JP4607325B2

JP4607325B2 - ユーザ端末クロック誤差測定および補正システムおよび方法

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Publication number: JP4607325B2
Application number: JP2000569530A
Authority: JP
Inventors: ミラー、デビッド・エス; ローベック、ジェフリー・エー
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 1998-09-09
Filing date: 1999-09-08
Publication date: 2011-01-05
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Also published as: CA2343112C; WO2000014903A1; JP2002524963A; AU6029699A; DE69908149T2; KR100595346B1; ATE241232T1; CN1124707C; HK1040844B; AU772219B2; RU2001109239A; EP1110335B1; EP1110335A1; CA2343112A1; DE69908149D1; CN1330817A; HK1040844A1; BR9913545A; US6181912B1; KR20020006511A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して衛星通信システム、より詳しくはユーザ端末クロック内の誤差を測定し、補正する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多様な多重アクセス通信システムおよび技術は多数のシステムユーザの間で情報を伝送するために開発されている。しかし、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）スペクトル拡散技術のようなスペクトル拡散変調技術は、特に多数の通信システムユーザにサービスを提供するときに、他の変調スキームよりも顕著な利点を提供する。多重接続通信システムにＣＤＭＡ技術を使用することは、１９９０年２月１３日に、「衛星ないし地上レピータを使用するスペクトル拡散多重接続通信システム」と題する米国特許第４，９０１，３０７号、および１９９７年１１月２５日に、「個々の受信位相時間およびエネルギーをトラッキングするスペクトル拡散通信システム内で全スペクトル送信電力を使用する方法および装置」と題する米国特許第５，６９１，９７４号に開示されており、両者とも本願の譲受人に譲渡されたものであり、参照してここに組み込まれる。
【０００３】
これらの特許は通信システムについて開示しており、普通その多数の移動ないし遠隔システムユーザまたは加入者ユニット（「ユーザ端末」）は、少なくとも一つの受信機を使用して他のユーザ端末と、あるいは公衆電話交換ネットワークのような他の接続システムのユーザと通信する。通信信号は衛星レピーターおよびゲートウェイを介して、または地上基地局（さらに、時折セルサイトまたはセルと呼ばれる）に直接伝送される。
【０００４】
最近の衛星通信システムにおいて、タイミングは重大である。例えば、この種のシステムは一般的に通信チャネルを「フレーム」に分割し、各フレームは既知の持続時間を有している。この種のフレームの使用を適切にするために、ゲートウェイまたは基地局およびユーザ端末は、ある方法を使用して同期化を保証しなければならない。従って、各ユーザ端末はタイミング基準を提供するデバイスを備えている。理想的な時間基準はユーザ端末に、既知周波数の信号を供給することである。
【０００５】
局部発振器が、ユーザ端末にタイミング基準を提供するのにしばしば使用される。しかし、完全な局部発振器はない。局部発振器は周波数ドリフトを受ける。局部発振器の周波数がドリフトすると、同期が失われる。
【０００６】
局部発振器の周波数ドリフトを最小にする一つのアプローチは、より正確な局部発振器を製造することである。しかし、このような非常に安定した局部発振器は製造するのに相当な費用がかかる。
