專利名稱：通信系統(tǒng)中用于交叉偏振隔離的方法和裝置的制作方法
背景I.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及將多信道信息傳送到收信人而由收信人有選擇地一次僅解調(diào)一個(gè)信道的無(wú)線通信系統(tǒng)。本發(fā)明尤其涉及在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中建立或保持信號(hào)分集的方法和裝置，而在所述的衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，多數(shù)字調(diào)制信道是同時(shí)并且采用相同的頻率傳送到系統(tǒng)用戶的。
II.相關(guān)技術(shù)已經(jīng)有人建議采用新的通信設(shè)施向移動(dòng)服務(wù)用戶或消費(fèi)者提供一種付費(fèi)一接聽類型的服務(wù)。目前已在美國(guó)允許采用的這種新的通信設(shè)施是一種稱作是數(shù)字音頻服務(wù)(DAS)或數(shù)字音頻廣播(DAB)的用戶無(wú)線產(chǎn)品。這種類型的服務(wù)用來(lái)接收一組帶有信息的信道，這些信息如，新聞、體育、氣象或帶有很高聲音質(zhì)量的其他主題娛樂節(jié)目。音樂的質(zhì)量通常是與光儲(chǔ)存介質(zhì)(如致密(聲/光)盤，通常稱為CD)上所看到的是相同的，盡管通常采用的壓縮比為10∶1。這些服務(wù)通常是工作在12.5MHz的頻帶上，其中心頻率約為2.3GHz(稱為用戶接收頻率)。
人們已經(jīng)采用各種各樣的通信技術(shù)，在這樣一些頻率下，在大量的系統(tǒng)用戶之間傳送信息。所采用的技術(shù)如時(shí)分多路復(fù)用(TDM)、頻分多路復(fù)用(FDM)和碼分多路復(fù)用(CDM)擴(kuò)展譜技術(shù)。CDM的使用見美國(guó)專利4,901,307，其標(biāo)題是“SpreadSpectrum Multiple Access Communication System Using Satellite OrTerrestrial Repeaters”；以及美國(guó)專利5,691,974，其標(biāo)題是“Method AndApparatus For Using Full Spectrum Transmitted Power In A Spread SpectrumCommunication System For Tracking Individual Recipient Phase Time AndEnergy”。
盡管諸如CDM的技術(shù)具有相當(dāng)高的信號(hào)增益，并且克服了多徑衰落之類的問題，但這些技術(shù)并沒有解決所有的問題。所以，這就要求人們具有某種形式的信號(hào)分集，以減少與相關(guān)用戶移動(dòng)有關(guān)的衰落等問題所造成的不利影響。另外，由于建筑物、植物(樹木)或地理特征(山巒)所造成的信號(hào)阻塞也會(huì)引起信號(hào)一定程度的衰耗甚至完全阻塞，從而在某些情況下會(huì)妨礙信號(hào)的正常接收。
信號(hào)阻塞問題的另一個(gè)重要性在于，人們需要的是長(zhǎng)期的信號(hào)線路。即，人們需要的不是相對(duì)較短的傳言信息或呼叫，人們需要的是長(zhǎng)達(dá)幾分鐘或更長(zhǎng)時(shí)間的信號(hào)傳送。例如，通過(guò)衛(wèi)星進(jìn)行的無(wú)線電傳輸或音頻節(jié)目傳播，或者大量的專用數(shù)據(jù)傳輸，要求接收機(jī)一次能接收好幾分鐘或好幾小時(shí)的信號(hào)。足以中斷這種類型的線路的信號(hào)阻塞是很糟糕的，會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失，和長(zhǎng)時(shí)間的用戶板侵蝕(customer base erosion)，而這時(shí)的線路是收費(fèi)服務(wù)線路的一部分。
為了確保高質(zhì)量和不間斷的信號(hào)接收，需要采用某種形式的信號(hào)分集。通常，有三種類型的分集可以用在通信系統(tǒng)中，即，時(shí)間分集、頻率分集和空間分集。時(shí)間分集可以采用數(shù)據(jù)重復(fù)和數(shù)據(jù)或信號(hào)分量的時(shí)間交錯(cuò)來(lái)得到。一種形式的頻率分集是采用如CDM之類的技術(shù)來(lái)提供的，這時(shí)，在一個(gè)較寬的帶寬上對(duì)信號(hào)能量進(jìn)行擴(kuò)展?？臻g或路徑分集是通過(guò)使經(jīng)過(guò)同時(shí)線路的多信號(hào)路徑具有經(jīng)過(guò)兩個(gè)或多個(gè)用于地面系統(tǒng)的基站或者兩個(gè)或多個(gè)的衛(wèi)星或衛(wèi)星束用于空間系統(tǒng)的移動(dòng)或遠(yuǎn)程信號(hào)收信人而得到的。
即，對(duì)于衛(wèi)星通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，空間分集或路徑分集是通過(guò)在多信號(hào)路徑上進(jìn)行傳送和接收并且使在不同路徑上到達(dá)的信號(hào)對(duì)于每一路徑來(lái)說(shuō)是分開接收和處理的而獲得的。多址通信系統(tǒng)中采用路徑分集的例子見美國(guó)專利5,101,501，其標(biāo)題是“Soft Handoff In A CDMA Cellular Telephone System”；以及5,109,390，其標(biāo)題是“Diversity Receiver In A CDMA Cellular Telephone System”，它們均通過(guò)參考引入于此。
為了提供強(qiáng)有力的信號(hào)和空間分集，衛(wèi)星通信系統(tǒng)和信息轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)可以通過(guò)兩個(gè)或多個(gè)衛(wèi)星，在任何時(shí)候?qū)⑿盘?hào)轉(zhuǎn)發(fā)到所要求的收信人。信號(hào)是以這樣的方式進(jìn)行編碼的，即，使用戶接收機(jī)能夠在它們之間進(jìn)行鑒別，并對(duì)它們作相應(yīng)的處理。對(duì)于TDM系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這意味著分配不同的時(shí)隙或時(shí)隙組，而對(duì)于CDM系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這意味著分配不同的PN碼偏移或編碼。不同的頻率還可以用在某些系統(tǒng)中，盡管這是人們非常不希望的。還可以采用多層或多級(jí)編碼。通常，用戶接收機(jī)接著采用一系列的數(shù)字接收機(jī)或稱作是瑞克(rake，分離多徑)接收機(jī)的接收機(jī)，用來(lái)完成信號(hào)接收。
然而，典型的衛(wèi)星系統(tǒng)可以具有低于所要求的容限的信號(hào)分離。即，除非采用某些技術(shù)，否則由于路徑的變化等原因，很難保持信號(hào)的分離。不幸的是，這些技術(shù)使得在某些應(yīng)用場(chǎng)合下如在用于上述音頻系統(tǒng)的易耗產(chǎn)品中，需要的電路或軟件使接收機(jī)價(jià)格昂貴、不實(shí)用。例如，當(dāng)在較大的市場(chǎng)規(guī)模下制造用于付費(fèi)一接聽移動(dòng)電話的接收機(jī)時(shí)，成本和復(fù)雜性是極其重要的。哪怕是很小的成本增加都有可能對(duì)信息服務(wù)行業(yè)的利潤(rùn)產(chǎn)生重大的影響，并且復(fù)雜性也會(huì)影響成本和可靠性。
