JP2974980B2 - 衛星をベースとするテレコミュニケーションシステムにおいて通信を同期する方法及び装置 - Google Patents

衛星をベースとするテレコミュニケーションシステムにおいて通信を同期する方法及び装置

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JP2974980B2 JP9112448A JP11244897A JP2974980B2 JP 2974980 B2 JP2974980 B2 JP 2974980B2 JP 9112448 A JP9112448 A JP 9112448A JP 11244897 A JP11244897 A JP 11244897A JP 2974980 B2 JP2974980 B2 JP 2974980B2
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    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/204—Multiple access
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  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
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  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、衛星をベ
ースとするテレコミュニケーションシステムに係り、よ
り詳細には、ユーザターミナルと地球ステーションとの
間の順方向通信リンク及び返送通信リンクの同期に係
る。
【０００２】
【従来の技術】衛星をベースとするテレコミュニケーシ
ョンシステムは、ユーザターミナルが互いに通信すると
共に既存の公衆電話交換ネットワーク（ＰＳＴＮ）と通
信できるようにするために提案されている。ユーザター
ミナルは、地球の所定の地理的位置に戦略的に配置され
た地球ステーションを経て互いに且つ公衆電話ネットワ
ークと相互接続する。
【０００３】提案されたシステムは、通信衛星のコンス
テレーションを利用して、ユーザターミナルと地球ステ
ーションとの間に通信信号を中継する。これら通信信号
は、各ユーザターミナルに独特に指定された所定のチャ
ンネルに沿って通過する。各チャンネルは、地球ステー
ションがＲＦ信号を移動ターミナルに送信する順方向リ
ンクと、ユーザターミナルがＲＦ信号を地球ステーショ
ンに送信する返送リンクとを備えている。各通信リンク
は、それに対応する衛星を通過し、衛星は「曲がったパ
イプ」として働いて、全ての受信した通信をそれに対応
する地球ステーション又はユーザターミナルに再送信す
る。
【０００４】一般に、衛星をベースとするテレコミュニ
ケーションシステムは、システムの容量を改善するため
に１つ以上のコード化技術を使用している。例えば、シ
ステムは、周波数分割マルチアクセス（ＦＤＭＡ）コー
ド化、時分割マルチアクセス（ＴＤＭＡ）コード化、コ
ード分割マルチアクセス（ＣＤＭＡ）コード化、又はこ
れらＦＤＭＡ、ＴＤＭＡ及びＣＤＭＡコード化の何らか
の組合せを使用することができる。一般に、システム容
量を最大にするために、地球ステーションは、それに指
定された各返送リンクの周波数及びタイミングを同期さ
せ、異なるユーザターミナルから送られる送信間の干渉
を防止する。同期を維持するためには、多数のユーザタ
ーミナルからの送信を所定の時間に放射し、それらの送
信が共通の地球ステーションに同時に受信されるよう確
保しなければならない。有効到達範囲の衛星と送信側ユ
ーザターミナルとの間の距離が変化すると、タイミング
も変化する。例えば、衛星と送信側ユーザターミナルと
の間の距離が増加するにつれて、送信は地球ステーショ
ンに遅れて到着する。逆に、衛星と送信側ユーザターミ
ナルとの間の距離が減少するにつれて、送信は早い時間
に到着する。このような距離の変化を考慮するために、
データ送信のスタート時間（即ち通信データのフレー
ム）を遅らせたり進ませたりして、共通の地球ステーシ
ョンに指定された多数のユーザターミナルからのフレー
ムが地球ステーションに同時に到着するよう確保するよ
うにユーザターミナルが制御される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】更に、各地球ステーシ
ョンは、それに指定されたユーザターミナルを制御し、
返送リンクが、地球ステーションに受信される指定の搬
送波周波数（即ち、サブバンド）の中心に保たれるよう
確保する。ユーザターミナルからの各送信の中心周波数
は、ドップラー効果による周波数変化を受ける。ドップ
ラー効果は、衛星が送信側ユーザターミナルに対して連
続的に移動するために生じる。受信器の認知される搬送
波周波数は、衛星がユーザターミナルに向かって移動す
るときには増加し、そして衛星がユーザターミナルから
遠ざかるときには減少する。もし補正しないと、ドップ
ラー効果で誘起される周波数シフト及びタイミングの不
整列により、多数のユーザターミナルから受け取られる
送信間に同一チャンネル干渉を招くことになる。従っ
て、ユーザターミナルは、出て行く送信の搬送波周波数
及びタイミングを連続的に調整し、指定の地球ステーシ
ョン受信器で認知される搬送波周波数及びタイミングが
ユーザターミナルの指定の搬送波周波数及びタイミング
に等しくなるよう確保する。地球ステーションとユーザ
ターミナルとの間に順方向リンク及び返送リンクを正確
に維持する必要性が存在する。
【０００６】更に、ハンドオーバーを容易にする必要性
が存在する。送信全体にわたり衛星は地球軌道を連続的
に回る。ユーザターミナルも移動する。従って、ユーザ
ターミナルとの通信リンクが１つの地球ステーションか
ら別の地球ステーションへと移行即ちハンドオーバーさ
れる必要がある。ハンドオーバーが行われるときは、ユ
ーザターミナルが新たなチャンネルへ切り換わって、ユ
ーザターミナルとその新たな地球ステーションとの間に
新たな順方向及び返送リンクを確立しなければならな