【０００７】
セルラ電話システムに一般的に使用される他のアプローチは、電圧制御温度補償水晶発振器（ＶＴＣＸＯ）の使用が含まれる。このＶＴＣＸＯは、温度変化に起因する周波数ドリフトに対して高い抵抗性がある。さらに、ＶＴＣＸＯの出力周波数は、ＶＴＣＸＯへの入力電圧を変えることによって制御されうる。
【０００８】
この種のセルラ電話システムにおいて、各ユーザ端末はＶＴＣＸＯで供給される。各ユーザ端末は基地局によって送信されたパイロット信号をモニターする。ユーザ端末は、タイミング基準としてパイロット信号の周波数を使用し、これに印加される入力電圧を変えることによってＶＴＣＸＯの出力電圧を調整する。このようなアプローチは、基地局とユーザ端末間の相対的半径方向速度が小さいために、セルラ電話システムに使用することができる。しかし、この種の低地球軌道（ＬＥＯ）衛星通信システムのようなある一定の衛星通信システムにおいて、衛星とユーザ端末間の相対的半径方向速度は非常に大きくできる。この大きい相対的半径方向速度は、パイロット信号に大きいドプラシフトを課すことになり、これをタイミング基準として不安定なものにする。
【０００９】
このドプラシフトは、ＬＥＯ衛星システムにおいて特に厳しい。例えば、７ｋｍ／ｓの速度を有するＬＥＯ衛星に対して、ユーザ端末から見たドプラシフトは水平方向に約２０千万分率（ｐｐｍ）である。Ｓ帯域（ほぼ２．５ＧＨｚ）で送信するＬＥＯ衛星に対して、２ｐｐｍのドプラシフトは５０ｋＨｚの周波数シフトに相当する。このような周波数シフトはパイロット信号をタイミング基準として不安定なものにする。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、ユーザ端末クロック誤差測定および補正システムおよび方法を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、衛星通信システムにおけるユーザ端末クロック内の蓄積誤差を決定するための方法および装置に向けられている。この衛星通信システムは、ゲートウェイ、既知位置と既知速度を有する衛星と、ユーザ端末クロックによって時間計測されたデスキューバッファを有するユーザ端末とを含んでいる。方法は衛星とユーザ端末間の一方向信号遅延を計算する工程と、計算された一方向信号遅延と一方向信号遅延の所定最大値とに基づいて所望のデスキューバッファ遅延を計算する工程と、所望のデスキューバッファ遅延と実際のデスキューバッファ遅延とに基づいてユーザ端末クロック中の蓄積誤差を計算する工程とを含んでいる。
【００１２】
衛星とユーザ端末間の一方向信号遅延が、ゲートウェイからユーザ端末に送信され、ゲートウェイから帰還する往復信号遅延と、ユーザ端末によって受信された信号上のデスキューバッファによって課された実際のデスキューバッファ遅延と、衛星の既知位置と既知速度とに基づいて計算される。一方向信号遅延の前記所定最大値が、衛星とユーザ端末（すなわち、衛星が水平線近くにあるとき）間の最大可能一方向信号遅延である。実際のデスキューバッファ遅延が、デスキューバッファ書込みポインターおよびデスキューバッファ読出しポインター間に介在する多数の記憶位置と、デスキューバッファ書込み間隔とデスキューバッファ読出し間隔のいずれかに基づいて計算される。
【００１３】
本発明の特徴、目的および利点は図面に関して次に示した詳細な説明からより明確となろう。また同様の参照符号は全図に渡って一致して同じものを示す。
【００１４】
【発明の実施の形態】
Ｉ．序文
本発明は低地軌道（ＬＥＯ）衛星を用いた通信システムに用いるのに特に適したものである。しかし、当業者にとって明らかなように、本発明の概念は通信の目的に利用されない衛星システムにも適用される。本発明はまた、衛星が非ＬＥＯ軌道で動く衛星システム、又は非衛星リピーターシステムにも適用できる。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態を以下に論じる。特定の工程、形状、及び配置について論じるが、これは説明のためだけにしていることを理解するべきである。当業者であれば、本発明の精神及び範囲から外れることなく他の工程、形状及び配置を用いることができることを認識するであろう。本発明は、位置決定を意図するもの、及び衛星並びに地球上のセルラー電話システムを含む、種々の無線の情報及び通信システムに用途を見出すことができるものである。好ましい適用は電話サービスのためのＣＤＭＡ無線拡散スペクトル通信システムでのものである。
