jìn)行通信。上行線L波段RF鏈路在1.61GHz到1.6265GHz頻率范圍、帶寬16.5MHz內(nèi)運(yùn)作，并根據(jù)優(yōu)選擴(kuò)展頻譜技術(shù)以話音信號(hào)和/或數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。下行線S波段RF鏈路可在2.4835GHz到2.5GHz頻率范圍、帶寬16.5MHz內(nèi)運(yùn)作。下行線RF鏈路17也根據(jù)擴(kuò)展頻譜技術(shù)在網(wǎng)關(guān)18以話音信號(hào)和/或數(shù)字信號(hào)調(diào)制。
地面部分3包括多個(gè)網(wǎng)關(guān)18，它們經(jīng)例如可在中心頻率為5GHz范圍內(nèi)運(yùn)作的全雙工C波段RF鏈路19與衛(wèi)星12進(jìn)行通信。C波段RF鏈路雙向地傳送通信饋電鏈路，并且也傳送衛(wèi)星指令(正向鏈路)和接收遙測(cè)信息(返回鏈路)。
衛(wèi)星饋電鏈路天線12g和12h都是地球覆蓋天線，而L波段和S波段天線是多波束(優(yōu)選為16波束)天線，它在相關(guān)的業(yè)務(wù)區(qū)域內(nèi)提供地球覆蓋。L波段和S波段天線12g和12h相互是一致的。例如，通過(guò)給定的一顆衛(wèi)星12可產(chǎn)生總計(jì)約3000全雙工通信。根據(jù)系統(tǒng)10的特征，二顆或更多的衛(wèi)星12，其每顆都可以在給定用戶終端13和網(wǎng)關(guān)18之一之間傳送相同信息。如下面詳細(xì)地描述的這個(gè)操作方式將在各自的接收機(jī)提供分集組合，從而導(dǎo)致增加抗衰落和便于軟切換過(guò)程的實(shí)施。
已經(jīng)指出在這里描述的所有頻率、帶寬等只表示一個(gè)特定的系統(tǒng)。在不改變正在討論的原理的情況下，可使用其它頻率和波段。作為一個(gè)例子，在網(wǎng)關(guān)和衛(wèi)星之間饋電鏈路可以使用除了C波段以外的波段(例如Ku和Ka波段)中的頻率。
網(wǎng)關(guān)18的作用是把衛(wèi)星12的通信有效負(fù)載(轉(zhuǎn)發(fā)器12a、12b、L波段接收天線12c、S波段發(fā)射天線12d、C波段功率放大器12e、C波段低噪聲放大器12f和C波段天線12g和12h)與電話基地部分4相耦合。
電話基地部分4由現(xiàn)有電話系統(tǒng)組成，并且包括蜂窩網(wǎng)關(guān)20、區(qū)域貝爾操作中心(RBOC)22或其它本地電話業(yè)務(wù)提供者、長(zhǎng)途載波器24、國(guó)際載波器26、專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)28和公用電話和電報(bào)系統(tǒng)30。該通信系統(tǒng)10的作用是在用戶部分2和電話基地部分4的電話32之間提供通信，并且也能經(jīng)網(wǎng)關(guān)18在用戶部分2的用戶裝置的單個(gè)裝置之間進(jìn)行通信。
如圖1中(和也在圖4中)所示，一部分地面部分3是衛(wèi)星操作控制中心(SOCC)36和地面操作控制中心(GOCC)38。通信通路39包括為互連地面部分3的互連網(wǎng)關(guān)18和TCU18a、SOCC36、和GOCC38提供的全球星形(Globalstar)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(GDN)58(見(jiàn)圖2)。通信系統(tǒng)10的這部分提供整個(gè)衛(wèi)星控制功能。全球星形是Loral Qualcomn衛(wèi)星服務(wù)公司的商標(biāo)。
圖2更加詳細(xì)地表述一個(gè)網(wǎng)關(guān)18。每個(gè)網(wǎng)關(guān)18包括多達(dá)4個(gè)雙極性RFC波段子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)包括一個(gè)碟形天線40、天線驅(qū)動(dòng)器42、低噪聲放大器44和高功率放大器46。所有這些部件都可裝在天線罩結(jié)構(gòu)內(nèi)，以提供環(huán)境隔離。
網(wǎng)關(guān)18還包括下變換器48和上變換器50，用于分別處理接收和發(fā)送RF載波信號(hào)。下變換器48和上變換器50都連接到CDMA子系統(tǒng)52，再依次通過(guò)PSTN接口54接到公用交換電話網(wǎng)絡(luò)(PSTN)。
CDMA子系統(tǒng)52包括一個(gè)信號(hào)加法器/開(kāi)關(guān)單元52a、全球星形收發(fā)信機(jī)子系統(tǒng)(GTS)52b、GTS控制器52C、CDMA互連子系統(tǒng)(CIS)54d和交換基臺(tái)(SBS)54c。該CDMA子系統(tǒng)52受基臺(tái)管理器(BSM)52f控制，并且以與CDMA兼容(例如，IS-95兼容)基臺(tái)相類(lèi)似的方式起作用。CDMA子系統(tǒng)52也包括所需的頻率合成器52g和全球定位系統(tǒng)(GPS)接收機(jī)52h。
PSTN接口54包括PSTN業(yè)務(wù)交換點(diǎn)(SSP)54a、業(yè)務(wù)控制點(diǎn)(SCP)54b、訪問(wèn)者位置寄存器(VLR)54c、和至原始位置寄存器(HLR)的接口54d。
網(wǎng)關(guān)18通過(guò)做成標(biāo)準(zhǔn)接口的SSP54a而連接到電信網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)關(guān)18提供一個(gè)接口，并且經(jīng)主速率接口(PRI)而連接到PSTN。網(wǎng)關(guān)18還能提供與移動(dòng)交換中心(MSC)的直接連接。
網(wǎng)關(guān)18把SS-7 ISDN固定信號(hào)提供到SCP54b。在該接口的網(wǎng)關(guān)側(cè)，SCP54b接口與基臺(tái)控制器(BSC)相接口，而且連接到CDMA子系統(tǒng)52。SCP54b對(duì)可基于CDMA通信的IS-95暫時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的改變型式的全球星形空中接口(GAI)提供協(xié)議變換功能。
方框54c和54b一般在網(wǎng)關(guān)18和外蜂窩電話網(wǎng)絡(luò)之間提供一個(gè)例如與IS-41(北美標(biāo)準(zhǔn)，AMPS)或GSM(歐洲標(biāo)準(zhǔn)，MAP)蜂窩系統(tǒng)相兼容的接口，并特別對(duì)管理漫游者(即在其家用系統(tǒng)之外進(jìn)行通話的用戶)的方法加以說(shuō)明。網(wǎng)關(guān)18支持對(duì)于全球星形/AMPS電話和對(duì)于全球星形/GSM電話的用戶終端驗(yàn)證。在一個(gè)沒(méi)有現(xiàn)有電信基地的服務(wù)范圍中，HLR能被加到網(wǎng)關(guān)18上，并與SS-7信號(hào)接口相接。
如果得到授權(quán)的話，在用戶正常服務(wù)范圍以外進(jìn)行通話的用戶(漫游者)將被系統(tǒng)10接納。在任何環(huán)境下都可以找到漫游者，用戶可利用同一終端裝置實(shí)現(xiàn)與世界各地的通話，并且，可由網(wǎng)關(guān)18明顯地作必需的協(xié)議變換。當(dāng)不需要時(shí)可越過(guò)協(xié)變換器54d。
