CN1310893A - Ocdma卫星通信系统功率通量密度抑制 - Google Patents

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Abstract

一种用来减小在每个波束中的频谱密度的功率并从入局信号中去除伪噪声(PN)P2而不影响在扩展频谱OCDMA(正交码分多址)卫星通信系统中的波束间频率隔离的方法,其中在上述通信系统中一个或多个基站与位于多波束中继系统的不同波束中的多个用户终端进行通信。基站对每一波束发送对包含一组正交隔离副载波的信号,其中由一组正交函数调制上述每个子载波,而上述函数与形成信息信号的编码扩展系列的PN系列叠加。所述函数组的每个正交函数带有波束中的单个用户用的数据。

Description

OCDMA卫星通信系统功率通量密度抑制
参考相关申请
本申请是我们的待批专利申请号08/989,466(1997年12月12日申请)的部分续展申请。
现有技术简述
已形成大量协会来发展覆盖全球的基于卫星的个人通信系统(PCS)。这些系统包括Globalstar(由Loral Cellular Systems,Corp.,在1991年6月3日向FCC申请的Globalstar系统)、Odyssey(TRW Inc.在1991年5月31日向FCC申请以建立新的通信卫星系统“Odyssey”，)、Ellipso(1990年11月申请)和ECCO(由Constellation Communication Inc.在1991年6月申请)，以及其它。所有这些系统都采用多波束天线，它们使得地理区域之间隔离，从而允许复用频谱。
这些系统的目的在于让用户运用便携式手机(很象当今的蜂窝电话)可以直接通过卫星网络接收到几乎来自地球上的任何地方的电话呼叫。这些系统还包括移动和固定用户终端。所有上述系统都要求将扩频CDMA技术用于频带共享目的。
在1990年，Gihousen等人出版了论文“运用CDMA增加移动卫星通信的容量”(IEEE杂志通信领域选集，1990年5月)，它示出了与诸如FDMA或TDMA的正交系统相比，通过运用CDMA使多波束卫星系统中的系统容量增加到频率复用因数为1(即，在每个波束中重复使用整个频带)，而该正交系统一般根据波束之间的隔离量采用1∶3或1∶5的频率复用。
由Gilhousen、Jacobs和Weaver(1990年2月13日)在专利号4,901,307中提出了用“边缘隔离”来提供在准正交(异步)CDMA系统中的全频率复用。
Globalstar应用揭示了基本上与IS-95地面蜂窝网标准相同的信号。该系统运用在前向(基站至移动台)链路上的正交CDMA(OCDMA)和在返回链路上的异步CDMA。然而，在频率复用方面，在OCDMA前向链路和异步CDMA返回链路之间没有任何区别。在前向和返回链路上的每个波束中采用全频率复用，而且认为这是最佳选择。
M.J.E Golay在IDA报告108第110页(1965)中揭示了OCDMA的基本信号格式。所述的系统在前向和返回链路方向是正交的。
OCDMA前向和返回链路顾及卫星PCS系统。揭示对它的改进的相关专利包括美国专利号5,375,140(授予Natali等人，名为“双正交码和频分多址通信系统”)和美国专利号5,668,795(授予Magill等人，名为“对于扩展频谱CDMA通信的调制系统”，作为参考资料在此引入)。
在某些情况下，通过不用1四的频率复用因数并在一个波束中利用多址码的正交性能(如在我们的美国专利申请号08/989,466中所述，1997年12月12日申请，名为“通过频率隔离增加OCDMA的容量”)，可增加同步OCDMA系统的容量。例如，通过采用每波束中1∶3频率复用而不是全频率复用，也可以增加OCDMA系统的总容量。在这种情况下，要使容量最大，即使可以全频率复用，频率隔离也比添加频谱重要。
