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Hintergrund
und kurze Beschreibung des Stands der Technik
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Die
Spreizspektrum-Nachrichtenübermittlung
wird gegenwärtig
für eine
Reihe kommerzieller Anwendungen verwendet, und es wird erwartet,
daß sie
sich ausbreitet, da die Nachfrage nach einer ungebundenen Nachrichtenübermittlung
zunimmt.
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Es
sind eine Anzahl von Arbeitsgemeinschaften gebildet worden, um satellitengestützte persönliche Nachrichtenübermittlungssysteme
(PCS) mit globaler Reichweite zu entwickeln. Einige Beispiele dieser
Systeme umfassen unter anderem Globalstar (Globalstar-Systemanmeldung,
die der FCC vorliegt, von Loral Cellular Systems, Corp., 3. Juni
1991) und Odyssey (Anmeldung von TRW Inc., die der FCC vorliegt,
um ein neues Nachrichtenübermittlungssatellitensystem „Odyssey" aufzubauen, 31.
Mai 1991). Der Zweck dieser Systeme ist es, daß ein Teilnehmer von fast überall auf
der Welt Telefongespräche
direkt über
das Satellitennetz führen kann,
wobei er einen tragbaren Handapparat verwendet, ganz wie die gegenwärtigen Zellulartelefone.
Beide der erwähnten
Systeme beabsichtigen aus einer Reihen von Gründen, Spreizspektrum-CDMA-Techniken
zu verwenden.
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Das
Rückverbindungssignal,
das in den obigen Einreichungen vorgeschlagen wird, ist ein Direktsequenz-(DS)-CDMA-Spreizspektrum. Obwohl
er einige wünschenswerte
Eigenschaften aufweist, leidet dieser Signalisierungstyp für eine Satelliten-PCS-Anwendung
an einer Reihe von Nachteilen. Unter diesen befindet sich die Schwierigkeit
einer schnellen Erfassung, die Empfindlichkeit der Systemkapazität gegenüber einem Leistungsregelfehler,
und die Eb/No Verschlechterung infolge einer übermäßigen Störung (diese Systeme benötigen typischerweise
Eb/No > 8 dB bei BER
= 0,001, um vernünftige
Benutzerkapazitäten
zu erzielen).
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Frequenzsprung-Nachrichtenübermittlungssysteme
werden in Loyd J. Mason und E. Barry Felstead: „Probing Techniques and Estimation
Processes for Fine-Time Synchronization of FH Systems" IEEE Transactions
on Communications, B. 41, Nr. 6, Juni 1993 (199306), Seiten 962–974, XP002180103
New York offenbart. Es wird offenbart, daß für Frequenzsprung-Nachrichtenübermittlungssysteme
die Sprungmuster des Senders und Empfängers zeitlich eng miteinander
ausgerichtet sein müssen,
um eine Leistungsverschlechterung zu verhindern.
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Inhalt der
Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein
Satellitennetz-Nachrichtenübermittlungssystem
bereitgestellt, in dem mehrere Teilnehmer-Handapparatendgeräte auf einem
Netzzugangskanal und Verkehrskanälen
mit einer Boden-Netzknotenstation kommunizieren, wobei orthogonale
CDMA-Übertragungen
mit orthogonalem Frequenzsprungspreizspektrum verwendet werden,
so daß keines
der Signale gleichzeitig denselben Frequenzplatz belegt, dadurch
gekennzeichnet, daß der
Netzzugangskanal eine ausgewählte
Anzahl von Frequenzsprungschlitzen aufweist, und die Netzknotenstation
aufweist: mehrere Steuerkanalgeneratoren zur Erzeugung eines Netzzugangssteuerkanals
zur Übermittlung
von Synchronisationskorrektursignalen (Anfangstiming, Frequenz und
Leistung) und verfügbaren
Netzzugangskanal-Frequenzsprungsequenzen an die Teilnehmer-Handapparatendgeräte und mehrere
Rückverbindungsempfängereinrichtungen,
wobei jedes Teilnehmer-Handapparatendgerät einen Teilnehmereinheit-Steuerkanalempfänger zum
Empfang van Netzzugangssteuerkanal-Synchronisationskorrektursignalen
und verfügbaren
Netzzugangskanal-Frequenzsprungschlitzen, einen Teilnehmereinheit-Rückverbindungssender
auf weist, der durch die Synchronisationskorrektursignale und Netzzugangskanal-Frequenzsprungsequenzen
gesteuert wird, so daß Signale
von allen Teilnehmer-Handapparatendgeräten zeit- und frequenzsynchron
an der Netzknotenstation ankommen, wobei jeder Teilnehmereinheit-Rückverbindungssender
einen Frequenzsprung-Spreizspektrumträger aufweist, so daß keines
der Signale gleichzeitig denselben Frequenzplatz einnimmt, und ferner
dadurch gekennzeichnet, daß nach Zugang
zum Netzwerk der Netzzugangssteuerkanal kleine Zeit- und Frequenzkorrektursignale
an jedes der mehreren Teilnehmer-Handapparatendgeräte sendet.