人們所需要的技術(shù)和裝置是通過(guò)提供或增強(qiáng)信號(hào)分集并且同時(shí)提供廉價(jià)的和可靠的適合用于大批量生產(chǎn)消耗電子產(chǎn)品的接收機(jī)，來(lái)保持高質(zhì)量的通信線路。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個(gè)目的是通過(guò)合適的信號(hào)分集，減小由于物理結(jié)構(gòu)而造成的信號(hào)阻塞的影響。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，在不增加接收機(jī)復(fù)雜性的情況下，保持分集接收。事實(shí)上，可以在保持更低成本的RF前端的時(shí)候，保持所要求的高質(zhì)量線路。
采用至少兩個(gè)信號(hào)源(通常是衛(wèi)星)和偏振輻射將所要求的通信信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)到終端用戶、客戶或服務(wù)用戶，可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)。采用兩種偏振模式，而最好的模式是左手圓偏振輻射和右手圓偏振輻射。然而，在某些結(jié)構(gòu)的情況下，可以采用垂直的和水平偏振的輻射?？梢栽谄衲Ｊ街g劃分信道總數(shù)，并通過(guò)在接收機(jī)中進(jìn)行偏振變換以有選擇地在衛(wèi)星之間切換，或者切換衛(wèi)星(源)中的元件以在偏振模式之間作轉(zhuǎn)換用于傳輸而轉(zhuǎn)發(fā)到終端用戶。
附圖簡(jiǎn)述下面參照附圖描述本發(fā)明。附圖中，相同的標(biāo)號(hào)表示相同的或功能相似的元件，標(biāo)號(hào)中最左面的數(shù)字表示該標(biāo)號(hào)第一次出現(xiàn)時(shí)的圖。附圖中，

圖1描述的是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例構(gòu)筑和操作的典型的無(wú)線電信息系統(tǒng)；圖2描繪的是圖1中所示系統(tǒng)中的無(wú)線電接收機(jī)內(nèi)使用的典型分集模式接收機(jī)；圖3描繪的是圖2中的無(wú)線電接收機(jī)內(nèi)使用的典型接收機(jī)下變頻電路；圖4a描繪的是用于圖1所示系統(tǒng)中本發(fā)明實(shí)施例的典型偏振束方案；圖4b描繪的是用于圖1所示系統(tǒng)中本發(fā)明另一實(shí)施例的另一種典型偏振束方案；以及圖5描繪的是按照本發(fā)明的較佳實(shí)施例用于圖1所示系統(tǒng)中接收?qǐng)D4a和4b所示信號(hào)的典型分集模式接收機(jī)。
較佳實(shí)施例的描述正如上文中所討論的那樣，人們建議采用一種新的數(shù)字通信服務(wù)提供一種用于車輛(包括汽車、卡車、大型運(yùn)輸車和火車)的稱作是CD的高質(zhì)量無(wú)線電接收機(jī)。這樣一種服務(wù)用來(lái)提供一系列的信息信道，每一個(gè)信道都工作在某一種主題下。即，提供有一系列的(比方說(shuō)有12個(gè)或更多的)音樂或信息頻道，如新聞、氣象或體育頻道，而終端用戶可以選擇其中的一個(gè)。接著，每一頻道可以有一種信息主題或音樂風(fēng)格，確定該頻道所攜帶的節(jié)目編排。
為了提供這種類型的服務(wù)新的數(shù)字通信系統(tǒng)和技術(shù)能夠提供質(zhì)量相當(dāng)好的通信線路。全數(shù)字調(diào)制和接收方案或系統(tǒng)的使用使得系統(tǒng)的輸出能夠最大限度地與用作CD質(zhì)量接收所要求的數(shù)字波形匹配。另外，更新型的通信系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備高超的能力，應(yīng)當(dāng)可以用來(lái)傳送音樂服務(wù)，或者使這樣的一種音樂服務(wù)具備比起構(gòu)筑整個(gè)新的基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)說(shuō)低得多的成本。CDMA型的通信系統(tǒng)就是這樣一種新系統(tǒng)，這種系統(tǒng)能夠很好地傳送高質(zhì)量的數(shù)字信號(hào)。
可以采用本發(fā)明的一種示例的無(wú)線信息、娛樂或通信系統(tǒng)100如圖1中所示。系統(tǒng)100可以是一種新聞或音樂節(jié)目服務(wù)設(shè)施，它提供10到30個(gè)(或者更多，或者更少)頻道，使得在任一給定的時(shí)間，系統(tǒng)或服務(wù)用戶、客戶或使用者能夠進(jìn)行選擇。某些頻道與其他的頻道相比，可以包含更高的數(shù)據(jù)速率，這完全視所提供的服務(wù)而定，并不要求所有的頻道都必須以相同的速率進(jìn)行工作。系統(tǒng)100的一種典型的預(yù)期全數(shù)據(jù)傳送速率是5Mbps的數(shù)量級(jí)，給出30到40個(gè)高數(shù)據(jù)速率頻道，每一頻道采用128kbps的傳送速率。正象讀者知道的那樣，根據(jù)需要，每一頻道還可以細(xì)分，給出更低速率的頻道。
圖1中，通信系統(tǒng)100采用已知的調(diào)制技術(shù)，如TDM或CDM，來(lái)準(zhǔn)備或傳送帶有信息的通信信號(hào)至遠(yuǎn)端系統(tǒng)用戶或移動(dòng)系統(tǒng)用戶。在圖1中所描述的通信系統(tǒng)部分中，有一個(gè)基站102和兩個(gè)衛(wèi)星104和106，以及一個(gè)相關(guān)的匯接局或樞紐108，用來(lái)實(shí)施與兩個(gè)移動(dòng)站或無(wú)線電裝置116和118或其他這種裝置的通信。這樣的裝置或元件在本領(lǐng)域中通常是眾所周知的，盡管在下文的描述中還可以改進(jìn)，以適用于本發(fā)明所提供的信號(hào)。
移動(dòng)站、用戶終端或無(wú)線電裝置116和118都可以包含或具有一個(gè)無(wú)線通信信號(hào)接收機(jī)，例如車輛或手持無(wú)線電裝置所具有的接收機(jī)。這里，用戶終端116是一種便攜式手持無(wú)線電裝置。盡管這里所討論的這些無(wú)線電裝置是移動(dòng)裝置，但讀者能夠理解，本發(fā)明的原理可以適用于要求遠(yuǎn)程無(wú)線服務(wù)的固定裝置或其他類型的終端，如在許多遠(yuǎn)端區(qū)域中所需要的那樣。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，采用兩個(gè)或更多個(gè)衛(wèi)星，向所要求的服務(wù)區(qū)域提供信號(hào)。如圖1所示，從無(wú)線服務(wù)用戶看來(lái)的兩個(gè)衛(wèi)星在任一給定的時(shí)候都提供最低水平的空間分集。一種典型的衛(wèi)星配置給出兩個(gè)地球同步衛(wèi)星，能夠覆蓋一個(gè)州或所要求的地理區(qū)域。例如，通?？梢钥紤]用兩個(gè)衛(wèi)星向美國(guó)提供服務(wù)。它所覆蓋的范圍稱作是CONUS(美洲大陸)，并且定位在80°到110°的高度。當(dāng)然，正如本領(lǐng)域中的技術(shù)人員能夠理解的那樣，從容量和系統(tǒng)成本的角度考慮，還可以采用更多的衛(wèi)星。在某些系統(tǒng)中，可以采用LEO或其他的軌道，但這樣會(huì)要求具備更復(fù)雜的電路在衛(wèi)星之間轉(zhuǎn)換，在使用價(jià)格不太昂貴的產(chǎn)品的時(shí)候，最好不要這樣做。但是，讀者將從實(shí)施例的描述中看到，本發(fā)明的技術(shù)并非局限于特定的傳送平臺(tái)，還可以采用將在后文中描述的地面基站。
人們注意到，在本例中，衛(wèi)星104和106提供的波束能夠覆蓋一定的地理區(qū)域。應(yīng)當(dāng)理解，不同衛(wèi)星的波束覆蓋區(qū)或服務(wù)覆蓋區(qū)以及地面站的天線圖形可以完全或部分覆蓋某一給定的區(qū)域，這要視通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和所提供的服務(wù)類型而定。還可以在這些通信區(qū)域或裝置之間實(shí)現(xiàn)空間分集，這將在下文中討論。