い。この調整は、新たな地球ステーションの基準時間と
整列するようにユーザターミナルのタイミングを変更す
ることを含む。又、ユーザターミナルの送信器も、新た
な搬送波周波数へシフトしなければならない。順方向及
び返送リンクと新たな地球ステーションとの同期を得る
に必要な時間を最小にすることにより迅速で且つ確実な
ハンドオーバーを容易に行えるようにする要望も存在す
る。
【０００７】更に、従来のシステムは、多数の地球ステ
ーションが共通の衛星を経てユーザターミナルと同時に
通信するような地球ステーション共用を与えることがで
きない。地球ステーション共用は、共通のユーザターミ
ナルにおいて両地球ステーションからのＲＦ信号のタイ
ミング及び周波数整列を必要とする。このような整列
は、地球ステーションから衛星への異なる経路のリンク
が存在しそしてドップラー変動があるために複雑なもの
となる。又、既存のシステムは、ユーザターミナルが共
通のサブバンドにおいて共通の衛星を経て多数の地球ス
テーションと通信するような地球ステーション共用での
返送リンク同期を与えることができない。これを行うた
めには、このような信号を受信する地球ステーションに
おいてその受信した通信信号のタイミング及び周波数を
整列しなければならない。
【０００８】この業界では、多数のユーザターミナルと
共用地球ステーションとの間に同期を維持することので
きる改良されたテレコミュニケーションシステムが要望
されている。本発明の目的は、この要望を満足すること
である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、ユーザ
から衛星までの距離が異なり且つドップラーシフトがあ
るにも関わりなく共通の地球ステーションにおいて多数
のユーザターミナルのタイミング及び周波数を正確に整
列させるための返送リンク同期を与えることである。
【００１０】本発明の別の目的は、同じ周波数で共通の
ユーザターミナルに通信を送信する多数の地球ステーシ
ョンの間で地球ステーション共用での順方向リンク同期
を与えることである。
【００１１】本発明の更に別の目的は、地球ステーショ
ンから衛星までの距離が異なり且つドップラー効果があ
るにも関わりなく共通の衛星を経て多数の地球ステーシ
ョンから送信を受け取る単一のユーザターミナルに順方
向リンク同期を与えることである。
【００１２】本発明の更に別の目的は、ユーザターミナ
ルと多数の共用地球ステーションとの間の返送リンク同
期を与えることである。
【００１３】本発明の更に別の目的は、複数の地球ステ
ーションの各々において、ユーザターミナルから共通の
周波数で共通の衛星を経て複数の地球ステーションへ送
られる送信のタイミング及び周波数を整列することであ
る。
【００１４】これら及び他の目的は、衛星をベースとす
るテレコミュニケーションシステムにおいて１組のユー
ザターミナルと、共通の衛星を経てこれらユーザターミ
ナルと通信する少なくとも２つの地球ステーショントン
との間で返送及び順方向通信リンクを同期状態に維持す
るための方法及び装置によって達成される。各ユーザタ
ーミナルは、その指定の地球ステーションとの閉じた同
期ループを維持する。ユーザターミナルは、受信したエ
ラーオフセット信号に基づいてその内部タイミング及び
周波数を更新し、関連する地球ステーションとの返送リ
ンク同期を維持する。別の実施形態では、地球ステーシ
ョンの１つがマスター地球ステーションと称され、他の
ステーションがスレーブ地球ステーションと称される。
スレーブ地球ステーションは、マスター地球ステーショ
ンに指定された少なくとも１つのユーザターミナルを監
視する。監視された返送リンクのタイミング及び周波数
に基づき、スレーブ地球ステーションは、それらの内部
基準タイミング及び周波数を更新し、監視されたユーザ
ターミナルとマスター地球ステーションとの間で返送リ
ンクとの同期を維持する。スレーブ地球ステーション
は、監視されたユーザターミナルから同期更新情報を要
求することにより、順方向リンクの同期を維持する。要
求を受け取ると、監視されたユーザターミナルは、その
要求を発しているスレーブから受け取ったＲＦ信号とマ
スター地球ステーションからのＲＦ信号との間のタイミ
ング及び周波数の差を計算する。ユーザターミナルは、
この差を返送リンクに沿って送信する。スレーブ地球ス
テーションは、返送リンクを監視する間に、その順方向
タイミング及び周波数発生器を更新し、マスター地球ス
テーションとの順方向リンク同期を維持する。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１は、衛星１０と、地球ステー
ション１２及び１４と、ユーザターミナル１６及び１８
とを備えた衛星ベースのテレコミュニケーションシステ
ムの一部分を一般的に示す。地球ステーション１２及び
１４は、衛星１０を追跡するためのアンテナ２０及び２
２を備えている。第２の衛星２８を追跡するための付加
的なアンテナ２４及び２６も設けられている。地球ステ
ーション１２は、順方向リンク３０及び返送リンク３２
を経てユーザターミナル１６と通信する。これら順方向
リンク３０及び返送リンク３２は衛星１０を通過し、衛
星は、曲がったパイプとして働いて、受信した全ての通
信を再送信する。地球ステーション１４は、順方向リン
ク３４及び返送リンク３６を経てユーザターミナル１８
と通信する。地球ステーション及びユーザターミナル
は、順次の個別フレームにおいて順方向及び返送リンク
に沿って通信データ及びコマンド情報を通過させる。
【００１６】図２は、通信フレーム３８の例示的フォー
マットを示している。フレーム３８は、ヘッダ区分４０
と、それに続くデータ区分４２とを備えている。データ
区分４２は、テレコミュニケーションデータ及び／又は
コマンドを含み、一方、ヘッダ区分４０は、順方向及び
返送リンク３０−３６に沿って同期通信を維持するのに
必要な同期情報を有する同期フィールドを含む。ヘッダ
区分４０及びデータ区分４２は、種々のフォーマットで
構成できる。例えば、データ区分は、データを向けるか
又はデータが向けられるユーザターミナルを独特に識別
する１つ以上のＰＮコード、ＣＤＭＡコード及び同様の
符号波形を含むことができる。通信データは、そのデー
