JP3534773B2 - Ｃｄｍａシステムのためのネットワーク参入チャンネル - Google Patents

Ｃｄｍａシステムのためのネットワーク参入チャンネル

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JP3534773B2 JP51926296A JP51926296A JP3534773B2 JP 3534773 B2 JP3534773 B2 JP 3534773B2 JP 51926296 A JP51926296 A JP 51926296A JP 51926296 A JP51926296 A JP 51926296A JP 3534773 B2 JP3534773 B2 JP 3534773B2
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Description

【発明の詳細な説明】 背景及び先行技術の簡単な説明 スペクトル拡散通信は現在、幾つかの商業的応用のた
めに用いられており、束縛を解かれた通信に対する需要
が増すにつれて急増することが予想される。
例えば、直交CDMA（OCDMA）システムが、マギル等に
より「商業用スペクトル拡散技術」、Proc.of IEEE（1
994年６月）（参考として本明細書に援用する）の中で
オフィスPBXシステムに対して論じられている。この場
合、この星形ネットワークの基地局は、疑似雑音（PN）
シーケンスによりオーバーレイ（overlay）されている
一組の直交ラデマッヒャー・ウオルシュ（Ｒ−Ｗ）関数
を送信する。各直交関数は単一のユーザのための音声又
はデータを搬送する。この基本信号フォーマットを開示
しているM.J.E.ゴーレイIDA報告108の110頁（1965年）
を参照されたい。
マギル等による検討は、タイミング及び同期の目的の
ためにネットワーク会員が信号を送信するために戻りリ
ンク上にTDMA時間スロットを設けることが意味をなす短
距離システムに対して行われている。このようにして、
会員がいつでもネットに参入するために空スロットが保
持されている。この技術は、例えば衛星システムにおけ
るように、経路長が長くなり、伝播時間がユーザ間でか
なり変化すると、非効率になり有用でなくなる。
発明の目的 以下に述べられる本発明は以下の目的を有している。
● 事前の時間同期及び周波数同期無しに非干渉的にOC
DMAネットワークにアクセスするための手段を提供する
こと。
● ユーザにOCDMA動作のための直交関数を割り当てる
前にハブ局がユーザを検出して同期を取ることが出来る
システムを提供すること。
● ユーザに高いリンク・マージン（link mergin）で
低データ速度のネット参入要求のためのチャンネルを提
供すること。
発明の要約 本明細書に開示されている実施の形態は図１に示され
ている星形スペクトル拡散衛星ネットワークの戻りリン
クに関する。衛星Ｓは地上ユーザ局10−１、10−2...10
−Ｎからユーザ信号を受信して、それらをハブ地上局
（GS）に送信する。以下に述べられている戻りリンク信
号構造は別個のネットワーク参入チャンネル（NEC）を
有する直交CDMA（OCDMA）を組み込んでいる。OCDMA技術
の利点は、アクセス雑音が低減されているが故に、所与
の帯域におけるユーザ数を増大出来るということであ
る。更に、この技術は非直交CDMAシステムよりも電力制
御の精度に対する感度が低いということである。
衛星ネットワークのハブ地上局は多数のスペクトル拡
散信号を受信する。（特定の周波数チャンネル上の）こ
れらの信号の各々は一組の直交ラデマッヒャー・ウオル
シュ（RW）関数の一つと疑似雑音（PN）シーケンスとに
よりオーバーレイされているデータ・シンボルから構成
される。これらの信号は時間同期及び周波数同期の状態
でハブ局に到達するように同期が取られる。これらの信
号の直交特性により、これらの信号は同一チャンネル
（co−channel）信号からアクセス雑音なしに復調する
ことが出来る。このチャンネル上の非同期ユーザは、非
直交ユーザに対するアクセス雑音のレベルが高いため
に、GSによって復調されることがない。本発明による
と、別個のネット参入チャンネル（NEC）が非同期ユー
ザに対して与えられる。このチャンネル上のスペクトル
拡散信号は、トラフィック・チャンネルからアクセス雑
音なしにハブ局によって受信され得る。GSは、新規のユ
ーザがOCDMAネットワークに同期状態で参入するために
用いなければならない必要は時間及び周波数の補正を決
定出来る。これは、トラフィック・チャンネル上でのユ
ーザとGSとの間の通信を確立するのに必要である。NEC
は、データ速度が低くアクセス雑音が小さいが故に、ユ
ーザが高いリンク・マージンでネット参入要求を送信す
