JP2002043979A

JP2002043979A - Ｖｓａｔスペクトラム拡散モデムのための低信号対雑音比捕捉及びリンク特性化技術

Info

Publication number: JP2002043979A
Application number: JP2001193914A
Authority: JP
Inventors: James R Morris; ジェイムズ・アール・モリス
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 2000-06-27
Filing date: 2001-06-27
Publication date: 2002-02-08
Also published as: EP1168674A3; EP1168674A2; US6763058B1

Abstract

(57)【要約】【課題】スペクトラム拡散信号の捕捉及び信号追跡性
能を改善する。【解決手段】変調器２２は、ある疑似雑音コードが一
方のチャネルに供給され且つある疑似雑音コードが他方
のチャネルを形成するためデータと組み合わされる横軸
位相偏移変調（ＱＰＳＫ）スキームを実現する。復調器
３４は、変調された信号を受信し、そして第１のチャネ
ルに印加された疑似雑音コードを検出するため信号捕捉
プロセッサを利用する。第１の疑似雑音コードを検出及
び捕捉すると、第２の疑似雑音コードが、第２のチャネ
ルを復調して変調されたデータを生成するため決定され
得る。信号捕捉プロセッサは、多数のパラメトリック測
定値を与えて、Ｉ及びＱチャネル上の疑似雑音拡散コー
ドの精密な復調器同調及び強固な捕捉を可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】［政府ライセンス権利］米国政府はＦＡＲ
条項５２．２２７−１２に従って本発明に関してある一
定の権利を有する。

【０００２】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に、非常に
小さいアパーチャ端末（ｖｅｒｙｓｍａｌｌａｐｅｒ
ｔｕｒｅｔｅｒｍｉｎａｌ）衛星通信システムに関
し、詳細には、改良された直接シークエンス・スペクト
ラム拡散通信システムのためのモデムに関する。

【０００３】

【従来の技術】用語「ＶＳＡＴ」は非常に小さい
アパーチャ端末を表す。ＶＳＡＴシステムは、典型的
に衛星通信ネットワークを双方向通信リンクを介してサ
ポートする。ＶＳＡＴシステムは、大きな地理的範囲を
カバーする銀行業及び金融会社、航空及び発券予約代理
店、及び小売商店に対して特定の適用性を有する。ＶＳ
ＡＴシステムは、世界的通信インフラストラクチャの成
長及び接続性を促進してきた。特に、ＶＳＡＴシステム
は、主要都市のモデム通信設備を用いて、商用衛星通信
リンクを介して遠隔で未開発の範囲を接続し得る。

【０００４】典型的なＶＳＡＴネットワークは、そのネ
ットワーク内の全てのＶＳＡＴに対してネットワーク制
御を与えるハブ・ステーションを含む。ＶＳＡＴシステ
ムは、種々の多元接続モードを用いて通信衛星トランポ
ンダにアクセスする個々のＶＳＡＴを含み得る。ハブか
らＶＳＡＴへの典型的なリンクにおいては、ハブ端末
は、ネットワーク内の全てのＶＳＡＴによる受信のため
の信号を同報通信する。遠隔のＶＳＡＴ端末は、確立さ
れたプロトコルを用いて他のＶＳＡＴ又はハブ端末へ送
信する。

【０００５】種々の通信モードを用いて、個々のＶＳＡ
Ｔ端末からハブへの接続性を確立し得る。アクセス方法
は、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）、周波数分割多元接
続（ＦＤＭＡ）及び時分割多元接続（ＴＤＭＡ）を含
む。ＶＳＡＴネットワークの中のトラフィックは、典型
的にはデータであり、ランダムに且つ多分に希な間隔で
生じる、在庫制御システムにおけるような、パケット又
はバーストで転送される。周波数再使用のための１つの
データ転送方法は、直接シークエンス・スペクトラム拡
散（ＤＳ−ＳＳ）符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）であ
る。

【０００６】ＣＤＭＡにおいては、各信号は、信号スペ
クトルを広げる独特の疑似雑音（ＰＮ）コードを割り当
てられる。全ての信号が受信器により同時に受信される
一方、独特のＰＮコードは、そのＰＮコードを受信した
信号と相関させることにより所望の信号の回復を可能に
する。トランポンダ・チャネルを占めている他の信号
は、スペクトラム拡散復調器に対してランダム雑音とし
て現れる。典型的なＣＤＭＡ応用においては、コード・
レートは、トラフィック・レートよりはるかに大きくな
ければならず、そして意図的に信号スペクトルを使用可
能なトランポンダ帯域幅にわたり拡張するよう選定され
る。

【０００７】ＣＤＭＡに適用されるような代表的なスペ
クトラム拡散の実行は、非常に多数の相互に低い相互相
関の疑似ランダム・コードを用いる。疑似ランダム・コ
ードは、純粋なランダム・シークエンスの幾らかの特性
を有するが、しかし一般的に基本的な決定論的構造（ｕ
ｎｄｅｒｌｙｉｎｇｄｅｔｅｒｍｉｎｉｓｔｉｃｓｔ
ｒｕｃｔｕｒｅ）を有する。典型的な疑似ランダム・コ
ードは、搬送波を位相変調するため用いられる有限長の
２進シークエンスから成る。疑似ランダム・コードのコ
ピーを受信器に与えることにより、スペクトラム拡散信
号は、このコードと相関され、そして拡散解除（ｄｅｓ
ｐｒｅａｄ）されて、ベースバンド信号又は基礎をなす
データ（ｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇｄａｔａ）を回復す
る。

【０００８】有限長の２進シークエンスは、典型的に広
帯域の雑音と関連した多くの特性を有し、従って多くの
場合疑似雑音（ＰＮ）と呼ばれる。２進シークエンス
は、公称的には、線形又は非線形フィードバック・シフ
ト・レジスタ発生器により発生される。ＰＮビットは、
基調をなすベースバンド信号又はトラフィックの中のビ
ットとの混乱を避けるため通常チップと呼ばれる。