タを送信するか又は受信するよう意図されたユーザター
ミナルの符号波形で変調される。ユーザターミナル１６
から送信されるフレーム３８は、そのユーザターミナル
に関連した通信データのみを含み、従って、データ区分
４２は、単一の対応する符号波形で変調されたデータを
含む。地球ステーションにより送信されるフレーム３８
は、多数のユーザターミナルに向けられる通信データセ
ットを含む。この場合、データ区分４２は、多数のデー
タ信号を互いに重畳することにより組み立てられる。各
データ信号は、対応する独特のユーザターミナル符号波
形で変調され、複合通信データ信号を形成する。
【００１７】ヘッダ区分４０は、１つ以上の同期波形を
保持するように構成された同期フィールド４４を含む。
データ区分４２について上記したように、ユーザターミ
ナルにより送信されるフレームは、単一の独特の同期波
形を含む。地球ステーションから送信されるフレーム
は、同期フィールド４４内で互いに重畳された多数の同
期波形を含む。各同期波形は、データ区分４２における
符号波形及び通信データセットに対応する。
【００１８】本発明の好ましい実施形態は、順方向及び
返送方向に同期通信リンクを使用している。通信信号
は、通信データのフレームが所定の時点に公称搬送波周
波数で受け取られるよう確保するように送信器が制御さ
れたときに「同期」しているとみなされる。図１を参照
すれば、地球ステーション１２からの順方向リンク３０
は、地球ステーション１２が多数のユーザターミナル１
６及び１８のための重畳した通信データを単一フレーム
において送信するので、同期しているとみなされる。重
畳するデータは、通信データ区分４２内で整列され即ち
「同期」される。返送リンク３２及び３６は、ターミナ
ル１６及び１８のような多数のユーザターミナルが通信
データのフレームを送信するように制御されて、両方の
フレームが基準時間及び周波数に対して同期して地球ス
テーション１２により同時に受信されるときに、同期し
ているとみなされる。
【００１９】図１に戻ると、地球ステーション１２及び
１４は、変調器バンク５０及び復調器バンク５２を備え
ている。バンク５２の復調器は、各所望のユーザターミ
ナルの通信データを複合通信フレームから分離するよう
に動作する。変調器バンク５０は、多数のユーザターミ
ナルの通信データを複合フレームに合成するように動作
する。
【００２０】単一地球ステーション返送リンク同期 同期した返送ライン６４を維持するように協働するユー
ザターミナル６０及び地球ステーション６２の要素を示
した図３について以下に説明する。図３には示されてい
ないが、返送リンク６４は衛星を経て延びることを理解
されたい。ユーザターミナル６０は、順方向リンク（Ｆ
Ｌ）６５から受信した到来するＲＦ信号にロックしてそ
れを追跡する復調器６７を備えている。この復調器６７
は、到来するＲＦ信号を復調し、そこから、エンコード
された周波数及びタイミングエラーオフセット信号を得
る。このエンコードされた周波数及びタイミングエラー
オフセット信号は、以下に述べるように、到来するＲＦ
信号に埋め込まれている。復調器６７は、ユーザターミ
ナルの基準発振器（図示せず）に対して推定されるＲＦ
搬送波周波数及び推定されるタイミング（例えばコード
チップタイミング）に基づき復調を行う。基準発振器
は、全ての変調及び復調の基礎となる基準信号を発生す
る。復調器の推定周波数及びタイミングは、ライン７３
及び７５に各々沿って送信周波数及びコード計算モジュ
ール７７及び７９に各々出力される。復調器６７は、エ
ンコードされた周波数及びタイミングエラーオフセット
信号を、周波数及びコードループフィルタ７４及び７６
に各々出力する。エラー信号がビット流を表すことも任
意である。周波数及びコードループフィルタ７４及び７
６は、複数の受信したエラーオフセット信号に対する平
均値を出力する。ループフィルタ７４及び７６の出力
は、送信周波数及びコード計算モジュール７７及び７９
に各々送られる。この周波数及びコード計算モジュール
７７及び７９は、対応する入力周波数及びチップタイミ
ングコードを合成し、衛星とユーザターミナルとの間の
距離の変化及びドップラーシフトを補正する。任意であ
るが、周波数及びコード計算モジュール７７及び７９
は、ユーザターミナルの変調／復調基準発振器内のエラ
ーを補正するように、対応する入力信号を合成すること
もできる。例えば、周波数及びコード計算モジュール７
７及び７９は、対応する入力の和又はそれらの間の差を
形成することができる。周波数及びコード計算モジュー
ル７７及び７９は、周波数及びコード信号を発振器７０
及びコード発生器６８に各々出力する。
【００２１】又、ユーザターミナル６０は、通信フレー
ム（図２に示すように構成された）を送信する信号変調
器６６も備えている。この変調器６６は、発振器７０で
定められた搬送波周波数において且つコード発生器６８
で定められたチップタイミングで動作する。発振器７０
は、送信周波数計算モジュール７７の出力に基づいてそ
の出力搬送波周波数を調整する。任意であるが、変調器
６６は、出て行く通信データを、波形発生器６８により
発生された符号波形と合成することもできる。データ及
び符号波形の変調された合成体は、フレームの通信デー
タ区分４２において送信される。更に、波形発生器６８
は、フレーム３８のヘッダ区分４０の同期フィールドに
挿入される同期波形を発生することができる。この同期
波形は、符号波形の一部分であってもよいし、それとは
別のものであってもよい。発生器６８は、送信コード計
算モジュール７９の出力に基づいて同期及び符号波形を
発生する。これらの成分は、各フレーム３８の送信スタ
ート時間を遅らせるか又は進ませるように協働し、そし
て送信フレーム３８が返送リンク６４を経て送信される
ところの中心搬送波周波数及びそれに対応するサブバン
ドを定義する。
【００２２】上記のように、同期通信を維持するために
は、タイミング及び搬送波周波数を常時調整することが
必要である。図３のユーザターミナル及び地球ステーシ
ョンは、閉ループ制御プロセスにより同期を維持し、こ
れにより、地球ステーション６２は、順方向リンク６５
を経てタイミング及び周波数更新情報を連続的に与え
る。地球ステーション６２は、各フレーム３８の通信区