るための手段を提供する。（トラフィック・チャンネル
上よりも）NEC上の方が低い速度の短い符号を使用する
ので、タイミングの不確実性にも拘わらず、PN信号を迅
速に捕捉することができる。
図面の説明 本発明の上記及び他の目的、利点及び特徴は、以下の
明細書及び添付の図面と共に論じられる時により明かに
なる。これらの図において、 図１は、星形拡散スペクトル衛星通信ネットワークの
図であり、 図２は、戻りリンク信号のタイミング・フレームの図
であり、 図3aは、拡散信号スペクトルを示し、図3bは、全ての
周波数が占有されているPN符号を収束させ（despread）
た後のスペクトルを示し、 図４は、本発明を組み込んでいるユーザNEC送信機の
機能ブロック図であり、そして 図５は、本発明を組み込んだハブNEC受信機の機能ブ
ロック図である。
発明の詳細な説明 信号構成 戻りリンクの基本目的は、ユーザからGSにデータを送
信することである。データ送信速度は例示として5200bp
sとなるように取られる。データは更に、速度が1/2とな
るように符号化されるものとする。チャンネル・シンボ
ル速度が5200spsとなるように、データ変調はQPSKであ
る。
32個のラデマッヒャー・ウオルシュ関数の一つが戻り
リンクでの伝送に割り当てられる。この波形は、データ
・シンボルと時間的に同期しているが、シンボル速度
（166.40kHz）の32倍の速度でクロックされる。即ち、
Ｒ−Ｗ周期が一シンボル周期と等しい。この信号は更
に、Ｒ−Ｗ関数と時間同期しているが上記速度の４倍
（665.60kHz）の速度でクロックされるPN符号によって
カバーされている。この符号は長さ1023（約８シンボル
の長さ）のゴールド（Gold）符号である。この信号は、
図２に図示されているように20msのフレームに組織され
る。このフレームの主要部分は、上記のように伝送され
る96個のデータ・シンボルから成る。この後には、捕捉
及び同期の目的のために用いられる８シンボルの長さの
時間期間が続く。この時間期間に、特定の搬送周波数上
で32人のユーザの各々は４フレーム毎に一つの同期バー
スト（１シンボルの長さ）を送信する。即ち、１フレー
ム中には１シンボルの長さの８個の同期スロットが利用
可能であり、従って、４フレーム中には32個の斯かるス
ロットがある。これらのスロットの各々は、同期の目的
で32人の潜在的ユーザの１つに割り当てられる。この同
期バーストは、BPSK変調を用いて665.60kHzのクロック
速度で送信される128チップのPN符号から成る。この結
果、毎秒12.5の更新が行わるが、これは約3Hzまでの帯
域での符号及び周波数の追尾ループに十分である。
ネット参入チャンネル 戻りリンクOCDMAの動作は、全てのユーザが時間同期
及び周波数同期の状態で地上局に到達することを要求す
るため、別個のチャンネルがネット参入及び初期同期の
ために提供される。OCDMA周波数上でネットに参入しよ
うと試みている一人の非同期ユーザ（他のユーザと等し
い電力を有する）は、このシステムがほぼ完全に満杯で
ある場合、アクセス雑音の故に地上局によって捕捉され
ることがない。これは、ラデマッヒャー・ウオルシュ関
数の周期にわたって平均化されると信号が直交性になる
ため、従来のCDMAシステムと比較してOCDMAシステムで
はかなり多数のリンクを１つの周波数上でサポートする
ことが出来るからである。同様に、アクセス雑音は同期
状態にないときは等価的に大きくなり、妥当な時間量で
非同期信号の捕捉を防止する。
ユーザが呼びを行うか或いは呼びに答えたい場合、最
初の送信は、図3aと図3bに図示されているようにOCDMA
信号のスペクトル・ゼロに位置するネット参入チャンネ
ル（NEC）上で行われる。このNEC送信は41.60kHzでクロ
ックされ搬送波上で二相変調される512ビットのPN符号
（665.50kHz＋16）によるスペクトル拡散である。PN符
号周期は約12.3msである。ネット参入を試みている全て
のユーザは同じPN符号を用いる。斯くして、１チップ
（約24μｓ）より短い相対的差動遅延を有するユーザは
互いに干渉し得る。しかしながら、各ユーザは、遅延に
おける比較的均一な拡散を、従って最小の「衝突」を保
証するために、−100チップから＋100チップのランダム
な送信時間遅延又は進みを選択する。
データは、162.5bpsのデータ速度を与える符号周期当
たり２データ・ビットの速度でPN符号にモジュロ２加算
される。送信されるこのデータはユーザ識別とランダム
な時間オフセット番号を含んでいる。
信号スペクトル 戻りリンク信号は、32人のユーザ毎に１つの周波数に
まとめられ、これらの周波数は、図3bに図示されている
ように、166.4kHzであるＲ−Ｗクロック速度だけ離間さ
