CN1783750B - 用于在通信系统中补偿多普勒效应的方法 - Google Patents

Abstract

一个应用如沃尔什序列等具有预定长度m的正交信道化码，在通信系统中进行深度播叫的方法，它不需要高功率的播叫信道。所述方法包括产生与具有大于或等于2m长度的沃尔什序列组合的播叫信道消息，并以小于每秒480位(bps)的数据速率发送所述播叫信道消息的步骤。通过以低的数据速率发送播叫信道消息并在长1000倍量级的时间周期内积分所收集的能量，所述消息能够渗透建筑物和其他构筑物或高度衰减信号的环境，因而使得能成功地播叫一个在那样的建筑物或区域中的用户终端。最好，使用长度为65536码片量级的辅助沃尔什序列形成播叫信道消息，且数据速率小于10bps。

Description

用于在通信系统中补偿多普勒效应的方法

本申请是申请日为2000年8月16日、申请号为200310104675.2、发明名称为“用于深度播叫的方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明通常涉及遭受严重路径损失的卫星和其他通信系统，尤其涉及提供一种称为深度(深空)播叫(deep paging)的播叫信号的方法，它导致在存在高度衰减的情况下仍可接受的播叫信号。

背景技术

传统的基于卫星的通信系统包括网关，用户终端，和一个或多个在网关和用户终端之间中继通信信号的卫星。网关是一个具有天线的地面站，用于发送信号到卫星并从卫星接收信号。网关用卫星提供通信链路，用于将一个用户终端连接其他用户终端或如公用切换电话网那样的其他通信系统的用户。用户终端是一个无线通信设备，如蜂窝电话或卫星电话、数据收发信机、播叫接收机，但不限于这些。用户终端可以是固定的，便携的或如移动电话那样可移动的。卫星是一个沿轨道运动的接收机，重发器，和用于中继信息的信号再生器。

一个卫星能从用户终端接收信号或向其发送信号，只要该用户终端在该卫星的“复盖范围”(footprint)内。卫星的复盖范围是该卫星信号范围内的地面的地理区域。复盖范围通常在地理上通过使用成束天线划分成“束”。每个波束复盖在卫星复盖范围内的一个特定地理区域。波束可以定向，使同一卫星的多个波束复盖同一特定的地理区域。

某些卫星通信系统使用码分多址(CDMA)扩频信号，如在1990年2月13日公告的题为“Spread Spectrum Multiple Access Communication SystemUsing Satellite or Terrestrial Repeaters”的USP 4,901,307号美国专利，和在1997年11月25日公告的题为“Method and Apparatus for Using FullSpectrum Transmitted Power in a Spread Spectrum Communication Systemfor Tracking Individual Recipient Phase Time and Energy”的USP 5,691,974号美国专利中所揭示的那样，两者均转让给本发明的受让人，并通过引用与本申请结合。

在使用CDMA的卫星通信系统中，使用分别的通信链路来发送如数据或业务(traffic)那样的通信信号到网关和从网关接收信号。具体而言，来自网关的通信信号经过“前向通信链路”发送到用户终端，而用户终端始发的信号经过“反向通信链路”发送到网关。

在前向通信链路上信息从网关经过一个或多个波束发送到用户终端。这些波束往往包括一系列复盖一个共同地理区域的所谓的子束(也称为频分多址(FDMA)信道，或在扩频CDMA信道情况)，每个子束占据不同的频带。尤其是，在传统的扩频通信系统中，在将一个发送载波信号调制成通信信号以前，使用一个或多个预定的伪随机噪声(PN)码序列在预定的频谱带上调制或“扩频”用户信息信号。PN扩频是本专业所熟知的扩频发送方法，并产生比数据信号的带宽大得多的通信信号，在前向链路中使用PN扩频码或二进制序列来区分由不同的网关或经过不同的波束发送的信号，也区分多个路径的信号。这些码常被在给定的子束中的所有通信信号所共享。

在传统的CDMA扩频通信系统中，“信道化”码被用于在前向链路上的卫星子束中形成多个信道。信道化码是唯一的“复盖”或“信道化”正交码，它们在传输通信信号的子束中建立正交信道。通常使用沃尔什(Walsh)函数实现信道化码，也称为沃尔什或沃尔什序列，并建立所谓的沃尔什信道。典型的正交码长度对陆地上的系统是64码片(chip)，对卫星系统是128码片。

大多数的正交信道是提供用户终端和网关间消息联系的业务信道。余下的信道常包括一个导频信道，一个同步信道，和一个或多个播叫信道。虽然消息也能对多个用户广播，在业务信道上发送的消息通常试图为一个用户终端接收。相反，播叫、同步、和导频信道常由多个用户终端所监测。

当一个用户终端不处于通信会话中(即该用户终端不接收或发送业务信号)。网关能借助发送播叫到该用户终端传递信息给该用户终端。通常是短消息的播叫经过上述的播叫信道发送。常由网关发送页面来建立与用户终端的通信链路，通知用户终端它将被呼叫，以回答试图访问该系统的用户终端，并用于用户终端的登录。播叫也被用于分配业务信道的分派和系统开销信息给用户终端。在播叫信道发送的播叫常常具有每秒9600位或4800位量级的数据速率。

