JP3209751B2 - 個人衛星通信システム用のネット・エントリ・チャンネルを有する周波数ホップ戻りリンク - Google Patents
個人衛星通信システム用のネット・エントリ・チャンネルを有する周波数ホップ戻りリンクInfo
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Description
の商業用途に現在用いられており、止まるところのない
通信要求が増加するに伴い、急増が予測されている。
信システム(PCS)」を開発するため、多くの連携が行
われてきた。これらシステム例の一部には、とりわけ、
グローバルスター(1991年6月3日のLoral Cellular
Systems社によるFCC(連邦通信委員会)提出のグロー
バルスター・システムの申請)、およびオデッセイ(19
91年5月31日の新規な通信衛星システム「オデッセイ」
を作るためFCC提出のTRW社の申請)を含む。これらのシ
ステムの意図は、加入者が現在のセルラー電話によく似
た携帯ハンドセットを用いて地球上の大部分の場所から
衛星回路網を介して電話呼出しを直接行うことができる
ことである。前述の両システムは、多数の理由からスペ
クトラム拡散CDMA技術を使用することを意図する。
rn link)信号は、ダイレクト・シーケンス(DS)CDMA
スペクトラム拡散方式である。この信号生成形式は、幾
つかの望ましい特性を有するが、衛星PCS用途の多くの
短所を持つ。それらには、高速な信号捕捉の困難、電力
制御エラーに対するシステム容量の感度、およびアクセ
ス・ノイズによるEb/No劣化(これらシステムは、妥当
なユーザ容量を達成するためには、典型的に、BER=0.0
01においてEb/No>8であることを要求する)が含まれ
る。
如く要約される、即ち、 容易に捕捉され同期される堅牢な戻りリンクを提供す
ること。
と。
ること。
動作を提供すること。
こと。
なしにCDΜA回路網を容易にアクセスするための手段を
提供すること。
る前にユーザを検出して同期を取ることを可能にするこ
と。
の帯域内チャンネルをユーザに提供すること。
ペクトラム拡散信号を受信する。(特定の1つの周波数
チャンネル上の)これら信号の各々は、FH搬送波を介し
て送られるデータ記号からなっている。これらの信号
は、時間的および周波数の同期状態でハブ局に到達する
ように同期される。信号搬送波は、直交ホッピング(ho
pping)・パターンを用いる。即ち、これら信号はいず
れも同時には同じ周波数ビンを占めない。信号の直交特
性は、同一チャンネル信号からのアクセス・ノイズなし
に信号を復調させる。これは、直交周波数ホッピング
(OFH)と呼ばれる。このチャンネルにおける非同期的
なユーザは、非直交的なユーザに対する高レベルのアク
セス・ノイズに起因して地上局で復調され得ない。ユー
ザの所期同期のために、別の帯域内ネット・エントリ・
チャンネル(NEC)が提供される。このチャンネルにお
けるスペクトラム拡散信号は、トラヒック・チャンネル
からのアクセス・ノズルもなくハブ局により受信するこ
とができる。更に、NEC信号は、初期のタイミング・エ
ラーおよび周波数エラーにも拘わらず、トラヒック・チ
ャンネル・ユーザとは干渉することはない。戻りリンク
信号は、GSからアウトバウンド信号上で帯域内制御デー
タを介して各ユーザに対して小さな時間および周波数の
補正を伝送することにより、同期状態に維持される。こ
の補正利得および更新速度は各ユーザごとに異なり、ユ
ーザの動的特性が広く変動してさえも適応し得る。ブロ
ック周波数・位相推定手法(即ち、ループの非直線性に
よる予測し得ない捕捉時間を持つ位相同期ループとは対
照的にフィードフォワード推定法が用いられる)の使用
によって、ホップ(hop)遷移時の位相の不連続にも拘
わらず、有効なデータ復調が行われる。デコーダは、以
下に述べるように、新規な並列デコーダ構成によりホッ
プ遷移時の位相の不連続にも拘わらず、有効に動作す
る。低速ホッピングの使用は、1つの衛星に対して同期
されていても直交信号として認識される2つの異なる衛