れている。これらの周波数のうちの８個が割り当てられ
る。全体的なチャンネル占有状態は図3aに図示されてい
るとおりである。チャンネル帯域は2.58mHzとして図示
されている。この実施の形態のこの周波数計画は、248
個のユーザと８個の制御チャンネルとネット参入チャン
ネルとを収容し得る。
戻りリンク信号捕捉 ユーザNEC信号は特定の初期時間及び周波数の不確実
性をもってGSに受信される。受信されたC/Noは公称的に
は、5200bpsにおけるEb/No＝5dBに基づいて約42dB−Hz
となる。
地上局受信機は２分の１チップの増分でNECを探索し
ていると仮定する。各符号位相位置において、周波数の
不確実性が検査され、信号エネルギが求まる。当面、こ
れはFFTで行われるものとする。FFTビンの各々における
電力が信号の存在について検査される。一旦、信号が検
出されると、遅延ロック（DLL）及び自動周波数制御AFC
ループが動作可能化され、データ復調が始まる。
一旦、NECが捕捉され復調されると、GSは呼び接続の
ためにユーザに適切な周波数及びＲ−Ｗ関数を割り当て
ることが出来る。GSは更に、ユーザがネット参入の際に
ほぼ時間同期状態となるように、このユーザに周波数及
び時間の補正を送信する。この過程をさらに良く理解す
るために、GSはトラフィック・チャンネル（TC）上でNE
C符号位相を１チップの５％よりも良好に、即ち、1PNチ
ップより短く追尾すると仮定する。GSはユーザに特定の
周波数を指示し、Ｒ−Ｗ関数を割り当てる。GSはまた、
時間及び周波数の補正データを供給する。ユーザがTC上
で送信を開始すると、GS符号及びAFC追尾ループが即座
に動作可能化され、データ復調が開始される。必要に応
じて、更なる時間及び周波数の補正がユーザに送信され
る。
送信機の実装 信号送信機の機能ブロック図が図４に図示される。入
力データはフォーマットされ、インターリーブされ、符
号化され、通常の様式でI/Oシンボル化される。これら
のシンボルはPN符号だけでなく適切なＲ−Ｗ関数によっ
てオーバーレイされている。同様にして、NECチャンネ
ル信号に対しては、ユーザ・アクセスACデータ（ユーザ
識別番号及び時間オフセット番号等）がフォーマットさ
れ、差動的に符号化される。このデータは、その周期が
データ・シンボルと等しい時間同期PN符号によってのみ
オーバーレイされている。これら２つのベースバンド信
号は時間多重化され、次に適切な周波数の搬送波上で位
相変調される。
受信機の実装 ユーザ受信機の機能ブロック図が図５に図示されてい
る。受信された信号は増幅され、同相（Ｉ）・直角位相
（Ｑ）ミキサを従来の様式で用いてベースバンド信号に
ダウンコンバートされる。この信号は次に、拡散解除の
ための相関器に送られる。フーリエ変換（FFT）が相関
器出力に対して実施され、種々の周波数ビンが信号の存
在について検査される。信号が種々の周波数ビンの１つ
において検出されると、信号の存在が宣言され、信号周
波数オフセットが除去されるように受信機NCOが調節さ
れる。次に、AFC及び符号追尾遅延ロックループ（DLL）
が動作可能化され、データ復調が始まる。
本発明は以下の特徴を含む。
● 衛星ネットワークのハブ局は多数のスペクトル拡散
信号を受信する。（特定の周波数チャンネル上の）これ
らの信号の各々は一組の直交ラデマッヒャー・ウオルシ
ュ（Ｒ−Ｗ）関数の一つだけでなく疑似雑音（PN）シー
ケンスでオーバーレイされているデータ・シンボルから
構成されている。これらの信号は時間同期及び周波数同
期の状態でハブ局に到達するように同期が取られる。こ
れらの信号の直交特性により、これらの信号は同一チャ
ンネル信号からのアクセス雑音なしに復調することが出
来る。これは直交CDMA（OCDMA）と呼ばれる。このチャ
ンネル上の非同期ユーザは、非直交ユーザに対するアク
セス雑音のレベルが高いために、GSによって復調される
ことがない。本発明によると、別個のネット参入チャン
ネル（NEC）が非同期ユーザに対して与えられる。この
チャンネル上のスペクトル拡散信号は、トラフィック・
チャンネルからのアクセス雑音なしにハブ局によって受
信され得る。
● GSは、新規のユーザがOCDMAネットワークに同期状
態で参入するために用いなければならない必要な時間及
び周波数の補正を決定出来る。これは、トラフィック・
チャンネル上でのユーザとGSとの間の通信を確立するの
に必要である。
● NECは、低データ速度及び低アクセス雑音の故に、
ユーザが高いリンク・マージンでネット参入要求を送信
するための手段を提供する。
● （トラフィック・チャンネル上よりも）NEC上の方
が低い速度の短い符号を使用するので、タイミングの不
確実性にも拘わらず、PN信号を迅速に捕捉することがで
きる。