【００１６】
ＩＩ．典型的な衛星通信システム
本発明が有用である模範的な無線通信システムを図１に示す。本通信システムはＣＤＭＡ型の通信信号を用いることを考えているが、しかしこれは本発明によって要求されるものではない。図１に説明する通信システム１００の一部では、一つの基地局１１２、二つの衛星１１６及び１１８、及び二つの関連ゲートウェイ又はハブ１２０及び１２２が、二つのユーザ端末１２４及び１２６と通信を行うために示されている。典型的には、基地局及び衛星／ゲートウェイは地球上の、及び衛星に基づく、別々の通信システムの構成部品である、勿論、これは必要ではない。そのようなシステムにおける基地局、ゲートウェイ、及び衛星の合計数は所望のシステム容量及び当技術において良く理解されているその他の要素により定まる。
【００１７】
各ユーザ端末１２４及び１２６はセルラー電話、データトランシーバ、又はページまたは位置決定受信機のような無線通信装置で、所望により手持ち又は車載ができるものを含むが、これに限るものではない。ここでは、ユーザ端末は携帯電話として示してある。しかし、本発明の教示事項は「戸外」並びに「屋内」を含む、遠隔無線サービスが望まれる固定ユニットに適用できることも理解される。
【００１８】
一般的に、衛星１１６及び１１８からのビームは既定のパターンでの異なった地理的区域をカバーする。ＣＤＭＡチャンネル又は「サブビーム」とも言われる、異なった周波数のビームを、同区域に重複させるように向けることもできる。また、多重衛星用のビーム包括又はサービスエリア、又は多重基地局用のアンテナパターンも、通信システムの設計及び提供されているサービスの形式に応じて、またスペースの多様性が達成されているかどうかによって、一定の区域に完全に、又は部分的に重複するように設計できることが、当業者によって容易に理解されるところである。
【００１９】
多数のユーザ端末にサービスするようにＬＥＯ軌道の８つの異なった軌道面に動いている、４８以上もの衛星に用いられた模範システムで種々の多重衛星通信システムが提案されている。しかし、当業者であれば本発明の教示事項が他の軌道距離及び星座を含む種々の衛星システム及びゲートウェイ形状にどのようにして適用できるかを容易に理解するであろう。同時に、本発明は多様な基地局の形状の地球上に基づくシステムにも等しく適用できるものである。図１には、ゲートウェイ１２０と１２２と、ユーザ端末１２４及び１２６と基地局１１２との間に、又は衛星１１６及び１１８を通じて、樹立されている通信について、幾つかの可能性のある信号経路を示した。基地局とは線１３０及び１３２で示した。衛星１１６及び１１８と、ユーザ端末１２４及び１２６との間の衛星とユーザ端末との間の通信リンクは、線１４０、１４２、及び１４４で示した。ゲートウェイ１２０及び１２２と、衛星１１６及び１１８との間のゲートウェイ−衛星通信リンクは線１４６、１４８、１５０及び１５２で示した。ゲートウェイ１２０及び１２２と、基地局１１２とは、１又は２方向通信の一部として、又は単純にメッセージ又はデータをユーザ端末１２４及び１２６へ移転するために、用いることもできる。
【００２０】
ユーザ端末１０６に用いるための模範的なトランシーバ２００を図２に示す。トランシーバ２００は、信号がダウンコンバートされ、増幅され、またディジタル化された場合、アナログ受信機２１４へ転送される、通信信号を受けるための少なくとも一つのアンテナ２１０を用いる。同一のアンテナで送信と受信の機能を行うことができるようにするため、デユプレクサ素子２１２が典型的に用いられる。しかし、幾つかのシステムは異なった送信及び受信周波数で作用するように別々のアンテナを用いている。
【００２１】
