用于由发射设备向非地球同步卫星发射信号的方法
阅读：905发布：2020-05-13
专利汇可以提供用于由发射设备向非地球同步卫星发射信号的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及用于由发射设备(110)向沿围绕地球的轨道移动的卫星(120)发射 信号 的方法(200)，所述发射设备(110)和卫星(120)包括无线电信装置。该方法包括以下步骤：-由所述发射设备(110)接收(210)由卫星(120)发射的信号，所述信号被称为存在信号；-分析(220)通过 多普勒效应 对由所述设备(110)接收的存在信号的主 频率 引起的频移；-基于对频移的分析来评估(230)所述发射设备(110)和所述卫星(120)之间的接近度标准；如果满足接近度标准，则由所述发射设备(110)发射信号。，下面是用于由发射设备向非地球同步卫星发射信号的方法专利的具体信息内容。
1.一种用于利用发射设备(110)向沿围绕地球的轨道移动的卫星(120)发射信号的方法(200)，所述发射设备(110)和所述卫星(120)包括无线电信装置，
其特征在于，所述方法包括以下步骤：
-利用所述发射设备(110)接收(210)由所述卫星(120)发射的信号，所述信号被称为存在信号；
-分析(220)由所述发射设备(110)接收的存在信号中的通过多普勒效应引起的频移；
-基于对所述频移的分析，评估(230)用于量化所述发射设备(110)与所述卫星(120)之间的接近度的接近度标准；
-如果满足所述接近度标准，则利用所述发射设备(110)发射信号。
2.根据权利要求1所述的方法(200)，其特征在于，分析(220)所述频移的步骤包括以下子步骤：测量所述存在信号的主频率；以及根据所测量的主频率和所述存在信号的理论主频率来估计通过多普勒效应引起的频移。
3.根据权利要求2所述的方法(200)，其特征在于，评估所述接近度标准的步骤包括将所估计的频移与阈值进行比较的子步骤(231)。
4.根据权利要求1至3中的一项所述的方法(200)，其特征在于，分析(220)所述频移的步骤包括以下子步骤(222)：基于对所述存在信号的主频率在至少两个不同的相应时间之间的随时间的变化的评估来估计通过多普勒效应引起的频移随时间的变化。
5.根据权利要求4所述的方法(200)，其特征在于，评估所述接近度标准的步骤包括将所估计的所述频移随时间的变化与阈值进行比较的子步骤(232)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法(200)，其特征在于，由所述卫星发射的存在信号包括具有相对于载波频率的预设频率差的至少一个调制子载波。
7.根据权利要求6所述的方法(200)，其特征在于，接收(210)所述存在信号的步骤包括根据所述频率差检测所述存在信号的子步骤(211)。
8.根据权利要求7所述的方法(200)，其特征在于，所述检测子步骤(211)通过超再生接收器执行。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法(200)，其特征在于，分析(220)所述存在信号中的通过多普勒效应引起的频移包括以下步骤：通过锁相环执行测量所述存在信号的主频率或者所述存在信号的所述主频率随时间的变化。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法(200)，其特征在于，所述方法(200)还包括步骤(250)，在所述步骤(250)中，根据在由所述卫星发射的信号中接收的调整信息，由所述发射设备动态地调整所述接近度标准。
11.根据权利要求10所述的方法(200)，其特征在于，所述调整信息由所述卫星根据所述卫星在预设时段内接收的信号的数量来确定。
12.一种无线电信系统(100)的发射设备(110)，其特征在于，所述发射设备(110)实现根据权利要求1至10中任一项所述的发射方法。
