[发明专利]使用TDMA格式转换的移动站卫星通信

说明书

                      发明领域

本发明涉及时分多址(TDMA)通信系统，而且更特别地涉及带有非对称TDMA帧结构的TDMA通信系统。

                      发明背景

蜂窝电信是有史以来发展最快而且需求最多的电信应用之一。今天，它代表了全球所有新电话用户中的一个大而持续增长的百分比。

在欧洲和北美，存在几个正在运行的大模拟蜂窝系统，例如北欧国家的NMT(Nordic Mobile Telephone)，英国的TACS(Total AccessCommunication System)、以及美国的AMPS(Advanced Mobile PhoneSystem)。质量、容量以及覆盖区域的差别都很大，但是需求几乎普遍超过了预计。为了强调已有模拟蜂窝系统的容量限制，很多经营者转移到了数字蜂窝系统。数字蜂窝系统一般归类为TDMA、CDMA(Code-Division Multiple Access码分多址)、或其混合。TDMA系统，例如全欧GSM(Groupe Special Mobile，或G1obal System for Mobilecommunication)系统以及美国的D-AMPS(Digital Advanced MobilePhone System)，都通过将每个频段划分成时隙、在相同频率上为多个用户分配不同时隙来提供增加的容量。在另一方面，CDMA系统是通过使用正交扩频码允许多个用户在相同的频率范围内同时工作来提供增加的容量的。从长期前景来看，使用某种形式的数字技术的蜂窝系统将成为通信的一般方式。

TDMA系统，例如GSM和D-AMPS，都是目前最广泛发展的数字蜂窝系统。例如GSM，将每个频率分成8个时隙。如图1所示，基站100将频率F1上的信号在时隙2中广播到移动站120a并在时隙5中广播到移动站120b。单个频率上可以容纳多至8个移动站。从基站100发射到移动站120a、120b的信号称为下行链路信号，或更简单地称为下行链路。对于双向通信，在相反方向上也必须有一组对应的频率和时隙，称为上行链路信号，或更简单地称为上行链路。一般，TDMA系统使用对称的帧格式，也就是，TDMA帧结构(即，带宽、时隙数、数据率等)在上行链路和下行链路上是一致的。

目前，已经提议建立使用轨道卫星的移动卫星通信系统，取代、或补充地面基站的覆盖。一般，移动卫星通信系统使用低地球轨道(LEO)、中圆形轨道(ICO)、或同步地球轨道(GEO)卫星。地面站用作为在卫星和公共交换电话系统(PSTN)、或地面蜂窝系统之间的网关。理想地，卫星作为一个“弯管”，也就是说，卫星是一个转发器，将从移动站接收的信号向下中继到地面站，并类似地将从地面站接收的信号中继到移动站。通常，需要在卫星中做频率转换，因为地面站和卫星之间的通信(例如，C-波段、Ku-波段)是在与卫星和移动站之间的通信(例如，L-波段)不同的频率范围内进行的。一般希望设计能使卫星结构很简单的系统。

可使用TDMA来增加卫星和移动站之间通信的容量。如所提到的，TDMA格式一般是对称的，也就是说，上行链路和下行链路具有相同的TDMA时隙结构。但是，由于性能的因素，上行链路TDMA结构可能与下行链路TDMA结构不同，即，带宽、时隙数、以及数据率在上行链路和下行链路可能有显著差别。

在需要移动站到移动站通信的地方，通过地面站完成非对称TDMA格式之间的变换会导致不能接受的时延。一般在ICO系统中，PSTN或地面蜂窝网络和与卫星通信的移动站之间的连接经过的时延为400毫秒的量级，这是用户可以察觉的，但是不是正常通话的很大障碍。当两个移动站之间的链路通过地面站完成时，延迟可能达到1.2秒之多，这是正常通话所不能接受的障碍。TDMA通信系统中的一些卫星转发器处理接收的以一种TDMA格式的信号并以另一种TDMA格式发射信号。例如，EP-A-0 139 034公开了一种通过卫星发射通信业务的方法，其中卫星配备了多个接收和发射单元，这些单元可以通过一个交换矩阵选择性地彼此连接。卫星中的每个发射单元配有一个解调器，首先解调从交换矩阵收到的接收信号，并在存储器中存储那些信息。此后，用低于解调信号信息写入存储器的比特率将解调信息从存储器中连续读出。从存储器中读出的较低比特率信息在调制器中再调制，然后上变频并通过天线重新发射。GB 2 221 368使用双端口RAM重排输入TDMA帧的时隙，在输出帧中产生一个序列。