专利名称：卫星通信中的负荷共享的利记博彩app
相关申请的交叉引用本申请要求2004年3月17日提交的题目为“LINKDEGRADATION COMPENSATION THROUGH CAPACITYALLOCATION ADJUSTMENT”的U.S.临时申请No.60/554,307以及2004年3月17日提交的题目为“RAIN BURDEN SHARING IN KaBAND MULTIBEAM SATELLITE DOWNLINKS”的U.S.临时申请No.60/554,308的权益，在这里将这两个临时申请中的任何一个完全合并于此。
背景技术：
通常，需要高速、宽带服务的因特网用户可以在世界的许多地方使用DSL。在存在数字电缆容量的区域中，电缆调制解调器提供了另一种选择。但是世界上甚至是在发达国家中还存在大面积的区域在可预测的未来中不存在上述两种选择。这些区域是人口密度相对稀疏的区域。在这些区域内，从电话中心局引出的电缆的长度往往很长，这样，就减慢了DSL的速度，并且进而阻碍了DSL使用。同样地，由于每个用户的高昂成本，所以稀疏的人口密度也阻碍了数字电缆的安装。据估计，在美国大概1亿家庭中，有大约30％的家庭居住在这种区域。
卫星服务看上去将是对该类人口进行服务的简单自然的方式，并且实际上已经开展了某些这种业务。迄今为止的典型尝试已经使用了现存的Ku频带卫星。这些卫星具有大的大陆型波束(continental sizedbeams)，而不是多个小的波束。如果想要使用大波束来提供高速服务，那么每单位MHz可以服务的用户数目变小，不经济实用。纠正该问题的方式是众所周知的。通过转到多波束卫星，可以获得带宽的有效复用，其中，多波束卫星利用多个小的波束而不是一个大的波束来覆盖大陆型区域。可以在不同的波束上多次重复使用给定的频带，使得通过波束数目除以重用因子来对带宽进行有效复用。此外，这种多波束操作有效地避免了功率损耗。将具有相同功率的两种不同卫星进行比较，第一种卫星具有一个大的大陆型波束，而另一种卫星具有多个小的波束，其覆盖了与大的波束相同的区域，两种卫星产生相同的EIRP。
但是在所有其它情况相等的情况下，提供多个小的波束需要大幅增加卫星孔径尺寸。如果考虑数十个波束(比方说40-60个波束)，那么孔径尺寸将比当今认为实用的大多数Ku频带内的孔径尺寸大。因此，不得不使用Ka频带，其中，Ka频带是为FSS操作保留的、Ku频带之上的下一个频带。
然而，Ka频带引入了其自身的问题，即高得多的雨致降级(degradation)。在Ku频带中雨致降级固然也很重要，但是在大多数情况下，通过使用若干dB的余量来提供足够的可用性。然而，在Ka频带中，10dB或者更多dB的雨致降级并不是罕见的事件，并且简单地通过提供余量来克服雨致降级看起来是不切实际的。为在小于10％时间内可能发生的雨致降级情况提供数十dB的功率余量是不切实际的并且是不经济的。期望可以在几乎所有的环境情况下始终如一地提供通信链路，而无需借助于强迫应用足够克服环境降级的功率余量。
发明内容
公开了在结合了雨致负荷共享的网络接入系统中对下行链路业务进行处理的系统、装置和方法。该系统和方法将时分复用、在大的动态范围上的可变速率编码与来自用户设备的恰当反馈相结合。用户设备可以将诸如信噪比的信号量度报告给诸如陆地网关的集线器。系统处理以信道上增加的时间部分对具有被降低的数据速率的用户进行补偿。当雨水穿过波束时，雨致负荷共享的效果是波束容量的减少，但是几乎所有的用户接收到恰好相同的服务质量。
被公开的是一种在通信信道中进行负荷共享的方法，包括对相应于多个用户中的每个的数据进行缓存，为多个用户中的每个取回几乎相等数目的数据比特，确定相应于多个用户中的每个的编码速率，以相应于多个用户中的每个的编码速率对数据比特进行编码，以及在无线通信信道上将被编码的比特时间复用到多个用户。
同时公开的是一种在通信信道中进行负荷共享的方法，包括为第一个用户缓存数据，取回至少部分被缓存的数据，为被取回的缓存数据部分确定编码速率，以编码速率对被取回的缓存数据部分进行编码以便生成被编码的数据，至少部分基于编码速率来确定时隙持续时间，以及将被编码的数据与用于不同于第一个用户的用户的数据进行时间复用。
在另一方面中，在通信信道中进行负荷共享的方法包括对相应于多个用户的数据进行缓存；访问其中存储了用于第一个用户的数据的第一个缓冲器；确定将要从第一个缓冲器中被取回数据的数据块大小；从第一个缓冲器取回相应于数据块大小的数据；部分基于信号量度来确定将要应用于取回数据的编码速率，其中从第一个用户所接收到的Ka频带卫星信号得到所述信号量度；对被取回的数据进行编码以便生成被编码的数据；将被编码的数据与用于其他用户的数据进行时间复用，以便生成时间复用数据；以及将时间复用的数据发送到卫星，其中将所述卫星配置为在多个卫星波束的一个波束中将Ka频带前向链路信号发送到第一个用户。
