ITRM960461A1

ITRM960461A1 - Procedimento e sistema di previsione di parametri per ristabilire un allacciamneto per comunicazioni dinamiche temporaneamente interrotto

Info

Publication number: ITRM960461A1
Application number: IT96RM000461A
Authority: IT
Inventors: Michael J Andresen; Keith Andrew Olds
Original assignee: Motorola Inc
Priority date: 1995-07-03
Filing date: 1996-06-28
Publication date: 1997-12-28
Also published as: ITRM960461A0; US5794155A; CA2178868A1; GB9613529D0; CN1140964A; GB2307376A; IT1284184B1; GB2307376B; DE19625394A1; FR2736498A1

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione avente peir titolo: "Procedimento e sistema di previsione di parametri <' >per ristabilire un allacciamento per comunicazioni dinamiche temporaneamente interrotto"

Campo Tecnico

La presente invenzione si riferisce in linea generale alle telecomunicazioni ed in particolare agli allacciamenti di comunicazione stabiliti ma temporaneamente interrotti in un sistema dinamico di telecomunicazioni in cui i parametri di comunicazione, come lo sfalsamento di frequenza doppler ed il ritardo di propagazione, sono variabili nel tempo.

Precedenti dell'Invenzione

Nei sistemi di telecomunicazioni, gli allacciamenti vengono stabiliti fra i nodi di un sistema per il convogliamento di informazioni. Un uso efficiente di questi allacciamenti richiede la applicazione di parametri di comunicazione che definiscono quando i nodi a ciascuna estremità di un allacciamento prevedono di ricevere informazioni dall'altra unità. Questi parametri, in efficienti sistemi a larga banda, sono in conformità con tolleranze estremamente strette per aumentare al massimo lo scambio di informazioni. Questi parametri possono comprendere il ritardo di propagazione fra i nodi di una rete e le frequenze di trasmissione in combinazione con un qualsiasi errore di frequenza introdotto per effetto dei percorsi seguiti dalle onde, per esempio le derive di frequenza doppler. Su misura che i parametri di comunicazione del nodo di interfacciamento diventano più prevedibili e precisi, le bande di guardia sui canali di comunicazione, come la frequenza e le finestre di tempo, possono essere ridotte per permettere lo scambio di ulteriori informazioni .

Nelle reti di telecomunicazione convenzionali statiche o leggermente dinamiche, questi parametri di comunicazione possono essere rifiniti dopo che è stata stabilita una comunicazione e possono essere presi come base di funzionamento per l'intera sessione di comunicazione. Tuttavia, in un sistema per comunicazioni di tipo dinamico, in cui questi parametri di comunicazione sono rapidamente variabili, i nodi di comunicazione, per esempio le unità di abbonato, debbono rifinire in modo continuo ed aggiornare questi parametri di comunicazione allo scopo di mantenere le prestabilite tolleranze del sistema.

Molti sistemi valutano ciascuna trasmissione impiegando parametri di comunicazione dinamici per determinare la precisione dei parametri impiegati. Quando i parametri superano un valore di soglia, come definito dalle specificazioni del sistema, per esempio le frequenze di comunicazione canalizzate o le finestre di tempo, il sistema ricevente informa il nodo trasmittente dei valori di correzione necessari per portare i parametri di comunicazione in conformità ai requisiti del sistema.

Questa soluzione è conveniente quando gli allacciamenti di comunicazione già stabiliti non sono suscettibili di effetti transitori, per esempio le cadute temporanee di linea dovute alle ostruzioni oppure le interferenze fluttuanti. Tuttavia, nei sistemi per comunicazioni di tipo dinamico in cui i parametri di comunicazione hanno una breve durata, anche delle brevi cadute degli allacciamenti di comunicazione provocano il fatto che i parametri di comunicazione diventino aleatori ed inefficaci quando sono utilizzati a seguito di cadute degli allacciamenti di comunicazione. Un nodo come può essere una unità di abbonato che utilizzi parametri di comunicazione non aggiornati non sarà riconosciuto da un sistema ricevente a causa delle precise tolleranze dei sistemi di comunicazione canalizzati. Quando una unità di abbonato non viene riconosciuta, l'allacciamento di comunicazione verrà fatto terminare. Il ristabilimento di un allacciamento di comunicazione è non soltanto un compito di scarsa efficienza, ma è anche noioso per gli utenti degli allacciamenti di comunicazione.

In accordo con ciò, si riscontra un significativo bisogno di un procedimento e di un apparecchio per prevedere parametri di comunicazione dinamici in modo continuo attraverso una breve caduta di linea, per esempio quando la caduta di linea è terminata, una unità di abbonato avrà revisionato i suoi parametri di comunicazioni dinamici per adattarsi alla dinamica corrente del sistema. L'unità di abbonato può quindi immediatamente utilizzare questi parametri di comunicazione dinamici revisionati nelle successive trasmissioni verso una unità ricevente. L'unità ricevente riconoscerà ed elaborerà le comunicazioni ricevute, poiché i parametri di comunicazione revisionati sono in conformità con i parametri del sistema, eliminando così la necessità di stabilire un successivo allacciamento di comunicazione.

Breve Descrizione dei Disegni

La figura 1 rappresenta uno schema altamente semplificato di un sistema di comunicazione dinamico di cui la presente invenzione può formare parte;

la figura 2 rappresenta uno schema a blocchi di una unità di abbonato in un sistema di comunicazione di tipo dinamico di cui la presente invenzione può formare parte,

la figura 3 rappresenta uno schema a blocchi di un previsore di parametri di comunicazione per una unità di abbonato di cui la presente invenzione può formare parte,

la figura 4 rappresenta uno schema a blocchi di un filtro vettoriale per un previsore di parametri di comunicazione di cui la presente invenzione può formar parte; e

la figura 5 rappresenta un diagramma di flusso per prevedere i parametri di comunicazione dinamici in un sistema di comunicazione dinamico in conformità ad una preferita forma di realizzazione della presente invenzione.

