CN1675857A - 在正交码分多址卫星系统中返回链路同步的方法 - Google Patents

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CN1675857A CNA038190346A CN03819034A CN1675857A CN 1675857 A CN1675857 A CN 1675857A CN A038190346 A CNA038190346 A CN A038190346A CN 03819034 A CN03819034 A CN 03819034A CN 1675857 A CN1675857 A CN 1675857A
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Abstract

一种用于实现码同步的技术，以允许为反向链路通信实现正交CDMA调制所需的调制码的应用。在反向链路中使用正交CDMA的卫星通信系统中，地面站在前向链路方向上发送第一导频信号，所述第一导频信号由终端或远程站获取并跟踪，并用于恢复载波相位和调制码片时钟定时。该终端接着从恢复的前向导频载波频率和码片时钟定时导出要使用的传输载波频率和码片时钟定时。该终端在反向链路方向上发送第二导频信号，所述第二导频信号被卫星接收和再发送后，在地面站处被检测。终端具有相对于从前向链路导频信号导出的定时提前或延迟它们的用于传输的信号的定时的能力。地面站跟踪终端导频信号的定时，在一些实施例中也跟踪终端导频信号的频率，并将这些参数与反向链路基准信号作比较。至少部分地基于比较的结果，地面站在前向链路上发送控制信号到每个终端，由此命令终端提前或延迟其各自的传输定时。接着，每个终端以较小的增量调整其传输定时和/或频率，以与地面站维持所期望水平的时间对准。

Description

在正交码分多址卫星系统中返回链路同步的方法
相关申请
本申请要求于2002年6月24日提交的序号为60/391,437和于2002年6月24日提交的序号为60/391,438的先前提交的临时申请的优先权。
技术领域
本发明一般涉及无线通信系统，尤其涉及在通信系统的返回路径中使用正交码分多址(O-CDMA)的方法和装置。在另外的方面，本发明涉及提供码同步和由卫星通信系统中返回链路上的接入终端采用O-CDMA。
技术背景
多年来，开发出了各种卫星通信系统。一种早先的系统体系结架使用空中接口和被称为时分多址(TDMA)的信号调制技术。TDMA的特征表现为：将通信信道中的时隙分配给多个用户或远程终端的每一个，以及与特定分配的时隙中的每一个终端通信。一种改进的系统结构使用空中接口或被称为码分多址(CDMA)的信号调制技术，其特征为使用扩展频谱频调制技术来提供分开的用户或用户话务信号信道。这样的技术在序号为4,901,307，发明名称为“Spread Spectrum Multiple AccessCommunication System Using Satellite Or Terrestrial Repeaters”的美国专利(发表于1990年2月13日)和序号为5,103,459，发明名称为“System And Methodfor Generating Signal Waveforms In A CDMA Cellular Telephone System”的美国专利(发表于1992年4月7日)的学说中揭示，这两个专利都被转让给本发明受让人，它所揭示的内容通过引用加入于此。
基于CDMA的通信系统一般比基于TDMA的通信系统提供更大的带宽效率。许多基于CDMA的卫星通信系统一般在前向链路(FL)方向上在CDMA模式中工作，所述FL方向即用于从集线器或网关传递到终端的信号，在返回或反向链路(RL)方向上在TDMA模式中工作，所述RL方向即用于从终端传递到网关的信号。
在使用中有两种主要类型或模式的CDMA通信信号处理，异步CDMA和同步正交CDMA。在异步模式的CDMA运作中，来自不同终端的信号不被同步，同样地，会在码相位或同步不一致地到达并造成互相之间的干扰。在同步模式的运作中，发送自不同终端的信号被定时以至于同步到达接收机，并且彼此的码相位同相或具有码同步。在同步模式的CDMA中，如果正交码被用于区分不同的终端传输，那么由于交叉相关接近零，接收自终端的不同信号之间一般没有或很少交叉干扰。这一技术和所得的波形被称为正交码分多址(O-CDMA)。在这种情况下，由于减少了干扰，可以获取更高的带宽效率。
在前向链路上，由于所有的信号在相同的位置处始发，即在向一个或多个远程终端提供通信服务的集线器或网关处始发，不同码之间的正交性被有效地维持。在整个通信系统中使用几个网关时，它们一般被配置成使用一公共的定时源，诸如从GPS卫星探测到的信号的相位，它采用被称为世界时的形式。或者，或另外，网关可以互相之间和/或与定时信号基准通信，以提供同步机制。其它这样的机制在本领域是公知的或正被期望。
然而，对于由返回链路上的终端传递的信号，一般没有公共的同步机制，并且由于发送自不同终端的信号的不同的传播延时和路径，它们异步地到达网关，即使初始传输的定时接近同步，而所述初始传输的定时经常会不同步。因此，虽然卫星通信系统可以容易地结合正交CDMA用在正向链路上，它们不能将该技术使用在反向链路上。为了通过减少潜在的干扰和其它有害的效应以改进通信，所需的是使得能够在卫星通信系统的返回信号路径中或在反向通信链路上采用正交CDMA的方法和装置。
发明内容