13.一种无线电信系统(100)，其特征在于，所述无线电信系统(100)包括至少一个根据权利要求12所述的发射设备(110)以及至少一个沿围绕地球的轨道移动的卫星(120)。
用于由发射设备向非地球同步卫星发射信号的方法
技术领域
[0001] 本发明属于无线电信系统领域，并且更具体地涉及用于在至少一个发射设备与至少一个沿轨道移动的卫星之间传输信号的方法。
[0002] 本发明特别适用于连接对象的领域。
背景技术
[0004] 这种UNB无线电信系统特别适用于M2M(机器到机器)或IoT(物联网)类型的应用。
[0005] 应注意，这种类型的电信系统的发射设备的寿命可达到约20年，条件是发射设备不会不必要地发射信号，特别是用于超出所述发射设备的范围的卫星的信号。
[0006] 为此，在现有技术中，存在允许发射设备以规律间隔来检测发射给定功率的信号的卫星的存在的技术。该检测基于发射设备接收的信号的功率来执行，这使得能够根据其近似地推导信号在卫星与发射设备之间的传播距离。
[0007] 这些技术的主要缺点是它们不能精确确定有利于向卫星传输信号的时段，即何时卫星最靠近发射设备。具体地，卫星与发射设备之间的距离不是已知数据，基于卫星与发射设备之间的估计距离的变化来计算有利于发射的时段。然而，由于信号的传播具有意外波动的趋势，这些变化导致无效的传输，特别是当卫星不在发射设备的范围内时。
发明内容
[0008] 本发明的目的是通过提供下述解决方案来弥补现有技术解决方案的所有或一些限制，特别是上面所描述的那些限制，该解决方案使得能够确定有利于发射来自向沿轨道移动的卫星进行通信的发射设备的一个或更多个信号的至少一个时段。
[0009] 为此，根据第一方面，本发明涉及一种用于利用发射设备向沿围绕地球的轨道移动的卫星发射信号的方法，所述发射设备和卫星包括无线电信装置，该方法包括以下步骤：
[0010] -利用所述发射设备接收由卫星发射的信号，所述信号被称为存在信号；
[0011] -分析由所述发射设备接收的存在信号中的通过多普勒效应引起的频移；
[0012] -基于对频移的分析，评估用于量化所述发射设备与所述卫星之间的接近度的接近度标准；
[0013] -如果满足接近度标准，则利用所述发射设备发射信号。
[0014] 因此，当满足接近度标准时，执行由发射设备发射信号。接近度标准特别地使得能够确定有利于信号发射的时段，该时段对应于卫星接近发射设备的时刻。
[0015] 多普勒效应包括在存在信号向发射设备的传输期间的存在信号的频移。多普勒效应取决于卫星的速度、发射设备的速度、卫星的速度矢量与卫星和发射设备形成的直线之间的角度，以及发射设备的速度矢量与所述直线之间的角度。换句话说，多普勒效应取决于发射设备和发射存在信号的卫星的相对运动方向与连接发射设备和卫星的直线之间的角度，该直线对应于存在信号在发射设备与卫星之间传播的方向。
[0016] 通过分析由多普勒效应引起的频移，可以确定卫星是处于朝向发射设备移动还是处于远离发射设备移动的过程中。此外，应当注意，当卫星最靠近发射设备时，由多普勒效应引起的频移降至零。
[0017] 发射设备意指配备有能够发射信号的电信装置的任何对象。发射设备可以例如是连接对象。连接对象意指连接到诸如因特网的计算机网络以交换数据的可远程控制或可查询的任何装置。连接对象可以是任何类型的。例如，它可以是收集住宅内部和外部温度数据的气象站、用于测量蓄水池或槽中液体或气体水平的传感器、停车位占用的检测器、用于测量进入建筑物的人的数量的传感器等。连接对象也可以是用于在连接的装置与网络之间中继数据的基站。该中继基站可以起到转发器或缓冲器的作用，以将要发送到网络的数据存储在中继基站的计算机存储器中。
[0018] 在特定的实现中，发射方法还可以包括单独应用或以任何技术上可能的组合应用的以下特征中的一个或更多个特征。