Descrizione delle preferite forme di realizzazione

La presente invenzione trova utilità nella ripresa immediata di servizi di comunicazione a seguito di interruzione di un allacciamento di comunicazione fra una stazione di base ed una unità di abbonato in un sistema di comunicazioni in cui la stazione di base e l'unità di abbonato sono dinamicamente orientate. In un sistema di comunicazione satellitare, l'orientamento dinamico sarebbe dovuto alla natura orbitante del satellite in relazione all'unità di abbonato che è limitata a terra oppure in prossimità della terra.

La figura 1 rappresenta uno schema altamente semplificato di un sistema di comunicazione dinamico di cui la presente invenzione può formar parte. Un sistema di comunicazione dinamico 90 presenta componenti o nodi che sono dinamicamente orientati, in modo tale che le distanze e le velocità risultano variabili fra i nodi. Nella figura 1, il sistema di comunicazione dinamico 90 è rappresentato come un sistema basato su satelliti orbitanti, in cui i satelliti 100 rappresentano uno dei nodi di comunicazione o delle stazioni di base e, nella preferita forma di realizzazione, sono mantenuti nello spazio. È anche praticamente conveniente che il sistema di comunicazioni dinamico 90 possa avere dei nodi mantenuti nell'aria oppure anche che i nodi possano essere limitati a terra, ma ancora in movimento in relazione ad altri nodi. L'unità di abbonato 200 forma l'altra estremità dell'allacciamento di comunicazione 105 nel sistema di comunicazione dinamico 90.

Il movimento o la dinamica fra i nodi crea i parametri di comunicazione dinamici necessari per una efficace ed efficiente comunicazione in un sistema efficiente. Il satellite 100 orbita intorno alla Terra lungo l'orbita satellitare 110. Il termine "satellite" deve essere interpretato in modo da includere i satelliti orbitanti, per esempio i satelliti orbitanti a bassa altitudine sulla Terra (LEO), i satelliti orbitanti a media altitudine sulla Terra (MEO) oppure i satelliti ad orbita fortemente inclinata (HIO).

Il satellite 100 nell'orbita satellitare 110 orbita intorno alla Terra ad una altitudine di circa 780 chilometri in un sistema LEO. Questa orbita a bassa altitudine sulla Terra si converte in una velocità rispetto alla Terra di circa 35.000 chilometri/ora. Una tale velocità consente al satellite 100 di rimanere in vista di un nodo terrestre, per esempio l'unità di abbonato 200, per una durata soltanto di circa 9 minuti. Questa velocità crea dei parametri di comunicazione molto dinamici, per esempio una deriva di frequenza doppler ed una temporizzazione o ritardo di propagazione. Con una tale variazione dei parametri di comunicazione, l'unità di abbonato 200 deve frequentemente rivedere i suoi parametri di comunicazione in modo da conformarsi alla temporizzazione del sistema, così come previsto attraverso il satellite 100.

Allo scopo di stabilire un allacciamento di comunicazione 105, l'unità di abbonato 200 utilizza parametri di comunicazione di default o iniziali. Questi parametri possono essere preliminarmente programmati nell'unità di abbonato 200 oppure possono essere ricevuti dall'unità di abbonato 200 attraverso un indipendente canale di diffusione 102. Un tale canale è un canale a larga banda il quale è unidirezionale a partire dal satellite 100. I canali di diffusione possono portare altre informazioni di gestione del sistema che vengono diffuse a tutte le unità di abbonato che rimangono in vista del satellite 100.

L'unità di abbonato 200 utilizza parametri di comunicazione di default come parametri di comunicazione approssimati ai valori effettivi.

Questa trasmissione al satellite 100 si verifica generalmente su un canale secondario o di acquisizione avente una larghezza di banda molto inferiore e tolleranze più ampie sia per le variazioni di frequenza sia per le variazioni di tempo. Il satellite 100 valuta la trasmissione dall'unità di abbonato 200 che ha applicato parametri di comunicazione di default. Il satellite 100, in una successiva trasmissione all'unità di abbonato 200, restituisce il risultato di questa valutazione all'unità di abbonato 200 nella forma di parametri di comunicazione di retroazione che indicano le regolazioni necessarie che debbono essere apportate ai parametri di comunicazione di default. Nella preferita forma di realizzazione, questi parametri di comunicazione di retroazione sono costituiti da un parametro grezzo 125 (figura 2) che indica la frequenza-di-arrivo (FOA) ed il parametro grezzo 230 (figura 2) che indica il tempo-di-arrivo (TOA). Questi parametri indicano un valore differenziale della frequenza prevista e della temporizzazione prevista così come sono ricevute nel satellite 100 ed i valori misurati effettivi sullo stesso satellite 100. L'unità di abbonato 200 rivede i parametri di comunicazione di default in conformità con l'informazione di retroazione. L'unità di abbonato 200 in successive trasmissioni verso il satellite 100 utilizza i parametri di comunicazione revisionati. Questo procedimento di rifinitura si ripete fino a che i parametri di comunicazione dinamici sono stati sufficientemente rifiniti per permettere una trasmissione senza interferenza attraverso un canale a stretta banda. Il satellite 100 quindi dirige l'unità di abbonato 200 verso un canale di traffico e la impostazione dell'allacciamento di comunicazione 105 viene completata.

