JP2008206177A - Ｃｄｍａ（符号分割多重アクセス）に基づく衛星通信のための統合ｄｐｓｋ−ｐｓｋシグナリングを提供するための方法およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＤＭＡベースの衛星網においてマルチユーザ通信を行なうための方法およびシステムを提供する。
【解決手段】差分位相符号化された後に、ユーザに割当てられたＷａｌｓｈ関数とその登りリンクに対するＰＮシーケンスを用いて、スプレッディングされたユーザメッセージを含む登りリンクＲＦ信号は、衛星受信機によって受信され、非コヒーレント的に直角復調された上でデスプレッディングされる。位相を比較することで、ユーザメッセージを運ぶ差分位相信号が再生され、選択された下りリンク送信機にスイッチングされる。この差分位相信号の直角成分は、ユーザに割当てられたＷａｌｓｈ関数とその下りリンクに対するＰＮシーケンスを用いて、再スプレッディングされ、直角変調が施され、地上受信機に送られる。受信された下りリンクＲＦ信号は直角復調され、Ｗａｌｓｈ関数とその下りリンクに対するＰＮシーケンスを用いて、デスプレッディングされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気通信の分野に関する。より詳細には、本発明は、ＣＤＭＡ（符号分割多重アクセス）に基づく衛星通信に関する。

ＣＤＭＡ（符号分割多重アクセス）は、ＴＤＭＡ（時間分割多重アクセス）あるいはＦＤＭＡ（周波数分割多重アクセス）と比べて、地上無線網に対するより有効な多重アクセスプラットホームとして利用できる。これは、主に、ＣＤＭＡを利用した場合、地理的に接近するセル内で同一の周波数帯域を再使用することにより、より大きな周波数再使用効率を達成できるためである。ＣＤＭＡによって達成されるより大きな周波数再使用効率は、衛星通信に対しても都合が良い。ただし、大半の従来の衛星網は、ＦＤＭＡあるいはＴＤＭＡに基づくが、新に提唱されているＣＤＭＡ衛星網は、ベースバンド処理あるいはスイッチングが衛星上でオンボードでは行なわれないという意味でベントパイプ（まがったパイプ）的な性格を持つ。

システム性能は、品質および容量の点で、衛星上でオンボードにて処理およびスイッチングすることによって向上させることが可能である。ただし、ＴＤＭＡやＦＤＭＡアプローチとは異なり、従来の再生式衛星上でオンボードにて使用されるＣＤＭＡアプローチでは、オンボードによる処理およびスイッチングのために、異なるユーザ信号を分離することが必要とされる。オンボードによるベースバンド処理およびスイッチングのためには、登りリンクのコヒーレントな復調を用いることが考えられる。ただし、コヒーレントな復調は、複雑なハードウエア構成を必要とする。つまり、個々のユーザ信号毎に搬送波の位相を追跡することが必要となる。これは、衛星上では電力の供給に制限があるために大きな制約となる。

国際公開第ＷＯ９６／３１９６０号公報

従って、衛星上でのオンボードによる処理およびスイッチングが簡単に遂行できる登りリンクの受信にコヒーレントな変調を必要としない衛星網内でのＣＤＭＡ通信を提供するための方法が必要とされている。

本発明は、衛星上の登りリンク受信機に対してコヒーレントな復調を遂行することを要求されず、それでいて、衛星上でオンボードにてベースバンドの全体あるいは部分的な処理およびスイッチングが可能な、衛星を通じてマルチポイント・ツウ・マルチポイント信号を伝送するためのＣＤＭＡに基づく方法に関する。

本発明の方法およびシステムによると、（符号化された）ユーザメッセージのビットが、地上ベースの送信機の所で連続するグループにグループ分けされる。次に、各メッセージのビットグループに対する差分位相が、各メッセージのビットグループを所定のＰＳＫ（位相偏移キーシング）コンステレーション上にマッピングすることによって生成される。次に、各メッセージのビットグループに対する絶対位相が、各メッセージのビットグループに対する差分位相を、各メッセージのビットグループの直前のメッセージのビットグループに対する絶対位相に加えることによって生成される。この絶対位相信号が登りリンクＲＦ搬送波に位相キーシングされ、これによって登りリンクＲＦ信号が形成される。次に、このＲＦ信号がユーザに割当てられた登りリンクのＷａｌｓｈ関数と登りリンクビーム符号シーケンスを用いてスプレッディングされ、その後、衛星通信網の一部分を構成する衛星に送信される。