简单地，获取码同步或同步，由此允许使用所期望的调制码在返回方向实现正交CDMA。在包含地球同步卫星的卫星通信系统中，本发明的实施例方便地允许在反向链路中使用正交CDMA。地面站在前向链路方向发送第一或前向链路导频信号，且一个或多个终端获取并跟踪该导频信号，为通信系统所使用的调制码(码片)时钟定时恢复载波相位和定时。接着，一终端从所恢复的前向导频载波频率和码片时钟定时导出发送或传输载波频率，以用于它所发送的信号；以及码芯片时钟定时，以用于信号调制。该终端在反向链路方向发送第二或反向链路导频信号，所述第二或反向链路导频信号在被卫星接收和转发后在地面站被检测到。所述地面站跟踪终端始发的导频信号的定时，在某些实施例中也跟踪频率，并将这些特征与反向链路参考信号的那些特征作比较。依照本发明，终端具有相对于从前向链路导频信号导出的定时来提前或延迟它们所发送信号的定时的能力，且它们这么做至少部分基于与基准的定时比较的结果。这通过使地面站在波束或子波束中，在前向链路上发送一控制信号到每个它期望与之通信的终端来完成，向每个终端提供关于为了达到所期望的反向链路信号的同步，它所应该提前或延迟相应发送定时的期望量或度的命令或指令。接着，每个终端以小增量调整它的发送定时和/或频率，以与地面站维持时间对准。
依照本发明，一种在返回链路中提供正交CDMA通信的方法包含：在多个终端接收第一导频信号；从接收到的第一导频信号导出至少一个发送定时特性；其中所述导出是在多个终端的每个中执行的；依照所导出的至少一个发送定时特性，在分配的时间处发送来自多个终端的每个的导频信号；接收控制信号，所述控制的内容提供指令以调整至少一个发送定时特性；以及响应控制信号，调整至少一个发送定时特性。
一种运作包含置于前向链路和反向链路中的地球同步卫星的通信系统的方法，以依照本发明在反向链路中提供正交CDMA通信，包括：在前向链路方向从地面站发送第一导频信号；在终端接收第一导频信号，以及在那里恢复载波相位和调制码片时钟定时；从所恢复的前向导频载波频率和调制码片时钟定时导出发送载波频率和码片时钟定时；在反向链路方向从终端发送第二导频信号；在地面站，将第二导频信号与反向链路基准信号做比较；在前向链路方向，发送控制信号，所述控制信号的内容至少部分基于第二导频信号和反向链路基准信号之间的比较；以及响应控制信号，调整终端的至少一个运作参数。
这种方法会还包括从终端发送正交CDMA话务信号。
在这种方法的一些实施例中，终端的至少一个运作参数包含发送定时；以及执行调整以维持终端的发送定时在码片周期的预定分数部分之内，例如在1/8的码片周期之内。
这种方法会还包括向反向上行链路接收机提供大约0.5°的波束宽度。
在这种方法的一些实施例中，控制信号指示终端提前其发送定时，而在其它实施例中它指示终端延迟其发送定时。实施例中的定时可被提前或延迟预定的量，或由控制信号指定的量。
终端的实施例包含：接收第一导频信号的装置；从第一导频信号恢复载波相位和调制码片时钟定时的装置；发送第二导频信号的装置；接收控制信号的装置；发送正交CDMA话务信号到地球同步卫星的装置，所述正交CDMA话务信号具有第一定时特性；以及调整第一定时特性的装置。
在这种终端的一些实施例中，调整第一定时特性的装置包含用于将正交CDMA话务信号的发送定时特征提早一预定量的电路，以及在其它装置中将正交CDMA话务信号的发送定时特征延迟一预定量。
在这种终端的一些实施例中，调整第一定时特性的装置包含用于将正交CDMA话务信号的发送定时特征提早由控制信号指定的量或其它将其延迟由控制信号指定的量的电路。
附图说明
结合附图阅读以下详细描述，将更清楚本发明的特点、目的和优势。在整个附图中，相同的标号标识相同或相似的部件，其中：
图1示出了卫星系统中本发明的一个实施例。
图2是用于在返回链路上从相应的多个终端接收多个进发CDMA传输的接收机的框图表示。
图3是适用于在OCDMA卫星通信系统的返回链路上发送消息的终端中发射机的框图表示。
图4是显示网关运作的说明性过程的流程图。
图5是使用终端的说明性过程的流程图。
图6示出了用于实现各个实施例的硬件系统的一个实施例。
图7使出了用于存储可执行指令来实现各个实施例的机器可读媒质的一个实施例。
具体实施方式
总体上，本发明的实施例提供了改进的带宽效率、增加的克服降雨衰落或其它信道降级现象的能力、减少的传输功率或它们的各种组合。特别是，通过在基于地球同步卫星的通信系统的返回链路中有利地使用正交CDMA，本发明的实施例允许多个接入终端，每个有一唯一的码信道分配，使用将TDMA作为其接入方法的单个接入终端所使用的相同或更低的合计功率进发地在波束中发送。在其它实施例中，在返回链路上有利地使用正交CDMA允许一个或多个接入终端，每个在一公共波束中并被分配一公共的时隙，以更高的发射功率发送，以克服诸如那些由于降雨衰落引起的信道降级效应。
在以下的描述中，将描述本发明的各个方面。然而，可以就本发明的仅部分或全部方面来实施本发明，这对于领域的技术人员是显而易见。为了解释起见，提出了特定的数字、材料和配置以提供对本发明彻底的理解。然而，可以在没有所述特定细节的情况下实施本发明，这对于本领域的技术人员是显而易见的。在其它实例中，为了不混淆本发明，忽略或简化了公知的特征。
本发明的各个方面可以作为基于电路的解决方案来实现，包括在单个集成电路上可能的实现。
对于本领域的技术人员将会显而易见的是电路元件的各个功能也可以实现为软件程序中的处理操作。这样的软件可以被使用在例如数字信号处理器、微控制器、嵌入式控制器或通用计算机中。公知的是多数网关使用电路卡阵列或架子和部件来完成所有它们承担的信号处理任务。这些卡会有特定的控制器和处理器，或使用商业上可用的计算机处理器芯片和各个类型的存储器来执行某些功能。此外，整个计算机、工作站和类似的设备经常被集成到系统设计中，并被用于在网关或基站中运作和控制某些功能。
许多无线设备，诸如电话、PDA和调制解调器等，也包含复杂的信号处理组件、资源和能力，以提供现代设备设计中所期望的特征。