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Das
Satellitennetz-Nachrichtenübermittlungssystem
kann ferner dadurch gekennzeichnet sein, daß das Frequenzspringen bei
einer verhältnismäßig niedrigen
Sprungfrequenz stattfindet, um die Leistung zu erhöhen, wenn
von zwei Satelliten gleichzeitig dasselbe Benutzersignal empfangen
wird.
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Das
Satellitennetz-Nachrichtenübermittlungssystem
kann ferner dadurch gekennzeichnet sein, daß der Netzzugangssteuerkanal
an der Boden-Netzknotenstation Einrichtungen zur Lieferung von Zeit-
und Frequenzkorrekturen an Teilnehmer-Handapparatendgeräte aufweist, die notwendig
sind, um Verbindungen vom Teilnehmer zur Boden-Netzknotenstation
auf dem Verkehrskanal aufzubauen.
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Die
Sprungfrequenz auf den Netzzugangskanälen kann niedriger als die
Sprungfrequenz auf dem Verkehrsfrequenzkanal sein.
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Jede
Netzknotenstation und jedes Teilnehmer-Handapparatendgerät kann Einrichtungen
aufweisen, um die Signale unter Verwendung einer orthogonalen QPSK
auf einen Träger
zu modulieren.
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Das
erfindungsgemäße Satellitennetz-Nachrichtenübermittlungssystem
kann eines oder mehreres des folgenden aufweisen:
- – eine robuste
Rückverbindung,
die leicht erfaßt
und synchronisiert wird.
- – ein
Rückverbindungssignal,
das sehr leistungsfähig
ist.
- – eine
Rückverbindung,
die im wesentlichen frei von Zugangsstörungen ist.
- – ein
Rückverbindungsbetrieb,
der gegenüber
Leistungsregelfehlern sehr unempfindlich ist.
- – eine
Rückverbindung,
die eine sehr hohe Benutzerkapazität aufweist.
- – Einrichtungen
zum leichten Zugang zu einem CDMA-Netzwerk auf einer nicht störenden Grundlage,
ohne vorherige Zeit- und Frequenzsynchronisation.
- – ermöglicht es,
daß die
Netzknotenstation den Benutzer ermittelt und synchronisiert, bevor
ihm ein Verkehrskanal zugewiesen wird.
- – versieht
den Benutzer mit einem Inbandkanal mit hohem Verbindungsspielraum
für Netzzugangsanforderungen.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung empfängt
die Netzknotenstation eines Satelliten-Nachrichtenübermittlungsnetzwerks
eine Vielzahl von Spreizspektrumsignalen von den Teilnehmerendgeräten. Jedes
dieser Signale (auf einem besonderen Frequenzkanal) besteht aus
Datensymbolen, die über
einen FH-Träger übertragen
werden. Diese Signale werden synchronisiert, um zeit- und frequenzsynchron
an der Netzknotenstation anzukommen. Die Signalträger setzen
orthogonale Sprungmuster ein, d.h. keines der Signale besetzt gleichzeitig
denselben Frequenzplatz. Die orthogonalen Eigenschaften der Signale
ermöglichen
es, daß sie ohne
Zugangsstörungen
von Mitkanalsignalen demoduliert werden. Dies wird als orthogonales
Frequenzspringen (OFH) bezeichnet. Nichtsynchrone Teilnehmer auf
diesem Kanal können
infolge des hohen Pegels an Zugangsstörungen für einen nicht orthogonalen Benutzer
nicht durch die Bodenstation demoduliert werden. Es ist ein getrennter
Inbandnetzzugangskanal (NEC) zur Anfangssynchronisation der Teilnehmer
vorgesehen. Spreizspektrumsignale auf diesem Kanal können durch
die Netzknotenstation frei von Zugangsstörungen von den Verkehrskanälen empfangen
werden. Ferner stören
die NEC-Signale
die Verkehrskanalteilnehmer trotz anfänglicher Timing- und Frequenzfehler
nicht. Die Rückverbindungssignale
werden synchron gehalten, indem kleine Zeit- und Frequenzkorrekturen
an jeden Benutzer von der Bodenstation über die Inbandsteuerdaten auf dem
abgehenden Signal übertragen
werden. Die Korrekturverstärkung
und Aktualisierungsfrequenz können für jeden
Benutzer anders sein und können