不幸的是，当用户终端在一个建筑物内或在用户终端用卫星之间有某些构筑物或其他障碍物(如树，地质实体，或建筑物)时，用户终端接收播叫常常遇到问题。在那样情况，因为由于播叫穿过构筑物传播信号的传播损失而不能透过建筑物或其他物质，用户终端不能够获得播叫、播叫消息或播叫信号。为克服传播损失的一个明显的解决办法是增加播叫信道的功率。此方法面临的问题是，为了克服这种信号衰减或障碍，播叫信道的功率必须大大增加。通常，这需要将信号强度增加到这样的等级，使得功率流密度(PFD)的限制将超过周围区域政府的许可限制及技术上的约束，在给定的范围或地理区域上对允许的功率流密度卫星信号的大小设置了极限值。为了成功地播叫到被阻挡和障碍的用户终端而增加功率会将周围的区域置于超过允许的功率流密度(PFD)的环境下。

因此，需要一个方法，它能提供称为“深度播叫”的措施而不必增加播叫信号的功率。深度播叫被认为是能在存在需要克服的过度的传播损失的环境中播叫一个用户终端，此传播损失比通常遇到的高得多，常在20或30dB量级。那样的环境包括用户终端位于建筑物或构筑物内部深处，或在局部的障碍物的后面。

发明内容

本发明提供一个深度或高渗透播叫的方法，它不需要增加播叫信号的功率。一方面，本发明提供一个用于深度播叫的方法，它包括产生播叫信道消息的步骤、用最好是沃尔什序列的正交码序复盖或调制播叫信道消息的步骤，其中正交码序列的长度大于或等于2m码片，此处m是通常用于产生业务信道的码序列的长度、并以小于每秒4800位(bps)的数据速率发送经调制的播叫信道消息的步骤。通过以低的数据速率发送播叫信道消息，该消息能穿透建筑将或其其他构筑物，因而使得在建筑物内的用户终端能被成功播叫。最好，播叫信道消息用长度为65536的沃尔什序列复盖，数据速率小于10bps，且沃尔什序列是辅助沃尔什序列。

本发明还提供一个用于在CDMA通信系统中的深度播叫方法，其中使用数个正交的或沃尔什码序列形成数个正交的信道。此方法包括下列步骤：从多个沃尔什序列中之一建立至少一个辅助沃尔什序列；产生播叫信道消息；用辅助沃尔什序列复盖或信道化所述播叫信道消息；扩频信道化播叫信道消息；并以小于4800bps的数据速率发送扩频的信道消息。辅助的沃尔什序列的长度大于或等于128码片，但最好辅助沃尔什序列的长度是65536码片。此外，最好数据速率小于10bps。最好，此方法还包括从多个沃尔什序列之一建立第二辅助沃尔什序列并用第二辅助沃尔什序列复盖或调制一个同步信号以建立一个辅助同步信道的步骤。附加的辅助沃尔什序列能从一个或多个沃尔什序列建立并用于复盖或调制附加的导频、同步或播叫信号。

本发明还提供在通信系统中补偿多普勒效应的方法，其中消息以低的数据速率被发送到在建筑物内或被障碍物阻当的用户终端。此方法包括下列步骤：用户终端在进入建筑物之前获得一个导频信号；在该用户终端获得导频信号以后将该用户终端置于深度播叫模式；带着用户终端进入建筑物；当用户终端进入建筑物时跟踪多普勒频移，进入较长信号积分模式；并在激活深度播叫模式以后监测辅助播叫信道。在辅助播叫信道上发送的播叫信道消息由具有长度大于或等于2m码片的沃尔什序列调制，并在低于4800bps的数据速率下发送，其中m是通常用于调制业务信道信号的码的长度。最好，在辅助播叫信道上发送的播叫信道消息使用长度约为65536的沃尔什序列形成，并以10bps或更低的数据速率发送。

本发明还提供另外的方法，用于补偿信道系统中的多普勒效应，其中消息以低的数据速率发送到在建筑物内或被障碍物阻挡的用户终端。此方法包括下列步骤：接收从用户终端处的网关发送的天体(飞行器)位置消息；存储该天体消息或包含在用户终端中的数据；确定用户终端的位置；根据确定的用户终端位置和存储在用户终端中的天体位置消息确定多普勒效应；并获取导频信号。在第一实施例；确定用户终端位置的步骤包括下述步骤：每当用户终端用网关登录时存储用户终端的位置；并根据在用户终端最近一次用网关登录时的用户终端的位置确定用户终端当前位置。在第二实施例中，确定用户终端的位置的步骤包括接收全球定位系统(GPS)或其他定位系统的信号，并根据GPS信号确定用户终端位置的步骤。

