JP2763099B2 - 衛星または遠隔中継器を使用するスペクトル拡散多元接続通信システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、多元接続通信通信システムに関するもの
であり、特に衛星中継器または地上中継器を使用して移
動体または遠隔ユーザターミナルに対する通信サービス
を行なうための符号分割多元接続（CDMA）スペクトル拡
散信号用の方法および装置に関するものである。この発
明はさらに、複数のビーム・フェーズド・アレイ中継器
アンテナ、偏波強調全方向性移動体アンテナ、音声また
はデータアクティビティスイッチング、調整可能なユー
ザターミナル電力制御、およびＬ周波数帯域通信リンク
を備えた、CDMAスペクトル拡散信号の利用に関するもの
である。 ［従来技術］ 遠隔地または移動体或はそれら両者のように分類され
るユーザの多数のサービスグループに対して品質のよい
通信サービスを行なうことは古くから必要とされている
ことである。これらのユーザには、田舎の電話システ
ム、警察その他の政府機関、商業的ディスパッチングお
よびページングシステム、緊急サービスおよび船舶電話
等が含まれる。過去において、これらの必要性は陸上移
動体無線機によって部分的に満足されていた。しかしな
がら、これらのサービスは常にシステム容量よりも多く
の潜在的なユーザに面にしていた。周波数またはスペク
トル帯域割合は、潜在的なユーザの全体数を同時に処理
するのに充分な容量を与えるものではなかった。 それであっても、私的な個人的の、仕事上のおよび航
空通信のような新しいクラスのユーザは、移動体および
遠隔ユーザに対するサービスの要求を増加させている。
多数の遠隔的にアクセス可能なコンピュータおよびデー
タシステムの非常な増加はまた、移動体および遠隔ユー
ザに対して音声通信に加えてデジタルデータ通信に対す
る要求も生じさせている。さらに、新しい形式の遠隔デ
ータ収集または検知システム、文字数キーパッドまたは
キーボード入力システムが提案されており、それらは現
在の通信システムによってサービスすることができな
い。したがって、新しい通信システムがこれらの要求の
サービスのために提案され、構成されなければならな
い。 新しい通信システムの構成において、設計者および最
終のユーザの両者に対するキーとなるものは、システム
のチャンネル容量である。商用のシステムでは、容量は
システムオペレータにとって重要である収入または採算
性に直ちに変換される。その理由は、容量はサービスさ
れるユーザにより生じる収入の数を定めるからである。
許容されるユーザの数は潜在的なユーザサービスのため
に重要である。同時に存在するユーザの数および、した
がって任意の通信システムによりサポートされる容量
は、ユーザ間の相互干渉の量によって決定される。 現在の移動体無線サービスは、利用できる帯域幅をも
っと小さい帯域またはチャンネルに分割する周波数分割
多重化（FDM）または周波数分割多元接続通信（FDMA）
システムとして動作する。相互干渉を減少させるため
に、いくつかの帯域幅はまた、ユーザ間の減衰または分
離を行なうために、チャンネル間のガード帯域に割当て
られている。全二重通信は２つのチャンネルを必要とす
る。全体のチャンネル数は一般に半分に分割される。そ
の一方の半分は中央ベース中継器に対するアップリンク
および通話制御用であり、他方の半分はユーザに対する
ダウンリングおよび制御信号用である。さらにいくつか
のチャンネルが、追加のユーザに対してプロトコルおよ
び通話制御のために割当てられてもよい。したがって、
同時ユーザ数はチャンネルの見掛け上の数よりはかなり
低いものである。 システム容量はチャンネル数を増加させることによっ
て増加させることができるが、これはチャンネル帯域幅
を減少させ、音声品質を制限し、またユーザの高速デー
タ伝送を制限する。その代りにシステム容量を増加させ
る好ましい方法は、周波数の再使用である。周波数の再
使用は、２台のユーザ受信機による信号排除に対する最
小値によって、２つの領域が互いに減衰または分離され
る限り、２つの異なった通信リンク、２つの分離した地
域的領域で、同じ周波数を使用する方法である。 不所望な信号の適切な排除のための典型的な分離また
は減衰の要求は、所望の信号から15dB（FM型）乃至30dB
（AM型）或いはそれ以下の程度である。したがって通信
システムは、地域的領域に分割することができ、適切な
減衰によって互いに分離される近接領域で、同じ周波数
を同時に再使用することができる。この技術は、容易に
陸上移動体無線システムに応用することができる。その
理由は無線波が（自由空間における）放射源からの距離
の２乗に比例して本質的に減衰するからである。大都会
区域におけるシステム動作は、建物その他の吸収構造に
よって、1/r³乃至1/r⁵の減衰を実際に受ける。 互いに長い距離によって地域的に分離されているユー
ザは、自然に相互間でそれらの通信信号が減衰される。
したがって、隣接する局からの信号が互いに15dB乃至30
dBの減衰を受けるように配置された数個の相互接続され
たベース局を使用して通信システムが構成される。さら
に容量を増加させるためにベーストランシーバによって
サービスされる地域的領域は、連続的に小さな大きさに
分割され、それらは周波数の再使用を増加させることが
できるようにするために、適当に減衰または隔離される
ことによって分離される。 これは多数の移動体ユーザに適応させる現在の方法で
あるセルラ電話技術に対する基礎である。ここで、各セ
ルは中央ベース局によってサービスされる地域手領域を
構成し、空中の伝送だけがセルを横切って配置されるよ
うに、その中央ベース局は陸上ベースの通信ラインおよ
びスイッチングシステムを使用して他の局とリンク間シ
ステムを形成する。相互干渉を減少し、システム容量を
増加させるために、少なくとも一つのガードセルが同じ
チャンネルを使用する二人のユーザの間に位置されるよ
うにチャンネルを割当てることによって、ユーザ間の離
隔量を確実に最小にするように、周波数の使用は制御さ
れる。セルをまたぐ信号が遠いセルではより小さなレベ
ルの雑音として感知されるように、これらの信号がかな
りの量減衰される位、各セルは十分な大きさを持ってい
る。セルラシステムは中央制御装置を使用し、それは所
望のチャンネル分離を維持するためにシステム内の全て
のチャンネル割当てをトラッキングする最新の処理技術
を使用する。ハンドオフにおいて、移動体のユーザは現
在周波数が許容されているセルから許容されていないセ
ルへ移動する。これは、通信リンクに使用する周波数の
変更をシステムに要求する。もしもチャンネルが隣接セ
ルにおいて利用できないならば、通話はセルの境界にお
いて遮断されて失われる。 現在のチャンネル割当て方式の関連する問題は、いつ
でも通信システムに対して瞬間的にアクセスができない
ことである。チャンネル割当は時間を増加させ、中央制
御装置は通信リンクを設定することを要求し、通話が設
定されることを阻止することすらあり得る。 セルラシステムはまた、特にセル境界付近でマルチパ
スの問題を生じる。このようなセル境界付近では、ユー
ザは中央送信機からと建物からの反射のような源からの
両方の所望の信号を受信し、もしも信号が反対位相であ
れば打消されて大きく劣化する。この問題もまた、無線
電話その他の現在の移動体システムで遭遇する問題であ
る。 同様の問題はドップラ効果や位相シフトを生じる速度
で中央送信機から移動する移動体のユーザに対して生じ
る。この場合には、送信機からの定在波パターンは、半
波長毎に衰えて生じて連続的な受信問題を生じる。さら
に70マイル/h程度の運動は800MHzの周波数で±80Hz程度
のドップラ効果によるシフトを生じてチャンネル間干渉
を増加させる。 FM型セルラおよび無線電話システム放送は、デジタル
データ信号の伝送に対しては有効な技術ではない。現在
のユーザは、2400乃至4800ボー程度（将来のデータ伝送
速度は19200ボーまで伸びることが予想される）のデー
タ伝送速度で、10⁶ないし10⁸程度の非常に低いビットエ
ラーレートを有する高品質なデータ伝送リンクを求めて
いる。 もっと小さいセルを使用することにより容量を増加さ
せることは、大きな、高いユーザ密度、大都市また都市
領域では有用であるが、ユーザ密度の低い田舎区域では
有用ではない。容量の増加は、経済的なこと（ベース局
のコスト対その領域でサービスされるユーザ数）から田
舎区域では達成されそうもない。したがって、セルラ電
話は大都市区域の需要に合う場合もあるが、24％の人口
密度地と85％の陸地からなる米国のような国々の田舎区
域の需要には合わない。さらにより大きな田舎区域セル
は、隣接する都市区域における周波数の再使用を減少さ
せる。これは単一の大きなセルが、同じ周波数を使用す
ることができないいくつかの小さなセルに隣接するため
に生じる、セルシステムに対するこの設計およびその他
の設計における考察および問題は、文献（IEEE Communi
cation Magazine 24巻２号1986年２月特に８〜15頁参
照）に詳細に説明されている。 低密度、田舎または遠隔区域に対して経済的にサービ
スを行なうために衛星通信システムは必要であると以前
から仮定されていた。しかしながら、衛星通信システム
が使用されないのであればさらに伝送するために地上中
継局間の単一の長い距離に対して地上ベースの電話通信
が使用されるものに対して衛星通信システムは大容量通
信リンクを一般に利用する。これは、移動体ユーザまた
はすでにローカルな電話サービスを持たないシステムユ
ーザのニーズを取扱わない。 いくつかの衛星通信システムが中央中継局の代りに個
々のアンテナを介して単一のユーザを取扱うために提案
されているが、しかし衛星局が動作する周波数および伝
送方法は、高価で、移動体システムに使用するには柔軟
ではない巨大な固定アンテナを使用する結果を導くこと
になる。 提案された衛星通信サービスは、UHF周波数中継器お
よび振幅コンパンド（compand）単側波帯（ACSSB）のよ
うなAM変調方式を使用するFDMAシステムとして動作す
る。周波数の再使用は、上記のセルラシステムに類似し
た衛星通信システムに対して使用することができる。米
国大陸は、それぞれの領域に対して別々のビームを使用
して複数のビームアンテナを使用することによって、地
理的な領域またはセルに分割することができる。各領域
における信号またはアンテナパターンが、最も近接する
領域に対して10dB程度、また次に近接する領域に対して
20dB程度等々の減衰を受けるならば、所定の周波数は20
dBの感度排除に基づいて２つの領域で再使用できる。こ
れは、大陸内通信システム中で任意の時間に機能なユー
ザの数をほぼ２倍にする。しかしながら、これはサービ
スに対する要求を満足させない。 最新の周波数走査技術を使用して、ターゲット地域を
横切ってアンテナパターンを走査するアンテナ設計が提
案されている。これらのアンテナ方式は、通信衛星で使
用されるような所定のアンテナ反射器によって、異なっ
た周波数を異なった角度に反射させることができるとい
う利点がある。これは、アンテナ放射システムにより送
信される周波数が変化するとき、アンテナ反射器により
地上に生成される実際のスポットが移動することを意味
している。このようにして、同じアンテナ構造によりビ
ーム位置を変えることができる。しかしながらこのよう
な技術は、異なった周波数を異なった領域に向けるアン
テナ構造を使用し、したがって各領域に全体のスペクト
ルの一部のみを割り当てることによる周波数再使用の利
点を完全に得ることができない。 衛星通信システムは、ユーザと直接通信する地上ベー
スの中継器や、同じユーザと通信する一連の多数の衛星
を使用しない。したがって、現在のシステムはユニバー
サルなサービスを行なわない。すなわち、別の伝送装置
や新しい周波数帯域を使用することなく、ユーザが広い
地理学的範囲にわたって位置を変え、通信できる能力を
提供しない。複数衛星システムでは、周波数の再使用は
地理学的ターゲットの領域間の分離によって制限され
る。衛星システムにはまた、移動体無線や電話システム
と同様に、マルチパス、ブロッキング、フェーディング
等の問題がある。 ユーザの干渉を減少させる別の方法には、時分割多元
接続（TDMA）または多重化（TDM）システムがある。こ
れらのシステムは、各信号が衛星に対して出て行く信号
の一部を使用するだけであるように、別々のユーザ信号
を時間的に多重化またはインターリーブンする中央受信
局を使用する。時分割方式は、全体のスペクトルを予め
定められた時間インクレメントに分割する。通信中継シ
ステムにおける全ての信号は、この時間的に制御された
シーケンスの一部分に割当てられる。したがって、他の
ユーザが全く同じ時間にリンクを使用することはない。
全てのユーザに対して同時であるかのように、割当てら
れる部分は非常に小さく、インターリーブは非常に大き
い、しかしながらこの時間ベースの信号同期化は、同時
に調整することができるユーザ数に対する当然の制限を
生み、これは望ましい数よりも少ない。また、同時に多
数のユーザを同期させることは、システムの複雑性を増
し、コストを増加させる。 高密度の都会から非常に低い密度の田舎まで種々の環
境のユーザにわたって、多数のユーザに適合する通信シ
ステムが必要である。通信システムは標準のスペクトル
割当て帯域幅内において増加した容量を有し、しかも現
在得られるものと同程度またはそれよりよい通信品質を
有することが必要である。さらに、低い電力密度で高速
低ビットエラーレートのデータ伝送を処理することので
きる通信システムに対する必要性が存在する。 ［発明の解決すべき問題点］ したがって、上記欠点を考慮して、この発明の目的
は、高い同時ユーザ容量を有する多元接続通信システム
を提供することである。 この発明の別の目的は、自動ドップラシフトおよびフ
ェーディング制御機能を有するシステムを提供すること
である。 この発明の目的はまた、将来の必要性に合致し将来の
別の通信システムとインターフェイスすることができる
ように拡張できる通信システムを提供することである。 この発明のさらに別の目的は、各種の移動体および遠
隔ユーザの必要性に合致させることのできる廉価な通信
システムユーザターミナルを提供することである。 この発明のさらに別の目的は、非常に低いビットエラ
ーレートで高速デジタルデータ信号の送信および受信を
行なうことである。 ［問題点解決のための手段および作用］ これらの、およびその他の目的および利点は、符号分
割スペクトル拡散通信信号を使用する複数のユーザへ
の、複数のユーザからの、または複数のユーザ間で通信
するための手段と、通信する手段に結合され、同時に他
のユーザ間でなされている通信の相互干渉信号電力に対
して、複数のユーザの少なくとも２人のユーザ間でなさ
れている通信の平均信号電力を増加させることにより、
通信信号間の境界分離を行なう分離手段とを具備する多
元接続スペクトル拡散通信システムによって達成され
る。分離手段は、実質上同時の複数の操縦ビームを発生
する手段に結合されたフェーズドアレイアンテナと、２
個の円偏波状態の一方または双方を得るように構成され
たアンテナ構造と、信号受信を最大にする構成的な干渉
を生成するために２以上の位置による同じ通信信号を送
信または受信するトランシーバ手段と、前記情報信号に
対して予め定められたアクティブレベルに応答して前記
符号分割スペクトル拡散通信信号に対する出力電力デュ
