CN1954518B - 卫星分集系统、设备和方法 - Google Patents

Abstract

公开了使用多个卫星的通信分集。这些卫星可以支持对应于多个卫星波束的多个区域。每个卫星可以在反向方向中支持所有区域，而且每个卫星可以被指定为与多个卫星波束中的一个相对应的多个区域中的一个区域的主卫星。每个卫星可以从任何区域接收例如移动台所广播的反向链路信号。例如，每个卫星可以将所接收的反向链路信号传送至基站或网关，在基站或网关中可以合并信号以提高信号质量。移动台从主卫星接收前向链路信号，并且对来自主卫星和辅助卫星的信号质量进行监控。如果来自主卫星的信号质量降至阈值以下，则将通信信号转换至辅助卫星。

Description

卫星分集系统、设备和方法

相关申请的交叉参考

本申请要求于2004年3月17日递交的、名称为METHOD ANDAPPARATUS FOR PROVIDING SATELLITE DIVERSITY(用于提供卫星分集的方法和设备)的美国临时申请No.60/554,222的优先权，在此通过参考而援引其全部内容。

背景技术

通信卫星为大范围区域提供通信支持。一般地，所支持的区域是位于发向地球的卫星波束内的地球表面区域。该区域可以是相对静止的，例如，当通信卫星是同步卫星时。该区域可能随时间发生变化，例如，当通信卫星是近地轨道(LEO)卫星时。某些系统可能需要大量的分别具有多个波束的卫星。其它通信系统可能使用单个卫星，该卫星在单个波束内覆盖一个较大的覆盖范围。例如，通信系统可能使用单个通信卫星，该卫星的波束覆盖包括整个美国大陆的区域。

卫星的可靠性是最让人关心的，这是因为通信卫星通常用于提供重要的通信链路。通信卫星的远程特性以及在空间中投入替代卫星所需的扩展时间周期使得卫星成为单点(single point)，该单点的故障可能导致在所述扩展时间周期内中断通信信道。为了缓解通信卫星的单点故障特性，通信系统设计者通常提供在轨备用卫星，以便在运行的卫星发生故障的情况下维持通信信道。备用卫星通常并不用于通信，而是用于提供系统冗余备份。如果运行的卫星发生故障，则将通信切换到在轨备用卫星以维持通信。然后，可以对发生故障的卫星进行维修或者使其退出使用。然后，可以在空间中投入另一个在轨备用卫星，以提供冗余通信卫星。

在单个通信卫星可以支持如美国大陆一样大的区域的卫星通信系统中，在轨备用卫星意味着庞大的系统成本，而其仅能提供不成比例的较小益处。降低待用的在轨备用卫星的系统负担将是有益的。

发明内容

公开了利用多个卫星进行通信分集的系统、设备和方法。这些卫星可以支持对应于多个卫星波束的多个区域。每个卫星可以支持反向方向中的所有区域，而且每个卫星可以设计作为与多个卫星波束中的一个相对应的多个区域中的一个区域的主卫星。

例如，在从移动台到卫星的反向链路方向中，每个卫星可以从任何一个区域接收移动台所广播的反向链路信号。每个卫星可以将所接收的反向链路信号传送至基站或网关，在基站或网关中，可以合并信号以提高信号质量。

在前向链路方向中，基站或者网关向卫星广播信号，该信号可被中继到移动台。移动台从主卫星接收前向链路信号，并且监控来自主卫星以及来自辅助卫星的信号质量。如果来自主卫星的信号质量降至阈值以下，则将通信信号传送至辅助卫星。

在一个方案中，本公开文件包括一种卫星分集系统，其包括：第一卫星，配置为提供第一波束，作为支持第一区域的主波束；第二卫星，配置为提供第二波束，作为支持与所述第一区域基本重叠的区域的辅助波束；以及地面站。所述地面站配置为在通过所述第一卫星的通信路径未恶化的时间周期里，经由所述第一卫星向所述第一区域发射信号，以及配置为在通过所述第一卫星的所述通信路径恶化的时间周期里，经由所述第二卫星向所述第一区域发射所述信号。

在另一方案中，本公开文件包括一种卫星分集系统，其包括：网关收发机，配置为选择性地向第一卫星和第二卫星中的一个或者两个发射前向链路信号；服务质量模块，其连接到所述网关收发机，并且配置为确定通过所述第一卫星的通信路径是否恶化；以及链路控制模块，其连接到所述服务质量模块，并且配置为如果通过所述第一卫星的所述通信路径未恶化，则控制所述网关收发机向所述第一卫星发射所述前向链路信号，以中继到移动台，以及配置为如果通过所述第一卫星的所述通信路径恶化，则控制所述网关收发机向所述第二卫星发射所述前向链路信号，以中继到所述移动台。

在另一方案中，本公开文件包括一种卫星分集系统，其包括：第一卫星，具有向第一区域提供覆盖的第一波束以及向第二区域提供覆盖的第二波束，所述第一卫星配置作为所述第一区域的主卫星以及所述第二区域的辅助卫星；第二卫星，具有向与所述第一区域基本重叠的第三区域提供覆盖的第一波束，以及向与所述第二区域基本重叠的第四区域提供覆盖的第二波束，所述第二卫星配置作为所述第四区域的主卫星以及所述第三区域的辅助卫星；以及地面站，配置为当第一移动台所报告的信号度量大于预定阈值时，经由所述第一卫星向所述第一和第三区域的重叠部分中的所述第一移动台发射第一信号，以及配置为当所述信号度量不大于预定阈值时，经由所述第二卫星向所述第一移动台发射所述第一信号。

在另一方案中，本公开文件包括一种提供卫星分集的方法。该方法包括：利用第一卫星向位于第一地理区域中的接收机发射信号；确定从所述第一卫星到所述接收机的通信链路是否恶化；以及如果源自所述第一卫星的所述通信链路恶化，则利用第二卫星向所述接收机发射所述信号。