アナログ受信機２１４によるディジタル通信信号出力は少なくとも一つのディジタルデータ受信機２１６Ａと少なくとも一つのサーチャ受信機２１８とへ転送される。関連の技術に精通する者にとって明らかなように、ユニットの複雑さの受容できるレベルにより、追加のディジタルデータ受信機２１６Ｂ−２１６Ｎを用いて所望のレベルの信号の多様性を得ることもできる。
【００２２】
少なくとも一つのユーザ端末制御プロセッサ２２０をディジタルデータ受信機２１６Ａ−２１６Ｎ及びサーチャ受信機２１８に結合する。制御プロセッサ２２０は、他の機能の中でも、基本的信号処理、タイミング、電力及びハンドオフ制御又は同調、及び信号キャリアに対して用いる周波数の選択を与える。制御プロセッサ２２０によって行われることが多いもう一つの基本的な制御機能は通信信号波形の処理に用いられる擬ノイズ（ＰＮ）コードシーケンス又は直交機能の選択又は操作である。制御プロセッサ２２０による信号処理には関係信号強度の測定及び種々の関連した信号パラメータの計算を含むことができる。タイミング及び周波数のような信号パラメータのそのような計算は、追加の又は別々のデデイケートされた回路構成を用いて測定の能率又は速度を向上させるか、又は制御処理の資源の増大した割り当てをするかを含むことができる。
【００２３】
ディジタルデータ受信機２１６Ａ−２１６Ｎはユーザ端末内のベースバンド回路２２２に結合される。ユーザディジタルバンド回路２２２はユーザ端末ユーザに出入りする情報を転送するために用いられる処理及び表明の素子から成る。即ち、一時的な又は長期のディジタルメモリのような信号又はデータ記憶素子、表示スクリーン、スピーカ、キーパッドターミナル、及びハンドセットのような入力及び出力装置、Ａ／Ｄ素子、ボコーダ、その他の音声及びアナログ信号処理素子、などがあり、全ては技術において良く知られた素子を用いてユーザディジタルベースバンド回路２２２の部分を形成する。もし多様的信号処理を用いるならば、ユーザディジタルベースバンド回路２２２は多様的結合器及びデコーダから成ることができる。これらの素子の幾つかは制御プロセッサ２２０の制御を受けて、又はこれと連通して、作動することもできる。
【００２４】
音声又はその他のデータをユーザ端末を原発とする出力メッセージ又は通信信号として作成する場合には、ユーザディジタルベースバンド回路２２２を用いて送信用に所望のデータを受信、記憶、また別に作成する。ユーザディジタルベースバンド回路２２２はこのデータを制御プロセッサ２２０の制御を受けて作動している送信変調器２２６に与える。送信変調器２２６の出力はアンテナ２１０からの出力信号をゲートウェイへ最終的に送信する送信電力増幅器２３０へ出力電力制御を与える電力コントローラ２２８へ転送される。
【００２５】
ユーザ端末２００はまた、送信路に前段補正素子２３２を用いて外出信号の周波数を調整する。これは、送信波形の上又は下向きの変換の良く知られた技術を用いて達成することができる。別法として、前段補正素子２３２は、適切に調整された周波数を用いて１工程でディジタル信号を所望の送信周波数へ変換するように、ユーザ端末のアナログのアップコンバート及び変調ステージ（２３０）のため、周波数選択又は制御機構の一部を形成することができる。
【００２６】
ユーザ端末２００はまた、送信路に前段補正素子２３２を用いて外出信号のタイミングを調整することができる。これは、送信波形の遅延を加えるか又は差し引くという、公知の技術を用いて達成することができる。
【００２７】
受信した通信信号に対する一つ又はそれ以上の測定された信号パラメータに相当する情報又はデータ、又は一つ又はそれ以上の分与されたリソース信号は、当技術において公知の種々の技術を用いてゲートウェイへ送ることができる。例えば、情報は別の情報信号として転送されるか、又はユーザディジタルベースバンド回路２２２によって作成された他のメッセージに添付されるかすることができる。あるいは、情報は制御プロセッサ２２０の制御を受けて送信変調器２２６によって、又は送信電力コントローラ２２８によって、所定の制御ビットとして挿入されることができる。
【００２８】