分内の複合通信信号を復調するために少なくとも１つの
復調器８０を備えている。この復調器８０は、受信した
ＲＦ信号内に埋め込まれた符号波形に基づきユーザター
ミナル６０により送信された通信データを出力する。
【００２３】到来するＲＦ信号は、同じ数のユーザター
ミナルからの多数のデータ及び同期波形を含むが、単一
のユーザターミナルについてのみ以下に説明する。他の
ユーザターミナルに対応するＲＦ信号の部分について
は、以下のプロセス及び構造を単に繰り返すだけでよ
い。
【００２４】地球ステーション６２は、タイミング及び
周波数弁別器８２及び８４を備えている。タイミング弁
別器８２は、各フレームの同期フィールド４４からの同
期波形をタイミング基準信号と比較して、それらの間の
タイミングオフセットエラーを得る。このタイミングオ
フセットエラーは、受信した同期フィールドの同期波形
がタイミング基準信号から時間的に変化する量を表す。
このオフセットエラーは、その後のフレームを地球ステ
ーション６２の基準時間と適切に整列させるためにユー
ザターミナルがそのタイミングを進ませるか又は遅らせ
ねばならない量を表す。コードタイミング弁別は、基準
及び受信タイミング信号の自動補正により行うことがで
き、例えば、受信及び基準信号のドット積を計算する等
によって行うことができる。
【００２５】周波数弁別器８４は、受け取った同期波形
を周波数基準信号と比較して、返送リンク６４の受信信
号が指定の搬送波周波数（即ち、指定のサブバンド）か
らシフトした量を決定する。周波数弁別は、受信及び基
準信号を周波数ドメインに変換しそしてそれらの間の位
相シフトを比較するといった種々の既知の技術により行
うことができる。周波数弁別器８４は、その指定の搬送
波周波数を中心とするその指定のサブバンド内に返送リ
ンク６４を適切に整列するためにユーザターミナル６０
がその搬送波周波数をシフトしなければならない量を表
す周波数エラーオフセットを発生する。
【００２６】タイミング及び周波数エラーオフセット
は、順方向リンク６５を経て（図示してない衛星を経
て）ユーザターミナル６０へ送信される。タイミング及
び周波数エラー信号は、コード及び周波数フィルタ７４
及び７６に送られる。これらフィルタ７４及び７６は、
返送リンク６５を経て多数のエラー信号を受け取り、そ
して多数のタイミング及び周波数エラー信号を個別に平
均化する。タイミングエラー信号の平均値は、コード発
生器６８に送られる。周波数エラー信号の平均値は発振
器７０に送られる。発振器７０及び発生器６８は、受け
取ったエラーオフセットに等しい量だけ搬送波周波数及
びタイミングを調整する。このように、ユーザターミナ
ル６０は、その関連地球ステーション６２と同期した返
送リンク６４を保持する。
【００２７】ユーザターミナル６０と地球ステーション
６２との間の上記経路は、送信側ユーザターミナル６０
に独特の伝播遅延及びドップラー効果を補正するための
アクティブな閉ループ構造を表す。このタイミング及び
周波数補正プロセスは、地球ステーション６２と通信す
る各ユーザターミナルごとに独立して実行される。この
ように、地球ステーションに到着する全てのフレーム
は、時間及び周波数が整列される。
【００２８】地球ステーション共用での返送リンク同期 図４ないし６は、多数の地球ステーション間に返送リン
ク同期が維持される別の実施形態を示している。
【００２９】システムコントローラ（図示せず）は、１
つのマスター地球ステーションを各衛星１０６に指定
し、一方、その衛星によりカバーされる他の全ての地球
ステーションは、この共通の衛星に対しスレーブ地球ス
テーションとして動作する。衛星は、軌道を回るとき
に、異なる地球ステーションをカバーする。マスター地
球ステーションは、衛星の有効到達エリアがその以前の
マスター地球ステーションを越えて移動するたびに衛星
に対し再指定される。いったん指定されると、地球ステ
ーションは、その有効到達エリアがマスター地球ステー
ションを越えて移動するまで所与の衛星に対しマスター
地球ステーションとして保持される。地球ステーション
は、地理的な位置、衛星の視野（有効到達エリア）内に
ある時間巾、公衆交換電話ネットワークへのアクセス等
の多数の基準に基づいてマスター地球ステーションとし
て指定される。マスター地球ステーションが衛星に指定
されると、その衛星の視野に入ったり出たりする他の全
ての地球ステーションは、スレーブとなる。この指定
は、各衛星に対して個別に行われる。従って、多数の衛
星間の重畳領域にある間に、地球ステーションは、１つ
の衛星に対してスレーブになると同時に、別の衛星に対
してマスターになる。
【００３０】図４は、共通の衛星１０６に関連して指定
されたマスター及びスレーブ地球ステーション１００及
び１０２を示す。マスター地球ステーション１００は、
ユーザターミナル１０４から返送ライン１０８を経て通
信を受け取る。スレーブ地球ステーション１０２は、返
送ライン１０８を常時監視する（破線１１０で示すよう
に）。
【００３１】衛星１０６は、ユーザターミナル１０４か
ら受け取ったＲＦ信号をフィーダリンクに沿って衛星の
視野の全ての地球ステーションに送信する。ユーザター
ミナル１０４は、マスター地球ステーション１００との
順方向リンク１０８しか保持しないが、ＲＦ信号は、衛
星により全てのスレーブ地球ステーションに向かって送
信される。返送リンク１０８を監視することにより、ス
レーブ地球ステーション１０２は、マスター地球ステー
ション１００へ進むＲＦ信号を傍受することができる。
図５及び６に関連して以下に述べるように、スレーブ地
球ステーション１０２は、ユーザターミナル１０４の返
送リンク１０８との同期を維持するように内部タイミン
グ及び周波数基準信号を更新する。
【００３２】図５は、共用返送リンク同期に関連して動
作するスレーブ地球ステーション１０２の一部分を示
す。返送リンク１０８に沿って送られたＲＦ信号は、ラ
イン１１０に受け取られ、そしてタイミング及び周波数
弁別器１１６及び１１８に供給される。これら弁別器１
１６及び１１８は、ライン１１０の受信した通信信号を
タイミング及び周波数信号発生器１１２及び１１４から
の基準信号と比較して、タイミング及び周波数オフセッ
トエラー信号を得、これら信号は、ライン１２０及び１