由網(wǎng)關(guān)控制器56提供整個(gè)網(wǎng)關(guān)控制，網(wǎng)關(guān)控制器56包括接到上述全球星形數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(GDN)58的接口56a和接到業(yè)務(wù)提供者控制中心(SPCC)60的接口56b。網(wǎng)關(guān)控制器56一般通過(guò)BSM52f和通過(guò)與每個(gè)天線40相關(guān)的RF控制器43互連到網(wǎng)關(guān)18。網(wǎng)關(guān)控制器56還接到數(shù)據(jù)庫(kù)62，例如，用戶數(shù)據(jù)庫(kù)、衛(wèi)星天文歷數(shù)據(jù)等，還接到I/O單元64，能使業(yè)務(wù)人員得以對(duì)網(wǎng)關(guān)控制器56進(jìn)行訪問(wèn)。GDN58也雙向接口到遙測(cè)和指令(T&C)單元66，后者提供一個(gè)到TCU子系統(tǒng)18a(圖1和4)的接口。
參照?qǐng)D4，GOCC38的作用是通過(guò)設(shè)計(jì)和控制網(wǎng)關(guān)18對(duì)衛(wèi)星的利用，以及使這種利用與SOCC36相協(xié)調(diào)。一般GOCC38產(chǎn)生業(yè)務(wù)計(jì)劃、分配衛(wèi)星12和網(wǎng)關(guān)18資源，以及監(jiān)測(cè)整個(gè)系統(tǒng)10的性能。SOCC36通過(guò)運(yùn)行以便提供和監(jiān)測(cè)軌道、監(jiān)測(cè)包括衛(wèi)星電池狀態(tài)的每顆衛(wèi)星12的整個(gè)性能、調(diào)節(jié)在衛(wèi)星12內(nèi)的RF信號(hào)通路的增益和保證對(duì)于地面的最佳衛(wèi)星定向。
如上所述，每個(gè)網(wǎng)關(guān)18的作用是將給定用戶連接到用于信令話音和/或數(shù)據(jù)通信的PSTN，并且經(jīng)數(shù)據(jù)庫(kù)62(圖2)產(chǎn)生用于記帳用途的數(shù)據(jù)。所選擇的網(wǎng)關(guān)18包括一個(gè)遙測(cè)和指令單元(TCU)18a，用于接收通過(guò)C波段返回鏈路由衛(wèi)星12發(fā)送的遙測(cè)數(shù)據(jù)，和用于發(fā)送到達(dá)衛(wèi)星12的指令。GDM58通過(guò)運(yùn)行以便去互連網(wǎng)關(guān)18、GOCC38和SOCC36。
通常，LEO星座的每顆衛(wèi)星12通過(guò)運(yùn)行以便從網(wǎng)關(guān)18到用戶(C波段上行線到S波段下行線)之間轉(zhuǎn)發(fā)信息，以及從用戶到網(wǎng)關(guān)18(L波段上行線到C波段下行線)之間轉(zhuǎn)發(fā)信息。除了功率控制信號(hào)以外，這個(gè)信息包括SS-CDMA導(dǎo)頻、同步和尋呼信道。衛(wèi)星天文歷更新數(shù)據(jù)經(jīng)衛(wèi)星12也下載(download)到每個(gè)用戶終端13。衛(wèi)星12也通過(guò)運(yùn)行以便將信令信息從用戶終端13轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)關(guān)18，信令信息包括接入請(qǐng)求、功率變化請(qǐng)求和記錄請(qǐng)求。衛(wèi)星12也轉(zhuǎn)發(fā)在用戶和網(wǎng)關(guān)18之間的通信信號(hào)，并應(yīng)用加密以減少未經(jīng)授權(quán)的使用。
在運(yùn)行中，衛(wèi)星12發(fā)送包括衛(wèi)星運(yùn)行狀態(tài)測(cè)量的航天器遙測(cè)數(shù)據(jù)。來(lái)自衛(wèi)星的遙測(cè)流、來(lái)自(SOCC36)的指令和通信饋電鏈路全都共用C波段天線12g和12h。對(duì)于這些包括TCU18a的網(wǎng)關(guān)18而言，一般根據(jù)SOCC請(qǐng)求接收的衛(wèi)星遙測(cè)數(shù)據(jù)可立即送到SOCC36，或遙測(cè)數(shù)據(jù)可先被存儲(chǔ)起來(lái)然后再傳送到SOCC36。不管是立即發(fā)送還是存儲(chǔ)和隨后傳送的遙測(cè)數(shù)據(jù)，都是在GDN58上作為信息包發(fā)送的，每個(gè)信息包包括單個(gè)小型遙測(cè)幀。若衛(wèi)星支持被提供給一個(gè)以上的SOCC36，則遙測(cè)數(shù)據(jù)被路由到所有SOCC。該SOCC36對(duì)GOCC38具有三個(gè)主接口功能。第一接口功能是軌道位置信息，其中SOCC36將軌道信息提供到GOCC38，以致于每個(gè)網(wǎng)關(guān)18能夠精確地跟蹤多達(dá)4顆由網(wǎng)關(guān)觀察到的衛(wèi)星。這個(gè)數(shù)據(jù)包括數(shù)據(jù)表，該數(shù)據(jù)表使用已知算法足以使網(wǎng)關(guān)18能傳送它們本身的衛(wèi)星聯(lián)系清單(SatelliteContact List)。這些網(wǎng)關(guān)產(chǎn)生的聯(lián)系清單也送回到SOCC36，以支持遙測(cè)信息的收集和指令的傳輸。
第二接口功能是從GOCC38到SOCC36的應(yīng)用統(tǒng)計(jì)設(shè)置，該應(yīng)用統(tǒng)計(jì)與每個(gè)衛(wèi)星12的實(shí)際通信質(zhì)量和應(yīng)用(網(wǎng)關(guān)評(píng)價(jià))有關(guān)。該信息與用以鑒別期望的和非正常的性能等的衛(wèi)星遙測(cè)數(shù)據(jù)有關(guān)。
第三接口功能是從SOCC36到GOCC38所通報(bào)的衛(wèi)星狀態(tài)的設(shè)置。該衛(wèi)星狀態(tài)信息包括衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器可用性、電池狀態(tài)和軌道信息，該衛(wèi)星狀態(tài)信息還引入那些可能排除衛(wèi)星12的全部或者一部分用作通信用途的、與衛(wèi)星有關(guān)的任何限制。
系統(tǒng)10的一個(gè)重要方面是使SS-CDMA與在網(wǎng)關(guān)接收機(jī)和在用戶終端接收機(jī)處的分集組合結(jié)合起來(lái)使用。當(dāng)信號(hào)在多徑和不同通路長(zhǎng)度上從多顆衛(wèi)星到達(dá)用戶終端13或網(wǎng)關(guān)18時(shí)，分集組合用于減輕衰落效應(yīng)。瑞克(Rake)接收機(jī)用于從多個(gè)源接收和組合信號(hào)。例如，用戶終端13或網(wǎng)關(guān)18為從三顆衛(wèi)星12接收的和通過(guò)三顆衛(wèi)星12發(fā)送的正向鏈路信號(hào)或返回鏈路信號(hào)同時(shí)提供分集組合。
關(guān)于這一點(diǎn)，在美國(guó)專(zhuān)利5,233,626中已經(jīng)披露(該專(zhuān)利由Stephen A.Ames于1993年8月3日公開(kāi)，題目為“轉(zhuǎn)發(fā)器分集擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)”)，在此全面地引入僅作為參考，同樣地還引入了由Robert Wiedeman和Paul A.Monte于1994年5月9日提出申請(qǐng)的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)08/239,750中所披露的，其題目為多徑通信系統(tǒng)優(yōu)化程度”的內(nèi)容。
連續(xù)分集接收模式的性能要優(yōu)于通過(guò)一個(gè)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器接收一個(gè)信號(hào)的性能，此外，如果由于森林或其它障礙物對(duì)接收信號(hào)產(chǎn)生不利影響的干擾而失去了一個(gè)鏈路，但是卻并不中斷通信。
一個(gè)給定網(wǎng)關(guān)18的多個(gè)定向天線40通過(guò)不同的衛(wèi)星12能夠發(fā)送正向鏈路信號(hào)(網(wǎng)關(guān)到用戶終端)，從而支持在用戶終端13中的分集組合。用戶終端13的全向天線13a發(fā)送到能從用戶終端13“觀看到”的所有衛(wèi)星。