ディジタル受信機２１６Ａ−Ｎ及びサーチャ受信機２１８は信号相関素子で形成されて特定の信号を復調し、トラックする。サーチャ受信機２１８を用いてパイロット信号を探索するか、又は他の比較的固定した型の強い信号を探索する。一方、ディジタル受信機２１６Ａ−Ｎを用いて検出したパイロット信号と関連した他の信号を復調させる。それゆえ、これらのユニットの出力を監視してパイロット信号又は他の信号のエネルギー又は周波数を測定することができる。これらの受信機はまた、監視して現行の周波数及びタイミング情報を与えて復調されている信号に対してプロセッサ２２０を制御することができる、周波数トラッキング素子を用いている。
【００２９】
制御プロセッサ２２０は適宜、同一の周波数バンドまでスケールされたとき、そのような情報を用いてどの程度まで受信された信号が発振器の周波数からオフセットしているかを測定する。以下に論じるような、周波数誤差及びドプラシフトに関係するこの及びその他の情報は、所望により、記憶又はメモリ素子２３６に記憶することができる。
【００３０】
ゲートウェイ１２０及び１２２に用いるための模範的な送信及び受信の装置３００を図３に示す。図３に示したゲートウェイ１２０及び１２２の部分は当技術において公知の種々の計画を用いてダウンコンバートされ、増幅され、そしてディジタル化された通信信号を受信するためのアンテナ３１０に接続された一つ又はそれ以上のアナログ受信機３１４を持っている。ある通信システムでは多段アンテナ３１０を用いる。アナログ受信機３１４によるディジタル化された出力は一般的に３２４で破線で示した、少なくとも一つのディジタル受信機モジュールに対する入力として設けられる。
【００３１】
各ディジタル受信機モジュール３２４はゲートウェイ１２０、１２２と一つのユーザ端末１２４、１２６との間の通信を支配するように用いられる信号処理素子に相当する。勿論、一定の変化は当技術において公知である。一つのアナログ受信機３１４は多くのディジタル受信機モジュール３２４に対する入力を与えることができて、多数のそのようなモジュールがゲートウェイ１０２、１２２で典型的に用いられて衛星ビームの全てを賄い、また可能性のある多岐モードの信号が一定の時間で取り扱われている。各ディジタル受信機モジュール３２４は一つ又はそれ以上のディジタルデータ受信機３１６とサーチャ受信機３１８とを持っている。サーチャ受信機３１８はパイロット信号以外の信号の適当な多岐モードを一般的に探索する。通信システムに設けられた場合には、多重ディジタルデータ受信機３１６Ａ−３１６Ｎを多様的信号受信用に用いる。
【００３２】
ディジタルデータ受信機３１６の出力は当技術において公知の装置から成る事後のベースバンドプロセッシング素子３２２へ与えられるが、ここではそれ以上の詳細には説明しない。模範的なベースバンド装置は多様的結合器及び復号器を含んで、各サブスクライバーに対しマルチパス信号を結合して一つの出力にする。模範的なベースバンド装置はまた、出力データを、典型的にはディジタルスイッチ又はネットワークへ、与えるための、インタフェース回路を含む。限定されるものではないが、ボコーダ、データモデム、及びディジタルデータ切り替え及び記憶構成部品のような、種々の他の既知の素子はベースバンド処理素子３２２の一部を形成することができる。これらの素子はデータ信号の一つ又はそれ以上の送信モジュール３３４への転送を制御又は指示するように作動する。
【００３３】
ユーザ端末へ送信されるべき信号は、各々一つ又はそれ以上の適当な送信モジュール３３４に結合される。典型的なゲートウェイは多数のそのような送信モジュール３３４を用いて多くのユーザ端末１２４、１２６に一時にサービスを提供し、また幾つかの衛星及びビームに一時にサービスを提供する。ゲートウェイ１２０、１２２によって用いられる送信モジュール３３４の数は、システムの複雑さ、目的の衛星の数、サブスクライバの容量、選択した分岐の程度、などを含む、当技術で公知の要素によって定められる。
【００３４】
各送信モジュール３３４はその拡張スペクトルが送信用にデータを変調させる送信変調器３２６を含む。送信変調器３２６は外へ出るディジタル信号に対して用いる送信電力を制御するディジタル送信電力コントローラ３２８に結合された出力部を持っている。ディジタル送信電力コントローラ３２８は干渉の低減と源泉の割り当てのために最低限の電力を適用するが、しかし送信パスの減衰及び他のパスの転送特性を保障することを必要とする場合は適当なレベルの電力を適用する。信号を伝播する際に送信変調器３２６によってＰＮ発電機が用いられる。このコード発生はまた、ゲートウェイ１２２、１２４に用いられる一つ又はそれ以上の制御プロセッサ又は記憶素子の機能的な部分を形成することがある。