【０００９】ＰＮシークエンス又はコード発生器は、典
型的には、基調をなすデータ・ビット・レート又はトラ
フィック・データ・レートより一定ファクタだけ超えて
いて且つスペクトラム拡散システムの処理利得と関連し
たある一様レートでクロックされる。

【００１０】スペクトラム拡散信号システムは、信号を
干渉させることにより意図的な又は意図的でない妨害を
拒否するよう構成され得て、それにより情報は、特にあ
る軍のシナリオにおいて、通信されることができる。ひ
どい干渉又は妨害環境の中での移動又は地上通信端末の
持続性能は、スペクトラム拡散通信の特に魅力的特徴で
ある。多くのこれらのシステムはまた、高い査察環境に
おいて隠し測定を与えるため直接シークエンス・スペク
トラム拡散技術を用いる。

【００１１】スペクトラム拡散信号は、送信される信号
のパワーが大きな帯域幅又は周波数空間にわたり拡散さ
れるので、傍受又は検出される確率が低い。更に、その
ような信号は、ある一定の信号パラメータを知ることな
しには容易には検出されることができなく、それにより
メッセージの機密を保証する。多くの直交信号を同じ周
波数帯域を介して送る能力は、ＣＤＭＡスペクトラム拡
散信号に対して周波数再使用の特徴を与える。ある一定
の地上無線ローカル・エリア・ネットワーク及びセルラ
通信システムは、セルラ通信をサポートするためＣＤＭ
Ａ及びスペクトラム拡散技術を用いている。

【００１２】多くのスペクトラム拡散通信システムは、
同相（Ｉ）及び直角位相（Ｑ）チャネルの両方を利用し
て情報を搬送する通常の横軸位相偏移変調（ＱＰＳＫ）
スキームを用いている。そのような変調スキームは、パ
ワーの視野から効率的であり得る一方、通常の直接シー
クエンス・スペクトラム拡散信号は、通信のため用いら
れる信号対雑音比（ＳＮＲ）に近い信号対雑音比（ＳＮ
Ｒ）でＰＮコードを捕捉しなければならない。そのよう
な要件は、殆ど等価なＩチャネル及びＱチャネル処理利
得から結果として生じる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ＱＰＳＫスペクトラム
拡散システムと関係して用いられるより精密な信号パラ
メータ測定システムに対するニーズが存在する。そのよ
うなシステムは、通信リンクの品質が貧弱なとき、又は
通信を実現するため最小パワー・レベルを用いることが
好ましい場合、捕捉及び信号追跡性能の改善を可能にす
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、データ及びス
ペクトラム拡散コード情報をスペクトラム拡散信号上に
変調する変調器を含むスペクトラム拡散モデム装置を指
向している。スペクトラム拡散信号は、第１のチャネル
成分及び第２のチャネル成分を有する。データ及び第１
のスペクトラム拡散コードは第１のチャネル成分上に変
調され、第２のスペクトラム拡散コードは第２のチャネ
ル成分上に変調される。復調器は、スペクトラム拡散信
号を受信し、第２のチャネル成分の中の第２のスペクト
ラム拡散コードを捕捉し、そして第１のスペクトラム拡
散コードを、捕捉された第２のスペクトラム拡散コード
情報に基づいて捕捉する。復調器は、捕捉された第１及
び第２のスペクトラム拡散コード情報に基づいてスペク
トラム拡散信号を拡散解除することによりデータを決定
する。

【００１５】本発明、その目的及び利点のより完全な理
解のため、以下の説明及び添付図面が参照されるべきで
ある。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１を参照すると、図１は、第１
の非常に小さいアパーチャ端末（ＶＳＡＴ）１２及び第
２のＶＳＡＴ１４の部分を備える通信システム１０を
示す。ＶＳＡＴ１２、１４は、衛星１６により与えら
れる衛星リンクを介して通信する。図１に示されるよう
に、第１のＶＳＡＴ１２は、通信信号１８を衛星１６
に送信する。衛星１６は、通信信号２０を第２のＶＳＡ
Ｔ１４に送信することにより通信信号１８を第２のＶ
ＳＡＴ１４へ中継する。衛星１６は通常、非再生型中
継器として知られている。

【００１７】第１のＶＳＡＴ１２は、データを受け取
り且つそのデータを送信器２４による通信に適した信号
に変調する変調器２２を含む。送信器２４は、通信信号
１８を衛星１６上のアンテナ２８へ送信する。前述のよ
うに、衛星１６は、受信した信号を翻訳し且つ信号２０
を放射することにより通信信号１８を第２のＶＳＡＴ１
４に中継する。第２のＶＳＡＴ１４は、受信器３２へ
の入力のため通信信号２０を受信するアンテナ３０を含
む。受信器３２は、復調器３４への入力のための変調さ
れた信号を受け取る。復調器３４は、受信した信号を復
調し、そしてそのデータを出力する。

【００１８】当業者は、第１のＶＳＡＴ１２が変調器
２２を有するように説明され、そして第２のＶＳＡＴ
１４が復調器３４を有するよう説明されるが、一方各Ｖ
ＳＡＴ１２、１４は、各ＶＳＡＴ１２、１４の一部
として構成される単一のモデムを形成するように変調器
２２及び復調器３４を含み得ることを認めるであろう。
従って、そのようなＶＳＡＴは、送信のためデータを搬
送波上に変調することができ、且つデータの復調のた
め、変調された搬送波を受信することができる。