このＲＦ信号が、衛星の所で受信される。これを非コヒーレント的に直角復調することで、直角ベースバンド信号が生成される。次に、この直角ベースバンド信号が、登りリンクビーム符号シーケンスとユーザに割当てられた登りリンクのＷａｌｓｈ関数を使用してデスプレッディングされる。デスプレッディングされたベースバンド信号の連続するブロックの位相を比較することで、（符号化された）ユーザメッセージを運ぶ差分位相信号が抽出される。次に、この差分位相信号が適当な下りリンク宛先経路と関連する送信機にスイッチングされる。スイッチングされた差分位相信号から２つの直角位相信号が生成され、これがユーザに割当てられた下りリンクのＷａｌｓｈ関数と下りリンクビーム符号シーケンスを使用してスプレッディングされる。その後、これが低域フィルタリングされ、ベースバンドスペクトルが整形される。次に、こうしてスプレッディングされた直角ベースバンド成分が、下りリンクの直角搬送波成分の上に印加され、ユーザメッセージの宛先の地上端末へと送られる。このＲＦ信号は、地上ベースの受信機によって受信され、コヒーレント的に直角復調することで、直角位相成分が得られる。この直角位相成分が、下りリンクのビーム符号シーケンスとユーザに割当てられた下りリンクのＷａｌｓｈ関数を使用して、デスプレッディングされ、続いて、下りリンクの位相信号が抽出される。ここで、この抽出された位相信号は、登りリンクの差分位相信号に加えて、登りリンと下りリンクの両方の雑音と干渉を含む。次に、こうして抽出された位相信号からユーザメッセージが回復される。

本発明が、以下に、制約を目的とするのではなく、一例として、図面を参照しながら説明される。図面中、類似する符号は類似する要素を示す。

本発明は、一般的には、ＣＤＭＡ衛星通信システム、より詳細には、ＣＤＭＡ信号を、地上送信局から衛星に送り、衛星を経て、再び地上の受信局に、衛星の所での登りリンク信号のコヒーレントな復調を必要とすることなく、送り返すことに関する。本発明によると、衛星上でのオンボードによる処理およびスイッチングが容易になる。これは、同一のＣＤＭＡ搬送波を用いて登りリンク上を送信される個々の信号を復調および分離するための単純な機構を提供することによって実現される。本発明によると、雑音と干渉を含む登りリンク信号が衛星の所で増幅されることなく、衛星の所では抑圧されるために、ＣＤＭＡ通信リンクの品質も向上される。衛星上でチャネル復号と再符号化を遂行することで、登りリンクのビットエラー率（ＢＥＲ）をさらに下げることも可能である。登りリンク信号の差分位相が、衛星受信機によって、再生され、スイッチングされ、適当な地上局受信機に送られる。地上局の所での下りリンク伝送の検出は、コヒーレントＰＳＫ技法によって行なわれる。これは、地上局受信機では、構成上の余裕があり、受信された下りリンク信号の位相特異点に基づいて受信された信号の搬送波位相を追跡するための装置を容易に収容できるためである。簡単に述べると、本発明によると、登りリンクシグナリングと、衛星上でのオンボード処理と、下りリンクシグナリングとが、個別に最適化される。

本発明によると、登りリンクに対しては、ＣＤＭＡ網に対する差分ＰＳＫ技法が用いられる。現在の（符号化された）情報シンボルに対する絶対搬送波位相が、現在の信号に対応する差分位相と直前のシンボルの絶対位相とを加えることによって決定される。次に、この絶対位相信号を用いて、従来のＰＳＫ信号が生成され、これが、登りリンク内の送信者を識別するＷａｌｓｈ関数を用いてスプレッディングされる。次に、この信号がさらに、登りリンク内の送信者をカバーする特定な衛星ビームを識別する疑似乱数（ＰＮ）シーケンスを用いてスプレッディングされる。次に、この信号が、電力を増幅した上で、登りリンクに送信される。衛星の所での登りリンクの受信は、本質的に上述のステップと逆であり、ユーザ信号の抽出と、再生が行なわれる。これは、差分位相形式にて遂行され、チャネルの復号は必要としない。つまり、衛星においては、個々の送信者毎に搬送波位相を推定することは必要とされず、周波数のベースバンド成分へのダウン変換は、同一のＣＤＭＡ搬送波を共有する全てのユーザ信号に対して、まとめて遂行される。次に、再生された差分位相シンボルが、システムによって示される適当なビーム送信機にスイッチングされ、下りリンク上を意図される宛先に向けて送られる。地上受信機の所では、位相の追跡は簡単に行なうことができる。このために、地上受信機の所で、下りリンク信号が、コヒーレントなＰＳＫ復調を施される。次に、チャネル復号処理を施すことによって、登りリンクから発せられた送信者のメッセージビットが回復される。

