JP2009201143A - 通信システムのタイミングおよび周波数を事前補正する方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無線通信システムにおいて、システム間ハードハンドオフの間に通話が途絶える可能性を低くする。
【解決手段】衛星の動きによるタイミングの不安定さおよび周波数の不安定さを低減するために複数の衛星１１６，１１８を採用する通信システム１００においてタイミングおよび周波数を事前修正する方法および装置。送信信号４１０が送信機１２０から衛星１１６に伝搬する送信信号として既知の衛星の動きに基づく効果を考慮して事前修正すなわち補正３４２される。これら効果の排除は受信機１２４に到達したときに送信信号における不安定量を低減し、信号受信作業を容易にする。
【選択図】 図８

Description

この発明は、一般にスペクトラム拡散通信システムに関し、特に、多量の信号ドップラーが存在した状態における通信信号の受信に関する。更に、この発明は、通信信号の時間および周波数を事前補正して上記信号ドップラーを補償する新規で改良された方法に関する。

無線データシステム、すなわち、電話システムのような、典型的な従来の地上通信システムは、予め定められた複数の地理的領域あるいはセル内に位置した、セルサイトとも称される複数の基地局を用いて、１以上のユーザ端末あるいはシステム加入者に対する通信信号の中継を行っている。また、一般的な衛星基地通信システムは、ゲートウエイと称される複数の基地局、および複数の衛星を用いて、これら複数のゲートウエイと１以上のユーザ端末との間で通信信号を中継する。複数の基地局およびゲートウエイは、各ユーザ端末から他のユーザ端末あるいは、公共電話交換ネットワークのような、接続された他の通信システムの他のユーザー端末或いはユーザーへの通信リンクを提供する。このようなシステムの他のユーザ端末は、固定式のもの、あるいは移動電話のような移動可能なものがあり、ゲートウエイの近傍あるいはゲートウエイから離れて配置される。

１９９０年２月１３日に付与された“衛星あるいは地上中継器を用いたスペクトラム拡散多重アクセス通信システム”と題された米国特許第４，９０１，３０７号、および１９９５年１月４日に出願された“個々の受信位相時間およびエネルギに追随するスペクトラム拡散通信システムにおけるフルスペクトラム送信パワーを使用する方法および装置”と題された米国特許出願第０８／３６８，５７０号に開示されているように、いくつかの通信システムは、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）スペクトラム拡散信号を用いている。これらの米国特許および米国出願は、いずれも本発明の譲受人に譲り受けられたものであり、以下の説明において参考として用いる。

一般的なスペクトラム拡散通信システムでは、通信信号としての送信用の搬送信号を通信信号として変調する前に、予め選択された１以上の擬似雑音（ＰＮ）符号シーケンスを用いて情報信号を所定のスペクトル帯域に亘って変調あるいは拡散する。公知のスペクトラム拡散送信方法であるＰＮ符号拡散は、データ信号の帯域幅よりも非常に大きな帯域幅を持った送信用の信号を生成する。基地局あるいはゲートウエイとユーザ端末との通信リンクでは、ＰＮ拡散符号あるいは２進シーケンスを用いて、多重通路信号間と同様に、異なる複数の基地局によって送信された信号、あるいは異なるビームに亘って送信された信号を識別する。

一般的なＣＤＭＡスペクトラム拡散システムでは、チャンネル化符号を用いて、順方向リンク（つまり、基地局あるいはゲートウエイからユーザ端末トランシーバへの信号通路）における１つのセルあるいは衛星サブ-ビーム内で、種々のユーザ端末のための信号を区別している。各ユーザトランシーバは、独自のチャンネル化直交符号を用いることにより、順方向リンク上に設けられた自身の直交チャンネルを有している。これらのチャンネルを通して転送された信号は、通常、トラフィック信号と呼ばれている。ページング、同期、およびシステムユーザに送られる他の信号のために、更なる順方向リンクチャンネルあるいは順方向リンク信号が設けられている。また、通常、上記チャンネル化符号を実施するためにウォルシュ関数が使用されている。

この種の送信装置における動作の詳細は、“ＣＤＭＡセルラ電話における信号波形を発生するシステムおよび方法”と題された米国特許第５，１０３，４５９号に開示されている。この米国特許は、本発明の譲受人に譲り受けられたものであり、以下の説明において参考として用いる。

上述した特許に開示されているようなＣＤＭＡスペクトラム拡散通信システムは、順方向リンクユーザ端末通信のためのコヒーレント変調および復調の使用を検討している。このような試みを行っている通信システムにおいて、パイロット搬送信号、簡略化すると、パイロット信号が、順方向リンク信号のコヒーレント位相基準として用いられている。パイロット信号は、通常、データ変調を含まない信号であり、ゲートウエイあるいは基地局により、適用範囲の領域全体に基準として送信される。

パイロット信号は、初期システム同期、および、基地局あるいはゲートウエイによって送られた他の信号の時間、周波数、および位相トラッキングを得るために、ユーザ端末によって使用されている。パイロット信号キャリアをトラッキングすることから得られた位相情報は、他のシステム信号あるいはトラフィック（データ）信号のコヒーレント復調を行う際のキャリア位相基準として用いられている。この技術は、多数のトラフィック信号に、位相基準としての共通パイロット信号を共有させることを可能とし、コストの低減および一層有効なトラッキング機構を提供することができる。一般に、単一パイロット信号は、使用する各周波数毎に各基地局あるいはゲートウエイによって送信され、ＣＤＭＡチャンネルあるいはサブ-ビームと称されるとともに、その周波数での発生源あるいはゲートウエイからの全てのユーザ端受信信号によって共有化される。

ユーザ端末がトラフィック信号を受信あるいは送信していない場合、ページング信号あるいはチャンネルとして知られる１以上の信号を用いて、これらのユーザ端末に情報を送信することができる。例えば、特定の移動電話に対して呼び出しがあった場合、基地局あるいはゲートウエイは、ページング信号によりこの移動電話に警告する。ページング信号は、呼び出しの存在、および、どのトラフィックチャンネルを使用するかを指摘するために用いられ、また、システム加入者特定メッセージと共にシステムオーバヘッド情報を分配するために利用されている。１つの通信システムは、複数のページング信号あるいはチャンネルを有していてもよい。また、時間同期の容易化に有効なシステム情報を送信るために、同期信号を使用することもできる。これら全ての信号は、パイロット信号と同様に、共有化資源として機能する。

ユーザ端末は、逆方向リンクを通してアクセス信号を送ることにより、ページング信号上のメッセージに応答することができる。すなわち、ユーザ端末から基地局あるいはゲートウエイへの信号通路である。また、アクセス信号は、ユーザ端末が呼び出しを開始する際、これらユーザ端末によっても利用され、アクセスプローブ(access probes)と称される場合もある。通常、追加のロングＰＮ符号は、逆方向リンクトラフィックチャンネルを作るために用いられる。同時に、１組の直交符号を使用したＭ−ａｒｙ変調方式を用いて、逆方向リンクデータ送信を改善することができる。

いずれの通信システムにおいても、順方向リンク通信信号は、ユーザ端末によって受信され、更なる処理のために、ベースバンド周波数にダウンコンバートされる。ダウンコンバートされると、これらの信号はデジタル処理され、特定のパイロット信号あるいは受信した信号を検出するため使用されるとともに、協同したページング信号、同期信号、トラフィック信号を復調するために使用される。

復調の間、ＰＮ拡散符号が供給されてこれらの信号を逆拡散するとともに、これらの信号にチャンネル化符号が関係付けられ、データを提供する。

このようなシステムにおいて上記受信、ダウンコンバージョン、および復調処理を正確に行うためには、ユーザ端末は、共通周波数基準および共通タイミング基準を、処理される信号を送信している基地局あるいはゲートウエイと共有化する必要がある。つまり、情報は信号キャリアの位相で送信されるため、搬送周波数は正確に検出されなければならず、また、多重キャリアの相対位相位置も決定されなければならない。ある程度正確な周波数調整がないと、キャリアを正確に取り除くことができず、デジタル信号を正確に逆拡散および復調することができない。

ＰＮ拡散符号が信号へ次々と与えられることから、信号のタイミングは、データを供給する信号から拡散符号を適当に逆拡散或いは復調するように決められなければならない。ＰＮ拡散符号および直交チャネライジング符号は、適切なシステムタイミング或いは信号同期なくして正確に除去できない。符号が正しくない同期で与えられると、信号はただのノイズとして現れ且つ何の情報も運ばれない。このようなシステムで用いられる衛星、ユーザ端末、および符号タイミングオフセットの位置を設定することも、時間或いは関連する時間の置換えの正確な知識による。ユーザ端末は、適切なクロックレート、事象タイミング、および基地局或いはゲートウエイタイミングに関する関連時間値を維持するローカル発振器の正確さ、および絶対年代順の歴史や関係をあてにする。

