ES2284271T3 - Determinacion precisa de la distancia y de la varicacion de la distancia en un sistema de comunicacion por satelite. - Google Patents
Determinacion precisa de la distancia y de la varicacion de la distancia en un sistema de comunicacion por satelite. Download PDFInfo
- Publication number
- ES2284271T3 ES2284271T3 ES99951409T ES99951409T ES2284271T3 ES 2284271 T3 ES2284271 T3 ES 2284271T3 ES 99951409 T ES99951409 T ES 99951409T ES 99951409 T ES99951409 T ES 99951409T ES 2284271 T3 ES2284271 T3 ES 2284271T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- user terminal
- satellite
- gateway
- signal
- distance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 238000004891 communication Methods 0.000 title description 39
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 78
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 30
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 11
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 11
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 9
- 101100422538 Escherichia coli sat-2 gene Proteins 0.000 description 8
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 8
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000009916 joint effect Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
- H04B7/14—Relay systems
- H04B7/15—Active relay systems
- H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
- H04B7/1853—Satellite systems for providing telephony service to a mobile station, i.e. mobile satellite service
- H04B7/18545—Arrangements for managing station mobility, i.e. for station registration or localisation
- H04B7/18547—Arrangements for managing station mobility, i.e. for station registration or localisation for geolocalisation of a station
- H04B7/1855—Arrangements for managing station mobility, i.e. for station registration or localisation for geolocalisation of a station using a telephonic control signal, e.g. propagation delay variation, Doppler frequency variation, power variation, beam identification
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
- G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
- G01S5/12—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves by co-ordinating position lines of different shape, e.g. hyperbolic, circular, elliptical or radial
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
- G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Astronomy & Astrophysics (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Radio Relay Systems (AREA)
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
Un aparato para determinar la distancia entre un satélite (116, 118) y un terminal (124, 126) de usuario y la velocidad de variación de dicha distancia, que comprende: un receptor de terminal de usuario para recibir en un terminal de usuario una primera señal desde un satélite; un demodulador de terminal de usuario para medir en dicho terminal de usuario el desplazamiento de frecuencia de dicha primera señal para obtener un primer desplazamiento Doppler, y para registrar la hora de la medición de la frecuencia para obtener una primera marca de la hora; un transmisor de terminal de usuario para transmitir dicho primer desplazamiento Doppler y dicha primera marca de la hora a una pasarela (120, 122) como una segunda señal; un demodulador (212) de pasarela para medir en dicha pasarela un retardo de ida y vuelta entre la transmisión de dicha primera señal desde dicho satélite y la recepción de dicha segunda señal en dicha pasarela, para medir en dicha pasarela el desplazamiento de frecuencia dedicha segunda señal para obtener un segundo desplazamiento Doppler, y para registrar la hora de las mediciones de la pasarela para obtener un segunda marca de la hora; y un módulo (208) de determinación de posición en dicha pasarela para determinar la distancia entre dicho satélite y dicho terminal de usuario y la velocidad de variación de dicha distancia basándose en dicho retardo de ida y vuelta, dicho primer y segundo desplazamiento de frecuencia Doppler, y dicha primera y segunda marca hora.
Description
Determinación precisa de la distancia y de la
variación de la distancia en un sistema de comunicación por
satélite.
La presente invención se refiere, en general, a
sistemas y redes de comunicación por satélite. Más particularmente,
la presente invención se refiere a determinar las distancias entre
estaciones móviles y satélites y las velocidades de variación de
esas distancias.
Un sistema de comunicaciones típico basado en
satélites comprende al menos una estación base terrestre (en lo
sucesivo denominada como una pasarela), al menos un terminal de
usuario (por ejemplo, un teléfono móvil), y al menos un satélite
para retransmitir señales de comunicaciones entre la pasarela y el
terminal de usuario. La pasarela proporciona enlaces desde un
terminal de usuario a otros terminales de usuario o sistemas de
comunicaciones, tal como un sistema de telefonía terrestre.
Aunque la llegada del terminal de usuario móvil
ha permitido a los usuarios llevar consigo sus teléfonos adonde
quiera que vayan, también ha impuesto al portador de comunicaciones
por satélite la responsabilidad de determinar la ubicación del
terminal de usuario. La necesidad de información de la posición del
terminal de usuario proviene de diversas consideraciones. Una
consideración es que el sistema debería seleccionar una pasarela
apropiada para proporcionar el enlace de comunicaciones. Un aspecto
de esta consideración es la asignación de un enlace de
comunicaciones al proveedor de servicio apropiado (por ejemplo, una
compañía telefónica). Un proveedor de servicio se designa
normalmente a un territorio geográfico particular, y trata todas las
llamadas con los usuarios en ese territorio. Cuando las
comunicaciones se requieren con un terminal de usuario particular,
el sistema de comunicaciones puede asignar la llamada a un proveedor
de servicio basándose en el territorio en el que el terminal de
usuario está ubicado. Con el fin de determinar el territorio
apropiado, el sistema de comunicaciones requiere la posición del
terminal de usuario. Una consideración similar surge cuando las
llamadas deber asignarse a proveedores de servicio basándose en
fronteras políticas o servicios contractuales.
Varios procedimientos para determinar la
ubicación del terminal de usuario implican medir la distancia entre
el terminal de usuario y el satélite y la velocidad de variación de
esa distancia. Cuando estas mediciones se combinan con otros datos,
tal como la posición del satélite, la ubicación del terminal de
usuario puede determinarse de manera precisa. Las técnicas para
determinar la ubicación del terminal utilizando la distancia y
variación de la distancia satélite-terminal de
usuario de usuario se describen en el documento WO9814795 A1
titulado "Position Determination Using One
Low-Earth Orbin Satellite", y en el documento
WO9814797 A1 titulado "Unambiguous Position Determination
Using Two Low Earth Orbit Satellites" y en la publicación
"Quick position determination using 1 or 2 satellites"
por N. Levanon, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic
Systems, EE.UU., IEEE INC. Nueva York, vol. 34, nº 3, páginas
736-754.
En los documentos descritos anteriormente, la
distancia y la velocidad de variación de la distancia
satélite-terminal de usuario se determinan
basándose en mediciones de señales de comunicaciones que tienen
lugar tanto en el terminal de usuario como en la pasarela. En
general, estas mediciones no se toman simultáneamente. Por tanto,
el satélite se mueve entre la medición del terminal de usuario y la
medición de la pasarela. Lo que se necesita es una manera que tenga
en cuenta el movimiento del satélite con el fin de obtener
mediciones más precisas, que a su vez transmitirán una información
de posición más precisa para el terminal de usuario.
La presente invención comprende un aparato según
las reivindicación 1 y un procedimiento según la reivindicación 6
para determinar de manera precisa la distancia entre uno o más
satélites y un terminal de usuario y la velocidad de variación de
esa distancia. Cuando se determinan de forma precisa según la
presente invención, estas cantidades pueden utilizarse para
determinar la ubicación del terminal de usuario con un alto grado de
precisión.
Según el procedimiento, el terminal de usuario
recibe una primera señal transmitida desde un satélite. El terminal
de usuario mide el desplazamiento de frecuencia Doppler de la señal
y marca la hora de la medición. El terminal de usuario transmite
entonces la medición del desplazamiento Doppler y la marca de la
hora a la pasarela como una segunda señal. La pasarela mide el
retardo de ida y vuelta entre la transmisión de la primera señal
por el satélite y la recepción de la segunda señal en la pasarela.
La pasarela también mide el desplazamiento de frecuencia Doppler de
la segunda señal y marca la hora de las mediciones. La pasarela
determina entonces la distancia y la velocidad de variación de la
distancia entre el satélite y el terminal de usuario basándose en
el retardo de ida y vuelta, los desplazamientos de frecuencia
Doppler y las marcas de hora.
Si un segundo satélite está disponible, la
presente invención puede obtener la distancia y la velocidad de
variación de la distancia entre el terminal de usuario y el segundo
satélite tomando dos medidas adicionales. Según este procedimiento,
el terminal de usuario recibe una tercera señal transmitida desde el
segundo satélite. El terminal de usuario mide el desplazamiento de
frecuencia Doppler de la tercera señal experimentada. El terminal
de usuario también mide la diferencia de hora de llegada entre la
primera y tercera señal y marca la hora de la medición. El terminal
de usuario transmite entonces estas mediciones a la pasarela. La
pasarela determina entonces la distancia y la velocidad de
variación de la distancia entre el segundo satélite y el terminal
de usuario basándose en el retardo de ida y vuelta, el
desplazamiento Doppler de la tercera señal y la diferencia de hora
de llegada.
Una ventaja de la presente invención es que
permite la determinación de la distancia y la velocidad de variación
de la distancia entre un satélite y un terminal de usuario,
corregidas para la aceleración del satélite, sin requerir
conocimiento de la posición del terminal de usuario.