ーティサイクルを調整する第１の電力制御手段または通
信リンクを完成するために必要な最小電力レベルに応答
して前記符号分割スペクトル拡散通信信号に対する出力
電力レベルを調整する第２の電力制御手段を備えてい
る。 この発明の多元接続スペクトル拡散通信システムの好
ましい実施形態は、前記符号分割スペクトル拡散通信信
号をともなうユーザに対して予め定められたパイロット
チップシーケンスを送信する手段をさらに備えている。 好ましい実施形態においては、通信手段は、疑似直交
拡散関数を発生するためのチップ発生手段と、拡散関数
の一つをユーザに割当てる符号選択手段と、符号分割ス
ペクトル拡散通信信号を送信または受信できる複数の移
動体ユーザターミナルとを具備している。それら各ユー
ザターミナルは、割当てられた拡散関数にしたがって、
入力情報信号に応じて符号分割スペクトル拡散通信信号
を発生する送信機と、符号分割スペクトル拡散通信信号
を検出して割当てられた拡散関数にしたがって出力情報
信号を発生させる受信機と、全方向性アンテナとを具備
している。少なくとも一つの中継器が使用され、複数の
ユーザターミナルから通信信号を受信し、意図している
受信者に伝送するのに適した形態にその符号分割スペク
トル拡散通信信号を変換するために使用される。 この発明のさらに別の観点によれば、中継器は、通信
リンクをともなうユーザに対して予め定められたパイロ
ットチップシーケンスを送信する手段を具備しているこ
とが好ましく、受信機はパイロットシーケンストラッキ
ンググループを有している。中継器中にはアクティビテ
ィ検出装置が設けられ、入力情報信号中の信号アクティ
ブレベルを感知し、予め定められたサンプリング時間に
わたって予め定められたしきい値レベルより下の感知さ
れたアクティビティの減少に応答して中継器の送信電力
デューティサイクルを減少させる。 ユーザターミナルはまた、入力情報信号中の信号アク
ティブレベルを感知し、予め定められたしきい値レベル
より下の感知されたアクティビティの減少に応答して、
ユーザターミナルの送信電力デューティサイクルを減少
させるアクティビティ検出手段を具備してもよい。 ターミナルはさらに、受信した符号分割スペクトル拡
散通信信号中にある受信された電力レベルを感知し、感
知された電力レベルに応じて、符号分割スペクトル拡散
通信信号を送信するためにアンテナに供給される出力レ
ベル電力を調整する電力制御手段を具備することができ
る。 好ましい実施形態のアンテナは、予め定められた偏波
モードを選択するようにアンテナを調整する偏波制御手
段を具備している。 この発明のさらに別の観点によれば、中継手段は１以
上の地上に配置された中継器、または１以上の人工衛星
に配置された中継器、或いはその両者を備えることがで
きる。通信システムは少なくとも２個の人工衛星および
地上に配置された中継器を使用することが好ましい。一
般に人工衛星に配置された中継器は、ハブとして知られ
ている中央制御局を使用する他の通信システムに接続さ
れている。このようにして以前には利用できなかったよ
うな方法でユニバーサルなサービスが得られ、高密度ユ
ーザ区域において地上に配置された中継器は、人工衛星
上の電力流出を減少させ、それらの電力容量を増加させ
るために田舎のユーザの負担を軽減できる。中継器は、
同時に複数の操縦可能なビームを生成するために、フェ
ードアレイアンテナ構造を使用することが好ましい。 この発明のさらに別の観点によれば、通信システムは
復調器を具備し、この復調器は、入力符号分割スペクト
ル拡散通信信号を局部基準信号と相関する無線周波数混
合器を使用する。その結果生じた中間周波数スペクトル
拡散信号はフィルタ処理され、不所望な周波数成分が除
去される。フィルタと直列に接続されている位相分割手
段はスペクトル拡散信号をアナログ同位相信号およびア
ナログ直角位相信号に分割し、それらは次いで可変速度
のデジタル同位相および直角位相信号に変換される。結
合手段は、復調器中の他の部品によって処理するために
デジタル同位相および直角位相信号をシリアルに単一デ
ータラインに伝送する。 パイロットチップ基準手段は、復調器により受信され
た通信信号をともなう送信された予め定められたパイロ
ットチップシーケンスに対応して、ローカルビットシー
ケンスを発生する。 結合手段および前記パイロットチップ基準手段に接続
された搬送波トラッキング手段は、ローカルパイロット
チップシーケンスに関する符号分割スペクトル拡散通信
信号のタイミングを決定する時間的関係で受信された信
号とローカルパイロットチップシーケンスとを比較す
る。局部混合周波数源の周波数を調整する決定が行われ
る。結合手段およびパイロットチップ基準手段に接続さ
れたチップ同期手段は、ローカルパイロットチップシー
ケンスに関する符号分割スペクトル拡散通信信号のタイ
ミングを決定する複数の時間的関係で受信された信号に
対してローカルパイロットチップシーケンスを比較す
る。この比較はアナログ・デジタル変換に対する速度が
調整が必要であるか否かを決定する。 ユニットチップ手段は割当てられた拡散関数に対応す
るビットシーケンスを発生し、これは、結合手段に接続
されて同位相および直角位相スペクトル逆拡散情報信号
を発生する逆拡散手段により使用される。これらの信号
は、それから出力手段において結合されて、出力情報信
号を形成する。 この発明はまた、複数の通信サービスユーザに対する
高容量多元接続通信方法を提供する。その方法は、複数
の狭帯域アナログ入力またはデジタルデータ入力信号を
複数の広帯域符号分割スペクトル拡散通信信号に変換
し、割当てられた拡散関数および予め定められた搬送波
周波数を使用し、同時に他のユーザ間でなされている通
信の相互干渉信号電力に対して、複数のユーザの少なく
とも２人のユーザ間でなされている通信の平均信号電力
を増加させることにより、複数の符号分割スペクトル拡
散通信信号に対して境界分離を施し、符号分割スペクト
ル拡散通信信号をユーザとの間で伝送し、ユーザによっ
て受信された符号分割スペクトル拡散通信信号を狭帯域
アナログまたはデジタル情報信号に変換するものであ
る。 この発明の方法はまた、パイロットチップシーケンス
を送信し、中継器を通して信号を送信および受信するス
テップを有する。中継器は、少なくとも一つの地上に配
置された中継器および／または少なくとも一つの人工衛
星上に配置された中継器を備えることができる。 ［実施形態］ この発明は、多数の移動するまたは固定された、およ
び田舎または遠隔地のユーザの間に通信リンクを与え
る、１以上の人工衛星または地上に配置された中継器を
使用する新しい通信システムを構成するものである。多
数のユーザを得るために、通信システム内のユーザター
ミナルは、符号分割多元接続（CDMA）スペクトル拡散伝
送信号を使用するフォワードエラー訂正符号化通信信号
を送信する新しい変調器および復調器を使用する。さら
に、システム容量および通信は、複数のビームフェーズ
ドアレイ中継アンテナ、偏波強調移動体アンテナ、通信
信号の受信および送信用の干渉パターンを発生する手
段、音声またはアクティビテスイッチング、または可調
整ユーザターミナル電力制御を備えたユーザ間の境界分
離を与える手段を使用することによりさらに強化され
る。さらに、単独のパイロットチップシーケンス信号が
使用されて捕捉およびトラッキングを改良する。 伝統的に、CDMAはスペクトルの利用が劣っているよう
に見えるために、FDMAおよびTDMAと比較して多元接続技
術として劣っていると思われてきた。これはFDMAおよび
TDMAに対しては、所定の帯域を分割することのできる等
しい帯域幅のチャンネルの数か、ユーザチャンネル当り
の帯域幅で全体の帯域幅を分割した数にほぼ等しいとい
う理由に基づいている。一方CDMAは、次のような理由に
よってより少ないチャンネルを与える。 多数の等しいユーザがCDMAを使用する共通の周波数帯
域を共用しようと希望する、帯域幅が限定された状況で
は、そのような等しいユーザの数は次の式によって決定
される。 I/S＝W/R−Eb/No （１） ここで、Ｉは各ユーザの受信機によって見られる全体
の干渉電力であり、全てのユーザの全体の電力に等し
く、それはユーザ数×ユーザ当りの電力に等しい。 Ｓはユーザの電力であり、したがってI/Sはユーザの
実効数に等しい。 Ｗは、スペクトル拡散信号により占有された帯域幅で
ある。 Ｒは、各ユーザのデータ速度である。 Eb/Noは、使用される変調および符号化システムに要
求される信号対雑音比である。 W/RはTDMAおよびFDMA容量であることを認めることが
できるから、CDMA容量はEb/Noに等しい量だけ常に少な
いように見えるであろう。実際のシステムにおいては、
この量は使用される変調および符号化システムによって
ほぼ３〜5dBである。 この発明は、境界分離を生成する手段を使用すること
によって、CDMAシステムの容量は非常に増加させる。境
界分離という用語についてここで定義する。キーとなる
考えは、スペクトル拡散受信機は、一つの所望の信号に
対する干渉として、全てのユーザの入来電力の重み付け
された合計を見るということである。もしもシステムが
不均一な重み付けを与える手段を備えているならば、容
量の増加は重み付けの差から得ることができる。FDMAま
たはTDMAシステムに対して使用されるべき差が小さ過ぎ
ることはCDMAシステムに対しては全く価値のあることで
ある。 以前提案されたCDMA人工衛星システムにおいては、地
上をカバーするアンテナを有する広帯域トランスポンダ
が使用された。このようなアンテナは全てのユーザに対
してほとんど同じ利得を与え、境界分離は実現されず、
事実、特性はTDMAまたはFDMAに対するよりもCDMAに対し
て悪かった。しかしながらこの発明では、境界分離を実
現する能力を与える複数の操縦ビームアンテナを利用す
る。このようなアンテナはまたFDMAおよびTDMAシステム
の容量を増加させるが、CDMAに対してはるかに大きな容
量利得を与える。これは、FDMAおよびTDMAシステムでは
許容できる特性を与えるために、少なくとも共通チャン
ネル信号の15dBの分離を必要とするからである。一方CD
MAシステムは、1dB程度の分離から有用な容量増加を得
る。 境界分離は、干渉ユーザ信号の入来受信電力に対して
等しくない重み付けを与えるシステム特性として定義さ
れる。この発明の実施形態は境界分離を行なうために、
複数の操縦アンテナ、アンテナ偏波、複数の人工衛星か
らの干渉ビームパターンの形成、異なった距離の干渉に
対する通路損失差、および連続送信デューティサイクル
をより低くすること等のいくつかの機構を利用する。境
界分離を生成する別の方法は、通信システム設計の当業
者によって可能である。 例示された通信システム10は、8MHzのスペクトル拡散
帯域幅Ｗと、帯域幅に対する比が1600の5kHzの情報信号
帯域幅Ｒと、32dBの処理利得を使用する。Eb/Noが5dBで
あると仮定すると、ユーザ数は式１から計算することが
できる。これらの条件下ではI/Sは27dBである。したが
ってユーザの全体の数（Ｉ＋Ｓ）は約500人である。こ
れは通信システムがこれらの条件で500人のユーザをサ
ポートすることを意味する。しかし、これらは全て同じ
条件下で動作し、システム内で等しい電力および分離を
有するユーザである。 もしも、システム通信リンク中の干渉に対してシステ
ムユーザが不均一に分離されまたは寄与しているなら
ば、新しいユーザを追加できる。これはビームの幅の中
央にわたって比較的平坦な“応答性”すなわち利得を示
し、縁部で鋭く落ちるアンテナパターンを使用して説明
することができる。もしもアンテナビーム幅の中央の高
利得部分よりも大きな区域にわたってユーザの等しい分
布を仮定するならば、各ユーザは利得中のロール・オフ
のために、その信号に対して影響を与える相対的利得に
よって重み付けされる。第１図は、通信システムに対す
るロール・オフの影響を示している。 第1a図は、実際の利得、最大の利得および最小の利得
に対する、静止軌道からのＬバンド送信に対して使用さ
れる典型的な人工衛星アンテナのボアサイトからの単一
側の角度グラフである。このアンテナパターンはCDMAシ
ステムではなく、FDMAシステムに対して最適化されたア
ンテナを表わしている。第1b図はボアサイトの中心から
の両側または全体の角度として表わされた利得領域およ
び角度を有する表形式の最小および最大の利得データを
示す。もしも各領域中の最大利得および全体領域に対す
る利得係数を使用し、米国の典型的な7.4度の幅にわた
ってユーザの均一な分布があると仮定するならば、第1b
図は全体で2326のユーザが、対象となるユーザの強度を
持つ500人のユーザと同じ有効干渉を有することを示し
ている。 “Δ角度”の欄は各利得範囲の角度の大きさを与え
る。“＃ユーザ”の欄はこの利得におけるユーザの割合
とユーザの全体数を乗算することによって計算される。
次の式が使用される。 ＃ユーザ＝Δ角度×全ユーザ /USの全角度 ……（２） “重み付けした＃ユーザ”欄は、“＃ユーザ”欄とそ
の範囲の最大利得との乗算により計算される。これはこ
の最大利得でこの領域にいるユーザと同じ干渉を生じる
0dBにおけるユーザの等価人数を計算する。次の式が使
用される。 重み付けした＃ユーザ＝ ＃ユーザ10−（最大利得/10） ……（３） 1dB程度の小さな減衰でさえ重み付けた全体をいかに
減少させるかに注意することは重要である。最後に、
“重み付けした＃ユーザ”が合計される。説明のために
U.S.におけるユーザの数は、“重み付けした全体”が上
で使用した約500人のユーザになるように調整される。 “CDMA再使用係数”は2326対500の比として計算され
る。3.70の“FDMA再使用係数”が7.4度／（1.0度＊２）
として計算された。7.4度はU.S.の幅であり、1.0度はア
ンテナの2dBビーム幅であり、一方のビームにおいて周
波数の半分を使用する必要があり、残りの半分は次のビ
ームで使用する必要がある。したがって周波数が再使用
される前に二つの帯域幅をとる。FDMAに対して最適化さ
れたアンテナを使用すると、CDMAはより良い再使用係数
を示す。もしも同じ大きさのアンテナがCDMAに対して最
適化されたならば（最小雑音ビーム幅）、CDMA再使用係
数は、6.67/3.70＝1.80の再使用利得を与える6.67にさ
らに増加する。 もしも、複数のビーム位置が設けられて、そのため全
てのユーザがビームの中心付近で受信するならば、有効
ユーザの全数は500人であるが、システムは実際には232
6人のユーザをサポートすることが認められる。したが
ってシステムは、周波数再使用を行なうために数dBの境
界分離を使用し、これは他のシステムでは使用されな
い。この実効隣接ユーザ減衰を増加させる能力により、
この通信システムが他の通信システムと比較して非常に
増加した周波数再使用を提供できるようになる。 この発明の原理にしたがって動作する通信システムの
全体の概要は第２図に示されている。第２図において、
スペクトル拡散通信システム10は、地上の中継器12、ま
たは１以上の中央局16を有する軌道中継器14を使用し
て、移動体ターミナル20または22および固定ターミナル
24または26との間で情報の送受信を行なう。 情報という用語は、ターミナルの中には典型的なアナ
ログまたは音声信号とともにデジタルデータの形態の信
号を送信し、或いは送信するように構成されているもの
もあるから、デジタルデータおよび音声信号の両者を含