非静止軌道の衛星を用いる通信システムは、高度の相対的なユーザ端末および衛星動作に関する高い程度を示す。相対的動作は、全く実質的なドップラー成分を生じ、或いは通信リンク内の信号の搬送周波数内でのシフトを生じる。これらのドップラー成分がユーザ端末および衛星の動作によって変わることから、搬送波信号の周波数における不確かな値、すなわちより簡単には不確かな周波数の不確定性を生じる。

このような周波数シフトの他にも、ドップラー効果も、明白な時間或いはタイミングシフトを、ＰＮ符号、記号、その他を含む使用される種々の符号へシフトするタイミングで生じさせる。これらの明白な時間シフトは、符号ドップラーとして参照される。特に、符号ドップラーは、ベースバンド信号へ導入される衛星動作の効果である。従って、符号は、正しい符号タイミングで受信機へ到着しない。

符号ドップラーに加えて、衛星の動作も、通信リンク内の信号に対する、伝搬遅延、或いはタイミングにおける大量の不確定性を生じる。伝搬遅延は、衛星がゲートウエイに連結されたユーザ端末の上方にあるときの最小から、衛星がゲートウエイに連結されたユーザ端末と水平にあるときの最大へ変化する。言い換えると、伝搬遅延は、ゲートウエイから衛星までの距離が最小になったとき最小となる。同様に、伝搬遅延は、ゲートウエイから衛星までの距離が最大になったとき最大となる。

スペクトラム拡散通信システムにおいて通信信号を取得するため、通信システムは、信号の搬送周波数および信号の同期タイミングを検出しなければならない。一般的な通信システムは、信号を、それぞれの不確定性の範囲内で種々の周波数およびタイミング値を有する“仮説(hypotheses)”と比較することにより正しい周波数とタイミングを探索する。予め設定されたしきい値を上回る信号への最も高い相互間系を伴う仮説は、信号を逆拡散および復調するために正確な周波数およびタイミングを含む。

しかしながら、一般的な通信システムは、今まで、比較的小さな周波数およびタイミングの不確定性のため、比較的小さな“探索空間(search space)”、すなわちタイミングおよび周波数の仮説のセットに直面してきた。例えば、静止衛星を用いる地上通信システム或いは衛星通信システムは、１から２ms或いはそれ以上の値のタイミング不確定性、および１００万分の１程度のドップラー不確定性を示す。比較として、非静止衛星を用いる通信システムは、１０から２０ms或いはそれ以上の値のタイミング不確定性、および１０ppm程度、或いはそれ以上のドップラー不確定性を示す。従って、全ての他の等しいもの、非静止衛星を用いた通信システムは、地上或いは静止通信システムの探索空間より１００倍以上大きい探索空間を有する。

より大きな探索空間は、信号を取得するためのより長い時間か、探索空間の部分と平行に作動する多重探索受信機のうちいずれかを必要とする。これらのいずれもが好ましくない。

高いドップラーの状態下で作動する通信システムの探索空間を減少するための方法および装置が必要とされる。

この発明は、衛星中継器およびユーザ端末の関連動作による、ドップラーを経験する通信システムにおける信号を取得することに関する。この種のシステムは、関連動作による、ドップラーシフトおよび伝搬遅延の変化による周波数不確定性およびタイミング不確定性の広い範囲を有する。この発明は、通信システムにおける周波数およびタイミングの不確定性の範囲を減少する。

この発明の特徴は、周波数およびタイミング不確定性を解決するため、さらなる探索受信機を必要としないことにある。これにより、周波数不確定性の範囲およびタイミング不確定性の範囲を含む探索空間が減少する。従って、信号を取得するため、より少い周波数およびタイミング仮説が探索されなければならない。このことは、信号の取得に必要とされる時間を減少する。

この発明の実施例によると、通信システムのゲートウエイに配置された送信機が、順方向リンク信号の周波数を事前補正し、衛星とゲートウエイとの間の関連動作によるドップラーシフトを補償する。ゲートウエイに関する衛星の関連動作が良く知られているため、信号は、信号が衛星に到達したとき、関連動作によるいかなるドップラーシフトにも信号が晒されることのないように補償される。言い換えると、順方向リンク信号のアップリンク(uplink)部分（例えば、ゲートウエイから衛星までの順方向リンクの部分）は、ドップラーシフトを補償するために送信機により事前補正される。

しかしながら、ユーザ端末に関する衛星の関連動作は、良く知られていない。従って、順方向リンク信号のダウンリンク(downlink)部分が衛星によってユーザ端末へ中継、あるいは送信されたとき、信号は、衛星とユーザ端末との間の関連動作による未知のドップラーシフトに晒される。それゆえに、この発明によると、順方向リンク信号のアップリンク部分の周波数を事前補正することは、周波数の不確定性を全体的に除去するのではなく、むしろユーザ端末での順方向リンク信号における全体にわたる周波数の不確定性を減少する。周波数を事前補正することは、信号取得を試みる受信機の探索空間を減少する。

この発明の他の実施例によると、通信システムのユーザ端末に配置された送信機は、搬送周波数が事前補正された逆リンク信号を送信し、ユーザ端末と衛星との間の関連動作によるドップラーシフトを補償する。このことは、２つの方法のうちいずれか一方によって成し遂げられる。ユーザ端末が、種々の方法により衛星の関連動作に気が付くか、順方向リンク信号のダウンリンク部分にあるドップラーに基づく逆リンク信号を調節する。いずれの場合であっても、ユーザ端末は、逆リンク信号のアップリンク部分からドップラーを効果的に除去する。この場合、逆リンク信号のアップリンク部分がいかなる明白なドップラーを伴わずに衛星に到達するが、ダウンリンク部分はドップラーに晒される。

この発明のさらに他の実施例によると、ゲートウエイにある送信機は、順方向リンク信号のアップリンク部分のタイミングを事前補正する。この実施例では、信号のタイミングが連続的に調節され、信号が、通信システムにより用いられたいかなる衛星でも衛星時間として同時に到着する。従って、送信機は、各衛星を通してユーザ端末へ送信される信号のタイミングを調節し、信号が、ゲートウエイと衛星との間の距離にかかわらず予め設定された時間で各衛星で同期される。従って、信号が各衛星に実質的に同時に到着する。これは、多くの場合において、信号が種々の衛星に対してゲートウエイで異なる時間に送信される。

タイミングの事前補正の一つの結果として、伝搬遅延の変動によるユーザ端末におけるタイミングの不確定性を減少させるものがある。順方向リンク信号のアップリンク部分のタイミングは既知であるため、伝播遅延による不確定性のみが順方向リンクのダウンリンク部分に生じる。このようにタイミングを事前補正することにより、順方向リンク信号のタイミング不確定性をほぼ半分に低減させることができる。

連続的に、ＣＤＭＡ通信システムでの信号タイミングの事前補正を行うことは、ゲートウエイと衛星の距離に関わらずどんな他の衛星に実質的に同期した出発時間でいずれか特定の衛星に到達するＰＮ符号拡散シーケンス中の各符号となる。言い換えると、衛星での順方向リンク信号のアップリンク部分は、符号ドップラーを何ら示していない。このように受信機は、順方向リンク信号のダウンリンク部分で経験する符号ドップラー現象のみを補正すればよい。これにより、ユーザ端末の受信機におけるタイミングトラッキングループの要求を軽減させるものである。

更に本発明の他の実施形態においては、ユーザ端末での送信機が逆方向リンク信号のタイミングを事前補正する。この実施形態において、逆方向リンク信号のタイミングは連続して調整され、これにより信号は、衛星時間においていずれの衛星と実質的に同期した出発時間をもって到達する。これは、多くのケースで、ユーザ端末と衛星の距離に依存した異なるユーザ端末時間で信号が送信されることを意味している。順方向リンクについては、タイミングの事前補正は、タイミングの不確定性と逆方向リンク信号中の符号ドップラの存在を低減するものである。

本発明の好ましい一実施形態として、タイミングと周波数事前補正は順方向リンク信号と逆方向リンク信号とのアップリンク部分について行われる。タイミングと周波数の不確定性は、この事前補正によりほぼ半分に低減し、本発明に関するシステムの全体的な探索空間は、ほぼ四分の一に低減する。この結果、ハードウエアコストやアクイジッション（獲得）時間の実質的な節約を実現するものである。

本発明が使用される典型的な通信システムを示している。 ユーザ端末で使用される典型的な送信装置を示している。 ゲートウエイ又は基地局に使用される典型的な送受信装置を示している。 ゲートウエイとユーザ端末間の順方向リンクと逆方向リンクの送信を示している。 周波数事前補正がなされながった場合の順方向リンク信号に関連づけられた種々の周波数を示している。 周波数事前補正がなされた場合の順方向リンク信号に関連づけられた種々の周波数を示している。 ゲートウエイからの順方向リンク送信のための周波数事前補正の各工程を示している。 ゲートウエイからの逆方向リンク送信のための周波数を事前補正するための各工程を示している。 タイミングの事前補正がなされなかった場合の順方向リンクと逆方向リンクの送信を示している。 本発明に従ってタイミングの事前補正が行われたトラフィックチャンネルのための順方向リンクと逆方向リンクの送信を示している。 本発明に従ってタイミングの事前補正が行われたアクセスチャンネルのための順方向リンクと逆方向リンクの送信を示している。 ゲートウエイからの順方向リンク送信のタイミング事前補正を行うための各工程を示している。 ユーザー端末からの逆方向リンク送信のためタイミング事前補正を行うための各工程を示している。