每個(gè)網(wǎng)關(guān)18支持發(fā)射機(jī)功率控制功能以便確定慢衰落，并且也支持塊交錯(cuò)(block interleaving)以便確定中等至快衰落。功率控制是在正向和反向鏈路上實(shí)現(xiàn)的。功率控制功能的響應(yīng)時(shí)間被調(diào)節(jié)到適應(yīng)于平均30毫秒的衛(wèi)星往返行程延遲。
塊交錯(cuò)器(53d、53e、53f，圖5)工作在與聲碼器53g分組幀有關(guān)的塊長(zhǎng)度上。最佳交錯(cuò)器長(zhǎng)度是以增加總的端對(duì)端延遲為代價(jià)，折衷選擇一個(gè)較長(zhǎng)的長(zhǎng)度，從而改進(jìn)了糾錯(cuò)。優(yōu)選的最大端對(duì)端延遲是150毫秒或更少。該延遲包括由于分集組合器執(zhí)行接收信號(hào)調(diào)整所造成的所有延遲、聲碼器53g處理延遲、塊交錯(cuò)器53d-53f延遲、和形成一部分CDMA子系統(tǒng)52的維特比(Viterbi)譯碼器(未示出)的延遲。
圖5是圖2的CDMA子系統(tǒng)52的正向鏈路調(diào)制部分的方框圖。加法器方框53a的輸出送到頻率捷變上變換器(frequencyagile up-converter)53b，然后再依次送到加法器和開(kāi)關(guān)方框52a。遙測(cè)和控制(T&C)信息也送到方塊52a。
未調(diào)制的直接序列SS導(dǎo)頻信道以所需比特率產(chǎn)生出一個(gè)全零Walsh碼。該數(shù)據(jù)流與短PN碼組合，該短PN碼用于分離來(lái)自不同網(wǎng)關(guān)18和不同衛(wèi)星12的信號(hào)。該導(dǎo)頻信道是按模2方式加到短碼上，然后，按QPSK方式跨越CDMA帶寬而擴(kuò)展。下面提供不同的偽噪聲(PN)碼偏移(a)一個(gè)使用戶終端13能唯一識(shí)別網(wǎng)關(guān)18的PN碼偏移；(b)一個(gè)使用戶終端13能唯一識(shí)別衛(wèi)星12的PN碼偏移；和(c)一個(gè)使用戶終端13能唯一識(shí)別從衛(wèi)星12發(fā)送的給定的16波束之一的PN碼偏移。來(lái)自衛(wèi)星12中的不同衛(wèi)星的導(dǎo)頻PN碼被分配以來(lái)自同一導(dǎo)頻開(kāi)端PN碼(pilot seedPN Code)的不同時(shí)間/相位偏移。
由網(wǎng)關(guān)18發(fā)送的每個(gè)導(dǎo)頻信道可以按比其他信號(hào)較高的功率電平發(fā)送。導(dǎo)頻信道能使用戶終端13獲取正向CDMA信道的定時(shí)，提供一個(gè)用于相干調(diào)制的相位基準(zhǔn)，以及提供一個(gè)機(jī)構(gòu)以執(zhí)行信號(hào)強(qiáng)度比較來(lái)確定何時(shí)啟動(dòng)切換。然而，導(dǎo)頻信道的使用不是強(qiáng)制性的，對(duì)這種用途也可使用其它的技術(shù)。
同步信道產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)流，該數(shù)據(jù)流包括如下信息(a)時(shí)刻；(b)發(fā)送網(wǎng)關(guān)標(biāo)識(shí)；(c)衛(wèi)星天文歷；和(d)分配尋呼信道。該同步數(shù)據(jù)加到卷積編程碼53h，在那里，數(shù)據(jù)被卷積地編碼，并且隨后進(jìn)行塊交錯(cuò)以克服快衰落。所得的數(shù)據(jù)流以模2方式加到同步Walsh碼上，并且以QPSK方式跨越CDMA帶寬而擴(kuò)展。
尋呼信道加到卷積編碼器53i上，在那里被卷積地編碼，然后被塊交錯(cuò)。所得到的數(shù)據(jù)流與長(zhǎng)碼生成器53j的輸出組合。該長(zhǎng)PN碼用于分開(kāi)不同用戶終端13波段。尋呼信道和長(zhǎng)碼都是以模2方式相加和提供到一個(gè)符號(hào)覆蓋層，在那里，所得到的信號(hào)以模2方式加到Walsh碼上。然后，其結(jié)果是以QPSK方式跨越CDMA頻帶而擴(kuò)展。
通常尋呼信道傳送下列消息類(lèi)型(a)一個(gè)系統(tǒng)參數(shù)消息；(b)一個(gè)接入?yún)?shù)消息；(c)一個(gè)鄰域清單消息；和(d)一個(gè)CDMA信道清單消息。
系統(tǒng)參數(shù)消息包括尋呼信道的配置、記錄參數(shù)、和有助于導(dǎo)頻捕獲的參數(shù)。接入?yún)?shù)消息包括接入信道的配置和接入信道數(shù)據(jù)率。鄰域清單消息包括鄰域?qū)ьl標(biāo)識(shí)符和鄰域PN偏移。CDMA信道清單消息傳送相關(guān)的導(dǎo)頻標(biāo)識(shí)和Walsh碼賦值。
聲碼器53K把話音編碼成PCM正向業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流。該正向業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流送到卷積編碼器531，在那里進(jìn)行卷積編碼，然后進(jìn)行塊交錯(cuò)(在塊53f中)。所得到的數(shù)據(jù)流與用戶長(zhǎng)碼塊53k的輸出進(jìn)行組合。該用戶長(zhǎng)碼用于分開(kāi)不同用戶信道。所得到的數(shù)據(jù)流在多路復(fù)用器(MUX)53m中進(jìn)行功率控制，以模2方式加到Walsh碼上，然后，以QPSK方式跨越CDMA通信信道帶寬而擴(kuò)展。
對(duì)于返回鏈路解調(diào)，網(wǎng)關(guān)18進(jìn)行運(yùn)行以便解調(diào)CDMA返回鏈路。對(duì)于返回鏈路存在著兩種不同的碼(a)零偏移導(dǎo)頻碼；和(b)長(zhǎng)碼。它們被用于兩種不同類(lèi)型的返回鏈路CDMA信道，即接入信道和返回業(yè)務(wù)信道。
對(duì)于接入信道，網(wǎng)關(guān)18接收和解碼在請(qǐng)求接入的接入信道上的脈沖串。該接入信道消息包括在其后跟隨有相當(dāng)少數(shù)據(jù)量的長(zhǎng)前置部分中。該前置部分是用戶終端的長(zhǎng)PN碼。每個(gè)用戶終端具有由唯一時(shí)間偏移變成公用PN生成器多項(xiàng)式所生成的唯一長(zhǎng)PN碼。在接收接入請(qǐng)求以后，在網(wǎng)關(guān)18在正向鏈路尋呼信道(塊53e、53i、53j)上發(fā)送一個(gè)消息，確認(rèn)接收接入請(qǐng)求和指派一個(gè)Walsh碼信道以建立一個(gè)業(yè)務(wù)信道，該網(wǎng)關(guān)18也指派一個(gè)信道單元，用戶終端13和網(wǎng)關(guān)18這二者都轉(zhuǎn)接到指派的信道單元，并開(kāi)始雙工通信。
通過(guò)對(duì)從局部數(shù)據(jù)源或用戶終端聲碼器來(lái)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行卷積編碼，從而該返回業(yè)務(wù)信道在用戶終端13中被產(chǎn)生。然后，該數(shù)據(jù)以預(yù)定間隔塊交錯(cuò)，并送到128-陣列調(diào)制器和數(shù)據(jù)脈沖串隨機(jī)函數(shù)發(fā)生器，以減少?zèng)_突。然后，該數(shù)據(jù)被加到零偏移PN碼上，并通過(guò)一顆或多顆衛(wèi)星12發(fā)送到網(wǎng)關(guān)18。
網(wǎng)關(guān)18使用例如快速Hadamard變換(FHT)處理返回鏈路，以解調(diào)128-陣列Walsh碼，并把解調(diào)的信息提供到分集組合器。
上文已描述了通信系統(tǒng)10的目前優(yōu)選實(shí)施例?，F(xiàn)在進(jìn)行描述天線結(jié)構(gòu)10的目前優(yōu)選實(shí)施例和用于接收和發(fā)送在用戶終端68(圖1)和一顆或更多的衛(wèi)星12之間的通信信號(hào)的相關(guān)電子設(shè)備。