La figura 1 rappresenta anche il satellite 100 in movimento rispetto all'unità di abbonato 200 ed il potenziale di caduta o di interruzione dell'allacciamento di comunicazione 105. A questo punto di tempo, il satellite 100 e l'unità di abbonato 200 sono rappresentati come aventi un allacciamento di comunicazione attivo impostato 105. Quando l'unità di abbonato 200 che viaggia nella direzione di spostamento 125 passa accanto oppure attraverso l'ostacolo 115, l'allacciamento di comunicazione 105' subisce una interruzione con l'unità di abbonato 200' {non rappresentata). Quando l'unità di abbonato 200" emerge dall'ostacolo 115, il satellite 100" nell'orbita satellitare 110 ha sostanzialmente modificato il suo orientamento in relazione all'unità di abbonato 200". Se l'ostacolo 115 oscura l'allacciamento di comunicazione 105 anche per un secondo in un sistema di comunicazione satellitare LEO a stretta banda, l'impiego da parte dell'unità di abbonato 200" dei parametri di comunicazione dinamici utilizzati nelle posizioni precedenti del satellite 100 e dell'unità di abbonato 200 sarebbero fuori delle tolleranze richieste dall'allacciamento di comunicazione 105". La necessità di rivedere e di prevedere i parametri di comunicazione dinamici diventa evidente quando l'unità di abbonato 200 opera in un ambiente urbano intorno ad ostacoli come edifici, sottopassaggi stradali, ponti e denso fogliame.

La figura 2 rappresenta uno schema a blocchi dell'unità di abbonato 200 in un sistema di comunicazione di tipo dinamico 90 (figura 1) di cui la presente invenzione può formar parte. Un ricevitore 215 riceve, attraverso l'antenna 205, il canale di diffusione 102 (figura 1) che contiene i parametri di comunicazione di default. Il ricevitore 215 memorizza temporaneamente tutte le trasmissioni ricevute provenienti dal satellite 100, per esempio l'informazione del canale di diffusione, l'informazione del canale di acquisizione e l'informazione sull'allacciamento di comunicazione 105.

Un modulo di controllo 220 riceve l'informazione temporaneamente memorizzata dal ricevitore 215. Il controllore 220 accantona questa informazione in modo da estrarre i parametri di comunicazione di default o di retroazione dal segnale ricevuto. In una preferita forma di realizzazione, i parametri di comunicazione dinamici sono costituiti da frequenza e da temporizzazione oppure da parametri di propagazione. Il controllore 220 trasmette il parametro grezzo 225 di frequenza di arrivo ed il parametro grezzo 230 di tempo di arrivo ad un previsore 240 di parametri di comunicazione. Il controllo re 220 inoltre valuta lo stato dell'allacciamento di comunicazione 105 (figura 1) e genera uno stato di rivelazione di allacciamento 235 che denota se una interruzione dell'allacciamento sia o meno in corso.

Durante il procedimento di acquisizione per stabilire un allacciamento di comunicazione, parametri di comunicazione di retroazione grezzi vengono impiegati in trasmissioni per "tirare" la temporizzazione e la frequenza delle trasmissioni dell'unità di abbonato in conformità a strette tolleranze dei canali di traffico dell'allacciamento di comunicazione 105. L'impiego di parametri grezzi di retroazione consente all'unità di abbonato 200 di regolare rapidamente i parametri di comunicazione in passi approssimati, in confronto con i valori incrementali previsti più fini suscettibili di essere forniti dal filtro vettoriale della presente invenzione. Durante questa "coincidenza", il controllore 220 disattiva lo stato 238 di sincronizzazione completa informando il previsore dei parametri di comunicazione 240 di escludere il filtro vettoriale 310 (figura 3).

Il previsore 240 di parametri di comunicazione riceve i segnali rappresentativi dei parametri e dello stato operativo e li elabora per generare il parametro 245 indicativo della frequenza prevista ed il parametro 250 indicativo della temporizzazione prevista. Questi segnali informano il sintetizzatore di frequenza 255 ed il temporizzatore 260 delle richieste caratteristiche di trasmissione che sono necessarie perché l'informazione venga trasmessa dal trasmettitore 265 dell'unità di abbonato 200 attraverso l'allacciamento di comunicazione 105 e venga ricevuta nel satellite 100 durante all'appropriato canale (vale a dire la frequenza e la finestra di tempo in un sistema canalizzato).

La figura 3 rappresenta uno schema a blocchi di un previsore di parametri di comunicazione per una unità di abbonato di cui la presente invenzione può formar parte. Il previsore 240 dei parametri di comunicazione migliora le prestazioni dell'unità di abbonato 200 per il fatto che fornisce un filtro vettoriale 310 di livellamento e di previsione. Il filtro vettoriale 310 agisce sulle misurazioni di distanza (R(k)) 330 e sulle misurazioni di velocità (V(k)) 325 e produce delle stime livellate della distanza e della velocità del satellite 100 relativamente all'unità di abbonato 200.

Il parametro grezzo 225 rappresentativo della frequenza-di-arrivo e il parametro grezzo 230 rappresentativo del tempo-di-arrivo vengono convertiti in misurazioni di distanza e di velocità nel previsore 240 dei parametri di comunicazione per l'impiego attraverso il filtro vettoriale 310. La velocità della luce, c, ed un tempo base dell'unità di abbonato che definisce un riferimento sul quale sono basate la trasmissione e la temporizzazione di ricezione dell'unità di abbonato, vengono usate per convertire i parametri rappresentativi del tempo-diarrivo in parametri di velocità e viceversa. La stima di distanza livellata è prevista 380 e la stima di velocità prevista 375 vengono riconvertite in un parametro di frequenza prevista 245 ed in un parametro di temporizzazione prevista 250, da impiegare nel sintetizzatore di frequenza 255 (figura 2) e nel temporizzatore 260 (figura 2).