本发明可以表现为方法以及用于实现那些方法的装置的形式。本发明也可表现为包含在有形媒体中的程序代码的形式，有形媒体诸如穿孔卡、磁带、软盘、硬盘驱动器、CD-ROM、闪存卡或其它及其可读的存储媒质，其中当程序代码被加载到其中并由诸如计算机等机器执行时，该机器变成了实现本发明的装置。本发明也可表现为程序代码的形式，例如，是否存储在存储介质中、是否被加载到机器中和/或由机器执行、或通过某个传输媒质或载波发送，诸如通过电线或电缆、通过光纤或经由电磁辐射，其中当程序代码被加载到机器中并被机器执行时，所述机器诸如处理器，该机器变成了实现本发明的装置。当在可编程控制器、信号处理器、通用处理器等上实现时，程序代码段结合处理器以提供一独特的设备，所述设备对于特定的逻辑电路模拟地运作。
这里提及的“一个实施例”、“一实施例”或类似的表述意味着结合实施例所描述的特定的特征、结构、操作或特性是包含在本发明的至少一个实施例中。因此，这种短语或表述在这里出现不是都必须指向相同的实施例。而且，各个特定的特征、结构、操作或特性可以以任何适当的方式结合在一个或多个实施例中。
术语
这里所使用的“码片”意指被用于生成“码”的二进制状态或值。被称为编码“码片”的一系列二进制值被用于生成特定的编码或编码序列。虽然码片可以是指扩展频谱信号或伪随机(PN)码中的二进制状态，如这里所使用的，它们一般被称为正交信道化码或码序列，用于在波束或子波束中为用户终端建立不同的通信信道。一般地，这些是公知的沃尔什码，用于在通信系统中创建正交通信信道。
在本领域中，术语基站和网关有时可互换使用，网关被理解为指引经由卫星的通信的专门基站，而基站使用地上天线在周围的地理区域内指引通信。地面站的表达在本领域内有时可与网关交换使用。
通信卫星可以形成波束，它照亮由投影卫星通信信号到地球表面产生的“点”或区域。一用于点的典型卫星波束模式由许多以预定覆盖模式排列的波束。一般地，每个波束由多个覆盖一公共地理区域的所谓子波束组成，每个占据不同的频带。在适当的实例中，子波束会被称为CDMA或FDM信道。
反向链路、反向、返回链路和返回方向的表述在本领域中有时可交换使用。除非是规定的，否则它们在这里的用法的情况下，这些表达和与之类似的表述指信号从终端单元传播到卫星和从卫星传播到地面站所使用的通信路径。在地面通信系统中，它们直接从终端传播到基站。
前向链路和前向的表达在本领于中有时可交换使用。除非是规定的，否则它们在这里的用法的情况下，这些表达和与之类似的表述指信号从地面站传播到卫星和从卫星传播到终端单元所使用的通信路径。在地面通信系统中，它们直接从基站传播到终端。
上行链路的表达是指信号从地面站传播到卫星或从终端传播到卫星所使用的路径。前向上行链路和前向下行链路的表达分别是指信号从地面站传播到卫星和从卫星传播到终端所使用的路径；反向上行链路和反向下行链路的表达分别是指信号从终端传播到卫星和从卫星传播到地面站所使用的路径。
终端或用户终端有时也指接入终端、订户单元、移动单元或在某些通信系统中简单地指“用户”、“移动台”或“订户”，根据偏好而定。这些术语在本领域是为大家所理解的。
传统的基于卫星的通信系统是公知的，它在前向链路方向上使用正交CDMA并在反向链路方向上不使用正交CDMA。不在反向链路中使用正交CDMA的系统也会被称为具有干扰共享的反向信道。
典型的无线通信系统环境
在本发明的各个实施例可以在其中找到应用的示例性无线通信系统会包含通信系统的各部分，至少一个地球同步通信卫星和至少一个地面站，所述通信系统适用于与一个或多个远程用户终端实现通信。虽然本发明主要是按照无线、基于卫星的通信来描述的，但是本发明可以应用到其它类型的通信信道，包括数字、电子或光学、无线或有线/光纤等等。
图1示出了基于卫星的通信系统100：包含一个或多个卫星110，用于在服务区域的多个或一系列用户终端(112a、112b、112c、112d)之间传播通信；和至少一个网关116，有时在一服务区域内会有多于一个网关。举例而言，网关116可以提供卫星网络和外部网络之间的接入点，所述外部网络诸如Internet或某些其它的外部网络(部分示出)。终端通过卫星110和网关116与外部网络通信。
服务区域114由一个或多个波束或小区覆盖，诸如波束112，它们由卫星110投影到地球的表面。波束照亮通过投影卫星通信信号到地球表面所产生的“点”或区域。所述的波束以预定覆盖模式排列。每个波束一般在全频率再用模式的情况下使用全部对卫星可用的频谱，或在部分再用模式的情况下使用可用频谱的某些部分。每个波束会包含多个覆盖公共地理区域的所谓子波束(也被称为FDM信号、信道或链路)，每个子波束占据特定的频带。
经由卫星110从终端下至网关116的信号组组成了“返回链路”。返回链路包含多个自终端的上行链路120和一个自卫星110至网关116的下行链路124。返回上行链路120一般在卫星110处都被组合到返回下行链路124中，虽然这不是必须的。在一个实施例中，在返回链路中使用码分多址(CDMA)以区分来自各个终端的信号。即，多个终端可使用单独的码在共享的频带中同时发送。
出于完整性的考虑，图1也使出了经由卫星110从网关116下至终端112(112a、112b、112c、112d)的信号组，它们组成了“前向链路”。前向链路包含多个到终端的下行链路122和从卫星110到网关116的上行链路126。
每个用户终端(112a、112b、112c、112d)都是无线通信设备，诸如但不限于，蜂窝电话、数据收发机、或双向寻呼机，并且根据希望每个可以手提或车载的。也应该理解本发明的学说可以应用于期望远程无线服务的固定单元，包含“室内的”和“户外的”场所。