附图说明

通过以下提出的详细描述并结合附图，本发明实施例的特性、目的和优点将变得更加明显，其中，相同的元件具有相同的参考标号。

图1A-1B是具有配置为提供区域覆盖的一个或者多个波束的卫星的功能图。

图2是卫星分集系统的实施例的功能框图。

图3是卫星分集系统的实施例的功能框图。

图4是提供卫星分集的方法的实施例的流程图。

图5是提供卫星分集的方法的实施例的流程图。

具体实施例

所公开的在卫星通信系统中提供分集的系统和方法可以使用多个卫星，每个卫星具有多个波束图案，提供对相应数量区域的通信支持。每个卫星可以配置为由多个波束支持的多个区域中至少一个区域的主通信卫星。通常对波束和卫星进行如下分配，使得总服务区域内的每个波束具有一个被指定为该波束主卫星的卫星。另外，对于每个波束，将主卫星之外的卫星指定为该波束所支持区域的辅助卫星。

卫星通信系统可以基于通信链路方向实现不同的信号处理。前向链路方向通常是指从静止基站或者网关到移动台的通信链路，其可以经由卫星而产生。反向链路方向通常是指从移动台到基站或者网关的通信链路，其也可以经由卫星而产生。

在反向链路中，每个卫星可以在一个或多个波束中接收来自移动台的信号，所述波束包括覆盖了未将该卫星指定为主卫星的区域的波束。然后，该卫星可以向基站或者网关发射反向链路通信。基站或者网关可以合并信号以增强信号质量。如果从移动台之一到一个卫星的反向链路信号受到阻塞或者某种方式的恶化，则反向链路信号将可能由另一个卫星发射，由此保证移动台和基站或者网关之间的通信链路。发生如下情况的可能性非常低，即，所有的反向链路信号都恶化到基站或者网关不能恢复反向链路通信的程度。

在前向链路方向中，基站或者网关向一个或多个卫星发射前向链路信号。指定给包含所述移动台的区域的主卫星将前向链路信号中继到移动台。一般地，其它卫星不向未将该卫星指定为主卫星的区域发射前向链路信号。但是，这些卫星可能继续向未将其指定为主卫星的区域发射开销信道，其可包括导频、同步以及寻呼信道。

接收前向链路传输的移动台可确定所接收信号的信号质量。移动台还可确定非主卫星所发射的开销信道中的一个或多个信道的信号质量。移动台可向基站或者网关报告信号质量值。例如，移动台可报告信号质量值，以作为功率控制环路的一部分。

如果例如由于卫星中的阻塞或者恶化使得主卫星所发射的前向链路信号恶化，则移动台可以向基站报告恶化信号的质量。基站可以部分地基于信号质量值确定主卫星所发射的信号质量是否已经恶化到可接受的程度之下。基站可以将所述辅助卫星或者多个非主卫星中的一个或多个配置为：如果来自主卫星的信号质量不可接受，则向移动台广播前向链路信号。从而，基站可以将卫星配置为在该卫星并非是主卫星的波束中广播前向链路信号。辅助卫星可以配置为提供相对较高的可用性概率。因此，如果来自主卫星的前向链路信号受到阻塞或者恶化，则系统可以将前向链路信号切换至辅助卫星，并且极有可能将保持通信链路的连接。

图1A是现有技术卫星通信系统100的卫星配置的功能图。系统100包括第一通信卫星110，其配置为对与天线辐射(illuminate)图案的波束相对应的区域112提供覆盖。在某些实施例中，波束可能基本上辐射像美国大陆一样大的区域。虽然表示为单个波束，但是，通常理解为可将波束实现为共同辐射基本上相当于更大区域的区域的多个波束。从而，来自第一通信卫星110的波束可以包括向区域112提供支持的多个波束。

将第二通信卫星120配置为在轨备用卫星。第二通信卫星120配置为对与第一通信卫星110所支持的第一区域112基本重叠的第二区域122提供覆盖。

在正常运行期间，第一通信卫星110配置为完成用于系统100中所有通信信道的通信链路。第二通信卫星120作为在轨备用卫星保持待用或者未激活。如前面所述，第二通信卫星120用于在第一通信卫星110发生故障的情况下保证覆盖。如果第一通信卫星110发生故障，则可激活第二通信卫星120，以继续提供对通信的支持。

图1B是通信系统200的卫星配置的功能框图，在通信系统200中，多个卫星提供系统冗余，同时改善系统200所支持通信链路的质量。系统200包括第一通信卫星，其具有分别辐射第一和第二区域212和214的第一和第二波束。系统200还包括第二通信卫星220，其具有分别辐射第一和第二区域222和224的第一和第二波束。在一个实施例中，第一卫星210所支持的第一和第二区域212和214基本上与第二卫星220所支持的第一和第二区域222和224重叠。如前面所述，任何波束都可包括一个或多个配置为辐射该区域的波束。

与图1A中所示的现有技术系统不同，图1B的通信系统200使用卫星210和220来支持通信链路。第一通信卫星210可以配置为从其所支持的区域212和214接收反向链路信号，并将这些信号中继到一个或多个地面站(未示出)。相似地，第二通信卫星220可以配置为从其所支持的区域222和224接收反向链路信号，并将这些信号中继到一个或多个地面站(未示出)，在某些情况下，这些地面站可能包括一个或多个与第一通信卫星210通信的地面站。

在前向链路方向中，将通信卫星210和220中的每一个指定为一个或多个区域的主卫星。在一个实施例中，第一通信卫星210可被指定为第一区域212的主卫星，并且可被指定为第二区域214的辅助卫星。相似地，第二通信卫星220可被指定为第二区域224的主卫星以及第一区域222的辅助卫星。因此，对于区域212，第二通信卫星220作为辅助卫星，而第一通信卫星210作为主卫星。相似地，对于区域224，第一通信卫星210作为辅助卫星，而第二通信卫星220作为主卫星。