在另一方面中，所公开的内容包括用于在通信信道中进行负荷共享的装置，包括多个缓冲器，将每个缓冲器配置为存储用于多个用户中相应一个用户的数据；编码器，将该编码器配置为以时间复用的方式从多个缓冲器的每个中取回对应于额定数据块大小的数据，并且基于控制信号以多种编码速率中的一种对数据进行编码，以便生成时间复用编码数据；速率控制模块，将其连接到编码器，并且将其配置为从多个用户中的每个取回信号量度，并且基于所接收的信号量度为编码器生成控制信号。
结合附图，从下文的详细描述中，本发明的实施例的特征、目标和优点将变得更加显见，其中，类似的部件具有类似的参考标号。
图1A是实现负荷共享的无线通信系统的实施例的功能性方框图；图1B是衰落斜率统计曲线图；图2是配置为用于负荷共享的卫星网关的实施例的功能性方框图；图3是用于负荷共享的过程的实施例的流程图；图4是用于在负荷共享系统中确定编码速率的过程的实施例的流程图；图5是被测量的雨致衰减的曲线图；图6是波束容量变化的曲线图；图7是雨速率分布的曲线图。
具体实施例方式
公开了用于实现雨致负荷共享的系统、装置和方法。雨致负荷共享系统可以在几乎无余量的Ka频带卫星的下行链路上提供高可用性、高速的服务。
通信系统可以在系统中实现负荷共享，其中，在所述系统中，多个用户在通信信道上进行时分复用。可以将系统配置为为每个用户改变数据的编码速率。可以将系统配置为以足够提供预定编码增益量的量来改变编码速率。
对于特定的用户，系统基于该用户经历的信号质量调节编码速率。为了对抗增加的编码增益对用户所经历的数据速率的不利影响，还可以将系统配置为改变分配给每个用户的时隙持续时间。这样，系统可以以与应用于信道的编码增益成反比例的方式分配时隙持续时间。也就是说，系统可以分配时隙持续时间，该时隙持续时间与编码速率的倒数线性地成比例。因为所有的时间复用用户共享信道了，所以分配给任何特定用户的增加的持续时间稍微降低了所有其他用户的性能。因此，由其他多个用户对由一个用户引起的性能降级有效地进行补偿，使得信道的所有时间复用用户所经历的性能总变化最小。
图1A是卫星通信系统100的实施例的功能性方框图，将该卫星通信系统100配置为提供负荷共享。卫星通信系统100包括陆地基站，这里被称为网关120。网关120可以提供到网络150的接口，该网络150可以在卫星通信系统100的外部。网关120和网络150之间的接口可以包括有线链路以及无线链路。例如，网络150可以是局域网(LAN)或诸如因特网的广域网(WAN)。
还可以将网关120配置为与卫星130接口。在一些实施例中，可以将网关120配置为与多个卫星接口。网关120在第一个通信频带内的通信链路上与卫星130进行通信。例如，第一个通信频带可以是Ka频带、Ku频带、S频带、L频带、或者某些其它通信频带。
被连接到网络150的源(未示出)可以将信息提供给网关120，网关120将该信息中继到用户设备110。网关120在第一个前向链路信道上将信息传送到卫星130，并且卫星130在第二个前向链路信道上将该信息中继到用户设备110。
可以将卫星130配置为具有一个或多个波束，每个波束辐射了相应的区域140a-140g。图1A示出了由卫星130支持的多个区域140a-140g，但是为了清楚起见，仅对一个波束进行了说明。
可以将卫星130配置为将前向链路信息中继到位于区域之一140b内的用户设备110。例如，从卫星130到用户设备110的前向链路通信可以在Ka或Ku频带内，或者在被分配的某些其它频谱部分内。
例如，用户设备110可以是计算机、服务器、终端、电话、个人数字助理、以及类似的或者某些其它通信设备。用户设备110可以是静止的或者可以是移动的，并且可以在区域140a-140g之间移动。
用户设备110可以在反向链路信道上与连接到网络150的设备(未示出)进行通信，该反向链路信道通过卫星将用户设备110连接到网关120。用户设备110可以生成数据、对输入数据进行接收、或者从外部设备(未示出)接收数据，并且可以使用所分配频带内的反向链路信道将信息发送到卫星130，例如，所述反向链路信道可以在Ka或Ku频带内。用户设备110可以使用内部收发机与卫星进行通信。然而，在更典型的情况下，收发机位于用户设备110外部的小型地球站内(未示出)。用户设备110可以使用诸如有线链路与收发机进行通信，并且收发机可以直接与卫星130进行通信。卫星130进而将反向链路信号中继到网关120。
卫星通信系统100可以将几乎相同的带宽分配给前向和反向链路，或者可以将不同的带宽分配给这两个链路。例如，可以将诸如因特网访问的应用的特征归结为前向链路通信占主要优势，反向链路信息量相对较低。在这种系统中，可以为前向链路分配比反向链路更大的带宽。
可以将网关120和卫星130配置为同时支持位于区域140a-140g内的多个用户设备110。在任何给定时间，例如，在区域140b内的用户设备110可能经历信号衰落，该信号衰落归因于诸如雨天的环境状况。然而，其它用户设备(未示出)可能不受同样雨致衰落的影响，并且可能经历完全不同的环境状况。
通过改变被提供给正在经历衰落的用户设备110的信息的编码速率，网关120可以继续支持到用户设备的通信，所述用户设备包括受雨致衰落影响的任何用户设备110。通过为到正在经历衰落的用户设备110的信息传输分配更多的时间，网关120可以同时在多个用户上对衰落负荷进行共享。通过在所有用户之间对负荷进行共享并且使用不同的编码增益，可以使卫星130所需的功率余量达到最优化。