めて使用される。デジタルデータの伝送は一般に、ユー
ザターミナル22または26の回路を有するTTY装置または
コンピュータのようなデータ発生源とリンクする適当な
インターフェイスを使用して行われる。モデムその他の
データ通信インターフェイス装置は容易に設計され、当
業者にはよく知られているのでここでは詳細な説明は行
なわない。 高品質の有線網による通信リンクに容易かつ安価にア
クセスできる大都会区域においては固定ターミナル24ま
たは26はそれ程利点をもたらさないので、この発明の好
ましい実施形態の通信システム10は、移動体ターミナル
20または22を多数使用する。しかしながら、長距離すな
わち、遠隔の位置にある固定局24および26は、この通信
システム10によって大きな利益を得る。その理由は、地
上の有線またはケーブルによるリンクは非常に高価なも
のとなり、インストールが困難で、多くの区域では存在
さえしないからである。 通信システム10は通信のために数個の別の経路を使用
し、或いは使用すべき段階で展開する。初期の通信シス
テム10の装置は、恐らく専ら地上に配置された中継器12
を使用し、その中継器12はターミナル20、22または24と
の間で情報を通信し情報を中継する。これは通信システ
ム10を二つの部分、すなわち地上部分と人工衛星部分に
分ける２重破線の右側のシステム10の部分によって示さ
れている。この発明の地上に配置された中継器12は改善
された高品質高容量の通信を行なうことによって通信技
術を進歩させる。しかしながら、通信システム10の地上
部分はまた軌道衛星中継器14とインターフェイスするよ
うに構成されている。 最初のシステムは、現存する電話網32により相互リン
クされている地上の中継器12を通る、或いは光ファイバ
または無線通信リンク34を通る通信リンク30を有する多
数の遠隔または移動体ユーザを収容する。その後衛星が
打上げられたとき、通信システム10は衛星リンク36を使
用してユーザ、特に田舎のユーザと接続する。その後別
の衛星が打上げられ、改善された通信およびより高いシ
ステム容量を与えるう。付加的な制御および信号処理
が、衛星リンク38を介して中央地上局またはハブ16を使
用することにより衛星部分で行われることが好ましい。 これは通信システム10を非常に柔軟にし、各種の通信
に対する要求およびサービスを処理する利点を生じさせ
る。通信システム10は、政府機関の承認および衛星の開
発および打上げ時間に釣合ったより大きなユーザベース
または地理的サービス区域に適合する。 この二重システムは、ユニバーサルなサービスおよび
干渉の２点で現在のシステムにまさる付加的な利点を有
している。ユニバーサルなサービスにより、ユーザがシ
ステム内を自由に移動し、位置に関係なく通信できるよ
うになる。すなわち、田舎、小都市または都市区域およ
び地上、空中または水上の移動形態を切換えるユーザに
移動体アクセスが提供される。このサービスは設備を変
更しないで個々の、低価格のユーザターミナルに与えら
れる。これはまた、セル配置により与えられる通常の
“ホームカバレイジ”の外でさえもユーザが通信システ
ム10のアクセスを有することを意味する。 通信システム10は、多数の小さなセルに隣接して位置
する大きなセルを有するセルの大きさが変化しているセ
ルラシステムとして構成することができる。これは周波
数再使用の量を減少させるけれども、周波数再使用容量
が非常に増加することによって通信システム10に対して
実質上の制限にはならない。それはそのような再使用の
制限または損失に適合することができ、以前の通信シス
テムよりもユーザに対してサービスできる。通信システ
ム10は、セルラシステムにおいて従来見られた周波数再
使用のための同じガードセルまたはスペースを必要とし
ない。 前に論じたようにセルラ電話や移動体無線のような現
在の通信システムは、SCPすなわち搬送波当り単一チャ
ンネルのFDMAシステムであり、それは全体のスペクトル
を各ユーザまたは通信リンクに対する別々のチャンネル
または周波数に分割する。これらの通信システムはFMま
たはAM変調技術を使用し、それは一般にユーザ間で、FM
に対しては15dB、AMに対しては30dBまたはそれ以上の程
度の減衰が最低限必要である。 通信システム10は、相互干渉を減少させるために疑似
直交ビットシーケンスを使用する符号化されたデジタル
通信信号の設定によりユーザ容量を増加させるためにス
ペクトル拡散信号伝送技術を使用する。同時に、通信チ
ャンネルは割当てられた帯域幅全体にわたり、或いは占
有するように広がり、それは通信品質を改善し、増加し
た帯域幅信号を可能にし、周波数の選択性フェーディン
グの影響を減少させる。 スペクトル拡散通信は、狭い帯域幅の信号を広い帯域
幅の信号に変更または拡大する拡散関数により、出力情
報信号を処理することを含む、拡散関数は再生可能な関
数であり、それは狭い帯域幅の伝送信号をもっと広い帯
域幅に広げて信号のピークスペクトル密度を減少させ
る。これはダイレクトシーケンススペクトル拡散コーテ
ィングである。その代りに、拡散帯域幅に対して搬送波
周波数を疑似ランダムにホップさせることができる。ダ
イレクトシーケンススペクトル拡散はマルチパス干渉を
取扱う適用には好ましい。 通信システム10においては、これは、音声等のアナロ
グ入力信号をデジタル形態に変換し、それらを広い帯域
幅の高い周波数のデジタル拡散信号と乗算することによ
って行われる。デジタル入力信号は直接的に拡散させる
ことができる。その結果生じたスペクトル拡散信号はそ
の後搬送波を変調し、通信信号を生成するのに使用され
る。また最初に搬送波を変調し、それから拡散関数を適
用することも可能である。しかし好ましい実施形態とし
ては、デジタル処理が容易であるために最初の方法を使
用する。 広い帯域幅の拡散信号は、この技術分野でチップと呼
ばれている周期Tcの一連の決定論的なビットを含んでい
る。チップまたはチップシーケンスは、当業者によく知
られている技術および電子装置を使用して発生される。
既知のコーティング方式と同様に、スペクトル拡散チッ
プシーケンスを発生するための各種の技術がある。その
ような技術または方法の一例は、文献（Spread Spectru
m Communication第１巻、M.K.Simon他第５章262〜358
頁）に示されている。 チップは、入力音声またはデータ信号よりかなり高い
周波数で発生される。この高い周波数でチップを発生さ
せることにより、一連のチップは１情報ビットごとに対
して発生される。使用される特定のチップ周波数は通信
システム10に割当てられた帯域幅に依存する。以下に説
明するように、（可能な場合）割当てられた全帯域幅を
カバーし、高い処理利得を達成するように通信信号を広
げることが望ましい。またチップ速度が速くなれば、ス
ペクトル拡散通信システムはより多くのユーザをサービ
スできる。その理由は、高い速度は情報ビット当りより
多くのチップを発生し、ユーザ間を識別する疑似直交コ
ードを増加させるからである。 9MHzのスペクトル割当て帯域幅で、拡散信号を処理す
るために５次の楕円フィルタを使用すると、2dBの通過
帯域リップルおよび30dBの阻止帯域減衰を有する信号を
出力するために約8MHzのチップ周波数が使用される。こ
の周波数は長いチップシーケンスを与え、それはユーザ
間の識別のための多数の別々のアドレスまたはコードを
与える。 通信システム10はシステムのユーザ容量を増加させる
ために符号分割多元接続（CDMA）信号を使用する。これ
は各ユーザに対してチップシーケンス中に特定のコード
を割当てることにより行われ、そのためユーザ間の相互
相関関数は小さく、ユーザは互いに疑似直交であるとい
うことができる。前述のように、コードまたはチップシ
ーケンスのファミリーを決定または発生するために使用
することのできるコード関数が知られている。その例と
して示せば、前述のスペクトル拡散通信の文献に示され
たようなGOLDコードがある。 ユーザターミナルが通信システム10の中で使用される
時間全体に対して予め定められたまたはユニークなチッ
プシーケンスが特定のユーザに割当てられるように、或
いは通話設定プロトコルの一部として通信リンクをユー
ザがスタートさせる時間ごとに予め定められたまたはユ
ニークなチップシーケンスが割当てられるように、チッ
プシーケンスを発生させ、または選択することができ
る。もちろん、これは全てのユーザチップシーケンス割
当ての中央記録すなわちリスティングンを維持すること
を意味する。 通信システム10の地上の中継器12は第３図に示されて
いる。第３図において、田舎または都市に配置されてい
る通信信号を受信または送信するためにアンテナ40を使
用する、アンテナ40は、中継器12の送信および受信部分
の両者またはモードにアンテナを結合することを可能に
するテュプレクサ42に結合されている。これは２個使用
するのと比べて単一アンテナの使用によりアンテナの設
計および設備を簡単にする。しかしながら、この発明の
作用に対しては単一のアンテナである必要はない。 デュプレクサ42は、入力または受信された通信信号を
受信電力分割器44を介してスペクトル拡散受信機46に送
る。この受信機46は、それぞれ特定のユーザまたは通信
リンクを処理する。したがって各中継器は、所定の時間
に適合することが期待されているユーザ又は通信リンク
と同じ数の多数のスペクトル拡散受信機を使用する。受
信機46は、入力通信信号をさらに低いIF周波数に変更さ
せ、その信号を追跡し、ロックする回路を備えている。
受信機46はその後搬送波を除去し、デジタル的に符号化
された信号を生じるようにその信号を逆拡散する。符号
化された信号はデータ・音声復号化器48に転送され、そ
こで地上リンクによって使用するアナログまたは音声信
号に変更される。第３図では、他の場所へ伝送するため
の電話回線に音声信号を結合するために、電話回線網イ
ンターフェイス50が使用される。その代わりに、図示さ
れていないが、信号を光ファイバ通信ケーブルに結合す
るために光ファイバ結合器を使用することもできる。イ
ンターフェイスおよび光ファイバ結合器は市販されてい
る装置であり、地上通信システムの技術の当業者によっ
て設計できる。 中継器12はまた、そのサービス区域内の他の移動体ユ
ーザと直接的に入来信号を通信できる。この場合には、
マイクロプロセッサ制御装置および回路を備える中継器
制御装置52が、復号された通信信号を通信プロトコル
（チップシーケンス割当）中で特定されたユーザにルー
ティングする。この通信リンクに対する両ユーザには特
定の送信機と受信機が割当てられる。各ユーザには前も
って特定のチャンネルが割当てられる。用語チャンネル
は通信システム10に対しても使用するが、ここではシス
テムの全電力に対するパーセンテージに使用する。各ユ
ーザは中継器により使用される全スペクトルを一般に占
有しているが、通信リンクを確立し維持するために必要
な最小の電力量によって決定される、中継器が利用でき
る電力の一部のみが割当てられる。実施形態では全体の
スペクトル割当て半分に分割され、その一つは通信リン
クのアップリンク部分で使用され、残りの半分は通信リ
ンクのダウンリンク部分で使用される。 この形式の電力制御を使用することによって、ユーザ
との通信を維持するために必要な電力量は、距離に対す
る無線波の減衰に基づいてユーザが中継器に対して近づ
くにつれて減少する。電力減少の効果は第４図に示さ
れ、通信リンク形成に使用される平均電力に対する中継
器からの距離のグラフが示されている。さらにこの形式
の分配に対して、中継器に必要な全電力はほとんど２分
の１に減少する。この減少は、中継器に必要な電力を減
少させ、或いは同じ電力要求に対して２倍容量を増加さ
せるために使用できる。この電力の減少は、近接通話の
干渉も減少させる。 第３図に戻ると、地上リンクまたは他のローカルなユ
ーザのいずれかからの情報信号は、音声・データ符号化
器54を介してスペクトル拡散送信機56に送られる。送信
機56では、デジタル的に符号化された信号が拡散され、
所望の通信信号を形成するために搬送波を変調するのに
使用される。通信信号は、送信電力結合装置58およびデ
ュプレクサ42を通ってアンテナ40に送られる。 中継器12によりサービスされる区域内に残っている通
信信号に対して、この発明の好ましいシステムにおいて
は、デジタル復号化器48および符号化器54を介してこの
信号を中間信号にしたものをルーティングしない。その
代りに信号は、実際のアナログ形態への変換よりもむし
ろスペクトル拡散コード割当てを変更する必要として復
号化のみを行なう受信機46と送信機56との間で直接伝送
される。 この発明の中継器は、信号の複製を必要とすることな
く、所望されるだけ多くのユーザに単一の通信信号を送
ることができる。これに関して、メッセージを送るのに
使用されるプロトコルは、アドレスに複数のユーザの表
示を受け入れることができる。したがって、いくつかの
サービスに対して、一つのメッセージを受信機46により
検出し、数人のユーザによる受信のためにいくつかの送
信機56に直接的かつ迅速に送ることができる。これはあ
る形式のディスパッチおよびデータ送信に対して有用
な、いわゆる一つから多数への送信形態である。中継器
は容易にこの反対も受け入れる。その場合には、いつく
かの通信信号が単一の受信機に送られる。多数から一つ
への送信である。 中継器12の従来技術に優る別の利点は、回路中に音声
アクティビティ検出器を含むことである。この検出器
は、通信のないときに使用される電力を減少させるため
に、回路により処理される信号のアクティビティを監視
する。CDMA通信システムにおいては、会話の音節間の短
い期間中に使用される信号レベル、エネルギまたは送信
電力を減少させることのできる高速なアタック、しきい
値感知検出器を使用することが可能である。FDMAおよび
TDMA通信システムでは、この短い期間中にチャンネルの
再割当てまたは同様のステップを行なうことはできな
い。デジタルデータ伝送中の途切れに対してもこれを同
様に適用することができる。電力の減少は、周期を維持
するための短い周期的バーストを除いて送信機をゲート
オフすることにより達成される。これは電力出力回路の
デューティサイクルを変える制御信号を発生することに
より行われる。 アクティビティ検出および電力制御は、通信システム
10に対する実質的にエネルギ消費量の節減をもたらす。
典型的な会話により消費される時間全体の40％が“死”
時間して処理できることが見積もられる。各ユーザに対
するビットエラーレートおよび信号品質は、瞬間ベース
でEb/Ioにより決定される。したがって、もしも干渉の
いくらかがゲートオフされるならば、Ioは減少し、残り
のユーザ干渉もまた減少し、それはシステム容量を増加
させる。その結果生じたユーザ当りの平均電力の減少
は、限定された環境の電力で動作する軌道衛星中継器14
に対しては重要である。 通信システム10の会話死時間の約40％をなくすと、21
/2倍システム容量が増加する。システム容量または通信
チャンネル数のこの増加は、FDMAおよびTDMA通信システ
ムでは可能ではない。その理由は、会話の休止期間中に
おいて、使用中またはアクティブなチャンネルをアイド
ルチャンネルに切換えることは困難であるからである。
さらに信号伝送時間により生じる固有の時間遅延は、衛
星FDMAまたはTDMAシステムにおける通信リンクのアップ
リンク部分において使用するためのそのような信号スイ