主卫星向将其指定为主卫星的区域发射强开销信号，而向将其指定为辅助卫星的区域发射较弱的开销信号。例如，开销信号可以包括导频、寻呼以及同步信道。

在典型的运行条件下，主卫星向其作为主卫星的区域发射前向链路信号，而不发射被发向其不作为主卫星的区域的业务信号。从而，对于给定的区域，主卫星向该区域内的接收机发射强开销信号以及发射业务信道。辅助卫星向该区域发射较弱的开销信号，并通常不向该区域发射业务信道。

但是，如果例如由于来自主卫星的信号强度的降低使得区域中的接收机经历信号质量的降低，则系统200可以将通信链路切换至或者转换至辅助卫星。因此，当来自主卫星的通信链路恶化时，通信链路可以切换至或者转换至辅助卫星，以提供对该区域的覆盖。当源自主卫星的通信链路从恶化的条件下恢复时，通信链路可以转换回到主卫星。

在一个实施例中，第一通信卫星210可以具有两个波束以辐射美国大陆。例如，第一区域212可以是美国西部大陆，第二区域214可以是美国东部大陆。第二通信卫星220可以配置为具有两个波束，以辐射与第一通信卫星210的区域基本重叠的区域。从而，第二通信卫星220的第一区域222可以覆盖美国西部大陆，并且可以与第一通信卫星210的第一区域212基本重叠。第二通信卫星220的第二区域224可以覆盖美国东部，并且可以与第一通信卫星的第二区域214基本重叠。

第一通信卫星210可以配置作为美国东部的主卫星，而且可以配置作为美国西部的辅助卫星。第二通信卫星220可以配置作为美国西部的主卫星，而且可以配置作为美国东部的辅助卫星。

在反向链路方向中，第一和第二通信卫星210和220都可以接收来自两个区域的传输，并且可以将信号中继到适当的地面站。在前向链路方向中，第一通信卫星210向其第二区域214发射相对较强的开销信号。第一通信卫星210还向其第二区域214发射业务信道。第二通信卫星220向其第二区域224发射相对较弱的开销信号，并且不向其第二区域224发射业务信道，除非来自第一通信卫星210的前向链路信号恶化。

在这个实施例中，美国西部的前向链路操作基本相似，除了第二通信卫星220广播较强的开销信号，并且对业务信道负主要责任。第一通信卫星210广播相对较弱的开销信号，并向该区域发射由于第二通信卫星220的恶化条件而切换至第一通信卫星210的业务信道。

利用上述实施例，可以将每个卫星配置作为其它卫星的在轨备用卫星，同时提供在待用备用卫星系统中无法提供的优势。由于两种卫星承担彼此相当的负载，可以向轨道中投入第三卫星以作为待用备用卫星，或者可以利用附加的波束分配而将第三卫星集成到系统200中。附加的卫星可以用于保证如果一个卫星发生故障时能够继续全部业务。这与具有单个卫星和一个未激活在轨备用卫星的传统方法相似，在该传统方法中，当通信负载接近单个激活卫星的极限时，需要至少一个附加卫星。

虽然图1B中所示的实施例示出了分别具有两个波束的两个卫星210和220，但是，其它实施例可以使用两个以上的卫星，并且每个卫星可以具有两个以上的波束。例如，系统可能包括三个卫星，每个卫星可以具有多个波束。每个卫星可以配置作为多个波束所支持的一个或多个区域的主卫星。一般地，每个区域具有一个主卫星。每个卫星也可以配置为多个波束所支持的、未将该卫星配置为主卫星的一个或多个区域的辅助卫星。在某些实施例中，可将一个以上的卫星指定为一个特定区域的辅助卫星。在其它实施例中，每个区域将多个卫星中的一个作为辅助卫星。在其它实施例中，卫星可以按照等级排列，使得多个卫星按照等级顺序支持一个区域。

图2是通信系统200的更详细功能框图，示出了将多个卫星配置为向区域提供冗余的通信链路。例如，图2中所示的系统200可以与图1B中所示的系统相同。虽然该系统可以支持多个区域，但是为了简便，只示出了单个区域。

例如，图2的通信系统200可以是卫星电话系统、卫星数据通信系统(例如，在网络内具有卫星链路的计算机网络等等)或者某些其它类型的通信系统。通信系统200可以包括作为主卫星的第一通信卫星210以及作为辅助卫星的第二通信卫星220。在这个实施例中，术语“主”表示将该卫星指定为图2中所示区域的主卫星。相似地，术语“辅助”表示将该卫星指定为图2中所示区域的辅助卫星。作为一个区域主卫星的卫星可能是另一个区域的辅助卫星。相似地，作为一个区域辅助卫星的卫星可能是另一个区域的主卫星。例如，卫星210和220可以是同步地球卫星、中地轨道卫星、近地轨道卫星或者某些其它轨道上的卫星。

系统200还包括地面站240，其可以是例如基站、网关等等，或者与地面通信系统连接的某些其它系统设备。系统200可包括多个地面站240。为了简便，只示出了一个地面站240。地面站240可以在卫星210和220与通信系统的其余部分(未示出)之间提供连接。例如，当通信系统200是电话系统时，地面站240可以是卫星网关，其连接到移动控制器和公众交换电话网(PSTN)。在其它实施例中，地面站240可以是互联网网关，其将卫星通信连接到例如因特网的网络。

虽然在图2中只示出了一个移动台，系统200可以包括一个或多个移动台250。例如，移动台250可以是便携式电话、便携式通信设备(例如，笔记本电脑或者个人数字助理)、固定无线设备等，或者某些其它通信设备。

在图2中所示的实施例中，地面站240与移动台250之间的通信可能在一个或多个卫星链路上发生。在反向链路方向中，每个通信卫星210和220从所有波束接收信号，并且将这些信号中继到对其进行合并的地面站240。移动台250通常利用宽波束天线发射反向链路信号，所述宽波束天线允许同时从多个卫星发射或者接收信号。