[0019] 在特定的实现中，分析频移的步骤包括以下子步骤：测量存在信号的主频率；以及根据所测量的主频率和所述存在信号的理论主频率来估计通过多普勒效应引起的频移。
[0020] 应当注意，存在信号的主频率例如表示所述存在信号的载波的频率，或者甚至表示所述存在信号的子载波的频率，表示所述存在信号的瞬时频谱的中心频率，表示所述瞬时频谱的最小或最大频率等。
[0021] 因此，可以由发射设备在卫星最靠近发射设备时发射信号，无论卫星是否在发射设备上方飞行。具体地，理论主频率对应于卫星发射存在信号的主频率，从而可以通过计算所测量的主频率与理论主频率之间的差来估计通过多普勒效应引起的频移。当如此估计的频移接近零时，这意味着卫星靠近所述发射设备。
[0022] 在特定的实现中，评估接近度标准的步骤包括将所估计的频移与阈值进行比较的子步骤。
[0023] 阈值也可以被称为接近度阈值，其使得发射设备可以确定是否应当向卫星发射信号。
[0024] 在特定的实现中，分析频移的步骤包括以下子步骤：基于对存在信号的主频率在至少两个不同的相应时间之间的随时间的变化的评估来估计通过多普勒效应引起的频移随时间的变化。
[0025] 因此，可以基于由所述发射设备接收的存在信号的主频率随时间的曲线的导数的近似来确定卫星的接近度。应当注意，主频率随时间的变化通常类似于频移随时间的变化，特别是当以随时间恒定的主频率发射存在信号时。主频率随时间的变化可以通过测量在两个不同的相应时间处的主频率之间的差来直接测量，或者通过在至少两个不同的相应时间处测量主频率并且通过计算所测量的主频率之间的差来间接测量。
[0026] 在特定的实现中，评估接近度标准的步骤包括：将所估计的频移随时间的变化与阈值进行比较的子步骤。
[0027] 在特定的实现中，由卫星发射的存在信号包括具有相对于所述存在信号的载波频率的预设频率差的至少一个调制子载波。
[0028] 因此，可以在多个接收信号中容易地识别存在信号。
[0029] 在特定的实现中，接收存在信号的步骤包括：根据所述频率差检测存在信号的子步骤。
[0030] 在特定的实现中，检测子步骤通过超再生接收器执行。
[0031] 在特定的实现中，分析存在信号中的通过多普勒效应引起的频移包括以下步骤：通过锁相环执行测量主频率或者主频率随时间的变化。
[0032] 在特定的实现中，方法还包括以下步骤，在所述步骤中，根据在由卫星发射的信号中接收的调整信息，由发射设备动态地调整接近度标准
[0033] 因此，可以根据卫星的有效载荷动态地确定接近度阈值，并将其传送到位于卫星场中的发射设备。因此，接近度阈值的值对于多个发射设备可以是共同的，或者在两个发射设备之间不同，阈值的不同值例如被编码在两个不同的信道中。
[0034] 在特定的实现中，调整信息由卫星根据所述卫星在预设时段内接收的信号的数量来确定。
[0035] 因此，动态调整使得能够调整卫星的覆盖范围，所述覆盖范围也被称为扫描带。
[0036] 根据第二方面，本发明涉及一种无线电信系统的发射设备，该发射设备实现根据本发明的任一实现的发送方法。
[0037] 在特定的实施方式中，发射设备是连接对象。
[0039] 通过参照附图来阅读通过完全非限制性的示例给出的以下描述将更好地理解本发明，附图示出：
[0040] -图1：电信系统的实施方式的示例的示意图，
[0041] -图2：示出频移随卫星相对于图1的电信系统的发射设备的位置的变化的曲线，[0042] -图3：示出用于利用发射设备向卫星发送信号的方法的实现的示例的流程图，[0043] -图4：示出为检测卫星发射的存在信号而进行的处理的两条曲线，[0044] -图5：示出信号中的随时间的频移的示例的曲线。
[0045] 在这些图中，相同的参考文献用于引用相同或类似的元件。为清楚起见，元件未按比例绘制，除非另有说明。
具体实施方式
[0046] 图1示意性地示出了无线电信系统100，其包括多个发射设备110和先前置于围绕地球的轨道中的超微型卫星的星座的卫星120。