天線結(jié)構(gòu)70的一個(gè)重要方面在于能與兩顆或更多的衛(wèi)星12同時(shí)通信。通過(guò)提供帶有多指擴(kuò)展頻譜(multi-finger spreadspectrum)接收機(jī)68a的用戶終端68，這就變得更為方便了。這種多指SS接收機(jī)在現(xiàn)有技術(shù)中稱(chēng)為Rake接收機(jī)。一種適當(dāng)?shù)慕邮諜C(jī)類(lèi)型已在上述Ames的美國(guó)專(zhuān)利5,233,626的圖2和圖4中公開(kāi)了。使用這種類(lèi)型的接收機(jī)能同時(shí)接收來(lái)自兩個(gè)或多個(gè)源的擴(kuò)展頻譜信號(hào)，并且這些信號(hào)以分集接收模式進(jìn)行數(shù)字組合。接收機(jī)68a能夠使對(duì)于因衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)引起在多普勒頻移中的差別、傳輸延遲的差別、和相移的差別的各種輸入信號(hào)進(jìn)行均衡。在只接收單個(gè)信號(hào)時(shí)，這便提供改進(jìn)的信號(hào)與噪聲和干擾比。
參照用于表示天線結(jié)構(gòu)70的目前優(yōu)選實(shí)施例的圖6和圖7。天線結(jié)構(gòu)70包括一個(gè)高增益天線71和一個(gè)基準(zhǔn)天線73。該高增益天線71由用于垂直(V)定向天線子結(jié)構(gòu)的稱(chēng)為72的7個(gè)單獨(dú)天線子結(jié)構(gòu)組成的，并且多個(gè)(6)天線子結(jié)構(gòu)74以相對(duì)于垂直天線子結(jié)構(gòu)72為預(yù)定角θ來(lái)設(shè)置。當(dāng)安裝天線結(jié)構(gòu)70時(shí)，子結(jié)構(gòu)74被定向成面向北(N)、東北(NE)、東南(SE)、南(S)、西南(SW)和西北(NW)方向。每個(gè)天線子結(jié)構(gòu)72和74由一個(gè)或多個(gè)天線單元76組成。該天線單元76可以是喇叭天線或任何適當(dāng)形式的適中增益天線，例如一個(gè)補(bǔ)片或一個(gè)補(bǔ)片陣，如圖6所示的。在所示的實(shí)施例中，每個(gè)天線子結(jié)構(gòu)72和74包括互連的四個(gè)天線單元76。各單獨(dú)單元之間的中心距的優(yōu)選值是感興趣的波長(zhǎng)的若干倍數(shù)值，例如，該中心距約為0.5到0.8倍波長(zhǎng)的范圍。通常間距愈寬則增益就愈高。然而，增加間距也就增加?xùn)虐?gratinglobe)的大小。例如，天線子結(jié)構(gòu)72的總寬度為0.5米，則天線單元之間的間距為10.6cm(0.8λ)，每個(gè)單元76具有的直徑為5厘米。該高增益天線71優(yōu)選地裝在天線桿82上，以使天線子結(jié)構(gòu)72的頂面垂直于地面的法線?；鶞?zhǔn)天線73包括例如也垂直于地面法線而定向的單個(gè)天線單元80。
角θ優(yōu)選地在約30°到60°范圍內(nèi)，其所選的角度是波束形狀的函數(shù)。對(duì)于從約10°仰角到90°仰角(天頂角)定向的衛(wèi)星，也用選擇該角度來(lái)提供盡可能高的增益。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，使用45°就可提供滿意的結(jié)果，這正如下面參照?qǐng)D10將描述的那樣。
應(yīng)理解到，不需要使子結(jié)構(gòu)74緊靠或鄰接子結(jié)構(gòu)72。例如，參照?qǐng)D12，只要保持上述在各種子結(jié)構(gòu)之間的角度關(guān)系，一個(gè)或多個(gè)子結(jié)構(gòu)74可以用任意距離D與子結(jié)構(gòu)72的邊緣隔離開(kāi)。
由上述可見(jiàn)，本發(fā)明的一個(gè)方面是一種天線裝置，它包括具有主平面的第一子結(jié)構(gòu)72，主平面是以相對(duì)垂直地面的軸線(法線)的第一角度(例如90°)而定向的。天線70也包括多個(gè)N(例如6個(gè))第二子結(jié)構(gòu)74，其中各單個(gè)子結(jié)構(gòu)74具有以相對(duì)于第一子結(jié)構(gòu)的主平面的第二角度(例如45°)而配置的局部主平面。多個(gè)子結(jié)構(gòu)74中的每一個(gè)具有一個(gè)由局部主平面向外指的法線，該局部主平面是以根據(jù)一個(gè)相鄰的子結(jié)構(gòu)74的向外指的法線的軸線的第三角度(例如60°)而定向的。并且，N和第三角度可分別具有不同值，例如8和45°。多個(gè)子結(jié)構(gòu)74中的每一個(gè)向外指的法線被設(shè)置成背離軸的方向。
在本發(fā)明的目前優(yōu)選實(shí)施例中，天線子結(jié)構(gòu)72、74、和用于基準(zhǔn)天線單元80的支承78都由鍍銅玻璃纖維或聚四氟乙烯材料構(gòu)成。
在所示的實(shí)施例中，天線子結(jié)構(gòu)72呈六邊形并且是垂直指向的。六個(gè)子結(jié)構(gòu)74以60°分段的方位角圍繞垂直子結(jié)構(gòu)72的邊緣排列，并且以角θ傾斜以便使它們的射束峰值設(shè)置成45°仰角。傾斜的子結(jié)構(gòu)74的精確的個(gè)數(shù)是在增加覆蓋范圍和復(fù)雜性/成本之間折衷考慮的。一般，如圖11所示的，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，使用面向所示方向的6個(gè)子結(jié)構(gòu)74，可給衛(wèi)星12的軌道提供滿意的結(jié)果。在圖11中，衛(wèi)星12的地面跟蹤象6個(gè)舉例的點(diǎn)波束(15°視野范圍)的跟蹤一樣地進(jìn)行了表示。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，天線結(jié)構(gòu)70采用通曉的衛(wèi)星12的天文歷數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行運(yùn)行，這樣就能進(jìn)行相當(dāng)簡(jiǎn)單的測(cè)定，以便在任何時(shí)間選擇多個(gè)單元76和子結(jié)構(gòu)72、74中的哪一些來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)接收機(jī)68a提供最大的增益。在運(yùn)行中，一個(gè)子結(jié)構(gòu)72、74的單元76在任意給定時(shí)間都耦合到接收機(jī)68a，而垂直方向的基準(zhǔn)天線單元總是接到接收機(jī)68a。
圖10表示從例如一個(gè)從西南到東北經(jīng)過(guò)的衛(wèi)星12的天線結(jié)構(gòu)的期望性能。衛(wèi)星12首先遇到面朝西南的天線單元76和經(jīng)歷從在地平線(horizon)(-0°仰角)的約1dBi變化到在45°仰角的約11dBi的增益。然后，在大約70°仰角，該增益下降到約8dBi，在這一時(shí)候面朝西南的天線單元76的增益與垂直波束的V天線單元76的增益相匹配。當(dāng)衛(wèi)星12的仰角處在60°-80°范圍時(shí)，對(duì)用戶終端68(圖1)的接收機(jī)68a的輸入是從面朝西南的天線單元76切換到面朝V的天線單元。當(dāng)衛(wèi)星12通過(guò)V天線單元76的波束時(shí)，增益再增加到約11dBi，然后降回到約8dBi。此時(shí)，接收機(jī)68a從V天線單元切換到面朝東北(NE)天線單元76。當(dāng)衛(wèi)星1 2通過(guò)面朝東北(NE)天線單元76的波束時(shí)，增益再增加到約11dBi，然后，在衛(wèi)星越過(guò)地平線之前在0°仰角處降回到1dBi。