圖1中，描述了某些可能的信號(hào)路徑，用于在用戶無(wú)線電裝置116和118以及地面基站102之間，或者通過(guò)衛(wèi)星104和106至一個(gè)或多個(gè)匯接局、衛(wèi)星基站或中央樞紐108建立起通信?；?02和用戶無(wú)線電裝置116和118之間通信線路的基站一用戶部分分別用線段120和122表示。匯接局108和無(wú)線電裝置116和118之間通過(guò)衛(wèi)星104的通信線路的衛(wèi)星—用戶部分分別用線段124和126表示。匯接局108和無(wú)線電裝置116和118之間通過(guò)衛(wèi)星106的衛(wèi)星—用戶部分分別用線段128和130表示。這些通信線路的匯接局—衛(wèi)星部分用線段132和134表示。
從圖1中可以看到，通信系統(tǒng)100通常采用系統(tǒng)控制器或控制中心110，它采用一種交換網(wǎng)(也可以稱作是一種信息服務(wù)交換局(ISSO))與基站和匯接局進(jìn)行通信。ISSO 110通常包括接口和處理電路，在時(shí)間、同步、信道的建立方面提供系統(tǒng)控制，以及對(duì)匯接局或基站實(shí)行某些操作，包括正交碼的分配、時(shí)隙定義和分配等，并且如人們所知的那樣，控制信息信道的路由選擇?？梢圆捎靡阎募夹g(shù)，如高數(shù)據(jù)速率專用線、光纖線路或微波或?qū)Ｓ眯l(wèi)星通信線路，建立起將ISSO 110與各種系統(tǒng)匯接局或基站連接起來(lái)的通信線路112。
圖中的信息生成或節(jié)目(program)控制中心114將要傳送的信息提供到控制中心110。音樂或其他的信息可以在中心114處從各種已知的來(lái)源得到，也可以從位于遠(yuǎn)端的來(lái)源或?qū)嵤┑玫?，如從無(wú)線電和網(wǎng)絡(luò)新聞或財(cái)政信息服務(wù)中心或音樂信號(hào)發(fā)生或編撰機(jī)構(gòu)或創(chuàng)作室得到。這一輸入可通過(guò)規(guī)定的(高速率)轉(zhuǎn)接網(wǎng)絡(luò)或其他已知的專用通信線路來(lái)提供。通常，匯接局直接與這樣的來(lái)源介面相連，并且無(wú)需采用一種ISSO來(lái)實(shí)現(xiàn)這種功能。另外，其他的控制和命令中心，如，地面操作命令和控制中心也與衛(wèi)星直接通信，它們通常是與匯接局相連的。將在下文中討論的各種時(shí)隙和信道序列的分配通常是由匯接局或控制中心100控制的。
圖1中所示的每一衛(wèi)星負(fù)責(zé)將信息信道傳送給用戶。即，采用衛(wèi)星或地面基站(將在下文中討論)來(lái)發(fā)送多信道通信信號(hào)，這些信號(hào)用已知的技術(shù)如上文中討論過(guò)的正交CDM碼或TDM時(shí)隙信道化，根據(jù)該時(shí)刻要“調(diào)諧”到的信道，將不同的信息提供到不同的系統(tǒng)用戶。然而，這還不足以簡(jiǎn)單地傳送來(lái)自衛(wèi)星的所要求的信號(hào)。為了確保長(zhǎng)時(shí)間里，在各種條件下都有高質(zhì)量的信號(hào)和接收，如上文中討論的那樣，要求能保持信號(hào)中的空間分集，以確保信號(hào)阻塞和其他的影響不會(huì)嚴(yán)重影響接收，并將信號(hào)混合起來(lái)，用以使信號(hào)質(zhì)量得到提高。
所以，在衛(wèi)星通信系統(tǒng)或信息轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)施100中，信號(hào)是通過(guò)至少兩個(gè)衛(wèi)星傳送到所要求的收信用戶的。準(zhǔn)備信號(hào)，并將信號(hào)從衛(wèi)星基站或匯接局傳送到衛(wèi)星，或者在某種配置下，大體同時(shí)地由地面服務(wù)基站來(lái)進(jìn)行。接著，在相同的頻率下，這些信號(hào)再次從每一個(gè)衛(wèi)星大體同時(shí)地傳送出去，使得能夠使用空間分集。以相同的方式對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼，使得接收機(jī)能夠在它們之間作出鑒別，并在接收機(jī)中作出相應(yīng)的處理。對(duì)于TDM系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這意味著分配不同的時(shí)隙或時(shí)隙集合，而對(duì)于CDM系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這意味著分配不同的PN碼時(shí)間或相位偏移或編碼。CDM系統(tǒng)通常采用導(dǎo)頻信號(hào)進(jìn)行功率監(jiān)視和解調(diào)。某些系統(tǒng)中還可以采用不同的頻率，盡管最好不要這樣。根據(jù)需要，用本領(lǐng)域中眾所周知的技術(shù)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可以進(jìn)行其他的編碼交錯(cuò)和數(shù)據(jù)處理。
典型的分集模式接收用來(lái)接收來(lái)自一個(gè)或多個(gè)基站的信號(hào)。這是通過(guò)在數(shù)字“瑞克接收機(jī)”中在分開的信號(hào)處理圖中，接收或處理來(lái)自每一來(lái)源(衛(wèi)星或基站)的信號(hào)而實(shí)現(xiàn)的。每一圖中各個(gè)數(shù)字接收機(jī)的輸出與其他的輸出混合，形成一個(gè)輸出，用于作進(jìn)一步的譯碼等，而呈現(xiàn)給終端用戶。已知的技術(shù)，如最大比混合可以用于這一過(guò)程中。這示于圖2中，圖中描述了一種典型的瑞克接收機(jī)結(jié)構(gòu)200。當(dāng)從地面基站如遠(yuǎn)離市中心的郊區(qū)中移去一個(gè)移動(dòng)接收機(jī)或無(wú)線電裝置時(shí)，信號(hào)是從匯接局通過(guò)一個(gè)或多個(gè)衛(wèi)星接收的。再有，采用瑞克接收機(jī)來(lái)處理到達(dá)所要求的輸出的這些信號(hào)。
圖2中，無(wú)線電裝置200有一個(gè)解調(diào)器部分，它帶有一個(gè)天線，用來(lái)接收通信信號(hào)，該天線202與模擬接收機(jī)204相連，信號(hào)在轉(zhuǎn)換成IF或基帶頻率并作濾波和進(jìn)一步的放大之前，被下變頻、放大和數(shù)字化。各種RF—IF—基帶頻率下變頻以及信道信號(hào)的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)在本領(lǐng)域中是眾所周知的。數(shù)字化的信號(hào)由模擬接收機(jī)204輸出，并且作為輸入提供到至少一個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)接收機(jī)206A。其他的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)接收機(jī)(206B-206N)用來(lái)得到通過(guò)另一些信號(hào)路徑的信號(hào)分集，并形成RAKE設(shè)計(jì)接收機(jī)的手指(finger)。這些數(shù)據(jù)接收機(jī)單獨(dú)地或組合在一起地沿幾種可能的傳播路徑跟蹤和接收用戶信號(hào)，并提供分集模式處理。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將能夠理解，這些因素將決定所采用的數(shù)字接收機(jī)的數(shù)目，如通常的分集水平、復(fù)雜性、制造可靠性、成本等，所有這些都將用來(lái)提供數(shù)字接收機(jī)數(shù)目的初始選擇。
無(wú)線電接收機(jī)或用戶單元還包括至少一個(gè)控制處理器210，它與數(shù)據(jù)接收機(jī)206A-206N耦合，具有基本信號(hào)處理、定時(shí)、越區(qū)轉(zhuǎn)換控制和協(xié)調(diào)以及分集組合等等功能?？刂铺幚砥?10所經(jīng)常執(zhí)行的另一個(gè)基本控制功能是根據(jù)要用于進(jìn)行接收的技術(shù)，選擇合適的編碼和時(shí)隙。