本発明の好ましい実施の形態を述べ説明してきたが、
本発明の他の実施の形態が当業者には容易に明白であ
り、本発明の他の種々の実施の形態、適応及び修正が可
能であることが了解されよう。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 国際公開94／21056（ＷＯ，Ａ１) Ｍａｇｉｌｌ，Ｄ．Ｔ．ｅｔ ａｌ, Ｓｐｒｅａｄ−ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｔｅ ｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｃｏｍｍｅ ｒｃｉａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓ，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔ ｈｅ ＩＥＥＥ，1994年 ４月，Ｖｏｌ ｕｍｅ：82，Ｉｓｓｕｅ：４，ｐｐ. 572−584 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04J 13/00 - 13/06 H04B 1/69 - 1/713 H04B 7/26 H04Q 7/36 H04B 7/216

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】地上ハブ局が、衛星を経由して、選択され
    た周波数チャンネルで対応する複数の地上加入者局から
    複数のスペクトル拡散信号を受信するOCDMA衛星通信シ
    ステムであって、加入者局からのそれぞれの信号が一組
    の直交ラデマッヒャー・ウオルシュ（RW）関数及び疑似
    雑音シーケンスによってオーバーレイされており、加入
    者局からの前記信号が時間同期及び周波数同期の状態で
    前記ハブ局に到達するように同期が取られているOCDMA
    衛星通信システムにおいて、 OCDMA信号のスペクトル・ゼロに位置するNEC信号を前記
    地上ハブ局と前記加入者局との間で送信するための各加
    入者局における手段からなる加入者局ネット参入チャン
    ネル（NEC）を形成するための手段であって、前記NEC信
    号が、時間同期されたPN符号によってオーバーレイされ
    ており且つ前記RW関数が存在しないユーザ識別番号と時
    間オフセット番号とを含んでいる形成手段と、 各加入者局からの前記NEC信号を検出して復調し、前記
    各加入者局に周波数とRW関数を割り当てるための前記地
    上ハブ局における手段と、 ネット参入の際にほぼ時間同期状態のなるように、それ
    ぞれの前記加入者局に周波数及び時間の補正信号を送信
    するための手段と、 を具備するOCDMA衛星通信システム。
  2. 【請求項２】地上ハブ局が選択された周波数チャンネル
    上で対応する複数の地上加入者局から複数のスペクトル
    拡散信号を受信するOCDMA衛星通信システムであって、
    加入者局からの各信号が一組の直交ラデマッヒャー・ウ
    オルシュ（RW）関数と疑似雑音シーケンスとによってオ
    ーバーレイされており、加入者からの前記信号が時間同
    期及び周波数同期の状態で前記ハブ局に到達するように
    同期が取られているOCDMA衛星通信システムにおいて、 OCDMA信号のスペクトル・ゼロに位置するNEC信号を前記
    地上ハブ局と前記加入者局との間で送信するための加入
    者ステーションを形成する手段であって、前記NEC信号
    が、時間同期されたPN符号によってオーバーレイされて
    おり且つ前記RW関数が存在しないユーザ識別番号と時間
    オフセット番号とを含んでいる手段と、 各加入者局からの前記NEC信号を検出して復調し、前記
    各加入者局に周波数とRW関数とを割り当てるための前記
    地上ハブ局における手段と、 それぞれの前記加入者局に周波数及び時間の補正信号を
    送信するための送信手段であって、それぞれの前記加入
    者局が前記の周波数及び時間の補正信号を受信するため
    の受信機手段と前記加入者局のそれぞれがネット参入の
    際にほぼ時間同期状態になることを保証するための手段
    とを有する送信手段と、 を具備するOCDMA衛星通信システム。
JP51926296A 1994-12-15 1995-12-15 Ｃｄｍａシステムのためのネットワーク参入チャンネル Expired - Lifetime JP3534773B2 (ja)

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