将卫星通信系统100配置为为到诸如因特网的网络通信提供支持，该卫星通信系统100可以包括下行链路，将该下行链路与从给定信道进行接收的各个用户所用的不同时间段进行时分复用。这些时间段可以由IP分组或这些分组的子部分组成。术语“时分复用”不是想要指时隙之间的任何固定关系。相反，时隙可长可短，并且可以以自由混合的方式寻址到不同的用户。
除了当发送队列为空时、当发送零功率或低功率时之外，可以将每个信道的功率配置为保持不变。当没有业务要发送时，以全功率进行发送(例如，通过发送无效字符)将对正在重新使用该频率的其它波束造成不必要的干扰。为了克服雨致降级效应，改变编码速率。
通过实现编码速率的自动变化以便克服降级，卫星通信系统100使用可变速率以便克服雨天的影响。有利地，编码速率变化足够大以便创建非常大动态范围的编码增益。
通过在用户设备110处对诸如信噪比(SNR)的信号量度进行连续监测并且在反向链路上周期性地将该信息发回网关120，确保编码速率的自动变化。网关使用该信号量度，以便允许其确定对应于最低编码开销的最高编码速率，该最高编码速率将确保符合错误率需求。
可以将用户设备110配置为周期性地确定来自前向链路数据的信号量度，并且可以将该信号量度返回到网关120。信号量度不限制于SNR，而可以是与服务质量相关的任何信号量度。例如，信号量度可以是诸如误符号率或者误比特率的误数据率。
因为在反向链路信道上传送信号量度消耗了部分可用反向链路带宽，所以最好对信号量度中所提供的信息量进行最小化。然而，最好以足够补偿期望变化环境影响的时间周期传送信号量度。
图1B示出了雨致衰落斜率(fade slope)统计的曲线图。数据来自在美国弗吉尼亚州的雷斯顿(Reston Va.USA)，运行在20GHz的接收机上对雨致降级进行5年测量的有价值的数据。统计可以代表当从卫星130到用户设备110的前向链路信号大约是20GHz时，图1A中卫星通信系统100内的用户设备110所经历的雨致衰落统计。
曲线图示出了雨致衰落斜率(dB/秒)足够小，使得可以以大约每1/2秒的周期发送信号量度信息。使用该被更新的周期，信号量度精确到小于一个dB余量的可能性很高。由于由信号降级在用于报告信号量度的往返时间上的变化以及改变编码速率所引起的信息“陈旧”，信号量度可能是不准确的。将SNR用作信号量度，并且使用大约1/2秒的更新周期，时隙内由低于期望的SNR引起的错误概率非常小。
实际上，允许十分之几dB的余量以便允许信号量度判决中的错误，例如SNR测量中的错误，这可以是有利的。但是总共大约1dB的余量将足够了，并且在卫星通信系统100中通常是足够的余量。
如上文所指出的，卫星通信系统100可能需要提供大动态范围的编码速率以便提供高可用性。例如，可以将网关120配置为提供15dB范围的编码增益。然而，一旦编码速率下降到0.2或0.25，对系统来说，进行符号重复可以是更有效率的。合并了符号重复的系统以简单成比例的方式用较长的时隙换取较低的SNR。然而，通过改变高于0.2的编码速率来改变编码增益可以比符号重复更加有效率。用户设备110可以经历相当大范围的瞬时数据速率(与编码速率不同)。但是数据速率变化通常小于编码速率增益内15dB的范围。
改变编码增益提供了高级别的可用性。然而，在大雨期间由于编码增益的增加，数据速率显著地减缓。如之前所讨论的，卫星通信系统100实行雨致负荷共享，以便防止任何单一用户经历服务质量的显著下降。
卫星通信系统100，特别是为链路传输卸载发送队列的网关120，与数据速率的减少成比例地增加用户时隙。如果为没有因为雨天引起降级的用户分配了长度为T的时隙，那么如果由因子β造成了速率减少，就为同一个用户分配扩展到持续时间βT的时隙。
为了理解这对系统内用户的影响，回忆起前向信道是时间共享的并且被许多用户所共享。可以将信道配置为不在雨天时以几十Mbps进行发送。通常，没有一个用户曾经占用链路上的一小部分时间。如用户所感知到的，在数据速率中经历十倍减少并且在时隙长度中经历十倍增加的用户在性能上没有经历任何变化。卫星通信系统100依赖这样一种可能性，即在时间内的任何一个时刻上，在任何卫星波束中仅一小部分用户经历暴雨。
考虑下列假定的例子。假定一个波束内信道的99％的用户未受到雨天的影响，并且假定1％的用户由雨水引起的降级足够大以致需要时隙成十倍增加。因为编码增益不是编码速率的线性函数，所以时隙中的该差异可以对应于实际上大于10dB的降级。这样，将负荷共享系统中这1％的用户配置为将负荷施加到系统上，其中，该负荷等价于未受雨天影响的10％的用户将施加到系统上的负荷。
