使用多波束确定终端位置制造技术

本发明专利技术示例性的实施例描述了终端位置定位方法和系统。确定了由阵列天线产生的邻近的圆波束的相对的功率。例如确定了六个相邻圆波束相对一个中心圆波束的功率，在该中心圆波束中一个移动站在运行着。能测定该中心圆波束的相对功率，使用这些测量信息，例如使用该圆波束图的指数模式能确定该移动站的位置。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
背景本专利技术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。概况按本专利技术的示例性实施例，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专利技术的这些和其他的优点，其中附图说明图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是说明用于模拟本专利技术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。详细说明为着手讨论终端位置确定，考虑一个特别简化的卫星通信系统，其中可利用三个通信通道。可用由一个卫星天线系统的固定的物理特性提供的大量的天线波束，例如37个天线波束被用来辐射在称为圆波束有效区范围的地面。图1中说明这37个圆波束之中的部分。按照一般的常识，处于三个圆中间的最差位置(例如在图1中表示成对应该波束辐射交叉点的那些位置)的增益是通过这样方式来选择波束宽度使其最大，即在该中间位置上增益相对峰值波束中心增益约下降3dB。一种示例性的折衷能在以下两个方面之间实施，一方面，通过扩展波束，降低峰值增益，从而降低边缘损耗，而另一方面，将波束变窄，以增加峰值增益，但却遭遇到较大的波束边缘损耗，如果同以前那样偏离中心相同的距离的话。一种供选择的方案在上述U.S.专利申请序号08/179,583中公开，它描述多个通道如何能有利地按稍许不同的方向辐射以使得在地球上的每一位置接近一个通道的波束中心。按这种方式系统可以备有大量通道，据此去选择中心越加朝向任一具体移动物体的通道，这样将避免在不同情况下可能呈现的波束边缘损耗。在两种情况下，系统都应用在37个圆波束的每一个中所有三个频率通道，结果在三个波束中间位置的一个移动物体能接收来自所有三个波束的在每一个频率上的相等的重叠信号，即二个等强度干扰处在每一个所要求的信号上，或者该干扰问题可通过在3单元频率复用模式波束间分配频率而得已避免。对于这后一情况，一个处在三波束中间位置的移动物体能接收来自该三个不同的环绕波束的等强度的所有三个频率的信号，然而一个频率只来自每一个波束，来自更远一些的波束的旁瓣的干扰将有某些减弱。处在两个波束中间位置的一个移动物体可接收两个频率的等强度信号，和来自第三频率的两个相等信号的某些强度减弱的信号。一个处在一波束中心的移动物体原则上可接收这样一个波束的频率，该波束对来自六个环绕波束的另外两个频率上的信号强度有某些减弱。这样，对于一个移动站有可能根据例如三个频率的相对接收信号强度去粗略地确定其位置，这就如以上作为参考的U.S专利申请序号08/179,958所详细描述的那样。以下将详细描述根据从接近波束接收信号强度来确定位置的示例性方法。由一个移动物体从每一个波束接收的功率取决于波束形状的大小，而该波束的合成辐射方向图取决于单个单元辐射方向图和阵列因子的组合，这归因于单元的波束形成。能够用来确定合成方向图功率损耗的一种模式是指数性模式。如果存在从一个波束到下一个波束的足够的鉴别能力，则由该占用并环绕的波束测量的接收信号强度能用作该波束形状的测量，而该测量的波束形状能用来确定移动物体的位置。假定已知该波束的中心位置时，估算移动物体位置的问题成为估算相对于该波束中心的用户位置。给定一个具体圆波束的已知的指明方向，该用户的位置能由两个角量指定离开该波束中心的角度的角，φ；以及围绕按该波束中心的方向从卫星延长的射线的角，θ。这个概念在图2中说明。波束的方向图是角φ和θ的函数，虽然归化的波束形状可使用由下式给出的指数方程模拟P(φ)=e-αφ2----(1)]]>这里α被选择以适合对真实波束方向图的模拟，这种模拟对于通常高达数度的小的φ值是相当准确的。例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在一个无线电通信系统中用于确定一终端位置的方法，使用具有圆波束的阵列辐射区域，包括步骤：测量与多个所说圆波束的每一个相关的接收的功率；通过将所说相对功率同一参考功率相比较确定与所说接收功率相关的相对功率；以及使用所说相对功率 和圆波束形状模式确定所说终端位置。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：KJ莫尔纳，PW登特，
申请(专利权)人：艾利森公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]