ッチング調整を不可能にする。 付加的な利点は、アンテナアレイが中継器12に使用さ
れる場合に生じる。好ましい実施形態のアンテナアレイ
は、ユーザ間の分離を増加させる特定のユーザに向けら
れる複数の操縦ビームを形成する。これは第５図に概略
的に示されており、フェーズドアレイ中継器60はフェー
ズドアレイの固有の性質を使用して操縦性を有するビー
ムを生成し、また特定のユーザまたはユーザ区域に向け
ることのできる複数のビームを生成する。モデム64は、
アンテナ40を除いて前の第３図で示された回路で構成さ
れる。この場合にはアンテナは異なった構造であり、い
くつかの新しい制御素子を使用する。 前の例で単一のアンテナ40に送られた信号は、この例
ではビーム形成装置62に送られる。中継器60で使用され
るビーム形成装置62の数は、受け入れることのできる費
用および複雑性に対する個々のユーザに対する通信につ
いて所望される制御の量に依存する。ビーム形成装置62
の数が増加すれば、モデムから各通信リンクに与えられ
る制御の量が増加する。使用されるビーム形成装置の最
大数はモデムの数に対応し、ユーザ通信についての最良
の制御を行なう。しかしながら、これは大抵の通信の使
用には複雑すぎる。 各ビーム形成装置62は、信号をモデム64中の関連する
送信機からフェーズドアレイ68を構成する一連のアンテ
ナ素子66に送る。当業者には明白なように、フェーズド
アレイアンテナは、特定の方向に沿ったビームを形成す
るために、個々のアンテナ素子66により送信される信号
の相対的位相を制御することによって機能する。素子66
からの信号送信の相対的位相の制御により、特定の方向
に沿って進行する単一ビームを形成するように空間的に
伝送信号が合算される。素子の位相の制御は結果として
得られたビームの方向を制御する。 各ビームの形成装置62は、特定のビームパターンにし
たがって信号を送信するように設計されている。ビーム
形成装置62はモデム64から信号を受けて、アンテナ素子
66と同じ数だけ各単一通信信号から多数の複製信号また
は並列の信号を生成する、第５図では説明のために３個
の素子だけが示されている。通信システム10の好ましい
実施形態では、２次元アレイまたはパターン中に６乃至
15の素子を使用するが、これらの数に制限されるもので
はない。使用される数は周波数再使用の量に応じて、所
望される、実際的な減衰の制限および許容できる中継器
60の複雑性に依存する。 ビーム形成装置62は電子技術で知られている技術を使
用して並列信号の位相を変更し、それらの信号をアンテ
ナ素子66に送る。同時に各ビーム形成装置62からの出力
はデジタル電力結合装置70により合算される。各素子に
向けようとする電力の全てを合算してその素子に送り、
送られたものが隣接するビーム形成装置を通って戻るも
のから分離されるようにこれはなされる。これにより、
ビーム形成装置62によって同時に複数のビームを形成
し、アレイに向けることが可能になる。 さらに、予め選択された領域内の通信または専用通信
リンクによる通信を処理する機能を発揮するように、受
信機と送信機をビーム形成装置に永久的に割当てること
も可能である。専用通信リンクは通信システム10の容量
を減少させる傾向があるが、この種のサービスをよく必
要または要求する緊急サービスのような優先ユーザがい
る。 中継器60のフェーズドアレイはまた、特定領域または
ユーザを検出するために、ある領域の走査や、受信パタ
ーンを向けるのに等しく有効である。アレイの走査パタ
ーンは、特定の領域または方向を監視するために、受信
機の割当てにより予め決定することができる。しかしな
がら、この発明のアレイは静的割当てに限定されない。
アンテナ制御装置72は、各ビーム形成装置により使用さ
れる方向割当てを変える信号をビーム形成装置62に与え
る。このようにして、新しい操縦ビームまたは増加した
ユーザ容量が必要とされる領域に向けられる付加的ビー
ムが生成される。また入来信号は、最高の強度に対して
必要な位相関係によって検出することができる。アレイ
の位相は周期的に走査され、或いは若干調整されてこの
情報を出力する。それから、そのユーザに対する戻りの
信号に対して同じ位相関係をアレイ中で使用することが
できる、このようにして、改善された通信が受信リンク
で得られるみならず、送信リンクでも得られる。 第２図に示された関係で説明された通信システム10
は、大きなリンク間通信システムを形成するために、一
連の地上および人工衛星中継器を使用することができ
る、第２図に示すように、中継器12を中継器12aおよび1
2bに分割し、同様に衛星中継器も14aおよび14bに分割す
ることができる。 地上中継器12aは高ユーザ密度の都市、都会区域でサ
ービスし、一方地上中継器12bは大きな区域であるが、
もっと低いユーザ密度の都市または小都市をサービスす
る。軌道または衛星中継器14aおよび14bは、田舎および
低いユーザ密度のもっと大きな地理的領域をサービスす
る。これはこの発明に対するリソースの好ましい割当て
であるけれども、唯一可能な割当てではない。例えば、
衛星中継器14aまたは14bは、中央ベース局を設定するの
が経済的に合理的ではないような主要都市のサービスに
使用することもできる。これはまた、中間の通信サービ
スリンクを設けることなく、ある大都市のユーザと田舎
のユーザとの間に直接的な通信リンクを持つことが望ま
れる場合に利点がある。 通信システム10の別の重要な特徴は、地上中継器の能
力、特に高ユーザ密度の大都市区域で衛星中衛器から田
舎のユーザを除外する能力である。すなわち、ユーザが
地上中継器範囲内に来たとき、ユーザは優先的にそれら
の中継器を介してリンクされる。通信システム10はこれ
が優先的に伝送されることを許容する。所望ならば、ユ
ーザは地上中継器がすぐ近くにあっても軌道中継器を使
用し続けることができる。これは、フェーディング、マ
ルチパスまたは近傍の地上中継器からの直接干渉による
かなりの信号劣化がある通信を改善できるようにする。 地上中継器への切換えは、ユーザが中継器により接近
するにしたがって、前述の簡単な電力対距離の関係によ
る通信リンクに必要な電力がより減少することを意味す
る。これは第６図に示され、ユーザリンクに対する電力
要求対中継器からの距離のグラフが示されている。さら
に、仮定されたユーザ密度がシステムに対する電力節減
の量のアイデアを与えるために描かれている。通信リン
クに対して必要な電力が少ないことは、システム中で放
射される、他のユーザに対して干渉を生ずる電力が少な
いことを意味している。中継器とユーザアクセスとの間
のこの相互依存的関係は、通信システム10の全体に対す
る容量ならびに電力の問題を改善する。 通信システム10は非常にフレキシブルであり、サービ
スされる区域についての衛星中継器割当ては、サービス
に対する現在の市場の要求に合うように変更できる。こ
れはこの発明の別の利点である。 第２図の衛星中継器14は２つの異なった動作モードで
構成できる。第１のモードは直接ユーザリンクモードで
あり、それにおいては衛星は直接ユーザから受信し、ユ
ーザに送信する。第２のモードは中央ハブモードであ
り、それにおいてはユーザとの間の通信は地上に配置さ
れたハブを介してルーティングされる。 直接ユーザモードでは、衛星は第５図の地上中継器と
類似した回路を使用する。相違は特別の形式のアンテナ
と、通信信号が電話システムのような地上サービスと直
接インターフェイスしなことである。もしも衛星が第５
図の回路を使用するならば、最新のVLSIおよびハイブリ
ッド回路技術が使用されて回路の大きさおよび電力消費
を減少させるであろう。 衛星中継器14は地上中継器で使用されているのと同じ
基本回路を使用できるが、衛星ではできるだけ少ない回
路を使用することが望ましい。衛星は、できるだけ受動
素子で構成して、できるだけ使用電力を少なくするこど
が好ましい。したがって、衛星中継器14として好ましい
実施形態は、通信が通過し処理されるハブすなわち制御
センター16を利用する。これは、地上の個々の通信リン
クに対して必要な受信機および送信機のバンクを維持す
ることにより、衛星中の電力消費を減少させ、システム
の信頼性を高くする。 これは第７図に詳細に示されている。第７図で、ハブ
16は第５図に示された中継器60中に認められる受信機お
よび送信機と基本的に同じ装置を使用する。前述のよう
にスペクトル拡散受信機および送信機は、第５図に示さ
れたようにこれらの装置はグループ化されていることか
ら、スペクトル拡散（SS）モデムバンク74として示され
ている。モデムの各バンクは、一方では電話システムま
たは光ファイバケーブルのような地上通信リンクに対す
るインターフェイス50に接続されている。第７図には音
声およびデータ符号化器および復号化器は示されていな
いが、それらはモデムバンク74のモデムと関連して使用
される。 モデムバンク74は、第５図に見られるような、方向性
または操縦性の複数のビームを形成するために必要な信
号を発生するように作用するビーム形成装置76に接続さ
れている。しかしながらビーム形成装置76の出力は、電
力結合装置またはアンテナ素子ではなく、周波数アップ
コンバータ78のアレイに接続されている。本質的に各衛
星アンテナ素子には、ハブビーム形成装置とアンテナア
レイとの間にそれ自身のチャンネルが設けられている。
偏波再使用が使用されるとき、水平および垂直アレイ素
子にはビーム形成装置に対して別のチヤンネルが設けら
れ、そのため右および左円偏波ビームが形成できる。 アップコンバータ78により供給される信号は、Kuバン
ドアンテナ80を通って衛星中継器14上に設けられた関係
するKuバンドアンテナ82に通信される。この衛星中継器
14とハブ16との間のKuバンドリンクは、Ｌバンドリンク
に比較していくつかの利点を有する。14GHz程度のKuハ
ンド周波数は、通信システム10の残りのスペクトル割当
てと干渉しない。これは、これらのリンクにおいてシス
テムに対する電力要求の一部を消費しないことによっ
て、システム容量を維持することを助ける。このKuバン
ドリンクの別の利点は、アップコンバータがFM変調技術
を使用することである。これは衛星まで長い距離を通過
する信号の位相制御を改善し、衛星中継器中で要求され
る、必要な制御、信号処理および複雑性を減少させ、高
品質の多重同相通信リンクを維持することを可能にす
る。 しかしながら、単側波帯AM変調は構成が容易であり、
それにおいては衛星のリソースを共用する２以上のハブ
16がある。２個のハブが同時に衛星と通信するとき、AM
信号はシステム中で調整するのがより容易である。 衛星中継器14では、受信されたKuバンド信号が検出さ
れ、Kuバンドトランシーバ84によりダウンコンバートさ
れる。信号はそれからＬバンド送信機86に送られ、そこ
でそれは制御された電力レベルまで増幅され、デュプレ
クサ90を通ってアンテナ素子92に送られる。 地上中継器12の場合のように、アンテナ素子92は２次
元フェーズドアレイ94を形成し、それは通信システム10
に対する複数の操縦ビームを与える。当業者にとって
は、好ましい12乃至15素子のアレイによる静止衛星から
地上への直接放射は実用的ではないことは明白である。
解決方法は、反射器96を使用して地球表面上に集束され
たビームの所望のパターンを生成することである。 衛星中継器14上で、単一アンテナ或いは複数のアンテ
ナでさえも使用し、機能的中継器を有することは可能で
ある。しかしながら好ましいアンテナ構造は、上述のよ
うに容量、地域的制御、特別のユーザサービス等につい
て従来の通信システムにまさる多くの利点を与える。ア
レイ94により形成される複数の操縦ビームを特定の領域
またはユーザのクラスに指向することができる。地上中
継器の場合のように、操縦ビームの方向はハブ16により
制御することができ、新しい領域（大きさまたは位置）
に対する衛星のカバー範囲を再割当てする。 ユーザから衛星中継器14に送られる通信信号は、信号
がアレイの同調に対して適当な位相関係にある場合、ア
レイ94により検出される。受信された信号はデュプレク
サ90を通ってＬバンド受信機88に送られる。信号はKuバ
ンドトランシーバ84に送られ、そこでアップコンバート
されてハブ16に送られる。各受信機88は、通信システム
10に割当てられたスペクトルの全帯域幅を受信できるよ
うに構成されている。しかしながら特別の場合には、い
くつかの受信機88を帯域の特定の部分に限定し、選択さ
れた領域の限定されたカバレイジを行ない、または特別
な専用サービスを受け、又は拒否するようにすることも
できる。 ハブ16はまた、“空”の通信信号による電力の消費を
減少させ、容量を増加させるために、前述の音声アクテ
ィビティ回路を使用する。これはまた明らかに衛星中継
器により消費される無用の電力を減少させ、衛星の電力
の有効な利用を増加させる。システム容量は、地上中継
器12のアクティビティ検出および電力制御について前に
論じた効果により増加される。 ハブ16の別の特徴は、改善された通信および軌道衛星
の再使用を達成するように新しい有利な形態で通信シス
テム10が多数の衛星中継器14を使用できるようにするこ
とである、さらにこれは、ユーザターミナルの複雑性を
増加させることなく、また別の形式のターミナルを必要
とすることなく行われる。 従来の再使用では、特定の位置に対して複数の操縦ビ
ームを同時に向けることによって異なった地理的領域を
カバーするようにハブ16は衛星中継器14a、14bに命令す
る。この方法では、衛星は“再使用”され、それにおい
てアンテナ構造により与えられる分離のために干渉を心
配することなく同じ周波数を受け入れることができる。 ユーザターミナルが全方向性アンテナを使用する場合
でさえも、軌道再使用が通信システム10中で行われる。
前のシステムと異なって、固定された指向性アンテナは
必要とされない。その理由は、通信システム10は２以上
の衛星を新しい共入射伝送形態で使用し、それは非常に
巨大な干渉計として考えることができるからである。こ
れは、スペクトル拡散変調と関連する２個の衛星により
与えられる境界分離により可能になる。 この動作モードでは、各衛星は共に同じユーザに送ろ
うとする適当な通信信号を地上へ送る。無線波は２個の
衛星とユーザとの間の経路差により相対位相変化を有す
る。２個のビームは、ビームが構成的に加算される高電
力密度と、破壊的に加算される低い電力密度とを有す
る、地理的ターゲット区域にわたる干渉パターンを生じ
る。この効果は、第８図において２つの衛星通信リンク
の構成的加算に対して正規化した値１を使用して示され
ている。もしもユーザが同位相の高い電力密度部分に位
置しているならば、ユーザにより認識される信号は、平
均すると受信位置で利得を受けない他のユーザ干渉より
実効的に3dB高い。この改善された信号対干渉比利得は
通信システム10に対して付加的な境界分離を付加し、全
体の容量を増加させる。 説明を明瞭にするために、この発明の教示するところ
をこのモードにおける２個の衛星の動作を利用して説明
する。しかしながら、追加の衛星を使用して追加の利得
を得るように使用することもでき、３個の衛星に対して
は4.8dB、４個の衛星に対しては6dB等となる。 干渉パターンの高密度部分にユーザを置くために、２
個の独立したアンテナビームがユーザの方向に向けられ
る、それらの信号の位相および時間遅延を調整すること
によって、アンテナ干渉パターンの高密度部分にユーザ