２２に出力される。タイミング及び周波数オフセットエ
ラー信号は、スイッチ１２４及び１２６に送られる。矢
印Ａの方向にユーザターミナルの順方向リンク同期位置
へ切り換えられると、タイミング及び周波数オフセット
エラー信号は、ライン１２８及び１２９に沿って送られ
る。図３について上記したように、オフセットエラー信
号は、順方向リンク（図３の６５）に沿って当該ユーザ
ターミナルへ送られ、返送リンク６４を同期する。しか
しながら、地球ステーション共用返送リンク同期を行う
ときは、スイッチ１２４及び１２６が矢印Ｂの方向に回
転されて、入力ライン１３０及び１３２に接続し、これ
らは、オフセットエラー信号をそれに対応する返送リン
クタイミング及び周波数信号発生器１１２及び１１４に
供給する。タイミング及び周波数基準信号発生器１１２
及び１１４は、ライン１３０及び１３２に到来するエラ
ーオフセット信号に基づいて更新され、これら信号発生
器が、ライン１１０を経て受け取られた到来するタイミ
ング及び周波数と同期したタイミング及び周波数基準信
号を発生するようにする。
【００３３】タイミング及び周波数基準信号発生器１１
２及び１１４は、ユーザターミナル１１３により返送リ
ンク１１１に沿って指定のスレーブ地球ステーション１
０２へ送信される出て行くフレームのタイミング及び搬
送波周波数を制御する。従って、発生器１１２及び１１
４が、ユーザターミナル１０４からのＲＦ信号の受信タ
イミング及び周波数に整列するように調整するときに
は、それらは、ユーザターミナル１１３からの返送リン
ク１１１も同様に整列する。
【００３４】図６は、返送リンク同期プロセスを示す。
ステップ２００において、ユーザターミナル１０４は、
通信フレームを返送リンク１０８（図４）に沿ってマス
ター地球ステーション１００に送信する。この通信フレ
ームは、スレーブ地球ステーション１０２によってリン
ク１１０を経て監視される（ステップ２０２）。次い
で、スレーブ地球ステーションは、受信したフレーム
と、発生器１１２及び１１４からのスレーブ地球ステー
ションの基準タイミング及び周波数信号との間のタイミ
ング及び周波数オフセットを計算する（弁別器１１６及
び１１８内で）（ステップ２０４）。ステップ２０６に
おいて、スイッチ１２４及び１２６が矢印Ｂの方向に移
動されると、スレーブ地球ステーションは、その基準タ
イミング及び周波数発生器１１２及び１１４を返送リン
ク１０８の受信ＲＦ信号と同期するように更新する。
【００３５】スレーブ地球ステーションがその返送リン
クタイミング及び周波数基準発生器を調整すると、スレ
ーブ地球ステーションは、その後、それに指定された全
てのユーザターミナル（１１３）の返送リンク同期を調
整する。このように、衛星１０６によりサービスされる
地球ステーション及びユーザターミナルのサブシステム
は、単一のマスター地球ステーション１００に対して同
期される。この同期シーケンスは、ユーザターミナル１
０４の返送リンク１０８をマスター地球ステーション１
００と最初に同期することにより行われる。その後、ス
レーブ地球ステーション１０２は、そのタイミング及び
周波数返送リンク基準信号を返送リンク１０８と同期す
るように調整する。その後に、スレーブ地球ステーショ
ン１０２は、このスレーブ地球ステーション１０２に指
定されたユーザターミナル１１３に命令を発して、その
返送リンクタイミング及び周波数を、更新されたタイミ
ング及び周波数基準信号発生器１１２及び１１４と同期
させるように調整させる。最終的に、スレーブ地球ステ
ーション１０２に指定された返送リンクユーザターミナ
ル１１３は、マスター地球ステーション１００への返送
リンク１０８と同期した状態になる。
【００３６】地球ステーション共用での順方向リンク同
期 図７は、共通の衛星７４の視野内にある多数の地球ステ
ーション７２及び７６からの順方向リンクが同期される
別の実施形態を示す。これら地球ステーション７２及び
７６は、順方向リンク７８及び８０を経てユーザターミ
ナル７０へ送信する。ユーザターミナル７０は、返送リ
ンク９０に沿って送信し、これは、地球ステーション７
２及び７６により受信される。図７に示す実施形態は、
地球ステーション７２及び７６と、共通のユーザターミ
ナル７０との間の順方向及び返送リンクを示している
が、ユーザターミナル７０は、いかなる所与の瞬間にも
単一の通信リンクを維持する。図７の例において、ユー
ザターミナル７０及び地球ステーション７２は、ユーザ
ターミナル７０が地球ステーション７６へ引き渡される
まで順方向及び返送通信リンク７８及び９０を維持す
る。引き渡しの完了時にユーザターミナル７０は、地球
ステーション７６との順方向及び返送リンク８０及び８
１のみを維持する。順方向及び返送リンク７８及び９０
は、地球ステーション７２と共に維持される間に、地球
ステーション７６は返送リンク９０を監視する（線９１
で示すように）。
【００３７】図４について上記したように、地球ステー
ションは、各々、マスター及びスレーブ地球ステーショ
ン７０及び７２として構成される。２つの地球ステーシ
ョンが示されているが、共通の衛星７４の視野内にはい
かなる数の地球ステーションがあってもよいことを理解
されたい。衛星７４を経て通信する全ての地球ステーシ
ョンは、単一の地球ステーションがマスターステーショ
ンとして指定されそして全ての他の地球ステーションが
衛星７４を通過する通信リンクに対してスレーブステー
ションとして指定されるような地球ステーション共用サ
ブシステムを表すものと考える。
【００３８】上記のように、各地球ステーションは、２
つ以上の衛星と通信する。従って、ある地球ステーショ
ンは、第１の衛星に対してマスターステーションを表す
が、第２の衛星に対してはスレーブステーションとして
動作する。
【００３９】図７の例においては、ステーション７２
は、マスター地球ステーションとして指定され、従っ
て、ユーザターミナル７０との閉じた同期ループ（図１
ないし３について上記した）を維持する。従って、マス
ター地球ステーション７２は、マスター地球ステーショ
ンのタイミング及び周波数基準信号と同期するまでユー
ザターミナル７０のタイミング及び周波数を調整する。
処理全体にわたり所定の時間に、スレーブ地球ステーシ