CDMA扩频通信系统一般期望为前向链路用户终端通信使用相干的调制和解调。在使用这种方法的通信系统中，“导频”载波信号，也被称为“导频信号”，被用作前向链路信号的相干相位基准。即，不含有数据调制的信号在整个覆盖区域由地面站(即，网关或基站)发送作为基准。
用户终端使用导频信号来获取初始系统同步，并提供由网关或基站发送的其它信号的时间、频率和相位跟踪。从跟踪一导频信号载波获得的相位信息被用作其它系统信号或话务(即，数据)信号的相干解调的载波相位基准。这项技术允许许多话务信号共享一公用导频信号作为相位基准，提供了一种成本较低和效率较高的跟踪机制。单个导频信号一般由每个网关或基站为每个使用的频率发送，被称为CDMA或FDM信道或子波束，并且被在那个频率上从那个网关或基站接收信号的所有用户终端共享。
为了在基于卫星的通信系统的返回方向中实现正交CDMA，实施例包括使用正交码作为部分信号调制和解调。这些码包含一系列二进制值，被称为编码“码片”，并且一般是基于公知的沃尔什码。通信系统在来自波束中的至少两个终端的信号间使用一已知的码一相位关系对于不同用户终端的信号间该公知的码一相位关系是这样的以致于各个沃尔什码的定时和相位相对于彼此仅仅是用码片周期或持续时间的一小的分数来分隔的，并且维持载波频率差异，所述差异一般是在彼此之间几度的范围内。
依照本发明所插入的方法和装置提供了对在地球同步卫星网络的波束中的一组终端的返回上行链路传输的同步，其精度至少足以允许使用正交CDMA技术。
在一个说明性实施例中，它包括一地球同步卫星作为通信系统一部分，地面站在前向链路方向上发送第一或前向链路导频信号。位于前向链路波束中的一个或多个用户终端获取并跟踪所发送的导频信号。每个终端这样工作以从源自地面站的导频信号恢复载波相位和调制码片时钟定时。接着，终端从被恢复的前向导频载波频率和调制码片时钟定时导出其发送或传输载波频率和码片时钟定时。这个方法避免了在用户终端使用昂贵的稳定的基准振荡器的需要。可以在地面蜂窝CDMA订户终端中采用类似的方法。
除了定时同步(即，码相位同步)之外，如以下所讨论的，也应该将接入终端的发射机和网关的接收机之间的频率偏移变得足够小，使得在一个正交码周期上信号的相位变化可以忽略不计。在一个用于在接入终端和网关之间达到频率同步的方法中，接入终端通过调节其振荡器的频率来将其锁定到从网关接收到的信号的频率。
在适于使用特定接入协议的时候(这在本领域中是熟知的)，每个与地面站通信的终端在反向链路方向发送第二或反向链路导频信号，这些信号随后在经由卫星延时后在地面站的接收机上被检测到。依照本发明，用户终端具有相对于先前从前向链路导频信号导出的定时，提前或延迟传输或者已发送的信号的定时的能力。
终端跟踪地面站信号(第一导频)的定时特性，且随后地面站跟踪终端的定时特性。这一般是以监控操作参数的形式，诸如以信号定时的形式用于码相位同步。然而，那仅仅是终端的一个定时特性，而另外一个定时特性，如上所示是可随任选地被跟踪，是发送自地面站或每个用户终端的第一或第二导频信号的频率。一般地，所跟踪的频率和基准频率之间的偏移值是所使用的操作参数。
终端从所接收的第一导频信号导出至少一个发送定时特性，该导出是在多个终端的每一个中执行的。接着，终端依照所导出的至少一个发送定时特性，在分配的时间上发送来自多个终端中每一个的导频信号。
反向链路基准信号一般由地面站本身产生。地面站至少将源自第二导频信号的的定时与反向链路基准信号的作比较。返回链路基准信号产生于地面站，代表了完全按时的返回链路传输(如它应该在地面站被接收的那样)的理想定时，或者接近这个的定时。这样的基准信号能够从本地基准导出，被预期的来回行程延时所延迟，所述的来回行程指经由卫星转发器去和来自地面上基准点(一般是波束的中心)，加上合适的容限以允许更远的终端。或者，这个基准信号可以从一个或多个有代表性用户终端的接收导频信号导出。
至少是部分基于对基准和反向链路导频信号或信号组的比较，地面站确定要被发送到每个终端的某个定时或控制信息的性质。该定时或控制信号代表了指示反向链路导频信号和基准信号之间定时差异的信息或数据。这个信息要被用户终端用于改变它提供给地面站的所发送信号的定时，一般通过提前或延迟信号定时，以达到一个相对于基准信号所期望的同步定时。
然后，地面站在前向链路方向上向每个期望的终端发送控制、命令或者基准信号，在一些实施例中，这个信号起到指令终端提前或延迟其发送定时，或改变其传输频率的作用。这个信号可以被称为控制信令。接着，作为对由地面站提供的信息或命令的响应，每个终端一般根据收到的指令，以较小的增量调整其发送定时和/或频率，用于与地面站中的接收机维持时间对准。这种在终端的发送定时中确定和实现变化的过程，它被用于维持时间对准，可以对波束中的多个终端执行。确保期望的时间对准是本发明的一个方面，它使得能够在返回方向中使用正交CDMA。
因此，在说明性的示例中，地面站发送前向链路导频信号。用户终端获取和跟踪前向链路导频信号，恢复载波相位和调制码片时钟定时。用户终端从经恢复的前向导频载波频率和码片时钟定时导出其发送载波频率和码片时钟定时。这种方法避免了在用户终端中对昂贵的稳定基准振荡器的需要。注意类似的方法在地面蜂窝CDMA订户终端中被采用。
注意上文描述的同步机制被设计成同步在沃尔什码边界处到达的信号，其中那些信号始发自不同的接入终端。
图2是用于在返回链路上从相应的多个终端接收多个进发的CDMA传输的接收机200的框图表示。图2的接收机包含耦合至下变频器204的天线202。这个下变频器接受RF信号然后降低其频率。各种下变频器的技术是公知的，但在这里不作进一步的描述。下变频器的输出耦合到模-数转换器(A/D)206，模-数转换器将模拟信号转换成在数字域中的相应信号。模-数转换器206的输出耦合至多个解扩频器208a、208b、208n的每一个。对解扩频器的数量没有特殊的限制，虽然在某些实施例中，解扩频器的数量等于网关在任何特定的时间周期或时隙从接入终端接收的编码调制(即CDMA)信号的数量。码源210也耦合至解扩频器208a，208b，208n的每一个。码源210提供给解扩频器解扩频进入的CDMA信号所需的编码。每一个解扩频器208a，208b，208n的输出终端分别耦合到输入终端和数据解调器212a，212b，212n。