第一通信卫星210将来自移动台250的第一反向链路信号246a作为第一卫星反向链路信号248a中继到地面站240。第二通信卫星220将来自移动台250的第二反向链路信号246b作为第二卫星反向链路信号248b中继到地面站240。然后，地面站240可以合并卫星反向链路信号248a和248b，以改善反向链路信号的信噪比(SNR)。

在不考虑卫星是否将信号中继到地面站250的情况下，当来自移动台250的信号到达卫星210和220时，反向方向中的分集合并基本上提供“自由的(free)”优势。卫星210和220使用可以忽略的功率量将反向链路信号248a-b中继到地面站240。假设到达卫星210和220的信号强度相等，则通过在地面站240处合并信号可以提供高出3dB的SNR。对于例如码分多址(CDMA)2000的信令协议，可以改善3dB，其中，在这种信令协议中，地面站240或者某些后续信号处理层级可以执行相干合并。如果使用非相干合并，则所述改善可为大约1.8dB的增益。

在其它实施例中，卫星210和220以及地面站240可以配置为接收多个极化(polarization)，例如，左旋(LHC)极化与右旋(RHC)极化或者垂直与水平极化，以在地面站240处进行分集合并。卫星210和220可配置为接收并且中继多个信号极化，以从信号中提取出每一小部分功率。

对来自卫星210和220的反向链路信号248a-b的合并几乎不耗费系统200的功率。但是，如果没有信号受到阻塞，则反向链路方向中的信号合并可提供达到3dB的SNR增益。实现卫星分集，以便如果一个反向链路信号路径受到阻塞，则可以在冗余链路上继续通信链路。在某些实施例中，如果一个链路失效，则系统200可指示移动台250使用功率控制技术来增强移动台250的发射功率，以恢复SNR。

在一个实施例中，系统200可以以与反向链路相似的方式运行前向链路。地面站240可以向卫星210和220都发射前向链路信号242a-b，卫星210和220可以将前向链路信号244a-b中继到移动台250。然后，移动台250可以分别跟踪前向链路信号244a-b，并且在移动台250处对其进行合并。

但是，在前向方向中，在功率和分集之间存在折衷。优选地，系统200在其中一条路径突然受到阻塞的条件下实现分集。对称于反向链路信令的前向链路实施例可以通过将两个卫星210和220配置为辐射移动台250来实现分集。但是，这个实施例需要增强的卫星功率。

通常不能将每个卫星210和220配置为仅仅提供单卫星配置所辐射功率的一半。若在每个卫星210和220中提供一半功率，则将在两个卫星上产生与发射信号的单个卫星相同的总功率。但是，在多卫星配置中，每个卫星发射的功率必须远远高于等效的单卫星系统功率的一半。

每个卫星210和220通常需要配置为发射高于等效的单卫星系统功率的一半，这是因为来自每个卫星(例如210)的信号代表对其它卫星(例如220)所发射信号的干扰信号。例如，在基于CDMA的系统中，接收两个信号的移动台250具有RAKE接收机的多个独立手指，以接收每一个反向链路信号。RAKE接收机的每个手指将其它信号看作是干扰。从而，多个同时的前向链路卫星信号的分集增益是以更高的卫星功率为代价的。

图2中系统200的另一个实施例利用了分集增益的优势，但仅在卫星210和220中使用略高的功率。在该实施例中，其中一个卫星(例如210)主要负责向地面上的给定区域提供服务，这个区域可能代表蜂窝通信系统的一个小区。两个卫星210和220可以通过分别对一半的小区承担主要责任而分担通信责任。

主卫星(此处为第一通信卫星210)向该区域传送开销信号。例如，开销信号可以包括导频、寻呼以及同步(PPS)信道。同步信道可以包括例如时间参考信号，寻呼信道可以包括例如发往移动台250的控制信令消息。配置为主卫星的卫星，例如第一通信卫星210，可以配置为在畅通或者未阻塞的条件下，以远高于完成到移动台250的通信链路通常所需的功率来发射开销信号。例如，第一通信卫星210可以配置为将PPS信号发射为相对较强的信号。为了保证稳定的链路，第一通信卫星210可以配置为发射相对较强的PPS信号，其比完成与移动台250的通信链路所需的最小功率电平高出大约5-10dB。当然，第一通信卫星210并未限于在高于最小功率电平5-10dB的升高电平处进行发射，而是可以配置为在高于最小功率电平预定链路余量的电平处进行发射。预定链路余量可以是静态电平，或者可以发生变化。例如，链路余量值可能随着时间发生变化。例如，可将链路余量设定为5dB、6dB、7dB、8dB、9dB或者10dB。主卫星可以配置为在高于最小链路要求的相对较强的电平处发射信号，使得移动台250能够经由阻塞接收到信号的可能性较高。

辅助卫星(此处为第二通信卫星220)也配置为向该区域发射开销导频、寻呼以及同步(PPS)信号。但是，不需要以升高的电平发射辅助卫星上的开销PPS信号。在一个实施例中，来自第二通信卫星220的开销信号可以以仅高于最小链路要求一个分贝或者两个分贝的电平进行发射，以便考虑到Rician衰落。在另一个实施例中，第二通信卫星220可以配置为以足够提供90％可靠性的电平发射PPS信号。覆盖该区域的两个卫星210和220可以配置为例如使用不同的扩频码。

如果移动台250能够从两个卫星210和220接收信号，则在主卫星210上使用寻呼信道建立通信链路，例如呼叫。使用主卫星(此处为第一通信卫星210)建立前向链路业务信道。如果从主卫星到相关移动台250的通信链路没有受到阻塞，则辅助卫星上的功率保持相对较小的PPS功率。因此，在移动台250处，来自辅助卫星(此处为第二通信卫星220)的信号仅会对来自第一通信卫星210的前向链路信号产生很小的干扰。但是，如果在第一通信卫星210的业务信道上进行通信的移动台250经历足够高的阻塞，则通信链路可以转换至辅助卫星。

