使用节点的无线电系统技术方案

一种无线电通信通路，该无线电通信通路使得能够经由多个绕轨道随机运行的不具有主动姿态控制的旋转卫星中的一个从源地面站传送至目标地面站。地面站和卫星包括用于在多个方向上接收无线电信号并且发射无线电信号的指向性天线。卫星储存发射初始信息信号的目标地面站的地址以及识别接收初始信息信号的卫星天线的天线信息。多个卫星天线将识别卫星的链接信息发射至源地面站。在源地面站处被接收的指定特定目标的数据传输由源地面站使用接收链接信息所在的天线而被发射，并且卫星使用由储存的天线信息识别的卫星天线将该数据传输再发射。再发射。再发射。

【技术实现步骤摘要】
使用节点的无线电系统
[0001]本申请是申请日为2017年8月23日、申请号为CN201780051920.8、专利技术名称为“使用节点的无线电系统”的中国专利技术专利申请的分案申请。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本申请要求于2016年8月25日提交的美国临时申请no.62/379,601以及于2016年9月18日提交的美国临时申请no.62/396,181的权益，其两者的整体内容通过引用结合在本文中。
[0004]专利技术背景


[0005]本专利技术涉及使用在随机轨道中的与地面站通信的卫星的无线电网格系统，该地面站包括用于蜂窝电话通信和英特网连接的陆基接收器和发射器，并且本专利技术更特别地涉及使用被随机或拟随机地部署在近地轨道中的一个或多个非制导式或基本上非制导式卫星在地面站之间自动建立无线电通路(路由)的系统和方法。