この発明の特徴、目的、効果は、一貫して与えられる参照符号により詳細に説明される図面によって明らかになるだろう。
本発明は、通信システムにおけるタイミングと周波数不確定性を軽減するために、ドップラ現象によるタイミングと周波数のシフトを事前に補正するための方法と装置である。本発明は、これを成し遂げ、部分的には、順方向リンク信号、つまりゲートウエイから衛星への転送信号のアップリンク部分により経験するドップラ現象の決定と補正によって行われるものである。このように、全ての順方向リンク信号は、同じ周波数に事前補正されて衛星に到着する。

順方向リンク信号のダウンリンク部分は、衛星とユーザ端末間の関連する動作が未知であるので、補正は行われない。ダウンリンク部分は補正されないが、順方向リンク中の全ての周波数不確定性は大幅に軽減する（ほぼ、半減される）。これにより、信号を受信する順方向リンク受信機が必要とする探索空間を、相応に削減することができる。

本発明は、低い地球軌道衛星を使用する通信システムに好適である。しかしながら、関連技術の当業者に明らかなように、本発明のコンセプトは通信目的には使用されない衛星システムにも適用が可能である。発明は、受信信号の周波数に影響を与えるようなゲートウエイ或いは基地局とユーザー端末間に十分な相対的動きがあるか、又信号の伝搬遅延に十分な不確定性があるのなら、衛星が非ＬＥＯ軌道で廻る衛星システムや非衛星中継機システムにも同様に本発明の適用が可能である。

発明の良好な実施形態は、詳細に以下に説明される。特定の工程において、構成と配置(arrangement)が論じられるが、これは説明を目的としてのみ行われているものである。関連技術の当業者は、他の工程も理解し、構成と配置が本発明の趣旨と範囲から離れることなく本発明を使用することができることを理解する。本発明は、位置決定の意図をもつ種々の通信システムと無線情報、及び衛星と地上のセルラー電話システムで使用することができる。良好な適用として、信号を転送するために典型的に衛星を用いる、移動体又はポータブルテレフォンサービスのためのＣＤＭＡ無線スペクトラム拡散通信システムへの応用が挙げられる。

本発明が有効に適用される無線通信システムの一例を図１に示す。この通信システムはＣＤＭＡ形式の通信信号を使用するが、本発明はこの形式に限られるものではない。図１に示される通信システム１００の１形態として、１つの基地局１１２、２つの衛星１１６及び１１８、及び２つの対応するゲートウエイ即ちハブ(hub)１２０及び１２２が、２つの遠隔ユーザ端末１２４及び１２６と通信を行う。一般に基地局及び衛星／ゲートウエイは、分離した通信システムの構成要素で、地上(terrestrial)及び衛星ベースと呼ばれるが、これは必須の条件ではない。そのようなシステムにおける基地局、ゲートウエイ、及び衛星の合計数は、所望システムの規摸及び当分野で知られている他のファクターに依存している。

ユーザ端末１２４と１２６各々は、非限定的に、セルラ電話、データトランシーバ、又はページング又は位置判断受信器の無線通信装置を含み、携帯又は所望されるような車載或いは手持ちの装置である。ここで、ユーザ端末は手持ち電話として示されている。しかし、この発明の主旨は、遠隔無線サービスが望まれる屋内ならびに屋外で用いられる固定ユニットにも適用可能である。

一般に、衛星１１６及び１１８からのビームは、所定パターンの異なる地理学的エリアをカバーする。異なる周波数のビーム（ＣＤＭＡチャンネル又は”サブ-ビーム”と呼ばれる）は、同一領域で重なるように方向づけることができる。勿論、複数衛星用のビームのカバー範囲又はサービスエリア、又は多重の(multiple)基地局のアンテナパターンは、通信システムの設計及び提供されるサービスの種類、及びスペースダイバーシティが達成されるか否かに応じて、与えられた領域全て又は部分的に重なるように設計されるものである。

多数のユーザー端末にサービスするために、異なる８つの楕円平面を低軌道(LEO：low earth orbit)で移動する４８又はそれ以上の衛星を使用するシステムの一例を含め、様々な複数衛星通信システムが提案されている。しかし、本発明の技術が他の楕円距離及び配列を含むゲートウエイ構成、及び様々の衛星システムにどのように適用されるかは、当業者により容易に理解されるものである。同時に本発明は、様々な基地局構成の地上ベースのシステムにも同様に適用できる。

図１において、幾つかの可能な信号経路が、ゲートウエイ１２０及び１２２を含むユーザー端末１２４及び１２６と基地局１１２間、又は衛星１１６及び１１８を介して確立される通信が示されている。基地局ユーザ端末通情リンクは、ライン１３０及び１３２で示されている。衛星１１６及び１１８とユーザ端末１２４及び１２６間の衛星ユーザ端末通信リンクはライン１４０、１４２及び１４４で示されている。ゲートウエイ１２０及び１２２と衛星１１６及び１１８間のゲートウエイ衛星通信リンクは、ライン１４６、１４８、１５０及び１５２で示されている。ゲートウエイ１２０及び１２２、及び基地局１１２は、１方向又は２方向通信システムの一部として用いられるか、又は単にメッセージ又は日時をユーザ端末１２４及び１２６に伝えるために用いられる。

ユーザ端末１０６で使用されるトランシーバ２００の一例を図２に示す。トランシーバ２００は通信信号を受信するための少なくとも１つのアンテナ２１０を使用する。この通信信号はアナログレシーバ２１４に転送され、そこでダウンコンバート(downconvert)され、増幅され、そしてデジタル化される。デュープレクサ要素２１２は一般に、同一のアンテナで送信と受信の両方の機能を果たすために用いられる。しかし、いくつかのシステムは異なる送信及び受信周波数で動作する別々のアンテナを用いる。

アナログ受信機２１４により出力されたデジタル通信信号は、少なくとも１つのデータ受信機２１６Ａ及び少なくとも１つのデジタル探索(searcher)受信機２１８に転送される。当業者に明白であるように、他のデジタルデータ受信機２１６Ｂ〜２１６Ｎを、受け入れられるレベルのユニットの複雑性に依存して、所望レベルの信号ダイバーシティを得るために用いることができる。

少なくとも１つのユーザ端末制御プロセッサ２２０が、データ受信機２１６Ａ〜２１６Ｎ及び探索受信機２１８に接続される。制御プロセッサ２２０は、他の機能間において、基本信号処理、タイミング、電力及びハンドオフ制御又は調整、及び信号搬送に用いられる周波数の選択を提供する。制御プロセッサ２２０によりしばしば実行される他の基本的制御機能は、通信信号波形を処理するための対角線関数又はＰＮ符号シーケンスの選択又は操作である。制御プロセッサ２２０の信号処理は、相対信号強度の判断及び関連する様々の信号パラメータの計算を含むことができる。このような相対的タイミング及び周波数等の信号パラメータの計算は、測定における効率又は速度の向上又は制御処理資源の改善された割り付けを達成するために、追加又は別々の専用回路を使用することもできる。

デジタルデータ受信機２１６Ａ〜２１５Ｎの出力は、ユーザ端末内のデジタルベースバンド回路２２２に供給される。ユーザデジタルベースバンド回路２２２は、情報をユーザのユーザ端末から及びそのユーザ端末に転送するために用いる処理及び提供要素(presentation elements)を具備する。即ち、一時的な又は長期デジタルメモリのような信号或いはデータ格納要素、ディスプレイスクリーン、スピーカ、キーパッド端末及びハンドセットのような入出力装置、Ａ／Ｄ要素、ボコーダ(vocoder)及び他の音声及びアナログ信号処理要素等の全ては、当該技術分野でよく知られている要素を使用するユーザ端末ベースバンド回路の各部を構成する。ダイバーシティ信号処理が採用される場合、ユーザデジタルベースバンド回路２２２は、ダイバーシティコンバイナ(diversity combiner)及びデコーダを具備することができる。これら要素のいくつかは、制御プロセッサ２２０の制御の下、又は制御プロセッサ２２０と通信を行って動作する。

音声又は他のデータがユーザ端末から発せられる出力メッセージ又は通信信号として用意されたとき、ユーザデジタルベースバンド回路２２２は、所望送信データを受信、格納、処理、及び他の準備のために用いられる。ユーザデジタルベースバンド回路２２２はこのデータを、制御プロセッサ２２０の下に動作する送信変調器２２６に提供する。送信変調器２２６の出力は電力コントローラ２２８に転送される。このコントローラ２２８は出力電力制御を、送信電力アンプ２３０に提供し、ここでアンテナ２１０がらゲートウエイへの出力信号の最終的送信が行われる。