一般，对于1∶3频率复用，可将可用频谱分为3个子频带，以3频率复用模式将它们分配给各波束。不幸的是，对于相同的前向链路功率，这时卫星的功率通量密度在所用到的三分之一频带增至三倍。这是不利的，因为在许多情况下，系统容量受到FCC/CTI限定的地球表面卫星前向链路入射信号最大功率通量密度的限制。1∶3频率复用还改变频带共用方案，因为这时信号只占每个波束中的1/3可用频谱，但是还有潜力增强5dB。
发明目的
本发明的目的在于允许通过采用1以外的其它频率复用因数(如在我们的专利申请号08/989,466中所述的那样，名为“通过频率隔离增加在OCDMA系统中的容量”)增加在同步OCDMA系统中的容量，而不增加卫星前向链路信号的功率通量密度。
本发明的另一的目的在于允许通过利用除了一之外的其它频率复用因子，增加同步OCDMA系统的容量，并仍然允沿可用频谱均匀扩展信号功率以便频带共用。
发明特征
                            A．
一种扩展频谱CDMA通信系统，其中一个或多个基站与位于多波束卫星中继系统的不同波束中的多个用户终端进行通信，而且基站对包含一组正交隔开的子载波的每个波束发送一个信号，其中由一组正交的或近似正交的函数来调制每个子载波，其中上述函数与形成信息信号的编码扩展序列的伪噪声(PN)序列叠加，所述函数组的每个正交函数带有用于所述波束中的单个用户、所选载波信号源和将所述信息信号调制在所述载波上的装置的数据，以便形成波束信号和所述波束信号的所述编码扩展序列。将可用频谱分成不重叠或正交的频段，其中以1:Nru频率复用模式将上述频段分配给不同波束。每个用户终端设有一个接收机，它具有相干解调基站信号的装置。改进包括：
●将码片速率是Nru×Rc的PN扩展码P2同时用于所有波束信号，以便在更宽的带宽内扩展信号能量，从而减小在每个波束中的功率频谱密度。
●在接收机中使接收信号与P2的同步复制信号相关的装置，用来从入局信号中去除P2，而不影响波束间的频率隔离。
                             B．
在上述系统中，沿整个可用频谱以Nru×Rc的间隔正交隔离波束信号的子载波，形成隔开的Nru个不同的子载波频率组以1:Nru波束频谱复用模式分配它们。
                             C．
上述系统中，用于每个用户的数据是语音数据。
                             D．
一种扩展频谱CDMA卫星通信系统，其中多于一个的卫星照射在地球上的相同区域而且一个或多个基站与位于多波束卫星中继系统的不同波束中的多个用户终端进行通信，而且基站对包含一组正交隔开的子载波的每个波束发送一个信号，其中由一组正交的或近似正交的函数来调制每个子载波，其中上述函数与形成信息信号的编码扩展序列的伪噪声(PN)序列叠加，所述函数组的每个正交函数载有用于所述波束中的单个用户、所选载波信号源和将所述信息信号调制在所述子载波上的装置的数据，以便形成波束信号和所述波束信号的所述编码扩展序列。将可用频谱分成不重叠或正交的频段，其中以1:Nru频率复用模式将上述频段分配给不同波束。每个用户终端设有一个接收机，它具有相干解调基站信号的装置。改进包括：
●将码片速率是Nru×Rc的PN扩展码P3同时用于所有波束信号，以便在较宽的带宽内扩展信号能量，从而减小在每个波束中的功率频谱密度并减小来自邻近卫星的干扰。
●在接收机中使接收信号与P2的同步复制信号相关的装置，用来从入局信号中去除P2，而不影响波束间的频率隔离。
                             E．
在上述系统中，沿整个可用频谱以Nru×Rc的间隔正交隔离波束信号的子载波，形成隔开的Nru个不同的子载波频率组以1:Nru波束频谱复用模式分配它们。
                             F．
上述系统中，用于每个用户的数据是语音数据。
                             G．