因为通过对受雨天影响的用户的时隙进行扩展使得他们变为一个整体，所以所有的用户几乎经历相同的服务速度，但是系统响应的进行类似于系统未经历雨天，而是增加了大约10％(实际上9＝10-1％)的用户。对其进行等价看待的方式为用户都具有相同的服务，并且波束的容量被有效地减少了10％。通过使相对未受雨天影响的用户为了那些受雨天负面影响的用户的利益而放弃容量，从而使得所有用户获得几乎相同的服务速度，因此使雨致负荷共享起作用。通过当雨水移动穿过波束时出现的波束容量的减少，他们放弃该容量。典型地，在时间内的任何时刻上，仅相对一小部分用户受到雨天非常负面的影响，即大雨是非常局部的，并且雨越大受影响的区域越小。
随着雨致负荷共享方法的实施，所有用户获得几乎相同的服务速度，但是他们在波束或信道上对服务进行共享，而所述波束或信道本身的容量具有波动。如果雨致降级超过了最大范围，那么可能中断对某些用户的服务。随着雨水通过波束，总容量将减少，但是典型地，不会减少很多。
服务中的该波动就是因特网访问所经历和预期的那种服务。从其本质来看，因特网访问是一种“尽力而为”的服务。由于在用户进行寻址的服务器上的拥塞或者由于在客户和服务器之间的中间链路上的阻塞，用户可能经历延迟。与通过波束的雨水有关的所增加的延迟以及伴随而来的容量减少仅是无规则延迟的一个附加源，并且对于任何特定的用户，很难在完成处理过程中通常的延迟变化内对其进行辨别。
图2是网关120的实施例的功能性方框图，可以将其实现为图1A的卫星通信系统100中的网关120。将网关120配置为在前向链路信道中实现如上文所讨论的雨致负荷共享以及相关的编码速率变化。
网关120包括多个缓冲器210a-210n，将该多个缓冲器210a-210n配置为存储将要发送给多个用户设备的前向链路数据。在一个实施例中，例如，网关120将缓冲器210a动态地分配给每个用户设备，为该用户设备建立通信链路并且为该用户设备对数据进行排队。这样，随着用户设备通过网关120连接到网络或远程设备或者与网络或远程设备断开连接，网关120可以分配或者移除缓冲器210a-210n。网关120可以在每个缓冲器210a-210n内分配恒定的空间数量，或者可以基于进行发送排队的信息量来分配空间。
网关120可以对缓冲器210a-210n进行时间复用，并且因此根据预定的时间复用过程或方法访问前向链路通信信道。在一个实施例中，可以将网关120配置为以循环方式连续地提供到前向链路信道的访问。在其他实施例中，可以为用户设备分配优先级，并且网关120可以部分基于优先级来提供到前向链路通信信道的访问。例如，可以为与第一个缓冲器210a相关的第一个用户设备分配更高的优先级，该优先级高于与第二个缓冲器210b相关的第二个用户设备以及与第三个缓冲器210c相关的第三个用户设备。可以将网关120配置为从第一个缓冲器210a取回数据，并且提供第一个用户设备到前向链路信道的访问，该访问比第二个或第三个用户设备到前向链路信道的访问更加频繁。例如，可以将网关120配置为访问第一个缓冲器210a、第二个缓冲器210b，随后，在访问第三个缓冲器210c之前再次访问第一个缓冲器210a。网关120还可以实现某些其它时间复用过程或方法。
网关120包括多路复用器220，可以对该多路复用器220进行控制以便有选择地连接缓冲器210a-210n中的一个缓冲器。将多路复用器220的输出连接到编码器230，可以对该编码器230进行配置以便使用多个编码速率之一对被选择的缓冲器数据进行编码。最好将编码器230配置为具有编码速率选择，以便提供足够对链路中预期范围的降级或衰落进行补偿的编码增益范围。可选地，可以将编码器230配置为提供符号重复，作为采用低编码速率的替换方法。将编码器230的输出连接到发射机242，将该发射机242配置为将前向链路信号发送到卫星，以将前向链路信号传送到被卫星波束所辐射区域内的相应用户设备。
网关120还包括接收机244，将该接收机244配置为对由卫星中继的反向链路信号进行接收。与网关120进行通信的每个用户设备可以确定诸如SNR的信号量度，并且可以在反向链路信道上通过卫星将该信号量度发送回网关120。
可以将接收机244配置为对信号量度进行解调，并且将信号量度提供给速率控制模块250。可以将速率控制模块250配置为部分基于信号量度来确定合适的编码速率。可以将速率控制模块250配置为将合适的控制信号或消息提供给编码器230，以对编码器230进行配置以便以合适的编码速率对数据进行编码。还可以将接收机244配置为将反向链路数据耦合到目的设备。然而，为清楚起见，在图2中没有示出这种反向链路处理。
网关120还可以包括处理器262，将该处理器262连接到存储器264。存储器264可以包括一个或多个存储设备，并且可以将其配置为以软件的形式存储处理器可读指令。可以将处理器262配置为对存储器264进行访问并且执行软件。
与存储器264结合的处理器262可以执行对缓冲器数据的时间复用进行控制的过程。另外，可以将处理器262和存储器264配置为实现某些其它模块的部分或全部功能，该某些其它模块包括但是不限制于缓冲器210a-210n、多路复用器220、编码器230、以及速率控制模块250。