【００１９】通信システム１０は、直接シークエンス・
スペクトラム拡散（ＤＳ−ＳＳ）モデムとして具体化さ
れる。通信システム１０は、修正された横軸位相偏移変
調（ＱＰＳＫ）信号を利用する。修正されたＱＰＳＫ信
号は、同相Ｉチャネル成分と直角位相Ｑチャネル成分と
を有する。同相チャネル成分は短い捕捉ＰＮコードを搬
送し、直角位相チャネルは基調をなすデータを搬送す
る。直角位相チャネルにより搬送される基調をなすデー
タは、長く且つ安全なＰＮコードに加えられた２進又は
モジュロ２表示を備える。短いＰＮコードは、通常のス
ライディング相関器及びレプリカ発生器を用いて検出さ
れそして除去される。短い捕捉ＰＮコードを同相チャネ
ルから除去することにより、拡散解除されたＩチャネル
が与えられ、その結果純粋な搬送波トーンをもたらす。
純粋な搬送波トーンは、十分理解されている高速フーリ
エ変換（ＦＦＴ）技術を用いて検出され得る。記述され
るように、同相チャネル処理のための正確な周波数、振
幅及び位相は、制御アルゴリズムのための入力を与え
て、精密なダウンリンク周波数を捕捉し、環境の経路損
失をモニタし、そしてＰＮコード・タイミングを捕捉す
る。同相チャネル処理は、データ通信のため要求される
最小信号対雑音比より十分下である受信された信号対雑
音比（ＳＮＲ）で起こるであろう。通信のための典型的
な最小信号対雑音比は、ほぼ１０デシベル（ｄＢ）であ
る。同相チャネル処理は、従来のＰＮコード捕捉回路を
増強するか又はそれを置換することができる。

【００２０】図２は、図１の変調器２２の展開されたブ
ロック図を示す。変調器２２は、ＣＤＭＡ信号を容易に
実現するためＱＰＳＫ信号を発生する。変調器２２はク
ロック発振器４０を含み、そのクロック発振器４０は一
例として５メガヘルツ（ＭＨｚ）で動作する。クロック
発振器４０は、ＩチャネルＰＮコード発生器４２及びＱ
チャネルＰＮコード発生器４４の各々へ入力されるタイ
ミング信号を発生する。各コード発生器は、同期した等
しいレート線形フィードバック・シフト・レジスタ発生
器として実現され、その同期等レートの線形フィードバ
ック・シフト・レジスタ発生器は、同相ＩチャネルＰＮ
コード及び直角位相ＱチャネルＰＮコードのそれぞれを
発生する。ＰＮコードは、低い相互相関と高い自己相関
特性を有するよう選択されることが好ましい。代表的Ｐ
Ｎコードは、ゴールド・コード及び線形シークエンスを
含む。

【００２１】一例として、Ｉチャネル・コードは、線形
シークエンス又はメルセンヌ素数コードの群から選択さ
れ得て、そしてそれは比較的短くて、受信局で探索され
ねばならないコード位相シフト数を低減するであろう。
好ましくは、Ｑチャネル・コードは、基調をなすトラフ
ィック又はディジタル・データ信号の最大保護のため安
全で且つ好ましくは拡張されたエポック・コードを保証
するため公称的に選択される。ＩチャネルＰＮコード発
生器４２は、ＰＮコードをユニーク・ワード検出器（ｕ
ｎｉｑｕｅｗｏｒｄｄｅｔｅｃｔｏｒ）（ＵＷＤ）
４６に出力し、該ユニーク・ワード検出器（ＵＷＤ）４
６はＩチャネル・コードの中の特定のパターンを検出す
る。Ｉチャネル・コードの中の特有のパターンを検出す
ると、ＵＷＤ４６は、同期化又はリセット信号をＱチ
ャネルＰＮコード発生器４４に出力して、ＱチャネルＰ
Ｎコード発生器４４を既知の状態へリセットし、こうし
てＩ及びＱチャネルを同期させる。

【００２２】ＱチャネルＰＮコード発生器４４がＰＮコ
ードを出力し、そして基調をなすデータ又はトラフィッ
クがＰＮコードに排他的ＯＲブロック４８で加えられ
る。前述のように、基調をなすトラフィックは、２進又
はモジュロ２であることが好ましい。次いで、Ｉ及びＱ
チャネル変調シークエンスは、平衡型ＱＰＳＫ変調器５
０に印加される。平衡型ＱＰＳＫ変調器５０への入力の
前に、各Ｉ及びＱチャネルは変換回路５２を通される。
なお、該変換回路５２は、トランジスタ−トランジスタ
・ロジック（ＴＴＬ）をバイポーラ・ロジック回路変換
を含むのが好ましい。平衡型ＱＰＳＫ変調器５０は直角
ハイブリッド５４を含み、該直角ハイブリッド５４は、
位相ロックド発振器（ＰＬＯ）５６からの局部発振器信
号を受け取る。直角ハイブリッド５４は、位相が９０度
ずれた２つの信号を出力する。一方の信号ｓｉｎ（ω
ｔ）は、ミクサ５８に入力され、ＩチャネルＰＮコード
と混合される。他方の信号ｃｏｓ（ωｔ）は、ミクサ６
０に入力され、基調をなすデータ信号に加えられたＰＮ
コードと混合される。ミクサ５８、６０の各出力は、パ
ワー・コンバイナ（ｐｏｗｅｒｃｏｍｂｉｎｅｒ）６
２に印加される。パワー・コンバイナ６２は、Ｉチャネ
ル信号とＱチャネル信号とを加えて、ＤＳ−ＳＳＱＰＳ
Ｋ信号を発生する。ＱＰＳＫ信号は、典型的には高い周
波数に変換（ｕｐｃｏｎｖｅｒｔ）されないで、図１の
送信器２４により送信される。僅かな修正においては、
４位相又はスタッガーＱＰＳＫ（ＳＱＰＳＫ）信号は、
時間遅延を直交キーイング・シークエンスに導入するこ
とにより発生され得る。

【００２３】図３は、図１の復調器３４の展開されたブ
ロック図を示す。復調器３４は、図２に示される変調器
２２により出力されたＤＳ−ＳＳＱＰＳＫデータ信号
を受信する。ＤＳ−ＳＳＱＰＳＫ信号は、公称的に
は、小さい周波数オフセットＦ _cを有する７０ＭＨｚ中
間周波数信号である。ＱＰＳＫ信号は、中間周波数（Ｉ
Ｆ）帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）６８に入力される。Ｉ
Ｆ帯域通過フィルタ６８は、フィルタリングされた信号
を二重平衡型ミクサ７０に出力する。二重平衡型ミクサ
７０はまた、粗同調信号を位相ロックド発振器（ＰＬ
Ｏ）７２から受け取る。ＰＬＯ７２は、ここでより詳
細に説明されるように、同調指令を受け取って、ＰＬＯ
７２の周波数を変える。ＩＦ帯域通過フィルタ６８及
び二重平衡型ミクサ７０は、復調器３４により受信され
たＱＰＳＫ信号の周波数ダウン変換を実行する。