在實(shí)際考慮中，例如，傳輸損耗能夠使最小可用衛(wèi)星仰角限制到約10°-20°的范圍。在這種情況下，天線結(jié)構(gòu)70提供約7.5dBi的最小增益。該增益為衛(wèi)星通信系統(tǒng)提供一個(gè)最有利的信號(hào)強(qiáng)度，并且能實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星功率消耗的減小。
現(xiàn)在提供多徑衛(wèi)星通信特征。根據(jù)接收功能進(jìn)行這方面的描述。然而，應(yīng)理解為，將圖8中低噪聲放大器(LNA)82a和82b改變?yōu)楣β史糯笃?，并且也改變信?hào)流的方向，使這個(gè)討論可同樣地用于發(fā)射功能。
基準(zhǔn)天線73通過(guò)使用位于信號(hào)組合器84之前的單獨(dú)LNA82b與高增益天線71相組合，以便避免一般在天線直接組合時(shí)產(chǎn)生的3dB增益損耗。例如，組合器84可具體為眾所周知的Wilkinson混合組合器。因此，單獨(dú)LNA82b的使用可保持基準(zhǔn)天線73的靈敏度。參照?qǐng)D8，作為接收組合器84輸出的接收機(jī)68a優(yōu)選為多指接收機(jī)(multiple finger receiver)，它能同時(shí)接收、分離、和解調(diào)多重?cái)U(kuò)展頻譜傳送。一個(gè)適當(dāng)?shù)暮湍壳暗膬?yōu)選多指擴(kuò)展頻譜接收機(jī)在上述由Ames的美國(guó)專(zhuān)利5,232,626中公開(kāi)了，在這里全面地引入僅作參考。然而，應(yīng)理解為，利用特定的SS接收機(jī)并不受本發(fā)明的實(shí)施例的限制，并且，同樣可使用具有不同結(jié)構(gòu)的其他SS接收機(jī)。
基準(zhǔn)天線73從衛(wèi)星12接收一個(gè)或多個(gè)非通信信號(hào)。在全向的基準(zhǔn)天線73中，根據(jù)垂直指向，一般這些接收的非通信信號(hào)具有要比載有當(dāng)前通信(例如話音)信息的“使用中”信號(hào)低的信號(hào)強(qiáng)度。在本發(fā)明的目前優(yōu)選實(shí)施例中，基準(zhǔn)天線73接收從由天線結(jié)構(gòu)70觀察到的每一顆衛(wèi)星12發(fā)送的上述導(dǎo)頻信號(hào)。對(duì)于能夠同時(shí)接收的導(dǎo)頻信號(hào)數(shù)目的僅有的實(shí)際限制是對(duì)于基準(zhǔn)天線73來(lái)說(shuō)是“可見(jiàn)的”衛(wèi)星12的數(shù)目、以及接收機(jī)68a可用于跟蹤被接收的導(dǎo)頻信號(hào)的指數(shù)或信道數(shù)目，應(yīng)記住對(duì)于接收和解擴(kuò)頻(despead)當(dāng)前的通信來(lái)說(shuō)，需要至少一個(gè)指(finger)。
來(lái)自其他衛(wèi)星12出現(xiàn)的同步信號(hào)使系統(tǒng)10能把接收機(jī)68a從“使用中”衛(wèi)星12轉(zhuǎn)換到其導(dǎo)頻信號(hào)正在被接收的那一顆衛(wèi)星。這是一個(gè)切換過(guò)程，是通過(guò)把高增益天線71從“使用中”衛(wèi)星12轉(zhuǎn)換到一顆優(yōu)選地增加仰角的衛(wèi)星完成的。上升的衛(wèi)星的識(shí)別可用存儲(chǔ)在用戶終端68中或由用戶終端68能得到的天文歷數(shù)據(jù)來(lái)確定。
應(yīng)理解為，不需要使用導(dǎo)頻信號(hào)信道，并且在某些實(shí)施例中，可以使用傳送同步信號(hào)的另一個(gè)信道。
圖9A是天線結(jié)構(gòu)70的方框圖，它表示正被送到開(kāi)關(guān)86的七個(gè)子結(jié)構(gòu)72和74的每一個(gè)的單元76輸出，該開(kāi)關(guān)86可接收來(lái)自用戶終端68控制器的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。
如圖9B所示，例如，開(kāi)關(guān)86可包括在現(xiàn)有技術(shù)中眾所周知的多個(gè)PIN二極管開(kāi)關(guān)86a。當(dāng)僅從一顆衛(wèi)星接收信號(hào)時(shí)，通過(guò)對(duì)在一條信號(hào)線87a上的一個(gè)PIN二極管86a加適當(dāng)?shù)钠珘?，用戶終端開(kāi)關(guān)控制器87選擇來(lái)自一個(gè)子結(jié)構(gòu)并將要被饋送到LNA82a(圖8)的輸入端的一組單元76。
從第二衛(wèi)星12接收同步信道(例如導(dǎo)頻信道)，并且，當(dāng)從使用中的第一個(gè)衛(wèi)星12接收通信信號(hào)時(shí)用戶終端68的接收機(jī)68a已經(jīng)被跟蹤到并正在跟蹤著這個(gè)同步信道，這樣，就實(shí)現(xiàn)了能夠平滑地、和使用戶“看不可見(jiàn)地”從第一衛(wèi)星轉(zhuǎn)換到第二衛(wèi)星。
在產(chǎn)生從第一到第二衛(wèi)星的變換(切換)之后，基準(zhǔn)天線73將最有可能接收來(lái)自第三衛(wèi)星的導(dǎo)頻信號(hào)。如前所述，當(dāng)從第二衛(wèi)星接收信息時(shí)，接收機(jī)68a將把一個(gè)指(a finger)分配給新近接收的同步信號(hào)，并最終將捕獲和跟蹤這個(gè)信號(hào)。在將來(lái)某個(gè)時(shí)間，上述過(guò)程將會(huì)重復(fù)，從而切換從第二衛(wèi)星到第三衛(wèi)星的通信。
一般地，由于“新”衛(wèi)星在地平線上變成可見(jiàn)和“老”衛(wèi)星消失在地平線之下，該過(guò)程可無(wú)限地繼續(xù)下去。
除了上述明顯的切換之外，該多重分集接收技術(shù)提供了許多優(yōu)點(diǎn)。例如；第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)產(chǎn)生于當(dāng)使用中的衛(wèi)星經(jīng)受因任何原因造成的信號(hào)阻塞或損失之時(shí)。在這種情況下，系統(tǒng)10能夠快速地使高增益天線71切換成來(lái)自一個(gè)其導(dǎo)頻信道已經(jīng)捕獲并目前正被跟蹤的不同衛(wèi)星的高質(zhì)量信號(hào)。
第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，衛(wèi)星系統(tǒng)的總通信能力是根據(jù)使用發(fā)射最強(qiáng)信號(hào)的衛(wèi)星而增加的。也就是說(shuō)，使用最強(qiáng)信號(hào)將降低來(lái)自發(fā)送這個(gè)信號(hào)的衛(wèi)星的總功率要求，由此，使附加功率適用其它用戶。
現(xiàn)在參照用于表示本發(fā)明的又一實(shí)施例的圖13，它不要求衛(wèi)星天文歷數(shù)據(jù)或與衛(wèi)星天文歷數(shù)據(jù)一起使用。也就是說(shuō)，在這個(gè)實(shí)施例中，在信號(hào)到達(dá)PIN二極管開(kāi)關(guān)86之前通過(guò)取樣每一段上的下行線的信號(hào)強(qiáng)度，從而接收天線系統(tǒng)檢測(cè)在各種天線段中衛(wèi)星的相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度，并然后比較信號(hào)的相對(duì)強(qiáng)度?？梢酝茰y(cè)，在當(dāng)前正被使用的天線中該信號(hào)將是最強(qiáng)的。然后可以看出，如果在另一個(gè)子結(jié)構(gòu)(72、74)中的信號(hào)強(qiáng)度正在增強(qiáng)，以致于接近正被使用的子結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，則將表明該接收機(jī)立即就能轉(zhuǎn)換到那個(gè)天線段。被接收信號(hào)的連續(xù)監(jiān)測(cè)使得可以在“當(dāng)前”天線和“新的候選”天線中信號(hào)大致相等時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。本實(shí)施例使用一個(gè)與用于通信的接收機(jī)分開(kāi)的接收機(jī)，但是，該單獨(dú)的接收機(jī)只需要解碼SS-CDMA信號(hào)，并給出一個(gè)與其時(shí)正被觀察的天線段有關(guān)的輸出指示電壓。