Las características, objetivos y ventajas de la
presente invención serán más aparentes a partir de la descripción
detallada expuesta a continuación cuando se toma en conjunción con
los dibujos en los que los mismos caracteres de referencia se
corresponden a través de todo el presente documento en los que:
La figura 1 es un sistema de comunicación
inalámbrico a modo de ejemplo en el que es útil la presente
invención.
La figura 2 es un diagrama de bloques que
ilustra la arquitectura funcional de una pasarela según una
realización preferida de la presente invención.
La figura 3 en cronograma que representa la
sincronización relativa de las mediciones tomadas en el terminal de
usuario y en la pasarela.
La figura 4 es una representación de las
relaciones espaciales entre la tierra, un terminal de usuario y un
satélite.
La figura 5 es un diagrama de flujo que describe
un procedimiento para determinar la distancia y la velocidad de
variación de la distancia entre un terminal de usuario y un satélite
según una realización preferida de la presente invención.
La figura 6 es un diagrama de flujo que describe
un procedimiento para determinar la distancia y la velocidad de
variación de la distancia entre un terminal de usuario y un segundo
satélite cuando dos satélites están disponibles, según una
realización preferida de la presente invención.
La presente invención es un aparato y
procedimiento para determinar de forma precisa la distancia entre
uno o más satélites y un terminal de usuario y la velocidad de
variación de la distancia. Cuando se determinan de forma precisa
según la presente invención, estas cantidades pueden utilizarse para
determinar la ubicación del terminal de usuario con un alto grado
de precisión.
La presente invención es particularmente
adecuada para su utilización en sistemas de comunicación que
utilizan satélites de órbita terrestre baja (LEO). Sin embargo,
como resultaría evidente a un experto en la técnica pertinente, el
concepto de la presente invención también puede aplicarse a sistemas
por satélite en los que los satélites viajan en órbitas que no son
LEO. Antes de tratar las realizaciones de la presente invención, se
presente un entorno típico en el que la invención puede
funcionar.
En la figura 1 se ilustra un sistema de
comunicación inalámbrico a modo de ejemplo en el que la presente
invención es útil. Se contempla que este sistema de comunicación
utiliza señales de comunicación de tipo de acceso múltiple por
división de código (CDMA), pero esto no se requiere por la presente
invención. En una parte de un sistema 10 de comunicación ilustrado
en la figura 1, se muestra una estación 112 base, dos satélites 116
y 118 y dos pasarelas 120 y 122 asociadas o concentradores
(hubs) para efectuar comunicaciones con dos terminales 124 y
126 de usuario remotos. Normalmente, las estaciones base y los
satélites/pasarelas son componentes de sistemas de comunicación
independientes, denominados terrestres y basados en satélite, aunque
esto no es necesario. El número total de estaciones base, pasarelas
y satélites en tales sistemas dependen de la capacidad del sistema
deseado y de otros factores bien conocidos en la técnica.
Los terminales 124 y 126 de usuario incluyen
cada uno un dispositivo de comunicación inalámbrico tal como, pero
no limitado a, un teléfono celular, un transceptor de datos, un
receptor de determinación de posición o radiomensajería, y puede
ser manual o montado en vehículo si se desea.
Generalmente, las ondas dirigidas de los
satélites 116 y 118 cubren diferentes áreas geográficas en diseños
predefinidos. Las ondas dirigidas en diferentes frecuencias, también
denominadas canales CDMA o "ondas dirigidas secundarias",
pueden dirigirse para solapar la misma región. Los expertos en la
técnica también entienden fácilmente que la cobertura de las ondas
dirigidas o las áreas de servicio para múltiples satélites, o los
modelos de antenas para múltiples estaciones base, pueden diseñarse
para solaparse completa o parcialmente en una región dada
dependiendo del diseño del sistema de comunicación y del tipo de
servicio que está ofreciéndose y de si está consiguiéndose
diversidad espacial.
Se han propuesto una variedad de sistemas de
comunicación de múltiples satélites con un sistema a modo de
ejemplo que emplea un orden de 48 o más satélites, viajando en ocho
planos orbitales diferentes en órbitas LEO para dar servicio a un
amplio número de terminales de usuario. Sin embargo, los expertos en
la materia entenderán fácilmente cómo las enseñanzas de la presente
invención pueden aplicarse a una variedad de configuraciones de
pasarelas y sistemas por satélite, incluyendo otras distancias y
constelaciones orbitales.
En la figura 1, se ilustran algunas trayectorias
de señal posibles para comunicaciones que se establecen entre las
terminales 124 y 126 de usuario y la estación 112 base, o través de
los satélites 116 y 118, con las pasarelas 120 y 122. Los enlaces
de comunicación estación base-terminal de usuario se
ilustran mediante las líneas 130 y 132. Los enlaces de comunicación
satélite-terminal de usuario entre los satélites 116
y 118 y los terminales 124 y 126 de usuario se ilustran mediante
las líneas 140, 142 y 144. Los enlaces de comunicación
pasarela-satélite, entre las pasarelas 120 y 122 y
los satélites 116 y 118 se ilustran mediante las líneas 146, 148,
150 y 152. Las pasarelas 120 y 122, y la estación 112 base, pueden
utilizarse como parte de sistemas de unidireccionales o
bidireccionales o simplemente para transferir mensajes o datos a los
terminales 124 y 126 de usuario.
Para una facilidad en la explicación de las
trayectorias de señal descritas anteriormente, se adopta la
siguiente convención en esta descripción. Las señales transmitidas
desde una pasarela a un satélite se denominan el "enlace
ascendente directo". Las señales transmitidas por un satélite a
un terminal de usuario se denominan como el "enlace descendente
directo". El enlace ascendente directo y el enlace descendente
directo se denominan comúnmente el "enlace directo". Las
señales transmitidas desde un terminal de usuario a un satélite se
denominan el "enlace ascendente inverso". Las señales
transmitidas por un satélite a una pasarela se denominan el
"enlace descendente inverso". El enlace ascendente inverso y
el enlace descendente inverso se denominan conjuntamente el
"enlace inverso".
La realización preferida de la invención se
trata en detalle posteriormente. Aunque se tratan etapas,
configuraciones y disposiciones específicas, debería entenderse que
sólo se realiza con fines ilustrativos. La presente invención
podría encontrar uso en una variedad de sistemas de comunicación e
información inalámbricos, incluyendo algunos destinados a la
determinación de la posición. Una aplicación preferida es en
sistemas de comunicación de espectro ensanchado inalámbrico CDMA
para servicio telefónico.
La presente invención es un sistema y
procedimiento para determinar de forma precisa la distancia y la
velocidad de variación de la distancia entre uno o más satélites y
un terminal de usuario. Cuando se determinan de forma precisa según
la presente invención, estas cantidades pueden utilizarse para
determinar la ubicación del terminal de usuario con un alto grado
de precisión. Las técnicas para determinar la ubicación de un
terminal de usuario que utilizan la distancia y velocidad de
variación de la distancia satélite-terminal de
usuario se describen en las solicitudes anteriormente mencionadas
'751 y '725, que se incorporan por referencia en el presente
documento en su totalidad. Una técnica para determinar rápidamente
la posición de un terminal de usuario que utiliza la distancia y la
velocidad de variación de la distancia se describe en una solicitud
de patente de propiedad conjunta, presentada junto con la presente,
titulada "Fast User Terminal Position Determination in a
Satellite Communications System", nº de serie (pendiente de
asignación, número de expediente QCPD888; SKGF 1549.0910000).
La presente invención utiliza dos parámetros
básicos para obtener mediciones precisas de la distancia y la
velocidad de variación de la distancia. El primero es el retardo de
ida y vuelta (RTD) de una señal transmitida desde un satélite de
referencia a un terminal de usuario y de vuelta a una pasarela. En
la tecnología CDMA, la hora del sistema se codifica en una señal de
comunicaciones como una fase particular de una secuencia de
seudorrudio (PN). Por tanto, el RTD puede determinarse determinando
el desfase de la fase PN entre la señal transmitida desde la
pasarela y la señal recibida en la pasarela (denominado en el
presente documento como RetardoRx), restando después el desfase de
la fase PN entre los relojes de transmisión y recepción del terminal
de usuario (referidos en el presente documento como RetardoPN). Sin
embargo, este sencillo procedimiento pasa a ser mucho más
complicado cuando se considera el movimiento del satélite en el
intervalo entre la transmisión de la señal por la pasarela y la
recepción de la señal por la pasarela.
El segundo parámetro utilizado es el
desplazamiento Doppler de la señal de enlace ascendente inverso.