技术介绍

[0006]与本公开内容相关的蜂窝电话的某些方面的简要历史在美国专利No.5,793,842中提出，该专利署名为专利技术人Jerry R.Schloemer，其也是本专利技术人。一个在今天仍然使用的早期系统架构涉及有限数量的塔安装式收发器(“落点(drop)”)以及多个移动无线电设备(“蜂窝电话”)。在这些早期系统中以及仍然在今天的一些情况下，中央计算机控制连接至塔的陆地线与移动无线电设备之间的通信。实现该系统架构需要基础设施和计算功率中的显著的投资，尤其是随着增加的人口和蜂窝电话必需的技术能力增加了系统容量和精细度。可替代的系统架构涉及使用安装在现有结构诸如建筑物和电话线杆上的无线电收发器(“节点”)。这些架构使用下述节点：该节点能够沿着节点之间的无线电通路将信号往来于移动电话进行接收和发射至位于被选择的节点处的落点。这被称为网格网络，一个早期的实施例是在Cox,Donald C.,“Wireless Network Access for Personal Communications(用于个人通信的无线网络访问),”IEEE Communications Magazine(1992年12月),pp 96-115中所公开的系统。
[0007]在实现网格系统中的特定挑战是如何确定用于相互连接节点的最可用的无线电通路。一般地，早期网格系统仍然需要中央计算机以做出通路确定，其添加了系统复杂性和成本。其他方法，诸如在Weddle等人的美国专利No.4,937,822中所描述的方法，涉及其中自动建立通路的网格系统，即在没有中央计算机的情况下。然而，Weddle公开了仅在网格中的这种系统，在该网格中，节点被安排在规则的矩形栅格中，并且无线电通路链接仅可以处在彼此正交相邻的节点之间(即，不允许节点之间的对角线式链接)。这种系统的缺点对于本领域技术人员将是立即明显的，如果不是因为在现实世界设置中的其他原因，如果不是不可能的，那么跨越足够宽的区域将节点分布在严格正交的非均匀间隔的矩形栅格中以使得该系统可行也将是非常困难的。此外，Weddle没有详细公开节点通过其将实际创建优选无
线电通路的任何算法。
[0008]不同于该背景，本专利技术人的美国专利No.5,793,842公开了通过节点网格创建无线电通路的系统和方法，该节点不限制在其放置位置中并且不需要中央计算机。下文中与本专利技术有关被进一步详细描述的系统和方法利用了在美国专利No.5,793,842中所描述的技术，其与无线电通路通过多个随机置位的节点的创建以及使用这些通路的通信发射有关。为了避免在此提出这些类型的系统和方法的细节的必要性，美国专利No.5,793,842中与通路创建、以及使用通路并因此被创建的数字和模拟信号发射有关的公开内容通过如被全部提出地引用结合在本文中。
[0009]本专利技术人在其之后的美国专利No.6,459,899中改进了该技术，该专利除其他之外描述了一种使用具有指向性天线的节点以改进之前的系统的通路创建和通信传输能力的系统。该改进解决了所呈现的复杂性问，题通过使用在专利
’
842中描述的系统和方法中具有指向性天线节点，并且因此利用了使用指向性天线可以实现的较高质量的无线电链接。本专利技术还使用了专利
’
899中公开的技术，并且其对通路创建的描述通过引用结合在本文中。
[0010]在本专利技术人的通过具有随机分布的节点并且没有中央计算机的无线电网格网络创建通路的方法之前，其他人提出了使用用于基于地球的源和目标落点之间的呼叫传输的卫星来提供全世界蜂窝覆盖范围的方式。被实际上商业化的卫星系统的示例公开在各种专利中，诸如Schwendeman的美国专利No.5,274,840和Bertiger等人的美国专利No.5,410,728，该两个专利都属于摩托罗拉公司。该系统将在预确定数量的极轨道中均匀分布的卫星作为用于卫星之间以及卫星与地面收发器之间的信号的收发器。使用足够数量的卫星以提供整个地球的覆盖范围。然而，在实践中，通过铱被商业化的该系统具有许多缺点。一个缺点在于每一个卫星需要机载推进器、火箭燃料和导航硬件以保持其期望的轨道。这增加了卫星大小和重量，其增加了发射成本并且增加了卫星本身的成本。而且，为了考虑不可避免的卫星故障，额外的卫星将必须被调遣到故障卫星轨道中，这样，需要额外的卫星及其伴随而来的高的制造和发射成本而增加了整个系统的成本。例如，参见“Iridium Satellite Constellation(铱卫星星群),”Wikipedia,https://en.wikipedia.org/wiki/Iridium(最近访问2017年5月9日)。使用复杂计算机技术的陆基轨道和姿态控制还增加了系统成本。最后，尽管相信已经发现在特殊领域诸如军事应用以及由记者从遥远区域进行报道中的使用，但是其缺点使得该系统对于大众市场应用在商业上不可行。
[0011]除了保持每一个铱卫星处在相对于地球和其他卫星的特定轨道位置，每一个卫星的姿态还必须被保持在一定的公差内，使得其天线将被定向用于有效的卫星-卫星和卫星-地面无线电通信。提供姿态控制的一种方式是使用机载推进器，其呈现了已经被讨论的缺点。各种基于机械的惯性姿态控制系统已经被提出，诸如在美国专利No.3,017,777和No.8,164,294以及在Chabot,J.A.,“A Spherical Magnetic Dipole Actuator for Spacecraft Attitude Control(用于航天器姿态控制的球形磁偶极致动器)”Thesis for M.S.in Aerospace Engrg.Sciences,Univ.of Colorado,2015中所描述的那些。然而，相信，这些类型的系统不会比基于火箭的姿态控制表现得更好，尽管它们的机械复杂性和机载控制系统将排除与基于火箭的姿态控制相比显著的重量节省。