後述するように、本発明の実施例を実行するために、ユーザ端末２００は１つ又は複数の事前補正要素すなわち事前補正器(precorrector)２３２及び２３４を用いることもできる。好適に、事前補正要素２３２はデジタル電力コントローラ２２８のデジタル出力の周波数をベースバンド周波数に調節するために用いられる。周波数調節を含むベースバンドスペクトル情報は、送信電力アンプ２３０で行われるアップコンバージョン(up-conversion)中の適切な中心周波数に変換される。

事前補正又は周波数調節は、この分野で一般的な方法で行われる。例えば事前補正は、複素数信号回転により行うことができる。これは信号にｅ^jωtをかけることに等しい。ここでωは周知の衛星天体位置表(ephemride)及び所望チャンネル周波数に基づいて計算される。これは、通信信号が同相チャンネル（Ｉ）及び直角位相チャンネル（Ｑ）として処理される場合に非常に有用である。直接デジタル合成装置を回転積の幾らかを発生するために用いることができる。又は、二進シフト(binary shifts)、加算、及び減算を行って一連の個別回転を実行し、所望の総合的な回転を達成する座標回転デジタル計算要素を用いることができる。

別の方法として、出て行く信号の周波数を調整するために、送信電力アンプ２３０の出力の送信経路に事前補正素子２３４を配設することができる。

これは、送信波形のアップ・コンバージョンあるいはダウン・コンバージョンといった周知技術を用いることで達成できる。しがしながら、アナログ送信器の出力の周波数を変えることは、波形を整えるために用いられる直列フィルタがしばしば存在し、そして、この接続点における変更がフィルタ処理に干渉するところにおいてはより困難となり得る。この別方法においては、事前補正素子２３２、２３４は、アナログアップコンバージョンの周波数選択あるいは制御機構およびユーザ端末の変調ステージ（２３０）の一部を、構成することができる。

これにより、デジタル信号を所望の送信周波数に１ステップで変換するために、適切に調整された周波数が用いられる。

以下に更に詳細に述べるが、ユーザ端末２００もまた、出て行く信号のタイミング調整のために、送信経路に配設された事前補正素子２３２、２３４を採用することができる。ここではタイミングの事前補正回路がそのような素子の一部を構成する。これは、送信波形内に遅延を加えあるいは差し引くといった、周知の技術により達成できる。さらに、事前補正素子２３２および２３４と類似で更に付加的な（図示しない）時間の事前補正素子も、事前補正は、周波数の事前補正と共に、あるいは周波数の事前補正を伴わずに、信号、すなわちＰＮ符号の相対タイミングを変えるために、用いることができる。

しかしながら、タイミング調整は、通常、信号がベースバンドで発生され、パワーコントローラ２２８により出力されるときに、制御プロセッサ調整符号の発生およびタイミングあるいは他の信号パラメータのタイミングを持つことで、達成される。コントローラ２２０は、たとえば、信号が送信変調器２２６によりアクティブとされて、パワーコントローラ２２８により種々な衛星に送信される時と同様に、何時符号が発生されるかを決定でき、それらのタイミングおよび信号への適用を決定できる。

少なくとも１つの時間基準素子２３８が、日付および時間といった時間(chronogical)情報を発生し記憶することに使用できる。この時間情報は、既知の軌道内での衛星位置を決定する際に利用できる。この時間は、周期的に記憶され更新されることができる。そして、幾つかの用途において、ＧＰＳ受信器がらのユニバーサルタイム（ＵＴ）信号をこのプロセスの一部として用いることができる。この時間はまた、ゲートウエイによって、周期的に、ユーザ端末へ供給することもできる。加えて、ユーザ端末が停止(inactive)モードに入るとき、すなわち端末がオフされるとき、そのときの現在時間を記憶することができる。そして、この現在時間は、種々な時間依存信号パラメータを決定するのに使用できる。

図２に示すように、局部あるいは基準発振器２４０は、アナログ受信器２１４、アナログ送信器２３０、および時間基準素子２３８により用いられるクロック回路のための基準として、使用される。発振器２４０はまた、タイミング回路２４２に対する周波数標準あるいは基準としても使用され、ユーザ端末２００内の他のステージあるいは処理素子に対するタイミング信号を発生する。これらのステージあるいは処理素子の例として、時間追跡回路、またはデジタル受信器２１６Ａ−Ｎおよび２１８内の相関器(correlator)、または送信変調器２２６、時間基準素子２３８、および制御プロセッサ２２０がある。

当業界では周知であるが、所望のタイミング信号を形成するために、公知の回路構成を用いて、発振出力の周波数を調整することができる。これらのタイミング信号は、一般的には、多くの回路に対するクロック信号として扱われる。タイミング回路２４２は、プロセス制御の下、クロック信号の相対タイミング内で遅延すなわち遅らせる、若しくは進めるように構成することができる。これにより、時間追跡を所定量だけ調整できるようになる。このことはまた、一般的には１以上のチップ期間だけ「通常」のタイミングから進むべきか遅れるべき符号の適用を、認めている。これにより、ＰＮ符号すなわち符号を構成するチップが、適宜、異なるタイミングで、適用可能になる。

受信された通信信号すなわち１以上のシェアされた(shared)リソース信号に対して計測された１以上の信号パラメータに対応する情報あるいはデータは、業界で周知の種々な技術を用いて、ゲートウエイに送ることができる。たとえば、この情報は、別々の情報信号として送信でき、あるいはユーザデジタルベースバンド回路２２２により作成された他のメッセージに付加することができる。あるいは、この情報は、制御プロセッサ２２０による制御の下、送信変調器２２６または送信パワーコントローラ２２８により所定の制御ビットとして挿入されることができる。

データ受信器２１６Ａ−Ｎおよび探索受信器２１８は、信号補正素子により、特定の信号を変調し追跡するよう構成される。デジタル受信器２１６Ａ−Ｎが検出されたパイロット信号に関連する他の信号を変調するのに用いられている間、探索受信器２１８は、パイロット信号あるいは他の比較的パターンが固定された強い信号を探索するのに用いられる。データ受信器４１６は、捕捉後にパイロット信号を追跡しあるいは変調する用途に割り当てることができる。したがって、これらのユニットの出力を、パイロット信号あるいは他の信号のエネルギあるいは周波数を決定する目的で、モニタすることができる。現在の周波数およびタイミング情報を提供し、信号を復調するためのプロセッサ２２０を制御するために、これらの受信器は、モニタすることができる周波数追跡素子を採用する。

制御プロセッサ２２０は、必要に応じて、同じ周波数バンドにスケールされるときに、期待される受信周波数あるいは発振周波数から受信信号がどの程度ずれるかを決定するのに、このような情報を用いる。後述するドップラーシフトおよび周波数誤差に関係した、この情報および他の情報は、１以上の誤差／ドップラーストレージ(strage) あるいは記憶素子２３６に、適宜、記憶できる。この情報は、発振器動作周波数を調整する目的で制御プロセッサ２２０で用いられることができ、あるいは、種々の通信信号を用いてゲートウエイまたは基地局に送信することができる。

図３は、ゲートウエイ１２０および１２２または基地局で使用される送受信装置３００の一例を示す。この装置は業界周知であり、前述した特許に開示されている。たとえば、この手の装置の動作に関する更なる詳細事項は、１９９２年４月７日に発行された米国特許第５，１０３，４５９号；“ＣＤＭＡセルラー電話内における信号波形発生のためのシステムおよび方法”に示されている。この米国特許は本願発明の特許譲受人と同じ者に譲渡されており、この米国特許の内容は本願に開示されているものとする。

図３に示されたゲートウエイ１２０、１２２の部分は、通信信号を受信するアンテナ３１０に接続された１以上のアナログ受信器３１４を有している。これらの通信信号は、業界周知の種々な方法を用いることで、後に、ダウンコンバートされ、増幅され、デジタル化される。多重アンテナ３１０は幾つかの通信システムで使用されている。アナログ受信器３１４により出力されるデジタル化された信号は、少なくとも１つのデジタル受信器モジュール（破線３２４により概括的に示されている）に対して、入力として与えられる。

幾つかの変形例が業界周知であるが、各デジタル受信器モジュール３２４は、ゲートウエイ１２０、１２２とユーザ端末１２４、１２６の１つとの間の通信を管理するのに使用される信号処理素子に対応する。１つのアナログ受信器３１４は、多数のデジタル受信器モジュール３２４に対する入力を供給できる。そして、多数のこのようなモジュールは一般的には、ゲートウエイ１２０内で使用され、任意の時点で取り扱い可能なダイバーシティモード信号(diversity mode signals)と全ての衛星ビームに適応する。各デジタル受信器モジュール３２４は、１以上のデジタルデータ受信器３１６および探索受信器３１８を有している。探索受信器３１８は、通常、パイロット信号以外の信号の適当なダイバーシティモードを探索する。通信システムに組み込まれる場合では、多重デジタルデータ受信器３１６Ａ−３１６Ｎはダイバーシティ信号受信（diversity signal reception）のために使用される。