Ignorando el efecto relativista, la fórmula que relaciona el
desfase de frecuencia y el movimiento relativo es
en la que la que \Deltaf es el
desfase de frecuencia, f_{N} es la frecuencia nominal, c es la
velocidad de la luz y \dot{R} es la velocidad de variación de la
distancia. Sin embargo, el error del reloj del terminal de usuario,
que puede ser tan grande como 10 ppm, puede provocar una desviación
en el desplazamiento Doppler medido por el terminal de usuario y en
la frecuencia del portador de terminal de usuario transmitido. El
error del reloj se estima por la pasarela con el fin de obtener el
desplazamiento verdadero de la frecuencia
Doppler.
Según la presente invención, las mediciones RTD
resuelven los dos diferentes escenarios. En un escenario,
denominado como cálculo RTD simple, el satélite de enlace directo
(también denominado en el presente documento como satélite de
referencia) y el satélite de enlace inverso son el mismo. En el otro
escenario, referido como cálculo RTD híbrido, el satélite de enlace
directo y el satélite de enlace inverso son satélites
diferentes.
Los parámetros anteriormente descritos se
obtienen midiendo las características de las señales de comunicación
intercambiadas entre el terminal de usuario y la pasarela a través
de uno o más satélites. En una realización preferida, las señales
medidas son parte de las señales de tráfico, radiomensajería y
acceso. Las señales se describen ahora.
Las señales piloto se utilizan por los
terminales de usuario para obtener sincronización inicial del
sistema y seguimiento de la hora, frecuencia y fase de otras
señales transmitidas por la pasarela. La información de fase
obtenida a partir del seguimiento de un portador de señal piloto se
utiliza como una referencia de la fase del portador para una
demodulación coherente de otras señales de sistema o señales de
tráfico. Esta técnica permite a muchas señales de tráfico compartir
una señal piloto común como una referencia de fase, proporcionando
un mecanismo de seguimiento menos costoso y más eficiente. Las
señales de tráfico son las señales de comunicaciones portadoras que
llevan el tráfico de usuario, tal como voz y datos, entre el
terminal de usuario y la pasarela durante una sesión de
comunicaciones.
Cuando un terminal de usuario no está implicado
en una sesión de de comunicaciones (es decir, el terminal de
usuario no está recibiendo o transmitiendo señales de tráfico), la
pasarela puede transferir información a ese terminal de usuario
particular utilizando una señal conocida como un señal de
radiomensajería. Por ejemplo, cuando se ha efectuado una llamada a
un teléfono móvil particular, la pasarela alerta al teléfono móvil
por medio de una señal de radiomensajería. Las señales de
radiomensajería también se utilizan para distribuir información de
sobrecarga de sistema, asignaciones de canales de acceso y
asignaciones de canales de tráfico.
Un terminal de usuario puede responder a una
señal de radiomensajería enviando una señal de acceso o sonda de
acceso sobre el enlace inverso (es decir, el enlace de
comunicaciones que se origina en el terminal de usuario y termina
en la pasarela). La señal de acceso también se utiliza cuando un
terminal de usuario origina una llamada. En una realización
preferida, el canal de acceso es un canal de acceso aleatorio
ranurado. Las técnicas de acceso aleatorio ranurado son bien
conocidas en la técnica relevante.
La figura 2 es un diagrama de bloque que ilustra
la arquitectura funcional de una pasarela 120 según una realización
preferida de la presente invención. La pasarela 120 incluye una
antena 202 de pasarela, un sistema 204 transceptor de pasarela de
enlace directo (FLGTS), un sistema 206 transceptor de pasarela de
enlace inverso (RLGTS), y un módulo 208 de determinación de
posición (PDM). El FLGTS 204 incluye un modulador 210 de pasarela
(GM). El RLGTS 206 incluye un demodulador de pasarela (GDM
212).
El FLGTS 204 administra el enlace directo. El
FLGTS 204 corrige previamente la sincronización de las señales de
enlace directo, incluyendo las señales de radiomensajería y tráfico,
de manera que las señales están alineadas con la sincronización del
sistema cuando llegan al satélite de enlace directo. Esta corrección
de la sincronización debe tener en cuenta el retardo entre el GM
210 y la antena de pasarela y el retardo de propagación, incluyendo
efectos atmosféricos, entre la antena de pasarela y el satélite de
enlace directo. El FLGTS 204 también corrige previamente la
frecuencia de estas señales para compensar el desplazamiento Doppler
entre la pasarela y el satélite de enlace directo. El GM 210 modula
la señal de enlace directo para la transmisión mediante la antena
de pasarela. Las técnicas para la corrección previa de tiempo y
frecuencia se describen en una solicitud en tramitación junto con
la presente de propiedad conjunta titulada "Time and Frecuency
Precorrection for Non-Geostationary Satellite
Systems" que tiene el número de solicitud 08/723.490,
presentada el 30 de septiembre de 1996.
El RLGTS 206 administra el enlace inverso. El
RLGTS 206 compensa la medición de pasarela RetardoRx para el
retardo que la señal de enlace inverso provoca entre la antena 202
de pasarela y el GDM 212. El RLGTS 206 también compensa la medición
de pasarela FrecuenciaRx (descrita posteriormente) para el
desplazamiento Doppler que la señal de enlace descendente inverso
experimenta entre el satélite de enlace inverso y la antena de
pasarela. El GDM 212 demodula la señal de enlace inverso recibida
por la antena de pasarela.
El PDM 208 realiza los cálculos necesarios para
determinar la posición del terminal de usuario basándose en la
información de posición y de velocidad para los satélites de enlace
directo e inverso y las mediciones tomadas por el terminal de
usuario y la pasarela. El PDM 208 calcula los retardos de
propagación para el enlace descendente directo y el enlace
ascendente inverso. El PDM 208 realiza varias correcciones de
sincronización para los enlaces directo e inverso. El PDM 208
también calcula los desplazamientos Doppler verdaderos para el
enlace descendente directo y el enlace ascendente inverso.
El terminal de usuario mide dos características
en la señal de enlace descendente inverso: el RetardoPN y la
FrecuenciaTx. El RetardoPN es la diferencia de tiempo entre la fase
de reloj de la señal de enlace descendente directo en el terminal
de usuario y la fase de reloj del reloj del terminal de usuario. En
una realización preferida, el RetardoPN se obtiene determinando el
desfase PN entre el reloj del terminal de usuario y el enlace
descendente directo recibido.
La FrecuenciaTX es una medición del
desplazamiento Doppler que la señal de enlace directo experimenta
entre el satélite y el terminal de usuario. El FLGTS 204 corrige
previamente la frecuencia de la señal de enlace directo para
eliminar el desplazamiento Doppler que la señal de enlace directo
experimenta entre la pasarela y el satélite de enlace directo. Sin
embargo, ya que la medición de la FrecuenciaTx se basa en el reloj
del terminal de usuario, el PDM 28 corrige la FrecuenciaTx para el
error del reloj del terminal de usuario, como se describe
posteriormente.
Una marca de la hora MarcaDeLaHoraTx se presenta
a la pasarela con las mediciones RetardoPN y FrecuenciaTx. La
MarcaDeLaHoraTx indica la hora en la que las mediciones fueron
tomadas por el terminal de usuario.
La pasarela mide dos características en la señal
de enlace descendente inverso: el RetardoRx y la FrecuenciaRx. El
RetardoRx es el retardo de propagación experimentado por una señal
transmitida por un satélite de enlace directo al terminal de
usuario y de vuelta a través de un satélite de enlace inverso a la
pasarela. Como se mencionó anteriormente, la sincronización de la
señal se corrige previamente en la pasarela (es decir, antes de la
transmisión) para tener en cuenta el retardo de propagación en el
enlace directo entre la pasarela y el satélite de enlace directo.
Por lo tanto, cuando la señal de enlace directo llega al satélite de
enlace directo, se alinea con la hora del sistema. Esto elimina
eficazmente el retardo de propagación del enlace directo a partir
de la medición.
Con el fin de determinar el tiempo de retardo
"en el aire" real, el PDM 208 resta el retardo experimentado
por la señal durante el procesamiento en el terminal de usuario. El
terminal de usuario informa de este retardo a la pasarela como
RetardoPN, como se describió anteriormente. Ya que es la hora de
llegada del enlace directo al satélite de enlace directo que está
alineado con la hora del sistema, el PDM 208 también resta el
retardo experimentado en el satélite de enlace directo entre la
recepción de la señal de enlace directo desde la pasarela y la
transmisión de la señal de enlace directo al terminal de
usuario.
La FrecuenciaRx es una medición del
desplazamiento Doppler que la señal de enlace inverso experimenta
entre el terminal de usuario y el satélite. El RLGTS 206 corrige
posteriormente la frecuencia de la señal de enlace inverso para
eliminar el desplazamiento Doppler que la señal experimenta entre el
satélite de enlace inverso y la pasarela. Sin embargo, ya que la
medición de la FrecuenciaRx se basa en el reloj del terminal de
usuario, el PDM 208 corrige la FrecuenciaRx para el error del reloj
del terminal de usuario, como se describe posteriormente.