を同調させることができる。これと同じ技術はダウンリ
ンク側と同様に、通信のアップリンク側に対しても使用
できる。パスダイバーシティもまた、マルチパスおよび
フェーディング効果を解消することに関して付加的な利
点を与える。 上記動作モードを行なうためのハブ16回路は第９図に
示されている。第９図において、モデムまたは送信機10
0は同時に２つのビーム形成装置102および104に通信信
号を与える。しかしながら、遅延装置106と108がそれぞ
れビーム形成装置102および104に対する伝送リンク中に
挿入されている。ビーム形成装置は前述のように動作す
る。説明のためにただ２つのビーム形成装置しか示され
ていないが、ハブ16は前述のように多数のビーム形成装
置を使用できることが理解できよう。 相対的遅延が重要であるから、遅延装置の一方は固定
遅延をもたらすことができ、他方は可変長遅延をもたら
す。その代りに、両方の遅延装置106と108を可変長遅延
を与えるものにすることもできる。遅延装置106、108は
送信された衛星信号間の相対遅延時間を設定する。相対
位相を調整するために、通信リンク中に、この例ではビ
ーム形成装置104の通信リンク中に位相調整装置110も配
置される。 ビーム形成装置102および104からの信号は前述のよう
に周波数コンバータを通って衛星に送信される。各ビー
ム形成装置102、104からの信号はユーザに導かれる異な
った衛星に送信され、所望の干渉パターンを生じる。 各システム10のユーザからのアップリンク通信信号に
対しては、ビーム形成装置112および114は、別々の復調
器すなわち受信機116および118用の受信エレメントとし
て動作する。入ってくる通信信号は、それらがデジタル
通信信号に逆拡散される復調器に送られる。信号をコヒ
ーレントに結合するために、コヒーレント結合装置120
が復調器116および118の出力に結合される。遅延装置12
2および124は、相対位相および信号のタイミングがコヒ
ーレントになるように調節するために、結合装置120と
復調器116、118との間に設置される。一度信号がコヒー
レントに結合されて１つのデジタル通信信号になると、
情報は、さらに処理を行なう適切な復号回路に送られ
る。 所定のユーザに対する位相と時間遅延の制御は、ハブ
16により受信される信号の品質および強度によって決ま
る。この情報は、復調器116および118から引出され、可
変遅延装置106、122、124および位相制御装置110に供給
される。 ハブ16は両人工衛星からの通信を同時に監視すること
ができる。この場合、ユーザと人工衛星との間の各通信
リンクは、別々の受信機、復号化器等が割当てられてい
る別々のリンクとして取り扱われる。ハブ16は、２つの
信号間の相対位相および時間遅延差を決定する。個々に
検知され復号された信号が互いにコヒーレントすなわち
同位相となるようにこれらを遅延および回転させて、単
一出力を生じるようにこれらをコヒーレントに合算する
ための信号をこの情報は提供する。この過程により、約
3dBの利得が付加される。他のユーザからの干渉はコヒ
ーレントではなく合算され、平均0dBの利得を生成す
る。 その代わりに、ハブ16は、１つ以上のリンクが使用中
であることを決めるために通信リンクにおいてユーザ割
当てのプロトコルを利用する。それからハブは各リンク
の相対電力すなわち相対品質を比較する。最もエラーの
少なく、高い電力信号を供給するリンクが維持され、他
の通信リンクはハブプロセッサ制御によって終了され
る。終了されたリンクは、その関連した受信機、送信
機、および新規のユーザに再度割当てられる操縦ビーム
を有する。この技術により、付加的な装置を結合するこ
となく、パス干渉およびフェーディングを解消する最良
の通信パスが選択される。 地上に設けた中継器を備え、通信リンクの割当てを監
視および制御する中央制御設備を使用することによって
同様のマルチパス機能を実現することが技術者によって
理解されるであろう。これは頻繁に最良のパスおよび通
信パスの性質を変え得る地形、建造物および樹木等の障
害物のある環境において有効である。 通信システム10で使用される通信信号は、前に示され
た個々のユーザターミナル20、22、24または26の間にお
いて、中継器12または14によって送信される。このよう
なターミナルは、地上に設けられた通信システムもしく
は別のマルチユーザシステムとインターフェイスが可能
である。システム10で使用される典型的なユーザターミ
ナル回路は、第10図に示されている。 第10図のユーザターミナル130は、デュプレクサ144を
介してスペクトル拡散受信機146または送信機166との間
で伝送される通信信号を送受信するためにアンテナ132
を使用する。これらの構成要素は第２図乃至第７図の中
継器12または14の回路に関して前に示した構成要素と周
様に機能する。 各システム10により使用されるアンテナは、所望され
るサービスのタイプにより変化する。移動体ユーザ用よ
りも固定ユーザ用として使用されるアンテナの方が大型
にできる。この場合、小型から中型のディッシュタイプ
のアンテナは、１つの人工衛星との通信を分離させ、ハ
ブがこの決定または割当てを行わなくてもよいように使
用される。しかしながら通信システム10は、まったくの
移動体である、もしくは中規模（直径２乃至47フィー
ト）のディッシュタイプのアンテナでさえ利用できな
い、非常に多数のユーザの要求を満たすことを意図して
いる。 この後者のために、小型の全方向性アンテナが考えら
れる。この装置における全方向性とは、水平方向におい
て全方向性であることを意味する。人工衛星中継器に対
して、約30度の仰角での5dB等方性のオーダーの僅かな
利得があるため、アンテナはそのエネルギーを指向し、
仰角位置からエネルギーを選択的に受け取る。このこと
は、隣合うセルまたは関連のない人工衛星システムでそ
うである場合に、エネルギー源からの水平レベルでの干
渉を減少させるものである。試験的なアンテナ構造は
“ドルーピィダイポール”であり、第11図に示されてい
る。地上中継器用として最適化されたアンテナは、より
多くの利得をより小さい仰角で持っていることが好まし
い。 第11図のアンテナ132は、サポートマスト142から放射
状に延長している４つのダイポールアーム134、136、13
8および140を使用する。ダイポールアームはサポートポ
ストの周囲に90度毎に下向きに設置されている。アンテ
ナ素子の正確な大きさは、風抵抗等を条件とした移動体
アンテナ用に構造的に配慮され、送信される周波数によ
り決定される。このタイプのアンテナは、通信技術にお
いて既に知られており、また適切な大きさの選択方法は
この分野の技術者に容易に明らかであろう。 アンテナ112の信号排除を改善し、それによって通信
システム10の機能を向上させるために、アンテナは偏波
選択モードで動作することが好ましい。前に論じられた
ように、通信システム10の機能の制限要因は、自己雑音
または“他の”ユーザによって発生される干渉である。
複数のユーザが別の偏波で動作すると、それらが生成す
る自己雑音量は偏波分離により減じられる。 送信機の放射パターンが好ましく円偏波されると、受
信アンテナパターンの軸比が、所望されない偏波から受
信される干渉量を決定する。軸比は信号電力のの単位で
表されたアンテナ受信パターンの主軸に対する短軸の割
合いとして定義される。第12図は、ARの軸比を有する典
型的なパターンである。 dBで表された楕円率（EL）は次式による軸比と関連し
ている。 EL＝10Log₁₀（AR） …（４） この式から、軸比および楕円率の関数である通信システ
ム10の容量の増加を計算することができる。所望する偏
波の電圧が として定義されるとき、所望しない偏波の電圧は となる。 システム容量の増加は、偏波再使用がないときの総ユ
ーザ数に対する両偏波におけるユーザの割合いである。
システム10の容量限界において再使用する偏波を有する
ターミナルにより認められる自己雑音は、システムの容
量限界で再使用する偏波を持たない自己雑音と等しいの
で、以下の等式は軸比ARの関数である容量増加分Ｋに対
して書かれ、解かれるものである。 偏波再使用に対する容量の相対的増加は、Ｋ−１また
は である。第12図はdBにおけるＫ−１対楕円率のプロット
である。第14図の表Ｉは軸比、容量増加および０から20
dBまでの楕円に対する偏波分離を記載している。 その位置が見つけ出される移動体ユーザおよび乗物の
未知の方位、および仰角において方向性を持つ必要性が
あるために、６乃至10dBより良好な楕円を得ることは非
常に難しい。これは9.6乃至5.7dBの偏波分離を提供す
る。これは、FDMAアナログまたはデジタルシステムに使
用できるほど十分なものではない。しかしながらスペク
トル拡散の処理利得のために、偏差分離が極めて小さ
く、または他の通信システムにより使用できないもので
あっても、システム10の容量を増加するために偏波の再
使用を使用することができる。CDMAと偏波再使用のこの
組合わせは、50乃至80パーセントのオーダーで通信シス
テム10の容量を効果的に増加させることができる。 円偏波されたアンテナは、信号のファラデー回転を伴
う問題に対抗するために、Ｌバンドまたは低周波数での
移動体システムにおいて好ましいものである。したがっ
て本発明の円偏波技術は、本発明の通信システムの移動
体ユーザターミナルにうまく適するものである。 アンテナ132が偏波選択モードにおいて動作すると
き、中継器案アンテナ構造は相補的処理動作を行わなく
てはならない。したがって中継器12または14は、アンテ
ナ動作と関連した付加的な制御回路を有し、送受信され
た信号の偏波を制御する。 前に論じたられたように、フェーズドアレイアンテナ
は、左右円偏波ビームが送受信できるように、水平と垂
直のビームアレイ素子に対して別々のビーム形成チャン
ネルを使用する。 通信信号によって使用される適切なビーム形成装置を
選択するための偏波制御信号、および偏波モードは、特
定のユーザを指定する通信信号プロトコルに従って発生
させることができる。ユーザ偏波モードは、ターミナル
設置の時に、もしくはオプションの制御回路によって固
定することができる。 アンテナ132で受信された通信信号は、デジタル通信
信号を発生させるために、受信通信信号を復調および逆
拡散するスペクトル拡散受信機146へ送られる。このデ
ジタル通信信号は、信号をデジタル音声信号またはデジ
タルデータ信号に分離する音声／データゼマルチプレク
サ148に送られる。 デジタル音声信号は、デジタル化されたアナログ信号
を既知の技術を使用してアナログ形状に変換するデータ
・音声復号化器150へ送られる。一般的には音声信号で
ある復号化器150のアナログ出力は、電話インターフェ
イス152を通って次の種々の回路に送られる。インター
フェイス152の構造形態は、特定のユーザまたはユーザ
ターミナルによって必要とされる適用により決定する。
典型的な移動体ユーザターミナルにおいて、高品質の可
聴出力をシステムユーザに対して発生するために、アナ
ログ信号は、前置増幅器、増幅器、および別の利得回路
により処理される。このような回路は、ポータブルラジ
オや電話機に適用されるようなアナログ回路設計の既知
の原理により組立てられ、技術的に知られているので、
ここにおいては示されていない。 固定ユーザターミナルは、別の通信システムとインタ
ーフェイスするので、電話システムや光ケーブルシステ
ムや他の装置と接続するためのインターフェイス回路を
必要とする。 デジタルデータは、モデムや、コンピュータまたは他
のデジタル装置用の他のインターフェイス装置に接続す
ることができるデータライン154で、ユーザターミナル
から送り出される。コンピュータやデジタルデータ信号
を処理するための他の装置とインターフェイスする回路
は、エレクトロニクス分野において知られており、ここ
では示されていない。 出力音声またはアナログ信号は、インターフェイス15
2を介して受信され、デジタル化されたアナログ信号を
発生させる音声・データ符号化器156へ送られる。この
デジタル化された信号は、それから音声／データマルチ
プレクサ158へ送られる。マルチプレクサ158は、デジタ
ル化されたアナログ信号およびデジタルデータ信号を多
重化し、デジタル通信信号を形成する、多重化という言
葉は、ほとんどのユーザターミナルが一時には音声（ア
ナログ）またはデータのいずれかを処理し、同時には両
方処理しない場合は誤解を招くものであるが、この能力
は本システム内に組込まれている。この能力の必要性は
受信ユーザの能力により決められる。 マルチプレクサ158の出力は、スペクトル拡散送信機1
66のための入力を形成する。デジタルデータは、データ
バスライン160でユーザターミナルに送られる。 音声・データまたはデータ・音声符号化器は、音声コ
ーデック162としてこの技術分野で呼ばれている単一構
成要素で置換することができる。 需要割当多元接続（DAMA）モジュール164は、中央制
御装置と共に動作し、監視、エア時間、アクティビテ
ィ、アカウント数、およびプロトコル等によってシステ
ム10をアクセスする能力を決定する。データバス168の
ようなデータバスは、このモジュールをインターフェイ
ス152で互いに結合し、データバス170、172、174および
176のような付加的データバスは、DAMAモジュールを音
声／データマルチプレクサ158およびデマルチプレクサ1
48、受信機146および送信機166へそれぞれ結合する。 通信システム10は、実際のアクティビティレベルと無
関係に電力を特定のユーザへ配分する。このことは、長
い休止または非常に低いデータビット速度のために高い
パーセンテージの電力が“空”信号を送信および受信す
ることに費やされることを示している、システムにおい
て利用可能な総エネルギーが容量を限定し、各ユーザが
別のユーザに対して干渉を生成する仕方における性質等
のために、このエネルギーはまた容量を浪費する。 したがって各ユーザターミナル130は、ターミナルユ
ーザのデータまたは音声アクティビティレベルを検出す
るための１つ以上のアクティビティ検知装置またはモニ
タを有する。すなわち入力信号のアクティビティレベル
は、“アクティブ”入力信号状態を限定するために使用
される予め定められた最小のしきい値レベルと比較され
る。このしきい値より下方の入力信号は、アクティビテ
ィを全く示さず、しきい値より上の入力信号はアクティ
ビティを示すものである。前に示したように、送信電力
はアクティビティにおける変化に対応して調節される。
この方法において中継器は、時々のバーストを除いて、
低いアクティビティまたはアクティビティなしの期間中
では信号を全く見出さず、付加的なユーザに供給するこ
とができる。 ユーザターミナル130は中継器124または14と同様の用
語で記述された。ユーザターミナルはスペクトル拡散受
信機および送信機をデジタルデータ信号へおよびデジタ
ルデータ信号から通信信号を処理するため利用する。ス
ペクトル拡散受信機および送信機は通信システム10の中
心であり、拡散および逆拡散機能を提供し、これは、高
品質、高容量通信を達成するために境界分離を用いる処
理利得および能力を次に提供する。 これらの成果を達成するため、本発明のスペクトル拡
散受信機は入力通信信号を逆拡散し、デジタル信号を生
成するための特定の復調回路を用いる。第10図で示され
るようなスペクトル拡散受信機146において用いられた