在图2的网关120的实施例的例子中，可以将n个缓冲器210a-210n配置为对数据进行存储，其中，将要在前向链路上将所述数据传送到n个相应的用户设备，所述n个相应的用户设备运行在由卫星支持的一个或多个区域内，所述卫星与网关120进行通信。网关120以循环的方式访问缓冲器210a-210n，在第二次访问另一个缓冲器之前至少访问了每个缓冲器一次。
将网关120配置为在接收机244处对来自反向链路信道上的第一个用户设备的信号量度进行接收。例如，信号量度可以是在用户设备处所确定的前向链路信号的SNR。接收机244可以将信号量度耦合到速率控制模块250。速率控制模块250可以确定相应的编码速率，将该编码速率用于被发送到第一个用户设备的前向链路数据的下一个时隙。在一个实施例中，速率控制模块250可以包括编码速率以及对应于每个编码速率的SNR范围的查找表。
可以将多路复用器220配置为将第一个缓冲器210a连接到编码器230。可以将编码器230配置为基于之前所接收到的信号量度以多种编码速率之一对数据进行编码。还可以将多路复用器220配置为继续将第一个缓冲器210a连接到编码器230一段时期，该段时期至少部分取决于编码器230所采用的编码速率。因此，如果将编码器230配置为提供大约是标称编码速率一半的编码速率，那么可以将多路复用器220配置为将第一个缓冲器210a连接到编码器230大约两倍于标称时隙持续时间。通常，可以将多路复用器220配置为分配等于标称时隙持续时间的时隙持续时间，该时隙持续时间反比于在时隙期间所采用的编码速率。
可以将多路复用器220配置为通过根据某时间参考对访问进行同步来提供所分配的持续时间的访问。在另一个实施例中，多路复用器220可以为存储在诸如210a的缓冲器中的预定数目的比特或符号提供访问。因此，如果编码器230取回x数目的比特，那么无论编码速率是多少，发送x数目的比特所需要的时间大约与编码速率成比例。由于可能的开销比特或者由于码字的特殊结构，所以时间可以完全或者大约与编码速率成比例。
根据相关的编码速率仅大概确定了时隙持续时间。例如，如果缓冲器210a几乎为空并且缓冲器210a中剩余的数据小于标称时隙内比特或符号的某个预定比例分数，那么处理器262可以对多路复用器220进行配置，以便提供到特定缓冲器210a的连续访问。在其它情况下，如果缓冲器存储了少于填充时隙所需的比特或符号，那么时隙可以短于标称时隙持续时间的整数倍。可替换地，为了允许开销比特的传输，处理器262可以对多路复用器220进行配置，以便提供小于标称时隙持续时间整数倍的时隙持续时间。
因此，在例如只有与第一个缓冲器210a相关的单一用户经历雨致衰落的情况下，可以将网关120配置为连续地提供到每个缓冲器210b-210n访问标称时隙持续时间，并且可以将网关120配置为提供到第一个缓冲器210a访问更长的持续时间，该更长的持续时间由所接收的信号量度部分确定。
图3是用于在时间复用通信信道中进行负荷共享的过程300的实施例的流程图。例如，可以通过图1A或图2中所示的网关120来实现过程300。
过程300开始于方框310，其中.使用诸如与多路复用器相连的处理器和存储器的网关将数据块长度设置为默认的数据块长度。默认的数据块长度对应于从每个缓冲器取回的比特或符号的标称数目。基于标称编码速率，默认的数据块长度还对应于标称时隙。
在设置了标称数据块数目之后，网关紧接着访问第一个缓冲器312。可以将多路复用器配置为将第一个缓冲器连接到编码器。在方框320中，网关确定编码速率，将该编码速率应用到来自第一个缓冲器的数据。如果数据代表了被发送到相关用户设备的初始前向链路数据，那么网关可以选择标称编码速率。可替换地，如果网关已经从第一个用户设备接收了信号量度，那么网关可以基于被接收的信号量度来确定编码速率。
在确定信号量度之后，网关继续进行到方框330并且确定将要被发送的实际数据块大小。如上文所讨论的，由于开销比特或缓冲器内容，实际数据块大小可以与标称数据块大小不同。
网关继续进行到方框340并且取回足够构成之前所确定的数据块大小的数据。例如，编码器可以以比发送数据速率高得多的某个速率从缓冲器取回数据，使得可以在将时隙分配给被编码的数据之前对数据块进行编码。
网关继续进行到方框350，并且使用之前处理步骤中所确定的码字和编码速率利用编码器对数据块进行编码。在对数据块进行编码之后，网关继续进行到方框352并且使用发射机将被编码的数据块发送到卫星。卫星进而将被编码的数据块发送到相关的用户设备。
网关继续进行到判决方框360，以便确定是否有更多具有排队数据的用户。如果有，网关继续进行到方框362并且访问被分配给用户设备的下一个缓冲器。随后，网关返回方框320并且对存储在缓冲器中的数据进行处理。
返回判决方框360，如果网关确定已经访问了所有的用户，即网关确定已经访问了所有的缓冲器，那么网关继续进行到判决方框370。
在判决方框370中，网关确定是否所有的缓冲器为空。即网关确定是否存在排队在任何缓冲器中的任何额外数据。如果是，网关继续进行到方框380并且完成过程300。
返回判决方框370，如果并非所有的缓存器都是空的，那么网关返回方框312并且访问第一个缓冲器。因为正在访问系统的用户设备可以改变并且某些缓冲器可以清空，所以对于过程300的每个循环，与每个缓冲器有关的缓冲器和用户设备的数目可以改变。