图3是通信系统200的实施例的功能框图，其可以表示图2的通信系统200。如前面的功能框图所示，通信系统200包括与第一通信卫星210和第二通信卫星220通信的地面站240。两个卫星210和220还与移动台250进行通信。地面站240、卫星210和220以及移动台250的数量不受功能框图中所示数量的限制。为了便于描述，示出了系统200的单元的最小数量。

地面站240可以包括网关收发机310，配置为在前向和反向链路上与卫星210和220进行通信。地面站240还可以包括服务质量(QoS)模块312，配置为确定对应于连接到移动台250的通信链路的服务质量的指示或值。例如，QoS模块312可以配置为根据移动台250所发射的信号来确定信号度量(metric)，其中所述信号指示从卫星210和220接收的信号质量。QoS模块312可将信号度量或者根据信号度量确定的信号传送到链路控制模块314。

链路控制模块314可以配置为部分地基于信号度量，确定将卫星210还是220配置为向移动台250发射前向链路信号。链路控制模块314可以配置为控制网关收发机310，以使用主卫星或者辅助卫星向移动台250发射前向链路信号。在一个实施例中，链路控制模块314可以配置为设定标志或者指示符，以通知网关收发机310将使用的卫星。在另一个实施例中，链路控制模块314可以配置为向网关收发机310提供地址，其将前向链路通信传送至期望的卫星。网关收发机310可向多个卫星210和220发射前向链路信号，但是，可以基于所发射信号的内容而由期望的卫星中继该信号。在其它实施例中，链路控制模块314可以用某些其它方式使期望的卫星与网关收发机310进行通信。

卫星210和220中的每一个可以(但不是必须)进行相似的配置。第一通信卫星210可以包括前向链路收发机320，配置为从地面站240接收前向链路信号，并且将其中继到所期望区域中的期望移动台250。第一通信卫星210还可以包括反向链路收发机322，配置为接收由任何支持区域中的移动台250所发射的反向链路通信，并且将其中继到地面站240。相似地，第二通信卫星220可以包括前向链路收发机330和反向链路收发机332。

移动台250可以包括移动收发机340，其配置为接收卫星210和220所发射的前向链路信号。移动收发机340可以配置为将所接收的前向链路信号转换为由基带处理器350处理的基带信号。移动收发机340也可以配置为从基带处理器接收基带信号，并且将基带信号转换为发射到卫星210和220的反向链路信号。

基带处理器350可以包括一个或多个模块，配置为确定从卫星210和220接收的前向链路信号的质量。在一个实施例中，基带处理器350可以包括第一接收信号强度指示器(RSSI)模块352，配置为确定来自第一通信卫星210的前向链路导频信号的信号强度。基带处理器350还可以包括第二RSSI模块354，配置为确定来自第二通信卫星220的前向链路导频信号的信号强度。基带处理器350还可以包括处理器360和存储器362。处理器360连同存储在存储器362中的一个或多个处理器可读指令一起，能够执行RSSI模块352和354的某些或者所有功能。

移动台250使用RSSI模块352和354监控所接收的导频信号，并且确定例如RSSI等信号质量。移动台250可以向地面站240报告RSSI值。在一个实施例中，移动台250使用一个或多个开销信道向地面站240报告RSSI值。例如，移动台250可以配置为在寻呼信道上发射RSSI值，其中寻呼信道从移动台250通过卫星210和220发射到地面站240。地面站240可以将所接收的RSSI值与预定阈值进行比较，并且确定是否应当将前向链路通信转换到辅助卫星。因为卫星210和220可以配置为向相同的区域发射不同的导频功率电平，预定阈值可能对于第一卫星210和第二卫星220是不同的。

如果导频强度报告指示主路径具有轻微的衰落，则通信仍然可以继续在主卫星上进行。地面站250可以配置为部分地保持辅助卫星基本不具有业务，以降低其对来自主卫星的信号的干扰影响。当所报告的主卫星的RSSI值不再超过预定阈值时，系统200可确定主路径的阻塞或者恶化足够大，使得用以克服恶化的功率变得过大。一旦达到这个阈值，就可将通信转换至用于提供可选信号路径的辅助卫星。

用以转换通信链路的控制信令可以发生在来自主链路的业务信道上，或者如果恶化非常高时使用辅助寻呼信道。在卫星210和220为同步地球卫星的系统200的实施例中，这种转换可能不是无缝的。在同步系统中，可能有1/2秒的往复通信延时。因此，可能用1-2秒在卫星之间转换通信。不必增强辅助卫星上开销信道的功率，这是因为辅助卫星通常用于畅通的通信路径。如果主路径受到阻塞或者严重地衰落，而且辅助路径受到阻塞或者轻微地衰落，则通信链路可能掉线(drop)。

因为辅助卫星信道具有相对较弱的开销信令以及为数不多的业务信道，来自主卫星的信号对接收机几乎没有干扰效应。由此提供了卫星分集的优势，无需支付使用多个卫星同时传输的系统所需的高功率。

图4是提供卫星分集的方法400的实施例的流程图。例如，方法400可以在图3的系统200中实现。方法400开始于在主卫星的业务信道上建立初始通信链路之后的方块410。

在方块410，系统在主卫星的业务信道上向移动台发射信号。系统进行到方块420，监控信号衰落。如上所述，移动台可以配置为监控来自多个卫星的前向链路路径的信号质量。在一个实施例中，移动台可以配置为确定主导频信号和辅助导频信号的RSSI值。移动台可以配置为接着在反向链路开销消息中(例如，在寻呼信道上所报告的功率控制消息中)将所述值报告回地面站。