數(shù)據(jù)接收機(jī)206A-206N的輸出與分集組合器和譯碼器208耦合，向無(wú)線電裝置中的數(shù)字基帶電路212提供一個(gè)輸出。這種定時(shí)和協(xié)調(diào)通常是由處理器210來(lái)控制的?；鶐щ娐钒跓o(wú)線電接收機(jī)中將信息轉(zhuǎn)發(fā)到無(wú)線電用戶的其他處理和顯示(presentation)元件。即，信號(hào)或數(shù)據(jù)儲(chǔ)存元件，如臨時(shí)或長(zhǎng)期的數(shù)字存儲(chǔ)器；輸出裝置，如LCD或視頻顯示屏、揚(yáng)聲器、A/D元件以及模擬信號(hào)處理元件等。所有這些都形成使用本領(lǐng)域中眾所周知的元件的用戶基帶電路的部分。
模擬接收機(jī)204中一條處理路徑更詳細(xì)的圖示見圖3所示，這里，由天線202接收的信號(hào)與下變頻部分耦合，信號(hào)在RF放大器302中經(jīng)放大，并且隨后作為輸入提供給信號(hào)混合器304?？烧{(diào)諧的頻率合成器306的輸出作為混合器的第二個(gè)輸入，并用來(lái)將經(jīng)放大的RF信號(hào)轉(zhuǎn)換成IF頻率。頻率合成器306的輸出是受電子控制的，在VCO的情況下，是用頻率調(diào)節(jié)信號(hào)來(lái)進(jìn)行的，從而至少部分地補(bǔ)償了已知衰落以及多普勒頻移效應(yīng)的影響。
IF信號(hào)接著傳送到帶通濾波器(BPF)308進(jìn)行濾波，以去除噪聲和不需要的頻譜，隨后在傳送到可變?cè)鲆鍵F放大器310作進(jìn)一步的放大。圖3中，用增益控制元件314對(duì)IF放大器310實(shí)施增益控制，以補(bǔ)償長(zhǎng)時(shí)間的衰落和能量損耗或衰耗，這是電子領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員知道的。通常，增益控制信號(hào)是由解調(diào)器的后續(xù)部分產(chǎn)生的，這將在下文中作進(jìn)一步的說(shuō)明。
IF放大器310所產(chǎn)生的經(jīng)放大的IF信號(hào)被傳送到?！獢?shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器312，在合適的時(shí)鐘速率下數(shù)字化，盡管A/D轉(zhuǎn)換器可以隨意置于解調(diào)電路中的任何地方，例如，形成與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)接收機(jī)緊密耦合的一部分。數(shù)字化的IF信號(hào)接著從A/D轉(zhuǎn)換器312輸出到數(shù)據(jù)接收機(jī)。本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員將會(huì)理解，A/D轉(zhuǎn)換器312可以構(gòu)成而提供信道分離和兩條分立的A/D轉(zhuǎn)換器路徑。
上文中描述的圖3中的元件表示由模擬接收機(jī)204所接收的信號(hào)的一種處理或下變頻路徑。其他的接收機(jī)部分或下變頻路徑用于在相同時(shí)間以不同頻率或偏振模式接收的每一信號(hào)。這些信號(hào)以與圖3中所討論的相似的方式處理。然而，本發(fā)明在數(shù)字信號(hào)處理之前，無(wú)需額外的下變頻和其他的處理元件。
然而，由于信號(hào)路徑長(zhǎng)度的變化以及多徑信號(hào)的影響，很難在典型的衛(wèi)星系統(tǒng)中保持信號(hào)的分離(即對(duì)它們作出鑒別)。采用某些技術(shù)將有助于這一處理，采用分集模式接收，但需要更昂貴的接收機(jī)的電路和軟件，這已在上文中作了討論。本發(fā)明針對(duì)的是這樣的情況，即，在產(chǎn)生信號(hào)時(shí)利用隔離技術(shù)，也稱作是交叉偏振隔離，以提供具有容限增加了的分集，但無(wú)需采用不同的頻率，也無(wú)需更復(fù)雜的多個(gè)接收機(jī)鏈。即，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了一種空間分集，并且在某些實(shí)施例中是時(shí)間分集處理技術(shù)，從而在從不同來(lái)源(例如是衛(wèi)星)接收的信號(hào)之間提供了另外的隔離，并且這樣做時(shí)所采用的廉價(jià)硬件數(shù)為最少。這樣就有效降低了接收機(jī)的復(fù)雜程度，對(duì)于某些商業(yè)產(chǎn)品來(lái)說(shuō)提供了更經(jīng)濟(jì)的技術(shù)方案。
采用某種形式，本發(fā)明提供了兩個(gè)衛(wèi)星，采用相互間不同的偏振模式，將信號(hào)傳送到服務(wù)用戶。即，每一衛(wèi)星采用圓偏振輻射形成圓偏振波束來(lái)輻射通信信號(hào)，每一個(gè)均采用相互間相反(正交)偏振模式。這可以用各種已知的傳輸元件、轉(zhuǎn)發(fā)器元件和天線元件中的一種元件來(lái)完成。采用本發(fā)明的原理，還可以采用諸如線偏振波束的其他偏振模式，但考慮到地球表面的曲率和軌道圖形，通常很難在長(zhǎng)距離范圍內(nèi)將正交性保持在所要求的水平上。所以，在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，一個(gè)衛(wèi)星用左旋圓偏振(LHCP)輻射而另一個(gè)用右旋圓偏振(RHCP)投射圓偏振輻射。
采用圓偏振波束的情況見圖4a所示，其中，每一個(gè)衛(wèi)星104和106分別投射波束404或406，這是由無(wú)線電裝置118觀察或接收到的，并且每一個(gè)具有明顯獨(dú)立的偏振模式(M1，M2，…，圓偏振或線偏振)。示出的波束404采用的是LHCP輻射，盡管波束406采用的是RHCP輻射。然而，很明顯，這些作用可以是可逆的，甚至可以根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)變化，這將在下面討論。
同時(shí)，每一接收機(jī)都是用RF部分或天線結(jié)構(gòu)制造的，它們可以調(diào)諧成有效接收左旋或右旋偏振信號(hào)。所以，偏振隔離或交叉偏振技術(shù)用來(lái)提供具有提高了容限的分集。
圖5中示出了一種典型的接收機(jī)，其中的無(wú)線電裝置或接收機(jī)500具有接收通信信號(hào)的天線502，它與一模擬接收機(jī)504相連，在將信號(hào)轉(zhuǎn)換成IF或基帶頻率并經(jīng)過(guò)濾波作進(jìn)一步的放大之前，與以前一樣，信號(hào)被下變頻、放大和數(shù)字化。注意，模擬接收機(jī)504采用一個(gè)下變頻鏈來(lái)實(shí)施本發(fā)明。數(shù)字化信號(hào)由模擬接收機(jī)504輸出，并提供輸入到至少一個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)接收機(jī)506A。最好用兩個(gè)或多個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)接收機(jī)(206B-206N)，通過(guò)用兩個(gè)衛(wèi)星(和另外將在下文中討論的用于地面發(fā)射機(jī)的衛(wèi)星)提供的信號(hào)路徑來(lái)獲得信號(hào)分集，并形成瑞克設(shè)計(jì)接收機(jī)的分支。這些數(shù)據(jù)接收機(jī)單獨(dú)地或組合起來(lái)，沿幾種可能的傳播路徑跟蹤和接收用戶信號(hào)，以提供分集模式處理。與以前一樣，本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員將能夠理解決定所采用的數(shù)字接收機(jī)的數(shù)目的因素。
無(wú)線電接收機(jī)或用戶單元500還包括至少一個(gè)與數(shù)據(jù)接收機(jī)506A-506N耦合的控制處理器510，該處理器具有基本的信號(hào)處理、定時(shí)、越區(qū)轉(zhuǎn)換控制或協(xié)調(diào)和分集組合等功能?？刂铺幚砥?10經(jīng)常執(zhí)行的另一基本控制功能是根據(jù)所采用的技術(shù)選擇用于接收的合適的編碼或時(shí)隙。