本发明的其他特征和优点及本发明的各个实施例的结构和操作将参照附图在下面详细叙述。

附图说明

这里的附图构成说明书的一部分，与说明书一起说明本发明，进一步用于解释本发明的原理，并使有关专业的技术人员能够实施并使用该发明。在图中，类似的参照号表示相同的或功能上类似的单元。此外，参照号的最左边的数字识别首次出现该参照号的图。

图1示出本发明有用的示例性无线通信系统。

图2示出用于用户终端的一个示例性收发信机。

图3示出用于网关的示例性收发信机。

图4示出在网关和用户终端之间的示例性通信链路。

图5示出一个示例性子束。

图6示出根据一个实施例的子束。

具体实施方式

I、引言

本发明尤其适合用于使用低的地球轨道(LE0)卫星的通信系统，其中卫星不是相对于地球表面上一点固定的。但是，本发明也可应用于非LEO卫星系统，或中继设备与用户相对具有高速率的系统。本发明也可应用于非卫星通信系统，其中在发射机和接收机之间发生相对高或相当大的传播损失。

本发明的一个较佳实施在下面作详细讨论。在讨论特定的步骤，配置和安排的同时，应该理解，这仅是为了说明的目的，较佳的应用是在CDMA无线扩频通信系统中。

II、一个示范性的卫星通信系统

A、综述

在图1中示出可使用本发明的一个实施例的无线通信系统。设想，此通信系统使用CDMA型通信信号，这不是本发明所严格要求的，只要使用正交码建立对播叫单独的信道即可。在示于图1中的通信系统100的一个部分中示出了两个卫星116和118及两个网关或集线器(HUB)120和122，用于实施与两个远程用户终端124和126的通信。在该系统中网关和卫星的总数取决于所希望的系统容量和本领业容易理解的其他因素。

每个用户终端124个和126各包括一个无线通信设备，如无线电话，数据收发信机，或一个播叫或位置确定接收机，但不限于此。用户终端根据需要可以是手持的或车载的。在图1中，用户终端124示为车载设备，而用户终端126示为手持电话。但是，发明的技术教导是可应用于固定的单元，其中希望远程无线服务，有时用户终端也称之为用户单元、移动站、移动单元，或根据偏爱简单地称之为“使用者”或“用户”。

通常，从卫星116和118来的波束以预定的波束图形复盖不同地理区域。称为FDMA信道或“子束”的不同频率的波束能定向到重叠同一区域。本专业的技术人员很容易理解，对于多个卫星，波束的复盖或服务区域可以设计成在给定的区域中完全或部分地重叠，这取决于通信系统的设计和提供的服务类型以及是否达到空间的分集性。

已经提出了各种多卫星通信系统，一个示例性系统应用48个或更多卫星，它们在LEO轨道中以八个不同的轨道平面运行，为大量的用户终端提供服务。但是本专业的技术人员容易理解本发明的技术教导是如何应用于各种卫星系统和网关配置，包括其他的轨道距离及星座表。

在图1中，示出某些可能的信号路径，用于通过卫星116和118在用户终端124和126及网关120和122之间的通信。在卫星116和118及用户终端124及126之间的卫星一用户终端通信链路用线140，142和144示出。在网关120和122及卫星116和118之间的网关-卫星通信链路用线146，148，150和152示出。可以使用网关120和122作为单向或双向通信系统的一部分，或简单地传输消息到用户终端124和126。

B、示例性用户终端收发信机

在图2中示出一个用于用户终端124和126的示例性收发信机200。收发信机200至少使用一个天线210，用于接收通信信号，后者传输到一个模拟接收机214，在那里它们被下变频、放大，并数字化。常使用一个天线双工器单元212使同一个天线兼用于发送和接收功能。但是，某些系统使用分别的天线在不同的发送及接收频率下操作。

由模拟接收机214输出的数字通信信号被传送到至少一个从216A-216N组中选择的数字接收机和至少一个搜索接收机218。能使用另外的从216A-216N组中选择的数字数据接收机来得到所希望的信号分集级，这取决于可接受的收发信机复杂程度，对于有关专业的技术人员这是很明白的。

至少一个用户终端控制处理器220耦联到数字数据接收机216A-216N和搜索接收机218。除其他功能以外，控制处理器220提供基本的信号处理，定时，功率及转接控制或调整，以及用于信号载波的频率选择。另外的常由控制处理器220完成的基本控制功能是伪随机噪声(PN)码序列或用于处理通信信号波形的正交函数的选择或操纵。由控制处理器220作的信号处理可包括确定相对的信号强度和计算各种有关信号参数。如定时和频率那样信号参数的计算可以包括使用附加的或分别的专用电路使得在测量中增加效率或速率或改善控制处理资源的分配。

数字数据接收机216A-216N的输入耦联到在用户终端中的数字基带电路222。用户数字基带电路222包括处理和表示单元，用于将信息传送到用户终端的用户并从那里传送回来。即，如瞬间或长期的数字存储器那样的信号或数据存储单元、如显示屏，话筒，键盘终端或手机那样的输入输入设备、A/D单元、声码器和其他语音和模拟信号处理单元等，所有这些使用本专业熟知的单元构成用户数字基本电路222的部分。如果使用分集信号处理，用户数字基带电路222能包括一个分集组合器及解码器。这些单元中的某些也可以在控制处理器220的控制下或与其通信来操作。

