[发明专利]使用多波束确定终端位置

说明书

背景

本发明涉及用于确定在一个无线电通信系统中的终端位置的一种系统，更具体地，涉及在无线电通信系统中终端的定位，其中使用圆波束辐射地理区域，以提供通信复盖范围作用距离。

能在卫星通信系统中发现一个应用圆波束的无线电通信系统的例子。另一个例子是蜂窝/PCS系统，它使用固定波束相控阵列。为获得经济而实用的能力服务于大量用户，通信系统在全球范围内需要允许多次重复使用可利用的频谱。例如通过使用将所选服务区域的辐射分成许多较小区域的多圆波束天线是能够实现的。

大多数这种应用的有前途的卫星系统置多个卫星于低地球轨道(LEOs)，中地球轨道(MEOs)，固定地球轨道(GEOs)。固定轨道的卫星的缺陷包括庞大的天线，需要它从40,000km轨道距离产生要求尺度的圆波束以及信号通过该轨道距离的长延时，将使双向通话产生问题。另一方面，处低轨道的卫星的缺陷在于由于卫星相对地球移动，从而当卫星环绕地球旋转时该圆波束辐射区域将改变。中地球轨道卫星能呈现出LEOs的问题又呈现出GEOs的问题，虽然程度小些。

应用低或中地球轨道卫星的卫星系统需要补偿因卫星相对地球移动引起卫星和地球上终端间链路中的快变化传播延时。在这种系统中通信期间，对信号提供多谱勒补偿以计算出传播延时的变化。为提供多谱勒补偿，终端能够对多谱勒频率进行探测，然而这是一个耗时的过程，因为这将延迟对系统的连接。但另一方面，当得知终端位置，以及卫星天体位置推算表信息后，可计算多谱勒补偿而不是去探测该多谱勒频率，由此加速呼叫方的过程。

在许多其他系统功能的规定中了解该终端单元的位置也是有用的。例如，使用该终端的位置的资料能简化圆波束和通道分派之间的终端单元的交接。此外，如在美国专利序号08/179,953中所描述的那样，在计算波束形成矩阵中终端位置也是有用的。

确定终端位置的一般方法是使用由全球定位系统(GPS)导出的信息。GPS包括每个发射一已知信号的大量的MEO卫星。按照地球上任一个给定的位置，一个终端能接收并测量三个或四个这样的信号(因为在轨道中的大量GPS卫星)以确定时间延迟并由此确定该三个或四个卫星和该终端之间的距离。之后该信息能用于在该终端位置上组成三角形。虽然这种技术在对一个接收机可得到许多个不同卫星信号的系统而言有理由认为是有效的，但其他系统，例如GEO卫星系统不具有这种性能。因此，希望在无线电通信系统中提供不同的方法和系统以获得终端的位置信息，而该系统不依赖于可从多个卫星得到信号。

概况

按本发明的示例性实施例，终端定位是通过测量从多个紧接该终端的圆波束接收的信号的相对信号强度值来完成的。例如能测量相对一个中心圆波束的六个相邻圆波束的信号强度。在该中心圆波束中一个移动站目前正在工作着。使用这些测量的信息，该终端的位置可以使用圆波束图的指数模式来确定。这些示例性技术能应用到使用具有多波束的阵列天线的任何无线电通信系统，包括具有一个卫星或多个以地面为基础的基站的系统。

按照其他的示例性实施例，该移动站或终端能测量从一个卫星传播的信号的时间延迟，并使用若干这样测量的信息来确定其位置。例如在当该移动站期待寻呼消息时的呼叫建立期间或唤醒期间可执行该过程。

附图的简要说明

按照以下结合附图的书写说明，本专业技术人员将容易明白本发明的这些和其他的优点，其中：

图1说明一个示例性的圆波束辐射图；

图2说明用于确定相对一个卫星位置的一个终端位置的示例性的座标轴和角度；

图3图示指数性波束形状模式的相对精度作为偏离波束中心的角度的函数；

图4是说明终端定位的径向映像；

图5是说明用于模拟本发明的一个示例性实施例的模式的方块图；

图6是X座标估算与模拟经过的时间的关系曲线；

图7是Y座标估算与模拟经过的时间的关系曲线；

图8是估算距离与模拟经过的时间的关系曲线；

图9是估算方位与经过的模拟时间的关系曲线；

图10是估算距离误差与信/杂比的关系曲线；

图11-17表示其他模拟特性的曲线；

图18(a)和18(b)说明用于进行圆波束测量的示例性装置。

详细说明