图4是用于确定码速率的过程320的实施例的流程图，所述编码速率是诸如图3的流程图中所示或者图1A或图2的网关中所执行的编码速率。过程开始于判决方框410，其中诸如速率控制模块中的网关确定数据块是否代表了被发送到用户设备的初始数据块。如果代表，那么网关继续进行到方框420，并且将编码速率设置为默认或标称编码速率。随后，网关继续进行到方框460并且过程完成。
返回判决方框410，如果网关确定数据块不代表被发送到用户终端的初始数据块，那么网关继续进行到方框430并且对信号量度进行接收。例如，网关中的接收机可以从反向链路信道上的用户终端接收SNR，并且使用SNR作为信号量度。
网关继续进行到方框440并且将信号量度与编码速率进行相关。例如，速率控制模块可以存储可用编码速率以及对应于每种编码速率的SNR值的查找表。速率控制模块可以通过使用查找表和所接收的SNR值来确定编码速率。可替代地，可以将速率控制模块配置为基于从用户设备接收的误比特率来计算编码速率。随后，速率控制模块将编码速率四舍五入到多个可用编码速率中最接近的编码速率。在其它实施例中，速率控制模块可以使用某些其它技术将信号量度与编码速率进行相关。
随后，网关继续进行到方框450并且确定编码速率，并且将编码器配置为将编码速率应用于数据。例如，速率控制模块可以基于查找表来确定编码速率，并且生成一个或多个控制信号或消息，将该控制信号或消息耦合到编码器以便将编码器配置为采用所期望的编码速率。随后，网关继续进行到方框460并且过程完成。
可以使用当前可利用的雨天数据对Ka频带雨致负荷共享网络实现的例子进行分析。在例子中，雨水在波束区域上如何分布的数据来源是美国国家气象局(NWS)。NWS在横跨美国大陆(CONUS)上设置了一系列气象雷达站。每个雷达每15分钟进行一次全360度扫描，并且从反射率数据对雨速率(区域的函数)进行估计。由NWS提供的降雨量数据以459×915像素栅格的形式每15分钟给出横跨CONUS的降雨快照，在该459×915像素栅格中，每个像素代表了8km×8km的区域。在每个像素中，将雨速率量化成从0mm/hr到超过150mm/hr的值的一系列数据仓(data bin)。NWS每15分钟对该数据进行存储，对该数据进行分类编目并且可以根据要求利用该数据。横跨西欧存在类似的设备。
为了计算容量的减少，可以考虑来自CONUS的像素子集组成波束。系统模型可以将一个用户设备定位在每个这种像素的中心，将其作为代表用户的均匀分布。对于每个这种用户，可以计算从用户到固定轨迹(slot)位置处同步卫星的路径。在每个15分钟时间间隔的整数倍上，可以通过使用标准国际电信联盟(ITU)模型来确定每个这种用户的雨致衰减，其中，对于路径通过的所有像素，所述标准ITU模型将衰减与雨速率进行相关。为简化起见，对于每个像素来说，假定雨水作为高度的函数是恒定的，直到ITU模型中所给定的最大高度的。
一旦确定了雨致衰减，就可以确定每个用户噪声温度的上升。可以对衰减和噪声温度上升的影响进行累加，以便给出每个用户的总路径降级。如果降级超过了补偿动态范围(在下文的例子中是15dB)，那么认为该用户在服务之外或者在该时刻不可用，并且不将该用户包括在计算中。在该简化的例子中，我们已经假定数据速率的减少与降级成比例(例如10dB的降级将产生1/10的数据速率)。因此，每个可用用户的数据速率是已知的，并且可以将容量计算为波束内所有可用用户之间的平均数据速率。然而，应该注意，平均不是算术平均而是调和平均(即，找到数据速率倒数的平均值并且随后取该平均值的倒数)。如果允许所有用户以雨天允许他们进行发送的速率持续相同长度的时间进行发送，那么算术平均是平均波束数据速率。如果所有用户以雨天允许他们进行发送的速率进行发送并且每个用户发送相同数目的数据字节，那么调和平均是平均波束数据速率。在这里所应用的是后一种情况，其中，对时隙时间进行扩展以便对降低的速率进行补偿。调和平均总是小于算术平均。
当然，该计算是近似的。在两个主要的简化假设中，一个假设趋向于给出更加乐观的结果，而另一个假设生成更加保守的结果。模型假定雨速率沿着穿越一个给定像素(在雨水截止的高度以下)的路径部分是恒定的，然而实际上它沿着那部分路径变化。因为雨致降级(dB/km)是雨速率的凸函数，所以沿着雨速率在其上发生变化的路径的总降级大于来自降雨在其上恒定的路径的降级，并且等于路径上的平均雨速率，因此在这方面是最乐观的。然而，分析还假定数据速率以恰好与降级成比例的方式减少，并且由于它忽略了在较高编码速率上出现的编码增益，所以这是保守的。
在下文的例子中，大约是CONUS的1/60区域的波束大小瞄准在弗吉尼亚州的雷斯顿。选择雷斯顿是由于存在从ACTS实验中得出的用于该地区雨致衰减的5年有价值的统计。我们的目标是对我们可以找到的最差衰减周期附近的若干小时寸周期内的波束容量变化进行检测。图5中示出了研究期间的衰减。