Una marca de la hora MarcaDeLaHoraRx se almacena
con las mediciones RetardoRx y FrecuenciaRx. La MarcaDeLaHoraRx
indica la hora en la que fueron tomadas las mediciones RetardoRx y
FrecuenciaRx. Ya que no se mide la señal de enlace descendente
inverso hasta que llega al GDM 212, el RLGTS 206 resta el retardo
que la señal experimenta entre la antena 202 de pasarela y el GDM
212 del RetardoRx y la FrecuenciaRx. El PDM 208 utiliza entonces la
posición de la antena 202 de pasarela para calcular la posición del
terminal de usuario.
Como se mencionó anteriormente, la determinación
de la velocidad de variación de la distancia está afectada por un
error en el reloj del terminal del usuario. El error del reloj del
terminal de usuario se calcula a partir de la medición del terminal
de usuario del desplazamiento Doppler en el enlace descendente
directo (FrecuenciaTx) y la medición de la pasarela del
desplazamiento Doppler en el enlace ascendente inverso
(FrecuenciaRx). Si el reloj del terminal de usuario, activado por
su oscilador interno, no tuviera errores, estas dos mediciones
predecirían la misma velocidad de variación de la distancia. Sin
embargo, si el reloj del terminal de usuario tiene un error,
entonces la frecuencia de transmisión nominal del terminal de
usuario y las mediciones de frecuencia realizadas por el terminal
de usuario también tendrán errores. Por ejemplo, si la frecuencia
del oscilador tiene un error positivo, el terminal de usuario
transmitirá a una frecuencia superior a la nominal pero medirá
frecuencia inferior recibida. El error del reloj del terminal de
usuario \gamma y la velocidad de variación de la distancia
\dot{R} se relacionan mediante las siguientes fórmulas:
en la que \varepsilon es el error
de reloj normalizado representado como una relación del error de la
velocidad del reloj del terminal de usuario con la velocidad
nominal del reloj del terminal de usuario, c es la velocidad de la
luz, y f_{NF} y f_{NR} son las frecuencias nominales de enlace
directo e inverso respectivamente. \Delta_{R}f es el desfase
Doppler medido por el RLGTS 26 (también referido como FrecuenciaRx).
\Delta_{F}f es el desfase Doppler medido por el terminal de
usuario también referido como FrecuenciaTx). Obsérvese que debido a
la corrección previa de la frecuencia realizada por el FLGTS 204,
la frecuencia de la señal de enlace directo es nominal cuando
abandona el satélite de enlace directo, por lo que la FrecuenciaTx
no incluye el desplazamiento Doppler de enlace ascendente
directo.
Si el terminal de usuario ve más de un satélite,
una segunda velocidad de variación de la distancia del satélite
puede calcularse fácilmente una vez que se conoce \varepsilon:
\vskip1.000000\baselineskip
en la que \Delta_{F}f_{sat2}
es el desfase Doppler medido por el terminal de usuario para el
enlace descendente directo del segundo
satélite.
Con el fin de tener en cuenta la aceleración de
variación de la distancia como resultado del movimiento del
satélite, es necesario entender las relaciones de sincronización
entre los eventos que ocurren en el terminal de usuario, la
pasarela y los satélites. La figura 3 es un cronograma que
representa la sincronización relativa de las mediciones tomadas en
el terminal de usuario y la pasarela. La figura 3 presente cuatro
ejes de tiempo. El eje 302 de tiempo del sistema representa la
sincronización del sistema para el sistema de comunicaciones. Como
se describió anteriormente, la pasarela corrige previamente la
sincronización de las señales de enlace directo para el retardo de
propagación entre la pasarela y el satélite de enlace directo. Por
lo tanto, el eje 302 de tiempo del sistema también representa el
tiempo en el satélite de retransmisión de enlace directo.
El eje 304 de tiempo del terminal del usuario
representa la sincronización de los eventos que ocurren en el
terminal de usuario. El eje 306 de tiempo del satélite representa
los eventos que ocurren en el satélite de retransmisión de enlace
inverso. El eje 308 de tiempo de la pasarela representa los eventos
que ocurren en la pasarela. En algunos escenarios, el terminal de
usuario toma mediciones de las señales de los satélites distintas
al satélite de referencia. Por lo tanto, la figura 3 incluye un eje
310 de tiempo adicional para representar los eventos que ocurren en
un segundo satélite.
La figura 3 también incluye tres líneas de
tiempo. La línea 312 de tiempo conecta puntos en los ejes 302 a 308
de tiempo que relacionan las mediciones realizadas en el terminal de
usuario. Las mediciones del terminal de usuario se realizan en el
tiempo t_{m1}. Sin embargo, el terminal de usuario utiliza la
sincronización del sistema de la señal medida para marcar la hora
de la medición. Por lo tanto, la marca de la hora aplicada por el
terminal de usuario a las mediciones es t_{0}. La diferencia entre
t_{m1} y t_{0} es el retardo de propagación D1 entre el enlace
de enlace directo y el terminal de usuario.
Algún tiempo después, en t_{s}, el terminal de
usuario transmite un mensaje de posicionamiento que contiene las
mediciones. La línea 316 de tiempo conecta puntos en los ejes 302 a
308 que corresponden a t_{s}. Cuando el terminal de usuario
transmite el mensaje de posicionamiento sobre el canal de acceso, la
transmisión se inicia al principio de una ranura de canal de
acceso, como se indica por t_{\alpha} en la intersección del eje
302 de tiempo y la línea 316 de tiempo. El retardo t_{d} entre
t_{s} y t_{m1} puede ser bastante largo, hasta 200 ms en el
canal de acceso y hasta 1 segundo en el canal de tráfico.
Las mediciones de la pasarela, representadas por
la línea 314 de tiempo, se realizan en un tiempo t_{m2}
arbitrario. Los tiempos t_{3}, t_{2} y t_{1} representan el
punto de medición propagado de vuelta al satélite de enlace
inverso, terminal de usuario y el satélite de enlace directo,
respectivamente. D_{3} representa el retardo de propagación entre
la pasarela y el satélite de enlace inverso. D_{2} representa el
retardo de propagación entre el satélite de enlace inverso y el
terminal de usuario. D_{1}N_ representa el retardo de propagación
entre el terminal de usuario y el satélite de enlace directo. En una
realización preferida, cada tramo satélite-tierra
del retardo de propagación (por ejemplo D_{1}, D_{1}N_, D_{2}
y D_{3}) varía entre 4,7 ms y 13,2 ms en longitud.
Las mediciones Doppler de enlace directo y de
enlace inverso se realizan en momentos diferentes. En una
realización preferida, el intervalo entre las mediciones puede ser
de hasta 400 ms en un canal de acceso. El movimiento del satélite
durante este intervalo, y la aceleración de variación de la
distancia resultante, produce desviaciones en la velocidad de
variación de la distancia. Según la presente invención, se añaden
términos de corrección adicionales para corregir esta aceleración
de variación de la distancia. En referencia en la figura 3, las dos
mediciones se separan por:
en la que t_{MD} es la duración
de tiempo entre las mediciones del terminal de usuario y las
mediciones de la pasarela. t_{MD} se da
por:
\dot{R}_{0} y \varepsilon_{0}
representan el resultado de orden de entrada (es decir, no
corregida) obtenido en las ecuaciones (1) y (2), se obtiene:
La figura 4 es una representación de las
relaciones espaciales entre la Tierra 402, el terminal 124 de
usuario y el satélite 116. El vector \vec{v} representa la
velocidad del satélite y \vec{r} representa el vector que apunta
desde el terminal de usuario al satélite. La distancia R = ||
\vec{v} ||. La velocidad de variación de la distancia se da
por:
Tomando la derivada de ambos lados de esta
ecuación y utilizando \vec{v} = \dot{\vec{r}} se obtiene una
expresión para la aceleración de variación de la distancia:
Una buena aproximación para el primer término se
obtiene asumiendo que la tierra es una esfera con radio R_{E}. Se
deja que R_{S} sea la distancia entre el satélite y el centro 406
de la Tierra 402, que se obtiene utilizando la posición del
satélite y la información de la velocidad y la marca de la hora.
Entonces, a partir de la ley de gravitación de Newton (que ignora
el efecto de rotación de la Tierra), \dot{\vec{v}} es un vector
que apunta al centro de la Tierra, y su magnitud \alpha es:
en la que G es la constante
gravitacional de Newton y M_{E} es la masa total de la Tierra. De
la figura 3 se
tiene:
Al sustituir \dot{\vec{v}} \cdot \vec{r} y
\vec{v}{}^{2} en la expresión por \ddot{R}, se obtiene una
expresión que depende solo de R, \dot{R}, en la que se sustituyen
por R_{0} y \dot{R}_{0}, y limitaciones conocidas:
en la que \mu= GM_{E}.