データ受信器３１６の出力は、続くベースバンド処理素子３２２に与えられる。このベースバンド処理素子３２２は、当該技術分野において良く知られた装置であり、ここでは、その詳細は図示していない。典型的なベースバンド装置は、ダイバーシティー結合器及びデコーダを含みマルティパス信号を各ユーザ用の１つの出力中に結合させる。典型的なベースバンド装置は、また、通常、デジタルスイッチ或いはネットワークに出力データを供給するインターフェース回路を含んでいる。例えば、ボコーダ、データモデム及びディジタルスイッチング及び記憶部品のような（これらに限定されるものではない）種々他の知られている素子は、ベースバンド処理素子３２２の一部を形成しても良い。これらの素子は、一又はそれ以上の送信モジュール３３４へのデータ信号の送信を制御し、或いは、管理するように動作する。

ユーザ端末に送信されるべき信号は、一或いはそれ以上の適当な送信モジュール３３４にそれぞれ連結される。典型的なゲートウエイは、多数のこのような送信モジュール３３４を用いて、ある時には多数のユーザ端末１２４，１２６にサービスし、また、ある時には幾つかの衛星及びビーム(beams)の為に用意される。ゲートウエイ１２０，１２２によって用いられる多数の送信モジュール３３４は、この技術分野で知られるシステムの複雑さ、考慮される衛星の数、ユーザの定員、選ばれたダイバシティーの程度等のファクタで決定される。

各送信モジュール３３４は、送信の為のスペクトラム変調データを拡散し、及びディジタル送信パワーコントローラ３２８に接続された出力を有する送信変調器３２６を含み、それは出て行くディジタル信号のために用いられる送信パワーを制御する。ディジタル送信パワーコントローラ３２８は、インターフェースの縮小の為及び資源（resource）の割り当ての為に、最小レベルのパワーを与える。しかし、このディジタル送信コントローラ３２８は、送信パス（path）及び他のパス送信特性における減衰を補償するに必要とされる時、適切なレベルのパワーを与える。少なくとも１つのＰＮ発生器３３２は、信号を拡散する場合において送信モジュール３２６によって用いられる。この符号発生は、ゲートウエイ１２２，１２４或いは基地局における一又はそれ以上のコントロールプロセッサ或いは記憶素子の機能の一部を構成し、時分割されても良い。

送信パワーコントローラ３２８の出力は、加算器３３６に送信され、ここで、その出力は、他の送信パワーコントロール回路からの出力に合計される。これらの出力は、送信パワーコントローラ３２８の出力と同一周波数で、しかも、同一のビーム内で他のユーザ端末１２４，１２６に送信される為の信号である。この加算器３３６の出力は、デジタル-アナログ変換、適切なＲＦ搬送周波数に変換、また、増幅、フイルタの為にアナログの送信器３３８に供給され、ユーザ端末１２４、１２６に放射する為の１又はそれ以上のアンテナ３４０に出力する。アンテナ３１０及び３４０は、システムの複雑さ及び構成に依存している同様のアンテナであっても良い。

この発明の実施例を実施する為に、１又はそれ以上の事前補正器或いは周波数／タイミング事前補正素子３４２、３４４が用いられる。好ましくは、事前補正素子３４２は、ベースバンド周波数でのディジタルパワーコントローラ３２８のディジタル出力の周波数を調整するに用いられる。ユーザ端末においては、周波数調整を含むベースバンドスペクトラル情報がアナログ送信器３３８において実行されるアップコンバージョンの間に適切なセンター周波数に直される。この周波数事前補正は、上述した複素数信号回転のような当該技術分野で知られている技術を用いて達成される。ここでは、知られている衛星天体位置表(ephemrides) 及び所望のチャネル周波数を基に回転角が計算される。ユーザ端末においては、他の信号回転技術及びこれに関連したハードウエアは、この技術分野において良く知られたものである。

図３において、事前補正器３４２は、加算器３３６に先立つ送信経路中に描かれている。これはあ、要望に応じて各ユーザ端末信号について個々の制御をすることを許している。しかしながら、加算器３３６の後に事前補正が行われた際に、信号周波数事前補正素子を使うことができる。なぜならば、ユーザ端末がゲートウエイから衛星への同一の送信経路をシェアする(share)からである。

変更例として、良く知られた技術を用いて出ていく信号の周波数／タイミングを調整するために事前補正器３３４をアナログ送信器３３８の出力上の送信経路内に置くことができる。しかしながら、アナログ送信器の出力上の周波数を変更することは、より難しく、信号フィルタ工程での干渉を招くこととなるかもしれない。変形例としてアナログ送信器３３８の出力周波数はコントロールプロセッサ３２０によって直接調整され、通常センター周波数からオフセットされシフトした出力周波数を供給する。

ユーザ端末２００についての上述したように、事前補正素子３４２、３４４は、送信経路において使用されて、このような素子の一部を形成することができる公知の事前補正回路を用いて出ていく(outgoing)信号のタイミングを調整することができる。これは、送信波形中に遅延を追加する或いは減じる周知の技術を使用して達成することができる。付け加えるならば、事前補正素子３４２及び３４４と同様の時間事前補正素子及び事前補正素子３４２，３４４に加えて（図示されていない）時間事前補正素子が、必要に応じて使用されることができ、これらはタイミング変更を実行することに寄与する。時間事前変更は、信号或いはＰＮ符号の相対的なタイミングを変更するために、周波数事前補正とともに或いはこれを伴わず用いることができる。

しがしながら、タイミング調整は、信号がベースバンドで、しかも、パワーコントローラ３２８による出力に先立って発生された際にコントロールプロセッサ調整符号発生及びタイミング或いは他の信号パラメータタイミングを有することによって一般に実現される。パワーコントローラ３２８によって信号が種々の衛星及びユーザ端末に送信される際と同様に、コントローラ３２０は、例えば、符号タイミング及び符号応用を定める。

出て行くユーザ端末信号、順方向リンク上で課される周波数及び／又はタイミング補正の量は、ゲートウエイ及びそれを介して通信が確立される各衛星との間の知られているドップラ(Doppler)を基にしている。衛星ドップラを考慮する必要があるシフト量は、知られている衛星軌道位置データを用いてコントロールプロセッサ３２０によって計算することができる。このデータは、保存され、１又はそれ以上の記憶素子３４６，例えば、閲覧テーブル(lookup table)或いはメモリ素子から検索される。このデータは、また、必要に応じて他のデータ源から与えられることができる。ＲＡＭ及びＲＯＭ回路或いは磁気記憶装置のような既知の種々の装置が記憶素子３４６を構成するために用いることができる。この情報は、いつでもゲートウエイによって使用されて衛星の為の周波数或いはタイミング調整を確立するために用いられる。

図３に示すように、時間及び周波数ユニット（ＴＦＵ）３４８は、アナログ受信機３１４に基準周波数信号を与える。ＧＰＳ受信機からのユニバーサル時間（ＵＴ）信号が幾つかの応用におけるこの処理の一部として用いられることができる。必要であれば、マルチ中間変換工程にこれを採用することができる。図示するように、ＴＦＵ３４８は、アナログ送信器３３８の基準として働く。ＴＦＵ３４８は、また、ディジタル受信機３１６Ａ−Ｎ及び３１８における相関器のようなゲートウエイ或いは基地局３００内の市より要素或いは他のステージ、或いは送信変調器３２６及びコントロールプロセッサー３２０にタイミング信号を与える。ＴＦＵ３４８は、また、必要であれば、所定量だけ、プロセッサ制御下で（クロック）信号の相対的なタイミングを進めあるいは遅らせるように構成される。

少なくとも１つのゲートウエイコントロールプロセッサ３２０が受信モジュール３２４，送信モジュール３３４、及びベースバンド回路３２２に連結されている。これらユニットは、物理的に互いに分離されていても良い。コントロールプロセッサ３２０は、コマンド及びコントロール信号を与えて信号処理、タイミング信号発生器、パワー制御、ハンドオフ制御、ダイバーシティ結合及びシステムインタフェースのような機能（これに限るものではない）を実現する。これに加えて、コントロールプロセッサ３２０は、ＰＮ拡張符号、直交符号シークエンス、及びユーザ通信に用いる為の特定の送信器及び受信器或いはモジュールを割り当てる。

コントロールプロセッサ３２０はまた、パイロット、同期、並びにページ信号の生成並びにパワー、及び、送信パワーコントローラ３２８へのカップリングを制御する。パイロットチャンネルは、データでは変調されない単純に信号であり、また、送信変調器３２６への、反復不変パターン(repetitive unchanging pattern)もしくは無変化フレーム構造形式の入力を使用し得る。即ち、パイロット信号のためのチャンネルを形成するのに使用される、直交関数、ウォルシュ符号は、全て１もしくは０のような一定値を持つか、間隔のあいた１と０の構造パターンのような良く知られた反復パターンを一般に有する。かくして、ＰＮ発生器３３２，３３２により与えられるＰＮＴ拡散符号のみを送信する好ましい結果となる。