復調回路は第15図で更に詳細に説明されている。 第15図では、本発明の原理に従って構成された復調器
200が概略的に示されている。復調器200はダウンコンバ
ータ190によって始まり、このダウンコンバータ190は、
入力通信信号の周波数をこの技術において知られている
技術または装置を用いて処理するためのより低い中間周
波数へ変える。この周波数は特定の適用の範囲によって
決定されるけれども、制限されはしないが、約70MHzの
ようなIF信号周波数が一般にＬ帯域中の通信信号のため
用いられる。中継器12または14からの入力RF周波数信号
202は、可変利得制御装置204へ供給される入力IF周波数
信号を供給するダウンコンバータ190によって処理され
る。 可変利得制御装置204は処理において劣化される傾向
のある受信された信号中のフィーディングおよびその他
のエネルギ変化を補償する。可変利得制御装置204は入
力信号に可変利得制御機能を与え、エレクトロニクス技
術の当業者によって知られているような電気的に制御さ
れる利得装置でもよい。可変利得制御装置204によって
与えられる利得を自動的に制御するため、利得制御信号
206は更に以下に記述されるような復調器200の次の部分
によって生成される。 この利得制御機能はリミッタなしで復調器200が動作
できるようにし、以下に記述されるようなアナログ−デ
ジタルコンバータへ十分な帯域幅を与える。これは変換
処理以前の処理の間の情報の損失を防ぐ。また可変利得
制御装置204は、アナログ−デジタルコンバータが変化
状態下で更に有効となることを許容し、アナログ−デジ
タル変換処理中のビットの最大限の使用をなす予め決め
られたレベルへ入力信号を標準化する。これは、用いら
れる送信信号が一般に制限された電力であり、受信機は
システムが多数のユーザを取扱うとき低いエネルギ信号
レベルを補償することを要求されるので、本発明の目的
にとって特に有効である。 可変利得制御装置204の出力はRF混合器208へ接続さ
れ、ここで、IF周波数入力信号が予め決められた搬送波
周波数と混合されてより低い周波数アナログ通信信号が
生じる。復調周波数は、搬送波入力周波数調整信号212
によって、VCOの場合でのように電気的に制御され得る
周波数シンセサイザ210によって供給される。したがっ
て、より低い周波数入力信号を供給するため、シンセサ
イザ210は必要とされる混合同波数を供給する。しかし
ながら、搬送波が通信システム10によって追跡され、搬
送波周波数中の調整がフェーディングやドップラーシフ
ティングなどによってもたらされるとき、復調器はまた
補償するためシンセサイザ210の出力を変えることがで
きる。これは搬送波入力周波数調整信号212の値を変え
ることによって達成される。以下に示されるように、復
調器のその他の部分は自動的にこの機能を与える。 アナログ通信信号であるRF混合器208の出力は、ダウ
ンコンバート処理から与えられるバンド周波数成分から
所望されない混合生成物を除去するために、バンドパス
フィルタ214に通される。合成信号216は割当てられたス
ペクトル帯域幅上に広がる狭帯域情報信号を表わす中間
周波数アナログ信号である。 まだベースバンドのとき、信号216はそれから位相シ
フト分離装置220によって同位相（Ｉ）成分と直角位相
成分（Ｑ）に分離される。分離装置220は更に、当業者
にとって明らかであるような分離装置および位相シフタ
の結合から構成することもできる。ＩおよびＱ信号はま
たこの技術において各々０度および90度成分と呼ばれ
る。 ＩおよびＱ信号はそれから各々アナログ−デジタル
（A/D）コンバータ222と224に送られる。即ち、分離装
置220からのＩすなわち０度成分は第１のA/Dコンバータ
装置222への入力を供給し、Ｉ成分の位相から90度ずれ
ているＱ成分はA/Dコンバータ装置224に対する入力を供
給する。この形態は、アナログ−デジタル変換処理を２
つの成分へ分けることによってデジタル形信号処理段階
のための改良された精密度と同じくアナログ信号のデジ
タル信号のデジタル形態へのより効果的な変換を提供す
るため用いられる。 本発明の好ましい実施形態では、各A/D装置222および
224は４ビットのコンバータを備える。つまり、各A/D装
置はアナログ信号216の所定の部分を４ビットの精度を
有するデジタル信号に変換する。ＩおよびＱ成分は４ビ
ットのデジタル情報にそれぞれ変換され、時間的に直列
であるために、通信リンクは変換時間につき８ビットの
有効情報を使用する。高速の４ビットのA/Dコンバータ
が当技術分野で開発されていることから、アナログ−デ
ジタル変換は、４ビットの増分に分割され、より効果的
変換を行なう。しかしながら、本発明は、４ビットの増
分の動作を必要とせず、所望であれば他のA/Dコンバー
タを使用することもできる。 A/D変換工程はシステムクロック226によって予め定め
た速度でクロックされ、このシステムのクロック226
は、他の機能のための共通の同位相クロック源を必要と
する当業者には明らかなように、復調器200で使用され
る適切なタイミング信号も供給する。クロック源226は
多数の既知の周波数源または周波数シンセサイザ210と
類似するシンセサイザを備えている。システムクロック
は、クロック速度が“チップ”周波数の２倍であるよう
に周波数駆動装置を設けなければならない。VCOの場合
のように、信号リンクの変化を許容し信号がロックされ
るように周波数源を調節できる。このため、周波数調節
入力信号は以下で説明される源228から供給される。 ２つのA/D装置222と224の出力は、復調器200の回路の
他の部分に対して０度および90度の関連４データビット
をシリアル伝送する共通出力バス230に接続される。デ
ータバス230のデジタル通信信号は第１の四相回転子す
なわち相関器242に対する入力であり、パイロットチッ
プシーケンス発生器240から供給されるパイロットチッ
プシーケンスと結合される。生じた信号は第１の合計手
段すなわち積分器260に送られ、ＩおよびＱ成分はコヒ
ーレントであるときに時間にわたって合計される。 伝送された信号には、パイロットチップシーケンスと
して規定される位相のコヒーレントなチップ周期式チッ
プシーケンスが挿入される。この予め規定され発生され
たチップシーケンスは位相および時間捕捉とトラッキン
グ、およびマルチパス訂正を行なう新規な方法である。 従来のシステムでは、信号音の形態の符号が使用され
る。信号音は入力データとともに符号化され、受信機に
送られた。各ユーザは異なる信号音を必要とした。受信
機では、復号化工程は一連のフィルタまたは他の素子を
使用して検出される信号音を再生する。次いで所望の信
号音、位相、または周波数の変化をそれによって調節し
た。原理において、この技術は周波数トラッキングと復
調器の復号化段を同調させる基準信号を供給する。しか
しながら、信号の符号化および復号化およびその後のア
クティブ検出はゆっくりであり、かなり不正確である。
チップシーケンスおよび／または伝搬エラーの検出およ
び復号化におけるエラーによって復号化された信号音に
エラーが生じ、この技術による搬送波およびチップ合成
トラッキングの正確な補償または調節能力を低下させ
る。 第15図の受信機は、“遅延ロック”検出器として当技
術分野で既知の時間トラッキングエラー検出器を使用す
ることが好ましい。この検出器は、ローカル基準パイロ
ットシーケンスと受信信号の遅い相関における電力か
ら、ローカル基準パイロットシーケンスと受信信号の早
い相関における電力を減算することによって作用する。
時間トラッキングエラーがない場合、この差信号はゼロ
である。ローカル基準信号が正しいタイミングより先行
するような時間エラーがある場合、負の差信号が生成さ
れる。逆に、ローカル基準が正しいタイミングより遅れ
ていると、正の差エラー信号が生成される。エラー信号
は、チップ時間トラッキングループ276のタイミングを
訂正するのに使用される。 早い相関は、バス230のＩおよびＱ信号とパイロット
チップシーケンスとの相関をとることによって、相関器
242で発生される。結果は積分器260で積分され、電力は
回路270によって決定される。遅い相関は、バス238の２
倍に遅延された信号とパイロットチップシーケンス発生
器240の出力との相関をとることによって、相関器246で
発生される。この信号は、積分器264によって積分さ
れ、電力は回路274によって決定される。回路270と274
の出力は、チップ時間トラッキングループ276において
差がとられる。 遅延素子232と236は早い相関と遅い相関の時間差の量
を決定する。他の値が好ましい場合もあるが、これらの
遅延はチップ期間の1/2に等しい値に設定される。 搬送波トラッキングループ280は、遅延素子232の出力
とパイロットチップシーケンス発生器240との相関をと
るオンタイム相関器244の出力で動作する。相関器244の
出力は積分器262で積分され、積分結果は入力として搬
送波トラッキングループ280に供給される。 別の実施形態は、２つの1/2チップ時間遅延素子にお
いてパイロットチップシーケンス発生器240の出力を遅
延させ、次いでバス230上の信号と相関をとることによ
って、パイロットシーケンスとの受信信号の早い、遅
い、およびオンタイムの相関を与える。 相関器手段252、242、244および246は、パイロットチ
ップシーケンス入力ビットによって決定されたように、
０、90、180または270度だけ、入力信号の位相を回転さ
せるように動作する四相回転子素子からなる。この機能
を行なう回路は通信技術に携わるものにとっては容易に
理解できる。 積分手段260、262および264は、短いパイロットチッ
プシーケンスの長さに等しい期間に対してサンプルを合
計することによって、各相関器の出力を積分する。積分
器282は、データシンボル時間に等しい期間に対してユ
ニットチップシーケンス相関器252の出力を積分する。
各相関器からのＩおよびＱ信号出力は、別々の積分器で
合計される。 信号の電力は回路284、270および274によって決定さ
れる。積分器のＩおよびＱ出力をそれぞれ二乗し次いで
合計して、信号の電力の尺度を提供する。積分器284
は、受信機の利得を設定するのに使用されるバス234の
広帯域雑音電力を測定し、積分器274と270は、パイロッ
トチップシーケンスの早いおよび遅い相関電力を測定す
る。 信号278は前述のように周波数シンセサイザ228に結合
され、周波数シンセサイザ228で発生した周波数を変更
させるように働く。これは、VCOとして動作する周波数
シンセサイザ228の入力において、信号278に予め定めた
電圧レベルを与えるというような当業者に理解される多
くの方法で行われる。通信信号が遅いと、次いでトラッ
キングループ276は、周波数シンセサイザ228によって出
力された周波数を減少させる低い圧力レベルを信号278
に対して与える。他方、通信信号が早いと、次いで信号
278の電圧レベルは増加され、周波数シンセサイザ228の
出力周波数は増加される。 周波数シンセサイザ228に対する出力周波数の変更
は、システムクロック発生素子226によって供給される
タイミングを増加または減少させ、前記システムクロッ
ク発生素子226は次に、A/Dコンバータ222と224がアナロ
グデータをデジタル信号チップパターンに変換する速度
を変更させる。 したがって、システムが入来する通信信号を受信し、
そしてまたパイロットチップシーケンスを受信すると、
今説明した回路の部分は、パイロットチップシーケンス
の伝送に対するユーザ端末の相対タイミングの検出、お
よびこのタイミングの変化の原因であるアナログ−デジ
タル速度の調節を可能にする。さらに、この回路は、正
しい搬送波周波数にロックするためにも使用される。 “オンタイム”の一度遅延された信号に対して、コヒ
ーレントな合計手段262の出力を搬送波トラッキングル
ープ280に接続することによって、搬送波周波数が得ら
れ、トラッキングされる。オンタイム信号に対する合計
値が減少すると、ローカル搬送波周波数を減少させなけ
ればならないと仮定される。オンタイム信号の合計値が
増加すると、ローカル搬送波周波数が増加される。これ
ら変化を行なうために、トラッキングループの出力は、
前に説明したように、周波数シンセサイザ210に対する
入力である信号212として供給される。これはIF復調に
使用される周波数を変化させ、復調器200は入来する搬
送波をトラッキングすることができる。 この点に対して説明してきたことは、入来する通信信
号がデジタル形態に変換され、予め定めたパイロットチ
ップシーケンスと比較される復調器の初期動作機能であ
る。これは、正しい搬送波周波数の決定とサンプルクロ
ック278の調節を可能にし、チップ速度との適切な同期
化が得られる。 入来する信号に対して一度トラッキングが適切にロッ
クされると、データの実際の復号化または復調を行っ
て、通信リンクを通る通信信号で伝送されるべき情報を
ユーザ端末に提供することができる。 実際のデータまたは音声スペクトル拡散復号化は、こ
れに限定されるものではないが、ビタビアルゴリズム復
号化器290のような畳み込み復号化器に対して遅延素子2
32によって供給されるオンタイム信号をデータバス234
上で送ることによって行われる。しかしながら、Ｉおよ
びＱ成分は合計手段282を使用してまず合計される。ハ
ブ16で使用される復調器は、位相訂正フィルタを使用す
ることによって、ハブの変換および信号処理段階の間
に、適切なっ畳み込み復号化処理が情報と確実に同位相
のままであるようにすることができる。 復調器200は、CDMAスペクトル拡散信号を復調しなけ
ればならない。これは、入力信号を符号化しまたは拡散
するために使用された一意的なチップシーケンスを発生
させ、通信信号を逆拡散するために使用しなければなら
ないことを意味する。したがって、A/Dコンバータによ
って供給され遅延素子233を通してバス234へ送られる入
来オンタイム信号は、４相回転子252においてユニット
チップシーケンスと混合され、正しいユーザターミナル
に対応するそのチップシーケンスに対してのみ信号を発
生させる。 情報は、インターリーブされたエラー検出ビットを取
除くために、予め定めた復号化速度で畳み込み復号化器
290によって復号化され、ボコーダや、前置増幅器、増
幅器、およびスピーカーシステムのような適切なユーザ
が情報を使用する他のアナログ回路に送られる。この点
において当技術分野で知られているように、信号292
は、追加の復調およびデジタルからアナログ出力への変
換を行なうためにさらに処理される。 可変利得制御装置204の自動的な調節をもたらすため
に、二乗および合計手段284は、データバス234から同位
相および直角位相信号を受信し、それらを処理して、信
号の相対的なエネルギまたはパワーのレベルを示す信号
を供給する。同位相および直角位相信号は、初期の捕捉
およびトラッキングの間に、大きく変化し符号を変化さ
せるので、これらの信号をまず二乗し、次いで相互に合
計して、打ち消し合うのを防止する。この動作の結果は
自動利得制御ループフィルタ286に送られる。自動利得
制御ループフィルタ286では、受信された通信信号に対
する相対信号強度の減少または増加に基づいて、可変利
得制御装置204によって供給される利得を増加または減
少させる制御信号206が生成される。 復調器200は、通信システム10の好ましい実施形態で
使用される基本的な復調器を表わしている。しかしなが