從設(shè)置在各子結(jié)構(gòu)(72、74)上的天線單元76接收到的信號(hào)，是通過(guò)使用多個(gè)耦合器89來(lái)實(shí)現(xiàn)取樣的，通過(guò)這些耦合器89向PIN二極管86a和第二套PIN二極管(86a′)饋送信號(hào)。也就是說(shuō)，所希望的是，通過(guò)使用定向耦合器89從主天線PIN二極管開(kāi)關(guān)86a中去耦該天線選擇系統(tǒng)。PIN二極管86a′會(huì)聚在第二混合組合器84′上，該組合器84′向天線取樣和控制接收機(jī)91進(jìn)行饋送。該P(yáng)IN二極管86a′經(jīng)天線控制二極管控制器87′優(yōu)選地以例如“V-SW-NW-N-NE-SE-S”這樣的重復(fù)圖形而被掃描，接收信號(hào)強(qiáng)度在每個(gè)天線位置被記錄并且與預(yù)定閾值(例如，一個(gè)被存儲(chǔ)的值和/或從另一個(gè)子結(jié)構(gòu)(72、74)的天線單元(76)測(cè)量到的值)相比較。其比較的結(jié)果用于選擇另一個(gè)天線單元76或另一個(gè)子結(jié)構(gòu)(72、74)，并且也用于確定使通信接收機(jī)轉(zhuǎn)到另一子結(jié)構(gòu)(72、74)的天線單元76的最佳時(shí)間。
除了預(yù)測(cè)使用中的衛(wèi)星12的運(yùn)動(dòng)外，本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例也能檢測(cè)進(jìn)入天線結(jié)構(gòu)70的觀察視野的另一顆衛(wèi)星。當(dāng)所得的另一顆衛(wèi)星的接收信號(hào)強(qiáng)度超過(guò)來(lái)自當(dāng)前正用于通信的衛(wèi)星的接收信號(hào)強(qiáng)度時(shí)，就將得到一個(gè)指示以表明現(xiàn)在是進(jìn)行轉(zhuǎn)換衛(wèi)星的時(shí)候了。前述的跟蹤過(guò)程就轉(zhuǎn)向新捕獲的衛(wèi)星而重復(fù)地執(zhí)行。
此外，根據(jù)衛(wèi)星天文歷數(shù)據(jù)和上述的接收信號(hào)強(qiáng)度，衛(wèi)星的跟蹤和捕獲就可通過(guò)使用預(yù)定的衛(wèi)星仰角和方位角來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，衛(wèi)星天文歷數(shù)據(jù)可用于選擇子結(jié)構(gòu)74從而啟動(dòng)開(kāi)始捕獲衛(wèi)星，而接收的信號(hào)強(qiáng)度則隨后用于跟蹤衛(wèi)星當(dāng)相對(duì)于天線結(jié)構(gòu)70而言已進(jìn)入其軌道時(shí)的位置。
根據(jù)上述描述可理解為，本發(fā)明提供了一種簡(jiǎn)單、低成本、高增益的天線系統(tǒng)，它能在寬仰角范圍上將信息發(fā)送到衛(wèi)星和從衛(wèi)星接收信息。該天線系統(tǒng)不需要運(yùn)動(dòng)部件去跟蹤運(yùn)動(dòng)衛(wèi)星，而采用一個(gè)電子開(kāi)關(guān)裝置將天線單元選擇性地耦合到接收機(jī)的輸入端、或到發(fā)射機(jī)的輸出端。此外，天線系統(tǒng)能從多顆衛(wèi)星同時(shí)接收通信信號(hào)和以上述的分集接收的工作模式進(jìn)行組合。當(dāng)接收非通信同步信號(hào)(例如來(lái)自一顆或多顆其它衛(wèi)星的導(dǎo)頻信道)時(shí)，就能接收和跟蹤來(lái)自一顆衛(wèi)星的通信信號(hào)。
可以預(yù)料上面描述的天線系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)可以按各種方式進(jìn)行改進(jìn)。例如，包括在子結(jié)構(gòu)72和74內(nèi)的單元76可以多于或少于四個(gè)。而且，例如，基準(zhǔn)天線單元80可與圖6所示的單元80′一樣地設(shè)置在子結(jié)構(gòu)72上，只要不對(duì)天線單元76產(chǎn)生干擾。
此外，上述給定的(SW)、(V)和(NE)跟蹤的例子已經(jīng)按照在垂直天線子結(jié)構(gòu)72上方直接通過(guò)(在“頭頂”或大仰角通過(guò))的衛(wèi)星的情況進(jìn)行描述。然而，對(duì)于小仰角衛(wèi)星的情況，只需要一個(gè)或多個(gè)子結(jié)構(gòu)74(例如面朝(S)和(SE)子結(jié)構(gòu)74)。對(duì)于別種衛(wèi)星，可例如根據(jù)衛(wèi)星仰角和方位角而選擇與(SW)、(V)、(NW)和(N)子結(jié)構(gòu)74相關(guān)的天線單元，或選擇與(SW)、(NW)、(N)和(NE)子結(jié)構(gòu)74相關(guān)的天線單元。
因此，雖然已經(jīng)對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)展示和說(shuō)明，但本專(zhuān)業(yè)普通技術(shù)人員將理解為，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可作出各種變型和不同的部件。
權(quán)利要求
1.一種用于使終端與近地球軌道衛(wèi)星星座的多顆衛(wèi)星相耦合的天線系統(tǒng)，在由終端進(jìn)行觀察時(shí)的任何給定時(shí)間多顆衛(wèi)星中的每一顆衛(wèi)星以特定的仰角定向，其特征在于包括一個(gè)具有主平面的第一子結(jié)構(gòu)，該主平面是以相對(duì)垂直于地面的軸線的第一角度定向的；多個(gè)N第二子結(jié)構(gòu)，其中各單個(gè)子結(jié)構(gòu)具有以相對(duì)所述的第一子結(jié)構(gòu)的所述的主平面的第二角度配置的局部主平面，所述多個(gè)N子結(jié)構(gòu)的每一個(gè)具有由所述局部主平面向外指的法線，所述的局部主平面是以根據(jù)相鄰的一個(gè)子結(jié)構(gòu)的向外指的法線的該軸線的第三角度定向的，所述的多個(gè)N子結(jié)構(gòu)的每一個(gè)的向外指的法線設(shè)置成背離軸線的方向；和至少一個(gè)天線單元，它由所述的第一子結(jié)構(gòu)和由所述的多個(gè)N第二子結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)來(lái)支承，其中，在所述的近地球軌道衛(wèi)星的仰角范圍上，所述的第一子結(jié)構(gòu)和至少所述多個(gè)N第二子結(jié)構(gòu)中一些的天線單元能在所述的終端和至少一顆近地球衛(wèi)星之間實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展頻譜通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種天線系統(tǒng)，其特征在于，其中所述的第一角度大約是90°，和第二角度大約是在30°到60°范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種天線系統(tǒng)，其特征在于，其中所述的第三角度大約是60°，和其中N等于6。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種天線系統(tǒng)，其特征在于，其中所述的第三角度大約是45°，和其中N等于8。