sogar adaptiv sein, wenn die Benutzerdynamik sehr variiert. Es wird
trotz Phasendiskontinuitäten
an den Sprungübergängen durch
die Verwendung von Blockfrequenz- und Phasenschätzungstechniken (d.h. es wird
im Gegensatz zu einer Phasenregelschleife, die infolge der Schleifennichtlinearitäten nicht
vorhersagbare Erfassungszeiten aufweist, eine Vorwärtsschätzung verwendet)
eine effiziente Datendemodulation durchgeführt. Der Decoder arbeitet trotz
Phasendiskontinuitäten
an den Sprungübergängen durch
eine neuartige Anordnung der Paralleldecoder effizient, wie im folgenden
beschrieben wird. Die Verwendung des langsamen. Springens kann zu
Signalen führen,
die an zwei unterschiedlichen Satelliten empfangen werden, die als
orthogonale Signalsätze
wahrgenommen werden, obwohl sie für einen einzigen Satelliten
synchronisiert sind. Die Bodenstation GS kann die notwendigen Zeit-
und Frequenzkorrekturen bestimmen, die der neue Benutzer einsetzen
muß, um
synchron zum Netzwerk Zugang zu erhalten. Dies wird am Netzzugangskanal
NEC durchgeführt
und ist notwendig, um eine Benutzer-GS-Nachrichtenübermittlung auf
dem Verkehrskanal herzustellen. Der NEC stellt ein Mittel für den Benutzer
bereit, um eine Netzzugangsanfrage mit einer hohen Erfolgswahrscheinlichkeit
zu übertragen,
wobei die Zeit- und Frequenzinformationen verwendet werden, die
durch Verfolgung des abgehenden Signals abge leitet werden. Die Verwendung
einer niedrigeren Sprungfrequenz auf dem NEC (als auf den Verkehrskanälen) ermöglicht eine
schnelle Erfassung des PN-Signals trotz Timingunsicherheiten.
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In
ihrem weitesten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Satellitennetz-Nachrichtenübermittlungssystem
bereit, in dem mehrere Teilnehmer-Handapparatendgeräte (14)
auf einem Netzzugangskanal (NEC) und Verkehrskanälen mit einer Boden-Netzknotenstation
(12) kommunizieren, wobei orthogonale CDMA-Übertragungen
mit orthogonalem Frequenzsprungspreizspektrum verwendet werden,
so daß keines
der Signale gleichzeitig denselben Frequenzplatz belegt, dadurch
gekennzeichnet, daß
- – die
Netzknotenstation (12) einen Steuerkanalgenerator (16-1, 16-2...16-N)
zur Erzeugung eines Netzzugangssteuerkanals aufweist,
- – jedes
Teilnehmer-Handapparatendgerät
einen Teilnehmereinheit-Steuerkanalempfänger (19) und einen Teilnehmereinheit-Rückverbindungssender (20)
aufweist,
- – wobei
der NEC eine ausgewählte
Anzahl von Frequenzsprungschlitzen aufweist, wobei jeder Sprungschlitz
des NEC länger
als jener eines Verkehrskanals ist und die Frequenzbandbreite jedes
Sprungplatzes des NEC das doppelte der Bandbreite eines Verkehrsplatzes
beträgt,
um anfängliche
Timing- und Frequenzunsicherheiten zu berücksichtigen,
- – wodurch
jeder Teilnehmer-Handapparat beim Zugang zum Netz die abgehenden
Signale von der Netzknotenstation überwacht, eine unbenutzte NEC-Sprungsequenz
auswählt,
die über
einen Netzzugangssteuerkanal signalisiert wird, und die Übertragung
auf dem NEC beginnt, wobei Frequenz- und Zeitkorrekturen verwendet
werden, die auf dem abgehenden Signal beruhen,
- – die
Netzknotenstation Timing- und Frequenzkorrekturen an den Teilnehmer-Handapparat
sendet, um den Teilnehmereinheit-Rückverbindungssender (20)
zu steuern,
- – und
wodurch, wenn die Netzknotenstation feststellt, daß der Teilnehmer-Handapparat
zeit- und frequenzsynchron ist, dem Teilnehmer-Handapparat eine
Verkehrskanalzuweisung erteilt wird, und wodurch ferner, nachdem
der Teilnehmer-Handapparat
so Zugang zum Netz erhalten hat, kleine Zeit- und Frequenzkorrektursignale über den
Netzzugangssteuerkanal an den Teilnehmer-Handapparat gesendet werden,
- – wodurch
Signale von allen Teilnehmer-Handapparaten zeit- und frequenzsynchron an der Netzknotenstation
ankommen.