數(shù)據(jù)接收機(jī)506A-506N的輸出與分集組合器和譯碼器508耦合，向無(wú)線電接收機(jī)中的數(shù)字基帶電路512提供一個(gè)輸出。該信號(hào)傳輸?shù)亩〞r(shí)和協(xié)調(diào)通常是由處理器510控制的?；鶐щ娐钒迷跓o(wú)線電接收機(jī)中將信息傳送到一個(gè)無(wú)線電用戶的處理和顯示元件。即，信號(hào)或數(shù)據(jù)儲(chǔ)存元件，如臨時(shí)的或長(zhǎng)期的數(shù)字存儲(chǔ)器；輸出裝置如LCD或顯示屏、A/D元件和模擬信號(hào)處理元件等等，所有這些都形成采用本領(lǐng)域中眾所周知的元件的用戶基帶電路。圖中標(biāo)有“音頻輸出”的典型的輸出裝置514代表?yè)P(yáng)聲器，也可以是功率放大器和用來(lái)操作如車輛中的揚(yáng)聲器系統(tǒng)的連線。
正如將在下文中討論的那樣，被處理的信號(hào)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間壓縮，以便在更短的時(shí)間里傳送相同的數(shù)據(jù)量。為了進(jìn)行這種壓縮，使用一個(gè)或多個(gè)信號(hào)或數(shù)據(jù)緩存器524。這樣的緩存器可以在更高的速率下，在短時(shí)間里對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行累加，并且隨后在更慢的速率下，將該數(shù)據(jù)傳送到接收機(jī)中其他的元件。有時(shí)也稱為時(shí)間壓縮緩沖。對(duì)于本例，一開始在數(shù)據(jù)速率D下出現(xiàn)的數(shù)據(jù)在2D的數(shù)據(jù)速率下傳送和接收(速率是ND，這里，D是所采用的信道組數(shù))，但從緩存器傳遞時(shí)，是在速率D下進(jìn)行的。然而，在緩存器以后的階段中進(jìn)行的信號(hào)處理可以采用某些配置中除D以外的速率。信號(hào)或數(shù)據(jù)緩沖器524包含本領(lǐng)域中眾所周知的元件，如RAM集成電路或各種類型的按塊擦除存儲(chǔ)器、磁性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等，這在本領(lǐng)域中是眾所周知的。
可以期待將保持有包括幾秒數(shù)量級(jí)的顯示材料的數(shù)據(jù)的緩沖器是要用在DAB系統(tǒng)中的。建議采用一種典型的系統(tǒng)，它采用的緩沖器可以儲(chǔ)存8秒鐘時(shí)間的數(shù)據(jù)，或可以長(zhǎng)出4秒時(shí)間。所以，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員確定的數(shù)據(jù)速率用于支持正傳送的信息，即，將要傳送的信息的速率以及應(yīng)當(dāng)累加用于分集(以及其他已知用途)的數(shù)據(jù)的時(shí)間，并根據(jù)儲(chǔ)存該信息量所需的數(shù)據(jù)位數(shù)，計(jì)算緩沖器的大小。例如，在128kbps下傳送的數(shù)據(jù)需要大小在1024千位數(shù)量級(jí)的緩沖器(例如，傳統(tǒng)的1兆比的RAM存儲(chǔ)器)，以儲(chǔ)存8秒的顯示材料。
可以根據(jù)接收機(jī)所要求的操作特征和要補(bǔ)償?shù)钠渌舆t來(lái)選擇緩沖器輸出的其他速率(和大小)。即，緩沖器524或其他的緩沖器(未示出)可以用于通信系統(tǒng)100中所經(jīng)受的某些路徑延遲，并補(bǔ)償與校正前/校正后、誤差調(diào)整以及多普勒相關(guān)的某些定時(shí)問題。有時(shí)，也采用稱為去偏移(de—skewing)緩沖器的元件。
信道選擇元件520如無(wú)線電裝置上一系列的按鈕或其他已知的用戶接口裝置可以用來(lái)將所要求的信道選擇接通到控制處理器510，該處理器510接著采用該信息來(lái)改變接收機(jī)元件的偏振和其他的特征，以調(diào)整到所要求的信道。為此，可以用一種偏振選擇元件522來(lái)選擇要由接收機(jī)500接收或傳送到接收機(jī)500內(nèi)的信號(hào)的偏振。用于制造偏振選擇器522的電路和元件是人們所熟知的。例如，可以采用一個(gè)或多個(gè)偏振濾波器，來(lái)拒絕除某些偏振模式外的所有偏振模式。這些元件可以貼近天線或者甚至是其一部分，或者根據(jù)需要，也可以是模擬接收機(jī)504的一部分。
每一衛(wèi)星將要傳送的信息(信號(hào))信道的總數(shù)分成相等的兩組。為了便于進(jìn)行討論，將它們標(biāo)上‘A’組和‘B’組。每一個(gè)衛(wèi)星發(fā)送一個(gè)編組內(nèi)所包含的所有的信道，隨后發(fā)送另一編組中所包含的所有的信道。所以，一個(gè)衛(wèi)星在預(yù)選的時(shí)間周期內(nèi)傳送‘A’組信號(hào)，隨后通常是一預(yù)選的保護(hù)時(shí)間(時(shí)段)或空載時(shí)間，比方說(shuō)是幾個(gè)毫秒的時(shí)間數(shù)量級(jí)，以考慮到由衛(wèi)星軌道和用戶的位置所產(chǎn)生的延遲變化。接著，衛(wèi)星發(fā)送‘B’組信道信號(hào)，等等，在兩組信號(hào)之間交替。第二個(gè)衛(wèi)星采用相同的信道編組，形成‘A’組和‘B’組，但以不同的先后順序傳播之。這里，是從‘B’組開始，隨后是‘A’，等等。
本發(fā)明的一個(gè)特征是，不管采用什么樣的波形發(fā)生方法(TDM，CDM，等等)或信號(hào)多路復(fù)用方法，都可以采用這種交替的信道編組和偏振。例如，下面描述和討論的每一種編組可以包含用已知的PN碼或正交碼如沃爾什碼恰當(dāng)“包含”或編碼的信息信道，以鑒別各個(gè)信道，或者要接收和與給定信道相關(guān)的信息。也可以是，每一編組可以代表在對(duì)應(yīng)于預(yù)選信道的給定時(shí)隙內(nèi)傳送數(shù)據(jù)的時(shí)隙編組。不管是哪一種情況下，信息信號(hào)是作為數(shù)據(jù)幀而傳送的，并且是用信道和偏振模式隨時(shí)間而處理和傳送的。這就意味著每一信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)給定數(shù)量的數(shù)據(jù)幀是以給定的模式，在每一時(shí)間周期內(nèi)傳送的，而附加的幀是在下一個(gè)合適的周期內(nèi)傳送的，等等。例如，在第一個(gè)周期內(nèi)，一個(gè)幀n，隨后是n＋1，在下一個(gè)周期內(nèi)，先是幀n＋2，隨后是n＋3，等等。
在一種較佳實(shí)施例中，在一個(gè)衛(wèi)星上一個(gè)編組的傳輸和下一個(gè)衛(wèi)星上后一次傳輸之間是不使用空載時(shí)間或保護(hù)時(shí)間的。在這樣的情況下，在接收機(jī)轉(zhuǎn)換到從另一衛(wèi)星通過(guò)偏振轉(zhuǎn)換進(jìn)行接收時(shí)，是可以丟失幾個(gè)數(shù)據(jù)碼元的。然而，在通常的信號(hào)幀時(shí)間標(biāo)定(持續(xù)許多秒)上可以損失的碼元數(shù)是很小的，并且通常在幾個(gè)信道上擴(kuò)展開來(lái)。所以，任何一個(gè)節(jié)目有用的傳送都不足以從負(fù)面成為一個(gè)問題，也不需要進(jìn)行保護(hù)時(shí)間的設(shè)定。但是，在某些配置下可以采用這樣的時(shí)間周期，這樣可以有其他的好處。
無(wú)論什么時(shí)候采用時(shí)間周期或保護(hù)時(shí)間，它們都不是沒有傳輸?shù)闹芷冢膊皇菦]有信號(hào)，但通常是一個(gè)傳送“零”數(shù)據(jù)的周期，使得某些電路如跟蹤衛(wèi)星信號(hào)或調(diào)整頻率調(diào)諧或增益等的電路具有檢測(cè)的信號(hào)，并作相應(yīng)的操作。