[0012]本专利技术人在其美国专利No.5,566,354中公开了在摩托罗拉铱方法上改进的一种
卫星蜂窝电话系统。本专利技术人的改进方法允许卫星占据随机轨道。这消除了依赖于每一个处在相对于其他卫本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无线电通信系统，所述无线电通信系统包括多个卫星，所述卫星绕地球运行，以提供用于在两个地面站处的收发器之间的数据通信的无线电通路，每一个卫星和地面站包括所述系统中的节点，其中，多个所述卫星中的每一个包括：多个卫星天线，所述多个卫星天线用于从至少一个地面站接收初始信息信号并且用于发射通路信号；天线成对电路，所述天线成对电路用于储存地址信息，所述地址信息识别该卫星从其接收初始信息信号的地面站以及该卫星接收所述初始信息信号所在的卫星天线的标识；以及通路创建电路，所述通路创建电路用于从多个所述卫星天线发射通路信号，其中，所述通路信号包括(i)链接信息，所述链接信息包括所储存的地址信息，以及(ii)所接收的初始信息信号的质量，所述所接收的初始信息信号的质量指示该卫星作为到由所储存的地址信息识别的所述地面站的无线电通路中的节点的适合性。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述卫星天线是指向性天线。3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述卫星天线布置成围绕环绕于所述卫星中的每一个的整个球形空间在多个方向上发射和接收无线电信号。4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述卫星天线布置成在小于围绕所述卫星中的每一个的整个的球形空间的范围上发射和接收无线电信号。5.根据权利要求1所述的系统，其中，卫星节点被指定为第一类型并且地面站节点被指定为第二类型，并且相同类型的节点不与彼此通信。6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述通路信号包括数字数据的包，每一个包包括：头部，所述头部包含所述链接信息；以及有效载荷，所述有效载荷包括样本数据流，所述样本数据流被接收通路信号的另一个节点使用以确定从所述卫星接收的通路信号的质量。7.根据权利要求6所述的系统，其中，被接收的通路信号的质量被表达为至少部分地基于所述样本数据流的出错率的量化的品质因数。8.根据权利要求1所述的系统，其中，多个所述卫星中的每一个还包括多个太阳能面板，其中，至少一个太阳能面板被定向成当所述卫星在其轨道运行期间暴露于太阳辐射时发电而与卫星定向无关。9.根据权利要求8所述的系统，其中，多个所述卫星中的每一个还包括用于向所述卫星天线提供电力的电池模块，所述电池模块在所述卫星在其轨道运行期间暴露于太阳辐射时由所述至少一个太阳能面板充电。10.一种用于创建用于从接收地面站至发送地面站的数据通信的无线电通信通路的方法，其中，所述地面站包括用于发射和接收无线电信号的多个地面站指向性天线，所述方法包括：(a)提供绕地球运行的多个卫星，其中，多个所述卫星中的每一个包括用于发射和接收无线电信号的多个卫星指向性天线；(b)在至少一个卫星的卫星天线处接收从发送地面站发射的初始信息信号；(c)在接收所述初始信息信号的任意卫星处储存至少：(i)识别从其接收所述初始信息信号的所述发送地面站的地址信息，以及(ii)接收所述初始信息信号所在的卫星天线；
(d)从接收所述初始信息信号的至少一个卫星的多个天线发射通路信号，其中，所述通路信号包括(i)链接信息，所述链接信息包括(i)所储存的地址信息，以及(ii)所接收的初始信息信号的质量，所述所接收的初始信息信号的质量指示该卫星作为从该卫星到由所储存的地址信息识别的所述发送地面站的无线电通路中的节点的适合性；以及(e)在接收至少一个通路信号的接收地面站处储存：(i)接收所述通路信号所在的所述接收地面站天线，以及(ii)在发射所述通路信号的所述卫星处接收的所述初始信息信号的质量；以及(f)基于下述来确定用于经由特定卫星从所述接收地面站到所述发送地面站的数据通信的无线电通路的质量：(i)所接收的通路信号的质量，所述所接收的通路信号的质量指示所述特定卫星作为到所述发送地面站的无线电通路中的节点的适合性，以及(ii)所述初始信息信号的质量。11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述卫星被指定为第一类型的节点并且所述地面站被指定为第二类型的节点，并且相同类型的节点不与彼此通信。12.根据权利要求11所述的方法，还包括将数据传输从所述接收地面站发送至所述发送地面站，其中，所述第一类型的节点仅发射第一模式的无线电信号并且仅接收基本上消除了对所述第一模式的发射的干涉的第二模式的无线电信号，并且所述第二类型的节点仅接收所述第一模式的无线电信号并且仅发射所述第二模式的无线电信号。13.根据权利要求10所述的方法，其中：所述初始信息信号包括数字数据的包，所述数字数据的包包括头部和有效载荷，所述头部包含至少所述发送地面站地址信息，所述有效载荷包括样本数据流，所述样本数据流由所述卫星使用以确定所接收的所述初始信息信号的质量；以及所述通路信号包括数字数据的包，所述通路信号的数字数据的包包括：包含至少所述链接信息和所接收的所述初始信息信号的质量的头部，和包括由所述接收地面站使用以确定被接收的所述通路信号的质量的样本数据流的有效载荷。14.根据权利要求13所述的方法，其中，被所述卫星接收的所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰拉尔德，
申请(专利权)人：星网有限责任公司，
类型：发明
国别省市：