【００３５】
送信電力コントローラ３２８の出力は加算器３３６へ転送されて、そこでそれは他の送信モジュールからの出力と合計される。それらの出力は送信電力コントローラ３２８と同一の周波数で、またその出力と同じビーム以内で他のユーザ端末１２４、１２６へ送信するための信号となる。加算器３３６の出力は、ディジタルからアナログへの変換、適当なＲＦキャリア周波数への変換、更なる増幅及びユーザ端末１２４、１２６へ放射するため一つ又はそれ以上のアンテナへの出力、のために、アナログ送信機３３８へ与えられる。アンテナ３１０及び３４０は、システムの複雑さ及び形状によっては、同一のアンテナであってもよい。
【００３６】
前段補正素子又は前段補正器３４２は加算器３３６とアナログ送信機３３８との直後の送信パスに配置される。本発明の一実施形態では、前段補正器３４２はアナログ信号形成と増幅との後に作動して、以下により詳細に論じるように出力周波数を調整する。外へ出るユーザ端末信号にかけられる周波数補正の量、又は前進リンク、は、それを通じて通信が確立するゲートウェイと各衛星との間の既知のドプラに基づいている。送信に先立って信号の周波数を調整するために用いられる技術又は素子は当技術において公知である。
【００３７】
単一の周波数前段補正素子は、ゲートウェイと通信している全てのユーザ端末がゲートウェイから衛星への同一の送信パスを分け合っているため、使用できる。あるいは、アナログ送信機３３８の出力周波数を制御プロセッサ３２０によって直接調節して、正常のセンター周波数からオフセットして、シフトした出力周波数を与えるようにすることもできる。
【００３８】
本発明の別の実施形態では、前段補正器３４２はアナログ信号形成及び増幅の後で作動して、以下により詳細に論じるように出力タイミングを調節する。外へ出るユーザ端末信号、又は前進リンク、にかけられるタイミング補正の量は、既知の伝播遅延とそれを通じて通信が確立するゲートウェイと各衛星との間のコードのドプラに基づいている。送信に先立って信号のタイミングを調整するために用いられる技術又は素子もまた、当技術において公知である。
【００３９】
衛星ドプラ又は伝播遅延を説明するために必要とする周波数又は時間の変動の量は、既知の衛星軌道位置データを用いて制御プロセッサ３２０によって計算することができる。このデータは記憶してルックアップテーブル又はメモリ素子のような、一つ又はそれ以上の記憶素子３４４から取り戻すことができる。ラム及びロム回路のような種々の良く知られた装置、又は磁気記憶装置を用いて記憶素子３４４を構築することもできる。この情報を用いて、何時でも周波数又はタイミングを確立するようにする。
【００４０】
少なくとも一つのゲートウェイ制御プロセッサ３２０を受信機モジュール３２４、送信モジュール３３４、及びベースバンド回路構成３２２に結合する。これらのユニットは互いに対して物理的に分離しておくのが良い。制御プロセッサ３２０は、信号処理、タイミング信号発生、電力制御、ハンドオフ制御、多様的結合、及びシステムインターフェシングのような、しかしこれらに限るものではない、機能を行う、命令及び制御信号を出す。更に、制御プロセッサ３２０は、サブスクライバー通信用にＰＮ伝播コード、直角コードシーケンス、及び特定の送信機及び受信機を割り当てる。
【００４１】
制御プロセッサ３２０はまた、パイロット、同期、及びページングチャンネル信号及びそれらの送信電力コントローラ３２８との結合の発電及び電力を制御する。パイロットチャンネルは単純には、データによって変調されない信号であって、恒常値（パターン）又は送信変調器３２６へのトーン型入力を用い、ＰＮ発生器３３２から適用されたＰＮ伝播コードだけを効果的に送信する。
【００４２】