【００２４】周波数ダウン変換された信号は低域通過フ
ィルタ７４に入力され、該低域通過フィルタ７４は、周
波数オフセットＦ_cを有する信号を出力する。周波数オ
フセット信号は、直角ハイブリッド７６に入力される。
これまで説明された復調器３４の構成要素は、第２のＶ
ＳＡＴ１４のように、受信する端末場所においての中
間周波数から導出された受信信号を実効的に処理する。
中間周波数は、受信アンテナ、低雑音増幅器、ダウン・
コンバータ及び中間周波数増幅器により形成されるチェ
ーンから導出されたダウンリンク又は受信された信号の
周波数変換されたバージョンである。中間周波数は、Ｖ
ＳＡＴ１２、１４が動作する７０ＭＨｚ又はある共通
の周波数に公称的に選択される。

【００２５】到来ＩＦ信号は、ＩＦ通過帯域のある場所
に中心付けされるのが好ましく、そしてＩＦ帯域通過フ
ィルタ６８の帯域端同士の間に存在しなければならな
い。ＩＦ帯域通過フィルタ６８から出力された信号は、
二重平衡型ミクサ７０により一層低い周波数へ周波数ダ
ウンするよう変換され、そして低域通過フィルタ７４に
より低い通過範囲に留められる。これは、それにわたり
直角ハイブリッド７６が一方のチャネルに９０度位相シ
フトを、そして他方のチャネルに公称ゼロ度位相シフト
を与える周波数範囲を限定する。一旦搬送波識別及び測
定値が決定されると、ＰＬＯ７２及び二重平衡型ミク
サ７０は、変換された信号の中心周波数を調整する。

【００２６】直角ハイブリッド７６は、Ｉチャネル及び
Ｑチャネル信号を出力する。しかしながら、Ｉチャネル
及びＱチャネル信号は、図２のＩチャネル及びＱチャネ
ル信号と対応しない。むしろ、図３における復調器３４
のＩチャネル及びＱチャネルは、その中で図２の変調器
２２のＩチャネル及びＱチャネルが回転され且つ一緒に
加算される信号を表す。従って、直角ハイブリッド７６
により出力されたＩチャネル及びＱチャネルは、それぞ
れのチャネル間の９０度位相シフトを表す一方、絶対位
相は、図２の変調器２２のＩチャネル及びＱチャネルの
位相からシフトされ得る。

【００２７】直角ハイブリッド７６により出力されたＩ
チャネルはミクサ７８に入力され、そして直角ハイブリ
ッド７６により出力されたＱチャネルはミクサ８０に入
力される。ミクサ７８、８０はまた、それぞれのＰＮコ
ード発生器８２、８４により発生されたＰＮコードを受
信する。ＰＮコード発生器８２は、ＰＮコードをミクサ
７８に出力する。なお、そのＰＮコードは、レプリカＰ
Ｎコードを形成するため図２の変調器２２のＩチャネル
ＰＮコード発生器４２により出力されたＰＮコードと同
一である。ＰＮコード発生器８２はまた、Ｉチャネルの
レプリカＰＮコードをユニーク・ワード検出器（ＵＷ
Ｄ）８６に出力する。ＵＷＤ８６は図２において説明
されたように動作する。特に、ＵＷＤ８６は、ＰＮコ
ード発生器８２により出力されたＰＮコードを受け取
り、そしてＰＮコード発生器８２、６４により出力され
たそれぞれのＰＮコードを適正に同期させるためＰＮコ
ード発生器８４への同期化信号を発生する。ＰＮコード
発生器８４は、図２のＱチャネルＰＮコード発生器４４
により出力されたＰＮコードに対するレプリカであるＰ
Ｎコードを出力する。

【００２８】ＰＮコード発生器８２、８４は、クロック
発振器８８により出力されたクロック信号を受け取る。
クロック発振器８８は、そのクロック発振器８８のため
の一般的参照周波数を規定する周波数参照信号を受け取
る。クロック発振器８８はまた、探索／ロック・タイマ
及び制御回路９０により出力された周波数制御信号を受
け取る。タイミング回路９０は、周波数制御信号をクロ
ック発振器８８に出力する。

【００２９】周波数制御信号は、ＩチャネルをＰＮコー
ド発生器８２により出力されたＰＮコードと適正に整列
させるのを可能にするためクロック発振器８８の動作を
変える。信号捕捉プロセッサ９２はこの整列を検出す
る。クロック発振器８８へ入力される周波数制御信号
は、クロック発振器８８により出力されるクロック発振
器信号の周波数掃引、精密な周波数ディザー及び最終的
な周波数ロックを容易にする。整列及び捕捉が行われる
と、コード・ロック信号は、基調をなすデータの捕捉及
び追跡を指示するためタイミング回路９０に入力され
る。

【００３０】図４から図６においてより詳細に説明され
るように、信号捕捉プロセッサ９２は、狭帯域スペクト
ル線を探索して、Ｉチャネル・コードの適正な整列を決
定し、続いてＩチャネル搬送波信号と関連した振幅及び
精密な周波数を測定する。信号捕捉プロセッサ９２は、
通常のコード位相ステップ手順を利用してコード位相探
索を実行する。そのステップ手順は、ＰＮコード発生器
８２により出力されたレプリカＰＮコードを一様レート
で進め又は遅らせる。正しいＩチャネル・コード位相
は、信号捕捉プロセッサ９２が狭帯域スペクトラム線成
分を首尾良く抽出したとき検出される。この成分は、拡
散解除されたＩチャネル搬送波に対応する。Ｉチャネル
搬送波は基調をなすトラフィック信号により変調されて
いないので、整列されたＰＮコード状態（ｃｏｎｄｉｔ
ｉｏｎ）は狭帯域トーンを与え、その狭帯域トーンは、
高速フーリエ変換（ＦＦＴ）プロセッサを用いて非常に
低い受信された信号対雑音比（ＳＮＲ）で検出され得
る。Ｉチャネル・コード位相を検出すると、信号捕捉プ
ロセッサ９２は同調信号を出力し、その同調信号は位相
ロックド発振器７２に入力される。同調信号はまたロッ
ク検出器９４に入力され、該ロック検出器９４は、復調
器がＩチャネル・コード位相上へロックされたときを検
出し、そしてコード・ロック信号を出力し、そのコード
・ロック信号はタイミング回路９０に入力される。