[0047] 发射设备110和卫星120以电磁信号的形式交换数据。“电磁信号”意指通过非有线装置传播的电磁波，并且其频率包括在传统的电磁波频谱中(即几赫兹到几百千兆赫兹)。
[0048] 在本发明的当前非限制性示例中，发射设备110是包括能够将信号发射到卫星120的电信装置111的连接对象。应当注意，在特定的实施方式中，对象110还可以在彼此之间交换信号。
[0050] 由发射设备110发射的信号和/或由卫星120发射的信号是例如UNB(超窄带)信号。
[0051] 在电信系统100内交换的UNB信号包括其频率约为100MHz或甚至约1GHz的载波。UNB信号的带宽窄于2kHz，甚至窄于1kHz。
[0053] 在本示例中，卫星120是由10厘米边长的立方结构形成的CubeSat类型的超微型卫星。部署在立方结构两侧的两个光伏板121为卫星120供电。卫星120的质量基本上等于5千克。指向地球表面的天线122使得能够将UNB信号发送到连接对象110或从连接对象110接收UNB信号。应当注意，卫星120被置于距离地球大约五百千米的轨道中。因此，卫星120以大约每秒7千米的速度绕地球移动，并且在大约90分钟的时间内完成围绕行星的完整轨道。通常，卫星120处于非地球同步轨道中，例如处于LEO(低地球轨道)或MEO(中地球轨道)中。
[0054] 卫星120还包括信标125，信标125连续发射UNB信号，UNB信号在下面被称为存在信号。由信标125发射的存在信号例如包括载波，该载波的频率在发射时例如基本随时间而恒定。
[0055] 在本发明的该特定实施方式的一个变型中，信标125不连续地，优选地以规律间隔发射存在信号。发射的存在信号例如具有有限的持续时间，例如包括在几百毫秒与几秒之间。
[0056] 应当注意，为了节省能量，连接对象110在大多数时间通常处于待机模式，并且它以规律的间隔从该待机模式退出以监听和/或发送信号。
[0057] 图2示出了由连接对象110从卫星120接收的信号的频移随卫星相对于连接对象的位置的变化的曲线150的示例。图2包括五条曲线，其中的每条曲线对应于由连接对象110看到的卫星120的不同最大仰角。也被称为交叉轨道角度的最大仰角意指当卫星120最靠近连接对象110时，在对象处测量的地面与卫星120的方向之间的角度。曲线150的x轴对应于卫星110的纬度与连接对象110的纬度之间的差。当最大仰角小时，如在曲线1501的情况下，卫星120被连接对象110视为接近水平线，而当最大仰角约为九十度时，如在曲线1502的情况下，连接对象110位于基本上与卫星120的轨迹垂直。
[0058] 图3以流程图的形式示出了用于在连接对象110之一与沿轨道移动的卫星120之间发射信号的方法200。
[0059] 方法200包括步骤210，在步骤210中，连接对象110接收由卫星120发射的存在信号。
[0060] 在优选的实现中，存在信号包括频率为fc_sat的载波和相对于频率fc_sat具有预设频率差fS的至少一个调制子载波，以能够区分来自信标的信号以及来自连接对象110的信号，上述信号不具有该特定形式，或者在相反的情况下，具有与存在信号的频率差fS不同的预设频率。
[0061] 换句话说，卫星120的存在信号包含使得能够通过相对于频率fc_sat具有预设频率差fS的调制子载波的存在来识别存在信号的来源的信息，所述信息在当前情况下即为卫星120的信标125。更一般地，可以使用本领域的技术人员已知的任何技术将存在信号的识别信息编码到由信标125发射的存在信号中。
[0062] 应注意，包括载波和至少一个子载波的这种存在信号是自定时类型的。借助于相对于载波具有预设频率差的子载波的存在来识别存在信号有利地用包括多个连接对象和多个卫星的混合电信网络的情况下。在该类型的网络中，连接对象可以接收来自卫星和来自另一连接对象的信号。