依照本发明，使用这个体系结构是因为多个接入终端平行地发送OCDMA信号到网关。
为了生成期望的下面进一步讨论的命令或者的控制信号，接收机200使用解扩频器208a，208b，208n和解调器212a，212b，212n，或一个或更多专用搜索器220，它提供解扩频功能222和用于检测接收自终端的各种不承载数据的导频信号的搜索引擎224。来自搜索器220或解调器的信息是用接收控制器或处理器230从输入总线或线路226处接收的。
处理器230使用这个信息来确定某些操作参数，所述操作参数来自或关联于来自用户终端的导频信号，诸如定时或频率偏移。这个通常通过将定时或频率与基准信号的定时或频率比较来完成。这里，基准信号被显示为由基准源232提供，所述基准源向处理器提供输入。基准源232能够被配置成在需要的时候生成基准，诸如使用高度稳定和精确的振荡器或定时电路，或者可以存储预先由处理器230生成的值。
另外，处理器230能够使用不同类型的内存234来存储依据比较结果得出的关于什么类型的指令是需要发出的信息。例如，如果比较显示定时太快，或频率太高，处理器能够只是发送命令或请求以延迟终端内的任一参数。另一方面，如果频率太低或定时太慢，处理器能够发送一简单的命令，请求终端增加那个值。然而，根据需要，处理器也能够发送更复杂的指令，在一些系统里规定要被补偿的偏差的量和对调整的请求，或者应该调整的特定的值。这样的指令能够作为单独的信号或附加在其它的通信，诸如话务、接入指令或命令和转发到终端的控制信号被发出。
应该理解，所知地面站和网关里典型的接收机具有一个或多个控制器，用于检测正在被接收的信号某些特性，用于影响输出信号的定时变化，用于协助解调的定时和控制、码选择和地面站内的其它处理。处理器230能够形成部分这样的控制器或被配置成单独的处理器，专门用于本发明实施例的操作。
图3是适用于在OCDMA卫星通信系统的返回链路上发送消息的终端中发射机300的框图表示。如上所述，在先前的系统中，接入终端从网关接收CDMA信号，但是用TDMA在返回链路内或在返回链路上通信。图3所示的发射机不但适用于发送CDMA信号，也适用于调节其发送定时或码相位以及典型地其功率，如下面详细描述的。这个发射机包含一用于调制基带信号的数据调制器302和一码调制器，用于根据分配给这个特定的接入终端的码信道，进一步调制要发送的信号。在这个说明性例子中，码调制器的输出被一系列混频器306a和306b上变频。可以使用任何适合的上变频方法。最终发射机电路308根据从功率控制单元312接收到的控制信号确定发送功率。功率控制单元312被耦合用于从功率控制参数存储单元314接收控制信息。发射机功率控制是接入终端从网关处接收到的发送功率指令和接入终端自己对信道降级效应的确定的函数。终端通过测量FL上信号强度来估计信号强度变化，例如由于下雨造成的衰落。只要FL上的信号强度有变化，终端都会估计在RL上的相应的信号强度变化，并相应地对RL上的数据速率和/或传输功率进行调整。在一个实施例中，基于FL信号变化，使用校准表来确定RL信号强度的变化。
为了利用期望命令或控制信号，将在下文中进一步讨论，终端300使用码调制器304和混频器306，以及码源或控制器320，频率源324和326，和从终端的接受机部分获得的信息，这个信息从输入总线或线路提供给终端控制器或处理器330。
处理器330使用由接收部分接收到的命令或控制信息去确定哪些命令或调整请求已经被转发到终端和适合于采取哪个动作来调整某些与来自终端的信号的生成和传输相关联的操作参数，所述接收部分在本领域是公知的，并且与地面站示出的相似。例如，处理器330确定是否要补偿定时或频率偏移并且是以什么量来补偿的。命令可以指定一定量的调整，或者仅发生预定的调整以或者延迟或超前参数值。另外，处理器330能够使用不同类型的存储器340去存储依靠接收到的调整信息或命令做出期望实现哪类动作的信息。例如，一旦发出了固定调整命令，处理器330能够使用先前存储的信息去选择参数变化的量。存储器可以指示能够随时间改变的不同的量或者终端内的其它活动等等。
如果调整请求基于的定时太快或者频率太高，那么处理器或者命令码源320，在线322去延迟码定时，或者一个或多个频率源324，326在线328分别地去延迟或降低频率。另一方面，如果基于定时的调整请求太慢，或者频率太低，那么处理器330命令或者码源320去提前码定时，或者命令一个或多个频率源324，326分别地提前或增高频率。或者，处理器330能够如所期望的使用一个或多个可调整延迟元件来调整码源外部的码定时。
应该理解已知典型的终端具有一个或多个用于检测被接受或发送的信号的某些特性的控制器，以影响用于输出信号的定时变化、用于协助调制的定时和控制、编码选择和终端内的其它处理。处理器330能够形成部分这样的控制器或被配置成单独的处理器，专门用于本发明实施例的操作。
也应该注意，码定时的延迟和提前码在上述专利和于2001年12月4日
发表的美国专利6,327,534B1中讨论和说明，这个专利是被包含与此作为参考，并且本领于的技术人员很容易理解如何用各种方式实现这个过程。