当语音或其他数据作为用户终端始发的输出消息或通信信号时，使用用户数字基带电路222接收、存储、处理或准备所希望的用于发送的数据。用户数字基带电路222将这些数据提供给在控制处理器220控制下操作的发送调制器226。发送调制器226的输出被传送到功率控制器228，它将输出的功率控制提供给发送功率放大器230，用于最终将输出信号从天线210发送到网关。

收发信机200也能在发送路径上应用一个预校正单元232来调节发出信号的频率。这可以使用众知的发送波形的上下变换技术实现。另外的选择是，一个预校正单元232对用户终端的模拟量上变换及调制级(230)能形成部分的频率选择或控制机制，使得在一个步骤中，用适当调整后的频率把数字信号转换到所希望的发送频率。

收发信机200也能在发送路径中应用一个预校正单元232调节发出信号的定时，这可以使用在发送波形中加或减延时那样的公知技术来实现。

用信号校正单元配置数字接收机216A-N和搜索接收机218来解调和跟踪特定的信号。搜索接收机218被用于搜索导频信号或其他相对固定样式的强信号，而使用数字接收机216A-N解调与检测到的导频信号有关的其他信号。但是，能指定一个数据接收机216跟踪已获取的导频信号以便精确地确定码片信号能量的信噪比，用于确定导频信号强度。因此，能监测这些单元输出以便确定在导频信号或其他信号中的能量或它们的频率。这些接收机也能应用能被监控的频率跟踪单元以便对被解调的信号将当前的频率及定时信息提供给控制处理器220。

控制处理器220使用那样的信息确定，当如希望地将接收到的信号换算到同样的频带时，它偏移振荡器频率到什么程度。这个信息和其他关于频率误差及多普勒偏移的信息能根据需要存入存储器单元236。

C、示例性网关收发信机

在图3中示出用于网关120及122的示例性发射机装置300。示于图3的网关120，122部分具有一个或多个连至天线310的模拟接收机314，用于接收通信信号，信号随后使用多种本专业熟知的方案被下变换，放大，和数字化。在某些通信系统中使用多个天线310。由模拟接收机314输出的数字化信号作为输入提供给至少一个数字接收机模块，由324处虚线表示。

每个数字接收机模块324对应于用于管理在网关120，122及一个用户终端124，126之间的通信的信号处理单元，虽然在本专业中熟知有某些变化方案。一个模拟接收机314能对许多接收机模块324提供输入信号，且在网关120、122中常用一系列那样的模块，来适配所有的卫星波束及在任何给定时刻待处理的可能分集模式信号。各数字接收机模块324具有一个或多个数字数据接收机316A-316N和搜索接收机318。搜索接收机318通常搜索导频信号以外的信号的适当分集模式。在通信系统实施中，使用多个数字数据接收机316A-316N用于分集信号接收。

将数字数据接收机316A-316N的输出提供给包括本专业所熟知的装置的后继的基带处理单元332，并在此不作更详细的说明。示例性基带装置包括分集组合器和解码器，将多径信号组合成一个输出用于每个用户。示例性基带装置还包括将输出数据送到数字切换或网络的接口线路。多个其他已知的单元(如声码器、数据调制解调器、数字数据切换和存储部件，但不限于此)可以构成基带处理单元322的一部分。操作这些单元控制或导向数据信号传输到一个或多个发送模块334。

每个要发送到用户终端的信号都连接到一个或多个适当的发送模块334。传统的网关使用一系列那样的发送模块334同时对许多用户终端124，126提供服务并同时用于若干卫星和波束。由网关120，122使用的发送模块334的数目由本专业熟知的因素确定，包括系统的复杂性，视界内的卫星数目，用户的容量，所选的分集度等。

每个发送模块334包括一个发送调制器326，它用扩频调制用于发送的数据。发送调制器326的输出连接到数字发射功率控制器328，它控制用于送出数字信号的发送功率。为了减少干扰及资源分配，数字发送功率控制器328应用最小等级的功率，但当需要补偿在发送路径中的衰减及其他路径传输特征时，应用适当等级的功率。发送调制器326至少使用一个PN产生器332用于扩频信号。该码产生也能形成在网关122，124中使用的一个或多个控制处理器或存储单元的一个功能部分。

发送功率控制器328的输出被传送到加法器336，在那里它与从其他发送模块来的输出相加。那些输出是用于以同样的频率并在同一波束中作为发送功率控制器328的输出发送到其他用户终端124，126的信号。加法器336的输出被送到模拟发射机338作数模转换，转换到合适的RF载波频率，进一步放大并输出到一个或多个天线340，用于发射到用户终端124，126。根据系统的复杂性及配置，天线310和340可以是同一个天线。