La figura 3 rappresenta anche la commutazione di esclusione del filtro vettoriale 310 sotto il controllo effettuato mediante sincronizzazione dello stato completo 238 durante la fase di "coincidenza" di sincronizzazione, come precedentemente descritto nella figura 2, per stabilire l'allacciamento di comunicazione 105 (figura 1). Durante la sincronizzazione, il previsore 240 dei parametri di comunicazione opera con il filtro vettoriale 310 escluso dall'anello. A questo punto del funzionamento, l'impiego di un filtro di livellamento è privo di rilevanza. Dopo aver realizzato la "coincidenza" e dopo aver commutato il modo operativo dal sincronismo al traffico, il filtro vettoriale 310 viene inserito a condizione che siano state effettuate misurazioni grezze sufficienti per inizializzare il vettore di stato del filtro vettoriale. La inizializzazione del filtro vettoriale 310 è discussa nella figura 4. La struttura del previsore 240 dei parametri di comunicazione converte il parametro grezzo 230 rappresentativo del tempo-diarrivo (figura 8) ed il parametro grezzo 225 rappresentativo della frequenza-di-arrivo (figura 3) in un parametro grezzo di distanza 330 ed in un parametro grezzo di velocità 325 ed ambedue questi parametri vengono applicati all'ingresso del filtro vettoriale 310 come una matrice 2x1.

La figura 4 rappresenta uno schema a blocchi di un filtro vettoriale per un previsore 240 di parametri di comunicazione, di cui la presente invenzione può formar parte. Una preferita forma di realizzazione del filtro vettoriale 310 rappresentata come un filtro a triplice stato. Altri numeri di stati possono essere implementati per aumentare la accuratezza. Nel filtro vettoriale 310, la accelerazione rappresenta il terzo stato ed il procedimento dinamicamente casuale è ora la velocità di variazione della accelerazione. Altri filtri che potrebbero essere presi in considerazione per ulteriormente migliorare le prestazioni sarebbero quelli di quattro o più stati oppure un filtro di Kalman ampliato.

La progettazione di un filtro richiede non soltanto un modello per il procedimento fisico ma anche un modello per il procedimento di osservazione. Il modello del procedimento fisico viene scelto per incorporare la massima quantità possibile di informazioni circa le relazioni intercorrenti fra la distanza, la velocità di variazione della distanza, la velocità di variazione della velocità di variazione della distanza, eccetera. Quanto più sofisticato è il modello, tanto più complesso sarà il filtro e tanto migliori saranno i risultati dell'inseguimento. Il modello di osservazione è basato sulle misurazioni disponibili al sistema e sul procedimento di rumore che corrompe queste misurazioni .

Per un filtro vettoriale, il modello del procedimento espresso come una equazione dinamica vettoriale del primo ordine è:

in cui w(k) rappresenta il procedimento di rumore del modello fisico. La sua matrice di covarianza è definita da:

Il modello di osservazione è dato:

in cui z(k) rappresenta il processo di rumore di misurazione. La matrice di covarianza del rumore di misurazione è definita da

*

L'elemento di stima del filtro di Kalman di x(k) dato il suo precedente valore x{k-l) viene espresso da :

in cui la matrice di guadagno è:

in cui:

) k) L'equazione di differenza di tempo discreta per la accelerazione viene trovata esprimendo la accelerazione al tempo (k+l)T come la accelerazione al tempo kT più T volte la velocità di variazione della accelerazione. Matematicamente, la accelerazione radiale a(k) è:

in cui,

a'(k) rappresenta la velocità di variazione della accelerazione radiale al tempo kT.

Integrando la accelerazione per trovare la velocità, v (k):

T2

Integrando ancora per trovare l'intervallo di inclinazi one, r(k):

Definendo :

Espressa in notazione matriciale:

che è una equazione vettoriale del primo ordine. Quindi :

Poiché le osservazioni indipendenti della distanza e della velocità sono effettuate attraverso gli anelli di inseguimento nel tempo e nella frequenza, rispettivamente, l'equazione di osservazione è:

che definisce la matrice C 2x3 per questa implementazione

Come sopra menzionato, la struttura del blocco 240 di previsione dei parametri di comunicazione converte il parametro grezzo 230 indicativo del tempo di arrivo (figura 3) ed il parametro grezzo 225 indicativo della frequenza di arrivo (figura 3) in un parametro grezzo 330 indicativo della distanza ed in un parametro grezzo 325 indicativo della velocità e tali parametri vengono applicati in ingresso al filtro vettoriale 310 come una matrice 2x1. Un percorso di retroazione viene aggiunto all'ingresso e moltiplicato per la matrice K di guadagno 3x2. Il risultato è una matrice 3x1 indicata con D. La matrice B 3x1 viene sommata a D per fornire la matrice di uscita 3x1 che è la stima livellata di distanza, velocità ed accelerazione. Le matrici B e C sono il supporto di memorizzazione e non appaiono direttamente nelle equazioni del filtro vettoriale.

Il modulo 240 di previsione dei parametri di comunicazione ed il suo filtro vettoriale incluso 310 debbono operare attraverso periodi di tempo nei quali non sono disponibili dati per l'ingresso, però una stima aggiornata è ancora necessaria per l'anello di inseguimento. Ciò si verifica normalmente quando il funzionamento avviene mantenendosi all'interno dei pacchetti di mantenimento contenenti i parametri di comunicazione di retroazione oppure sporadicamente quando si verificano dei bloccaggi dell'allacciamento di comunicazione 105. La disponibilità di una misura può essere determinata per mezzo dello stato 235 di rivelazione dell'allacciamento. Quando disponibile, il filtro vettoriale 310 opera come un anello chiuso e tutte le matrici di covarianza vengono aggiornate. Quando non sono disponibili i dati, la derivazione di retroazione dalla matrice del guadagno di anello viene aperta, la matrice di guadagno e le matrici di covarianza non sono aggiornate e la stima viene formata soltanto dalla matrice geometrica A e dalla matrice di stima dello stato precedente.