【００３１】Ｉチャネル・コードの適正な整列は、ユニ
ーク・ワード検出器８６がＰＮコード発生器８２と８４
との間の同期を可能にするので、Ｑチャネル・コードの
適正な整列を与える。ＰＮコード発生器８２、８４によ
り出力されたレプリカＰＮコードは、変調器２２により
出力され受信された信号ＰＮコードと整列していると
き、直角位相チャネルは、通常の要領で、直角ハイブリ
ッド７６から出力されたＱチャネルとＰＮコード発生器
８４により出力されたＰＮレプリカ・コードと混合する
ことにより拡散解除される。ミクサ８０は、その混合を
実行し、そして図２のＱチャネルに対応し従って基調を
なすデータ信号に対応する信号を出力する。こうして、
ミクサ８０において生じる混合は、直角ハイブリッド７
６から出力されたＱチャネルの中に混ざる図２のいずれ
のＩチャネル部分も実効的に拒絶する。Ｑチャネル・デ
ータは帯域通過フィルタ９６に入力され、そしてその帯
域通過フィルタの信号はデータ判定ブロック９８に入力
される。データ判定ブロック９８は、図２において最初
に導入されたデータ又はトラフィック信号を出力するた
め、拡散解除されたＱチャネル搬送波に関して動作す
る。

【００３２】図４は、図３の信号捕捉プロセッサ９２の
展開されたブロック図を示す。信号捕捉プロセッサ９２
は、ミクサ７８により出力された信号を受け取る。Ｉチ
ャネル信号は、帯域通過フィルタ１０４に入力される。
なお、帯域通過フィルタ１０４は、本例においては、５
ＭＨＺと１０ＭＨｚとの間で３デシベル（ｄＢ）帯域幅
を持つ帯域通過範囲を有する。帯域通過フィルタ１０４
は、Ｉチャネル信号についてのＦＦＴの実行に備えたエ
イリアス除去フィルタとして作用する。ＰＮコード発生
器８２により出力されたＰＮコードがＩチャネル信号と
整列されるとき、帯域通過フィルタ１０４は拡散解除さ
れたトーン及び雑音成分を出力し、その拡散解除された
トーン及び雑音成分はアナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）
変換器１０６に入力される。サンプリング速度Ｒｓが、
Ａ／Ｄ変換器のためのサンプリング速度を規定するため
Ａ／Ｄ変換器１０６に入力される。Ａ／Ｄ変換器１０６
は、２チャネル変換器として実現され、そしてＩチャネ
ル信号の実数部分Ｒｅ及び虚数部分Ｉｍを出力する。Ａ
／Ｄ変換器１０６により出力されたＩチャネル信号の実
数及び虚数部分は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）プロセ
ッサ１０８に入力される。

【００３３】ＦＦＴプロセッサ１０８は、それぞれの実
数部分入力及び虚数部分入力について高速フーリエ変換
を実行し、そして周波数スペクトルをポスト検出プロセ
ッサ１１０に与える。一例として、ＦＦＴプロセッサ１
０８は、ほぼ１００ミリ秒毎に新しいＦＦＴを出力し、
そしてほぼ１００Ｈｚのビン（ｂｉｎ）分解能を有す
る。ポスト検出プロセッサ１１０は、Ｉチャネル信号が
拡散解除されたことを指示するピークを探索する。一実
施形態におけるＦＦＴプロセッサ１０８は、１０ｌｏｇ
（１３ＭＨｚ／１００Ｈｚ）＝５１ｄＢのトーン検出処
理利得を与える。なお、そのトーン検出処理利得は、サ
ンプリング速度のビン分解能に対する比の対数である。

【００３４】ポスト検出プロセッサ１１０は、本明細書
で説明されるであろう幾つかの機能を実行する。特に、
ポスト検出プロセッサは、（１）雑音パワー推定を与
え、（２）精密な搬送波周波数検出を与え、（３）精密
なロック検出を与え、（４）受信された信号パワー測定
指示を与える。

【００３５】図５は、ポスト検出プロセッサ１１０の展
開されたブロック図を示す。ポスト検出プロセッサ１１
０は、ＦＦＴプロセッサ１０８から出力されたブロック
−データを受信する。図６を参照して、図６は、Ｉチャ
ネル信号の検出及び捕捉が起こらなかったときのＦＦＴ
プロセッサ１０８の出力を表すスペクトル推定１１６を
示す。それに対応して、図７は、Ｉチャネル信号が検出
され且つ捕捉されたときＦＦＴプロセッサ１０８により
出力されるスペクトル推定１１８を示す。図６において
見られることができるように、ＦＦＴプロセッサ１０８
により出力されたスペクトル推定は、雑音及び自己の雑
音（ｎｏｉｓｅａｎｄ−ｓｅｌｆｎｏｉｓｅ）とし
て見える。他方、Ｉチャネル信号を捕捉及び検出すると
ＦＦＴプロセッサ１０８が出力する図７のスペクトル推
定は、所望のトーン１２０を表す実質的ピークを含む。

【００３６】図４及び図５のポスト検出プロセッサ１１
０は、Ｉチャネル信号の検出及び捕捉の状態で所望のト
ーン及び他のパラメトリック・データの検出を可能にす
る。ポスト検出プロセッサ１１０が、コード位相及び搬
送波周波数の回復を可能にし、且つ各パラメータの精密
な追跡を可能にすることは特に重要である。コード位相
及び搬送波周波数を決定すると直ちに、トーン周波数が
検出され得る。図７の所望のトーン１２０のような、最
大高速フーリエ変換出力点を決定し且つ測定することに
より、そのような捕捉が結果として生じる。