Obsérvese la variación de la velocidad de variación de la distancia
\dot{R}_{0} y la distancia R_{0} aproximada se necesitan como
entradas. Ya se han calculado \dot{R}_{0} y R_{0}, y pueden
obtenerse utilizando la ecuación (28) ó (32), descritas
posteriormente. Los términos de corrección de orden superior pueden
ignorarse.
En un escenario, el satélite de enlace directo y
el satélite de enlace inverso son el mismo. La distancia terminal
de usuario-satélite es una función de tiempo.
La distancia de interés es R_{1} = cD_{1},
que es la distancia entre el satélite y el terminal de usuario en
el tiempo t_{0}. La fórmula para R_{1} se da posteriormente en
la ecuación (28). En una realización preferida, las cantidades
\dot{R}/c, \varepsilon, y v/c se tratan como cantidades muy
pequeñas y se descartan los efectos de orden secundario en estas
cantidades. Dejando que t_{RTD} represente el retardo de ida y
vuelta RTD,
en la que t_{sat} es el retardo
total de transpondedor de satélite (enlace directo + enlace inverso)
y t_{atmos} es la corrección atmosférica total. Dadas la órbita
del satélite y la ubicación de la pasarela, puede calcularse
D_{3}, pero según la invención, también se considera el movimiento
del satélite. Utilizando los vectores \vec{r} y \vec{v} para
representar la posición del satélite y la velocidad en el tiempo
t_{m2} y \vec{r}_{0} para representar la posición de la
antena 202 de pasarela, con respecto al primer orden, se
tiene:
Para el canal de acceso, sin tener en cuenta el
movimiento del satélite se tiene que t_{RTD} = RetardoRx -
RetardoPN. Pero el RetardoPN se determina en un momento anterior
t_{s} en lugar del tiempo deseado t_{2}. Por tanto, un
movimiento del satélite lejos del terminal de usuario reducirá el
desfase PN en el terminal de usuario, como lo hará un error
negativo del reloj del terminal de usuario. Por lo tanto se
tiene:
donde el límite de ranura del canal
de acceso t_{\alpha} se encuentra utilizando la longitud de ranura
del canal de acceso,
y
El RetardoRx se mide por el RLGTS 206. El
terminal de usuario informa del RetardoPN y el RetardoTx. Las
ecuaciones para \dot{R} y \varepsilon se dieron anteriormente.
\dot{R} se trata como una constante en todo el proceso. El cambio
de \dot{R} es muy lento y su efecto es insignificante.
Finalmente, también se tiene:
Combinando estas ecuaciones y utilizando la
figura 3 se obtiene:
en la que R_{1}' es la distancia
entre el satélite y el terminal de usuario en el tiempo
t_{1}.
En este caso sencillo, el terminal de usuario
también puede recibir señales desde otros satélites. Calculando la
distancia y la velocidad de variación de la distancia entre el
terminal de usuario y estos otros satélites, la presente invención
puede proporcionar más información para la determinación de
posición. Por ejemplo, esta información puede utilizarse para
mejorar la precisión de una determinación de posición o para
resolver una ambigüedad en una solución de posición.
Cuando el terminal de usuario recibe señales
desde otros satélites, mide sus horas de llegada relativas con
respecto al satélite de referencia e informa de las mediciones a la
pasarela. Se deja que \delta t_{sat2} represente la diferencia
en horas de llegada entre las señales del satélite de referencia y
las señales de un segundo satélite, como se muestra en la figura 3.
El convenio de signos para \delta t_{sat2} es que una llegada
posterior en el terminal de usuario se corresponde con un \delta
t_{sat2} positivo. Ya que esta diferencia de hora de llegada se
mide tomando una medición del desfase PN, no está influenciada por
el error del reloj del terminal de usuario.
R_{1ref} y R_{1sat2} representan las
distancias del satélite de referencia y el segundo satélite,
respectivamente, en el tiempo t_{0}. A partir de la figura 3,
está claro que \delta t_{sat2} representa la diferencia de
distancia entre el segundo satélite y el satélite de referencia en
el tiempo t_{0} - \delta t_{sat2}. Según la presente
invención, se realiza una corrección para tener en cuenta el
movimiento del satélite para obtener R_{1sat2}. Por lo tanto, con
respecto al primer orden, se tiene:
en la que \dot{R}_{sat2} se da
por la ecuación
(3).
En otro escenario, el satélite de referencia y
el satélite de enlace inverso no son el mismo. En este escenario,
la medición del terminal de usuario se toma sobre una señal
transmitida por el satélite de referencia, y la medición de la
pasarela se toma sobre una señal transmitida por el satélite de
enlace inverso. Esta situación se denomina como un cálculo RTD
"híbrido". El PDM 208 detecta un cálculo RTD híbrido comparando
el ID de satélite del que ha informado el terminal de usuario y el
ID de satélite del que ha informado el RLGTS 206. Si no son el
mismo, el cálculo RTD es un híbrido.
Para un cálculo RTD híbrido, se asume que el
terminal de usuario también observa en el enlace directo al satélite
de enlace inverso. La diferencia de hora de llegada \delta
t_{sat2} se mide y se informa de ello a la pasarela como se
describió anteriormente. Primero, se calcula la diferencia de hora
de llegada en el tiempo t_{2}:
en la que t_{MD} y t_{RTD0} se
han definido anteriormente. Entonces, la fórmula para R_{1satRL}
se obtiene sustituyendo el satélite de referencia por el satélite
de enlace inverso y sustituyendo t_{RTD0} por t_{RTD0} +
\delta t_{satRL} en la ecuación
(19)
Nótese que el retardo de transpondedor de
satélite incluye retardo de enlace directo y enlace inverso en dos
satélites diferentes. Ya que t_{0} = MarcaDeLaHoraTx es el tiempo
en que se han definido todas las distancias,
La determinación del RTD en un canal de tráfico
es más complicada. Ya que el RLGTS 206 no puede anticipar la
llegada de datos de posicionamiento, realiza un grupo de mediciones,
llamadas un "volcado de indicador" (finger dump), para
cada trama de 20 ms. Los volcados de indicador se almacenan en una
memoria intermedia (buffer) en al menos 100 tramas. Cuando
el RLGTS 206 recibe un mensaje de posicionamiento desde un terminal
de usuario, recupera uno o más volcados de indicador desde la
memoria intermedia y genera un conjunto apropiado de mediciones de
terminal de usuario, llamado un resulto de volcado de indicador.
El RLGTS 206 determina entonces la hora de
medición apropiado para utilizar el resultado de volcado de
indicador. En general, el RLGTS 206 no tendrá un volcado de
indicador precisamente en el tiempo de medición deseado. En una
realización preferida, el RLGTS 206 toma dos volcados de indicador
consecutivos, uno tomado antes de la hora de medición deseada y uno
tomado después de la hora de medición deseada, y realiza una
interpolación lineal de dos puntos para obtener los valores
apropiados para el RetardoRx y la frecuenciaRx. Esta técnica se da
a conocer en mayor detalle en la solicitud titulada "System and
Method for Correlating Traffic Channel Signal Measurements in a
Satellite Communications System", nº de serie (pendiente de
asignación, número de expediente PD888). Para ayudar a calcular la
hora de medición deseada t_{m2}, la pasarela genera una cantidad
llamada TiempoPosAjustado = MarcaDeLaHoraTx - RetardoTx. El RLGTS
206 determina la hora de medición t_{m2} como sigue:
Con referencia a la figura 3, esto corresponde a
elegir la hora de medición t_{m2} = t_{m2T}. Por lo tanto, las
mediciones del RLGTS 206 corresponden al mismo punto en la secuencia
de tráfico que las mediciones del terminal de usuario. Cuando se
elige la hora de medición de esta manera, el cálculo del RTD se
simplifica, obteniendo:
En base a las ecuaciones para el canal de
acceso, se obtiene:
La presente invención emplea el análisis y
relaciones de sincronización descritas anteriormente para determinar
los parámetros de la distancia y velocidad de variación de la
distancia según al procedimiento descrito a continuación. Por
supuesto, pueden utilizarse otras relaciones de sincronización sin
salirse del alcance de la presente invención.
La figura 5 es un diagrama de flujo que describe
un procedimiento para determinar la distancia y la velocidad de
variación de la distancia entre un terminal de usuario y un satélite
cuando sólo está disponible un satélite, según una realización
preferida de la presente invención. En la etapa 502, el satélite de
referencia transmite una señal al terminal de usuario. En una
realización preferida, esta señal se origina en una pasarela y se
transfiere por el satélite de referencia al terminal de usuario. En
esta realización, la pasarela corrige previamente la sincronización
y la frecuencia de la señal como se describió anteriormente.