Poiché le variabili di stato sono aggiornate con la stessa frequenza dei quadri e le matrici di guadagno e di covarianza sono aggiornate con la stessa frequenza di pianificazione di mantenimento, che è ogni quarto quadro nella preferita forma di realizzazione, due matrici A debbono essere mantenute. La matrice per i calcoli delle variabili di stato è designata come Al e viene espressa da:

(segue formula)

La matrice per i calcoli delle matrici di guadano e di covarianza viene calcolata per un intervallo di quattro quadri. Essa è designata come matrice A4 e viene espressa da:

Calcolo della Matrice di Guadagno e delle Matrici di Covarianza di Errore

La procedura per calcolare le matrici di covarianza di errore P e PI di un blocco 410 di calcolo delle matrici di covarianza degli errori verrà discussa nel seguito. La prima volta che l'anello viene eseguito, un valore iniziale per la matrice P, vale a dire P(O), deve essere disponibile. I valori di inizializzazione sono discussi in un paragrafo successivo. Da ciò, si calcola il valore di Pl(l) .’ La matrice di guadagno K(l) di un blocco 420 di calcolo della matrice di guadagno viene quindi calcolata ed usata nell'anello di filtrazione del filtro vettoriale 310 per aggiornare le stime delle variabili di stato. La matrice di guadagno viene anche usata per aggiornare P(l), vale a dire la matrice P, che viene memorizzata fino alla successiva volta che l'anello viene eseguito.

A seguito delle successive esecuzioni dell'anello, il valore precedente della matrice P(k) viene usato nel calcolo di Pi(k) e K(k), piuttosto che la matrice del valore iniziale. Tuttavia, se viene accertato dall'unità di abbonato 200 che si è verificata una caduta di un allacciamento, allora la matrice P verrà riportata a P(0). Ciò consente la reinizializzazione delle varianze di errore ai loro valori iniziali ed incrementa il guadagno dell'anello per facilitare una rapida riacquisizione dell'allacciamento in salita dall'unità di abbonato 200 al satellite 100.

L'unità di abbonato 200 dovrebbe anche ripristinare il vettore di stato ai valori iniziali dopo la caduta di un allacciamento. I valori iniziali vengono determinati mediante i parametri di comunicazione di retroazione dopo aver ristabilito l'allacciamento di comunicazione 105.

Una semplificazione del calcolo della matrice P è rappresentata implementata nel blocco 410 di calcolo della matrice di covarianza di errore e viene definita sostituendo i valori per la matrice C ed elevando a fattore Pi dall'equazione:

Quando la matrice viene reiterata ripetutamente, le sue registrazioni si stabilizzeranno ai loro valori di stato stazionario. Le registrazioni nella matrice P variano dalle loro varianze di errore iniziali delle stime ai loro valori finali.

Un blocco 420 di calcolo della matrice di guadagno è rappresentato nella figura 4. La matrice K viene calcolata dalla Matrice PI e dalle altre costanti C e R. La dimensionalità di ciascuna matrice usata nel calcolo è anche rappresentata. Si noti che, anche se un filtro a tre stati viene implementato nella preferita forma di realizzazione, la funzione inversa agisce soltanto su una matrice 2x2. Quando il filtro vettoriale 310 viene iterato, i guadagni del filtro di approssimano ai loro valori di stato stazionario .

Matrice di Covarianza di Rumore di Misura.

Il rumore di misura z{k) è definito come:

Le misurazioni della distanza e ella velocità vengono derivate direttamente dal parametro grezzo 230 del tempo di arrivo {figura 3) e dal parametro grezzo 225 della frequenza di arrivo (figura 3), rispettivamente. Poiché le varianze del parametro grezzo 230 indicativo del tempo di arrivo e della parametro grezzo 225 indicativo della frequenza di arrivo sono note, le varianze di distanza e di velocità possono essere determinate. I procedimenti di misura sono a media zero (vale a dire senza errore di scartamento) e quindi la varianza = E{zj<2>(k)} che è ciò che è necessario per definire i termini nella matrice R.

Nella preferita forma di realizzazione, lo scarto standard del parametro grezzo 225 indicativo della frequenza di arrivo è:

sf = 31,97 Hz a 4,1 dB Eb/No.

Quindi,

Similmente, lo scarto standard del parametro grezzo 230 indicativo del tempo di arrivo è:

st = 0,0028 ms at 4,1 dB Eb/No.

Quindi :

Come per i termini fuori della diagonale, questi termini sono le correlazioni incrociate fra le misurazioni di distanza e di velocità questi errori di misura sono considerati non correlati per le seguenti ragioni:

(i) in condizioni statiche, il parametro grezzo 230 indicativo del tempo di arrivo è una misurazione più affidabile del parametro grezzo 225 indicativo della frequenza di arrivo. Esso presenta uno scarto standard molto piccolo attraverso il suo intervallo di rapporto fra segnale e rumore di funzionamento, in cui il parametro grezzo 225· indicativo della frequenza di arrivo presenta un intervallo molto più ampio;

(ii) In condizioni orbitali reali, i procedimenti per il parametro grezzo 230 indicativo del tempo di arrivo e per il parametro grezzo 225 indicativo della frequenza di arrivo non sono stressati contemporaneamente. Il parametro grezzo 230 del tempo di arrivo presenta grandi valori di errore per bassi angoli di elevazione, nei quali la velocità radiale è massima e la accelerazione è minima, ed il parametro grezzo 225 di frequenza di arrivo presenta grandi valori di errore per grandi angoli di elevazione, ai quali la accelerazione radiale è massima e la velocità è minima; e,

(iii) in condizioni di bloccaggio dell'allacciamento o di attenuazione, nessun aggiornamento del parametro grezzo 225 della frequenza di arrivo e del parametro grezzo 230 del tempo di arrivo viene effettuato nel filtro vettoriale 310 (oppure nell'anello di inseguimento per quale voce) in modo tale che l'errore correlato in questa condizione non rappresenta una considerazione importante.