信道編組和偏振處理的結(jié)果示于表I中，其中，典型的無(wú)線電裝置1接收編組A中的一個(gè)信道，而典型的無(wú)線電裝置2接收編組B中的一個(gè)信道。很清楚，許多的無(wú)線電裝置或接收機(jī)最好在任何時(shí)候都接收信號(hào)，有些是采用編組A，有些是采用編組B，而有些是在兩個(gè)編組之間變換，這是人們所知道的。表1中，第一個(gè)衛(wèi)星傳送編組A，隨后是編組B，而第二個(gè)衛(wèi)星傳送編組B，隨后是編組A。
表I
這里，￠表示在該時(shí)間周期內(nèi)，是不從表中的衛(wèi)星進(jìn)行接收的，或者是，將接收的噪聲或信號(hào)當(dāng)作是預(yù)定的零數(shù)據(jù)。
如果將實(shí)施分集的時(shí)延設(shè)置在T值，那么全部A組隨后是B組的循環(huán)時(shí)間就是2T。每一無(wú)線電接收機(jī)中使用的下行轉(zhuǎn)換器鏈被配置成在兩種偏振模式之間轉(zhuǎn)換，因此也就是在兩個(gè)衛(wèi)星或信號(hào)源之間在每一T秒內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。這是通過(guò)在一種模式與另一種模式之間(這里是右旋圓偏振(RHC)模式和左旋圓偏振(LHC)模式之間)簡(jiǎn)單地改變接收機(jī)天線或接收元件來(lái)完成的。
這可以采用各種已知的元件如采用圓偏振接插式天線來(lái)完成，圓偏振接插式天線有兩個(gè)不同的饋送連接，分別用于兩種模式(RHC和LHC)。每一種饋送方式可以連接到放大電路或放大元件，如人們熟知并且市場(chǎng)上有出售的低噪聲放大器(LNA)。通過(guò)機(jī)械地或電氣地將饋送連接切換成接通和斷開，即連接/斷開或者是衰耗/不衰耗，或者簡(jiǎn)單地對(duì)不使用饋送斷開LNA的電連接，可以對(duì)模式進(jìn)行選擇。這就使得命令和控制特性很容易，并且可以對(duì)天線的工作方式作出選擇。否則，可以將兩種模式傳送到一個(gè)位于遠(yuǎn)端的無(wú)線電裝置，然后作出選擇。
結(jié)果是全空間分集和全時(shí)間分集。在測(cè)試和模擬中，這種技術(shù)已經(jīng)使得工作在雙衛(wèi)星的時(shí)候，接收信號(hào)提高了幾個(gè)dB。
采用偏振的方式，減小了源間干擾(即衛(wèi)星之間的干擾)，而這種源間干擾是基于接收天線的偏振純度的。該純度受限于本領(lǐng)域中人們所熟知的幾個(gè)因素。CONUS方式或上表中列舉的高度給出了相當(dāng)好的偏振純度，并且稱作是低于視軸(low offboresight)(波束中心)劣化。如果典型的隔離是在10dB的數(shù)量級(jí)上，那么信號(hào)傳輸應(yīng)當(dāng)很接近無(wú)干擾的情況的。另外，這種方法僅需要采用一個(gè)下行轉(zhuǎn)換器鏈，而保持更多可靠的并且是廉價(jià)的接收機(jī)。僅僅需要價(jià)格稍稍比普通情況下高的天線用于這樣有些用戶無(wú)線電裝置，它有某些轉(zhuǎn)換功能，和額外的LNA。
移動(dòng)站或無(wú)線電裝置需要使它們的接收/轉(zhuǎn)換同步，加上某些接收機(jī)定時(shí)功能，例如用作信道多路復(fù)用、交錯(cuò)、延遲元件或緩沖器處理、天線轉(zhuǎn)換、編碼定時(shí)等，以便使來(lái)自衛(wèi)星的ABABA或BABABA方式匹配。這可以通過(guò)采用包括(但并非局限于)系統(tǒng)通用時(shí)間基準(zhǔn)如GPS定位系統(tǒng)已有的時(shí)間基準(zhǔn)、采用校正本地時(shí)鐘以及用于頻率誤差或頻率漂移的反饋元件、采用同步信道等等的幾種已知的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，讀者可參見美國(guó)專利申請(qǐng)08/723,724，其標(biāo)題是“DeterminationOf Oscillator Error In Satellite Communication System”；以及美國(guó)專利申請(qǐng)08/733,490，其標(biāo)題是“Method And Apparatus For Precorrecting Time AndFrequency In Communications Systems”，它們均通過(guò)參考引入于此。
另一種實(shí)現(xiàn)所要求的空間和時(shí)間分集的方法采用了本發(fā)明的技術(shù)，見下面的表II和表III所示。在表II和表III中，采用的是相同的編組A和B，但它們采用的是按照各種隨時(shí)間而變的進(jìn)展(progression)或傳送來(lái)標(biāo)記的。即，在t—1時(shí)刻開始形成A組的信道傳送提供信道A1，而在t—2時(shí)刻開始形成A組的信道傳送提供信道A2，在t—3時(shí)刻開始形成A組的信道傳送提供信道A3，等等。對(duì)于B組，形成B1，B2，B3等等時(shí)的情況也是這樣。
在表II中，當(dāng)從相對(duì)的衛(wèi)星或信號(hào)源傳送出來(lái)時(shí)，在序列(1，2，3，…)中相同相對(duì)時(shí)間開始的每一對(duì)或每一組A和B信道是相互間以某種預(yù)選的方式置換或轉(zhuǎn)換而形成的。所以，信道組A1從一個(gè)衛(wèi)星傳送而來(lái)，而B1從另一個(gè)衛(wèi)星傳送而來(lái)，A2從一個(gè)衛(wèi)星傳送而來(lái)，而B2從另一個(gè)衛(wèi)星傳送而來(lái)，等等、等等。
表II
在表III中，模式的不同點(diǎn)在于，與以前相比，兩組不發(fā)生了置換，但相互間發(fā)生了時(shí)延。所以，信道編組A1是從一個(gè)衛(wèi)星傳送出去的，而信道編組B0是從另一個(gè)衛(wèi)星傳送出去的(這等效于在一開始時(shí)，全零數(shù)據(jù)或沒有信道從第二個(gè)衛(wèi)星傳送出去)，A2從一個(gè)衛(wèi)星傳送出去，而B1從另一個(gè)衛(wèi)星傳送出去，A3從一個(gè)衛(wèi)星傳送出去，而B2從另一個(gè)衛(wèi)星傳送出去，等等、等等。如下所述，這一處理過(guò)程可以擴(kuò)展成更大數(shù)量的編組。
表III
當(dāng)每一衛(wèi)星以兩種偏振模式中不同的一種模式進(jìn)行傳播時(shí)，增加了在各信道上傳送的信號(hào)的定時(shí)或碼元速率或數(shù)據(jù)位速率，從而能夠在更短的時(shí)間里傳送相同數(shù)量的信息。即，為了能夠在時(shí)間周期2T里與往常一樣以一種有效數(shù)據(jù)速率傳送給定數(shù)量的信息或數(shù)據(jù)，實(shí)際上是在更短的周期T里以兩倍于該速率的速度進(jìn)行傳送的，作為任何一個(gè)信道編組的一部分。每一編組中形成信道的數(shù)據(jù)或信息是以相對(duì)于原始傳輸速率的2∶1的定時(shí)或加速倍數(shù)(對(duì)于一種有兩個(gè)編組〔A/B〕配置)進(jìn)行傳輸?shù)?，而如果需要，后面是預(yù)選的保護(hù)時(shí)間或空載時(shí)間。信道其他的編組方式，如M個(gè)總信道中N個(gè)編組將采用N∶1加速倍數(shù)，或更高的速率比值，以便在分配的合適的周期內(nèi)傳送數(shù)據(jù)。即，將總數(shù)分成N個(gè)編組，而每一個(gè)編組以N種不同的相位順序傳送，從而在N倍速度下，在每一編組中傳送1/N個(gè)信道。
隨后，當(dāng)接收在一個(gè)或更多個(gè)相當(dāng)大但廉價(jià)的緩沖器內(nèi)時(shí)，將接收的信號(hào)累加或儲(chǔ)存在每一無(wú)線電接收機(jī)(112，114)中。這使得合成的信號(hào)能夠以更高的傳送速率儲(chǔ)存起來(lái)，而在低于傳送速率的原始的較低的速率下重現(xiàn)。在一種典型的應(yīng)用場(chǎng)合，可以期望緩沖器將累加或寄存約4秒或以上的輸入信號(hào)，從而以任何一種偏振模式接收4秒或更多的信道信號(hào)。這就能夠提供一種大體恒定通過(guò)偏振而旋轉(zhuǎn)并保持分集模式的能力。