ョン７６は、フィーダリンク８０に沿ってユーザターミ
ナル７０へ同期更新要求を送信する。
【００４０】ユーザターミナル７０は、２つの受信器と
少なくとも１つの送信器とを有している。従って、ユー
ザターミナル７０は、２つの別々の順方向チャンネルに
ＲＦ信号を受信する。ユーザターミナル７０は、マスタ
ー地球ステーション７２との順方向リンク７８と干渉す
ることなく、共用地球ステーション７６から第２の受信
器を経て更新要求を受け取る。この要求は、マスター及
びスレーブ地球ステーション７２及び７６の順方向リン
ク７８と８０との間で差のタイミング及び周波数の測定
を行うようにユーザターミナル７０に命令する。
【００４１】この測定を行うために、ユーザターミナル
７０は、順方向リンク７８を経て受け取った通信フレー
ムをマスター復調器８２へ通し、そして順方向リンク８
０を経て受け取った通信フレームをスレーブ復調器８４
へ通す。マスター復調器８２は、受け取ったマスター同
期波形を記憶された同期波形と比較し、それらの間のタ
イミング及び周波数の差を決定する。スレーブ復調器８
４は、受け取ったスレーブ同期波形を基準同期波形と比
較し、それらの間のタイミング及び周波数オフセット信
号を得る。任意であるが、これらタイミング及び周波数
の差は、単に、タイミング及び周波数エラーオフセット
信号を表してもよい（図３について上記したように）。
【００４２】復調されたマスター及びスレーブのタイミ
ング及び周波数波形信号は、比較器に通され、それらの
間の差が得られる。比較器８８により得られた差のタイ
ミング及び差の周波数は、変調器８６に通され、そして
返送リンク９０に送られる。スレーブ地球ステーション
７６は、返送リンク９０を監視し、ライン９１に沿って
この差のタイミング及び周波数情報を得る。その後、ス
レーブ地球ステーション７６は、ライン９１を経て受け
取った差のタイミング及び周波数測定値に基づいてその
順方向リンクのタイミング及び周波数基準信号を調整す
る。このようにして、順方向リンク８０に沿って送られ
る信号は、ユーザターミナル７０において、順方向リン
ク７８に沿って送られる信号と同期される。
【００４３】スレーブ地球ステーション７６は、リンク
８０に沿って送信する変調器９２を備えている。この変
調器は、周波数発生器９４により発生された搬送波周波
数に基づくと共に、タイミング発生器９６により発生さ
れたタイミング信号に基づいて動作する。周波数及びタ
イミング発生器９４、９６は、ユーザターミナル７０に
より送信されてリンク９１に沿って監視される差のタイ
ミング及び周波数測定値に基づいてセットされる。
【００４４】上記実施形態によれば、地球ステーション
共用での順方向及び返送リンク同期は、１つの地球ステ
ーションをマスターとして指定しそして残りの地球ステ
ーションを共通の衛星から見てスレーブとして指定する
ことにより達成される。スレーブの地球ステーション
は、それらの順方向及び返送リンクをマスター地球ステ
ーションの順方向及び返送リンクに対して整列し、共通
のユーザターミナルに同期を維持する。多数の共通のユ
ーザターミナルが使用されるが、マスター地球ステーシ
ョンとの同期を維持するためにスレーブ地球ステーショ
ンにより監視される必要がある共通のユーザターミナル
は１つだけである。このプロセスは、追跡される動的な
作用及び所要の精度レベルに一致するレートで繰り返さ
れる。
【００４５】本発明の幾つかの好ましい実施形態を詳細
に述べたが、これらは、本発明を単に例示するものに過
ぎず、本発明の範囲を限定するものではないことを理解
されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】個々のユーザターミナルと通信する２つの地球
ステーションを有する衛星サブシステムを一般的に示す
図である。
【図２】通信データのフレームの例示的なデータ構造
を、そこに使用する例示的な同期波形と共に示す図であ
る。
【図３】返送リンク同期に関連して使用されるユーザタ
ーミナル及び地球ステーションの要素を示すブロック図
である。
【図４】共通のユーザターミナルに対して多数の地球ス
テーション間に返送リンク同期を維持するための別の実
施形態を示す図である。
【図５】図４に示すスレーブ地球ステーションのタイミ
ング及び周波数制御サブ区分を示すブロック図である。
【図６】返送リンク同期を達成したときに行われるプロ
セスのフローチャートである。
【図７】共通のユーザターミナルとマスター及びスレー
ブの地球ステーションとの間の順方向リンク内に同期を
維持するための別の実施形態を示す図である。
【図８】図７の実施形態により順方向リンクの同期中に
行われるプロセスのフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 衛星 １２、１４ 地球ステーション １６、１８ ユーザターミナル ２０、２２ アンテナ ２４、２６ 付加的なアンテナ ２８ 第２の衛星 ３０、３４ 順方向リンク ３２、３６ 返送リンク ３８ 通信フレーム ４０ ヘッダ区分 ４２ データ区分 ４４ 同期区分 ５０ 変調器バンク ５２ 復調器バンク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スコット エイ スティーヴンス アメリカ合衆国 カリフォルニア州 90266 マンハッタン ビーチ オーク アベニュー 1900 (56)参考文献 特開 平７−254867（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−141008（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H04B 7/14 - 7/22 H04L 7/00 - 7/10

Claims (25)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 衛星をベースとするテレコミュニケーシ
    ョンシステムにおいてユーザターミナルと地球ステーシ
    ョンとの間に同期通信リンクを維持するための装置であ
    って、 同期データを含むテレコミュニケーションデータフレー
    ムを通信リンクに沿って送信するユーザターミナルと、 上記データフレームを受信しそしてそこから上記同期デ