El terminal de usuario recibe la señal
transmitida por el satélite de referencia. El terminal de usuario
mide el desplazamiento Doppler de la señal recibida y registra esta
medición como FrecuenciaTx, como se muestra en la etapa 504. El
terminal de usuario también registra la hora de esta medición como
MarcaDeLaHoraTx, como se muestra en la etapa 506. En una
realización preferida, la FrecuenciaTx y la MarcaDeLaHoraTx se
determinan por un demodulador dentro del terminal de usuario. El
terminal de usuario transmite entonces estas mediciones a una
pasarela, como se muestra en la etapa 508.
La pasarela recibe la señal que contiene las
mediciones de la FrecuenciaTx y la MarcaDeLaHoraTx. La pasarela
mide el retardo entre la transmisión de la señal desde el satélite
de referencia en la etapa 502 y la recepción de la señal que
contiene las mediciones de la FrecuenciaTx y la MarcaDeLaHoraTx en
la pasarela, como se muestra en la etapa 510. La pasarela registra
esta medición como el retardo de ida y vuelta (RTD).
La pasarela también mide el desplazamiento
Doppler de la señal recibida, y registra esta medición como
FrecuenciaRX, como se muestra en la etapa 512. La pasarela registra
la hora de las mediciones del RTD y la FrecuenciaRx como
MarcaDeLaHoraRx, como se muestra en la etapa 514. En una realización
preferida, las mediciones de la FrecuenciaRx, la MarcaDeLaHoraRx, y
del RTD se determinan por el GDM 212. Finalmente, la pasarela
determina la distancia y la velocidad de variación de la distancia
satélite-terminal de usuario basándose en las
mediciones de la FrecuenciaTx, la MarcaDeLaHoraTx, la FrecuenciaRx,
la MarcaDeLaHoraRx y del RTD, como se muestra en la etapa 516. En
una realización preferida, esta etapa se realiza por el PDM 208
según el procedimiento descrito anteriormente.
Si un segundo satélite está disponible, la
presente invención también puede determinar la distancia y la
velocidad de variación de la distancia con respecto el segundo
satélite. La figura 6 es un diagrama de flujo que describe un
procedimiento para determinar la distancia y la velocidad de
variación de la distancia entre un terminal de usuario y un segundo
satélite cuando dos satélites están disponibles, según una
realización preferida de la presente invención. En la etapa 602, el
terminal de usuario recibe una señal desde un segundo satélite. El
terminal de usuario mide la diferencia de las horas de llegada entre
la llegada de la señal desde el primer satélite y la llegada de la
señal desde el segundo satélite, como se muestra en la etapa 604. En
una realización preferida, la diferencia de las horas de llegada se
determina mediante el demodulador de terminal de usuario. El
terminal de usuario también mide el desplazamiento Doppler de la
señal recibida desde el segundo satélite, como se muestra en la
etapa 606.
El terminal de usuario transmite entonces a la
pasarela la diferencia de las horas de llegada y el desplazamiento
Doppler medido. La pasarela determina la distancia y la velocidad de
variación de la distancia entre el terminal de usuario y el segundo
satélite basándose en el desplazamiento Doppler medido de la señal
del segundo satélite, RTD, y la diferencia de las horas de llegada.
En una realización preferida, el RTD se determinó con respecto al
primer satélite según la etapa en la figura 5.
La descripción anterior de las realizaciones
preferidas se proporciona para permitir a cualquier experto en la
técnica construir o utilizar la presente invención.
Claims (10)
1. Un aparato para determinar la distancia entre
un satélite (116, 118) y un terminal (124, 126) de usuario y la
velocidad de variación de dicha distancia, que comprende:
un receptor de terminal de usuario para recibir
en un terminal de usuario una primera señal desde un satélite;
un demodulador de terminal de usuario para medir
en dicho terminal de usuario el desplazamiento de frecuencia de
dicha primera señal para obtener un primer desplazamiento Doppler, y
para registrar la hora de la medición de la frecuencia para obtener
una primera marca de la hora;
un transmisor de terminal de usuario para
transmitir dicho primer desplazamiento Doppler y dicha primera marca
de la hora a una pasarela (120, 122) como una segunda señal;
un demodulador (212) de pasarela para medir en
dicha pasarela un retardo de ida y vuelta entre la transmisión de
dicha primera señal desde dicho satélite y la recepción de dicha
segunda señal en dicha pasarela, para medir en dicha pasarela el
desplazamiento de frecuencia de dicha segunda señal para obtener un
segundo desplazamiento Doppler, y para registrar la hora de las
mediciones de la pasarela para obtener un segunda marca de la hora;
y
un módulo (208) de determinación de posición en
dicha pasarela para determinar la distancia entre dicho satélite y
dicho terminal de usuario y la velocidad de variación de dicha
distancia basándose en dicho retardo de ida y vuelta, dicho primer
y segundo desplazamiento de frecuencia Doppler, y dicha primera y
segunda marca hora.
2. El aparato según la reivindicación 1, que
comprende además:
medios para recibir en dicho terminal de usuario
una tercera señal desde un segundo satélite;
medios para medir en el terminal de usuario la
diferencia de hora de llegada entre dicha primera y tercera
señal;
medios para medir en el terminal de usuario el
desplazamiento de frecuencia de dicha tercera señal para obtener un
tercer desplazamiento Doppler;
medios para transmitir dicha diferencia de hora
de llegada y dicho tercer desplazamiento Doppler a dicha pasarela
como parte de dicha segunda señal; y
medios para determinar en la pasarela la
distancia entre dicho segundo satélite y el terminal de usuario y
la velocidad de variación de distancia basándose en dicho retardo de
ida y vuelta, dicho tercer desplazamiento Doppler, y dicha
diferencia de hora de llegada.
3. El aparato según la reivindicación 1, que
comprende además:
medios para medir en dicho terminal de usuario
el intervalo entre la recepción de dicha primera señal y la
transmisión de dicha segunda señal para obtener un retardo de
terminal de usuario:
medios para transmitir dicho retardo de terminal
de usuario a dicha pasarela; y
medios para restar en dicha pasarela dicho
retardo de terminal de usuario de dicho retardo de ida y vuelta.
4. El aparato según la reivindicación 1, que
comprende además:
medios para restar en dicha pasarela el retardo
experimentado por dicha segunda señal en dicho segundo satélite del
dicho retardo de ida y vuelta.
5. El aparato según la reivindicación 1, que
comprende además:
medios para corregir dicho segundo
desplazamiento Doppler para el desplazamiento Doppler causado por el
movimiento relativo de dicho satélite y dicha pasarela.
6. Un procedimiento para determinar la distancia
entre un satélite y un terminal de usuario y la velocidad de
variación de dicha distancia, que comprende:
recibir (502) en un terminal de usuario una
primera señal desde un satélite;
medir (504) en dicho terminal de usuario el
desplazamiento de frecuencia de dicha primera señal para obtener un
primer desplazamiento Doppler;
registrar (506) la hora de la medición del
terminal de usuario para obtener una primera marca de la hora;
transmitir (508) dicho primer desplazamiento
Doppler y dicha primera marca de la hora a una pasarela como una
segunda señal;
medir (510) en dicha pasarela un retardo de ida
y vuelta entre la transmisión de dicha primera señal desde dicho
satélite y la recepción de dicha segunda señal en dicha
pasarela;
medir (512) en dicha pasarela el desplazamiento
de frecuencia de dicha segunda señal para obtener un segundo
desplazamiento Doppler;
registrar (514) la hora de la medición de la
pasarela para obtener una segunda marca de la hora; y
determinar (516) en dicha pasarela la distancia
entre dicho satélite y dicho terminal de usuario y la velocidad de
variación de dicha distancia basándose en dicho retardo de ida y
vuelta, dicho primer y segundo desplazamiento de frecuencia Doppler
y dicha primera y segunda marca de la hora.
7. El procedimiento según la reivindicación 6,
que comprende las etapas adicionales de:
recibir (602) en dicho terminal de usuario una
tercera señal desde un segundo satélite;
medir (604) en dicho terminal de usuario la
diferencia de hora de llegada entre dicha primera y tercera
señal;
medir (606) en dicho terminal de usuario el
desplazamiento de frecuencia de dicha tercera señal para obtener un
tercer desplazamiento Doppler;
transmitir (608) dicha diferencia de hora de
llegada y dicho tercer desplazamiento Doppler a dicha pasarela como
parte de dicha segunda señal; y
determinar (610) en dicha pasarela la distancia
entre dicho segundo satélite y dicho terminal de usuario y la
velocidad de variación de dicha distancia basándose en dicho retardo
de ida y vuelta, dicho tercer desplazamiento Doppler y dicha
diferencia de hora de llegada.