另一種將信號(hào)從衛(wèi)星傳送到無(wú)線電裝置的方法包含將偏振模式留給在任何時(shí)候都固定的無(wú)線電接收機(jī)輸入，并隨時(shí)間的推移轉(zhuǎn)換衛(wèi)星的輸出。信道的選擇用于接收，并且將再次落在編組A或編組B內(nèi)。但是，該編組決定要使用的偏振模式，即，是LHCP還是RHCP，或者是采用其他的模式(如垂直(V)還是水平(H)的)。每一衛(wèi)星將要傳送的信息信道分成兩個(gè)相同的編組A和B。每一衛(wèi)星以一種偏振方式M1(比方說(shuō)是RHCP)發(fā)送所有包含在編組A中的信道，以及以另一偏振模式M2(比方說(shuō)是LHCP)發(fā)送所有包含在編組B中的所有的信道。這里，偏振模式是交替的。這示于下面的表IV和表5中。
表IV
表V
根據(jù)要接收的娛樂頻道的不同，無(wú)線電接收機(jī)選擇是RHCP還是LHCP偏振模式用于要接收的信號(hào)，并在收聽期間保持這種接收方式。這種技術(shù)可以使得接收機(jī)中所使用的硬件較少，復(fù)雜性較低(一個(gè)LNA)。
使用轉(zhuǎn)換的圓偏振波束見圖4b所示，其中，每一衛(wèi)星104和106分別投射兩個(gè)波束404、408和406、410，這些波束是由無(wú)線電裝置118接收到和觀察到的。波束404、408以及406、410中的每一個(gè)都具有一種獨(dú)立的偏振模式，圖中，波束404和410是LHCP，而波束406和408是RHCP。但是，它們的作用是可以反向的，可以根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)改變。
后一種技術(shù)的一個(gè)方面在于很難將其擴(kuò)展或一般化成其他的工作方式。即，如果采用其他的偏振模式，如線性的，或其他由每一衛(wèi)星用來(lái)產(chǎn)生其他隔離模式的參數(shù)，那么就更難使接收機(jī)在不會(huì)增加無(wú)法容忍的復(fù)雜性和成本的情況下在模式中作出選擇。
可以使上述系統(tǒng)用戶的信道或信號(hào)編組一般化。在其他的實(shí)施例中，每一衛(wèi)星將要傳送的M個(gè)信息信道的總數(shù)分成N個(gè)相等的編組，這里，M是可以被N除盡的。每一個(gè)衛(wèi)星接著順序發(fā)送這些編組。例如，在一種實(shí)施例中，每一個(gè)衛(wèi)星將信息(信號(hào))信道分成三個(gè)相等的編組(N＝3)，為便于討論，標(biāo)以A、B、C。每一衛(wèi)星以一種如下的方式發(fā)送所有包含在這三個(gè)編組中的信道A B C A B C A B C A B C A B CC A B C A B C A B C A R C A B
B C A B C A B C A B C A B C A在又一種典型的實(shí)施例中，每一衛(wèi)星將信息信道分成4個(gè)相等的編組(N＝4)，為便于討論，以A、B、C、D標(biāo)記之。每一衛(wèi)星以一種如下的方式發(fā)送這4個(gè)編組中所包含的所有的信道A B C D A B C D A B C D A B C D A B C DC D A B C D A B C D A B C D A B C D A BD A B C D A B C D A B C D A B C D A B CB C D A B C D A B C D A B C D A B C D A或A B C D A B C D A B C D A B C D A B C DB A D C B A D C B A D C B A D C B A D CC D A B C D A B C D A B C D A B C D A BD C B A D C B A D C B A D C B A D C B A這里，M個(gè)信道被分成N個(gè)編組，并進(jìn)行置換，以便實(shí)現(xiàn)所要求的傳輸方案。
這些方案或方式可以用C的周期或C和D的周期組合起來(lái)，從低高度源，比方說(shuō)是25度或更低的地方接收信號(hào)。這可以用來(lái)從地面基站接收信號(hào)，而更高高度的信號(hào)是從衛(wèi)星到達(dá)的。這就改進(jìn)了地面發(fā)射機(jī)和衛(wèi)星發(fā)射機(jī)之間的隔離，而這二者是用于通信系統(tǒng)中的。在這種結(jié)構(gòu)中，如果一個(gè)天線端口或輸出采用在25°以上接收到的RHCP信號(hào)，第二個(gè)LHCP信號(hào)是在25°以上接收到的，而其余的一個(gè)或兩個(gè)端口用于低于25°的信號(hào)，那么在N-3的情況下，所要求的信號(hào)接收方式可以從端口1、端口2、端口3加以接收等等；在N＝4的情況下，是端口1、端口3、端口2、端口4，等等。
這種類型的天線方案利用了天線在25°以上時(shí)增益增大而低于該高度時(shí)增益降低的優(yōu)點(diǎn)。采用一個(gè)RHC和一個(gè)LHC端口。當(dāng)?shù)谌齻€(gè)端口低于25°時(shí)，衛(wèi)星被隔開，而地面將被更有效地與衛(wèi)星隔開。另外，這樣一種多端口結(jié)構(gòu)可以用來(lái)從多個(gè)軌道中的衛(wèi)星進(jìn)行接收，這些軌道相互間比較高或低。此外，根據(jù)需要，可以采用獨(dú)立的天線，采用這些天線可以在某些預(yù)選的高度角度上具有更小或更大的增益，從而能夠覆蓋衛(wèi)星和/或地面發(fā)射機(jī)所要求的所有或每一個(gè)范圍。分扇區(qū)的或扇區(qū)化的天線可以用于地面接收，以減小發(fā)射機(jī)之間的干擾。
另外，可以要求采用非偏振的輻射用于線路的地面部分。這時(shí)，上述多端口結(jié)構(gòu)可以使用最后兩個(gè)端口用于該輻射，或者可以采用在較低高度角時(shí)具有更高增益的獨(dú)立地面天線。
對(duì)于從一個(gè)或多個(gè)天線以及一個(gè)或多個(gè)地面發(fā)射機(jī)接收信號(hào)的那些區(qū)域或應(yīng)用場(chǎng)合，可以用不同的技術(shù)方案來(lái)確保恰當(dāng)?shù)姆旨＿@里，將頻帶再細(xì)分成一些部分，將衛(wèi)星分配給一個(gè)部分，而地面發(fā)射機(jī)分配給其他的部分。例如，整個(gè)12.5MHz可以被簡(jiǎn)單地一分為二，兩個(gè)(或更多個(gè))衛(wèi)星使用一半(約占6.25MHz)，而地面發(fā)射機(jī)占用另一半。由于偏振隔離用于衛(wèi)星，它們可以享有總帶寬中屬于它們的一半，而不需要單獨(dú)的專用部分用于每一個(gè)衛(wèi)星，而其余的用于地面發(fā)射機(jī)。其余的頻帶根據(jù)需要可以分配給具有已知頻率重復(fù)使用的地面發(fā)射機(jī)。例如，3倍的重復(fù)使用計(jì)劃應(yīng)當(dāng)使要使用的大量地面基站能夠覆蓋較大的范圍，而不會(huì)有顯著的干擾。
另外，可以用更復(fù)雜的帶寬分配方法來(lái)進(jìn)一步改進(jìn)隔離。例如，可以使用表VI中所示的方案。
表VI
采用上述過(guò)程有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是根據(jù)不同的衛(wèi)星可以采用不同的速率和編碼用于地面發(fā)射機(jī)。另外，一個(gè)衛(wèi)星和一個(gè)或多個(gè)地面發(fā)射機(jī)可以用在從其他衛(wèi)星進(jìn)行的接收受到阻塞等的時(shí)候進(jìn)行分集組合。如果需要，特別是在分配給這一應(yīng)用場(chǎng)合的總頻帶的獨(dú)立部分中進(jìn)行傳播時(shí)，地面發(fā)射機(jī)可以采用再生和不同的調(diào)制形式(衛(wèi)星受到限制而不能在另一半或非地面部分中進(jìn)行工作時(shí)頻帶的一半或其他的部分)。
采用CDM波形方法時(shí)可以有一個(gè)潛在的優(yōu)點(diǎn)。這時(shí)，不同的PN碼可以用于地面發(fā)射機(jī)(可能是一個(gè)編碼組使用相移或時(shí)移來(lái)產(chǎn)生用于每一個(gè)的不同的“編碼”)和衛(wèi)星(可能是另一組采用相互間的相移)，這使得能夠檢測(cè)不同的PN碼，并用來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)接收機(jī)中用于導(dǎo)頻信號(hào)恢復(fù)環(huán)路等的環(huán)路帶寬。將環(huán)路擴(kuò)展參數(shù)或設(shè)置建立在來(lái)源的PN上可以提供一種強(qiáng)有力和有效的控制機(jī)制來(lái)改進(jìn)這些環(huán)路的運(yùn)行。
