具体地说，本发明在其中功率分配不宽余的个人卫星系统、信号
电平有时不足的陆地通信系统以及打算改进话音通信的可靠性的每
个系统中具有应用前景。
到达手持终端的卫星通信遭受由信号盲区以及多径衰落所引起
的已收信号功率的强烈变化的影响。由在传播路径中的阻挡物，例如
建筑物、桥梁、树所引起的卫星信号的局部盲区会导致在整个信号带
宽上的衰减。对于低卫星高度来说，覆盖面积是大于高度的。由于卫
星信号的接收不仅通过直接路径而且来自环境中的物体的反射之后
的路径，所以发生多径衰落。由于其传播距离不同，所以多路径的信
号能够劣变性地相加而导致一个深度衰落。除了衰落深度统计之外，
衰落持续时间的分布主要对于信道的可用性有影响。虽然统计结果可
能会变化，但是在上行链路和下行链路方向中出现的效果相似，特别
是在FDD传输中的双工距离特别大的场合尤其如此。
因此，对于所有的类型的陆地移动卫星系统来说，在卫星和移动
终端之间通信链路是从地球到卫星再到地球的整个传输路径的最关
键的部分，并且限制整个系统的性能。而且，手持系统更多的问题是
由头部效果和接近全向天线所引起的。
在大多数用于手持个人卫星通信装置的卫星无线环境中，高频衰
落过程是重叠在低频盲区过程上的。能够被区分的相当“好”和非常“
坏”的信道周期有许多dB的平均电平差。好的信道状态对应于这颗卫
星的无障碍视界的区域(非盲区的区域)以及较少的无多路径恶化。坏
的信道状态表示该直接卫星信号被阻挡物遮盖和/或者受多径衰落严
重影响的区域。
在许多现有系统中，使用两个或多个路径分集，以便改进系统性
能。本发明所涉及的是转播的变化性，或单一路径的冗余度。
时间分集技术也在已知系统之中使用。已知时间分集技术的一个
实例被应用在GSM中，其中通过交错技术把话音帧的内容扩展在若干
TDMA时隙之上。这将使得已收信号可以被重建并且已经和话音帧比特
一起发送的FEC(前向纠错)信息被随后用于校正已经被多径衰落或干
扰所恶化的任何部分。进行交错的主要缺点是，为了成功地保护抵消
多径衰落的重要的电平，必须使用深度交错：即导致在话音通信中有
一个实质上的延迟。由于损失在双工谈话中的交互性，所以长延迟降
低了感觉上的质量。虽然在该实例中的延迟主要由卫星路径长度而不
是由精心设计的交错和处理所设置的，但是使用在某些通信电路中
的这种长延迟的效果的很极端的例子在多卫星路径中是公知的。
在另一已知时间分集技术中，将语言信号的两个(或更多的)表象
根据无线电波传播路径的相关特性而由一个适合时间被分时地发
送。在该实例中，该接收设备简单地以逐个时隙或逐帧为基础选择最
小恶化的发送并且重建该伴音路径；在该伴音路径中引入的延迟是
常数并且至少等于在第一和最后的抽样之间的延迟。
更复杂的技术可以被加到前面的例子的任一个，或以某种方式可
以把这些技术进行组合，并且如果信令表明该第一发送被成功地接收
的话，则第二抽样或相关的FEC数据的发送可以被抑制。RACE ATDMA
方案使用一种基于ARQ类型II的技术(自动重复请求)。第二抽样的选
择传输的优点是降低对于系统/网络资源(例如功率以及频谱)的要
求。
还注意到，该不同时间的分量被正常地从同一个发射机发送到接
收机，尽管该发射机可能使用“天线分集”，并且Qualcomm公司CDMA
使用类似于用于微小区操作的一种技术。第二发射机和/或者天线场
地的使用提供路径分集而不是直接的时间分集。但是，如果该第二发
送仅当该第一发送被发现将要被恶化时才实施(即ARQ)，则本发明能
够被应用。
该描述的方案的本质是使用时间分集技术以便缓和抵消差信
号，即该时间分集是根据实际的无线电波传播条件而被适应的。该目
标是减小引入延迟，范围约从范围约从低或零分集(在好的条件之下)
到在公共网络中对于双工话音操作来说通常认为很极端的延时(例如