注意到存在一些时间周期，在这些时间周期上，衰减超过35dB。对于该时间周期，我们使用上文的方法每15分钟对容量进行计算，并且在图6中示出结果。第二条曲线示出了波束区域实际上受雨水影响的百分比。图7示出了在当受雨水影响的波束区域的百分比最大时的特定时刻上的雨速率分布。注意到在该暴风雨期间，如雷斯顿的接收机处所记录的，在整个区域存在降雨的强烈变化。因此，最低波束容量时期不一定是在波束中特定点处降雨最多的时期，这就不足为奇了。
在该若干小时期间所计算的容量最低值大约是45％。现在事实是在雷斯顿的单一接收机处的信号降级是我们在5年数据时期的若干小时时期内可以找到的最差的信号降级，该事实不能保证45％是在5年时期上容量将要到达的最低值。但是我们认为很显然它不可能差得太远。当在雷斯顿处存在明显的雨致降级时，我们为其它时期进行类似的计算，该类似的计算显示了低得多的容量减少。
公开了在合并了雨致负荷共享的因特网访问系统中对下行链路业务进行处理的系统、装置和方法。系统和方法将时分复用、在大动态范围上的可变速率编码与从用户设备到集线器的报告所接收到SNR的恰当反馈相结合。系统处理以信道上增加的时间部分对具有被降低数据速率的用户进行补偿。随着雨水通过波束，雨致负荷共享的效果是波束容量的降低，但是几乎所有的用户接收到正好相同的服务质量。如果波束已完全加载了用户并且在忙时期间发生了容量降低，那么该容量降低将对应于所有用户的下行链路传送速率减少。但与假定系统中受最坏影响的用户相比，该降低是非常小的，所述假定系统使用可变速率但是不以更大的传输时间对较低的速率进行补偿。
可以将雨致负荷共享方法配置为提供大约15dB的余量。对于强力功率余量方法来说，提供类似于15dB数目的功率余量是不切实际的。即使是可能的，为1％到2％的波束内有雨时间提供无雨时所需功率30倍的功率，这看起来是不经济的。上文所公开的雨致负荷共享技术是克服Ka频带链接内雨致问题的有效途径。
可以将结合这里所公开的实施例所描述的方法、过程或算法的步骤直接实施在硬件中、由处理器执行的软件模块中、或者二者的组合中。可以以所示的次序进行方法或过程中的各个步骤或操作，或者可以以另一种次序进行方法或过程中的各个步骤或操作。
软件模块可以驻留在RAM存储器、闪存、非永久性存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或者本领域已知的任何其它类型的存储媒介中。将示例性存储媒介连接到处理器，使得处理器可以从存储媒介读取信息并且将信息写入存储媒介。可替换地，可以将存储媒介集成到处理器。此外，可以以实施例中所示的次序执行各种方法，或者可以使用被修改的步骤次序执行各种方法。另外，可以省略一个或多个过程或方法步骤，或者可以将一个或多个过程或方法步骤添加到多个方法和过程中。可以在方法和过程的开始、结束、或者中间现存元素中添加额外的步骤、方框或操作。
提供了已公开实施例的上述说明，以便使本领域的任何技术人员都能够实现或使用本发明。这些实施例的各种修改对本领域的技术人员来说将是容易显然的，并且在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以将这里定义的一般原理应用到其它实施例。因此，本发明不是想要受限于这里所示的实施例，而是要符合与这里公开的原理和新特征一致的最宽范围。
权利要求
1.一种在通信信道中进行负荷共享的方法，所述方法包括对相应于多个用户中的每个用户的数据进行缓存；为所述多个用户中的每个用户取回几乎相同数目的数据比特；确定相应于所述多个用户中的每个用户的编码速率；以相应于所述多个用户中的每个用户的所述编码速率对所述数据比特进行编码；以及在无线通信信道上将所述编码比特时间复用到所述多个用户。
2.如权利要求1所述的方法，其中，取回所述几乎相等数目的数据比特包括部分基于活动用户的数目取回所述几乎相等数目的比特。
3.如权利要求1所述的方法，其中，确定所述编码速率包括从所述多个用户中的每个用户接收信号量度；以及将每个信号量度与多个编码速率中的一个进行相关。
4.如权利要求3所述的方法，其中，对所述信号量度进行接收包括通过卫星通信链路从所述多个用户中的每个用户接收所述信号量度。
5.如权利要求3所述的方法，其中，对所述信号量度进行接收包括对信噪比(SNR)进行接收。
6.如权利要求3所述的方法，其中，对所述信号量度进行接收包括对从Ka频带卫星通信链路得到的量度进行接收。
7.如权利要求1所述的方法，还包括将所述时间复用编码比特无线发送到所述多个用户。
8.如权利要求7所述的方法，其中，对所述时间复用编码比特进行无线发送包括将所述时间复用编码比特发送到卫星，将该卫星配置为在多个卫星波束的至少一个波束内将Ka频带信号广播到所述多个用户。
9.如权利要求1所述的方法，还包括将所述时间复用编码比特通过卫星发送到所述多个用户，将该卫星配置为将Ka频带信号发送到所述多个用户。
10.一种在使用负荷共享的通信信道的用户之间分配资源的方法，所述方法包括在时间复用通信系统中，将几乎相等的持续时间时隙分配给所述通信信道的多个活动用户中的每个用户；以及为降级的用户分配延长的时隙，该时隙具有的持续时间长于分配给所述多个活动用户中的每个用户的持续时间。