星で受信される信号を結果として生じる。地上局GSは、
同期状態にある回路網にエントリするために新たなユー
ザが用いなければならない必要な時間および周波数の補
正を決定することができる。これは、ネット・エントリ
・チャンネルNECで行われ、トラヒック・チャンネルで
ユーザ−GS間通信を確立するために必要である。NEC
は、ユーザがアウトバウンド信号を追跡することにより
得られる時間的情報および周波数情報を用いて高い成功
率でネット・エントリ要求を送るための手段を提供す
る。NECにおける(トラヒック・チャンネルよりも)低
いホップ速度の使用は、タイミングの不確実性にも拘わ
らず、PN信号の迅速な捕捉を可能にする。
ては、以降の記述および添付図面により考察すれば更に
明らかになるであろう。
ック図、 図2は、6つのネットワーク・エントリ・チャンネル
(NEC)周波数ビンを示す信号サブバンドの概略図、 図3は、加入者装置戻りリンク送信機の機能ブロック
図、および 図4は、地上局の戻りリンク受信機の機能ブロック図
である。
ペクトラム拡散衛星回路網の戻りリンクに用いられるも
のとして実施の形態を論述する。順方向通信リンク10
は、地上の個々のユーザへトランスポンドする衛星11を
介して、ハブ地上局(GS)12から送信されるユーザ信号
を含む。当該システムは、典型的に、地上の連続的「セ
ル」を示す多重ビーム・アンテナ13を用いる。
−1、16−2、、、16−Nから、宛て先のハンドセット
14が配置される地上のセルへ信号を送信する衛星に対し
て順方向リンク信号10(ネット・エントリ制御チャンネ
ルを含む)を同報するアンテナ手段15を含んでいる。ハ
ブ地上局12はまた、複数の戻りリンク受信機17−1、17
−2、、、17−N(詳細は図4に示される)をも含み、
これら受信機は制御チャンネル発生器および順方向通信
リンク10に時間、周波数および電力の補正の諸信号を与
えるためシステム・コントローラ18に接続されている。
時間、周波数および電力の補正を行うための回路は、図
4の機能ブロック図に示される。
ク送信機20(図3の機能ブロック図に詳細に示される)
へ時間、周波数および電力の補正信号を与える制御チャ
ンネル受信機19を含んでいる。
信号10は、本質的にスペクトラム拡散直交CDMA(OCDM
A)であり、約2.5MHzを占有するものとされる。更に、
例示目的のため、256個ものCDMA信号が2.5MHzサブバン
ドの1つを占有するものと仮定する。これらのCDMA信号
の1つ以上が、呼びのセットアップおよび回路網同期の
ために加入者のハンドセット(HS)14との通信のための
「制御チャンネル」としてGSにより用いられる。更に、
各アウトバウンド信号は、HSの通話中にGS12が同期およ
び電力の制御データをHSへ送出することができる帯域内
制御データを含むものと仮定する。当該システムは、複
数の2.5MHzサブセットを用いることができる。
切な帯域幅へ「スタック」される幾つかのサブバンドで
送信する。次いで、サブバンドのグループは、地上の個
々のユーザに対する伝送のため衛星上の異なるアンテナ
・ビーム即ちアンテナ13へ送られる。
しており、制御チャンネルの存在に関することを除いて
アウトバウンド・リンクの構造には依存しないことに注
目されたい。
ドセットHS14から地上局GS12へ伝送することである。デ
ータ伝送速度は、例示目的のため4800bpsとされる。こ
の例示的な実施の形態に対する信号パラメータの要約
が、表1に示される。
を用いる。ホップ.ビンは9900Hzだけ隔てられ、サブバ
ンド中に126のビンがあり、最大126の直交信号を収容す
る。
じる。サブバンド中の全ての信号は、GSにおいて同期状
態で受信される。これは、アウトバウンド信号制御チャ
ンネルを経由してGSを通る「長い」時間および周波数の
追跡ループを閉路することによって達成される。
ンには、0から113の番号が付される(以下に述べるよ
うに、更に12のビンが回路網エントリのため用いられ
る)。1つの周波数サブバンドにおける全ての加入者
は、同じホップ・コード・シーケンス(h1、h2、、、h
k、、、hK)を使用する。ユーザには、0から113までの