长达几秒钟)，以便保持最基本的通信功能。在许多实场合，需要把
推迟扩展到这样高的级别只是临时的，而且虽然其对用户引起一个小
问题，但是到目前为止其不象话音通信的严重中断(即使只是短时的)
那样令人讨厌。描述的系统增加在两个电话之间的一个通信链路的性
能，其中至少一个是卫星或双模式(卫星和蜂窝)电话机。
图1提供三个可能的网络连接：
(a)卫星电话机用户1通过卫星4、陆地基站5和地面地球站6与陆
地的或陆上移动网络3中的一个用户站2通信。该用户站2可能是任何
有线或无线电话。
(b)卫星电话用户1与一个卫星电话机用户7通信。对话直接地从
一个用户站到另一用户站。利用以8注明的一个控制信道，陆地地球
站6控制在两个电话机之间的延时更新。
(c)卫星电话用户1与一个卫星电话机用户7通信。在电话机之间
的对话和延迟更新控制由地面地球站通过控制信道8建立。
根据实际的无线电波传播条件，描述的系统用法可变时间分集。
通常，一个高频衰落过程叠加在一个低频盲区过程上。作为建议技术
的第一方案，是使用可变时间分集，以便应付低频衰落过程(桥梁、
电线杆、树)。
在本描述中只考虑时域分集(即没有卫星分集、频率分集、天线
分集)，尽管可以与这些分集的一个或者多个结合。
延时(分集)随着测量的信道质量改变，并且以一个受控的方式执
行变换以便减小可察觉的音响效应。
延时分集可以至少两个不同方式实现：
i)通过使用两个单独的信道，例如在一个TDMA发送中的两个时隙
或在CDMA中的两个码。(还可以使用两个单独的FDMA信道。)
ii)通过把有效的FEC相加到数据，并且分割该数据使得其充分地
交错，以便在错误保护发送(例如GSM话音)的局部损耗(例如到40％)
的情况下实现全部恢复。
第一个连接(图1(a))是用于卫星电话机用户的最通用通信链
路。主系统的解释将基于该通信链路。进一步的解释将针对其它两个
通信链路给出。卫星电话用户1通过地面地球站6与用户站2通信。该
用户站2可能是任何有线或无线电话。误码率BER)性能增强装置是这
部卫星电话机的一部分。在另一端，相似的装置可能放在卫星地面地
球站。
用户能够占据一个以上的在TDMA格式中的时隙用于发送的目
的。考虑第一个“坏”信道带有一个固定延迟，随后是两个过渡，从“
好到坏”以及“坏到好”信道(图2)。在一个好的信道中，该延迟能够被
降低到低值或零值，以及如果期望的话，该第二发送完全被抑制以便
避免信道容量的使用的浪费。
为了解释的简单，假设包含在第二(延迟的)信道中的发送只不过
是第一信道的重复。但是，实质上的进一步优点是通过使第二频道作
为第一频道的编码的变量获得的(例如使用FEC原理使得第一和第二
频道能够被解码为一个合成组合。
图3示出对应于以TDMA格式用户终端发射的一个实例帧结构，并
且占据六个时隙的一帧中的第三时隙。每个时隙6.67ms长。整个帧是
40ms长。建议使用重发时间延迟至少该帧持续时间(40ms)，使用在一
个随后帧中的一个单独的时隙，例如在N个发送的帧中的第六时隙(如
图3所示)，对应于在该N-K帧中的第三时隙的重发。
在任何单时隙期间，衰落或信道特性被认为是可感知的常量。结
果是，在深度衰落中或在好的信道状态之下能够接收一个或者多个时
隙。为了应付长衰落的问题，引入的时间分集是帧持续时间的整数倍
(由于时隙位置加或减一倍，其被认为是无关重要)。在随后情况中考
虑td＝kTF的重发延迟(K＝1，2....kmax以及TF＝帧持续时间，见图4)。由
于短衰落所引起的较快的变化实际上已经由更多个常规正向误差编
码补偿，不引入任何实质上的延迟。
信道质量是以一取值在区间[0，1]的参数q为特征的。q＝0对应于
最坏情况(“坏”信道)，接近于该通信链路的截止点(对于话音解码器