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種天線系統(tǒng)，其特征在于，其中多個(gè)所述的天線單元是由每個(gè)所述的子結(jié)構(gòu)支承的，并且其中所述的多個(gè)天線單元中的各單個(gè)天線單元是以一個(gè)等于感興趣的波長(zhǎng)的函數(shù)的距離隔開(kāi)的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種天線系統(tǒng)，其特征在于，其中多個(gè)所述的天線單元是由每個(gè)所述的子結(jié)構(gòu)支承的，和其中所述的多個(gè)天線單元中的各單個(gè)天線單元是以約為0.5λ到0.8λ范圍內(nèi)的距離隔開(kāi)，其中λ是感興趣的波長(zhǎng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種天線系統(tǒng)，其特征在于，還包括至少一個(gè)基準(zhǔn)天線單元，它是以相對(duì)垂直于地面的所述軸線的第一角度定向的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種天線系統(tǒng)，其特征在于，其中所述的第一子結(jié)構(gòu)一般具有一個(gè)多邊形的平面，并且其中所述的第二子結(jié)構(gòu)的各單個(gè)子結(jié)構(gòu)各具有一個(gè)與所述的第一子結(jié)構(gòu)的一個(gè)邊緣鄰接的邊緣。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種天線系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于選擇性地輸出一個(gè)從至少一個(gè)天線單元接收的信號(hào)的裝置，該至少一個(gè)天線單元設(shè)置在所述第一子結(jié)構(gòu)和所述的多個(gè)N第二子結(jié)構(gòu)之一上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種天線系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于使信號(hào)選擇性地輸入到至少一個(gè)天線單元的裝置，該至少天線單元設(shè)置在所述第一子結(jié)構(gòu)和所述的多個(gè)N第二子結(jié)構(gòu)之一上。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種天線系統(tǒng)，其特征在于，其中所述的第一角度大約是90°，并且其中所述的多個(gè)N第二子結(jié)構(gòu)的各單個(gè)子結(jié)構(gòu)被定向成一般面朝北(N)、東北(NE)、東南(SE)、南(S)、西南(SW)和西北(NW)，或這些方位角定向的子集。
12.一種通信系統(tǒng)，包括一個(gè)近地球軌道衛(wèi)星的星座，其中單個(gè)近地球軌道衛(wèi)星的每一個(gè)包括用于從至少一個(gè)地面站接收多個(gè)通信饋電鏈路的裝置，和用于把接收通信饋電鏈路發(fā)送到多個(gè)地面位置終端的裝置；和至少一個(gè)地面站，該地面站包括用于把所述的多個(gè)通信饋電鏈路發(fā)送到至少一顆所述的衛(wèi)星的裝置，還包括用于使所述的多個(gè)饋電鏈路與地面位置通信系統(tǒng)耦合的裝置；其中多顆衛(wèi)星中的每一顆是在由一個(gè)所述的終端進(jìn)行觀察的任何給定時(shí)間以特定仰角定向的；其特征在于所述的終端包括一個(gè)天線，它包括具有主平面的第一子結(jié)構(gòu)，主平面是以相對(duì)垂直于地面的軸線的第一角度定位的；多個(gè)N第二子結(jié)構(gòu)，其中備單個(gè)子結(jié)構(gòu)具有以相對(duì)所述的第一子結(jié)構(gòu)的所述的主平面的第二角度配置的局部主平面，所述的多個(gè)N子結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)具有由所述的局部主平面向外指的法線，所述的局部主平面是以根據(jù)相鄰的一個(gè)子結(jié)構(gòu)向外指的法線的該軸線的第三角度定向的，所述的多個(gè)N子結(jié)構(gòu)的每個(gè)的向外指的法線設(shè)置成背離所述軸線的方向；和至少一個(gè)天線單元，它由所述的第一子結(jié)構(gòu)和由所述的多個(gè)N第二子結(jié)構(gòu)的每一個(gè)所支承，其中，在所述的近地球軌道衛(wèi)星的仰角范圍上，所述的第一子結(jié)構(gòu)和至少所述多個(gè)N第二子結(jié)構(gòu)中一些的天線單元能在所述的終端和至少一顆近地球軌道衛(wèi)星之間實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展頻譜通信。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種通信系統(tǒng)，其特征在于，其中所述的天線還包括至少一個(gè)基準(zhǔn)天線單元，它是以相對(duì)垂直于地面的所述軸線的所述第一角度定向的，并且其中所述的終端還包括一個(gè)具有耦合到所述的多個(gè)天線單元和耦合到所述的至少一個(gè)基準(zhǔn)天線單元的輸入端的多指擴(kuò)展頻譜接收機(jī)，所述的接收機(jī)包括用于分配一個(gè)所述的指(finger)以便從所述的至少一個(gè)近地球軌道衛(wèi)星接收所述的擴(kuò)展頻譜通信、和用于分配所述指中的至少另一指以便接收通過(guò)所述的至少一個(gè)基準(zhǔn)天線單元從至少一顆其它的所述的近地球軌道衛(wèi)星接收到的同步信號(hào)的裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種通信系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于選擇與所述的第一和第二子結(jié)構(gòu)之一有關(guān)的天線單元的輸出以作為所述的天線的輸出的裝置，所述的選擇裝置響應(yīng)于所述至少一顆衛(wèi)星的一個(gè)預(yù)測(cè)位置和在所述的第一和第二子結(jié)構(gòu)測(cè)量到的接收信號(hào)強(qiáng)度。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種通信系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于選擇與所述的第一和第二子結(jié)構(gòu)之一相關(guān)的天線單元輸出以作為所述天線的輸出的裝置，所述的選擇裝置至少響應(yīng)于跟蹤方向和所述的至少一顆衛(wèi)星的仰角。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種通信系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于選擇與所述的第一和第二子結(jié)構(gòu)之一相關(guān)的天線單元輸出以作為所述天線的輸出、從而把接收的所述擴(kuò)展頻譜信息從所述的至少一顆近地球軌道衛(wèi)星轉(zhuǎn)換到所述的至少一顆其它的所述近地球軌道衛(wèi)星的裝置。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種通信系統(tǒng)，其特征在于，其中所述的第一角度大約是90°，和其中所述的多個(gè)N第二子結(jié)構(gòu)中的各單個(gè)子結(jié)構(gòu)被定向成一般面朝北(N)、東北(NE)、東南(SE)、南(S)、西南(SW)和西北(NW)，或這些方位角定向的子集。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種通信系統(tǒng)，其特征在于，還包括一個(gè)通信系統(tǒng)控制裝置，它通過(guò)一個(gè)數(shù)據(jù)鏈路與所述的至少一個(gè)地面站雙向耦合。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種通信系統(tǒng)，其特征在于，其中所述的至少一個(gè)地面站還包括一種裝置，用于確定所述的擴(kuò)展頻譜通信是否在終端以分集接收模式運(yùn)行，如果是，則用于經(jīng)過(guò)多顆所述近地球軌道衛(wèi)星發(fā)送所述的擴(kuò)展頻譜通信。