【００３７】ポスト検出プロセッサ１１０は、幾つかの
パラメータを出力する。例えば、ブロック１２４に示さ
れるように、ポスト検出プロセッサ１１０は、精密な搬
送波検出を実行して、トーン周波数を出力する。ブロッ
ク１２６に示されるように、ポスト検出プロセッサ１１
０は、トーンが存在するか否かを指示する信号を出力す
る精密なロック検出を実行する。即ち、精密なロック検
出ブロック１２６は、ＰＮコード発生器８２により出力
されたＰＮコードが適正な位相状態であることを指示す
る。そのような検出及び捕捉は、前述のように図３のク
ロック発振器８８の動作を変えることにより生じる。

【００３８】ポスト検出プロセッサ１１０はまた、トー
ンの大きさを、受信された信号パワー測定ブロック１２
８で決定し、そして雑音パワー推定を雑音パワー推定ブ
ロック１３０で決定する。このシステムの効率を改善
し、且つ比較的低い信号対雑音比で動作するようシステ
ムの能力を改善するため、雑音パワー推定を用いて、リ
ンク収支（バジェット）をさらに改善にし且つパワー調
整を送信することができる。

【００３９】雑音パワー推定、トーンの大きさ、トーン
周波数、及びトーン存在信号が、適応シンボル同期化ブ
ロック１３２、及び復調器最適化及同調ブロック１３４
に入力される。適応シンボル同期化ブロック１３２は、
クロック発振器８８の周波数掃引及び周波数ディザーを
実行するため、図３のタイミング回路９０へ出力される
指令信号を発生する。復調器最適化及同調ブロック１３
４は、トーンの精密な周波数測定を実行し、そして図３
のＰＬＯ７２への同調指令を発生する。復調器最適化
及同調ブロック１３４は、図３の帯域的フィルタ（ｚｏ
ｎａｌｆｉｌｔｅｒ）７４からの出力Ｆ_Cが０Ｈｚ以
外であるように僅かな周波数オフセットを導入するのが
好ましい。

【００４０】図８は、図４の２チャネルＡ／Ｄ変換器１
０６の展開されたブロック図を示す。２チャネルＡ／Ｄ
変換器１０６は、１対の単一チャネルＡ／Ｄ変換器１４
０、１４２を含む。２チャネルＡ／Ｄ変換器１０６は、
入力アナログ帯域通過信号を受け取り、その入力アナロ
グ帯域通過信号は、Ａ／Ｄ変換器１４０に直接印加され
る。入力信号はまた、ヒルベルト変換ブロック１４４に
印加される。ヒルベルト変換ブロック１４４は、Ａ／Ｄ
変換器１４２に印加された信号に９０度位相シフトを導
入する。各Ａ／Ｄ変換器１４０、１４２は、２チャネル
Ａ／Ｄ変換器１０６のためのサンプリング周波数又は速
度を規定する信号Ｆ_Sを受け取る。Ａ／Ｄ変換器１４０
は、サンプリングされたデータの実数部分を出力し、Ａ
／Ｄ変換器１４２は、サンプリングされたデータの虚数
部分を出力する。こうして、Ａ／Ｄ変換器１０６は、入
力アナログ帯域通過信号の複素サンプリングを可能にす
る。

【００４１】本発明は、幾つかの特徴と便益を提供す
る。特に、Ｉチャネル処理のための周波数、振幅及びチ
ップ・タイミングは、精密なダウンリンク周波数の捕
捉、環境経路損失のモニタリング、及びＰＮコード・タ
イミングの捕捉を可能にする。従って、Ｉチャネル処理
は、０ｄＢより十分下である受信されたＳＮＲで生じる
ことができる。そのような処理は、従来のＰＮコード捕
捉回路を補足し、又はそれを置換することができる。

【００４２】信号品質が天候又は他の環境的現象の結果
として衰える場合、初期信号捕捉が、非常に低いＳＮＲ
で確立され得る。信号品質が改善され、又は通信が起こ
らねばならないとき、アップリンク送信パワーは、所定
の量だけ増大され得て、そしてより通常のＱチャネル捕
捉及び拡散解除処理が実行され得る。復調器で、Ｑチャ
ネルＳＮＲは、特定のビット誤り率でのデータ通信に対
して許容できる最小値まで増大するであろう。この特徴
は、データ信号を隠されねばならない場合、又は大きな
トランスポンダ・バックオフ損失の商業的衝撃を最小に
することが望ましいとき、特に有効的であり得る。従っ
て、モデムは、受信された信号パラメータの精密な分解
能を可能にする。捕捉及びチャネル特性化のためのその
ようなパラメトリック測定技術を利用するデスプレッダ
（ｄｅｓｐｒｅａｄｅｒ）及び復調器は、送信が捕捉及
び通信のため要求される最小パワーレベルで生じること
が好ましい捕捉及び信号追跡性能を改善するであろう。

【００４３】本明細書で説明されるモデムは、高い熱雑
音及び干渉信号パワーレベルにも拘わらずＰＮコード捕
捉を可能にする。前述した精密な分解能ディジタル信号
処理技術は、増強されたコード・ロック検出を可能にす
る。ＦＦＴロック検出器及び信号パラメータ測定技術を
利用することは、より伝統的なスペクトラム拡散処理利
得制限ではなくむしろＦＦＴ搬送波周波数解像能力によ
り制限される入力ＳＮＲまで信号捕捉性能を拡張する。
更に、ドップラー・シフト及び搬送波周波数ドリフト効
果は、ポスト検出プロセッサにより実行される前述の信
号パラメータ追跡アルゴリズムを利用して、追跡又は補
正され得る。