[0063] 步骤210例如包括在多个接收信号中检测信标125的信号的子步骤211。为此，包括在连接对象110中的超再生接收器使得能够借助于存在信号中子载波的存在来检测信标125发射的存在信号，所述子载波相对于存在信号的载波频率的频率差被有利地预设。应当注意，超再生接收器在主动接收时有利地具有大约一百微瓦的非常低的功耗。通过采用循环非连续检测的循环，可以降低超再生接收器的功耗。特别地，增加两个连续检测之间的延迟使得能够降低该接收器的功耗。
[0064] 此外，应当注意，如果载波和子载波以类似的方式变化，则超再生接收器有利地对频率变化不敏感，如存在信号受多普勒效应影响时的情况。
[0065] 在图4中示出了通过该检测机制获得的结果的示例，该示例包括检测前的曲线310和检测后的曲线320。曲线310包括频率为fc_sat的载波311和频率为f2的调制子载波312。载波和子载波之间的频率差等于fS。该检测使得能够提取频率为fS的信号321、频率为2fc_sat的信号322、频率为fc_sat+f2的信号323和频率为2f2的信号324。
[0066] 在方法200的步骤220中分析由连接对象110接收的存在信号中的通过多普勒效应引起的频移。
[0067] 在该分析步骤220中，例如在子步骤221中评估存在信号的主频率随时间的变化。所讨论的主频率例如对应于存在信号的载波的频率。
[0068] 为了评估主频率随时间的变化，存在信号例如被复制成两个复本，其中一个复本被延迟设定时间，例如大约几秒。同时分析这两个复本，例如所述两个复本的相关性，使得能够评估存在信号的主频率随时间的变化。
[0069] 在本发明的该特定的实现的一个变型中，可以基于在至少两个不同的相应时间处的主频率的测量来计算主频率随时间的变化。
[0070] 应当注意，在当前示例中对应于存在信号的载波频率的主频率随时间的变化例如使用类似于锁相环或锁定放大器的同步检测机构来分析。锁相环特别地使得能够执行两个信号之间的频率或相移的测量。在该分析期间，超再生接收器可以有利地使用其绝对本地参考振荡器。然后在子步骤222中估计通过多普勒效应引起的频移随时间的变化。假设存在信号以随时间保持恒定的主频率发射，通过多普勒效应引起的频移随时间的变化等于主频率随时间的变化。
[0071] 在可以用作上述实现的替代或补充的分析步骤220的特定实现中，可以基于存在信号的主频率的测量来估计通过多普勒效应引起的频移。例如，将所测量的存在信号的主频率与存在信号的理论主频率进行比较，理论主频率对应于信标125发射存在信号时的载波频率。在某些情况下，载波预先已知，在这种情况下，信标125以例如对应于先前建立的标准的预设频率发射。当载波的发射频率未知时，所述发射频率的值可以例如被编码到存在信号中，并且例如调制所述存在信号的调制子载波。
[0072] 然后，方法200包括以下第三步骤230：根据在分析步骤220中执行的频移分析的结果来评估接近度标准。
[0073] 通常，接近度标准的评估旨在确定有利于触发连接对象110发射信号的时段，并且一个特定的接近度标准的选择仅是本发明的实现的一种变型。
[0074] 评估的接近度标准取决于存在信号中的通过多普勒效应引起的频移的分析类型。因此，如果执行的分析产生对频移随时间的变化的估计，则接近度标准的评估使用所估计的所述频移随时间的变化；如果执行的分析产生对频移的估计，则接近度标准的评估使用估计的频移等。
[0075] 在说明书的其余部分中，所考虑的情况非限制性地为分析步骤220包括估计频移和估计所述频移随时间的变化并且接近度标准的评估使用估计的频移和估计的所述频移随时间的变化的情况。如果满足以下条件中的至少一个条件，则例如认为满足接近度标准：与存在信号的主频率的通过多普勒效应引起的频移的值有关的第一条件和与该频移随时间的变化有关的第二条件。替选地，如果满足第一条件和第二条件，则可以认为满足接近度标准。
[0076] 在子步骤231中将在步骤220中估计的频移与被称为接近度阈值的预设阈值进行比较。