至少一个网关控制处理器320耦联到接收机模块324、发送模块334和基带电路322；这些单元可以是物理上互相分开的。控制处理器320提供命令和控制信号达到下列功能，如信号处理，定时信号生成，功率控制，转接控制，分集组合，和系统接口，但不限于这些。此外，控制处理器320分配PN扩频码、正交码序到以及特定的发射机和接收机，用于用户通信。

控制处理器320还控制导频信号、同步信号及播叫信道信号的生成及功率，并将它们连到发送功率控制器328。导频信道简单地是一个未被数据调制的信号，并可使用重复的不改变的样式或不变的帧结构类型(模式)或声调类型输入至发送调制器326。即，用于形成对导频信号的信道的正交函数、沃尔什码通常具有一个常数值，如全部为1或0，或一个熟知的重复样式，如交替1和0的结构样式。如果象通常的情况那样，使用的沃尔什码是全0码，这实际上导致只发送从PN产生器332施加的PN扩频码。

虽然控制处理器320能直接耦联至发送模块324或接收模块334那样的模块单元，每个模块通常包括模块专用的处理器，如发送处理器330或接收处理器321，它们控制对应模块的单元。因此在较佳实施例中，如图3所示，控制处理器320耦联到发送处理器330及接收处理器321。以这样的方式，单个控制处理器320能更有效地控制大量模块及资源的操作。发送处理器330控制导频信号、同步信号、播叫信号、业务信道信号和任何其他信道信号的产生和信号功率以及它们到功率控制器328的对应连接。接收控制器321控制搜索，PN扩频码用于解调和监测所接受的功率。

对某些如共享资源功率控制那样的操作，网关120和122接收在通信信号中的信息，如接收信号的强度，频率测量，或其他从用户终端来的信号参数。此信息能由接收处理器321从数据接收机316的解调输出导出。另外，此信息能作为发生在由控制处理器320或接收处理器321监测的信号的预定位置信息被检测，并传送到控制处理器320。控制处理器320使用该信息来控制使用发送功率控制器328和模拟发射机338，发送和处理的信号的定时和频率。

D、示例性通信链路

图4提供在通信系统100的网关122和用户终端124之间通信的附加细节。在用户终端124和卫星116之间的通信链路常称为用户链路，而在网关122和卫星116之间的链路常称为馈送(feeder)链路。通信在前向馈送链路460上从网关122以“前向”方向进行，且然后在前向用户链路462上从卫星116下行至用户终端124。在“返回”或“反向”方向上，通信在反向用户链路464上从用户终端124上行到卫星116，且然后在反向馈送链路上从卫星116下行到网关122。

在一个示例性实施例中，信息在前向链路460，462上使用频分和极化多路复用由网关122发送。使用的频带被分成预定数目的频率“束”。例如，频带使用右旋圆极化(RHCP)分成8个单独的16.5MHz“束”，使用左旋圆极化(LHCP)分成8个独立的16.5MHz的“束”。这些频率“束”被进一步构成预定数目频分多路复用的(FDM)“子束”。例如，单独的16.5MHz束可以转而由多达13个FDM“子束”构成，每个子束为1.23MHz带宽。

E、示例性子束结构

每个FDM子束能包括多个沃尔什信道(也称为正交信道)。图5示出具有64个沃尔什信道502-508的示例性子束500。如图5所示，示例性子束500包括一个导频信道502、一个同步信道504、7个播叫信道506(1)-(7)和55个服务信道508(1)-(55)，总共64个正交信道。本专业技术人员容易理解，也能使用其他的信道数目，如较多或较少的播叫信道，或总的信道数更少或更多。例如，某些通信系统设计呼叫要求使用具有128码片或二进制单元的码，导致128个正交信道，它在下面例子中将是W_i ¹²⁸。

用户终端124使用导频信道502来获取一个子束(CDMA载波)及其他功能。同步信道504包括一个用户终端124在获取导频信道502以后能够读出的重复信息序列。众所周知，用户终端124使用此重复信息序列获取初始的时间同步。一旦用户终端124获得了时间定时，它调节其定时使对应于常称之为的常规系统定时。随后用户终端124确定并开始监测一个或多个指定的播叫信道506，用于从网关发送播叫信道消息。

播叫信道消息将信息从网关传递到用户终端。为了本例子的目的，至少有5个主要类型的播叫信道消息。这些主要的消息类型包括：开销消息、播叫消息、命令消息、信道分配消息和短消息服务(SMS)消息。开销消息被用于配置系统。播叫消息通常当网关接收到一个呼叫或一个对连结用户终端的请求并希望从该用户终端得到响应时发送。使用命令消息通过向终端传输命令来控制特定用户终端。例如命令消息可用于锁定或防止一个错误的用户终端发送信息。信道分配消息允许网关改变对一个用户终端的播叫信道分配，并将一个用户终端分配到55个业务信道508之一。最后，SMS消息允许网关传递短数字消息给一个用户终端，将信息通过屏幕显示提供给用户。这类消息被用于十分类似于传统页面的可视播叫消息，以便提供系统状态的简要指示，或包括新闻、商业或体育数据的其他信息，在决定实现深度播叫模式中此类消息的传输是一个重要的考虑。

