[发明专利]测量卫星通信系统中往返延迟的系统与方法

说明书

                            发明背景

I.发明领域

本发明总的涉及无线通信系统，尤其涉及确定与地球轨道卫星通信的位置的系统与方法。本发明还涉及对汇接局与用户终端之间的访问信道的往返延迟进行测量的系统与方法。

II.相关技术

在无线通信环境中，越来越需要移动电话的位置信息。例如，随着卫星电话通信容量的增大，由于计费和/或地域政治边界等各种原因，确定用户终端(移动电话)的位置就变得越来越重要。例如，要求以位置来选择合适的地面站或服务提供者(如电话公司)来提供通信链路。服务提供者通常具有特定的地域范围，并管理所有链接该地域范围内的通信链路或与位于该地域内的用户进行的呼叫。当必须根据政治边界或多种合同关系把通话分配给服务提供者时，就会出现类似的问题。

具体地说，能理解位置信息重要性的一个行业就是商用货运业。在商用货运业或物流经营业中，要求有一种高效、准确的车辆定位方法。便于访问车辆位置信息，货运公司就具有了某些优势。货运公司能告诉客户运输业务的地点、路线与估计的到达时间，还能将车辆位置信息与路线有效性的经验数据结合起来使用，以确定最经济有效的运输路线与操作步骤。

过去，货车司机自己在到达目的地和中途停留地后，用电话告诉货运公司总部有关车辆的位置信息。这样位置报告最好是断断续续的，因为只有在司机到达目的地或中途停留地时，司机才有时间打电话向货运公司总部报告。这样位置报告对货运公司来说也是相当昂贵的，因为实际上要造成货运很长的停驶时间。这一停驶时间原于这样的事实：要作位置报告，司机必须将其车辆驶离行驶路线，寻找能向总部打电话的电话机器，且要花时间作地点报告。这样地点报告方法还有不准确的问题，比如司机可能不当心或故意报告了错误的信息，或者报告不准确的估计到达与离开时间。

当前，商用货运业正在配置供其货车运输牵引车使用的通用移动通信终端。这类终端能在货运公司总部与货车之间作双向通信，通常，通信是通过卫星在货车与网络通信中心或枢纽之间进行的。

利用各移动终端处的无线电通信能力作车辆定位，对商业货运业有很大的好处。由于货运公司总部能在需要时对车辆进行定位，所以地点报告不再是断断续续的了。因为定位所必须进行的通信可以在货车行驶在中途的时候进行，所以就不再要求货运车再花费停驶时间。而且，由于货运公司总部几乎可以瞬间探明准确的货车地点信息，因而基本上消除了地点报告的不准确性。

然而，当卫星与车辆二者不断改变它们的位置时，就很难利用移动终端处的无线电通信能力来提供车辆或用户位置。即，当采用低地球轨道或中地球轨道(LEO与MEO)卫星传输信号时，以及当用户或车辆迅速或频繁地改变地点时，就会出现这样的情况。由于卫星轨道和车辆运动，它们之间的距离在不断改变，这就难以准确地测量卫星与移动电话间的距离，最终也难以测定电话在地球表面上的位置。该问题在下面涉及两个相互通信的物体的一个例子中将作进一步的讨论。

通常，可以用下述方法来确定相互进行通信的两物体间的距离。第一物体发射第一信号并注明发射的时间。第二物体接收第一信号并立即发射第二信号。第一物体接收第二信号，并记下第一信号发射与第二信号接收之间经过的总时间。然后，第一物体按RTD＝cD/2的关系，确定往返延迟RTD，其中，c是光束，D是第一信号发射与第二信号接收之间经过的总时间。于是，可由RTD来确定两物体的间距。

然而，这一简单的(RTD＝cD/2)关系仅在下述情况时才能得出准确得R值：(a)两物体的位置因定；以及(b)发送单元与接收单元的振荡器是已知且稳定的。换言之，若两物体之一相对于另一物体移动，并且/或者发射机之一的振荡器原来就不稳定，则该简单的关系得不出准确得结果。这样，若第一物体是一运动物体，如轨道通信卫星，而第二物体是另一运动物体，如车载移动电话，则这种关系就得不出准确的结果。由于卫星的轨道以及移动电话的移动，而使得在时段D内二者的间距是变化的。此时，R₁是卫星与移动电话之间在卫星发射第一信号时的间距，而R₂是卫星接收第二信号时的间距。不用说，这样难以确定移动电话与卫星间的实际距离R₁与R₂。这些距离可以确定为汇接局与移动电话之间信号的往返延迟RTD的函数。因而要求用某种机构来准确地确定RTD。