系统进入判断方块430，以确定衰落是否超过预定阈值。在一个实施例中，地面站中的QoS模块将所报告的RSSI值与预定阈值进行比较。对应于主卫星的RSSI可以与第一阈值进行比较，来自辅助卫星的RSSI值可以与第二预定阈值进行比较。系统可部分地基于主卫星的RSSI与相应阈值的比较，确定主卫星路径是否出现衰落或衰减。如果RSSI未超过阈值，则系统可确定发生了衰落。假定辅助卫星的RSSI高于其阈值，则通信链路可以成功地转换到辅助卫星。

如果系统确定未发生衰落，则系统返回到方块410，继续使用主卫星支持通信链路。但是，如果在判断方块430中，系统确定衰落高于可接受的阈值，则系统进行到方块440。

在方块440中，系统将通信链路转换至辅助卫星。例如，可以使用控制信令将该转换通知给移动台，所述控制信令包括于转换之前的主卫星业务信道上或者辅助卫星的寻呼信道上。系统开始使用辅助通信卫星发射业务信道信号。系统进行到方块450，停止在主卫星上发射业务信道。

一旦系统将通信链路转换至辅助路径，系统就可允许通信继续在辅助路径上进行，直至例如移动台的用户终止链路。但是，为了在辅助链路上保持最小的业务负载，系统可配置为当主路径从恶化的条件中恢复时，将通信链路转换回主卫星。

系统进行到判断方块460，以确定主路径所经历的衰落条件是否减少。在判断方块460中，系统可以将移动台所报告的RSSI值与预定阈值进行比较。如果系统确定主路径的RSSI值未超过预定阈值，则系统可返回到方块440，继续在辅助卫星上支持通信链路。

返回到判断方块460，如果系统确定主路径的RSSI值已经返回到可接受的值，例如当RSSI值超过预定阈值时，系统可确定衰落条件结束。系统可以从判断方块460前进到方块470。系统继续将通信链路转换回主卫星。如上，系统可以使用控制信令将通信链路的变化通知给移动台。在方块470中，系统建立主信道，以承载前向链路信号。在建立主信道之后，系统进行到方块472，在主卫星波束上发射信号。然后，系统进行到方块474，其中，系统停止在辅助卫星上进行的发射。然后，系统返回到方块420，继续监控信号衰落。系统可以继续执行方法400，直至例如移动台的用户或者与移动台进行通信的用户或系统终止通信链路。

图5是提供卫星分集的方法500的流程图。例如，可以由图3的通信系统的地面站执行方法500。

方法500开始于方块510，其中，地面站向主卫星提供前向链路信号，其可能是主卫星中继器。地面站进行到方块520，接收移动台所报告的导频RSSI值。

地面站进行到方块522，将所接收的RSSI值与预定阈值进行比较。在判断方块530中，地面站确定主RSSI是否高于阈值。如果高于，则地面站返回方块510，继续向主卫星发射信号。

返回到判断方块530，如果RSSI不高于阈值，则地面站进行到方块540，停止向主卫星进行的发射。地面站进行到方块542，开始向辅助卫星进行发射。在其它实施例中，地面站可在断开与主卫星的链路之前建立与辅助卫星的通信链路。

然后，地面站进行到方块550，从移动台接收导频RSSI值。在方块552中，地面站将所接收的RSSI值与阈值进行比较。地面站进行到方块560，以确定主通信路径是否可以维持通信链路。如果不能，则地面站进行到方块542，继续向辅助卫星进行发射。

返回到判断方块560，如果地面站确定RSSI值超过阈值，则地面站进行到方块570，建立主信道以通过主卫星进行传输。然后，地面站进行到方块572，向主卫星提供信号以进行传输。地面站进行到方块574，终止向辅助卫星进行的发射。地面站返回到方块520，接收导频RSSI，其是通信链路质量的指示符。地面站继续执行方法500，直至通信链路掉线或者被终止。

公开了一种卫星分集的系统和方法。所公开的系统和方法允许在卫星通信系统中，通过将系统功能包括在多个卫星中而进行分集。在一个实施例中，使用两个卫星，每个卫星作为另一个卫星的在轨备用卫星。每个卫星支持两个波束，而且卫星的波束辐射基本重叠的区域。每个卫星是其中一个波束的主卫星，是另一个波束的辅助卫星。第一卫星的主波束对应于一个区域，该区域对应于第二卫星的辅助波束。

通过在主卫星上建立通信以及当主卫星的通信路径恶化时将通信转换至辅助卫星，系统能够获得可靠的通信。辅助卫星的负载最小，这是因为其承载相对较弱的开销信号，并且承载对应于恶化的主通信链路的业务信道。从而，辅助卫星仅对主通信链路产生最低限度的干扰信号。

结合本文公开的实施例所描述的各个示例性逻辑方块、模块、电路以及算法步骤可以实现为电子硬件、计算机软件或者两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的可交换性，以上在功能性方面对各种示例性组件、方块、模块、电路以及步骤进行了描述。将所述功能实现为硬件还是软件取决于特定应用以及对整个系统的设计要求。对于每个特定的应用，本领域普通技术人员可以用不同的方式实现所描述的功能，但是不应将这种实现理解为偏离本公开文件的范围。

可使用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、精简指令集计算机(RISC)处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其它可编程逻辑器件、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或者被设计用于实现本文所述功能的任意组合，来实现或执行结合本文公开的实施例所描述的各种示例性逻辑块、模块以及电路。通用处理器可以是微处理器，但是可选地，处理器也可以是任何处理器、控制器、微控制器或者状态机。处理器也可以实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器的组合、一个或多个微处理器与DSP核心的组合或者任何其它这种配置。