当请求一个通信链路(如当发出一个呼叫时)时分配一个业务信道508。在一个传统的电话呼叫期间用户终端和网关122之间的消息是通过一个业务信道508。

传统上，使用标记为W_i ⁶⁴(其中i是沃尔什序列的索引而64是序列的长度，一般为W_i ^m形式)的一组各不相同的正交沃尔什序列产生或构成每个导频信道502、同步信道504、多至7个播叫信道506和55个业务信道508。具体说来，通常使用沃尔什序列W₀ ⁶⁴构成导频信道502，同步信道可以使用沃尔什序列W₁ ⁶⁴构成，播叫信道506(1)-506(7)可以分别使用沃尔什序列W₂ ⁶⁴-W₈ ⁶⁴构成，业务信道508(1)-508(55)可以分别使用沃尔什序列W₉ ⁶⁴-W₆₃ ⁶⁴构成。而且本专业的技术人员认识到，本发明的技术教导适用于如W_i ¹²⁸那样更长的正交码的应用，它使得可以用更多的信道，也适用于未能严格限定为沃尔什序列的正交二进制码组。

各不相同的沃尔什序列W₀ ⁶⁴-W₆₃ ⁶⁴的每一个互相正交。为了在特定的沃尔什信道上发送数据，该数据被在形成该特定的沃尔什信道时使用的沃尔什序列所复盖或信道化，即与那个序列组合或使用那个序列调制。例如，为了在播叫信道506(1)上发送播叫或播叫信息或数据，首先使用沃尔什序列W₂ ⁶⁴复盖或信道化该页。类似地，为了在业务信道508(3)上发送业务，该业务必须先被沃尔什序列W₁₁ ⁶⁴复盖，并对每个对应的信道也如此。导频信道502由沃尔什序列W₀ ⁶⁴复盖，它实际上不提供调制。

III、本发明的较佳实施例

下面详细讨论本发明的一个较佳实施例。在讨论特定的步骤，配置和结构时应该理解，这仅是为说明的目的。有关专业的人员将认识到，也能采用其他的步骤，配置和结构而不背离本发明的精神及范围。本发明在各种无线信息和通信系统中能找到应用，包括在定位系统中。

如上讨论，当用户终端在一个建筑物内且不靠近如门或窗那样对外的开口处，或者被一个构筑物或具体的物资或如树那样阻断或衰减信号的物体所掩盖或包围时，该用户终端将遇到接收播叫信道消息的问题。在那样的情况下至少存在20dB到30dB的信号衰减。已经讨论过的一个解决方案是简单地增加播叫信道506中一个信道，如506(1)的功率，并在预定的基础上让用户终端监测该播叫信道。此方法的问题是功率将增加到超过PFD限制的程度，这是不能接受的。

一个较好的解决方案是减少播叫信道506中的一个信道，如506(1)的数据速率，从惯用的数据速率(4800bps或9600bps)降到非常低数据速率(如10bps或更低)而维持常用的功率电平。同时增加用于接收那个播叫信号的积分周期以便允许收集附加的信号能量。这就使播叫信道506(1)每小时成功地传递数十个播叫信道信息到例如位于建筑物中的用户终端，在那里需要克服的过大的传播损失在20dB到30dB范围内。此外，这就使得子束500的功率的大部分被用于业务信道508。

但是在一个如506(1)那样的播叫信道中使用很低的数据速率的解决方案需要使用分配给该信道的正交码或沃尔什序列中之一。为了维持系统的容量且不损失一个播叫信道对在高衰减复盖区域中有限数目用户的使用，采用一个新颖的方法，它使用比传统上应用于形成播叫信道的码长得多的正交码。如上讨论，播叫信道506(1)-506(7)和每个形成子束500的其他沃尔什信道在传统上使用一组沃尔什序列形成，每个具有64码片或128码片长度‘m’。该码序列长度能用于深度播叫，而且该码将保持与其他信道码正交，这可以在某些通信系统中找到应用。

但是通常期望，或者提供或者计划动态扩展到多个深度播叫信道，用于有大量用户终端预期遇到加大的信号衰减的服务区域，使得多个信道能用于播叫到该数目的用户。在此情况及配置中，分配码资源到多个信道，如提供5个深度播叫信道，将使用多个(此处是5)总数为64或128沃尔什或正交码，用于这些信道。这将最终牺牲对其他播叫信道及业务信道的系统容量。但如果使用多个辅助沃尔什码形成深度播叫信道，所有其他的从同一的“根”沃尔什码导出，则只使用一个沃尔什码(而不是64或128或其他在系统中使用的适当数)提供深度播叫信道，而留下更多的码用于形成正规的播叫或业务信道。