11.如权利要求10所述的方法，其中，将所述延长的时隙分配给所述降级的用户包括确定应用于指向所述降级的用户的数据的编码速率；以及分配所述延长的时隙持续时间，该持续时间与所述编码速率的倒数成比例。
12.如权利要求10所述的方法，其中，将所述延长的时隙分配给所述降级的用户，包括取回数据块，该数据块大小几乎等于用于所述多个活动用户中的每个用户的数据块大小；以某一编码速率对数据进行编码以便生成编码数据块，该编码速率小于用于所述多个活动用户中的每个用户的编码速率；以及将所述延长的时隙分配给所述编码数据块的持续时间。
13.一种在通信信道中进行负荷共享的方法，所述方法包括为第一个用户进行数据缓存；取回至少部分所述缓存数据；为所述取回的缓存数据部分确定编码速率；以该编码速率对所述取回的缓存数据部分进行编码，以便生成编码数据；至少部分基于所述编码速率确定时隙持续时间；以及将所述编码数据与不同于所述第一个用户的用户的数据进行时间复用。
14.如权利要求13所述的方法，其中，取回至少部分所述缓存数据包括取回数目几乎等于标称比特数目的比特。
15.如权利要求13所述的方法，其中，确定所述编码速率包括通过卫星通信链路对来自所述第一个用户的信号量度进行接收；以及部分基于所述信号量度确定所述编码速率。
16.如权利要求15所述的方法，其中，所述信号量度包括由所述第一个用户所接收的Ka频带卫星信号的信噪比(SNR)。
17.如权利要求15所述的方法，其中，所述信号量度包括由所述第一个用户所接收的Ka频带卫星信号的误数据率。
18.如权利要求13所述的方法，其中，确定所述时隙持续时间包括部分基于所述编码速率的倒数来确定时隙持续时间。
19.一种在通信信道中进行负荷共享的方法，所述方法包括对相应于多个用户的数据进行缓存；访问第一个缓冲器，在该第一个缓冲器中存储了第一个用户的数据；确定将要从所述第一个缓冲器取回的数据的数据块大小；从所述第一个缓冲器取回相应于所述数据块大小的数据；部分基于信号量度确定应用于取回数据的编码速率，其中从所述第一个用户所接收的Ka频带卫星信号得到所述信号量度；对所述取回的数据进行编码，以便生成编码数据；将所述编码数据与用于其他用户的数据进行时间复用，以便生成时间复用数据；以及将所述时间复用数据发送到卫星，将该卫星配置为在多个卫星波束的一个波束内将Ka频带前向链路信号发送到所述第一个用户。
20.一种在通信信道中进行负荷共享的装置，所述装置包括多个缓冲器，将每个缓冲器配置为对多个用户中的相应一个用户的数据进行存储；编码器，将该编码器配置为以时间复用的方式从所述多个缓冲器的每个中取回相应于标称数据块大小的数据，并基于控制信号以多个编码速率中的一个对所述数据进行编码，以便生成时间复用编码数据；以及速率控制模块，将该速率控制模块连接到所述编码器，并且将该速率控制模块配置为从所述多个用户的每个中接收信号量度，并且基于所述接收的信号量度为所述编码器生成所述控制信号。
21.如权利要求20所述的装置，还包括多路复用器，将该多路复用器配置为基于所述时间复用的方式将所述多个缓冲器中的每个与所述编码器进行有选择地连接。
22.如权利要求20所述的装置，还包括发射机，将该发射机配置为将所述时间复用编码数据发送到卫星，将该卫星配置为使用多个Ka频带波束将所述时间复用编码数据广播到所述多个用户。
23.如权利要求20所述的装置，还包括接收机，将该接收机连接到所述速率控制模块，并且将该接收机配置为在卫星通信链路上从所述多个用户中的每个用户接收所述信号量度。
24.如权利要求20所述的装置，其中，将所述编码器配置为进行符号重复，并且将所述速率控制模块配置为生成控制信号，该控制信号指示所述编码器对于预定范围的信号量度值提供符号重复。
25.一种或多种存储设备，将这些设备配置为存储一个或多个处理器可用指令，当由一个或多个处理器执行时，所述指令完成所述方法，包括为第一个用户进行数据缓存；取回至少部分所述缓存数据；为所述取回的缓存数据部分确定编码速率；以该编码速率对所述取回的缓存数据部分进行编码，以便生成编码数据；至少部分基于所述编码速率确定时隙持续时间；以及将所述编码数据与不同于所述第一个用户的用户的数据进行时间复用。
全文摘要
公开了用于在基于卫星的通信系统中进行负荷共享的系统和方法。基于卫星的通信系统中的一个或多个用户可能经历信号降级或信号衰落，例如当衰落是由雨致衰落引起时，该信号降级或信号衰落可能持续发生延长的时期。该系统可以通过改变数据速率来改善与特定用户的通信链路。通过减少编码速率可以改变数据速率，以便对低信号质量进行补偿。在多个用户对可用通信带宽进行时间复用的时间复用通信系统中，系统可以部分基于编码速率同时调节分配给用户的时间。对于减少的编码速率，为了为用户的每次复用循环维持几乎稳定的符号速率，分配给用户的时间可以增加。
文档编号H04L1/00GK1954517SQ200580015690
公开日2007年4月25日 申请日期2005年3月15日 优先权日2004年3月17日
发明者伦纳德·N·希夫 申请人:高通股份有限公司