图4是依照实施例，显示网关运作的说明性过程的流程图。这个说明性的过程包括在步骤402中，在网关处，从用户终端接收消息，这里为一导频信号。这个信号可以被用于其它的活动或分析，诸如在步骤404中确定在网关和终端之间的信道情况，这没有成为本发明的一部分。终端会使用任何适合的联系网关的方式获取这个初始消息。这个方法也包括在步骤406中，在网关处，确定影响接收的导频信号的操作参数的定时偏移或定时。确定这个偏移，不论是频率或是定时之类的东西，是在返回链路上建立OCDMA的一个方面。这个说明性方法也包含在步骤408中发送给终端的发送时间调整指令以及典型的发送功率指令。在另一些方面，网关会在步骤406中检测作为定时操作参数的频率偏移，然后也在步骤408中发送频率调整指令。时间和频率调整指令允许终端提前或延延迟传输时间和/或频率，以在返回链路中为OCDMA维持期望的码同步度数。
注意上述的同步机制被设计成用来同步到达沃尔什码边界的信号，其中那些信号源自不同的接入终端。
参见图5，示出了一个运作通信系统的方法，所述通信系统包括置于前向链路和反向链路上的地球同步卫星，用于在反向链路上提供正交CDMA通信。更特别的是，在步骤502中，地面站在前向链路方向上发送第一导频信号。即，信号被从网关116发送到卫星110，这个卫星在这个实施例中是在地球同步轨道上的，这个信号接着被转发到地球表面的某个部分。在步骤504中，在用户终端(112)处接收到该第一导频信号，并且该终端从该第一导频信号中恢复载波相位和调制码片时钟定时。
接着在步骤506中，终端从经恢复的前向导频载波频率和调制码片时钟定时导出发射载波频率和码片时钟定时。接着在步骤508中，终端在反向链路方向发送第二导频信号到地球同步卫星(110)，并且卫星将第二导频信号转发给地面站(116)。在步骤510中，第二导频信号在地面站与反向链路基准信号作比较。然后在步骤512中，地面站在前向链路方向是(即，上行至卫星，然后由卫星下行至终端)发送控制信号，这里的控制信号的内容至少部分基于第二导频信号和反向链路基准信号的比较。在步骤514中响应于控制信号，至少一个与来自终端的传输有关的操作参数在终端内被调整。一般地，这样的调整与相对于从前向链路导频信号导出的定时提前或延迟终端的发送信号定时有关。
可以使用几个预先选定的方法或技术来确定所作调整量或幅度来提前或延迟定时。在一个实施例中，在系统设计期间，选择并使用定时或频率预定量的调整或改变作为响应控制信号的基础。这样的值可以基于公知的关于终端多快或多有效调整参数的以及一般达到给定结果需要多大的变化的经验数据。它也可以基于终端的设计特性。此外，在执行指令中会有延时因素，这会导致一个人想要在终端内作较小的变化，以防止过冲所期望的值。不期望作出很大的变化，很大的变化会导致需要进一步在反方向进一步的改变等等。期望的是快速而有效地朝解决方案移动，不招致任何实质性的过冲的结果，这会需要花费更多的时间来改正。此外，所需总的改变会非常小，如取决于公知的通信系统特性的总原则：波束的大小、终端特性(频率稳定性、定时)等等。由终端选定预定值以缩短将从地面站发送的控制信号信息或命令的类型也会是更有效或符合要求的。
然在，在一些配置中，会更期望地面站以更精确的调整量来指令终端，所给出的调整值是期望可能更快地达到一期望的最终结果，或者，举例而言，只需要一个快而小的变化。此外，通常期望在地面站而非终端执行尽可能多的计算和信息存储活动或功能，所述终端对于具有存储或存储器元件或更复杂的控制器，会受到功率和容量的更多限制。本领域的技术人员会容易地理解给定通信系统的特性，使得他们可以作出这个选择。
不期望作很大的改变，这会导致需要在反方向上进一步的改变等等。期望的是快速但有效地朝解决方案移动，而不在结果中招致大的过冲。而且，所需总的改变会非常小，如取决于公知的通信系统特性的总原则：波束的大小、终端特性(频率稳定性、定时)等等。此外，由终端选定的预定值以缩短将需要的控制信号信息或命令的类型也会是更有效。
然而，在一些配置中，在一些配置中，会更期望地面站以更精确的调整量来指令终端，所给出的调整值是期望可能更快地达到一期望的最终结果，或者，举例而言，只需要一个快而小的变化。此外，本领域的技术人员会容易地理解给定通信系统的特性，使得他们可以作出这个选择。
估计典型的地球同步卫星相对于固定的地面终端位置的速率为0.3米/秒和3米/秒之间，取决于各个(已知的)地球同步卫星的特定设计和控制参数。在3米/秒的时候，多普勒效应大约为10-8，频率多普勒大约为300Hz且码多普勒，即延时率，为10毫微秒/秒。如果卫星返回上行链路接收机波束宽度大约是0.5°，那么波束中心的终端和任何其它由相同波束提供的终端之间时间率差异最坏的情况是在10毫微秒/秒乘以sin(0.25°)＝0.044毫微秒/秒的数量级。
对于一个示例性大约为3兆周/秒(Mcps)的编码码片率，一个码片的周期或时间间隔等于333毫微秒，且代表性的分数周期，诸如1/8码片率表示为大约42ns的周期。在这种情况下，在同一波束的两个终端之间剩余延时的最坏情况的漂移是42/.044＝954秒或大约16分钟内1/8个码片。然而，其它分数周期可被用作目标值或会发生在通信系统中，这取决于波束、终端位置和通信链路特性的特定已知配置。
考虑到前面，可以看出每隔几分钟仅一次纠正，终端的发送定时会被控制在一个1/8个码片周期之内，这足以支持正交CDMA模式的传输。
在这个发送定时调整过程和维持之间，达到了非常紧的上行链路波束宽度(例如，0.5度或更低)码同步，由此允许在返回方向使用正交CDMA所需的调制码。
这是所期望的，如先前所述，因为与TDMA比较，可以通过使用正交CDMA获取更高的带宽效率。至于OCDMA返回链路，L个用户每个分配到唯一的正交沃尔氏码。每个用户在沃尔氏码周期或时间间隔期间发送一个数据调制码元。换而言之，每个接入终端在它所分配到的沃尔氏码的周期上重复数据调制码元L次会导致L的处理增益。对于给定的编码和调制方案，用(Eb/Nt)TDMA表示基于TDMA的系统中所测量的每个比特的能量。那么如果OCDMA系统中的每个接入终端发送它最大可用功率，返回链路上的一个接入终端在OCDMA信道上接收到的Eb/Nt，由(Eb/Nt)OCDMA表示，是：