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Beschreibung der Zeichnungen:
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Die
obigen und anderen Aufgaben, Vorteile und Merkmale der Erfindung
werden deutlicher werden, wenn sie mit der folgenden Beschreibung
und den beigefügten
Zeichnungen betrachtet werden:
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1 ist
ein schematisches Blockdiagramm der Systemarchitektur, die die Erfindung
enthält,
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2 ist
eine schematische Darstellung des Signalisierungsteilbands, die
sechs Netzwerkzugangskanal-(NEC)-Frequenzplätze zeigt,
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3 ist
ein Funktionsblockdiagramm des Teilnehmereinheit-Rückverbindungssenders,
und
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4 ist
ein Funktionsblockdiagramm eines Bodenstation-Rückverbindungsempfängers.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung:
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Um
die Erfindung im Detail zu beschreiben, wird die Ausführungsform
erläutert,
wie sie auf die Rückverbindung
eines sternkonfigurierten Spreizspektrum-Satellitennetzes angewendet
wird. Die Aufwärtsnachrichtenübermittlungsverbindung 10 umfaßt Benutzersignale,
die von einer Netzknoten-Bodenstation
(GS) 12 durch einen Satelliten 11 übertragen
werden, der sie wiedergibt und an einzelne Teilnehmer am Boden sendet. Das
System wird typischerweise eine Mehrbündelantenne 13 einsetzen,
die zusammenhängende „Zellen" auf der Erde ausleuchtet.
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Die
Netzknotenbodenstation 12 weist Antenneneinrichtungen 15 auf,
die die Aufwärtsverbindungssignale 10 (die
den Netzzugangssteuerkanal enthalten) von mehreren Steuerkanalsignalgeneratoren 16-1, 16-2...16-N zum
Satelliten übertragen,
der die Signale wiedergibt und zu einer Zelle auf der Erde sendet,
wo sich der Zielhandapparat 14 befindet. Die Netzknotenbodenstation 12 weist
außerdem
mehrere Rückverbindungsempfänger 17-1, 17-2...17-N auf,
(deren Details in 4 gezeigt werden), die mit einem
Systemkontroller 18 gekoppelt sind, um Zeit-, Frequenz-
und Leistungskorrektursignale an den Steuerkanalgenerator und die Aufwärtsverbindung 10 zu
liefern. Die Schaltungen zur Lieferung der Zeit-, Frequenz- und
Leistungskorrektur werden im Funktionsblockdiagramm der 4 dargestellt.
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Jede
Teilnehmerstation 14 umfaßt einen Steuerkanalempfänger 19,
der das Zeit-, Frequenz- und Leistungskorrektursignal von der Netzknoten-Bodenstation
an den Teilnehmereinheit-Rückverbindungssender 20 liefert
(der im Detail im Funktionsblockdiagramm der 3 gezeigt
wird).
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In
der offenbarten Ausführungsform
wird vorausgesetzt, daß es
sich bei den Aufwärtsverbindungssignalen 10 in
ihrer Beschaffenheit um orthogonales Spreizspektrum-CDMA (OCDMA) handelt,
die annähernd 2,5
MHz belegen. Es wird ferner zu Veranschaulichungszwecken vorausgesetzt,
daß bis
zu 256 CDMA-Signale eines der 2,5 MHz Teilbänder belegen. Eines oder mehrere
dieser CDMA-Signale werden durch die GS als ein „Steuerkanal" zur Nachrichtenübermittlung
mit Teilnehmer-Handapparaten (HS) 14 zum Verbindungsaufbau
und Netzwerksynchronisationszwecke verwendet. Es wird ferner vorausgesetzt,
daß jedes
abgehende Signal Inband-Steuerdaten enthält, durch die die GS 12 Synchronisations-
und Leistungssteuerdaten an die HS sendet, während sich die HS in einem
aktiven Gespräch
befindet. Das System kann mehrere der 2,5 MHz-Teilbänder einsetzen.