一种扩展频谱CDMA卫星通信系统，其中另一个卫星通信系统照射在地球上的相同区域而且一个或多个基站与位于多波束卫星中继系统的不同波束中的多个用户终端进行通信，而且基站对包含一组正交隔开的子载波的每个波束发送一个信号，其中由一组正交的或近似正交的函数来调制每个子载波，其中上述函数与形成对于信息信号的编码扩展序列的伪噪声(PN)序列叠加，所述函数组的每个正交函数带有用于所述波束中的单个用户、所选载波信号源和将所述信息信号调制在所述子载波上的装置的数据，以便形成波束信号和所述波束信号的所述编码扩展序列。将可用频谱分成不重叠或正交的频段，其中以1:Nru频率复用模式将上述频段分配给不同波束。每个用户终端设有一个接收机，它具有相干解调基站信号的装置。改进包括：
●将码片速率是Nru×Rc的PN扩展码P2同时用于所有波束信号，以便在较宽的带宽内扩展信号能量，从而减小在每个波束中的功率频谱密度。
●在接收机中使接收信号与P2的同步复制信号相关的装置，用来从入局信号中去除P2，而不影响波束间的频率隔离。
                             H．
在上述系统中，沿整个可用频谱以Nru×Rc的间隔正交隔离波束信号的子载波，形成隔开的Nru个不同的子载波频率组以1:Nru波束频谱复用模式分配它们。
                             I．
上述系统中，用于每个用户的数据是语音数据。
                             J．
一种扩展频谱CDMA卫星通信系统，其中另一个卫星通信系统照射在地球上的相同区域而且位于多波束卫星中继系统的不同波束中的多个用户终端与一个或多个基站进行通信，而且用户终端发送包含正交隔开的子载波组中的一个子载波的信号，其中由正交的或近似正交的函数组中的一个函数调制子载波，其中上述函数与形成对于信息信号的编码扩展序列的伪噪声(PN)序列叠加，所述函数组的正交函数带有用于在上述波束中发送到基站、所选子载波信号源和将所述信息信号调制在所述子载波上的装置的数据，以便形成返回链路信号和所述返回链路信号的所述编码扩展序列。将可用频谱分成不重叠或正交的频段，其中以1:Nru频率复用模式将上述频段分配给不同波束。每个基站设有一个接收机，它具有相干解调用户终端信号的装置。改进包括：
●将其码片速率是Nru×Rc的PN扩展码P2用于用户终端发送信号，以便在较宽的带宽上扩展信号能量，从而减小发送功率频谱密度。
●在基站接收机中使接收信号与P4的同步复制信号相关的装置，用来从入局信号中去除P2，而不影响波束间的频率隔离。
                             K．
在上述系统中，沿整个可用频谱以Nru×Rc的间隔正交隔离波束信号的子载波，形成隔开的Nru个不同的子载波频率组以1:Nru波束频谱复用模式分配它们。
                             L．
上述系统中，用于每个用户的数据是语音数据。
附图简述
结合下列描述附图，本发明的上述和其它目的、优点和特征将显而易见。
图1是根据本发明的基于卫星的OCDMA通信系统的示意图。
图2示出码片速率下的4个隔开的正交子载波。
图3是产生OCDMA子载波的功能框图。
图4示出沿可用频谱以3*Rc隔开的子载波。
图5示出分配给不同波束中的相互正交时隙的三个副载波组。
图6示出典型的多波束天线辐射图，它具有以1∶3频率复用模式分配的频段。
图7示出波束信号，它具有其码片速率是正交码的三倍的扩展码P2。
图8a示出在以PN码P2(Nru=3)扩展之前波束信号的归一化功率频谱。
图8b示出在以PN码P2扩展之后波束信号的化功率频谱，其中PN码P2的时钟是正交码的码片速率的三倍。
发明简述
本发明的目的在于一种卫星通信系统，其中卫星发送OCDMA信号，它提供前向链路(FL)来与多个用户终端进行通信，如图1所示。可从基站中继卫星信号，或者可在卫星上产生该信号。