[0077] 图5中示出了估计的频移Δf的变化的曲线510的示例。因此，如果估计的频移的绝对值低于接近度阈值(图5中的σ)，则认为卫星120在连接对象110的范围内并且满足第一条件。
[0078] 应当注意，如果卫星120的最大仰角较小，即当卫星120被连接对象110视为在水平线上时，频移的曲线大部分时间可能低于阈值。在这种情况下，卫星120从连接对象110接收的信号可能是低功率的。
[0079] 因此，为了改善从连接对象110向卫星120的信号发射，第二接近度标准条件可以有利地单独使用或者与在子步骤231中评估的第一条件组合使用。例如，当所测量的存在信号的载波频率的所估计的随时间的变化大于第二预设阈值时，认为满足第二条件。换句话说，当所估计的通过多普勒效应引起的频移随时间的变化大于第二阈值时，满足第二条件。因此，第二接近度标准条件与存在信号的载波频率的曲线的斜率有关，或者与类似的频移的曲线的斜率有关，这是类似的。
[0080] 为此，在子步骤232中，将频移随时间的变化与的第二阈值进行比较。当曲线的斜率的绝对值大于阈值时，认为满足第二条件。这种接近度标准条件是有利的，因为它还使得连接对象的信号发射能够限制在最大仰角的特定值的大约90°的范围内。
[0081] 如上所述，例如，如果满足第一条件和/或第二条件，则认为满足接近度标准。当满足接近度标准时，在步骤240中，连接对象110可以向卫星120发射信号，在步骤240中，连接对象110发射信号。在相反的情况下，即当不满足接近度标准时，连接对象110不向卫星120发射任何信号。
[0082] 更一般地，如上所述，一个特定的接近度标准以及因而必须满足以被认为已经满足接近度标准的一个或更多个条件的选择仅是本发明的实现的一种变型。例如，可以要求满足以下条件中的一个或更多个条件，以被认为已满足接近度标准：
[0083] -估计的频移或估计的频移的绝对值必须低于阈值；
[0084] -估计的频移的绝对值必须低于一个阈值，并且估计的频移的绝对值必须高于第二阈值；
[0085] -估计的频移必须低于一个阈值并高于第二阈值；
[0086] -估计的频移或估计的频移的绝对值必须高于阈值；
[0087] -估计的频移随时间的变化或估计的频移随时间的变化的绝对值必须高于阈值；
[0088] -估计的频移随时间的变化的绝对值必须高于一个阈值并且低于第二阈值；
[0089] -估计的频移随时间的变化必须高于一个阈值并低于第二阈值；
[0090] -估计的频移随时间的函数的变化或估计的频移随时间的变化的绝对值必须低于阈值等。
[0091] 有利地，方法200还可以包括步骤250，在步骤250中，连接对象110根据在卫星120发射的信号中接收的调整信息动态地调整接近度标准。调整信息使得能够调整第一条件和/或第二条件的接近度阈值的值，所述第一条件和/或第二条件使得连接对象110能够评估接近度标准。
[0092] 应当注意，可以根据卫星120在预设时段中接收的信号的数量，或者根据具有范围内的卫星120的连接对象110的数量来动态地调整接近度标准。此外，对应于卫星120发射的信号可以被连接对象110接收的最大距离的卫星120的范围通常不同于对应于连接对象110发射的信号可以被卫生120接收的最大距离的连接对象的范围。也称为下行链路范围的卫星120的范围可以与也被称为上行链路范围的对象的范围不同。
[0093] 在本示例中，由信标125发射的存在信号的功率高于由连接对象110发射的信号的功率。因此，卫星的范围原则上大于连接对象110的范围。
[0094] 换言之，接近度标准的调整使得能够通过确定卫星120的范围内的能够向卫星120发射信号的连接对象110的数量来调整卫星120的覆盖范围的大小，所述卫星120的覆盖范围也被称为卫星120的扫描带。
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