図１は、本発明によるＤＳ−ＣＤＭＡ（直接シーケンス符号分割多重アクセス）網内で差分ＰＳＫ（位相偏移キーイング）シグナリングを用いる地上から衛星への登りリンク送信機の基本的な機能要素を示すブロック図である。別の方法として、図１の送信機（および図２〜４のシステムの残りの部分）は、地上無線網、例えば、セルラ網あるいはＰＣＳ網の一部分とすることも可能である。図１に示すように、ユーザメッセージを形成する情報ビットが、地上ベースの送信機の所で、ＰＳＫマッピングされる前に、例えば、格子符号化などによって符号化される。ビット／シンボルインターリーバを、周知の方法で、シンボルのマッピングの前、あるいは後に、ハードあるいはソフト復号のために採用することも可能である。符号化された情報ビットは、ＭＰＳＫマッパー１１によって、周知の方法にて、所定のＰＳＫコンステレーションの信号ポイントにマッピングされる。符号化された情報ビットの各グループからの（つまり、各符号化されたシンボルからの）位相は、差分位相Δφｕ^（ｉ）（ｎ）として扱われる。符号化された情報ビットのグループｎに対する絶対位相φｕ^（ｉ）（ｎ）は、グループｎに対する差分位相Δφｕ^（ｉ）（ｎ）を、差分位相エンコーダ１２によって、周知の方法にて、直前のグループｎ−１に対する絶対位相値φｕ^（ｉ）（ｎ−１）に加えることによって生成される。次に、絶対位相信号の同相成分と直角成分が生成される。

絶対位相信号φｕ^（ｉ）（ｎ）の同相成分と直角成分が、標準のＰＳＫエンコーダ１３を用いて、登りリンクに対する所望の搬送周波数を持つＲＦ搬送波の直角成分に印加される。ＰＳＫ変調の後に、このＲＦ信号は、１４の所で、周知の方法にて、呼の設定においてシステムによってその登りリンクに対してユーザに割当てられたＷａｌｓｈ関数ｗｕ^（ｉ）（ｔ）を用いてスプレッディングされる。次に、１５の所 で、この変調された信号を、さらに、例えば、その登りリンクに対する衛星ビームと関連するＰＮシーケンスｂｕ（ｔ）を用いて、スプレッディングすることにより、スプレッドされた信号ｓｕ^（ｉ）（ｔ）が生成され、これが、１６の所で、ＲＦ信号として送信される。信号を送信アンテナに送る前に、所望の送信電力を得るために、ＲＦ増幅を施すことも可能である。

図２は、本発明によるＤＳ−ＣＤＭＡ網内で差分ＰＳＫシグナリングを用いる登りリンク受信機の基本的な機能要素を示すブロック図である。この登りリンク受信機の所で、受信された衛星ＲＦ信号ｒｕ（ｔ）を、オンボードにて、非コ ヒーレント的に直角ダウン変換することで、直角ベースバンド信号が得られる。次に、この信号が、送信機の所でスプレッディングのために用いたＰＮシーケンスとＷａｌｓｈ関数を用いてデスプレッディングされる。こうして、要望されるユーザメッセージ信号が、同一のＣＤＭＡチャネルを共有する他のユーザ信号から抽出される。オンボードでのスイッチングのために、位相比較器を用いて、デスプレッダからの二つの連続する出力の間の位相差が計算される。デスプレッダからのこの二つの連続する出力の間の計算された位相差はユーザメッセージを運ぶ。