制御プロセッサ３２０は送信モジュール３２４又は受信モジュール３３４のような、モジュールの素子に直接結合できる。各モジュールは、一般的にはそのモジュールの素子を制御する、送信プロセッサ３３０又は受信プロセッサ３２１のような、モジュールに特定になったプロセッサから成る。こうして、好ましい実施形態では、図３に示すように、制御プロセッサ３２０は送信プロセッサ３３０及び受信プロセッサ３２１に結合される。このようにして、単一の制御プロセッサ３２０は多数のモジュール及び資源の操作をより効率的に制御することができる。送信プロセッサ３３０はパイロット、同期、ページング信号及びトラフィックチャンネル信号、及びそれらの電力コントローラ３２８との夫々の結合のための発電及び信号電力を制御する。受信機プロセッサ３２１は検索、復調用のＰＮ伝播コード、及び受け入れた電力の監視を制御する。
【００４３】
分与した資源電力制御のような一定の操作に対しては、ゲートウェイ１２０及び１２２は受信した信号強度、周波数測定、又は通信信号のユーザ端末からの他の受信した信号パラメータのような情報を受信する。この情報は受信プロセッサ３２１によってデータ受信機３１６の復調した出力から引き出すことができる。あるいは、この情報は制御プロセッサ３２０、又は受信プロセッサ３２１によって監視されている信号の既定の位置で生じているとして検出され、制御プロセッサ３２０へ転送されることができる。制御プロセッサ３２０はこの情報を用い、そして電力コントローラ３２８及びアナログ送信機３３８を用いて送信され、プロセスされている信号のタイミング及び周波数を制御する。
【００４４】
本発明の好ましい実施形態を以下に詳細に論じる。特定の工程、形状及び配置を論じるが、これは説明のためだけになされるのであることを理解するべきである。当業者は、本発明の精神及び範囲から外れることなく他の工程、形状、及び配置を用いることができることを認めるであろう。本発明は、位置測定を意図するもの、及び衛星並びに地上のセルラー電話システムを含む、種々の無線情報及び通信システムに用途を見出すことができるはずである。
【００４５】
ＩＩＩ．デスキューバッファ
上述したような一般的な無線通信システムにおいて、受信機に向かう途中で障害物や大気現象により送信信号が反射され、いくつかの信号が異なる経路で受信機に進むことがある。好ましい実施形態では、ユーザ端末で多様的信号合成技術が用いられる。すなわち、ユーザ端末は、異なる経路に沿って受信した信号の異なるバージョンを合成することで、受信信号の品質を高める。異なるソースから送信される信号と、さらには同じ発信源から送信される信号の反射も含むこれらの信号バージョンは、「多様的信号」と呼ばれることが多い。
【００４６】
図２を参照すると、異なるディジタルデータ受信機２１６により各多様的信号が処理される。しかしながら、多様的信号は、異なる長さの経路に沿って進む。したがって、多様的信号は、ディジタルデータ受信機２１６を出るときに互いに時間が揃っていないことがある。しかしながら、多様的信号の合成を効率的に行うためには、合成時にこれらの信号の時間が揃っていなければならない。ディジタルデータ受信機２１６により処理される多様的信号の時間を揃えるために、ユーザ端末で多様的受信機の各フィンガに「デスキューバッファ」が用いられる。デスキューバッファとは、ディジタルデータ受信機により出力された信号を他の多様的信号と合成する前に可変遅延を課すものである。
【００４７】
図４は、２つの多様的信号に時間整列を課すデスキューバッファの使用例を示すために、本願明細書において用いる２つのタイムラインである。図４において、Ｔ_ｕは、信号が衛星からユーザ端末に進むのに要する時間を表し、Ｔ_ｒは、デスキューバッファにより信号に課せられた遅延を表す。タイムライン４０１は、第１の衛星のこれらの時間量を表し、タイムライン４０２は、第２の衛星のこれらの時間量を表す。
【００４８】