La matrice R per questa implementazione del filtro è: .

Matrice di Covarianza di Rumore del Procedimento Lo sviluppo del filtro si basa sulla modellazione della accelerazione radiale. Il comportamento effettivo della accelerazione è tale che essa risulta prossima a zero quando il satellite 100 viene osservato con basso angolo di elevazione ed ha un valore negativo quasi massimo allo zenith, il satellite ha rallentato relativamente all'unità di abbonato 200. La grandezza della accelerazione quindi di riduce nuovamente a zero su misura che l'angolo di elevazione diminuisce nuovamente fino a zero. I percorsi che non passano sulla testa presentano un profilo simile senza che venga raggiunta la grandezza massima della accelerazione. La accelerazione da una trasmissione dall'unità di abbonato 220 a quella successiva avrà una correlazione significativa dato che la accelerazione è un procedimento lentamente variabile. Tuttavia, il movimento veicolare dell'unità di abbonato 200 può introdurre altre accelerazioni estranee che possono ridurre la correlazione da trasmissione a trasmissione.

Nella preferita forma di realizzazione, la velocità di variazione della accelerazione è caratterizzata con valori di 0,5 m/s<3 >per un passaggio sulla testa e 0,3 m/s<3 >per un passaggio laterale utilizzato. La massima accelerazione si verifica quando il satellite 100 si trova direttamente sulla testa dell'unità di abbonato 200. Nella preferita forma di realizzazione, la velocità di variazione della accelerazione è massima approssimativamente un minuto prima e dopo che il satellite 100 si trova direttamente sulla testa ovvero sulla verticale dell'unità di abbonato 200 e presenta una grandezza di circa 0,5 m/s<3>. Ciò corrisponde ad un angolo di elevazione di circa 70°.

Un istogramma, pa> (a') della velocità di variazione della accelerazione può essere costruito in modo da valutare la varianza del procedimento:

Conoscendo la varianza della velocità di variazione della accelerazione nella preferita forma di realizzazione, la matrice di covarianza può ora essere valutata:

impostando T=0,36 sec (la velocità di aggiornamento dell'anello dei parametri di retroazione della preferita forma di realizzazione) ed utilizzando il risultato per il valore previsto di a'<2>, la matrice Q presenta un valore di:

Inizializzazione del filtro

I valori iniziali sono necessario per le variabili di stato del filtro r(0), v(0) e a(0) e per la matrice dell'errore quadratico medio di previsione 3x3, contrassegnata con P(0).

Le variabili di stato r(0) e v(0) vengono inizializzate dalle stime di distanza e di velocità determinate durante il tempo in cui l'unità di abbonato 200 sta eseguendo un modo di sincronizzazione, mentre esso "tende" a soddisfare il criterio dei parametri di comunicazione per l'allacciamento di comunicazione 105. La variabile a(0) viene inizializzata differenziando due misurazioni di velocità: [ v(l) - v(0) ]/T. Si noti che, per inizializzare a(k), sono necessarie due misurazioni .

Poiché l'allacciamento di comunicazione 105 opera ora nel modo di traffico, nella preferita forma di realizzazione, queste misurazioni sono distanziate di circa 0,36 secondi. Nell'unità di abbonato 200, gli anelli di inseguimento scorreranno senza il filtro vettoriale 310 fino a che queste misurazioni sono disponibili per il filtro.

La matrice P(k) dell'errore quadratico medio dovrebbe essere inizializzata sulla base della varianza delle misurazioni di stato iniziale. La matrice P(0) viene espressa da:

m cui,

e,

Aggiornando la matrice:

Sostituendo i valori riportati nell'ultima sezione per sr<2 >e s,<: >ed utilizzando T = 0,36 sec. poiché i valori iniziali sono calcolati attraverso un intervallo di quattro quadri, il valore iniziale nella preferita forma di realizzazione per la matrice di covarianza di errore è:

La figura 5 rappresenta un diagramma di flusso per prevedere i parametri di comunicazione dinamici in un sistema di comunicazione dinamico, in conformità ad una preferita forma di realizzazione della presente invenzione. Nella preferita forma di realizzazione, l'unità di abbonato 200 esegue una procedura di protezione dalle cadute di allacciamento, come rappresentato.

In un compito 505, l'unità di abbonato 200 inizia la impostazione delle comunicazioni con il satellite 100 dando inizio alle comunicazione così come diretto da un utente di unità di abbonato 200, in risposta alla notificazione che una chiamata in arrivo è pendente oppure è iniziata dallo stesso utente .

Un compito 510 quindi riceve i parametri di comunicazione di retroazione dal satellite 100, da un canale di diffusione indipendente oppure in una porzione di mantenimento dell'allacciamento di comunicazione 105. Questi parametri di comunicazione di retroazione, nella preferita forma di realizzazione, comprendono le varianze della frequenza e della temporizzazione associate alla trasmissione dei dati dall'unità di abbonato 200 al satellite 100, come valutato dallo stesso satellite 100.

Un compito di interrogazione 515 quindi valuta se la sincronizzazione è stata completata. La sincronizzazione è completa quando i parametri di comunicazione sono sufficientemente accurati perché il satellite 100 permetta all'unità di abbonato 200 di comunicare attraverso un canale di traffico a più stretta tolleranza. Inoltre, la sincronizzazione è completa, nella preferita forma di realizzazione, quando le matrici del filtro vettoriale 310 sono inizializzate .