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Die
GS 12 sendet auf mehreren Teilbändern, die in einer passenden
Bandbreite zur Übertragung
auf der Aufwärtsverbindung
zum Satelliten „gestapelt" sind. Es werden
dann Gruppen von Teilbändern
zu unterschiedlichen Antennenstrahlen oder Antennen 13 am
Satelliten zur Übertragung
zu einzelnen Teilnehmern am Boden weitergeleitet.
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Man
beachtet, daß sich
die hierin offenbarte Erfindung hauptsächlich auf die Rückverbindung 15 bezieht
und nicht von der Struktur der abgehenden Verbindung abhängt, mit
der Ausnahme hinsichtlich des Vorhandenseins eines Steuerkanals.
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Rückverbindungssignal-Beschreibung:
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Der
Hauptzweck der Rückverbindung
15 ist
es, Daten vom Benutzer-Handapparat HS
14 zur Bodenstation
GS
12 zu übertragen.
Die Datenübertragungsfrequenz
wird zu Veranschaulichungszwecken als 4800 bps angenommen. Eine
Zusammenfassung der Signalparameter für diese veranschaulichende
Ausführungsform
wird in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle
1 Zusammenfassung von Beispielsignalparametern für die bevorzugte Ausführungsform
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Die
Rückverbindung 10 setzt
orthogonales FH (OFH) über
ein 1,25 MHz-Teilband ein. Die Sprungplätze sind mit 9900 Hz Abstand
angeordnet, und es gibt 126 Plätze
im Teilband, die maximal 126 orthogonale Signale aufnehmen.
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Die
Sprungfrequenz beträgt
150 HPS, was eine Sprungperiode von 6,7 ms ergibt. Alle Signale
im Teilband werden synchron an der GS empfangen. Dies wird durch
Schließen „langer" Zeit- und Frequenzverfolgungsschleifen
durch die GS durch den Steuerkanal des abgehenden Signals erreicht.
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Die
Sprungplätze,
die zur Verkehrssignalisierung verwendet werden sollen, sind von
0 bis 113 numeriert (die 12 zusätzlichen
Plätze
werden zum Netzwerkzugang verwendet, wie unten erläutert wird).
Alle Teilnehmer in einem Frequenzteilband verwenden dieselbe Sprungcodesequenz
(h1, h2, .... hk... hK). Dem Benutzer wird eine Verkehrskanalnummer
(TCN) von 0 bis 113 zugewiesen. Der Benutzer addiert die TCN zur Sprungcodesequenz
Mod (114), um die Übertragungssprungplatzsequenz
zu bestimmen.
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Die
Modulation ist OQPSK, die bandbreiteneffizient, leistungsfähig und
verhältnismäßig tolerant
gegenüber
Verstärkernichtlinearitäten ist.
Die Daten werden mit einem R = 1/2 Faltungscodierer codiert. Die
Kanalübertragungsfrequenz
beträgt
4950 SPS, was eine Schutzzeit von einem Symbol zwischen Sprüngen ermöglicht.
Es gibt 33 Symbole pro Sprung, von denen 32 Datensymbole sind. Die
Daten werden unter Verwendung von quasikohärenten Blockphasen- und Frequenzschätztechniken
detektiert.
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Der
Viterbi-Decoder ist in einer neuartigen Weise implementiert, um
in der Gegenwart einer Phasendiskontinuität am Sprungübergang zu arbeiten. Um diese
Technik zu erläutern,
werde vorausgesetzt, daß ein Viterbi-Decoder
die Daten bis zum Beginn des gegenwärtigen Sprungs erfolgreich
decodiert hat. Die 32 Bit dieses Sprungs werden als Weichentscheidungssymbole
demoduliert, jedoch infolge der Phasendiskontinuität am Sprungübergang
und der Mehrdeutigkeit der Trägerphasenschätzfunktion
mit einer Phasenmehrdeutigkeit von Vielfachen von neunzig Grad.
Wir bilden nun drei andere Versionen der demodulierten Daten, die
Drehungen von 90, 180 und 270 Grad der Trägerphasenreferenz entsprechen.
Jeder dieser Datensätze
wird durch einen unabhängigen
Decoder (insgesamt vier) decodiert, von denen jeder auf den Zustand
des Decoders initialisiert worden ist, der erfolgreich die Daten
vom letzten Sprung decodierte. Nach der Decodierung werden die Zweigmetriken
der vier Decoder geprüft,
um festzustellen, welcher Decoder am wahrscheinlichsten korrekt ist.
Die anderen drei Decoder werden dann in denselben Zustand wie der
erfolgreiche Decoder versetzt und diese Prozedur für den nächsten Sprung
wiederholt.