结合本文公开的实施例所描述的方法步骤、处理或者算法可直接实现在硬件、处理器所运行的软件模块或者这两者的组合中。软件模块可存储于RAM存储器、闪存、非易失性存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动硬盘、CD-ROM或者本领域中公知的任何其它形式的存储器介质中。示例性存储器介质连接到处理器，以便处理器可以从存储器介质中读取信息并向其中写入信息。或者，存储器介质可以集成在处理器中。此外，可以按照实施例中所示的顺序执行各种方法，或者使用修改了顺序的步骤执行各种方法。另外，可省略一个或多个处理或方法步骤，或者可向方法和处理中添加一个或多个处理或方法步骤。可在所述方法和处理的开始、结束或者其间已有的单元中添加附加的步骤、方块或者操作。

提供所公开实施例的上述描述，以使本领域普通技术人员可实现或者使用本发明。本领域普通技术人员将了解到对这些实施例的各种修改，并且，在不偏离本公开文件的精神或范围的前提下，可将本文定义的一般原理应用于其它实施例。从而，本公开文件并不旨在限制于其中所示的实施例，而应给予与本文公开的原理和新颖特性一致的最大范围。

Claims (29)

1.一种卫星分集系统，包括：

第一卫星，配置为提供第一卫星波束，作为支持第一区域的主波束；

第二卫星，配置为提供第二卫星波束，作为支持与所述第一区域基本重叠的区域的辅助波束；

地面站，配置为在通过所述第一卫星的通信路径未恶化的时间周期里，经由所述第一卫星向所述第一区域发射信号，以及配置为在通过所述第一卫星的所述通信路径恶化的时间周期里，经由所述第二卫星向所述第一区域发射所述信号；

其中，所述第一卫星还配置为提供第三卫星波束，作为支持第二区域的辅助波束；

所述第二卫星还配置为提供第四卫星波束，作为与所述第二区域基本重叠的区域的主波束；

其中，所述地面站还配置为在通过所述第二卫星的通信路径未恶化的时间周期里，经由所述第二卫星向所述第二区域发射第二信号，以及配置为在通过所述第二卫星的通信路径恶化的时间周期里，经由所述第一卫星向所述第二区域发射所述第二信号；

其中，所述第一卫星还配置为在所述第一卫星波束中以比最小功率电平至少高出预定的链路余量的信号功率发射第一开销信号，所述最小功率电平是与所述第一区域中的接收机建立链路所需的最小功率电平；以及

其中，所述第二卫星还配置为在所述第二卫星波束中以至少高于所述最小功率电平的信号功率并且小于所述第一开销信号的信号功率发射第二开销信号，所述最小功率电平是与所述第一区域中的所述接收机建立所述链路所需的最小功率电平。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述预定的链路余量大于或者等于5dB。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第二卫星配置为以比所述最小功率电平至少高出1dB的信号功率发射所述第二开销信号。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一开销信号包括第一导频信号。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第二开销信号包括第二导频信号。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述地面站还配置为接收多个信号度量，以及至少部分地基于所述信号度量，确定通过所述第一卫星的所述通信路径是否恶化。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述信号度量包括由所述第一区域中的接收机所确定的、所述第一卫星发射的第一开销信号和所述第二卫星发射的第二开销信号的接收信号强度指示(RSSI)值。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述第一和第二开销信号分别包括第一和第二导频信号。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述信号包括前向链路业务信号。

10.一种卫星分集系统，包括：

卫星内的前向链路收发机，配置为从地面站接收第一前向链路信号，并在与所述卫星被指定为主卫星的第一区域相对应的第一卫星波束中发射所述第一前向链路信号，以及还配置为从所述地面站接收第二前向链路信号，并在与所述卫星被指定为辅助卫星的第二区域相对应的第二卫星波束中发射所述第二前向链路信号，其中，所述卫星被指定为主卫星的第一区域与另一卫星被指定为辅助卫星的第三区域基本重叠，并且所述卫星被指定为辅助卫星的第二区域与所述另一卫星被指定为主卫星的第四区域基本重叠；

所述卫星内的反向链路收发机，配置为至少从所述第一和第二区域接收与所述第一和第二前向链路信号相关联的反向链路信号，以及配置为向所述地面站发射所述反向链路信号，

其中，所述地面站还配置为：

接收多个信号度量，以及至少部分地基于所述信号度量确定通过所述卫星的通信路径是否恶化；

从所述卫星接收第一反向链路信号以及从所述另一卫星接收第二反向链路信号；

合并所述第一反向链路信号和所述第二反向链路信号。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述前向链路收发机还配置为在所述第一卫星波束中，以比最小功率电平至少高出预定链路余量的信号功率发射第一开销信号，以及其中，所述前向链路收发机还配置为在所述第二卫星波束中，以比所述第一开销信号的信号功率低的信号功率发射第二开销信号。

12.根据权利要求11所述的系统，其中，预定链路余量大于或者等于5dB。

13.一种卫星分集系统，包括：

网关收发机，配置为选择性地向第一卫星和第二卫星中的一个或者两个发射前向链路信号，其中，该第一卫星配置为提供第一卫星波束，作为支持第一区域的主波束，以及提供第三卫星波束，作为支持第二区域的辅助波束，该第二卫星配置为提供第二卫星波束，作为支持与所述第一区域基本重叠的区域的辅助波束，以及提供第四卫星波束，作为与所述第二区域基本重叠的区域的主波束，所述网关收发机还配置为接收多个信号度量，从所述第一卫星接收第一反向链路信号以及从所述第二卫星接收第二反向链路信号，合并所述第一反向链路信号和所述第二反向链路信号；

服务质量模块，其连接到所述网关收发机，并且配置为确定通过所述第一卫星的通信路径是否恶化；以及

链路控制模块，其连接到所述服务质量模块，并且配置为如果通过所述第一卫星的所述通信路径未恶化，则控制所述网关收发机向所述第一卫星发射所述前向链路信号，以中继到移动台，以及配置为如果通过所述第一卫星的所述通信路径恶化，则控制所述网关收发机向所述第二卫星发射所述前向链路信号，以中继到所述移动台。

14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述网关收发机还配置为从所述第一卫星接收第一反向链路信号，并从所述第二卫星接收第二反向链路信号，以及配置为合并所述第一和第二反向链路信号。