【００４４】好適な実施形態においては、前述のモデム
は、スペクトラム拡散信号を−３０から−２５ｄＢの入
力ＳＮＲで捕捉し、そして通信のため−１３ｄＢのより
通常の入力ポップアップＳＮＲを利用する。Ｉチャネル
ＰＮコードは、Ｒ＝１８又はそれより小さい数を有する
好適なシークエンス多項式であろう。Ｒ＝１８を用いた
場合、フレームは、２¹⁸−１＝２６２，１４３コード・
チップを含む。スペクトラム拡散チップ・レートは公称
５ＭＨｚであり、５ＭＨｚ÷２６２，１４３チップ＝１
９．０７３５Ｈｚのフレーム・レートを与える。レプリ
カ・コード発生器が４．９ＭＨｚで動作する場合、レプ
リカ・コード・フレーム・レートは１８．６９２Ｈｚで
ある。レプリカ・コード発生器が５．１ＭＨｚで動作す
る場合、レプリカ・コード・フレーム・レートは１９．
４５５Ｈｚである。より高いレプリカ・コード・クロッ
ク・レートを利用する場合、スルー・レートは１９．４
５５Ｈｚ−１９．０７３５Ｈｚ＝０．３８１フレーム／
秒である。そのスルー・レートを用いる場合、全体のレ
プリカ・コード・フレームは、１／０．３８１＝２．６
２秒に受信されたコードだけスライドするであろう。

【００４５】本発明が現在好適な形式で説明されたが、
本発明のための多数の応用及び実現が存在することを理
解すべきである。従って、本発明は、特許請求の範囲に
おいて言及された本発明の趣旨から離れることなく修正
及び変更が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の原理に従って配置されたＶＳ
ＡＴスペクトラム拡散通信システムのブロック図であ
る。