図２に示すように、適当なＲＦ信号のフィルタリングおよび増幅に続いて、受信されたＲＦ信号は、２１ａ、２１ｂの所で、非コヒーレント的な直角復調によって、ベースバンド信号にダウン変換され、２２ａ、２２ｂの所で、低域フィルタリングされる。特定なユーザに向けられたメッセージ信号を復調された同相および直角成分から抽出するために、最初に、２３ａ、２３ｂの所で、周知の方法にて、ユーザに割当てられたビーム符号シーケンスｂｕ（ｔ）を使用してデスプレッディングが行なわれ、さらに、２４ａ、２４ｂの所で、ユーザに割当てられたＷａｌｓｈ関数ｗｕ^（ｉ）（ｔ）を使用してデスプレッディングが行なわれ、その後、２５ａ、２５ｂの所で、積分／ダンプ処理が施される。登りリンクの受信に対しては、このダウン変換とビーム符号デスプレッディングは、同一のＣＤＭＡ搬送波と同一のビームと関連する全ての受信されたユーザ信号に対して、まとめて行なうことができる。積分器２５ａ、２５ｂからの直角成分は、次に、２６の所でシンボル期間Ｔだけ遅延された後に、２７の所で、周知の方法にて、位相の差（差分位相）が比較され、この結果として、所望のメッセージ情報を運ぶ差分位相信号が得られる。この結果としての差分位相信号は、次に、衛星上でオンボードにて、周知の方法で、スイッチングされ、適当な下りリンクに送られる。

適当なスイッチングの後に（チャネル復号が行なわれないものと想定した場合）、衛星受信機の所で再生された差分位相シンボルは、地上の宛先に送られ、そこで、送信者の受信が復号される。図３は、本発明によるＣＤＭＡ網内で用いられる衛星から地上への下りリンク送信機の基本的な機能要素をブロック図にて示す。スイッチングされた差分位相シンボルの２つの直角位相成分は、３１ａ、３１ｂの所で、呼の設定の際にその下りリンクに対してユーザに割当てられたＷａｌｓｈ関数ｗｄ^（ｉ）（ｔ）によってチッピングされる。その下りリンクの一部分を形成すべき他の呼からの同類の信号成分が、３２ａ、３２ｂの所で、周知の方法にて、一緒に総和される（まとめられる）。３３ａ、３３ｂの所で、これら信号が、下りリンクビームに対するＰＮシーケンスｂｄ（ｔ）を用いてスプレッディングされ、３４ａ、３４ｂの所で、このベースバンドスペクトルを整形するためにフィルタリングされる。このスプレッディングされた直角位相信号がそれぞれ下りリンクに対する所望の搬送波周波数を持つＲＦ搬送波の直角成分に印加される。結果としてのＲＦ信号が、適当な地上の宛先に送られる。この処理は、送信者信号毎に個別に遂行することもできるが、本発明においては、下りリンク伝送のためのビーム符号スプレッディングと直角変調は、送信されるべき全ての信号を同一の下りリンクビームに結合し、同一の搬送波を用いることで、まとめて遂行されることもできる。

図４は、本発明によるＣＤＭＡ網内で用いられる衛星から地上への下りリンク送信機の基本的な機能要素をブロック図にて示す。下りリンク受信機の所で、受信されたＲＦ信号を、コヒーレント的に直角ダウン変換することで、直角ベースバンド信号が得られる。次に、これが、衛星送信機の所でスプレッディングのために用いられたＰＮコードシーケンスとＷａｌｓｈ関数を用いデスプレッディングされ、こうして、所望のユーザメッセージ信号が、同一のＣＤＭＡチャネルを共有する他のユーザ信号から抽出される。次に、メッセージを検出するために、位相比較器を用いて、下りリンクのＲＦ信号の搬送波位相が計算される。ここで、この下りリンクの搬送波位相は、登りリンク差分位相に加えて、登りリンクと下りリンクの両方におけるノイズと干渉による歪みを含む。