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Bei
der Inbetriebnahme oder nach einem Systemausfall infolge von Schwund
wird die Decodierungsvorrichtung die anfängliche Phasenmehrdeutigkeit
nach einigen Sprüngen
auflösen
(so lange die Sprungperiode mindestens einige Decoderrandbedingungslängen lang
ist). Diese Beziehung wird dann durch die Decodervorrichtung beibehalten.
Dieses System kann entweder mit transparenten oder nichttransparenten
Codes verwendet werden.
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Eine
zweite neuartige Weise, die Viterbi-Decoderoperation in der Gegenwart
einer Phasendiskontinuität
am Sprungübergang
durchzuführen,
ist wie folgt. Da das Signal OQPSK ist, werden die Phasenübergänge an den
beiden Signalquadraturen mit einem Zeitversatz von einem halben
Symbol stattfinden. Eine Vorrichtung, die auf die Phasenübergänge im Empfangssignal
synchronisiert, kann dann feststellen, ob die Übergänge mit dem vorherigen Sprung übereinstimmen
oder ob es eine 90°-Rotation
gibt. Wenn es eine 90°-Rotation gibt,
wird dies berücksichtigt,
indem die Daten an den beiden Signalquadraturen getauscht werden.
Dies hinterläßt entweder
ein richtig ausgerichtetes phasengleiches Signal oder einen 180°-Fehler. Ähnlich zum
obigen werden mehrere Decoder verwendet, jedoch werden nun zwei
anstelle von vier verwendet. Die gesamte restliche Erläuterung
des vorherigen Abschnitts trifft auf die beiden Decoder zu, mit
der Ausnahme des letzten Schrittes, wo ein (anstelle von drei) Decodern
in denselben Zustand wie der erfolgreiche Decoder versetzt wird.
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Beide
Ansätze
zur Durchführung
der Viterbi-Decoderoperation in der Gegenwart einer Phasendiskontinuität am Sprungübergang
sind auf eine große
Gruppe von Anwendungen für
Stoßsignale
anwendbar. Diese umfassen für
den ersten Ansatz jedes Nachrichtenübermittlungssystem, das irgendeine
Form einer Phasenumtastungsmodulation verwendet (z.B. OQPSK, QPSK,
BPSK, Mehrpegel-PSK, QASM), wo die Signale in Stößen auftreten, und für den zweiten
Ansatz nur OQPSK. Diese umfas sen Zeitvielfachzugriff, paketvermittelte Abrufnetzwerke,
sind jedoch nicht darauf beschränkt.
Diese Systeme können
mit einem Spreizspektrum arbeiten oder nicht. Diese Nachrichtenübermittlungssysteme
umfassen Satelliten-, terrestrische Zellular-, terrestrische lokale
Netzwerke und gebäudeinterne
lokale Netzwerke.
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Langsames
Springen
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Ein
wichtiges Merkmal dieser Erfindung kommt zum Tragen, wenn mehrere
Satelliten dasselbe Signal zur Mehrsatellitendiversität entweder
vermittelt oder kombinierend empfangen und weiterleiten sollen.
Dann stören
sich die Signale durch die Verwendung einer niedrigen Sprungfrequenz
in der Nähe
von 1–20
Sprüngen/s,
jedoch nicht darauf beschränkt,
im praktischen Fall gegenseitig nicht. Die Benutzerverbindungen
seien synchronisiert und arbeiten über einen Satelliten. Alle
Signale erreichen den Satelliten mit demselben Timing und stören sich
gegenseitig nicht (sie sind orthogonal). Wenn dieselben Signale
an einem zweiten Satelliten betrachtet werden, unterscheidet sich
ihr relatives Timing und sie stören
sich gegenseitig während
der Zeit, in der sie sich infolge des relativen Timingversatzes überlappen,
der von unterschiedlichen Stellen auf der Erde herrührt.
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Durch
Verwendung einer langsamen Sprungfrequenz, nehmen wir mal 10 Sprünge/Sekunde
an, ist die Sprungverweilzeit länger
(100 ms gegenüber
6,7 ms für
das 150 HPS-Beispiel). Folglich ist der Bruchteil der Sprungverweilzeit,
der zum Beispiel durch eine 5 ms-Überlappung verfälscht wird,
sehr viel kleiner. Der restliche (zentrale) Abschnitt jeder Verweilzeit,
der 90% jeder Sprungverweilzeit überschreitet,
kann ohne Störung zur
Nachrichtenübermittlung
verwendet werden. Während
der Überlappungszeit
könnten
die Signale eingeschaltet gelassen werden, mit einem Synchronisationsmuster
an jedem Ende, um eine robuste Synchronisation be reitzustellen.