来说一般对应于4％BER截止点。能够通过RF测量估计参数q，以话音解
码器或由其它装置进行的话音帧的估价将被描述。
如果在该接收机的话音解码器测量的质量q大于一可变门限b的
话，则不需要在k帧之后的时隙重发，并且能够降低k。但是如果信道
质量降低，则需要通过增加k来增加该重发延时。
在图5中，矩形10是结合在地面地球站6的发射机中的一延时处理
机，而矩形12是结合在地面地球站6的接收机中的一延时处理机。处
理机10从话筒13以及模拟-数字转换器14接收信号，并且传送一个输
出信号用于从一个天线15发送。处理机12从天线16接收信号，并且接
收机17传送一信号到陆地的或陆上移动的网络3。
首先针对k是常量的情况描述图5。来自处理机10中的话音编码器
18的输出被馈送到直接路径A和延迟的路径B，以移位寄存器或类似延
迟元件22的路径B延迟，其中发送的数据被临时存储。图中5的同一个
方块被用于卫星移动电话机。延时是帧td＝KTF的一个整数，由卫星网
路设置并且使得重发时隙6中的时隙3，如以23注明的那样。来自卫星
移动电话机的发送时隙和其延迟的型式被馈送到在地面地球站的处
理机12中的两个独立的话音解码器24、25。但是，在被输入到该两个
话音解码器之前，例如使用数字延迟线或移位寄存器26，通过按照需
要相加延迟而去除这两个信号中的差分时延。话音解码器24、25随后
以相同的时域操作并且其输出以减小劣变的数量或减小输送到接收
者的话音帧的方式在组合器27中组合。组合器27能够是一个切换功能
的装置，即其能够被更紧密与该话音解码器结合，以便通过这两个解
码的信号的智能组合进一步提高接收机性能。
假设一个固定的延时td来继续描述一个引入的延时重发改进话音
质量的原因。在图5中，考虑馈送到话音解码器25的直接路径A和馈
送到话音解码器24的延迟路径B。P[A]定义为在直接路径A中的话音帧
误差的概率，P[B]定义为在时间延迟路径A中的话音帧误差的概率，
以及P[C]定义为组合器的输出的话音帧误差的概率。假定系统操作在
稳态中(“坏”信道或“好”信道)。在该简单的情况中该组合器27是一
个切换器。如果信道是“好”，则不需要信号重发，所以
P[C]＝P[A]
如果路径A是“坏”并且在路径A中的话音解码器25的性能下降，则
组合器27切换到展现下面误码率性能的另一个路径B：
P[C]＝P[B]
希望该P[B]＜P[A]。如果组合器27能够从路径A和B选择较好的语
言信号、如果这两个路径中的误差完全不相关，则这种转换组合将有
明确的好处。已知的是，如果相同的信号在两个不相关无线电频道中
发送，则两个接收信号将蒙受不同错误的影响。在理想情况中，在话
音解码器(图)的输出的组合信号的误差概率(图5)是：
P[C]＝P[A，B]＝P[A]xP[B]
在一个高斯信道中，这相当于在峰值信号功率中的3dB增加。
即使在其中不存在完全不相关误差过程的不理想的情况中，比特
误差的位置，即在输入到话音解码器的两个路径时隙里面的比特误差
的位置将趋向随机而非确定。因此在可得到两倍信令信息能量的简单
的事实的基础上，有各种组合的可能性得益于第二时隙。在一个简单
实施方案中(即在话音解码器输出的简单切换组合)，有可能存在相当
于3dB额外的波峰群载波功率的一个改善。在更复杂的实施方案中(例
如通过在话音解码器(S)之前的优化FEC编码增益技术进行组合、以及
即使在话音解码器(S)的结构中的可能的优化的组合)，也许达到相当
8dB的功率增益。优化组合、与FEC以及静态的分集技术结合是已知原
理而非本发明的主题，但是需要可变分集使用的完全开发。
进一步，针对一个可变的延时情况描述图5。由延迟线26施加的
延迟根据从延迟控制器32馈送的可变延迟信号而变化。为了解释的目
的，假设使用一个简单的转换组合器27管理可变延时的方式而没有显