【図２】図２は、図１のスペクトラム拡散モデムの変調
器部分のブロック図である。

【図３】図３は、図１のスペクトラム拡散モデムの復調
器部分のブロック図である。

【図４】図４は、図３の復調器の信号捕捉プロセッサの
ブロック図である。

【図５】図５は、図４のポスト検出プロセッサのブロッ
ク図である。

【図６】図６は、それに復調器がロックされていないそ
の到来信号に対する高速フーリエ変換スペクトルであ
る。

【図７】図７は、それに復調器がロックされたその到来
信号に対する高速フーリエ変換スペクトルである。

【図８】図８は、図４のアナログ／ディジタル変換器の
ブロック図である。

【符号の説明】

１０通信システム１２、１４小さいアパーチャ端末（ＶＳＡＴ）１６衛星５２変換回路５８、６０、７８、８０ミクサ６２パワー・コンバイナ６８、９６、１０４帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）７０二重平衡型ミクサ７４低域通過フィルタ１０６アナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】データ及び第１のスペクトラム拡散コー
ドは第１のチャネル成分上へ変調され、且つ第２のスペ
クトラム拡散コードは第２のチャネル成分上へ変調され
る、第１のチャネル成分及び第２のチャネル成分を有す
るスペクトラム拡散信号上へデータ及びスペクトラム拡
散コードを変調する変調器と、スペクトラム拡散信号を受け取り、第２のチャネル成分
の中の第２のスペクトラム拡散コードを捕捉し、且つ第
１のスペクトラム拡散コードを前記の捕捉された第２の
スペクトラム拡散コードに基づいて捕捉し、前記スペク
トラム拡散信号を前記の捕捉された第１及び第２のスペ
クトラム拡散コードに基づいて拡散解除することにより
前記データを決定する復調器とを備えるスペクトラム拡
散モデム装置。
【請求項２】第１及び第２のスペクトラム拡散コード
の一方は短い捕捉疑似雑音コードを含み、且つ第１及び
第２のスペクトラム拡散コードの他方は長い捕捉疑似雑
音コードを含む請求項１記載のスペクトラム拡散モデム
装置。
【請求項３】第２のスペクトラム拡散コードは第１の
スペクトラム拡散コードに従って変化する請求項２記載
のスペクトラム拡散モデム装置。
【請求項４】前記復調器は、スペクトラム拡散信号が
０デシベル（ｄＢ）より小さい信号対雑音比（ＳＮＲ）
を有するとき、スペクトラム拡散信号の中の第１及び第
２のスペクトラム拡散コードを捕捉する請求項１記載の
スペクトラム拡散モデム装置。
【請求項５】前記復調器は、スペクトラム拡散信号が
０デシベル（ｄＢ）より小さい信号対雑音比（ＳＮＲ）
を有するとき、スペクトラム拡散信号の中の第１及び第
２のスペクトラム拡散コードを捕捉し、そして捕捉のた
めのＳＮＲは、データの通信のためのＳＮＲより小さ
い、請求項１記載のスペクトラム拡散モデム装置。
【請求項６】前記変調器は、横軸位相偏移変調（ＱＰ
ＳＫ）フォーマットを用いて信号を発生し、第１及び第２のチャネル成分のうちの一方がＱＰＳＫフ
ォーマットの同相部分であり、且つ第１及び第２のチャ
ネル成分のうちの他方がＱＰＳＫフォーマットの直角位
相部分である、請求項１記載のスペクトラム拡散モデム
装置。
【請求項７】第１のチャネル成分が直角位相部分であ
り、且つ第２のチャネル成分が同相部分である請求項６
記載のスペクトラム拡散モデム装置。
【請求項８】前記変調器は、スタッガー横軸位相偏移
変調（ＳＱＰＳＫ）フォーマットを用いてデータを変調
し、第１及び第２のチャネル成分のうちの一方がＳＱＰＳＫ
フォーマットの同相部分であり、且つ第１及び第２のチ
ャネル成分のうちの他方がＳＱＰＳＫフォーマットの直
角位相部分である、請求項１記載のスペクトラム拡散モ
デム装置。
【請求項９】第１のチャネル成分が直角位相部分であ
り、且つ第２のチャネル成分が同相部分である請求項８
記載のスペクトラム拡散モデム装置。
【請求項１０】同相成分及び直角位相成分を有するス
ペクトラム拡散信号上へデータ及びスペクトラム拡散コ
ードを変調し、データ及び第１のスペクトラム拡散コー
ドは同相成分上へ変調され、且つ第２のスペクトラム拡
散コードは直角位相成分上へ変調される、変調器と、スペクトラム拡散信号を受け取り且つ当該スペクトラム
拡散信号を送信のため増幅する送信器と、前記の送信された信号を受信し且つその受信された信号
からスペクトラム拡散信号を獲得する受信器と、スペクトラム拡散信号を前記受信器から受け取り且つ直
角位相成分中の第２のスペクトラム拡散コードを捕捉
し、且つ第１のスペクトラム拡散コードを前記の捕捉さ
れた第２のスペクトラム拡散コードに基づいて捕捉し、
前記スペクトラム拡散信号を前記の捕捉された第１及び
第２のスペクトラム拡散コードに基づいて拡散解除する
ことにより前記データを決定する復調器と、を備えるス
ペクトラム拡散通信システム。
【請求項１１】前記変調器は更に、第１のスペクトラム拡散コードを発生する第１のコード
発生器と、第２のスペクトラム拡散コードを発生する第２のコード
発生器と、同相信号と第１及び第２のスペクトラム拡散コードの一
方とに従って、スペクトラム拡散信号の同相成分を発生
する第１のミクサと、直角位相信号と第１及び第２のスペクトラム拡散コード
の他方とに従って、スペクトラム拡散信号の直角位相成
分を発生する第２のミクサと、前記同相成分及び前記直角位相成分を加算してスペクト
ラム拡散信号を発生するコンバイナと、を備える請求項
１０記載のスペクトラム拡散通信システム。
【請求項１２】前記復調器は更に、スペクトラム拡散信号を受信し、且つそのスペクトラム
拡散信号の同相成分及び直角位相成分を含む第１及び第
２の出力信号を発生するパワー分割器と、第１の出力信号を第１及び第２のスペクトラム拡散コー
ドの一方と混合する第１のミクサと、第２の出力信号を第１及び第２のスペクトラム拡散コー
ドの他方と混合する第２のミクサと、システム時間基準に関して第１及び第２のスペクトラム
拡散コードの位相を変えるタイマ制御回路と、第１の出力信号が第１及び第２のスペクトラム拡散コー
ドの一方と一致しているか否かを決定する信号捕捉プロ
セッサとを備え、第１及び第２のスペクトラム拡散コードの一方は、同相
成分の第１及び第２のスペクトラム拡散コードの一方と
整列され、前記信号捕捉プロセッサは、前記それらのコ
ードの整列に従って同調信号を発生する、請求項１０記
載のスペクトラム拡散通信システム。
【請求項１３】前記復調器は更に、同調信号を前記信号捕捉プロセッサから受け取り、且つ
周波数調整信号を発生する位相ロック発振器と、周波数調整信号を受け取り、且つ前記の受信されたスペ
クトラム拡散信号を周波数調整信号と混合して、前記の
受信されたスペクトラム拡散信号の周波数を調整するミ
クサとを備える請求項１２記載のスペクトラム拡散通信
システム。
【請求項１４】前記復調器は更に、同調信号を前記信
号捕捉プロセッサから受け取り、且つロック信号を発生
するロック検出器を備え、前記ロック信号は、第１及び第２のコードが整列されて
いることを指示するためタイマ回路により受け取られ
る、請求項１２記載のスペクトラム拡散通信システム。
【請求項１５】第２のミクサの出力を受け取り、且つ
当該第２のミクサの出力をフィルタリングして、所定の
閾値より上の周波数を排除する低域通過フィルタを更に
備え、前記低域通過フィルタの出力がデータである、請
求項１２記載のスペクトラム拡散通信システム。
【請求項１６】第１及び第２のスペクトラム拡散コー
ドの一方は短い捕捉疑似雑音コードを含み、且つ第１及
び第２のスペクトラム拡散コードの他方は長い捕捉疑似
雑音コードを含む、請求項１０記載のスペクトラム拡散
通信システム。
【請求項１７】第２のスペクトラム拡散コードは、第
１のスペクトラム拡散コードに従って変わる、請求項１
６記載のスペクトラム拡散通信システム。
【請求項１８】前記復調器は、スペクトラム拡散信号
が０デシベル（ｄＢ）より小さい信号対雑音比（ＳＮ
Ｒ）を有するときスペクトラム拡散信号中の第１及び第
２のスペクトラム拡散コードを捕捉し、捕捉のためのＳ
ＮＲは、データ通信のためのＳＮＲより小さい、請求項
１０記載のスペクトラム拡散通信システム。
【請求項１９】データを第１のスペクトラム拡散コ
ードに加算し、且つその結果生じた信号を第１の搬送波
信号と組み合わせて、第１のチャネル成分を形成するス
テップと、第２のチャネル成分を形成するために、第１の搬送波信
号が第２の搬送波信号と関連付けられている、第２の搬
送波信号と第２のスペクトラム拡散コードを組み合わせ
るステップと、第１のチャネル成分と第２のチャネル成分とを加えて、
スペクトラム拡散信号を形成するステップと、を含む、データ及びスペクトラム拡散コードを、第１及
び第２のチャネル成分を有するスペクトラム拡散信号に
変調するステップと、スペクトラム拡散信号を送信するステップと、スペクトラム拡散信号を受信するステップと、スペクトラム拡散信号を実質的に第３のチャネル成分と
第４のチャネル成分とに分離するステップと、第４のチャネル成分を第２のスペクトラム拡散コードの
実質的なレプリカと比較し、且つ第２のスペクトラム拡
散コードのレプリカを第４のチャネル成分により変化さ
せて、第４のチャネル成分を第２のスペクトラム拡散コ
ードのレプリカと整列させるステップと、第４のチャネル成分を第２のスペクトラム拡散コードの
レプリカと整列させると、ロック信号を発生するステッ
プと、第３のチャネル成分を第１のスペクトラム拡散コード信
号のレプリカと組み合わせて、第１のデータ信号を出力
するステップと、第１のデータ信号をフィルタリングして、前記のデータ
を生成するステップと、を含むデータを獲得するため前記の受信されたスペクト
ラム拡散信号を復調するステップと、を備えるスペクト
ラム拡散通信システムのためデータを変調及び復調する
方法。