ら、中継器またはハブにおける通信信号復調ではパイロ
ットトラッキング回路が使用されないことは当技術分野
では明らかである。さらに、中継器またはハブ回路は、
狭い帯域フィルタおよびタイミングループを使用する。 第15図の復調器は、受信したスペクトル拡散通信シス
テムからの狭帯域通信信号を供給する。通信リンクの戻
り伝送には、ユーザターミナル20、22、24、26、中継器
12、14またはハプ16の送信機において変調器が必要であ
る。 第10図に示されるユーザターミナル130の送信機166で
は、伝送のためのスペクトル拡散CDMA通信信号を発生さ
せるために変調器300が用いられる。前に説明したよう
に、データや音声であり得る入力情報を符号化し変調す
るために変調回路および方法が設けられる。 本発明の原理によって構成された変調器回路が第16図
に示されている。第16図では、変調300は入来する情報
信号302を受信し、それらを畳み込み符号化器304に入力
する。情報信号302は、ここでは、音声コデック162とし
て示されている音声−デジタル符号器によって処理さ
れ、またはデジタルデータとして多重化される。信号30
2は、ユーザ端末において発生され、予め増幅され、フ
ィルタされまた処理された信号であり、また伝送の前に
通信のための典型的なアナログ処理によって処理され
る。 本発明は、最も新しい音声符号化技術を使用して、通
信の質を改良し、可能な場合に帯域幅を減少させること
を企図している。これは、信号が拡散される時に全体的
な電力が減少することに言い換えることができ、これは
システム10の容量を改善する。 このために、本発明の実施形態で使用されるように意
図された現在の符号化方式には、線形予測符号化（LP
C）および積分連続可変傾斜デルタ（CVSD）変調を含
む。これら技術は、大きな利点となる4.8乃至16.0kbp
（キロービット／秒）のオーダーのデータ速度を使用で
きる。現在の集積回路は、移動体ユーザターミナルに必
要なような小さいパッケージまたは空間においてこれら
の高速符号化機能を提供する。これはまた、高速デジタ
ルデータ符号化に対する要求も扱う。高いスペクトル拡
散チップ周波数は、56、32、16、9.6、4.8、2.4kbpから
75kbpまでのような共通データ速度の倍数も扱い、最も
所望のデータ速度を取扱う。 将来は、全体的な通信システムを変更することなく所
望であれば、他のタイプのまたはゆっくりとした速度の
符号化器／復号化器を使用するように、通信システム10
を変更することができる。 デジタル符号化の後、情報信号は畳み込み符号化器30
4に送られる。畳み込み符号化器は、入力信号を形成す
る実際のデータビット、エラーの実否を確認または監視
し、正しいものを供給するための付加的なビットとのイ
ンターリーブを提供するものとして当業者に理解されて
いる。本発明はデータ速度によって制限されないため、
1/4乃至1/2以上のさまざまな符号化速度が可能である。 畳み込み符号化器304の出力は、四相回転子混合器306
において拡散チップシーケンスと混合されるデジタル符
号化情報信号である。 チップシーケンスは、ユーザターミナル130に割当て
られたチップシーケンスを発生させまたは記憶するチッ
プシーケンス発生器308によって供給される。ユーザタ
ーミナルチップシーケンスの割当ては前述のように行わ
れ、ここでは繰返さない。しかしながら、伝送される通
信信号は、情報源ターミナルに加えて受取ターミナルの
識別子も必要である。これは、当技術分野では既知の通
信プロトコルを使用することによって行われる。 多くの通信システムでは、送信ユーザは、開始通信信
号の一部分として受取人の電話、無線電話、ユーザター
ミナル、または他の一意的な識別番号を表わすデジタル
符号を送る。この番号は、通信信号が受信機のアドレス
および初期通信リンクの要求を含むことを示す附随の制
御符号を有するデータビットの特定のパターンで符号化
される。本発明と両立性がある多数のプロトコルおよび
リンク開始符号方式は当技術分野でよく理解されてお
り、それらを提供するために使用される付加的な回路は
第16図に示されていない。 混合器306の動作によって生成される広帯域拡散情報
信号はRF混合器312に送られ、ここで、伝送されるべき
通信信号を発生させるために、搬送波周波数と混合され
る。搬送波周波数は、周波数シンセサイザ310によって
供給されるかまたは生成される。使用される特定の周波
数は、通信システム10のスペクトル割当て、および特定
のユーザに対する特別なスペクトル割当てによって予め
定められる。しかしながら、ドップラシフトの影響を通
信リンクのアップリンク側で補償できるように周波数シ
ンセサイザ310は調整可能である。 これは、受信機146の復調器200によって検出された搬
送波周波数の見掛け上の変化を観察することによって行
われる。前述のように、搬送波トラッキング信号212は
復調器200で生成され、これはローカル搬送波周波数に
関係する受信された搬送波トラッキング周波数の変化を
示している。これと同じ信号を周波数シンセサイザ310
に結合させ、伝送するために使用される搬送波周波数を
調節することができる。搬送波が多くの影響によって変
化することが受信機によって観察されるため、送信機は
補償するために戻りリンクを自動的に調節する。このよ
うに、ドップラーや他の影響による搬送波トラッキング
の変化を、すなわち非常に少ない変化を中継器は感知し
ない。したがって、ユーザターミナルは移動体であって
も、通信システム10の中継器に対して静的であることは
明らかであり、中継器における補償は必要ではない。 混合器312によって供給される通信信号は、ターゲッ
トシステムの範囲の外側にあり、有用な送信電力の損失
を表わす望ましくない周波数をフィルタして取除くよう
に動作する送信アナログ帯域通過フィルタ316に結合さ
れる。 帯域通過フィルタ316の出力は、アンテナに供給され
る通信信号用の送信電力の最終増幅および制御を与える
送信電力制御装置318に結合される。送信電力制御装置3
18は、全体的な電力レベルおよびデューティサイクルま
たは期間の両者に関して調整することができる。 受信された通信信号の相対強度は、自動利得制御ルー
プフィルタ286中のような復調器200において決定するこ
とができる。これからの制御信号は、フェードおよび電
力調整制御回路320に供給される。制御回路320は、信号
206によって信号強度の増加または減少を検出し、送信
電力制御装置318に適切な制御信号322を供給し、出力を
増加または減少させる。これによりユーザターミナル
は、中継器回路に追加の電力補償回路を必要とせずに、
中継器に関する相対的な位置の変化とある程度のフェー
ディングを補償することができる。したがって、中継器
は、ターミナルがあたかも固定位置にあるようにユーザ
ターミナルの信号強度を観測する。代わりに中継器は、
もちろん、固定された制御信号を使用して受信信号のフ
ェーディングを示し、後続する通信を補償するように制
御装置318に命令する情報をパイロットシーケンスまた
は通信プロトコルの一部分として制御装置318に送るこ
とができる。 前述のように、ユーザターミナル20、22、24および26
は、スピーチ、音声の、アナログ信号またはデジタル信
号アクティビティ検出器を使用して、不必要な電力消費
と発生する干渉の量を減少させる。これを達成するため
に、このアクティビィティ検出器324が設けられ、ここ
では入力信号302または畳み込み符号化器304の出力に結
合される音声起動スイッチ（VOX）と呼ばれる。図示す
るために、音声信号が説明されるが、デジタル入力信号
も変調器300とVOX324によって適応されることができ
る。 VOX324は入力情報信号の一般的アクティビィティレベ
ルを検出し、アクティビティ状態がないことによってい
つ出力送信をオフさせることができるかを決定する、容
量の望まれる増加とともに通信システムに必要なまたは
使用可能な電力の量は、選択された“非アクティビィテ
ィ”の期間の長さを決定する。VOX324は、電力制御装置
318に制御信号を供給し、この制御信号は電力制御装置3
18に対して伝送信号用のデューティサイクルを変更する
ように命令する。このようにアクティビィティがない時
には、短周期のバーストのみが送信機により送られる。
これにより、電力したがって通信システム10の容量を無
駄にせずに、通信システム10がユーザターミナル130に
対する通信リンクの保持とトラッキングを継続できるよ
うになる。 電力制御装置318から出る出力は、ユーザターミナル1
30によって使用される適切なアンテナ構造に送られる。
変調器300は、所望の搬送波周波数で通信信号を発生さ
せるものとして説明された。代わりに、周波数シンセサ
イザ319は、混合器312からの中間周波数を供給する。こ
の場合、アップコンバータ段を電力制御装置318とアン
テナとの間に配置し、出力通信信号を通信システム10に
対して適切な搬送波周波数にアップコンバートする。 電力制御に加え、周波数合成とビットおよびシンボル
クロックに使用されるタイミングは、移動体システムに
主として見出されるドプラーシフトフェーディング効果
を補償するために調整することができる。すなわち、復
調器200のトラッキングループは変調器300に信号を供給
するために使用され、この信号は、復調器300のクロッ
ク発生装置328を次に駆動させることになる、周波数シ
ンセサイザ326によって生成される周波数を変更させ
る。 説明してきたものは、CDMAスペクトル拡散処理技術を
使用する新しい通信システムである。通信システム用の
ユーザターミナルおよび中継器は、通信信号を送受信す
るために新しい変調器および復調器の設計を使用する。
ユーザターミナルおよび中継器は、これらには限定はさ
れないが、多重ビームフェーズドアレイ中継器アンテ
ナ、偏波増強全方向性アンテナ、音声またはアクティビ
ティスイッチングンのようなユーザ通信信号の間に境界
分離を形成する手段、すなわちシステムの容量を増加さ
せる調整可能なユーザターミナル電力制御手段を使用す
る。 通信リンク用の中継器は、他の通信システムで見られ
るドップラーシフトやマルチパスの問題を補償するため
にさまざまな通信路を提供することができる軌道または
地上ベースの中継器ステーションである。軌道および地
上中継器は所望される場合に相互に接続して、相互に各
ユーザを委ねて、選択された地理的領域やユーザクラス
をカバーする。多重ビームアンテナを使用すると、さら
にシステムの容量を増加させ、システム内通信リンクを
一意的に制御する能力を提供する。 本発明の技術的範囲から逸脱することなく、ユーザ間
の境界分離を提供する付加的な手段または方法が使用で
きることは当業者には理解されるであろう。ここで特に
説明したもの以外のスペクトル拡散波形を提供する他の
方法も本発明によって意図されている。 好ましい実施形態は、初期システムの利点を示す図の
簡略化のために１以上の中継器を使用して説明した。し
かしながら、境界分離を有する直接的ユーザ間リンクを
使用する通信ネットワークを本発明によって意図されて
いる。 好ましい実施形態は、添附の図面と共に説明された。
本発明は開示されたものに限定されるものではなく、多
くの修正と変更がこの発明に従って可能である。実施形
態は本発明の原理と実際的応用例を最も良く説明するた
めに選ばれ説明され、それにより当業者は特に説明され
た使用に適した多種の修正と共に多くの実施形態で本発
明を最も良く使用することができる。したがって本発明
の技術的範囲は特許請求の範囲の記載によってのみ限定
されるべきものである。

【図面の簡単な説明】 第1a図は、衛星通信システムで使用されるアンテナの１
例についてのアンテナ利得とボアサイド中心からの角度
変位の関係を示すグラフであり、第1b図は、この発明の
通信システムで使用したときの、第1a図のアンテナに対
する実際および重みを付けたユーザ対、アンテナ利得お
よび中心からの角度変位の関係を示すグラフである。 第２図は、この発明の一実施形態の通信システムの概観
である。 第３図は、全指向性アンテナを使用する第２図のこの発
明のシステムで使用される中継器の概観である。 第４図は、通信リンクを設定するための平均ユーザ電力
対地上中継器からの距離の関係を示すグラフである。 第５図は、フェーズドアレイアンテナを使用する第２図
のシステムで使用される別の中継器の概観である。 第６図は、平均ユーザ電力対中継器からの距離の関係を
示すグラフである。 第７図は、第２図のシステムで使用される衛星中継器お
よび通信システムの概観である。 第８図は、相対信号強度対衛星干渉パターンに対する位
置の関係を示すグラフである。 第９図は、ハブ干渉計通信リンクの概観である。 第10図は、第２図のシステムで使用されるユーザターミ
ナルの概観である。 第11図は、第２図のシステムで使用されるアンテナの概
観である。 第12図は、楕円比を示している。 第13図は、容量対アンテナ楕円率のグラフである。 第14図は、容量対アンテナ比のグラフである。 第15図は、第10図のユーザターミナルで使用する復調器
の概略である。 第16図は、第10図のユーザターミナルで使用される変調
器の概観である。 10……通信システム、12……地上中継器、14……衛星中
継器、16……ハブ、20……移動体ユーザ。

フロントページの続き (72)発明者 リンゼイ・エー・ウイーバー・ジュニア アメリカ合衆国、カリフォルニア州 92122，サンデイエゴ、トニー・ドライ ブ 3419 (56)参考文献 特開 昭61−156935（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−205037（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−89739（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−4350（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−205037（ＪＰ，Ａ) 米国特許4164628（ＵＳ，Ａ) 米国特許4189677（ＵＳ，Ａ) 米国特許4291409（ＵＳ，Ａ) 米国特許4455651（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H04J 13/00 H04B 7/26

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．符号分割スペクトル拡散通信信号を使用して、複数
   のユーザへ、複数のユーザから、または複数のユーザ間
   で情報信号を通信する手段と、 前記通信する手段に結合され、同時に他のユーザ間でな
   されている通信の相互干渉信号電力に対して、前記複数
   のユーザの少なくとも２人のユーザ間でなされている通
   信の平均信号電力を増加させることにより、前記通信信
   号間の境界分離を行なう分離手段とを具備することを特
   徴とする多元接続スペクトル拡散通信システム。 ２．前記分離手段は、実質的に同時に複数の操縦ビーム
   を発生する手段に結合されたフェーズドアレイアンテナ
   を備えている請求項第１項記載の多元接続スペクトル拡
   散通信システム。 ３．前記分離手段は、偏波モード選択を得るように構成
   されたアンテナ構造を備えている請求項第１項記載の多
   元接続スペクトル拡散通信システム。 ４．前記分離手段は、前記情報信号のアクティブレベル