注意，多端口(如2-端口或3-端口)天線或天線結(jié)構(gòu)的使用是具備優(yōu)點(diǎn)的。在某些應(yīng)用場(chǎng)合，可以使用多個(gè)天線，這些天線在某些高度或方向上有更大的增益。另外，可以使用對(duì)偏振模式敏感的專用天線。例如，天線502可以用對(duì)偏振模式敏感的元件構(gòu)成，它可以有選擇地選擇接收所需的信號(hào)(在其間進(jìn)行轉(zhuǎn)換)。
前文較佳實(shí)施例的描述使得本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員能夠制造和使用本發(fā)明。盡管本發(fā)明的描述是針對(duì)較佳實(shí)施例來(lái)描述的，但本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員能夠理解，在不偏離本發(fā)明的精神和發(fā)明范圍的基礎(chǔ)上，還可以對(duì)實(shí)施例的細(xì)節(jié)和形式作各種修正。
權(quán)利要求
1.一種隔離來(lái)自多個(gè)信號(hào)源的通信信號(hào)多信道傳輸?shù)姆椒ǎ涮卣髟谟?，它包含下述步驟將所述信道分成N組信道；用第一偏振模式從一個(gè)信號(hào)源傳送N組信道中的一組信道；以及用大體與第一種模式正交的第二種偏振模式從第二信號(hào)源傳送所述N組信道中的另一組信道。
2.一種隔離來(lái)自多個(gè)信號(hào)源的通信信號(hào)多信道傳輸?shù)姆椒?，其特征在于，它包含下述步驟將所述信道分成N組信道；用第一偏振模式從一個(gè)信號(hào)源傳送N組信道中的一組信道，并且大體同時(shí)地用大體與第一種模式正交的第二種偏振模式，從第二信號(hào)源發(fā)送所述N組信道中的第二組信道；以及用所述第一偏振模式從所述一個(gè)信號(hào)源發(fā)送所述N組信道中的第三組信道，并且大體同時(shí)地用所述第二種偏振模式，從所述第二信號(hào)源發(fā)送所述N組信道中的第四組信道。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述N是2，而所述第一和第三組包含相同的信道，所述第二和第四組包含相同的信道。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述N是4，并且所述第一和第三組包含相同的信道。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述信號(hào)源包含兩個(gè)或更多的衛(wèi)星。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述衛(wèi)星處于地球同步軌道中。
7.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述信號(hào)源包含兩個(gè)或更多的地面發(fā)射機(jī)。
8.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述信號(hào)包含CDM類型的通信信號(hào)。
9.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述信號(hào)源包含TDM類型的通信信號(hào)。
10.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述信號(hào)源包含兩個(gè)或更多的衛(wèi)星和兩個(gè)或更多的地面發(fā)射機(jī)。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述衛(wèi)星傳送整個(gè)分配的帶寬中一個(gè)或多個(gè)預(yù)定部分中的信號(hào)，并且所述地面發(fā)射機(jī)發(fā)送所述分配的帶寬中一個(gè)或多個(gè)其余預(yù)定部分中的信號(hào)。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述衛(wèi)星和所述地面發(fā)射機(jī)發(fā)送CDM類型的信號(hào)，這些信號(hào)采用位于所述衛(wèi)星和所述發(fā)射機(jī)之間不同的PN擴(kuò)展碼。
13.一種隔離來(lái)自多個(gè)信號(hào)源的通信信號(hào)多信道傳輸?shù)难b置，其特征在于，它包含將所述信道分成N組信道的裝置；用第一偏振模式從一個(gè)信號(hào)源傳送N組信道中的一組信道的裝置，并且所述裝置大體同時(shí)地用大體與第一種模式正交的第二種偏振模式，從第二信號(hào)源發(fā)送所述N組信道中的第二組信道；以及用所述第一偏振模式從所述一個(gè)信號(hào)源發(fā)送所述N組信道中的第三組信道的裝置，并且所述裝置大體同時(shí)地用所述第二種偏振模式，從所述第二信號(hào)源發(fā)送所述N組信道中的第四組信道。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，它還包含用帶有偏振模式選擇元件的接收機(jī)從一個(gè)所述信號(hào)源接收所述N組信道中的一組信道的裝置。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，它還包含構(gòu)成所述偏振元件而在一個(gè)預(yù)選的時(shí)間周期內(nèi)從所述一個(gè)信號(hào)源接收N組信道中的一組信道的裝置，并且所述裝置還在后續(xù)的預(yù)選時(shí)間周期內(nèi)從所述一個(gè)信號(hào)源接收N組信道中的第二組信道。
16.如權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，它還包含一個(gè)構(gòu)成第一和第二信號(hào)源的裝置，用以采用第一種偏振模式，在一個(gè)預(yù)選的時(shí)間周期內(nèi)發(fā)送N組信道中的所述一組信道，以及用第二偏振模式，在后續(xù)的預(yù)選時(shí)間周期內(nèi)，從所述一個(gè)信號(hào)源發(fā)送所述N組信道中的第二組信道。
17.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述N組信道中的每一組信道是在總信道數(shù)的1/N倍的速率下，在一個(gè)預(yù)選的時(shí)間周期內(nèi)傳送的。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述N組信道中的每一組信道是在總信道數(shù)的1/N倍的速率下，在一個(gè)預(yù)選的時(shí)間周期內(nèi)傳送的。
全文摘要
采用至少兩個(gè)信號(hào)源,通常是衛(wèi)星(104,106)以及偏振輻射,將信息信號(hào)傳送到終端用戶或服務(wù)客戶(116,118)。盡管也可以采用其他的偏振方式,但本發(fā)明采用兩種偏振模式,其中,較佳的模式是左旋和右旋圓偏振輻射?？梢栽谄衲Ｊ街袆澐中诺赖目倲?shù),并通過(guò)采用在接收機(jī)(522)中偏振轉(zhuǎn)換來(lái)有選擇地在衛(wèi)星之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換,或者切換衛(wèi)星(信號(hào)源)終端元件從而在用于傳輸?shù)钠衲Ｊ街g進(jìn)行轉(zhuǎn)換來(lái)傳送到終端用戶。
文檔編號(hào)H04J11/00GK1332913SQ99815316
公開日2002年1月23日 申請(qǐng)日期1999年11月9日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月9日
發(fā)明者F·P·安東尼奧, L·N·希夫, W·G·埃姆斯 申請(qǐng)人:高通股份有限公司