(Eb/Nt)OCDMA＝L(Eb/Nt)TDMA
换而言之，对于在接入终端处相同的发送功率，由于OCDMA的处理增益，在OCDMA信道上可达到的Eb/Nt比TDMA信道上的大L倍。因此，在OCDMA的情况下，我们可以使用更高阶的调制，并且达到比TDMA方法中更高的带宽效率。注意，在OCDMA中每个接入终端有效地占有TDMA系统中一个接入终端占有带宽的1/L。即，对于相同的调制/编码选择，一个OCDMA信道上的数据速率比TDMA信道上的数据速率低L倍。然而，可以看出，由于对于相同的发送功率，更高阶的调制/编码方案可以被用于OCDMA接入终端，所以OCDMA的带宽效率更高。
本发明的各个实施例需要计算资源，以实现上述的功能。图6示出了硬件系统的一个实施例，意在示出计算机系统宽泛的类别，诸如个人计算机、工作站和/或嵌入式系统。在所说明的实施例中，硬件系统包括：处理器610，耦合到高速总线605上，所述的高速总线经由总线桥接器630被耦合到输入/输出(I/O)总线615。临时存储器620耦合到总线605。永久性存储器640耦合到总线615。I/O设备650也耦合到总线614。I/O设备650会包含显示设备、键盘、一个或多个外部网络接口等等。
某些实施例可以包含另外的组件，可以不需要所有上述的组件，或可以结合一个或多个组件。例如，临时存储器620可以是在处理器610的芯片上。或者，永久性存储器640可以被消除，并且临时存储器620可以用电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)替代，其中软件例行程序在EEPROM中原地执行。某些实现会采用单根总线，所有的组件都耦合到其上，或一个或多个附加的总线和总线桥接器，各个附加的组件可以耦合到其上。本领域的技术人员会熟悉多种可供选择的内部网络，包含，例如带有存储器控制器集线器和I/O控制器集线器的基于高速系统总线的内部网络。附加的组件可以包含另外的处理器、CD ROM驱动器、另外的存储器以及其它本领域公知的外围组件。
在一个实施例中，如上所述，使用一个或多个硬件系统来实现本发明，诸如图6的硬件系统。当使用多于一台计算机时，系统可以通过外部网络耦合来通信，所述外部网络诸如局域网(LAN)、互联网协议(IP)网络等等。在一个实施例中，本发明被实现为由计算机内一个或多个执行单元执行的软件例行程序。对于给定的系统，软件例行程序可以存储在存储设备上，诸如永久性存储器640。
或者，如图7所示，软件例行程序可以是机器可执行指令710，使用任何机器可读存储媒质720存储，诸如磁盘、CD-ROM、磁带、数字化视听或通用光盘(DVD)、光盘、ROM、闪存等等。指令系列无需在本地存储，并可以通过，例如，图6的I/O设备650接收自远程存储设备，诸如网络上的服务器、CD ROM驱动器、软盘等等。
无论从哪一种来源，指令可以从存储设备复制到临时存储器620中，并且接着由处理器610访问和执行。在一个实施中，这些软件例行程序用C编程语言书写。然而，应该理解，这些例行程序可以用各种编程语言中的任一种来实现。
在可选实施例中，可使用离散的硬件和固件。例如，一个或多个应用专用集成电路(ASIC)可以用一个或多个上述本发明的功能来编程。在另一个例子中，一个或多个本发明的功能可以在另外的电路板上一个或多个ASIC中实现，且所述电路板可以插入到上述的计算机中。在另一个例子中，现场可编程门阵列(FPGA)或静态可编程门阵列(SPGA)可以被用于实现本发明的一个或多个功能。在还有一方面，硬件或软件的组合可以被用于实现本发明的一个或多个功能。
结论
依照本发明的实施例的方法和装置在卫星通信系统的返回链路上利用正交CDMA有利地提供更高的发送功率范围来补偿信道降级效应，诸如降雨衰落。
应该理解本发明不限于这里所描述的实施例，但是包含所附的权利要求范围内任一和所有的实施例。

Claims (35)

1.一种在返回链路中提供正交CDMA通信的方法，所述方法包含：
在多个终端处接收第一导频信号；
从接收到的第一导频信号导出至少一个发送定时特性，其中所述导出是在多个终端的每个中执行的；
在分配的时间上，依照所导出的至少一个发送定时特性，从多个终端的每个发送导频信号；
接收一控制信号，所述控制信号的内容提供指令来调整所述至少一个发送定时特性；以及
响应于所述控制信号，调整至少一个发送定时特性。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括提供大约0.5°的反向上行链路接收机波束宽度。
3.一种运作具有前向链路和反向链路的通信系统，以在反向链路上提供正交CDMA通信的方法，所述方法包含：
在前向链路方向从地面站发送第一导频信号；
在一终端接收所述第一导频信号，并在那里恢复载波相位和调制码片时钟定时；
在反向链路方向从该终端发送一第二导频信号；
在所述地面站将所述第二导频信号与反向链路基准信号作比较；
在该前向链路方向上，发送一控制信号，所述控制信号的内容至少部分基于所述第二导频信号和所述反向链路基准信号之间的比较；以及