トラヒック・チャンネル番号(TCN)が割当てられる。
ユーザは、このTCNをホップ・コード・シーケンスMod
(114)に加算し、送信ホップ・ビン・シーケンスを決
定する。
幅器の非直線性に比較的許容度が高い0QPSKである。デ
ータは、R=1/2畳み込みエンコーダでコード化され
る。チャンネル伝送速度は、ホップ間に1つの記号ガー
ド時間を許容する4950SPSである。ホップ当り33個の記
号があり、そのうちの32個がデータ記号である。データ
は、擬似コヒーレント・ブロック位相・周波数推定法を
用いて検出される。
に、新規な方法でビタビ・デコーダが実現される。この
手法を説明するため、ビタビ・デコーダが当該ホップの
初めまでデータを良好に復号していたものと仮定する。
このホップの32個のビットはソフト決定(soft decisi
on)記号として復調されるが、ホップ遷移時の位相不連
続性と搬送波位相推定器の曖昧性とに起因して90゜の倍
数の位相曖昧性を有する。ここで、搬送波位相基準の90
゜、180゜および270゜の回転に対応する復調データの他
の3つのバージョンを形成する。これらのデータ・セッ
トのそれぞれは(合計4つの)独立のデコーダにより復
号されるが、その各々のデコーダは最後のホップからデ
ータを良好に復号したデコーダの状態へ初期設定されて
いる。復号後に、4つのデコーダの分岐距離(branch
metrics)を調べてどのデコーダが最も適正らしいかを
見出す。次いで、他の3つのデコーダが良好なデコーダ
と同じ状態にセットされ、この手順が次のホップに対し
て反復される。
に、復号装置は(ホップ期間が少なくとも若干のデコー
ダ束縛長さである限り)若干のホップ後に初期の位相曖
昧性を解決することになる。この関係がデコーダ装置に
より維持される。当システムは、透過コードが非透過コ
ードで使用することができる。
の存在下で実現する第2の新規な方法は、下記のとうり
である。信号が0QPSKであるゆえに、2つの直交信号成
分における位相遷移が1/2記号の時間オフセットで生じ
る。従って、受信信号における位相遷移に対して同期す
る装置は、遷移が前のホップと一致するか、あるいは90
゜の回転が存在するかを識別することができる。90゜の
回転が存在するならば、これは、2つの直交信号成分に
おいてデータをスワップしたのが原因である。このた
め、適正に整列された信号は同相かあるいは180゜のエ
ラーの状態に置かれる。上記と同様に、複数のデコーダ
が使用されるが、この時は4つではなく2つのデコーダ
が使用される。前項の他の全ての論議は、(3つではな
く)1つのデコーダが良好なデコーダと同じ状態にセッ
トされる最後の段階以外では、2つのデコーダに妥当す
る。
・デコーダ動作を実現するための両方の試みは、バース
ト信号に対する広範な応用に適用し得る。これらは、任
意の形態の位相シフト・キーイング変調方式(例えば、
0QPSK、QPSK、BPSK、多レベルPSK、QASM)を用いる任意
の通信システムを含み、第1の試みに対しては信号がバ
ーストで生じ、第2の試みにしてだけは0QPSKのみであ
る。これらは、限定されるものではないが、時分割多重
アクセス、ポケット・スイッチング、およびポールド
(polled)回路網を含む。これらのシステムはスペクト
ラム拡散であってもなくてもよい。これらの通信システ
ムは、これに限定されるものではないが、衛星、地上セ
ルラー、地上無線ローカル・エリア・ネットワークおよ
び屋内ローカル・エリア・ネットワークを含む。
結合型の多重衛星ダイバーシティのために同じ信号を、
いつ受信し中継するかである。これに限定するものでは
ないが1〜20ホップ/秒の付近の低速ホップ速度を用い
ることにより、信号は実際には非干渉的である。同期さ
れ衛星を介して動作するユーザ・リンクについて考察す
る。全ての信号は同じタイミングで衛星に到達し、相互
に干渉することはない(信号は直交している)。これら
の同じ信号が別の衛星で観察される時、それらの相対的
タイミングは異なり、これらの信号は、地上における異
なる場所に位置するために生じる相対的なタイミングの
オフセットにより重なり合う時間中は相互に干渉する。