20.一種用于操作一個(gè)終端以便從多顆近地球軌道衛(wèi)星中的至少一顆衛(wèi)星接收信息的方法，其中多顆衛(wèi)星的每一顆在由終端進(jìn)行觀察的任何給定時(shí)間是以特定仰角和以特定方位角定向的，該方法包括的步驟為對(duì)于第一仰角和方位角的范圍，選擇天線結(jié)構(gòu)的第一部分接收信息，該第一部分是以相對(duì)垂直于地面的軸線的第一角度設(shè)置的；對(duì)于第二仰角和方位角范圍，選擇天線結(jié)構(gòu)的第二部分接收信息，第二部分是以相對(duì)垂直地面的軸線的第二角度設(shè)置的。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的一種方法，其特征在于，還包括的步驟為對(duì)于第三仰角和方位角范圍，選擇天線結(jié)構(gòu)的第三部分接收信息，該第三部分是以相對(duì)垂直于地面的軸線的第一角度設(shè)置的。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的一種方法，其特征在于，其中第一角度是在大約30°～60°范圍內(nèi)，并且其中第二角度或者是在大約30°～60°范圍內(nèi)，或者是約為90°。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的一種方法，其特征在于，還包括同時(shí)執(zhí)行接收和跟蹤來(lái)自多顆衛(wèi)星中的至少一顆其它衛(wèi)星的同步信號(hào)的步驟。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的一種方法，其特征在于，其中接收的信息是擴(kuò)展頻譜信息，和其中接收和跟蹤步驟包括跟蹤由至少另一顆衛(wèi)星發(fā)送的同步信道的步驟。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的一種方法，其特征在于，其中每一個(gè)選擇步驟使用衛(wèi)星天文歷數(shù)據(jù)去預(yù)測(cè)至少一顆衛(wèi)星的位置。
26.根據(jù)權(quán)利要求20所述的一種方法，其特征在于，每一個(gè)選擇步驟使用從至少一顆衛(wèi)星接收的信號(hào)幅度。
27.一種用于操作一個(gè)終端以便發(fā)送信息到多顆近地球軌道衛(wèi)星中的至少一顆衛(wèi)星的方法，其中多顆衛(wèi)星中的每一顆在由終端進(jìn)行觀察時(shí)的任何給定的時(shí)間以特定的仰角和以特定方位角定向，該方法包括以下步驟對(duì)于第一仰角和方位角范圍，選擇天線結(jié)構(gòu)的第一部分發(fā)送信息，該第一部分是以相對(duì)垂直于地面的軸線的第一角度設(shè)置的；和對(duì)于第二仰角和方位角范圍，選擇天線結(jié)構(gòu)的第二部分發(fā)送信息，該第二部分是以相對(duì)垂直于地面的軸線的第二角度設(shè)置的。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的一種方法，其特征在于，還包括以下步驟對(duì)于第三仰角范圍，選擇天線結(jié)構(gòu)的第三部分發(fā)送信息，該第三部分是以相對(duì)垂直于地面的軸線的第一角度設(shè)置的。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的一種方法，其特征在于，其中第一角度是在大約30°～60°范圍內(nèi)，和其中第二角度或者是在大約30°～60°范圍內(nèi)，或者是大約為90°。
30.根據(jù)權(quán)利要求27所述的一種方法，其特征在于，其中每一個(gè)選擇步驟使用衛(wèi)星天文歷數(shù)據(jù)以預(yù)測(cè)至少一顆衛(wèi)星位置。
31.根據(jù)權(quán)利要求27所述的一種方法，其特征在于，其中每一個(gè)選擇步驟使用從至少一顆衛(wèi)星接收的信號(hào)幅度。
32.一種用于操作一個(gè)終端以便從多顆近地球軌道衛(wèi)星中的至少一顆衛(wèi)星接收信息的方法，該多顆衛(wèi)星中的每一顆衛(wèi)星在由終端進(jìn)行觀察時(shí)的任何給定時(shí)間是以特定仰角和特定方位角定向的，該方法包括以下步驟對(duì)于至少一顆衛(wèi)星的仰角和方位角的第一預(yù)測(cè)范圍，選擇天線結(jié)構(gòu)的第一部分以接收信息，該第一部分是以相對(duì)垂直于地面的軸線的第一角度設(shè)置的；和對(duì)于至少一顆衛(wèi)星的仰角和方位角的第二預(yù)測(cè)范圍，選擇天線結(jié)構(gòu)的第二部分以接收信息，該第二部分是以相對(duì)垂直于地面的軸線的第二角度設(shè)置的。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的一種方法，其特征在于，其中第一角度是大約在30°～60°范圍內(nèi)，和其中第二角度或者是在大約30°～60°范圍內(nèi)，或者是大約為90°。
34.一種用于操作一個(gè)終端以便從多顆近地球軌道衛(wèi)星中的至少一顆衛(wèi)星接收信息的方法，其中，多顆衛(wèi)星中的每顆衛(wèi)星在由終端進(jìn)行觀察時(shí)的任何給定時(shí)間是以特定仰角和以特定方位角定向的，該方法包括以下步驟測(cè)量從具有多個(gè)天線中的至少一個(gè)天線的至少一顆衛(wèi)星接收到的信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度，其中所述多個(gè)天線中的各單個(gè)天線被定向接收來(lái)自設(shè)在一定的仰角和方位角范圍中的衛(wèi)星的衛(wèi)星發(fā)送信號(hào)，其中，某些所述的衛(wèi)星的仰角和方位角范圍是相互重疊的。對(duì)于其中測(cè)量到的信號(hào)強(qiáng)度超過(guò)預(yù)定閾值的至少一顆衛(wèi)星的仰角和方位角的第一范圍，選擇第一天線以接收信息，該第一天線是以相對(duì)垂直于地面的軸線的第一角度定向的；和對(duì)于其中測(cè)量到的信號(hào)強(qiáng)度超過(guò)預(yù)定閾值的至少一顆衛(wèi)星的仰角和方位角的第二范圍，選擇第二天線以接收信息，該第二天線是以相對(duì)垂直于地面的軸線的第二角度定向的。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的一種方法，其特征在于，其中第一角度是在大約30°～60°范圍內(nèi)，和其中第二角度或者是在大約30°～60°范圍內(nèi)，或者是大約為90°。
全文摘要
天線(70)包括有以相對(duì)垂直于地面的軸線(法線)的第一角度定向的主平面的第一子結(jié)構(gòu)(72)，及多個(gè)各具有以對(duì)于第一子結(jié)構(gòu)的主平面的第二角度設(shè)置的第二子結(jié)構(gòu)(74)。多個(gè)子結(jié)構(gòu)各具有由以根據(jù)從一個(gè)相鄰子結(jié)構(gòu)向外指的法線的軸線的第三角度定向的局部主平面向外指的法線，多個(gè)子結(jié)構(gòu)的各個(gè)的向外指的法線設(shè)置成背離軸線的方向。至少一個(gè)天線單元(76)由第一子結(jié)構(gòu)和多個(gè)第二子結(jié)構(gòu)的每一個(gè)所支承。
文檔編號(hào)H04B7/26GK1122959SQ9511661
公開(kāi)日1996年5月22日 申請(qǐng)日期1995年8月23日 優(yōu)先權(quán)日1994年8月23日
發(fā)明者F·J·迪特里希, P·A·蒙特 申請(qǐng)人:羅拉爾奎爾康衛(wèi)星服務(wù)有限公司