响应于所述控制信号，调整中所述终端的至少一个操作参数。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于还包括通过置于所述前向链路和反向链路中的地球同步卫星发送信号。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于还包括从所述终端发送正交CDMA话务信号。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述终端的至少一个操作参数包含发送定时；以及执行调整以将终端的发送定时维持在码片周期预选择的分数部分内。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预选择分数部分是八分之一的码片周期或更少。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于还包括提供大约0.5°的反向上行链路接收机波束宽度。
9.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述控制信号指引所述终端提前其发送定时。
10.权利要求9所述的方法，其特征在于，所述发送定时被提前一预定的量。
11.权利要求9所述的方法，其特征在于，响应于所述控制信号，将所述终端发送定时调整由所述控制信号规定的量。
12.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述控制信号指引终端延迟其发送定时。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述发送定时被延迟一预定的量。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，响应于所述控制信号，将所述终端发送定时调整由所述控制信号规定的量。
15.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述控制信号指引终端调整其发送频率。
16.一终端，包含：
用于接收第一导频信号的装置；
用于从所述第一导频信号恢复载波相位和调制码片时钟定时的装置；
用于从所述终端发送第二导频信号的装置；
用于接收控制信号的装置；
用于发送正交CDMA话务信号的装置，所述正交CDMA话务信号具有第一定时特性；以及
用于响应所述控制信号，调整第一定时特性的装置。
17.如权利要求16所述终端，其特征在于，用于发送正交CDMA话务信号的装置包含一地球同步卫星。
18.如权利要求16所述终端，其特征在于，所述终端的至少一个操作参数包含发送定时；以及用于执行调整的装置以将终端的发送定时维持在码片周期预选择的分数部分内。
19.如权利要求18所述的终端，其特征在于，所述预选择的分数部分是八分之一的码片周期或更少。
20.如权利要求16所述的终端，其特征在于还包括用于提供大约0.5°的反向上行链路接收机波束宽度的装置。
21.如权利要求16所述的终端，其特征在于，所述用于调整第一定时特性的装置包含用于提前正交CDMA话务信号的发送定时特性的电路。
22.如权利要求16所述的终端，其特征在于，所述用于调整第一定时的装置指引所述终端提前其发送定时。
23.如权利要求22所述的终端，其特征在于，所述发送定时被提前一预定的量。
24.如权利要求22所述的终端，其特征在于，所述用于调整第一定时特性的装置包含用于将所述正交CDMA话务信号的发送定时特性提前由所述控制信号规定的量的电路。
25.如权利要求16所述的终端，其特征在于，所述调整第一定时特性的装置包含用于延迟所述正交CDMA话务信号的发送定时特性的电路。
26.如权利要求25所述的终端，其特征在于，所述调整第一定时特性的装置包含将所述正交CDMA话务信号的发送定时特性延迟预定的量的电路。
27.如权利要求25所述的终端，其特征在于，所述调整第一定时特性的装置包含将所述正交CDMA话务信号的发送定时特性延迟由所述控制信号规定的量的电路。
28.如权利要求25所述的终端，其特征在于，所述用于延迟所述正交CDMA话务信号的发送定时特性的电路包含一连接到码调制器的时钟输出和一连接到信号接收机的控制输入。
29.一地面站，运作在具有前向链路和反向链路的通信系统中，以在所述反向链路中提供正交CDMA通信，所述的地面站包含：
用于在所述前向链路方向上发送第一导频信号的装置；
用于从所述反向链路方向上的至少一个终端处接收第二导频信号，并且用于恢复其中的载波相位和调制码片时钟定时的装置；
用于将第二导频信号与反向链路基准信号进行比较的装置；
用于在所述前向链路方向上发送控制信号，以控制所述终端的至少一个操作参数的装置，所述控制信号的内容至少部分基于所述第二导频信号和所述反向链路基准信号之间的比较。
30.一终端设备，包含：
一处理器；
一存储器，存储CDMA信号发送定时特性控制信息，所述存储器耦合到所述处理器；以及
一机器可存取媒质，耦合到所述处理器，其中具有经编码的将指令码，当所述处理器执行所述指令时，使得所述终端设备：
接收第一导频信号；
从第一导频信号恢复载波相位和调制码片定时；
发送第二导频信号；
接收控制信号；
发送具有第一定时特性的正交CDMA话务信号；
响应所述控制信号，调整所述第一定时特性。
31.如权利要求30所述的终端，其特征在于，所述指令当由所述处理器执行时还使得所述终端设备提供大约0.5°的反向上行链路接收机波束宽度。
32.如权利要求30所述的终端，其特征在于，所述指令当由所述处理器执行时还使得所述终端设备提前所述正交CDMA话务信号的发送定时特性。
33.如权利要求30所述的终端，其特征在于，所述指令当由所述处理器执行时还使得所述终端设备延迟所述正交CDMA话务信号的发送定时特性。
34.如权利要求30所述的终端，其特征在于，所述存储器是部分所述终端设备。
35.如权利要求30所述的终端，其特征在于，所述指令当由所述处理器执行时还使得所述终端设备将所述正交CDMA话务信号的发送频率调整由所述控制信号规定的量。
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