8. El procedimiento según la reivindicación 6,
que comprende además las etapas de:
medir en dicho terminal de usuario el intervalo
entre la recepción de dicha primera señal y la transmisión de dicha
segunda señal para obtener un retardo de terminal de usuario;
transmitir dicho retardo de terminal de usuario
a dicha pasarela; y
restar en dicha pasarela dicho retardo de
terminal de usuario de dicho retardo de ida y vuelta anterior a
dicha etapa de determinación.
9. El procedimiento según la etapa 6, que
comprende además la etapa de:
restar en dicha pasarela el retardo
experimentado por dicha segunda señal en el satélite de dicho
retardo de ida y vuelta anterior a dicha etapa de
determinación.
10. El procedimiento según la reivindicación 6,
que comprende además las etapas de:
corregir dicho segundo desplazamiento Doppler
para el desplazamiento Doppler causado por el movimiento relativo
de dicho satélite y dicha pasarela anterior a dicha etapa de
determinación.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/150,500 US6137441A (en) | 1998-09-09 | 1998-09-09 | Accurate range and range rate determination in a satellite communications system |
| US150500 | 1998-09-09 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2284271T3 true ES2284271T3 (es) | 2007-11-01 |
Family
ID=22534831
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES99951409T Expired - Lifetime ES2284271T3 (es) | 1998-09-09 | 1999-09-08 | Determinacion precisa de la distancia y de la varicacion de la distancia en un sistema de comunicacion por satelite. |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6137441A (es) |
| EP (1) | EP1110100B1 (es) |
| AT (1) | ATE358825T1 (es) |
| AU (1) | AU6385199A (es) |
| DE (1) | DE69935722T2 (es) |
| ES (1) | ES2284271T3 (es) |
| HK (1) | HK1038071A1 (es) |
| WO (1) | WO2000014566A1 (es) |
Families Citing this family (56)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6510150B1 (en) * | 1998-12-21 | 2003-01-21 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Method of MAC synchronization in TDMA-based wireless networks |
| US6366762B1 (en) * | 1999-03-31 | 2002-04-02 | Qualcomm, Inc. | System and method for measuring round trip delay on the paging and access channels |
| US6539200B1 (en) * | 1999-07-29 | 2003-03-25 | Qualcomm, Incorporated | Method and apparatus for paging a user terminal within the “sweet spot” of a satellite |
| US6681099B1 (en) * | 2000-05-15 | 2004-01-20 | Nokia Networks Oy | Method to calculate true round trip propagation delay and user equipment location in WCDMA/UTRAN |
| US6714764B1 (en) * | 2000-11-17 | 2004-03-30 | Motorola, Inc. | Error detection circuitry and method for detecting an error on a transmission path |
| US6522297B1 (en) | 2001-02-02 | 2003-02-18 | Rosum Corporation | Position location using ghost canceling reference television signals |
| US6963306B2 (en) * | 2001-02-02 | 2005-11-08 | Rosum Corp. | Position location and data transmission using pseudo digital television transmitters |
| US8106828B1 (en) | 2005-11-22 | 2012-01-31 | Trueposition, Inc. | Location identification using broadcast wireless signal signatures |
| US6952182B2 (en) * | 2001-08-17 | 2005-10-04 | The Rosom Corporation | Position location using integrated services digital broadcasting—terrestrial (ISDB-T) broadcast television signals |
| US20020184653A1 (en) | 2001-02-02 | 2002-12-05 | Pierce Matthew D. | Services based on position location using broadcast digital television signals |
| US20050251844A1 (en) * | 2001-02-02 | 2005-11-10 | Massimiliano Martone | Blind correlation for high precision ranging of coded OFDM signals |
| US7126536B2 (en) * | 2001-02-02 | 2006-10-24 | Rosum Corporation | Position location using terrestrial digital video broadcast television signals |
| US8677440B2 (en) | 2001-02-02 | 2014-03-18 | Trueposition, Inc. | Position determination using ATSC-M/H signals |
| US8233091B1 (en) | 2007-05-16 | 2012-07-31 | Trueposition, Inc. | Positioning and time transfer using television synchronization signals |
| US6753812B2 (en) | 2001-02-02 | 2004-06-22 | Rosum Corporation | Time-gated delay lock loop tracking of digital television signals |
| US7471244B2 (en) * | 2001-02-02 | 2008-12-30 | Rosum Corporation | Monitor units for television signals |
| US6861984B2 (en) | 2001-02-02 | 2005-03-01 | Rosum Corporation | Position location using broadcast digital television signals |
| US20050066373A1 (en) * | 2001-02-02 | 2005-03-24 | Matthew Rabinowitz | Position location using broadcast digital television signals |
| US7463195B2 (en) * | 2001-06-21 | 2008-12-09 | Rosum Corporation | Position location using global positioning signals augmented by broadcast television signals |
| US6970132B2 (en) * | 2001-02-02 | 2005-11-29 | Rosum Corporation | Targeted data transmission and location services using digital television signaling |
| US7042396B2 (en) * | 2001-08-17 | 2006-05-09 | Rosom Corporation | Position location using digital audio broadcast signals |
| WO2009149104A2 (en) | 2008-06-03 | 2009-12-10 | Rosum Corporation | Time, frequency, and location determination for femtocells |
| US6559800B2 (en) * | 2001-02-02 | 2003-05-06 | Rosum Corporation | Position location using broadcast analog television signals |
| US8102317B2 (en) * | 2001-02-02 | 2012-01-24 | Trueposition, Inc. | Location identification using broadcast wireless signal signatures |
| US6859173B2 (en) * | 2001-06-21 | 2005-02-22 | The Rosum Corporation | Position location using broadcast television signals and mobile telephone signals |
| US6717547B2 (en) | 2001-06-21 | 2004-04-06 | Rosum Corporation | Position location using broadcast television signals and mobile telephone signals |
| US8117313B2 (en) * | 2001-03-19 | 2012-02-14 | International Business Machines Corporation | System and method for adaptive formatting of image information for efficient delivery and presentation |
| FI110725B (fi) | 2001-04-20 | 2003-03-14 | Nokia Corp | Menetelmä vastaanottimen tahdistamisessa ja vastaanotin |
| US6839024B2 (en) | 2001-06-21 | 2005-01-04 | Rosum Corporation | Position determination using portable pseudo-television broadcast transmitters |
| US6914560B2 (en) * | 2001-08-17 | 2005-07-05 | The Rosum Corporation | Position location using broadcast digital television signals comprising pseudonoise sequences |
| US7092725B2 (en) * | 2001-10-25 | 2006-08-15 | Qualcomm Incorporated | Aiding beam identification in a satellite system |
| KR100890483B1 (ko) * | 2004-08-05 | 2009-03-26 | 메시네트웍스, 인코포레이티드 | 무선 통신 네트워크 상의 노드들의 범위를 지정하기 위한효율적 대역폭 시스템 및 방법 |
| US7522098B2 (en) * | 2005-06-01 | 2009-04-21 | Global Locate, Inc. | Method and apparatus for validating a position in a satellite positioning system using range-rate measurements |
| US20070032245A1 (en) * | 2005-08-05 | 2007-02-08 | Alapuranen Pertti O | Intelligent transportation system and method |
| US8179318B1 (en) | 2005-09-28 | 2012-05-15 | Trueposition, Inc. | Precise position determination using VHF omni-directional radio range signals |
| US7498873B2 (en) | 2005-11-02 | 2009-03-03 | Rosom Corporation | Wide-lane pseudorange measurements using FM signals |
| US20070121555A1 (en) * | 2005-11-08 | 2007-05-31 | David Burgess | Positioning using is-95 cdma signals |
| US8149168B1 (en) | 2006-01-17 | 2012-04-03 | Trueposition, Inc. | Position determination using wireless local area network signals and television signals |
| US7466266B2 (en) * | 2006-06-22 | 2008-12-16 | Rosum Corporation | Psuedo television transmitters for position location |
| US7737893B1 (en) | 2006-06-28 | 2010-06-15 | Rosum Corporation | Positioning in a single-frequency network |
| US8682341B1 (en) | 2006-11-22 | 2014-03-25 | Trueposition, Inc. | Blind identification of single-frequency-network transmitters |
| WO2009009463A1 (en) * | 2007-07-06 | 2009-01-15 | Rosum Corporation | Positioning with time sliced single frequency networks |