により、ホップ休止時間は長くなる(100ミリ秒である
が、150HPSの例では、6.7ミリ秒である)。このよう
に、例えば、5ミリ秒の重なりで損なわれるホップ休止
部分ははるかに小さくなる。各ホップ休止時間の90%を
越え得る各休止の残りの(中央)部分は、干渉のない通
信のため用いることができる。重なり時間の期間、信号
は、強固な同期を生じるように各端に同期パターンを持
ち、オンであり得る。各端における重なり部がともに完
全に干渉されるわけではない。両同期セクションの一方
または他方は、常に観察可能であって使用可能である。
あるいはまた、信号は、送信機に対する電力を保持する
ため重なり部でターンオフされ得る。
C) 先に述べた戻りリンクは、直交状態を維持するように
時間および周波数の同期状態で到達する全てのユーザHS
信号に依存する。HSがネットワーク内に入ると、GSにお
いてユーザ信号ごとに小さな時間および周波数のエラー
を検出することにより、かつアウトバウンド信号におけ
る帯域内制御データにより補正を送出することによっ
て、同期が維持される、しかし、HSは他のトラヒック信
号と同期してGSに到達する信号を送信するための適切な
情報を持たないので、呼びを行いあるいは呼びに応答す
るためのネットワークへのHSの初期エントリが問題であ
る。
に対する衛星ドップラを除去するためにGSがアウトバウ
ンド信号を補償するものと仮定することによって、部分
的に緩和される。ユーザHSは、アウトバウンド信号を捕
捉し、制御チャンネルを監視してからNECを用いる。こ
のように、HSは時間および周波数の基準としてアウトバ
ウンド信号を用いることができるが、HSがビーム中心か
ら外れると、時間および周波数のエラーが生じることに
なる。この初期の不確定性は、当該説明ではΔT=±ミ
リ秒、ΔF=±8KHzと見なされる。
ブバンドにわたり均等に隔てられた6つのホップ・スロ
ット25−1、25−2、、、25−6において0FHを用い
る。各ホップアイスロット25は、幅が19.8KHz(2つの
連続する9.9KHzのトラヒック・ホップ・ビン)である。
公称ビン中心周波数より1KHz上で開始し、ホップの中間
で中心周波数より1KHz下へ逓減される。この遷移は、時
間トラッキングのために用いられる。NEC信号パラメー
タは、表2に要約される。
ものと類似の方法で形成される。即ち、NEC数をホップ
・コード・シーケンスに加算することにより、6つの直
交ホップ周波数シーケンスが生成される。
者により用いられる。NECを用いるために、ユーザHSは
アウトバウンド信号を捕捉し且つ制御チャンネルを監視
していなければならない。未占有のNECコードに対する
識別子が、制御チャンネルでHSに対して送られる。合計
6個のコードがある。HSは未占有のNECコードの1つを
選択し、アウトバウンド信号に基く周波数および時間の
補正を用いて送信を開始する。
リエ変換FFT(図4)を実施し、かつ 1)適宜に未占有のNECコードのリストを更新し、 2)信号衝突を検出してユーザに通知し、 3)受信信号における時間および周波数のオフセットを
推定し、(NEC識別子が付された)制御チャンネルにお
いて補正を伝送し、即ち、時間および周波数のプルイン
・ループがGSを介して閉路される。
12が判定する時、HS14にはトラヒック・チャンネル割当
てが与えられる。
される。多重化された入力データ(制御およびトラヒッ
ク)がバッファ27され、システム・クロック29と同期さ
れる長い機密保護コード28でカバーされる。データはコ
ード化30され、インターリーブ31され、ホップされた搬
送波33へQPSK変調32され、その後アップコンバート34さ
れ、増幅35されてアンテナ36を介して送信される。トラ
ヒック37およびネット・エントリ・チャンネル38のモー
ドでは、ホップ・タイミングは記号タイミング具と同期
する。
ック図が図4に示される。受信信号は、最初にダウンコ
ンバート40され、図示のように、局のクロックに同期さ
れたホップ・シーケンスでホップ解除(dehop)され
る。ホップ解除された信号は、IミクサおよびQミクサ