    ータを得るための地球ステーションとを備え、この地球
    ステーションは、上記受信した同期データと、基準同期
    データとの間の差のデータを計算し、そしてその差のデ
    ータを上記ユーザターミナルへ送信し、 上記ユーザターミナルは、上記通信リンクを上記地球ス
    テーションの基準同期データと同期状態に維持するよう
    に上記差のデータに基づいて上記データフレームを発生
    する変調器を備えたことを特徴とする装置。
  2. 【請求項２】 上記ユーザターミナルは、独特の符号波
    形を発生するための発生器を備え、上記変調器は、上記
    符号波形を上記フレームに埋め込む請求項１に記載の装
    置。
  3. 【請求項３】 上記ユーザターミナルは、搬送波周波数
    を発生する発振器を備え、上記変調器は、上記搬送波周
    波数を中心とするサブバンドにおいて上記フレームを出
    力する請求項１に記載の装置。
  4. 【請求項４】 上記変調器は、ＣＤＭＡコードを上記フ
    レームのデータ区分の通信データで変調し、そしてタイ
    ミング同期コードを上記フレームのヘッダ区分に挿入
    し、上記タイミング同期コードは、他のユーザターミナ
    ルに関連したタイミング同期信号に対して直交し且つそ
    れとは独特なものである請求項１に記載の装置。
  5. 【請求項５】 上記地球ステーションは、更に、上記同
    期データのタイミング及び周波数を基準タイミング及び
    周波数信号と比較して、上記差のデータに対応するタイ
    ミング及び周波数オフセットエラーを得るためのタイミ
    ング及び周波数弁別器を更に備えた請求項１に記載の装
    置。
  6. 【請求項６】 衛星をベースとするテレコミュニケーシ
    ョンシステムにおいてユーザターミナルと少なくとも２
    つの地球ステーションとの間に同期通信を維持する方法
    であって、 １つの地球ステーションをマスター地球ステーションと
    して指定しそして１つの地球ステーションをスレーブ地
    球ステーションとして指定し、 同期信号を含む通信フレームをユーザターミナルから返
    送リンクに沿ってマスター地球ステーションへ送信し、 スレーブ地球ステーションにおいて上記返送リンクを監
    視して上記フレームを得、 上記フレームにおいて受け取られた上記同期信号とスレ
    ーブ地球ステーションの基準同期信号との間の同期オフ
    セットを計算し、そしてスレーブ地球ステーションをマ
    スター地球ステーションと同期するように上記同期オフ
    セットに基づいてスレーブ地球ステーションの上記基準
    同期信号を更新する、という段階を備えたことを特徴と
    する方法。
  7. 【請求項７】 上記フレームのヘッダ区分にタイミング
    コードを挿入する段階を更に備え、上記同期信号は、こ
    のタイミングコードを含み、上記同期オフセットは、上
    記基準同期信号における基準タイミング信号のタイミン
    グを進ませるか又は遅らせるために上記スレーブ地球ス
    テーションにより使用されるタイミングオフセットを含
    む請求項６に記載の方法。
  8. 【請求項８】 上記フレームは、上記マスターステーシ
    ョンにより定められた中心周波数を有する所定のサブバ
    ンドにおいて送信され、上記同期信号及びオフセット
    は、各々、周波数信号及びオフセット成分を含み、上記
    更新段階は、現在ユーザターミナルに関連したスレーブ
    地球ステーションの上記基準周波数信号を、上記基準周
    波数が、マスター地球ステーションにより関連ユーザタ
    ーミナルに指定された搬送波周波数に整列するまで、シ
    フトすることを含む請求項６に記載の方法。
  9. 【請求項９】 上記フレーム及び同期信号はＣＤＭＡコ
    ードを含み、そして上記更新段階は、そのＣＤＭＡコー
    ドのタイミング及び周波数に基づいて上記スレーブ地球
    ステーションを同期させる請求項８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 上記送信段階は、多数のユーザターミ
    ナルからの多数のフレームを互いに重畳して分散スペク
    トル式に送信することを含み、各フレームは対応する送
    信側ユーザターミナルに関連した独特の直交コードを有
    する請求項６に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 衛星をベースとするテレコミュニケー
    ションシステムにおいて１組のユーザターミナルと、単
    一の通信衛星を経て上記ユーザターミナルと通信する少
    なくとも２つの地球ステーションとの間に少なくとも１
    つの同期した通信リンクを維持するための装置であっ
    て、 一方がマスター地球ステーションと指定されそして他方
    がスレーブ地球ステーションと指定される少なくとも２
    つの地球ステーションと、 上記マスター地球ステーションに指定される少なくとも
    １つのユーザターミナルであって、順方向リンク及び返
    送リンクの少なくとも１つを経て上記マスター地球ステ
    ーションと同期して通信するユーザターミナルと、 上記マスター及びスレーブ地球ステーションの基準タイ
    ミング及び周波数の間のタイミング及び周波数の少なく
    とも１つの差を決定するテストモジュールと、 上記差に基づいて上記スレーブ地球ステーションの上記
    基準タイミング及び周波数の少なくとも１つを調整し
    て、上記スレーブ地球ステーションを上記マスター地球
    ステーションと同期させる制御モジュールと、を備えた
    ことを特徴とする装置。
  12. 【請求項１２】 上記スレーブ地球ステーションは、上
    記ユーザターミナルへ同期要求を送信するための変調器
    を備え、そして上記ユーザターミナルは、上記スレーブ
    及びマスター地球ステーションから上記ユーザターミナ
    ルによって受信されたフレーム間の同期の差を測定する