該コントロールプロセッサ３２０は、送信モジュール３３４もしくは受信モジュール３２４のようなモジュールの要素に直接結合され得る。また、各モジュールは、送信コントロールプロセッサ３３０もしくは受信コントロールプロセッサ３２１のようなモジュール特有のプロセッサを一般に有し、プロセッサ、そのモジュールの要素を制御する。かくして、好ましい実施の形態においては、コントロールプロセッサ３２０は、図３に示すように、送信プロセッサ３３０と受信プロセッサ３２１に結合されている。このようにして、単一のコントロールプロセッサ３２０は、多数のモジュールの動作と資源とをより有効に制御することができる。該送信プロセッサ３３０は、パイロット、同期、並びにページ信号及びトラフィックチャンネル信号の生成と、信号パワーとを制御し、また、パワーコントローラ３２８への夫々の結合を制御する。該受信プロセッサ３２１は、探索すること、復調のための符号をＰＮ拡散すること並びに受信されたパワーをモニタすることを制御する。

シェアされた資源パワー制御のような所定の操作のために、ゲートウエイ１２０，１２２は、通信信号中のユーザー端末から受信した、受信信号強度、周波数測定、もしくは他の信号パラメータのような情報を受信する。この情報は、受信プロセッサ３２１によりデータ受信器３１６の復調出力から得られる。代わって、この情報は、コントロールプロセッサ３２０もしくは受信プロセッサ３２１によりモニターされ、コントロールプロセッサ３２０に送信される信号の予め設定された場所で生じるときに検出され得る。コントロールプロセッサ３２０は、送信パワーコントローラ３２８並びにアナログ送信器３３８を使用して送信され、かつ処理される信号のタイミングと周波数とを制御するためのこの情報（以下に説明する）を使用する。

通信システム１００が動作している間、順方向リンク信号と称される通信信号ｓ（ｔ）は、ゲートウエイ（１２０，１２２）により、A₀のゲートウエイ生成搬送周波数を使用してユーザ端末（１２４，１２６）に送信される。前記順方向リンク信号は、ドップラーや他の影響による時間遅延、伝播遅延、周波数シフトを経験する。順方向リンク信号は、ゲートウエイから衛星への中継の間に（即ち、順方向リンク信号へのアップリンク部で）、これらの影響を経験し、そして、衛星からユーザー端末への送信（即ち、順方向リンク信号のダウンリンク部で）のときにも影響を経験する。この信号が受信されると、リターンすなわち逆方向リンク信号を送るときの遅延、ユーザ端末から衛星への（即ち、逆方向リンク信号のアップリンク部の）送信における伝播遅延、及びドップラーがある。

図４は、通信システム１００で送信される種々の信号を示す。ゲートウエイ１２０は、順方向リンク信号４１０を衛星中継器１１６を介してユーザ端末１２４に送信する。順方向リンク信号４１０は、ゲートウエイ１２０から衛星中継器１１６へのアップリンク部分４１２と、衛星中継器１１６からユーザ端末１２４へのダウンリンク部とを備えている。ユーザ端末１２４は、逆方向リンク信号４２０を衛星中継器１１６を介してゲートウエイ１２０に送信する。逆方向リンク信号４２０は、ユーザ端末１２４から衛星中継器１１６へのアップリンク部４２２と、衛星中継器１１６からゲートウエイ１２０へのダウンリンク部とからなっている。

ゲートウエイ１２０が順方向リンク信号４１０を衛星中継器１１６に送信するときに、アップリンク部４１２は、ゲートウエイ１２０と衛星中継器１１６との間の相対的な移動（即ち、衛星中継器１１６が動くので）の結果として、周波数ドップラーや符号ドップラーを経験する。良く知られているように、衛星中継器１１６がゲートウエイ１２０に接近するのに従って、アップリンク部４１２は、周波数ドップラーの結果として、搬送周波数の増加を経験する。アップリンク部４１２は、符号ドップラーの結果として、そのＰＮ符号シーケンスの符号もしくはパルス幅の減少を経験する。反対の影響が、衛星中継器１１６がゲートウエイ１２０から遠のくのに従ってアップリンク部４１２に生じる。

同様に、衛星中継器１１６がユーザ端末１２４に順方向リンク信号４１０を送信するときに、ダウンリンク部４１４は、衛星中継器１１６とユーザ端末１２４との間の相対的な移動の結果として（即ち、衛星中継器１１６とユーザ端末１２４の両方が動くので）、周波数ドップラーと符号ドップラーとを経験する。良く知られているように、衛星中継器１１６がユーザ端末１２４に接近するのに従って、グウンリンク部４１４は、周波数ドップラーの結果として、その搬送周波数での増加を経験する。また、ダウンリンク部４１４は、符号ドップラーの結果として、そのＰＮ符号シーケンスの符号もしくはパルス幅で減少を経験する。これと反対の影響は、衛星中継器１１６がユーザ端末１２４から遠ざかるに従ってダウンリンク部４１４に生じる。

搬送周波数でのドップラー効果は、図５を参照して説明される。図５は、例えば、衛星中継器１１６がゲートウエイ１２０並びにユーザ端末１２４に接近するのに従って、順方向リンク信号４１０の搬送周波数でのドップラー効果を示す。搬送周波数５１０（ｆ_carrier５１０）を有する順方向リンク信号４１０がゲートウエイ１２０から送信される。アップリンク部４１２は、アップリンクドップラー周波数５２０（ｆ_uplink５２０）として図５に示されているドップラーにより、搬送周波数での増加を経験する。かくして、衛星中継器での順方向リンク信号４１０の周波数（ｆ_SAT）は、搬送周波数５１０とアップリンクドップラー周波数５２０とを加算したものである。ダウンリンク部４１４は、ダウンリンクドップラー周波数５３０（ｆ_downlink５３０）として図５に示されているドップラーにより、その周波数での増加を経験する。かくして、ユーザ端末１２４での順方向リンク信号４１０の周波数（ｆ_UT）は、搬送周波数５１０と、アップリンクドップラー周波数５２０と、ダウンリンクドップラー周波数５３０とを加算したものである。

アップリンクドップラー周波数５２０とダウンリンクドップラ周波数５３０とは、衛星中継器１１６の相対的な移動に応じて変化するので、ユーザ端末１２４での順方向リンク信号４１０の周波数もまた変化する。この変化は、周波数不確定性と称されている。ＬＥＯ衛星を使用する通信システム１００においては、周波数不確定性は、５０ないし３００ｋＨｚの範囲、もしくはこれ以上である。

図６は、本発明の一実施の形態に従ってなされる周波数事前補正処理の例を示す。順方向リンク信号４１０は、所定の周波数の搬送周波数５１０（ｆ_carricr５１０）を有する。ゲートウエイ１２０から送信される前に、順方向リンク信号４１０は、事前補正周波数、事前補正ファクター６１０を使用して事前補正器３４２により調節される。周波数事前補正器６１０は、アップドップラー周波数５２０と大きさが等しいが符号が反対である。かくして、順方向リンク信号４１０がゲートウエイ１２０から送信されると、順方向リンク信号４１０は、搬送周波数５１０と、これに加算された事前補正周波数６１０とからなる初期周波数を有する。そして、順方向リンク信号４１０のアップリンク部４１２は、アップリンクドップラー周波数５２０によりその周波数での変化を経験する。本発明では、衛星中継器１１６での順方向リンク信号４１０の周波数（ｆ_SAT）は、搬送周波数５１０と、事前補正周波数６１０と、アップリンクドップラー周波数５２０との合計である。事前補正周波数６１０と、アップリンクドップラー周波数５２０とは、大きさが同じで符号が反対なので、衛星中継器１１６での順方向リンク信号４１０の周波数は、搬送周波数５１０と等しい。

ダウンリンク部４１４はまた、ダウンリンク・ドップラ周波数５３０によりその周波数において変化を生ずる。しかし本発明によれば、ユーザ端末１２４における順方向リンク信号４１０の周波数（ｆ_UT）は、搬送周波数５１０とダウンリンク・ドップラ周波数５３０の合計となる。ユーザ端末１２４における順方向リンク信号４１０の周波数は、ダウンリンク・ドップラ周波数５３０によってこの搬送周波数５１０から変化する。したがって、この発明においては、その周波数不確定性はダウンリンク・ドップラ周波数５３０での不確定性の結果のみによる。実際的な目的のために、本発明は、衛星中継器１１６との比較において相互に静止しているユーザ端末１２４の為の半分のファクターによって周波数の不確定性を減らしている。