著的用户觉察。延迟是变化的帧整数td＝(k x TF)，由质量检测器30
设置，在一个反馈路径28上提供一个快速控制信道到在该卫星电话机
中的延时控制器(对应于32)，到以及在该卫星电话机中的一个数字延
迟线(对应于22)。馈送到延时控制器32和数字延迟线22的信号从该卫
星电话机中的一个质量检测器(对应于30)得到。
延时控制器32在范围[0，kmax x TF]中变化，其中kmaxTF是最大的x
引入延时值。在直接路径A的解调信号被馈送到一个由延时控制器32
驱动的、施加延迟kmaxTF(K＝0，...，kmax)的可变数字延迟线26，然
后馈送到话音解码器25。话音解码器24和25的输出被馈送到先前描述
的组合器。
在地面地球站的接收机/发射机和卫星电话的发射机/接收机之
间用于通信延时更新td的实际机制不需要详细描述，但是可能要描述
根据一个编程、具有高保护的系统时钟序列、嵌入在一个快速控制信
道(图5)或正常话音信道(图6)中的低比特率命令。图6中，对应于图5
的那些部件具有相同的参考数字。反馈路径28上的输出馈送到卫星电
话机中的数字延迟线(对应于22)，并且该数字延迟线22从该卫星电话
机中的质量检测器(对应于30)接收一个信号。由数字的延迟线施加的
延迟td由延迟的量值(N比特)表示，它由质量检测器30控制。在处理机
12中，N比特控制器33得到k的量值并且控制延迟控制器34，得到馈送
到数字延迟线26的延迟td。
所描述系统的一个特点是，当信号被劣变(以及控制信道变得不
可靠)时，增加延迟的实际机制是固有地强健；反向机制(即消除延
迟)要求更可靠的控制，在好的辐射条件中当然可得到可靠的控制。
对于频分双工(FDD)传输系统来说，在卫星电话机的发射机的延迟值td
能够通过由地面地球站信道质量检测器控制的一个快速相关的控制
信道(图6)更新。类似地，地面地球站的发射机引入的延时由卫星电
话接收机的信道质量检测器控制。对于时分双工(TDD)传输系统来
说，卫星电话发射机的延时能够由在接收机的信道质量检测器控制。
对于地面地球站也是一样。
随着信道质量q(图2，q0)的降低(从“好”到“坏”信道的过渡)，延
时td以相等于一个帧的整数的时间步长增加。假定该增加是k x TF
持续时间。在陆地地球基站/卫星电话机一旦收到延迟更新，则在该
发射机卫星电话/陆地地球站延迟线中的以前的话音时隙立即被重复
K次(另外，能够引入某些舒适噪声，可以直接地由话音解码器在识
别一个“重复”或“延伸”码时引入)。这就导致陆地地球基站/卫星电话
的接收机的时隙被反复地馈送到话音解码器24。尽管瞬态变化可能意
味着话音解码器24的输出需要几个话音帧才能正确地再生话音，但是
解码器24使用该延时的更新值(新时域)操作而没有显著的人工失
真。用于增加延时的信息比特可以由一个快速控制信道(图5)传送。
只要陆地地球基站/卫星电话机在路径B接收到重发的时隙(使用更新
时间延迟)，就将延时更新用于路径的数字延迟线。所以，两个语音
解码器都操作在同一时域。另外，(如图6中所示)，用于增加延时的
信息比特(例如n比特)可以在路径B中的时隙本身之内传送，并且当这
些比特被设置时，在该接收机的延时控制器能够被增加k x TF，因此
通知路径A的数字延迟线通过重复到卫星电话的发射机延迟元件的一
个时隙或以类似方式重复舒适噪声增，以便增加其延迟。但是，“延
伸”的位置可以选择：例如
i)能够在陆地地球基站/卫星电话的接收器加到延迟元件的输
出。这意味着语音解码器25的域以语音解码器24相同的瞬间准确改
变，并且具有使得组合器如同以前一样地自由地操作的好处。
ii)能够在数字延迟元件中、甚至在开始的时候、或甚至在一个
自适应基础上较早引入延迟，以便选择话音的一个非关键部分(例如