提出的技术取得现有的代码产生过程的优点并使用传统应用于形成播叫信道的沃尔什序列中的一个建立长得多的“辅助”沃尔什序列，而且随后使用那个较长的辅助沃尔什序列形成播叫信道506。例如，可以使用通常用于播叫信道506(1)的传统的沃尔什序列，(W₂ ⁶⁴)建立一个长得多的“辅助”沃尔什序列，并随后使用那个较长的辅助沃尔什序列形成一个新的或辅助的播叫信道。

如本专业技术人员所知，标记为W_i ^m(其中i是沃尔什序列的索引，m是沃尔什序列的长度)的沃尔什序列能用于产生N个其他的沃尔什序列，称之为辅助沃尔什序列，每个的长度为N*m，其中N是2的幂(即N＝2ⁿ，n是非负整数)。一个辅助沃尔什序列是由串接N次W_i ^m构成的沃尔什序列，其中每个被连接的W_i ^m可以有不同的极性。必须选择极性序列来产生长度为N*m的N个附加的正交沃尔什序列。

例如取N等于4，可以从W_i ^m建立下列长度为4*m的4个辅助沃尔什序列：

(1)W_i ^m W_i ^m W_i ^m W_i ^m；

(2)W_i ^m

W_i ^m；

(3)W_i ^m W_i ^m；和

(4)W_i ^m W_i ^m

其中标记W_i ^m的逻辑补，即且

从W_i ^m产生的N*m个辅助沃尔什序列的每一个与沃尔什序列W_i ^m以外的所有其他长度为m的沃尔什序列正交，且互相正交。

结果，从沃尔什序列W₂ ⁶⁴能形成N个长度为N*64的辅助沃尔什序列。此外，从沃尔什序列W₂ ⁶⁴形成的N个辅助沃尔什序列的每一个互相正交，而且使用这些序列产生的所有信道将与其他信道正交，包括使用其他沃尔什序列W_j ⁶⁴(j≠2)形成的那些信道。最好，N选成1024，它产生1024个长度为65536(1024*64＝65536)的沃尔什序列，这些1024个辅助沃尔什序列的任何一个能从原用于如506(1)的播叫信道的码产生或形成。本专业的技术人员认识到，N能设置成任何希望的值，就好象正交码能选成具有其他长度。

使用或从原用于形成播叫信道506(1)的序列产生长度为65536的1024个辅助沃尔什序列中的一个，允许降低播叫信道506(1)的数据速率，从惯用的4800bps或9600bps数据速率降到10bps或更低的数据速率而“保留”正交(沃尔什)码。特别是，使用长度为65536的沃尔什序列形成播叫信道506(1)使得播叫信道506(1)能支持低至每秒9.375位的数据速率。这是从每数据位在某个功率电平上以较长的时间周期发送的事实导出的，且信号接收电路被设置成在输入信号中每一位聚集更多的能量。这就增加了在出现衰减时与播叫信号相关并解调该播叫信号的能力。

如上所讨论，降低播叫信道506(1)的数据速率到10bps或更低，在使用几乎与传统上使用的功率相同的情况下，使得播叫信道(1)能够将播叫信道消息提供给建筑物中的用户，在那里需要克服的过分的传播损失在20dB到30dB范围内。

除了将1024个辅助沃尔什序列之一与用于播叫信道506(1)的数据组合，还能使用另外1024个辅助沃尔什序列之一建立除导频信道502和同步信道504以外的一个辅助同步信道。如果给辅助同步信道与同步信道504一样的功率电平，则该辅助信道能够克服20dB-30dB的衰减，并因而能穿透建筑物或其他类似的障碍物。这就对在获取及解调深度播叫信号中的使用提供合适的定时基准。如果希望，也可使用一个辅助导频信道，虽然这不是必需的。这里，能够使用1024个辅助沃尔什序列中的一个建立除了导频信道502之外的一个辅助导频信道。

图6示出按照本发明的一个实施例的具有信号结构的子束600。象子束500那样，子束600包括一个导频信道602，一个同步信道604，包括辅助播叫信道606(1)的多达7个播叫信道606(1)-(7)，和55个业务信道608(1)-608(55)。也能使用用于建立辅助播叫信道606(1)或606(1₁)的正交码(606(1))，建立多达1024或更多的辅助正交沃尔什码，这些码能被用于建立辅助导频信道(若需要)、附加辅助同步信道，和多个辅助播叫信道。这示于图6中，其中子束600包括一个辅助导频信道603、辅助同步信道605和一个或多个辅助播叫信道606(1₁)到606(1_N)。如前所述，根据特定通信系统设计，可以根据需要使用较长或较短的正交序列，这将导致不同的信道数。

在一个实施例中，使用沃尔什序列W₀ ⁶⁴产生或形成导频信道602，使用沃尔什序列W₁ ⁶⁴形成同步信道604，使用沃尔什序列W₃ ⁶⁴-W₈ ⁶⁴形成播叫信道606(2)-606(8)，且使用沃尔什序列W₉ ⁶⁴-W₆₃ ⁶⁴形成业务信道608(1)-608(55)。在本实施例中，辅助播叫信道606(1)或606(1₁)是使用1024个长度为65536的辅助沃尔什序列之一形成的，如上所述后者是从沃尔什序列W₂ ⁶⁴形成的。此外，使用从沃尔什序列W₂ ⁶⁴形成的1024个辅助沃尔什序列中的另一个建立或形成辅助同步信道605。