図７は、本発明の一実施例に基づいてゲートウエイ１２０がらの順方向リンク信号４１０の為に周波数を事前補正するためのステップを示している。ステップ７１０では、送信器３３８は、１つ又はそれ以上の衛星中継器１１６に送信されるべき順方向リンク信号４１０を準備する。ステップ７２０では、制御プロセッサ３２０は、順方向リンク信号４１０が送信されるべきそれぞれの衛星中継器１１６のために関連するアップリンク・ドップラ周波数５２０と相対的な動きを計算する。次に、ステップ７３０では、事前補正器３４２は、順方向リンク信号４１０を事前補正するか又は補正して、アップリンクドップラー周波数５２０を償う。最終的に、ステップ７４０においては、送信器３３８は、アップリンクドップラー周波数５２０により事前補正された搬送周波数５１０で順方向リンク信号４１０を送信する。

本発明のそのほかの実施例は、逆方向リンク信号４２０において同様に機能する。この実施例においてユーザ端末１２４は、その衛星中継器１１６の相対的な動きの知識はもっていない。よって、ユーザ端末１２４は、アップリンク・ドップラ周波数信号５２０を決定するために１つの異なる技術を用いなければならない。ユーザ端末１２４は、知られている搬送周波数５１０および順方向リンク信号４１０の周波数に基づいてこれを処理する。これら周波数間の相違（差）はダウンリンク・ドップラ周波数５３０である。衛星の相対的な動きは、順方向リンク信号４１０を受信するユーザ端末１２４と逆方向リンク信号４２０を送信するそれとの間であまり変わらないとの仮定に基づいて、順方向リンク信号４１０のダウンリンク・ドップラ周波数５３０は逆方向リンク信号４２０のアップリンク・ドップラ周波数５１０とほぼ等しい。この技術について更に詳しくは、特許出願第０８／７２３，７２４号の”通信システムにおける周波数オフセットの決定(Determination Of Frequency Offsets In Communication Systems)”に述べられている。

図８は、ユーザ端末１２４からの１つの逆方向リンク信号４２０の為の周波数を事前補正するステップを示している。ステップ８１０においては、送信器２３０は衛星中継器１１６に送信されるべき逆方向リンク信号４２０を準備する。ステップ８２０では、制御プロセッサ２２０は知られている搬送周波数５１０および、最近受信した順方向リンク信号４１０に基づいてダウンリンク・ドップラ周波数５３０を計算する。これら２つの周波数の差は、順方向リンク信号４１０のダウンリンク・ドップラ周波数信号５３０である。そしてこれは逆方向リンク信号４２０の為のアップリンク・ドップラ周波数５２０に近似するものである。次のステップ８３０では、事前補正器２３２は逆方向リンク信号４２０を事前補正し或いは補正して、アップリンク・ドップラ周波数５３０を償う。最後にステップ８４０において、送信器２３０はアップリンク・ドップラ周波数５２０により事前補正された搬送周波数５１０で逆方向リンク信号４２０を送信する。

本発明のそのほかの実施例は、さらにユーザ端末１２４の位置とダイナミクス(dynamics)の知識に基づく。もし、ユーザ端末１２４の位置やダイナミクスが解っていれば、例えばそのユーザ端末１２４における測位デバイスを用いて、アップリンク・ドップラ周波数５２０とダウンリンク・ドップラ周波数信号５３０との両方が計算され、それらの効果を補償する。実際、仮にこれらのドップラ周波数が両方とも知られていれば、その信号を事前補正や、事後補正のいずれも使用することができる。いずれの場合も、その信号に関連した周波数不確定性は実質的に削除される。

衛星を経由しての信号送信に係わるそのほかの問題は、送信器に近い位置に在る、例えば、ゲートウエイ中に在る衛星に向けての、及び送信器から遠くの位置に在る衛星に向けての、伝播遅延における変化（variance）である。この変化はタイミング不確定性と呼ばれる。図９に、順方向リンク信号９１０と逆方向リンク信号９２０の為のタイミング不確定性を示している。図９に示す如く、順方向リンク信号９１０は実際は２つの信号、最遠の衛星９３０を経由してユーザ端末１２４に送信される順方向リンク信号９１０と、最も近い衛星９４０を経由してユーザ端末１２４に送信される順方向リンク信号９１０Ｂである。この記述の目的については、順方向リンク信号９１０Ａと９１０Ｂは用語情報においては同じ信号である。それら信号間の相違は、ゲートウエイ１２０はそれらをそれぞれの衛星に向けることである。これはあきらかに図面を描くためになされている。図９に関して記載する目的に関しては、ユーザ端末１２４は物理的に同じ装置として呼称する。或いは、順方向リンク信号９１０Ａと順方向リンク信号９１０Ｂは、それらが異なる衛星９３０，９４０を経由して到達するとしても、同じユーザ端末１２４に到達する。順方向リンク信号９１０Ａは、１つのアップリンク部９１２Ａ及びダウンリンク部９１４Ａを含んでいる。同様に、順方向リンク信号９１０Ｂは、１つのアップリンク部９１２Ｂ及びダウンリンク部９１４Ｂを含んでいる。

また図９には、逆方向リンク信号９２０が２つの信号として示されている。逆方向リンク信号９２０Ａは、最遠の衛星９３０を経由してゲートウエイ１２０に送信され、また逆方向リンク信号９２０Ｂは最も近の衛星９４０を経由してゲートウエイ１２０に送信される。逆方向リンク信号９２０Ａは、１つのアップリンク部９２２Ａ及びダウンリンク部９２４Ａを含んでいる。同様にして、逆方向リンク信号９２０Ｂは、１つのアップリンク部９２２Ｂ及び１つのダウンリンク部９２４Ｂを含んでいる。

ゲートウエイ１２０と衛星９３０，９４０の間の距離の差のために、順方向リンク信号９１０Ａ，９１０Ｂは、異なった時刻にユーザ端末１２４に到達する。図９に示す如く、順方向リンク信号９１０Ａは、順方向リンク信号９１０Ｂが時刻９５０にユーザ端末１２４に到達する間に、時刻９６０にユーザ端末１２４に到達する。これらの２つの時刻の差は、順方向リンク信号９１０がユーザ端末１２４に到達するであろう期待される時刻の範囲を表わすものである。換言すれば、信号がゲートウエイ１２０から送信されるとき、それは時刻９５０と時刻９６０により区切られる範囲内にユーザ端末１２４に到達する。この範囲は通常、タイミング不確定性と呼ばれる。順方向リンク信号９１０に対応して、このタイミング不確定性は、そのユーザ端末（ＵＴ）順方向タイミング不確定性と呼ばれる。

また図９は、逆方向リンク信号９２０に関するタイミング不確定性を示している。逆方向リンク信号９２０Ｂがゲートウエイ１２０に時刻９７０に到達する間に、逆方向リンク信号９２０Ａは、ゲートウエイ１２０に時刻９８０に到達する。これら時刻の差は、そのゲートウエイ１２０に到達するであろう時刻の範囲を表わしている。時刻９７０，９８０に区切られたこのタイミング不確定性は、ゲートウエイ（ＧＷ）逆方向タイミング不確定性と呼ばれる。ＬＥＯ衛星を用いる１つの通信システム１００においては、このタイミングの不確定性は、地上又は静止衛星通信システムのタイミング不確定性が約１から２ｍｓに比して、約１０から２０ｍｓ、或いはそれ以上である。

以上述べたように、タイミング不確定性の課題は、スペクトル拡散通信信号を捕捉するためには、その受信器はタイミングの全範囲をサーチしなければならない。これは、ＰＮ拡散符号が連続するシステムに関してとくに真である。本発明は、距離にかかわらず、与えられた通信信号が送信先の全ての衛星に同じ時刻に到達するように、送信器と衛星との間の距離に基づいて異なる時刻に通信信号を送信することによって、そのタイミング不確定性を減じる。

図１０は、本発明の一実施形態に係る、順方向リンク信号９１０と逆方向リンク信号９２０に対するタイミング不確定性を示す。本発明によれば、順方向リンク信号９１０Ａは時刻１０１０にゲートウエイ１２０によって一番遠い衛星９３０を介してユーザ端末１２４に送信される。順方向リンク信号９１０Ｂは時刻１０２０に一番近い衛星９４０を介してゲートウエイ１２０によってユーザ端末１２４に送信される。時間１０１０と時間１０２０との間の差は、事前補正時間と呼ばれ、あるいはより詳細には順方向リンク事前補正時間と呼ばれる。順方向リンク事前補正時間は距離と、ゲートウエイ１２０と信号を受信する衛星との間の関連する伝播遅延とに基づいて決定され、信号は距離によらず、同じ時間に衛星に到着する。例えば、順方向リンク信号９１０Ａは一番遠い衛星９３０に、順方向リンク信号９１０Ｂは一番近い衛星９４０に同じ時刻１０３０（衛星時間１０３０と呼ぶ）に到着する。

各衛星９３０、９４０は順方向リンク信号９１０をユーザ端末１２４に対して反復する。順方向リンク信号９１０Ａは時間１０５０にユーザ端末１２４に到着する。順方向リンク信号９１０Ｂは時間１０４０にユーザ端末１２４に到着する。時間１０５０と時間１０４０との間の差違は本発明のユーザ端末順方向タイミング不確定性を表す。本発明は、順方向リンク信号９１０のアップリンク部９１２に関連するタイミング不確定性の量だけユーザ端末順方向タイミング不確定性を低減する。これは順方向リンク信号９１０が衛星時刻１０３０に衛星９３０，９４０に到着することがわかるからである。