消音部分)。这意味着语音解码器25的域比语音解码器24的域被改变
得更迟(达到k x TF)。在这个时期，组合器不能在不引起听觉的人工
失真的情况下自由地切换，仅仅是能够在一合宜的瞬间，例如在无声
音素期间产生从语音解码器25到语音解码器24的单一切换。
如果延迟被增加一个实质的帧数，则i)的情况可能是最好的，并
且与一个快增加(100ms)、慢减小(＜100ms)的延时控制策略相称。
该用户随后将听到一个消音周期，(即人工干扰或最后的100ms的重
放)等于在延迟中的增加：所以该用户根本不可能丢失任何话音，而
只是一个暂停或中断的感觉。
下面是“好”信道到“坏”信道过渡的一个实例。图7的上部显示在
卫星电话的接收器的延时增加的效果。假定延时具有的值td＝k x
TF(K＝2)，更改为K＝4。在此情况中，在语音解码器24开始以K＝4的
更新时域操作之前，帧N-1和N帧的时隙3能够被再一次接收(在陆地地
球站的N-1、N帧的第二重新发送，覆盖图7中的区域)或舒适噪声被放
在路径B上。因此，N+1帧的时隙3被以更新时域k’＝4重新发送。
从“坏到好”的过渡(即延迟降低)将只正常地出现在卫星电话的
接收器的A和B路径都展现低误差率时。因此能够得出系统地以小步骤
降低延时的策略，直到延迟td＝k’TF的期望的新数值被达到为止。延
迟的降低不可避免地包含话音信息的损耗，但是本发明的一个特点
是，话音的删除部分应该是选择对于受话者来说是很少的值，例如短
消音或非语音声。除了延时的正常降低之外，某些系统可以设置为快
速压缩该延迟，例如当扬声器已经明显停止、或许等待来自受话者的
一个响应时。
在从“坏”信道到“好”信道的过渡期间(图2，q1)，路径B中的传
输延迟被降低。这导致卫星电话接收机丢失一个(或多个)时隙。假设
在发送数字延迟器件(地面地球站的发射机)的输出丢失这些时隙，则
语音解码器24(在卫星电话的接收器)将经历一个域中的突变，在此之
后其可能需要几帧以便恢复正常解码。因此该接收器组合器应该被切
换到语音解码器25直到至少语音解码器24已经回到了正常稳定的操
作。此时组合器可以切换到操作以较早域中的语音解码器24(在卫星
电话的接收机)。该切换可以被定时，以便出现在消音或话音的一个
非关键部分期间。如果是以单步执行该降低，则定时是非决定性的，
而对于延迟中的较大步骤降低则需要关注定时。现在可以减少路径A
的接收器延迟器件为帧的相同的数，在短周期之后，语音解码器25将
重新稳定并且操作在与语音解码器24相同的域中。另外，接收机延迟
器件可以降低到一个大于帧数的数目，使实现该总时延被进一步降
低。
下面是“坏”信道到“好”信道过渡的一个实例。图7下部显示在卫
星电话的接收器的延时增加的效果。假定延时具有的值td＝
kTF(K＝4)，更改为K＝2。在此情况中，帧N+1、N+2的时隙3不能被
已收(图7中的覆盖面积)。随后组合器不得不依赖语音解码器25。在
此情况中，信道质量改进(坏到好的信道状态转移)，并且语音解码器
25能够传送好的语言信号到电话机用户。
在零延迟操作期间，路径B实际上是冗余的，并且发送可以完全
抑制。但是如果其被保持，则或许具有一个大约200ms的缺省延迟，
随后接收器的组合器和质量检测器总是有时机从路径质量的突然恶
化中恢复。
前述的描述已经假设使用在单一TDMA发送中的两个时隙(并且可
以同样地被用于在TDMA中的独立码或在FDMA中的单独的频率)。另一
实施方案(需要可变技术以便从头设计发送方案而不是对于现有的划
定系统相加)能够使用单一(更高容量)时隙，该时隙以在随后的时隙
之间的交错FEG保护比特所细分。该技术的一个形式已经使用在GSM
中。但是，时间变化性能够通过改变交错深度而被引进，并且在增加
和减小交错深度期间结合域管理技术。