FL OCDMA信号最好结合Natali美国专利号5,623,487(名称为“双正交码和频分多址通信系统”的改进之处，其中在OCDMA码码片速率Rc的频率下将多个载波(称为副载波)正交隔开，如图2所示。用多达Nu个正交二进制序列调制每个副载波，每个序列都携带不同的数据。一般，每个正交函数带有不同用户的数据，然而可将多个函数分配给单个高速用户。正交码与一个波束中的所有用户共用的更长的PN码P1叠加。不同波束可用不同PN码或相同码的时间偏移形式(如果需要的话)。为了保持正交性，正交信号必须同时到达接收机(这是对FL的平常要求，因为在相同基站或卫星始发所有信号)。图3以方框图的形式示出子载波信号产生过程。
本发明的目的是一种加入在美国专利申请号08/989,466(名称为“通过频率隔离增加OCDMA系统容量”)中所述的改进，以通过提供在多波束天线的波束之间的频率隔离增加系统容量。这一般是通过将可用频谱分成Nru个子频带并以1:Nru频率复用模式将子频带分配给不同波束来实施的。然而，在这里所揭示的系统中，在全部可用频谱中，以Nru×Rc的频率间隔隔开子载波，如图4所示，其中Nru=3。因此，图5中可用Nru个组的不连续子载波频率，而且可以1:Nru频率复用模式将它们分配给波束，如图6所示，其中Nru=3。由于子载波的正交间隔，从而保持频率隔离；然而，不均匀扩展信号功率。
现在，用第二PN序列P2调制FL信号，上述PN序列P2的码片速率是正交序列的码片速率的Nru倍，如图7所示。在所有波束中该序列是相等的，并用来均匀扩展信号功率，如图8a和8b所示。
使接收到的FL信号与P2的同步复制信号相关，上述同步复制信号有效地从入局信号中去除P2，即，所得信号可看作似乎是从来不用PN码P2。
利用正交频率间隔，将邻近波束信号与波束内信号分开。因此，加入本发明允许PL信号频谱均匀扩展，同时在邻近波束之间保持频率隔离。
虽然相对于本发明的较佳实施例描述本发明，但是熟悉本技术领域的人员应理解，可对本发明进行其它调节和修正。

Claims (12)

1．一种扩展频谱CDMA通信系统，其中一个或多个设有接收机的基站与位于多波束卫星中继系统的不同波束中的多个设有接收机的用户终端进行通信，而且所述基站对包含一组正交隔开的子载波的每个波束发送一个信号，其中由一组正交的或近似正交的函数来调制每个所述子载波，其中所述函数与形成信息信号的编码扩展序列的伪噪声(PN)序列叠加，所述函数组的每个正交函数带有用于所述波束中的单个用户、所选载波信号源和将所述信息信号调制在所述子载波上的装置的数据，以便形成波束信号和所述波束信号的所述编码扩展序列，所述系统中将可用频谱分成不重叠或正交的频段，以1:Nru频率复用模式将上述频段分配给不同波束，而且每个用户终端设有接收机，它具有相干解调所述基站信号的装置，所述系统的改进包括：
●将码片速率是Nru×Rc的PN扩展码P2同时用于所有波束信号以在较宽的带宽内扩展信号能量从而减小在每个波束中的功率频谱密度的装置；
●在接收机中使所述接收信号与P2的同步复制信号相关以从入局信号中去除P2，而不影响波束间的频率隔离的装置。
2．如权利要求1所述的系统，其特征在于，沿整个所述可用频谱以Nru×Rc的间隔正交隔离所述波束信号的子载波，形成Nru个不同的子载波频率组以1:Nru波束频谱复用模式分配它们。
3．如权利要求1所述的系统，其特征在于，用于每个用户的所述数据是语音数据。
4．一种扩展频谱CDMA卫星通信系统，其中多于一个的卫星照射在地球上的相同区域而且一个或多个设有接收机的基站与位于多波束卫星中继系统的不同波束中的多个设有接收机的用户终端进行通信，而且所述基站对包含一组正交隔开的子载波的每个波束发送一个信号，其中由一组正交的或近似正交的函数来调制每个子载波，其中所述函数与形成信息信号的编码扩展序列的伪噪声(PN)序列叠加，所述函数组的每个正交函数带有用于所述波束中的单个用户、所选载波信号源和将所述信息信号调制在所述子载波上的装置的数据，以便形成波束信号和所述波束信号的所述编码扩展序列，所述系统中将可用频谱分成不重叠或正交的频段，以1:Nru频率复用模式将所述频段分配给不同波束，而且每个用户终端设有接收机，它具有相干解调所述基站信号的装置，所述系统的改进包括：