   に応答して前記符号分割スペクトル拡散通信信号に対す
   る出力電力デューティサイクルを調整する第１の電力制
   御手段を備えている請求項第１項記載の多元接続スペク
   トル拡散通信システム。 ５．前記分離手段は、受信位置において前記符号分割ス
   ペクトル拡散通信信号に対する信号対雑音比を最大にす
   る干渉パターンを発生するように、２以上の位置による
   同じ通信信号の送信または受信を調整することのできる
   位相および時間遅延を与えるためのトランシーバ手段を
   備えている請求項第１項記載の多元接続スペクトル拡散
   通信システム。 ６．前記分離手段は、通信リンクを完成するために必要
   な最小電力レベルに応答して、前記符号分割スペクトル
   拡散通信信号に対する出力電力レベルを調整する第２の
   電力制御手段を備えている請求項第１項記載の多元接続
   スペクトル拡散通信システム。 ７．全方向性アンテナ構造をさらに備えている請求項第
   １項記載の多元接続スペクトル拡散通信システム。 ８．前記通信する手段は、複数の疑似直交拡散関数を発
   生するチップ発生手段と、 前記拡散関数をユーザに割当てる符号選択手段と、 前記符号分割スペクトル拡散通信信号を送信または受信
   できる複数の移動体ユーザターミナルとを具備し、 前記各ユーザターミナルは、 割当てられた拡散関数にしたがい、入力情報信号に応答
   して、符号分割スペクトル拡散通信信号を発生する送信
   手段と、 前記割当てられた拡散関数にしたがって符号分割スペク
   トル拡散通信信号を処理することによって出力情報信号
   を発生する受信手段と、 １以上の全方向性アンテナと、 前記複数のユーザターミナルから符号分割スペクトル拡
   散通信信号を受信し、意図している受信者に伝送するの
   に適した形態に前記符号分割スペクトル拡散通信信号を
   変換する１以上の中継手段とを備えている請求項第１項
   記載の多元接続スペクトル拡散通信システム。 ９．前記中継手段は、前記ユーザに対して予め定められ
   たパイロットチップシーケンスを送信する手段をさらに
   具備している請求項第８項記載の多元接続スペクトル拡
   散通信システム。 １０．前記１以上の中継手段は、同時に複数の操縦ビー
   ムを発生するフェーズドアレイアンテナ構造を具備して
   いる請求項第８項記載の多元接続スペクトル拡散通信シ
   ステム。 １１．前記１以上の中継手段は、地理的領域の中央に位
   置する１以上の地上に設けた中継手段を具備している請
   求項第８項記載の多元接続スペクトル拡散通信システ
   ム。 １２．前記１以上の中継手段は、１以上の衛星に設けた
   中継手段を具備している請求項第８項記載の多元接続ス
   ペクトル拡散通信システム。 １３．前記中継手段から通信信号を受信し、または前記
   中継手段に通信信号を送信する１以上のトランシーバハ
   ブをさらに備えている請求項第８項記載の多元接続スペ
   クトル拡散通信システム。 １４．前記中継手段は、 前記符号分割スペクトル拡散通信信号を受信し、変換
   し、再送信する１以上の地上に配置された中継器と、 前記符号分割スペクトル拡散通信信号を受信し、変換
   し、再送信する１以上の人工衛星に配置された１以上の
   中継器とを具備し、 前記ユーザターミナルは、前記中継器のいずれかを介し
   て符号分割スペクトル拡散通信信号を送信および受信す
   るように構成され、前記中継器は前記ユーザターミナル
   との間で符号分割スペクトル拡散通信信号を受信および
   送信するように構成されている請求項第８項記載の多元
   接続スペクトル拡散通信システム。 １５．前記送信手段は、前記入力情報信号中の信号アク
   ティブレベルを感知し、予め定められたサンプリング時
   間に対する予め定められたしきい値レベルより下の感知
   されたアクティビティの減少に応じてユーザターミナル
   送信電力デューティサイクルを減少させるアクティビテ
   ィ検出手段をさらに具備している請求項第８項記載の多
   元接続スペクトル拡散通信システム。 １６．前記中継手段は、前記符号分割スペクトル拡散通
   信信号中のアクティブレベルを感知し、予め定められた
   サンプリング時間に対して予め定められたしきい値レベ
   ルより下の感知されたアクティビティの減少に応じて中
   継器送信電力デューティサイクルを減少させるアクティ
   ビティ検出手段をさらに具備している請求項第８項記載
   の多元接続スペクトル拡散通信システム。 １７．前記受信手段は、受信した第１の符号分割スペク
   トル拡散通信信号中にある受信された電力レベルを感知
   し、感知された電力レベルに応じて第２の符号分割スペ
   クトル拡散通信信号を送信するためにアンテナに供給さ
   れる電力を調整するリンク電力制御手段を具備している
   請求項第８項記載の多元接続スペクトル拡散通信システ
   ム。 １８．前記全方向性アンテナ手段は、前記全方向性アン
   テナに結合され予め定められた偏波モードを選択するよ
   うに前記アンテナを調整する偏波制御手段をさらに具備
   している請求項第８項記載の多元接続スペクトル拡散通
   信システム。 １９．前記受信手段は復調器を具備し、 この復調器は、 符号分割スペクトル拡散通信信号を受信する入力手段
   と、 予め定められた周波数の局部基準信号を発生する可変周
   波数源と、 前記入力手段と前記可変周波数源に接続され、符号分割
   スペクトル拡散通信信号を局部基準信号と混合して中間
   スペクトル拡散信号を出力する無線周波数混合器と、 前記無線周波数混合器と直列に接続され、前記中間スペ
   クトル拡散信号から不所望な周波数をフィルタするフィ
   ルタ手段と、 前記フィルタ手段と直列に接続され、アナログ同位相信
   号およびアナログ直角位相信号に前記スペクトル拡散通
   信信号を分割する位相分割手段と、 前記位相分割手段と直列に接続され、前記アナログ同位
   相および直角位相信号を可変速度でデジタル同位相およ
   び直角位相信号に変換するコンバータ手段と、 前記コンバータ手段の出力に接続され、シリアルに前記
   復調器中の他の部品に伝送するために、前記デジタル同
   位相および直角位相信号を単一データラインに並置する
   結合手段と、 前記復調器により受信された通信信号とともに送信され
   た予め定められたパイロットチップシーケンスに対応
   し、予め定められた周期で発生されるローカルビットシ
   ーケンスを発生するパイロットチップ基準手段と、 前記結合手段および前記パイロットチップ基準手段に接
   続され、受信された信号と前記ローカルパイロットチッ
   プシーケンスを時間的関係で比較して、前記ローカルパ
   イロットチップシーケンスに対する前記符号分割スペク
   トル拡散通信信号のタイミングを決定し、前記可変周波
   数源の周波数を調整する搬送波トラッキング手段と、 前記結合手段および前記パイロットチップ基準手段に接
   続され、受信された信号に対して前記パイロットチップ
   シーケンスを複数の時間的関係で比較して、前記ローカ
   ルパイロットチップシーケンスに対する前記符号分割ス
   ペクトル拡散通信信号のタイミングを決定し、前記コン
   バータ手段に対する速度を調整するチップ同期手段と、 前記割当てられた拡散関数に対応するビットシーケンス
   を発生するユニットチップ手段と、 前記結合手段および前記ユニットチップ手段に接続さ
   れ、同位相および直角位相スペクトル逆拡散情報信号を
   発生する逆拡散手段と、 前記逆拡散手段に接続され、前記直角位相および同位相
   スペクトル逆拡散信号を出力情報信号に結合する出力手
   段とを具備している請求項第８項記載の多元接続スペク
   トル拡散通信システム。 ２０．前記復調器は、搬送波トラッキング手段およびチ
   ップ時間トラッキング手段を具備し、さらに、 前記結合手段および前記パイロット基準手段に接続さ
   れ、前記同位相および直角位相信号を前記パイロットチ
   ップシーケンスと比較し、第１の相関パターンを表わす
   出力を供給する第１の相関手段と、 前記結合手段および前記パイロット基準手段に接続さ
   れ、前記同位相および直角位相信号を前記パイロットチ
   ップ周期と同程度の量の時間遅延させ、前記信号を前記
   パイロットチップシーケンスと比較し、第２の相関パタ
   ーンを表わす出力を供給する第２の相関手段と、 前記結合手段および前記パイロット基準手段に接続さ
   れ、前記同位相および直角位相信号を前記パイロットチ
   ップ周期の半分程度の量の時間遅延させ、前記信号を前
   記パイロットチップシーケンスと比較し、第３の相関パ
   ターンを表わす出力を供給する第３の相関手段と、 前記第１および第３の相関手段に接続され、前記第１お
   よび第３の相関手段により供給される出力に応じて前記
   コンバータ手段の速度を調整するチップ同期手段と、 前記第２の相関手段に接続され、前記第２の相関手段に
   より供給される出力に応答して前記可変周波数源を調整
   する搬送波トラッキングループ手段とを具備している請
   求項第19項記載の多元接続スペクトル拡散通信システ
   ム。 ２１．前記入力手段および前記無線周波数混合器の間に
   配置され、それらと直列に接続された可変利得制御手段
   と、前記結合手段に接続され、前記同位相および直角位
   相信号の絶対値の大きさに応答して前記可変利得制御手
   段の利得を変化させる自動利得制御手段とをさらに具備
   している請求項第19項記載の多元接続スペクトル拡散通
   信システム。 ２２．前記コンバータ手段は、前記同位相信号をデジタ
   ル同位相信号に変換する第１のアナログ変換手段と、前
   記直角位相信号をデジタル直角位拒信号に変換する第２
   のアナログ変換手段とを具備している請求項第19項記載
   の多元接続スペクトル拡散通信システム。 ２３．前記第１の相関手段は、 前記デジタル同位相および直角位相信号を前記パイロッ
   トチップシーケンスと多重位相混合する第１の手段と、 前記多重位相混合する第１の手段に結合され、予め定め
   られた時間に対して前記デジタル同位相および直角位相
   信号の和をコヒーレントに発生する第１のコヒーレント
   合算手段と、 予め定められた時間に対して前記同位相および直角位相
   信号の２乗の和を発生する２乗合算手段とを具備してい
   る請求項第19項記載の多元接続スペクトル拡散通信シス
   テム。 ２４．前記第２の相関手段は、 前記同位相および直角位相信号を前記パイロットチップ
   シーケンスと多重位相混合する第２の手段と、 前記結合手段と前記多重位相混合する第２の手段との間
   に配置されている第１の遅延手段と、 前記多重位相混合する第２の手段に結合され、予め定め
   られた時間に対して前記同位相および直角位相信号の和
   をコヒーレントに発生する第２のコヒーレント合算手段
   とを具備している請求項第19項記載の多元接続スペクト
   ル拡散通信システム。 ２５．前記第３の相関手段は、 前記同位相および直角位相信号を前記パイロットチップ
   シーケンスと多重位相混合する第３の手段と、 前記第１の遅延手段と前記多重位相混合する第３の手段
   との間に配置されている第２の遅延手段と、 前記多重位相混合する第３の手段に結合され、予め定め
   られた時間に対して前記同位相および直角位相信号の和
   をコヒーレントに発生する第３のコヒーレント合算手段
   と、 予め定められた時間に対して前記同位相および直角位相
   信号の２乗の和を発生する第２の２乗合算手段とを具備
   している請求項第19項記載の多元接続スペクトル拡散通
   信システム。 ２６．前記受信手段は復調器を備え、 この復調器は、 前記符号分割スペクトル拡散信号の実質上帯域幅全体を
   サンプリングする入力手段と、 前記入力手段と直列に接続され、前記スペクトル拡散信
   号をアナログ同位相およびアナログ直角位相信号に分割
   する位相分割手段と、 前記位相分割手段に接続され、可変速度で前記アナログ
   同位相およびアナログ直角位相信号をデジタル同位相お
   よび直角位相信号に変換するコンバータ手段とを具備し
   ている請求項第８項記載の多元接続スペクトル拡散通信
   システム。 ２７．複数の通信サービスユーザに対して高容量の多元
   接続通信を行なうための方法において、 割当てられた拡散関数と、予め定められた搬送波周波数
   を使用して、複数の狭帯域アナログ入力またはデジタル
   入力信号を、複数の広帯域符号分割スペクトル拡散通信
   信号に変換し、 同時に他のユーザ間でなされている通信の相互干渉信号
   電力に対して、複数のユーザの少なくとも２人のユーザ
   間でなされている通信の平均信号電力を増加させること
   により、前記複数の符号分割スペクトル拡散通信信号に
   境界分離を適用し、 前記符号分割スペクトル拡散通信信号をユーザとの間で
   送信し、 ユーザによって受信された符号分割スペクトル拡散通信
   信号を狭帯域アナログまたはデジタル情報信号に変換す
   るステップを含むことを特徴とする高容量の多元接続通
   信方法。 ２８．パイロットチップシーケンスを送信するステップ
   が予め定められたデータビットのシーケンスを含む請求
   項第27項記載の高容量の多元接続通信方法。 ２９．前記送信ステップは、中継器を介して複数のユー
   ザとの間で送信するステップを含む請求項第27項記載の
   高容量の多元接続通信方法。 ３０．前記送信ステップは、地上中継器との間で送信す
   るステップを含む請求項第29項記載の高容量の多元接続
   通信方法。 ３１．前記送信ステップは、少なくとも一つの人工衛星
   との間で送信するステップを含む請求項第29項記載の高
   容量の多元接続通信方法。 ３２．前記送信ステップは、少なくとも一つの人工衛星
   および少なくとも一つの地上に配置された中継器との間
   で送信するステップを含む請求項第29項記載の高容量の
   多元接続通信方法。 ３３．前記境界分離を適用するステップは、複数の操縦
   ビームを形成するアンテナアレイを介する送信または受
   信のステップを含む請求項第29項記載の高容量の多元接
   続通信通信方法。 ３４．前記境界分離を適用するステップは、アンテナ中
   に偏波モードを設定するステップを含む請求項第27項記
   載の高容量の多元接続通信方法。 ３５．前記境界分離を適用するステップは、低入力信号
   アクティビティの期間中のユーザに対して送信信号電力
   を減少させるステップを含む請求項第27項記載の高容量
   の多元接続通信方法。 ３６．前記境界分離を適用するステップは、通信リンク
   の設定に必要な電力に応答して符号分割スペクトル拡散
   信号に与えられる電力を調整するステップを含む請求項
   第27項記載の高容量の多元接続通信方法。 ３７．前記境界分離を適用するステップは、受信位置に
   おいて前記符号分割スペクトル拡散通信信号に対する信
   号対雑音比が最大になる干渉パターンを発生するように
   ２以上の位置によって同じ通信信号を送信または受信す
   るステップを含む請求項第27項記載の高容量の多元接続
   通信方法。