| US8379745B1 (en) | 2007-07-06 | 2013-02-19 | Marvell International Ltd. | Forward channel variation detection in a wireless communication system |
| US20090175379A1 (en) * | 2007-12-12 | 2009-07-09 | Rosum Corporation | Transmitter Identification For Wireless Signals Having A Digital Audio Broadcast Physical Layer |
| US7792156B1 (en) | 2008-01-10 | 2010-09-07 | Rosum Corporation | ATSC transmitter identifier signaling |
| US8125389B1 (en) | 2008-10-20 | 2012-02-28 | Trueposition, Inc. | Doppler-aided positioning, navigation, and timing using broadcast television signals |
| US8253627B1 (en) | 2009-02-13 | 2012-08-28 | David Burgess | Position determination with NRSC-5 digital radio signals |
| US9900856B2 (en) * | 2015-03-20 | 2018-02-20 | Qualcomm Incorporated | Method and apparatus for time or frequency synchronization in non-geosynchronous satellite communication systems |
| US10693574B2 (en) * | 2015-07-02 | 2020-06-23 | Qualcomm Incorporated | Method and apparatus for efficient data transmissions in half-duplex communication systems with large propagation delays |
| WO2017096193A1 (en) * | 2015-12-04 | 2017-06-08 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Accurately tracking a mobile device to effectively enable mobile device to control another device |
| ES2983838T3 (es) | 2018-10-12 | 2024-10-24 | Oq Tech S A R L | Método y sistema para redes de comunicación inalámbrica celulares no terrestres |
| CN114765733A (zh) * | 2021-01-15 | 2022-07-19 | 华为技术有限公司 | 应用于非地面通信网络中的定位的方法和通信装置 |
| CN113543174B (zh) * | 2021-07-01 | 2023-08-04 | 成都天奥集团有限公司 | 一种利用测量间隔实现高精度跟踪测量的方法 |
| WO2024148526A1 (en) * | 2023-01-10 | 2024-07-18 | Qualcomm Incorporated | Differential doppler based rf sensing |
| CN116455460B (zh) * | 2023-06-16 | 2023-08-25 | 成都星联芯通科技有限公司 | 低频直流分量滤除方法、解调器及卫星通信设备 |
| CN117517215A (zh) * | 2023-11-09 | 2024-02-06 | 中国矿业大学 | 一记录生态资源变化状态的遥感检测方法 |
Family Cites Families (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3864634A (en) * | 1973-10-01 | 1975-02-04 | Us Navy | Doppler correction circuit |
| US4445118A (en) * | 1981-05-22 | 1984-04-24 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Navigation system and method |
| US4819053A (en) * | 1986-05-09 | 1989-04-04 | Halavais Richard A | Single-point locating system |
| AU7915987A (en) * | 1986-08-20 | 1988-03-08 | Mitre Corp., The | Ranging and processing satellite system for mobile surveillance and data link |
| EP0337269B1 (de) * | 1988-04-14 | 1994-03-30 | ANT Nachrichtentechnik GmbH | Verfahren und Anordnung zum Reduzieren von Frequenzablagen beim Mobilfunk über Satellit |
| US5126748A (en) * | 1989-12-05 | 1992-06-30 | Qualcomm Incorporated | Dual satellite navigation system and method |
| CA2079827C (en) * | 1991-12-09 | 2003-08-19 | Theresa Chen Yen Wang | Mobile unit tracking system |
| CA2097974A1 (en) * | 1992-08-03 | 1994-02-04 | Kristine P. Maine | Remote position determination |
| US5548801A (en) * | 1993-02-10 | 1996-08-20 | Kokusai Denshin Denwa Kabushiki Kaisha | System for determining and registering location of mobile terminal for communication system with non-geosynchronous satellites |
| US5412388A (en) * | 1993-08-11 | 1995-05-02 | Motorola, Inc. | Position ambiguity resolution |
| US5500648A (en) * | 1993-08-11 | 1996-03-19 | Motorola, Inc. | Geolocation responsive radio telecommunication system and method therefor |
| US5412389A (en) * | 1993-08-11 | 1995-05-02 | Motorola, Inc. | Multibeam position ambiguity resolution |
| US5666648A (en) * | 1993-11-09 | 1997-09-09 | Leo One Ip, L.L.C. | Polar relay system for satellite communication |
| US5552795A (en) * | 1994-05-03 | 1996-09-03 | Motorola, Inc. | Location determination method and system using multi-beam satellites |
| US5463400A (en) * | 1994-06-30 | 1995-10-31 | Motorola, Inc. | Method and apparatus for synchronizing to a multi-beam satellite TDMA communication system |
| US5561838A (en) * | 1994-07-01 | 1996-10-01 | Motorola, Inc. | Method and apparatus for satellite handoff parameters prediction in an orbiting communications system |
| US5742908A (en) * | 1994-09-14 | 1998-04-21 | Ericsson Inc. | Frequency error correction in a satellite-mobile communications system |
| US5566354A (en) * | 1994-09-26 | 1996-10-15 | Sehloemer; Jerry R. | System and method for channel assignment in a satellite telephone system |
| US5617101A (en) * | 1994-12-27 | 1997-04-01 | Motorola, Inc. | Satellite-based geolocation calibration system and method |
| US5629707A (en) * | 1995-01-06 | 1997-05-13 | Motorola, Inc. | Flexible signal source location apparatus and method therefor |
| US5619525A (en) * | 1995-06-06 | 1997-04-08 | Globalstar L.P. | Closed loop power control for low earth orbit satellite communications system |
| US5634190A (en) * | 1995-06-06 | 1997-05-27 | Globalstar L.P. | Low earth orbit communication satellite gateway-to-gateway relay system |
| US5644572A (en) * | 1995-10-03 | 1997-07-01 | Motorola, Inc. | Method and apparatus for approximating propagation delay for use in transmission compensation to orbiting satellites |
| US5732387A (en) * | 1995-12-04 | 1998-03-24 | Motorola | Method and apparatus for call establishment in a satellite communication system |
| US5943606A (en) * | 1996-09-30 | 1999-08-24 | Qualcomm Incorporated | Determination of frequency offsets in communication systems |
| GB2321812B (en) * | 1997-02-01 | 2001-02-21 | Ico Services Ltd | User terminal positioning system and method employing external signals |
-
1998
- 1998-09-09 US US09/150,500 patent/US6137441A/en not_active Expired - Lifetime
-
1999
- 1999-09-08 AU AU63851/99A patent/AU6385199A/en not_active Abandoned
- 1999-09-08 AT AT99951409T patent/ATE358825T1/de not_active IP Right Cessation
- 1999-09-08 EP EP99951409A patent/EP1110100B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1999-09-08 ES ES99951409T patent/ES2284271T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1999-09-08 WO PCT/US1999/020586 patent/WO2000014566A1/en active IP Right Grant
- 1999-09-08 DE DE69935722T patent/DE69935722T2/de not_active Expired - Lifetime
-
2001
- 2001-12-17 HK HK01108841A patent/HK1038071A1/xx not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69935722T2 (de) | 2007-12-27 |
| ATE358825T1 (de) | 2007-04-15 |
| EP1110100A1 (en) | 2001-06-27 |
| EP1110100B1 (en) | 2007-04-04 |
| HK1038071A1 (en) | 2002-03-01 |
| DE69935722D1 (de) | 2007-05-16 |
| WO2000014566A1 (en) | 2000-03-16 |
| AU6385199A (en) | 2000-03-27 |
| US6137441A (en) | 2000-10-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2284271T3 (es) | Determinacion precisa de la distancia y de la varicacion de la distancia en un sistema de comunicacion por satelite. | |
| US6327534B1 (en) | Unambiguous position determination using two low-earth orbit satellites | |
| ES2296315T3 (es) | Determinacion de desplazamientos de frecuencia en sistemas de comunicaciones. | |
| EP0941486B1 (en) | Position determination using one low-earth orbit satellite | |
| JP4060368B2 (ja) | 低高度地球軌道衛星２機を用いた受動的位置決定 | |
| EP2890025B1 (en) | Communication system, communication terminal, communication method, chip clock generation method, and orthogonal code generation method | |
| US7116701B2 (en) | Base station using an antenna array for location determination | |
| CN105871495A (zh) | 一种时间同步方法、通信地面站和用户终端 | |
| MXPA06008384A (es) | Transferencia de informacion de tiempo calibrada en una terminal movil. | |
| EP1909112A1 (en) | Fast user terminal position determination in a satellite communications system | |
| GB2383215A (en) | Location of a mobile terminal | |
| US20060227043A1 (en) | Passive geostationary satellite position determination | |
| KR100808043B1 (ko) | 위성 통신 시스템에서의 라운드 트립 지연을 측정하는시스템 및 방법 | |
| KR100275458B1 (ko) | 정지궤도위성을 이용한 시각/주파수 동기시스템에서의 시각/주파수 동기 구현 방법 | |
| AU2003200955B2 (en) | Passive position determination using two low-earth orbit satellites | |
| JP3432709B2 (ja) | 測位通信複合型自律衛星コンステレーション |