●同时采用码片速率是Nru×Rc的PN扩展码P3以在较宽的带宽内扩展信号能量从而减小在每个波束中的功率频谱密度并减小来自邻近卫星的干扰的装置；
●在接收机中使所述接收信号与P2的同步复制相关以从入局信号中去除P2而不影响波束间的频率隔离的装置。
5．如权利要求4所述的系统，其特征在于，沿整个所述可用频谱以Nru×Rc的间隔正交隔离所述波束信号的子载波，形成Nru个不同的子载波频率组以1:Nru波束频谱复用模式分配它们。
6．如权利要求4所述的系统，其特征在于，用于每个用户的所述数据是语音数据。
7．一种扩展频谱CDMA卫星通信系统，其中另一个卫星通信系统照射在地球上的相同区域而且一个或多个设有接收机的基站与位于多波束卫星中继系统的不同波束中的多个设有接收机的用户终端进行通信，而且所述基站对包含一组正交隔开的子载波的每个波束发送一个信号，其中由一组正交的或近似正交的函数来调制每个子载波，其中所述函数与形成信息信号的编码扩展序列的伪噪声(PN)序列叠加，所述函数组的每个正交函数带有用于所述波束中的单个用户、所选载波信号源和将所述信息信号调制成所述子载波的装置的数据，以便形成波束信号和所述波束信号的所述编码扩展序列，所述系统中将可用频谱分成不重叠或正交的频段，以1:Nru频率复用模式将所述频段分配给不同波束，而且每个用户终端设有接收机，它具有相干解调所述基站信号的装置，所述系统的改进包括：
●将码片速率是Nru×Rc的PN扩展码P2同时用于所有波束信号以在较宽的带宽内扩展信号能量从而减小在每个波束中的功率频谱密度的装置；
●在接收机中使所述接收信号与P2的同步复制信号相关以从入局信号中去除P2，而不影响波束间的频率隔离的装置。
8．如权利要求7所述的系统，其特征在于，沿整个所述可用频谱Nru×Rc的间隔正交隔离波束信号的子载波，形成Nru个不同的子载波频率组以1:Nru波束频谱复用模式分配它们。
9．如权利要求7所述的系统其特征在于，用于每个用户的所述数据是语音数据。
10．在一种扩展频谱CDMA卫星通信系统中，其中另一个卫星通信系统照射在地球上的相同区域而且位于多波束卫星中继系统的不同波束中的多个设有接收机的用户终端与一个或多个设有接收机的基站进行通信，而且所述用户终端发送包含正交隔开的子载波组中的一个子载波的信号，其中由正交的或近似正交的函数组中的一个函数调制子载波，其中所述函数与形成信息信号的编码扩展序列的伪噪声(PN)序列叠加，所述函数组的正交函数带有用于在所述波束中发送到所述基站、所选子载波信号源和将所述信息信号调制在所述子载波上的装置的数据，以便形成返回链路信号和所述返回链路信号的所述编码扩展序列，所述系统中将可用频谱分成不重叠或正交的频段，以1:Nru频率复用模式将所述频段分配给不同波束，而且每个基站设有具有相干解调所述用户终端信号的装置的接收机，所述系统的改进包括：
●将码片速率是Nru×Rc的PN扩展码P2用于所述用户终端发送信号以在较宽的带宽上扩展信号能量从而减小所述发送功率频谱密度；
●在所述基站接收机中使接收信号与P4的同步复制信号相关以从入局信号中去除P2而不影响波束间的频率隔离的装置。
11．如权利要求10所述的系统，其特征在于，沿整个所述可用频谱以Nru×Rc的间隔正交隔离波束中的子载波，形成Nru个不同的子载波频率组以1:Nru波束频谱复用模式分配它们。
12．如权利要求10所述的系统，其特征在于，用于每个用户的所述数据是语音数据。
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