    ための弁別器を備えた請求項１１に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 上記地球ステーションは、タイミング
    及び周波数の上記少なくとも１つにおける上記差に基づ
    いて上記マスター地球ステーションの同期と整列するよ
    うに上記スレーブ地球ステーションの同期を補正するた
    めの上記調整モジュールを備えた請求項１１に記載の装
    置。
  14. 【請求項１４】 上記スレーブ地球ステーションは、上
    記ユーザターミナルと上記マスター地球ステーションと
    の間の返送リンクを監視してそれに沿って送られるフレ
    ームを得るためのモジュールを備え、上記フレームは、
    上記マスター地球ステーションの基準タイミング及び周
    波数を表す同期信号を含み、上記スレーブ地球ステーシ
    ョンは、上記同期信号に基づいて上記差を決定する請求
    項１１に記載の装置。
  15. 【請求項１５】 上記スレーブ地球ステーションは、上
    記ユーザターミナルから上記マスター地球ステーション
    へ送られたフレームから得た同期信号に基づいて上記ス
    レーブ地球ステーションと上記ユーザターミナルとの間
    の順方向リンクのタイミング及び周波数を更新する請求
    項１１に記載の装置。
  16. 【請求項１６】 衛星をベースとするテレコミュニケー
    ションシステムにおいてマスター及びスレーブ地球ステ
    ーションから共通のユーザターミナルへ同期した順方向
    通信リンクを維持するための方法において、 １つの地球ステーションをマスター地球ステーションと
    して指定しそして少なくとも１つの地球ステーションを
    スレーブ地球ステーションとして指定し、 ユーザターミナルへ同期要求を送信し、 マスター及びスレーブ地球ステーションから送られたフ
    レームと、ユーザターミナルにより受信されたフレーム
    との間の同期の差を測定し、そして上記同期の差に基づ
    いてスレーブ地球ステーションの基準同期をマスター地
    球ステーションの基準同期と整列する、という段階を備
    えたことを特徴とする方法。
  17. 【請求項１７】 上記スレーブ地球ステーションは、上
    記同期要求を送信する請求項１６に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 上記同期の差をユーザターミナルから
    返送リンクを経てマスターステーションへ送信する段階
    を更に備え、スレーブ地球ステーションは、上記返送リ
    ンクを監視して、上記同期の差を得、その後、上記接続
    段階を実行する請求項１６に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 上記同期の差は、タイミング及び周波
    数の差の成分を含む請求項１６に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 上記測定段階は、ユーザターミナルに
    より受け取られた上記フレームにおける直交コードに基
    づく請求項１６に記載の方法。
  21. 【請求項２１】 衛星をベースとするテレコミュニケー
    ションシステムにおいて１組のユーザターミナルと、単
    一の共通の衛星を経て上記ユーザターミナルと通信する
    少なくとも２つの地球ステーションとの間に少なくとも
    １つの同期した通信リンクを維持する方法であって、 上記地球ステーションの一方をマスター地球ステーショ
    ンと指定しそして残りの地球ステーションをスレーブ地
    球ステーションと指定し、 上記のマスター地球ステーションに少なくとも１つのユ
    ーザターミナルを指定し、上記ユーザターミナルは、順
    方向リンク及び返送リンクの少なくとも１つを経て上記
    マスター地球ステーションと同期して通信し、 上記マスター及びスレーブ地球ステーションの基準タイ
    ミング及び周波数の間のタイミング及び周波数の少なく
    とも１つの差を決定し、そして上記差に基づいて上記ス
    レーブ地球ステーションのタイミング及び周波数の少な
    くとも１つを調整して、上記スレーブ地球ステーション
    を上記マスター地球ステーションと同期させる、という
    段階を備えたことを特徴とする方法。
  22. 【請求項２２】 上記スレーブ地球ステーションは、上
    記ユーザターミナルへ同期要求を送信するための変調器
    を備え、そして上記ユーザターミナルは、上記スレーブ
    及びマスター地球ステーションから上記ユーザターミナ
    ルによって受信されたフレーム間の同期の差を測定する
    ための弁別器を備えた請求項２１に記載の方法。
  23. 【請求項２３】 上記地球ステーションは、タイミング
    及び周波数の上記少なくとも１つにおける上記差に基づ
    いて上記マスター地球ステーションの同期と整列するよ
    うに上記スレーブ地球ステーションの同期を補正するた
    めの上記調整モジュールを備えた請求項２１に記載の方
    法。
  24. 【請求項２４】 上記スレーブ地球ステーションは、上
    記ユーザターミナルと上記マスター地球ステーションと
    の間の返送リンクを監視してそれに沿って送られるフレ
    ームを得るためのモジュールを備え、上記フレームは、
    上記マスター地球ステーションの基準タイミング及び周
    波数を表す同期信号を含み、上記スレーブ地球ステーシ
    ョンは、上記同期信号に基づいて上記差を決定する請求
    項２１に記載の方法。
  25. 【請求項２５】 上記スレーブ地球ステーションは、上
    記ユーザターミナルから上記マスター地球ステーション
    へ送られたフレームから得た同期信号に基づいて上記ス
    レーブ地球ステーションと上記ユーザターミナルとの間
    の順方向リンクのタイミング及び周波数を更新する請求
    項２１に記載の方法。
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