を用いてベースバンドへ変換41され、次いでディジタル
化42される。
乗の非直線性43を介して送られる。結果として生じるcw
信号の周波数エラー(ゼロを基準とする)は搬送波の4
倍であり、周波数弁別器44(典型的には、クロス積弁別
器、またはFFTに基く弁別器)により計測されてシステ
ム・コントローラへ送られる。システム・コントローラ
はアウトバウンド制御リンクでユーザHS14へ送られる補
正を計算する。
(NCO)45と、推定エラーをフィードフォワード的に除
去する複素乗算器とへ送られる。補正済み出力の位相を
推定するため、ブロック位相推定器(BPE)46が用いら
れる。
信号と混合47され、データ変調された周波数補正済みの
ベースバンド信号を生じる。この信号は、BPEからの位
相推定値を用いて復調49される。図示のように、必要な
記号タイミングもまたベースバンド信号から導出され
る。
別器63と関連して用いられ、ホップ・タイミング・オフ
セットの極めて正確な推定値を計算する。この推定値は
システム・コントローラ18へ送られ、システム・コント
ローラはアウトバウンド制御リンク10でユーザHSへ送ら
れる補正値を計算する。
60され、4つのデコーダ61−1、、、614を用いてホッ
プに基いて復号されて、先に述べたように、ホップ遷移
後の位相曖昧性を解決する。選択された適正な出力64は
差動的に復号65される。機密保護コード66は該出力と混
合され、多重化解除67されてトラヒック・データおよび
制御データを与える。
が、本発明の他の実施の形態が当業者には明らかであ
り、他の実施の形態、応用および修正が可能であること
が理解されよう。
Claims (8)
- 【請求項1】スペクトラム拡散直交CDMA伝送方式を用い
て、複数の加入者ハンドセット端末がトラヒック周波数
チャンネルで地上ハブ局と通信する衛星ネットワーク通
信システムにおいて、前記ハブ局が、前記加入者ハンド
セット端末に(タイミング、周波数および電力)同期補
正信号を伝えるネット・エントリ制御チャンネルを生成
する制御発生器と、戻りリンク受信手段とを含み、各加
入者ハンドセット端末が、前記制御チャンネル同期補正
信号を受信する加入者装置制御チャンネル受信手段と、
全ての加入者ハンドセット端末からの信号が時間および
周波数の同期状態で前記ハブ局に到達するように、前記
同期補正信号を受信するため接続された加入者装置戻り
リンク送信機とを有し、前記加入者装置戻りリンク送信
機が、信号が同時に同じ周波数ビンを占有しないように
周波数ホップ・スペクトラム拡散搬送波を含む衛星ネッ
トワーク通信システム。 - 【請求項2】前記ネット・エントリ制御チャンネルが、
小さな時間・周波数補正信号を前記複数の加入者ハンド
セット端末の各々に伝送する請求項1記載の衛星ネット
ワーク通信システム。 - 【請求項3】各受信手段がブロック周波数および位相推
定手段により制御されるデータ復調器を含む請求項1記
載の衛星ネットワーク通信システム。 - 【請求項4】前記戻りリンク受信手段が並列デコーダの
アレイを含む請求項1記載の衛星ネットワーク通信シス
テム。 - 【請求項5】2つの衛星から同時に同じユーザ信号を受
信した時に性能を強化するために、前記周波数ホッピン
グが比較的低い速度である請求項1記載の衛星ネットワ
ーク通信システム。 - 【請求項6】前記地上ハブ局における前記制御チャンネ
ルが、前記トラヒック・チャンネルにおいて加入者−地
上ハブ局間通信を確立するのに必要な時間および周波数
の補正を加入者ハンドセット端末に対して提供する手段
を含む請求項1記載の衛星ネットワーク通信システム。 - 【請求項7】前記ネット・エントリ制御チャンネルにお
けるホップ速度が前記トラヒック周波数チャンネルにお
けるホップ速度より低い請求項5記載の衛星ネットワー
ク通信システム。 - 【請求項8】ハブ局と加入者ハンドセット端末の各々が
直交QPSKを用いて搬送波上に前記信号を変調する手段を
含む請求項1ないし7のいずれか一つに記載の衛星ネッ
トワーク通信システム。
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