15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述网关收发机配置为对所述第一和第二反向链路信号执行相干合并。

16.根据权利要求13所述的系统，其中，所述服务质量模块配置为至少部分地基于所述网关收发机在反向链路信号中所接收的多个信号度量，确定通过所述第一卫星的所述通信路径是否恶化。

17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述信号度量包括由配置为从所述第一和第二卫星接收信号的接收机所确定的、来自所述第一卫星的导频信号强度值以及来自所述第二卫星的导频信号强度值。

18.根据权利要求16所述的系统，其中，所述网关收发机配置为在反向链路寻呼信道上接收所述信号度量。

19.一种卫星分集系统，包括：

第一卫星，具有向第一区域提供覆盖的第一波束以及向第二区域提供覆盖的第二波束，所述第一卫星配置作为所述第一区域的主卫星以及所述第二区域的辅助卫星；

第二卫星，具有向与所述第一区域基本重叠的第三区域提供覆盖的第三波束，以及向与所述第二区域基本重叠的第四区域提供覆盖的第四波束，所述第二卫星配置作为所述第四区域的主卫星以及所述第三区域的辅助卫星；以及

地面站，配置为当第一移动台所报告的信号度量大于预定阈值时，经由所述第一卫星向所述第一和第三区域的重叠部分中的所述第一移动台发射第一信号，以及配置为当所述信号度量不大于预定阈值时，经由所述第二卫星向所述第一移动台发射所述第一信号，

其中，所述地面站还配置为：

接收多个信号度量，并且至少部分地基于所述信号度量来确定通过所述第一卫星的通信路径是否恶化；

从所述第一卫星接收第一反向链路信号以及从所述第二卫星接收第二反向链路信号；

合并所述第一反向链路信号和所述第二反向链路信号。

20.一种提供卫星分集的方法，该方法包括：

利用第一卫星向位于第一地理区域中的接收机发射信号；

接收多个信号度量，并且至少部分地基于所述信号度量来确定从所述第一卫星到所述接收机的通信链路是否恶化；以及

如果源自所述第一卫星的所述通信链路恶化，则利用第二卫星向所述接收机发射所述信号，其中，所述第一卫星具有第一多波束，所述第一多波束中的第一波束辐射所述第一地理区域，作为支持所述第一地理区域的主波束，以及其中，所述第二卫星具有第二多波束，所述第二多波束中的第一波束基本上辐射所述第一地理区域，作为支持与所述第一地理区域基本重叠的区域的辅助波束，

以及其中，所述第二多波束中的第二波束辐射第二地理区域，作为支持所述第二地理区域的主波束，以及其中，所述第一多波束中的第二波束基本上辐射所述第二地理区域，作为支持与所述第二地理区域基本重叠的区域的辅助波束，

从所述第一卫星接收第一反向链路信号以及从所述第二卫星接收第二反向链路信号；

合并所述第一反向链路信号和所述第二反向链路信号。

21.根据权利要求20所述的方法，其中，向所述接收机发射所述信号的步骤包括利用相应的第一或第二卫星的所述第一波束发射所述信号。

22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述第一卫星是对应于所述第一多波束中所述第一波束的主卫星，以及所述第二卫星是对应于所述第二多波束中所述第一波束的辅助卫星。

23.根据权利要求20所述的方法，其中，确定所述通信链路是否恶化的步骤包括确定来自所述第一卫星的所述信号是否受到衰落。

24.根据权利要求20所述的方法，其中，确定所述通信链路是否恶化的步骤包括：

从所述接收机接收多个信号度量；

将所述多个信号度量中的至少一个与预定阈值进行比较；以及

如果所述多个信号度量中的所述至少一个未超过所述预定阈值，则确定所述通信链路恶化。

25.根据权利要求24所述的方法，其中，接收多个信号度量的步骤包括：

从所述接收机接收第一卫星导频信号强度值；以及

从所述接收机接收第二卫星导频信号强度值。

26.根据权利要求24所述的方法，其中，将所述多个信号度量中的所述至少一个与所述预定阈值进行比较的步骤包括：将所接收的第一卫星导频信号强度值与所述预定阈值进行比较。

27.根据权利要求24所述的方法，其中，接收多个信号度量的步骤包括在反向链路寻呼信道上从移动台接收多个信号度量。

28.根据权利要求24所述的方法，其中，接收多个信号度量的步骤包括：

从所述第一卫星接收第一反向链路信号；

从所述第二卫星接收第二反向链路信号；

将所述第一反向链路信号与所述第二反向链路信号进行合并，以产生合并的反向链路信号；以及

根据所述合并的反向链路信号确定所述多个信号度量。

29.一种卫星分集系统，包括：

用于利用第一卫星向位于第一地理区域中的接收机发射信号的装置；

用于从所述接收机接收多个信号度量的装置，其中所述接收多个信号度量包括从所述第一卫星接收第一反向链路信号以及从第二卫星接收第二反向链路信号，以及合并所述第一反向链路信号和所述第二反向链路信号；

用于将所述多个信号度量中的至少一个与预定阈值进行比较的装置；

用于在所述至少一个信号度量不高于所述预定阈值时，选择可选信号路径的装置；以及

用于在选择了所述可选信号路径时，利用所述第二卫星向所述接收机发射所述信号的装置，

所述第一卫星包括第一多波束，所述第一多波束中的第一波束辐射所述第一地理区域，作为支持所述第一地理区域的主波束，以及其中，所述第二卫星包括第二多波束，所述第二多波束中的第一波束基本上辐射所述第一地理区域，作为支持与所述第一地理区域基本重叠的区域的辅助波束，

以及其中，所述第二多波束中的第二波束辐射第二地理区域，作为支持所述第二地理区域的主波束，以及其中，所述第一多波束中的第二波束基本上辐射所述第二地理区域，作为支持与所述第二地理区域基本重叠的区域的辅助波束。

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