最好与惯用的4800bps和9600bps的数据速率相反，在辅助播叫信道606(1)上数据速率设置到10bps或更低。用这样的配置，在辅助同步信道605和辅助播叫信道606(1)上发送的数据能够渗透那些过度的传播损失在30dB或更小的范围内的构筑物(如建筑物)，因为从较长的信号积分时间内每数据位捕捉到更多的能量。结果，在辅助播叫信道606(1)或606(1₁)上送出的播叫能被用户终端接收到，而不论用户终端是否在一个建筑物中。

但是因为卫星116，118不是在与地球同步的轨道中，降低在辅助播叫信道606(1)的数据速率到10bps或更低使多普勒效应更严重。即数据传输速率愈低，多普勒效应对频移及相位改变的冲击愈大。在较低频率下的较长的数据位周期意味着在每个数据位上产生的多普勒频移和相位改变比在高频下大。例如，当接收10bps的信号时在每个数据位中由于多普勒效应的多普勒频移和相位的改变比在10000bps下接收同样的信号要大1000倍。这就导致无能力或至少减低能力来完成通常在使用导频信号的通信系统中应用的相干信号接收。必须跟踪多普勒频移的量，或者予以补偿，以便允许对相关与跟踪有合适的信号定时。

能使用技术来补偿在较低频率下增大的多普勒的影响，在下面讨论两个这种技术。在第一个技术中，因为UT电路在开始以10bps速率接收前有效地锁定到多普勒频移，实际上出现较小的问题。但在第二个提出的技术中，当已经在建筑物中或信号衰减区域时UT接通，它必须使用相当长(长到1000倍)的积分时间搜索导频信号。在没有多普勒值是多少的很好的概念时，UT看来不去寻找或获取导频信号或同步信号。

第一个技术需要用户终端在未被阻档时打开。接着在用户终端进入一个建筑物或被阻档以前，该用户终端置于“深度播叫模式”。将用户终端放在深度播叫模式意味着该用户终端使用增加的积分周期或时间监测正规的或辅助的导频信道603，监测正规的或辅助的同步信道605，还监测低数据速率的播叫信道(辅助播叫信道606(1))。最好，使用比通常(如与正规导频信号，播叫信号，业务信号等比较)长1000倍量级的积分时间。在用户终端进入建筑物时，用户终端根据低的数据速率信道自动跟踪多普勒频移，并因此使用长的积分时间使能带着大的信道信号衰减来跟踪。因此，只要信号衰减不超过30dB，UT能够在低数据速率的播叫信道上接收播叫消息。此技术的唯一缺点是用户必须记得在进入建筑物之前着手进行深度播叫模式，或者用户终端必须自动地检测信号衰减并随后自动切换到深度播叫模式。

与第一种技术相比第二种技术通常花费更多或使用更多的电路单元，但是在用户终端进入建筑物或其他严重的信号衰减区域以前不必要将用户终端置于深度播叫模式。事实上，即使当用户终端打开而同时用户终端已经象进入建筑物那样进入信号衰减区时，第二种技术仍然有效。第二种技术需要用户终端在正常模式中接收和存储从网关发送的天体位置消息。通过接收和存储天体位置消息，用户终端将知道或确定对各个卫星期望的多普勒频移以及它们随时间的变化。

为了使用第二种技术，用户终端必须也知道它本身的位置。对一个用户终端在它用网关登录时存储此位置而且如果新的位置未能得到时，使用最后存储的位置，这已经足够了。另外，如果用户终端装备有能在建筑物中得到GPS信号的全球定位系统(GPS)接收机，用户终端的位置能够确定。然后使用GPS数据作为起始位置。知道它本身的位置并接收和存储天体位置消息使用户终端能够确定多普勒效应并预计未来的值。因此，第二种技术使用户终端能在建筑物内部时打开且仍然获取导频信道600。

虽然在上面描述了本发明的各种实施例，应该理解它们仅作为例子提出而不是限制本发明。因此，本发明的范围将不受上述任何示例性实施例所限制，而只根据下面的权利要求及其等同内容所确定。

Claims (3)

1.一种用于在通信系统中补偿多普勒效应的方法，其中消息以低于4800bps的数据速率发送到在建筑物中的用户终端，该方法包括下列步骤：

在用户终端接收从网关发送的天体位置消息；

将所述天体位置消息存入所述用户终端；

确定所述用户终端的位置；

根据所述位置及存储在所述用户终端中的所述天体位置消息确定多普勒效应；

获取导频信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述用户终端位置的步骤包括每当用户终端用网关登录时存储用户终端位置的步骤。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述用户终端位置的步骤包括接收全球定位系统(GPS)信号的步骤。

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