Un compito 550 procede quando l'apprendimento o la sincronizzazione del compito di interrogazione o di indagine 515 non è completa. Nel compito 550, i parametri di retroazione oppure i parametri grezzi dell'allacciamento di comunicazione 105 vengono impiegati per comunicare con il satellite 100. Questi parametri di retroazione forniscono maggiori incrementi di tendenza, mentre la regolazione approssimata dei parametri di comunicazione è in corso .

Quando la sincronizzazione è completa, un compito 520 utilizza i parametri di comunicazione emergenti dal filtro vettoriale 310. Questi parametri sono più incrementalmente continui e forniscono un effetto di livellamento sui parametri di comunicazione impiegati attraverso l'allacciamento di comunicazione 105. Questo effetto di livellamento fornisce un beneficio collaterale per l'allacciamento di comunicazione 105, per il fatto che il filtro vettoriale 310 mantiene traccia delle variazioni dei parametri di comunicazione ed anticipa le future variazioni di questi parametri. Questa anticipazione e questo impiego dei parametri di comunicazione anticipati o previsti riducono la frequenza di trasmissione dei parametri di retroazione attraverso l'allacciamento di comunicazione 105.

Un compito di indagine 530 valuta l'allacciamento di comunicazione 105 per determinare se l'allacciamento rimane intatto oppure se si è verificata la caduta dell'allacciamento a causa del bloccaggio dell'allacciamento. Se l'interruzione dell'allacciamento non si è verificata, allora la elaborazione ritorna al compito 510 per ascoltare eventuali successive trasmissioni di parametri di retroazione che debbono essere incorporati in future previsioni di parametri di comunicazione.

Quando viene rivelata la caduta di un allacciamento, un compito 535 prevede i parametri di comunicazione futuri da impiegare nell'allacciamento di comunicazione 105. Questi parametri vengono generati quando lo stato di rivelazione di allacciamento 235 disabilita il percorso di ingresso ed il filtro vettoriale 310 opera ciclicamente producendo delle previsioni di parametri di comunicazione .

Un compito 540 quindi utilizza questi parametri di comunicazione previsti attraverso il tentativo di trasmettere al satellite 100 impiegando questi parametri di comunicazione previsti. Questi parametri previsti seguono approssimativamente i parametri di comunicazione effettivi che sono necessari per ristabilire le comunicazioni.

Un compito di indagine o di interrogazione 545 quindi rivaluta l'allacciamento di comunicazione 105 per determinare se il bloccaggio dell'allacciamento è cessato. Se l'allacciamento non è stato ristabilito con successo, allora la elaborazione ritorna al compito 535 per la successiva previsione dei parametri di comunicazione in quel momento necessari per tentare di effettuare un successivo ristabilimento dell'allacciamento di comunicazione 105. Questa previsione iterativa dei parametri successivi può continuare indefinitamente fino a che l'allacciamento viene ricuperato oppure può essere fatto terminare dopo un predeterminato numero di tentativi. Poiché la previsione dei successivi parametri di comunicazione presenta un errore intrinseco che dipende dal numero di stadi utilizzati nel filtro vettoriale 310, la previsione dei parametri di comunicazione presenterà una deriva dai valori necessari effettivi per il ristabilimento dell'allacciamento di comunicazione 105. Un predeterminato ciclo di conclusione oppure un reinizio automatico delle comunicazioni può essere impiegato come descritto nel compito 505.

Se il ristabilimento dell'allacciamento di comunicazione 105 viene rivelato nel compito di indagine 545, allora la elaborazione ripassa al compito 510 per la ricezione dei parametri di comunicazione di retroazione e per la reinizializzazione del filtro vettoriale 310.

La presente invenzione trova utilità nel mantenimento della sincronizzazione con un satellite e con una unità di abbonato durante i bloccaggi degli allacciamenti, come quelli dovuti ai punti di autostrade, alle gallerie oppure a strutture di intralcio. È anche applicabile ad applicazioni aerotrasportate che subiscono delle cadute degli allacciamenti per effetto delle ali, della coda oppure di altre superfici di controllo che bloccano un allacciamento di comunicazione.