Die Überlappungsabschnitte
an jedem Ende werden sich nicht völlig gegenseitig stören. Einer
oder der andere oder Abschnitte beider Synchronisationsabschnitte
werden immer beobachtbar und nutzbar sein. Alternativ könnten die
Signale in den Überlappungsabschnitten
abgeschaltet werden, um dem Sender Leistung zu sparen.
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Rückverbindungsnetzwerkzugangskanal
(NEC)
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Die
oben beschriebene Rückverbindung
hängt davon
ab, daß alle
Benutzer-HS-Signale zeit- und frequenzsynchron ankommen, um orthogonal
zu bleiben. Sobald sich ein HS im Netzwerk befindet, wird der Synchronismus
durch die Detektion kleiner Zeit- und Frequenzfehler für jedes
Benutzersignal an der GS und Senden von Korrekturen durch die Inband-Steuerdaten auf dem
abgehenden Signal aufrechterhalten. Jedoch ist der anfängliche
Zugang eines HS zum Netzwerk, um einen Anruf zu tätigen oder
zu beantworten, ein Problem, da der HS über keine adäquate Information
verfügt,
um ein Signal zu senden, das an der GS synchron mit anderen Verkehrssignalen
ankommen wird.
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Dieses
Problem wird teilweise abgemildert, indem vorausgesetzt wird, daß die GS
das abgehende Signal kompensiert, um den Satelliten-Dopplereffekt
für Teilnehmer
in der Mitte des Antennenstrahls zu beseitigen. Der Benutzer-HS
erfaßt
das abgehende Signal und überwacht
den Steuerkanal, bevor er den NEC verwendet. Folglich kann der HS
das abgehende Signal als eine Zeit- und Frequenzreferenz verwenden,
jedoch wird ein Zeit- und Frequenzfehler auftreten, wenn sich der
HS außerhalb
der Strahlmitte befindet. Es wird vorausgesetzt, daß diese
anfängliche
Unsicherheit für
die vorliegende Erläuterung ΔT = ±6 ms, ΔF = ±8 KHz
beträgt.
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Der
NEC setzt OFH über
sechs Frequenzsprungschlitze 25-1, 25-2...25-6 ein,
die mit einheitlichen Abständen über das 1,25
MHz-Verkehrsteilband angeordnet sind, wie in 2 gezeigt.
Jeder Sprungschlitz 25 ist 19,8 KHz breit (zwei benachbarte
9,9 KHz-Verkehrssprungplätze).
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Die
Sprungfrequenz beträgt
37,5 Hz (150/4), und die Übertragungsfrequenz
startet bei 1 KHz über
der nominellen Platzmittenfrequenz und ist bis 1 KHz unter der Mittenfrequenz
in der Mitte des Sprungs abgestuft. Dieser Übergang wird zur Zeitverfolgung
verwendet. Die NEC-Signalparameter sind in Tabelle 2 zusammengefaßt. Tabelle
2 NEC-Signalparameterzusammenfassung
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Der
Sprungcode wird in einer zu jener für die Verkehrskanäle ähnlichen
Weise gebildet, d.h. es werden sechs orthogonale Sprungfrequenzsequenzen
erzeugt, indem die NEC-Anzahl zu einer Sprungcodesequenz addiert
wird.
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Der
NEC wird durch den Teilnehmer verwendet, um einen Anruf zu tätigen oder
zu beantworten. Um den NEC zu verwenden, muß der Benutzer-HS das abgehende
Signal erfaßt
haben und den Steuerkanal überwachen.
Es werden Kennungen für
nicht belegte NEC-Codes auf dem Steuerkanal an den HS übertragen.
Es gibt insgesamt 6 Codes. Der HS wählt einen der nicht belegten
NEC-Codes aus und beginnt unter Verwendung von Fre quenz- und Zeitkorrekturen
zu senden, die auf dem abgehenden Signal beruhen.
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Die
GS 12 führt
eine schnelle Fourier-Transformation FFT (4) durch,
die an jedem der NEC-Frequenzplätze
zentriert ist, und:
- 1) Aktualisiert die Liste
nicht belegter NEC-Codes falls geeignet.
- 2) Detektiert Signalkollisionen und benachrichtigt Teilnehmer.