図１０は、一番遠い衛星９３０と一番近い９４０に基づく最悪の不確定性を示している。上記の議論は１つまたはそれ以上の衛星への送信順方向リンク信号９１０を想定しているが、これに限定されない。例えば、１つのみの衛星が特定のゲートウエイ１２０の視線内に存在していてもよい。この場合ゲートウエイ１２０は１つの衛星のみに送信できるだけである。他の例として、特定の通信システム１００はダイバーシチ処理を実行していない。このことにより、同じ信号の多重送信を無効にしてしまう。使用する衛星の数によらず、本発明は、信号の送信のタイミングを事前補正することによって受信信号におけるタイミング不確定性を低減し、これによって信号は既知の時間に衛星に到着する。

本発明の一実施形態では、信号の送信の開始を事前補正するのみならず、送信されているときに連続的に事前補正するので、信号の各成分（すなわちＰＮ符号）は既知の時間に衛星に到着する。本発明の実施形態はタイミング不確定性を低減することに加えて符号ドップラを補償する。上記した周波数事前補正と同様に、タイミングが衛星において知られあるいは補正されるので、符号ドップラは、順方向リンク信号のアップリンク部９１２で事前補正されるだけである。これにより符号ドップラによる不確定性は低減され、時間追跡ループの作業ははるかに容易になる。

図１１は本発明の他の実施形態による、順方向リンク信号９１０及び逆方向リンク信号９２０に対するタイミング不確定性を示している。本発明のこの実施形態によれば、順方向リンク信号９１０は、図９に関して上記した方法と同一の方法によりゲートウエイ１２０により送信される。この実施形態は逆方向リンク信号９２０に関する方法と同様の方法を用いる。ユーザ端末１２４は時間１１１０に一番遠い衛星９３０を介してゲートウエイ１２０に逆方向リンク信号９２０Ａを送信する。ユーザ端末１２４は時間１１２０に、一番近い衛星９４０を介してゲートウエイ１２０へ逆方向リンク信号９２０Ｂを送信する。時間１１１０と時間１１２０との間の差は逆方向リンク事前補正時間と呼ばれる。ユーザ端末１２４は自身の位置を知らないので、ユーザ端末１２４は、衛星時間１０３０と順方向リンク信号９１０がユーザ端末１２４に到着する時間との間の時間差に基づいて逆方向リンク事前補正時間を決定する。この時間差は順方向リンク信号９１０のダウンリンク部９１４の伝播遅延に対応する。以前と同様に、順方向リンク信号９１０の受信と逆方向リンク信号９２０の送信の間、相対的移動がほとんどないことを仮定すると、ダウンリンク部９１４の伝播遅延は逆方向リンク信号９２０のアップリンク部９２２の伝播遅延と同じであり、これは必要な逆方向リンク事前補正時間である。

逆方向リンク事前補正時間は逆方向リンク信号９２０の送信を調整あるいは補償するのに用いられ、これにより逆方向リンク信号９２０は衛星時間１１３０と呼ばれる既知の時間に衛星に到着する。衛星は逆方向リンク信号９２０をユーザ端末１２４に対して反復する。逆方向リンク信号９２０Ａは時間１１５０にユーザ端末１２４に到着する。時間１１５０と時間１１４０との間の差は本発明のゲートウエイリバースタイミング不確定性を示す。本発明の実施形態は、ゲートフェイリバースタイミング不確定性と同様に、ユーザ端末順方向タイミング不確定性も低減する。順方向リンク９１０については、ユーザ端末順方向タイミング不確定性はアップリンク部９１２に関連するタイミング不確定性の量だけ低減される。逆方向リンク９２０については、ゲートウエイリバースタイミング不確定性はアップリンク部９２２に関連するタイミング不確定性の量だけ低減される。

図１２は本発明の一実施形態により、ゲートウエイ１２０で順方向リンク信号９１０に対するタイミングを事前補正するのに実行される工程を示している。ステップ１２１０で制御プロセッサ３２０は、順方向リンク信号９１０が送信される各衛星９３０，９４０とゲートウエイ１２０との間の距離を算出する。次にステップ１２２０で制御プロセッサ３２０はこれらの距離の各々に基づいて伝播遅延を算出する。

そのような距離は例えば、衛星からユーザ端末まで及びその逆に、直ちにあるいは既知の遅延の後に、送信された信号の往復遅延を測定し、結果を２で割り、その結果に信号（光）の速度を乗算することにより獲得される。往復遅延は、既知のラニングＰＮシーケンスまたは拡散符号を含む信号を送信し、送信された信号の状態と、ゲートウエイで受信したときの再送信信号中のＰＮシーケンスの状態とを比較することにより測定される。状態の差は全往復遅延（ゲートウエイから衛星までの既知の遅延を含む）を決定するのに用いられる。既知の遅延は、既知の衛星天体位置表(ephemerides)を用いて、当業界で良く知られた種々の方法により算出される。一方、距離は、１つの衛星を通って送信され、第２の衛星を通って戻ってきた信号の往復遅延を用いて測定される。しかしながら、相対位置についてのさらなる付加的情報が要求される。これは概して他の信号パラメータを用いて供給される。そのような方法は、位置決定に関して上記した共に係属中の特許出願により詳細に記載されている。

ステップ１２３０で、事前補正器３４２は、各衛星９３０、９４０に対する伝播遅延を償うために順方向リンク信号４１０を事前補正あるいは補償する。最後に、ステップ１２４０で送信機３３８は、そのタイミングが適当な衛星９３０、９４０に対して事前補正された順方向リンク信号４１０を送信する。

図１３は本発明の一実施形態により、ユーザ端末１２４で逆方向リンク信号９２０に対するタイミングを事前補正するために実行される工程を示している。ステップ１３１０で制御プロセッサ２２０は、逆方向リンク信号９２０が送信されるべき衛星９３０，９４０の各々から一番新しく受信した順方向リンク信号９１０に基づいて伝播遅延を算出する。ステップ１３２０で事前補正器２３２は、各衛星９３０、９４０に対する伝播遅延を償うために逆方向リンク信号９２０を事前補正あるいは補償する。最後にステップ１３３０で送信機２３０は適当な衛星９３０，９４０に対してそのタイミングが事前補正された逆方向リンク信号９２０を送信する。

タイミング不確定性と信号を獲得する受信機の探索空間とを低減することに加えて、本発明は、ダイバーシチ処理を用いる通信システム１００によって要求されるデスキュー(deskew)メモリバッファの量を低減する。この種のシステムは、可能なすべてのパスからの信号を受信するためにタイミング不確定性の全範囲に渡って到来信号をバッファしなければならない。タイミング不確定性（すなわち、可能な全てのパスからの信号が予想され得る時間）を低減することによって、デスキューメモリはこれに相応して低減される。

本発明の好ましい実施形態は周波数及びタイミングの両方の事前補正を行なう事前補正器を有している。上記したように、周波数事前補正とタイミング事前補正はそれぞれ各不確定性を約１／２程度低減する。すなわち、本発明の好ましい実施形態は、もとの探索空間の約１／４にまで受信機の探索空間を低減することができる。すなわち、本発明の一実施形態におけるゲートウエイ１２０或いはユーザ端末１２４は、従来の対応する装置と比較して、約１／４の時間であるいは約１／４の数の探索受信機で信号を獲得することができる。

上記した好ましい実施形態は当業者が本発明を製造または使用可能にするために提供された。当業者にとってこれらの実施形態に対する種々の変更が容易に可能であり、ここで規定された一般的な原理は発明の(inventive)能力を使用することなしに他の実施形態にも適用される。すなわち、本発明はここに開示された実施形態に限定されるものではなく、ここに開示された原理と新規な特徴に一致する限り最も広い権利範囲を与えられるべきである。

Claims (2)

1. 下記のステップを備える、受信機へのドップラーの効果を低減する衛星を用いて通信システムにおいて信号を送信する方法、
   送信機に対する衛星のドップラ周波数を連続的に算出する、前記衛星は前記送信機からの該信号を受信し、前記衛星は該受信機に該信号を反復する、及び
   該信号が、あたかもドップラが存在しないかのように、前記衛星で受信されるように、前記ドップラ周波数の関数として該信号の送信周波数を調整する。
2. 下記のステップを備える、受信機へのドップラーの効果を低減する衛星を用いて通信システムにおいて信号を送信する方法、
   衛星と送信機との間の距離を連続的に算出する、前記衛星は前記送信機からの該信号を受信する、
   前記算出された距離を移動するために該信号に関して要求された伝播時間を決定する、
   補正された送信タイミングを獲得するために所定の時間から前記伝播時間を減算する、及び
   前記信号が前記所定の時間に前記衛星で受信されるように、前記補正された送信タイミングで前記信号を送信する。

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