図４に示すように、ＲＦ信号の適当なフィルタリングおよび増幅の後に、受信されたＲＦ信号ｒｄ^（ｉ）（ｔ）は、４１ａ、４１ｂの所で、コヒーレント的に直角復調することで、ベースバンド信号にダウン変換され、４２ａ、４２ｂの所で、低域フィルタリングされる。特定のユーザに向けられたメッセージ信号を復調された直角位相成分から抽出するためには、最初に、４３ａ、４３ｂの所で、周知の方法で、そのユーザに割当てられたビーム符号シーケンスｂｄ（ｔ）を用いてデスプレッディングが行なわれ、さらに、４４ａ、４４ｂの所で、そのユーザに割当てられたＷａｌｓｈ関数ｗｄ^（ｉ）（ｔ）を用いてデスプレッディングが行なわれ、その後、４５ａ、４５ｂの所で、積分／ダンプ処理が施される。次に、４６の所で、周知の方法にて、積分器４５ａ、４５ｂからの直角出力を用いて位相が計算され、下りリンクの搬送波位相が得られる。ここでこの搬送波位相は、所望のメッセージ情報を運ぶ登りリンク差分位相に加えて、ノイズと干渉による歪みを含む。地上送信機の所でビット／シンボルインターリービングを用いる場合は、地上受信機の所でインターリーブ位置と関連して周知の方法にてビット／シンボルデインターリーバが採用される。次に、チャネルデコーダ４７、例えば、ソフトあるいはハード判定を提供するビテルビデコーダを用いてユーザメッセージビットが回復される。

本発明が特定の実施例との関連で説明されたが、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、様々な修正が可能であることを理解できるものである。

本発明による地上から衛星への登りリンク送信機の基本的な要素を示すブロック図である。 本発明による地上から衛星への登りリンク受信機の基本的な要素を示すブロック図である。 本発明による衛星から地上への下りリンク送信機の基本的な要素を示すブロック図である。 本発明による衛星から地上への下りリンク受信機の基本的な要素を示すブロック図である。

符号の説明

１１ ＭＰＳＫマッパー
１２ 差分位相エンコーダ
１３ ＰＳＫ（位相偏移キーイング）エンコーダ
２５ａ、２５ｂ 積分器
４７ チャネルデコーダ

Claims (6)

1. ＣＤＭＡに基づく衛星網におけるシグナリング法であって、この方法が：
   符号化されたユーザメッセージのビットを、上りリンク送信機の所で、連続するグループにグループ分けするステップ；
   各メッセージのビットグループに対する差動位相を、各メッセージのビットグループを所定のＰＳＫコンステレーション上にマッピングすることにより生成するステップ；
   各メッセージのビットグループに対する絶対位相を、現在のメッセージのビットグループに対する差動位相を、現在のメッセージのビットグループの直前のメッセージのビットグループに対する絶対位相に加えることによって生成するステップ；
   該現在の絶対位相信号を使用して上りリンク搬送波を位相変調することによりＲＦ信号を形成するステップ；
   該ＲＦ信号を該上りリンクと関連する２符号シーケンスを使用してスプレッディングするステップ；および
   該スプレッディングされたＲＦ信号を該上りリンク上に送るステップを含むことを特徴とする方法。
2. 該上りリンクＲＦ信号が地上ベースの送信機から送信され、衛星受信機の所で受信されることを特徴とする請求項１の方法。
3. 該上りリンクと関連する２符号シーケンスが、ユーザに割当てられたＷＡＬＳＨ関数と、その上りリンクに対するビーム疑似乱数シーケンスを含むことを特徴とする請求項１の方法。
4. ＣＤＭＡに基づく衛星通信システムであって、このシステムが：
   符号化されたユーザメッセージのビットを差動位相にマッピングするためのＰＳＫマッパーを含み、ここで、該符号化されたユーザメッセージのビットが、メッセージビットのブロックにグループ分けされた後に差動位相マッピングされ；このシステムがさらに
   各メッセージビットのブロックに対する現在の絶対位相を、現在のメッセージビットのブロックに対する差動位相を、現在のメッセージビットのブロックの直前のメッセージビットのブロックに対する絶対位相に加えることによって生成するための差動位相エンコーダ；
   該現在の絶対位相を使用して上りリンク搬送波を位相変調することによりＲＦ信号を形成するためのＰＳＫ変調器；
   該ＲＦ信号を該上りリンクと関連する２符号シーケンスを使用してスプレッディングするためのスプレッドスペクトル（広帯域）スプレッダ；および
   該スプレッディングされたＲＦ信号を該上りリンク上に送信するための送信機を含むことを特徴とするＣＤＭＡに基づく衛星通信システム。
5. 該上りリンクに対するＲＦ信号が地上ベースの送信機によって送信されることを特徴とする請求項４のＣＤＭＡに基づく衛星通信システム。
6. 該上りリンクと関連する２符号シーケンスが、ユーザに割当てられたＷＡＬＳＨ関数と、その上りリンクに対するビーム疑似乱数シーケンスを含むことを特徴とする請求項４のＣＤＭＡに基づく衛星通信システム。

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