- 3) Berechnet Zeit- und Frequenzverschiebungen auf den empfangenen
Signalen und sendet Korrekturen auf dem Steuerkanal (die mit der
NEC-Kennung markiert sind), d.h. die Zeit- und Frequenz-Ziehschleifen werden
durch die GS geschlossen.
- 4) Wenn die GS 12 feststellt, daß der HS 14 zeit-
und frequenzsynchron ist, wird dem HS 14 eine Verkehrskanalzuweisung
erteilt.
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Senderimplementierung
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Ein
Blockdiagramm des Teilnehmereinheit-Rückverbindungssenders wird in 3 gezeigt.
Die gemultiplexten Eingangsdaten (Steuerung und Verkehr) werden
gepuffert 27 und dann mit einem langen Sicherheitscode 28 abgedeckt,
der mit dem Systemtakt 29 synchronisiert ist. Die Daten
werden codiert 30, verschachtelt 31 und dann auf
den Sprungträger 33 OQPSK-moduliert 32,
wonach sie zur Übertragung über die
Antenne 36 aufwärtsgemischt 34 und
verstärkt 35 werden.
In der Verkehrs- 37 und Netzzugangskanal- 38 Betriebsart
wird das Sprungtiming mit dem Symboltiming synchronisiert.
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Empfängerimplementierung
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Der
Rückverbindungsempfänger ist
in der Bodenstation GS implementiert, und es wird ein Funktionsblockdiagramm
in 4 gezeigt. Das empfangene Signal wird zuerst abwärtsgemischt 40,
und die Sprünge werden
mit der Sprungsequenz, die mit dem Stationstakt synchronisiert ist,
rückgängig gemacht,
wie gezeigt. Das sprungslose Signal wird unter Verwendung von I-
und Q-Mischern 41 in ein Basisband umgewandelt, wo es dann
digitalisiert wird 42.
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Das
abgetastete Signal wird durch eine vierte Leistungsnichtlinearität 43 geschickt,
um die Datenmodulation zu entfernen. Der Frequenzfehler (bezogen
auf null) des resultierenden cw-Signals, der das vierfache des Trägers beträgt, wird
mit einem Frequenzdiskriminator 44 (typischerweise ein
Kreuzprodukt-Diskriminator oder ein auf FFT beruhender Diskriminator)
gemessen und zum Systemkontroller geschickt, der eine Korrektur berechnet,
die zum Benutzer-HS 14 auf der abgehenden Steuerverbindung übertragen
werden soll.
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Der
Frequenzfehler wird außerdem
gemittelt und zu einem numerisch gesteuerten Oszillator (NCO) 45 und
Komplexmultiplizierer geschickt, der den berechneten Fehler in einer
Vorwärtsregelungsweise
entfernt. Ein Blockphasenkalkulator (BPE) 46 wird verwendet,
um die Phase der korrigierten Ausgabe zu berechnen.
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Die
Ausgangsfrequenz des NCO 45 wird außerdem durch vier geteilt 46 und
mit dem Basisbandsignal gemischt 47, um ein frequenzkorrigiertes
Basisbandsignal mit Datenmodulation zu ergeben. Dieses Signal wird
unter Verwendung der Phasenberechnung aus der BPE demoduliert 49.
Wie dargestellt, wird das notwendige Symboltiming außerdem aus
dem Basisbandsignal berechnet.
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Die
Symbolsynchronisatorausgabe wird in Verbindung mit dem Sprungtimingdiskriminator 63 verwendet,
um eine sehr genaue Schätzung
des Sprungtimingversatzes zu berechnen. Diese Schützung wird
zum Systemkontroller 18 weitergeleitet, der eine Korrektur
berechnet, die auf der abgehenden Steuerverbindung 10 zum
Benutzer-HS übertragen
werden soll.
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Die
weichentscheidungsdemodulierten Daten werden entschachtelt 60 und
auf einer Sprunggrundlage unter Verwendung von vier Decodern 61-1...61-4 decodiert,
um die Phasenmehrdeutigkeit nach dem Sprungübergang aufzulösen, wie
oben beschrieben. Die ausgewählte
korrekte Ausgabe 64 wird differentiell decodiert 65.
Ein Sicherheitscode 66 wird mit der Ausgabe gemischt und
demultiplext 67, um die Verkehrsdaten und Steuerdaten bereitzustellen.
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Während bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben und dargestellt worden sind, wird erkannt
werden, daß Fachleuten
leicht klar werden wird, daß andere
Ausführungsformen,
Anpassungen und Modifikationen der Erfindung möglich sind.