La presente invenzione è stata già descritta con riferimento ad una preferita forma di realizzazione. Tuttavia, coloro che sono esperti nel ramo riconosceranno che varianti e modificazioni possono essere apportate in questa preferita forma di realizzazione senza allontanarsi dall'ambito della presente invenzione.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per riprendere servizi di comunicazione a seguito della interruzione di un allacciamento di comunicazione (105) fra una stazione di base (100) ed una unità di abbonato (200) in un sistema di comunicazione (90), in cui detta stazione di base e detta unità di abbonato sono dinamicamente orientate, detto procedimento essere caratterizzato dalle seguenti operazioni: stabilire (505) detto allacciamento di comunicazione fra detta stazione di base e detta unità di abbonato, utilizzando parametri di comunicazione dinamici; rivedere (510) detti parametri di comunicazione dinamici impiegati in detto allacciamento di comunicazione fra detta stazione di base e detta unità di abbonato quando l'orientamento fra detta stazione di base e detta unità di abbonato varia; a seguito di una interruzione (530) di detto allacciamento di comunicazione, detta unità di abbonato prevede parametri di comunicazione dinamici correnti (535) da impiegare fra detta stazione di base e detta unità di abbonato; e a seguito del termine di detta interruzione di detto allacciamento di comunicazione, detta unità di abbonato utilizza detti parametri di comunicazione dinamici correnti (540) per ripristinare detto allacciamento di comunicazione fra detta stazione di base e detta unità di abbonato.
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui, prima dell'operazione di stabilire detto allacciamento di comunicazione (505), detto procedimento è ulteriormente caratterizzato dalle seguenti operazioni: comunicare valori iniziali di detti parametri di comunicazione dinamici in un canale di diffusione (102) da detta stazione di base (100) a detta unità di abbonato (200); e detta unità di abbonato (200) utilizza detti valori iniziali di detti parametri di comunicazione dinamici in detta operazione di stabilimento o impostazione della comunicazione (505).
3. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui detta operazione di revisione è caratterizzata dalle seguenti operazioni: trasmettere da detta unità di abbonato a detta stazione di base attraverso detto allacciamento di comunicazione detti parametri di comunicazione dinamici ; valutare in detta stazione di base la precisione di detti parametri di comunicazione dinamici impiegati da detta unità di abbonato; in cui detta precisione di detti parametri di comunicazione dinamici supera una tolleranza di detti parametri di comunicazione dinamici, e si trasmettono parametri di comunicazione di retroazione che indicano delle regolazioni da apportare a detti parametri di comunicazione dinamici a detta unità di abbonato; ricevere da detta stazione di base detti parametri di comunicazione di retroazione; e detta unità di abbonato utilizza detti parametri di comunicazione di retroazione per generare detti parametri di comunicazione dinamici da impiegare in successive trasmissioni.
4. Procedimento secondo la rivendicazione 3, in cui detta operazione di impiego (520) è ulteriormente caratterizzata dalle seguenti operazioni: quando detti parametri di comunicazione di retroazione sono ricevuti da detta unità di abbonato, filtrare quelli precedenti di detti parametri di comunicazione dinamici con uno presente di detti parametri di detti parametri di comunicazione di retroazione; quando detti parametri di comunicazione di retroazione non sono ricevuti da detta unità di abbonato poiché detta precisione di detti parametri di comunicazione dinamici non supera detta tolleranza relativa a detti parametri di comunicazione dinamici, filtrare quelli precedenti di detti parametri di comunicazione dinamici; detta unità di abbonato produce parametri di comunicazione filtrati da detta operazione di filtrazione, detti parametri di comunicazione filtrati essendo incrementalmente più continui di detti parametri di comunicazione di retroazione; e detta unità di abbonato utilizza detti parametri di comunicazione filtrati in qualità di detti parametri di comunicazione dinamici.
5. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui detti parametri di comunicazione dinamici sono caratterizzati da uno sfalsamento di frequenza doppler fra detta stazione di base e detta unità di abbonato .
6. Procedimento secondo la rivendicazione 5, in cui detti parametri di comunicazione dinamici sono ulteriormente caratterizzati da un ritardo di propagazione fra detta stazione di base e detta unità di abbonato.
7. Procedimento per ristabilire servizi di comunicazione in una unità di abbonato (200) a seguito di una interruzione di un allacciamento di comunicazione (105') fra detta stazione di base (100) e detta unità di abbonato in un sistema di comunicazione (90) in cui detta stazione di base e detta unità di abbonato sono dinamicamente orientate, detto procedimento essendo caratterizzato dalle seguenti operazioni: detta unità di abbonato imposta o stabilisce detto allacciamento di comunicazione (105) con detta stazione di base impiegando detti parametri di comunicazione dinamici; detta unità di abbonato rivede detti parametri di comunicazione dinamici impiegati in detto allacciamento di comunicazione fra detta stazione di base e detta unità di abbonato quando l'orientamento fra detta stazione di base e detta unità di abbonato varia; a seguito della interruzione di detto allacciamento di comunicazione, detta unità di abbonato prevede parametri di comunicazione dinamici correnti (535) per l'impiego fra detta stazione di base e detta unità di abbonato; e a seguito del termine (545) di detta interruzione di detto allacciamento di comunicazione, detta unità di abbonato utilizza detti parametri di comunicazione dinamici correnti per ripristinare detto allacciamento di comunicazione fra detta stazione di base e detta unità di abbonato.
8. Unità di abbonato (200) per ristabilire servizi di comunicazione a seguito della interruzione di un allacciamento di comunicazione (105) fra una stazione di base (100) e detta unità di abbonato in un sistema di comunicazione (90), in detta stazione di base e detta unità di abbonato sono dinamicamente orientate, detta unità di abbonato essendo caratterizzata da: un ricevitore (215) per ricevere parametri di comunicazione di retroazione da detta stazione di base, detti parametri di comunicazione di retroazione essendo determinati da precedenti trasmissioni attraverso detto allacciamento di comunicazione attraverso detta stazione di base; un trasmettitore (265) per stabilire in cooperazione con detto ricevitore detto allacciamento di comunicazione, detto trasmettitore utilizzando parametri di comunicazione dinamici in comunicazione con detta stazione di base; un controllore (220) per estrarre detti parametri di comunicazione di retroazione da detto ricevitore; un previsore (240) di parametri di comunicazione per ricevere da detto controllore detti parametri di comunicazione di retroazione e per prevedere da detti parametri di comunicazione di retroazione e da quelli precedenti di detti parametri di comunicazione dinamici quelli presenti di detti parametri di comunicazione dinamici; e un sintetizzatore (255) per rivedere detto trasmettitore e detto ricevitore in conformità con i parametri di comunicazione dinamici per una successiva interazione su detto allacciamento di comunicazione .
9. Unità di abbonato (200) secondo la rivendicazione 8, in cui detto ricevitore riceve parametri di comunicazione di default su un canale di diffusione (102), detti parametri di comunicazione di default essendo una approssimazione a detti parametri di comunicazione dinamici.
10. Unità di abbonato secondo la rivendicazione 8, in cui detto previsore dei parametri di comunicazione è caratterizzato da un filtro (310) di tipo Kalman.