[发明专利]使用同步和非同步卫星的无线通信系统

说明书

背景

本发明一般涉及提供无线通信的方法和系统，具体涉及使用卫星提供无线通信这样的方法和系统。

过去，提供全球覆盖的卫星系统不外乎三种类型之一，可广泛地以轨道距离划分为同步(GEO)、低地球轨道(LEO)和中地球轨道(MEO)。同步卫星通信系统的例子是INMARSAT系统(国际海事卫星组织)。同步卫星的一个好处是它们保持在相对地球固定的位置上，而且只需要四个这样的卫星就可以覆盖整个地球。同步卫星的一个缺点是距离较远，需要很高的发射功率和较大的天线来提供通信容量而且带来大约1/4秒的往返信号传播延迟。

LEO系统的一个例子是Motorola建议的IRIDIUM系统。LEO系统的一个好处是卫星距地球较近，因此通信得到改善。由于卫星距地球较近，卫星和单个用户收发机需要的发射功率较小。一个缺点是需要大约70个卫星才能对地球上大多数点提供24小时的覆盖。而且，低地球轨道上的卫星相对地球移动较快，因此引起很高的多普勒偏移以及很频繁的从一个卫星到下一个的通信切换。

折衷的MEO系统的一个例子是TRW建议的ODYSSEY卫星系统。MEO卫星的轨道高度位于GEO和LEO轨道之间，比GEO系统提供更好的通信质量，相比LEO系统移动较少且多普勒偏移较少。而且，MEO系统使用8到18个卫星对全球大多数点提供了24小时左右的覆盖，这比大约70个卫星的LEO方案要廉价得多。

尽管MEO方案代表了互相冲突的需求之间的一个较好的折衷，但是它存在一个实际的缺陷，即在考虑吸引用户的足够覆盖(以可用时间的百分比计)之前几乎所有卫星都必须到位。这个教训是从GPS卫星导航系统中学来的，这也是一个MEO方案。因此，当实施MEO系统时，在得到足够的收入之前需要一笔支撑一个多年计划的可观投资。

因此，希望提供克服前述常规的LEO、MEO和GEO方案缺陷的无线通信系统和方法。

内容

根据本发明的示范实施例，一种混合的GEO/MEO方案随着同步卫星的发射而开始，它提供对预计业务增长的主要地区的无线通信覆盖，但是容量有限只够支持最初数目的用户。跟着连续发射多个MEO卫星。MEO卫星最初可以代替同步卫星的覆盖。然后，一旦足够的MEO卫星都上了轨道，主要的业务负担可以转交给MEO卫星，而GEO卫星执行补充的作用。最后，如果需要，可以发射足够的MEO卫星提供全部的预计系统容量。

用这种方法，克服了MEO系统的主要缺陷，特别是最初发射和足够达到利润率容量之间的较长时间，因为根据本发明的系统通过首先发射一个同步卫星来提供暂时的容量。

附图的简单描述

本发明前述的、以及其它的目的、特性以及优势通过结合附图阅读下面的详细描述会得到更容易的理解，其中：

图1说明根据本发明的环绕地球的同步卫星；

图2说明根据本发明另一个示范实施例的一个同步卫星和几个中地球轨道卫星；以及

图3表示根据一个示范实施例的一个同步卫星和很多中地球轨道卫星。

详细描述

根据本发明，图1表示将建立在同步轨道上的第一个卫星10以提供系统的最初容量。尽管它的容量有限，这个同步卫星10可以提供足够的容量为预定的地理覆盖或业务区20之内的有限数目的用户服务。因此，例如，如果一个终端单元30停留在地理覆盖区域20之内而且是被同步卫星10服务的有限数目的用户之一，那么终端单元30可以期望得到很好的服务，可能在高峰使用时间时除外。

在系统发展的第二阶段，可以将接续的卫星40发射到中地球轨道，如图2中所见。例如，这样的轨道可以是所谓谐同步轨道，卫星在一个恒星日环绕地球整数次，以便重复地面轨迹。例如，16756km的轨道半径(轨道高度10386km)为每个恒星日4个轨道。注意每个中地球轨道卫星40由于它们相对较近，标称容量比同步卫星10要大。当然，单个中地球轨道卫星40对地球上任何区域的覆盖不能超过一天的一小部分，例如，每天两个小时，但是这种覆盖可以选在每天的业务高峰期间、至少一个主要的业务地点内出现，因此而弥补了GEO卫星的有限容量，允许扩展用户的数目。

根据本发明的示范实施例的一个所期望的特性是，不管接入的是同步还是中地球轨道卫星，终端单元和卫星之间无线信号的双路交换所使用的调制和多址接入(例如，FDMA、TDMA、CDMA或它们的混合)的方法是一样的。另一个期望是，MEO卫星轨道周期为一天的约数，这样它可以在指定的高峰业务期间重复运行在选定的服务区域。