この例において、いずれの信号も同時刻ｔ_１で送信される。また、この例では、第１の衛星は天頂付近にあると仮定し、第２の衛星は地平線付近にあると仮定する。したがって、ＬＥＯ衛星を仮定すると、ユーザ端末と第１の衛星との距離は、ユーザ端末と第２の衛星との距離に比べて短い。したがって、第１の衛星により送信された信号がユーザ端末に到達するのに要する時間Ｔ_ｕ１は、第２の衛星により送信された信号がユーザ端末に到達するのに要する時間Ｔ_ｕ２よりもかなり短い。したがって、図４を参照すると、第１の衛星により送信される信号は、時間ｔ_２でユーザ端末で受信されるのに対して、第２の衛星により送信される信号は、時間ｔ_３でユーザ端末で受信される。このように、第１および第２の衛星により送信される信号に時間整列を課すために、デスキューバッファが、ユーザ端末に到達する時間の差ｔ_３−ｔ_２を補償する。図４の例において、これを達成するために、第１のデスキューバッファを用いて、第１の衛星から受信した信号に遅延Ｔ_ｒ１を課し、第２のデスキューバッファを用いて、第２の衛星から受信した信号に遅延Ｔ_ｒ２を課す。Ｔ_ｒ１およびＴ_ｒ２は、以下の式に従って選択される。
【００４９】
【数１】

したがって、２つの信号がそれぞれのデスキューバッファを出るとき、それらの時間は揃った状態になる。
【００５０】
図５は、好ましい実施形態によるユーザ端末送信機２００のアーキテクチャの一部を示す。図５は、２つのディジタルデータ受信機２１６Ａ、２１６Ｂと、それぞれのデスキューバッファ５０６Ａ、５０６Ｂと、デインターリーバおよびデコーダ５１０とを示す。図５はまた、合成器５１２と、局部発振器５１６、時間発生ユニット５１８、時間補正コントローラ５２２を含むタイムソースとを示す。
図４の例を参照すると、ディジタルデータ受信機２１６Ａは、第１の衛星により送信された信号５０２Ａを受信し、ディジタルデータ受信機２１６Ｂは、第２の衛星により送信された信号５０２Ｂを受信する。デスキューバッファ５０６Ａは、第１の信号に時間遅延Ｔ_ｒ１を課し、デスキューバッファ５０６Ｂは、第２の信号に時間遅延Ｔ_ｒ２を課す。これにより、結果的に得られた信号５０８Ａ、５０８Ｂの時間が揃う。信号５０８Ａ、５０８Ｂは、合成器５１２により合成された後、ユニット５１０によりデインターリーブ処理および復号化されて、信号５１４を出力する。次いで、信号５１４は、ボコーダなどによりさらに処理されて、そのコンテンツを抽出してよい。
【００５１】
ユーザ端末のタイミングリファレンスは、局部発振器５１６により与えられる。好ましい実施形態において、局部発振器５１６の出力周波数は、約１９．６８メガヘルツである。時間発生ユニット５１８により、局部発振器信号に時間補正が加えられて、ユーザ端末クロック信号５２０を発生する。ユーザ端末クロック信号５２０は、デスキューバッファ５０６Ａ、５０６Ｂのクロック用に用いられる。
【００５２】
好ましい実施形態において、時間発生ユニット５１８は、局部発振器５１６により出力された信号の周波数を５１２で乗算し、その周波数を１，０２５で除算して、９．８３０４メガヘルツの公称周波数をもつ信号を得る。好ましい実施形態において、この周波数は、衛星通信システムのチップレートの８倍である。本発明の趣旨および範囲から逸脱しない範囲で、他の値が用いられてよい。
【００５３】
最後に、時間発生ユニット５１８は、この周波数を８で除算して、公称ユーザ端末クロック信号を得る。以下に記載するように、時間発生ユニット５１８は、他の整数で除算を行って、時間補正コントローラ５２２からのコマンドに応答して、ユーザ端末クロック５２０の周波数を修正してよい。
【００５４】
好ましい実施形態において、デスキューバッファ５０６Ａ、５０６Ｂは、単一の物理的なサーキュラバッファの一部である。サーキュラバッファは、多様的受信機の各フィンガに別々の論理デスキューバッファを与えるように区分けされる。好ましい実施形態において、ユニット５０６、５１０、５１８および５２２は、ユーザのディジタルベースバンド電子回路２２２内にある。代替実施形態において、これらのユニットの一部は、コントローラプロセッサ２２０内にある。本発明の趣旨および範囲から逸脱しない範囲で、他の代替形態も可能である。
【００５５】
図６は、好ましい実施形態によるデスキューバッファ５０６の一部を示す。デスキューバッファ５０６は、複数の記憶場所６０２をもつ。ディジタルデータ受信機２１６から受信されたディジタルデータワード６０４は、デスキューバッファ５０６にある記憶場所６０２に順次書き込まれる。図６において、これらのワードは、下から上に順次書き込まれる。所定の時間が経過すると、ディジタルデータワード６０４は、デスキューバッファ５０６から順次読み出される。ディジタルデータワード６０４がデスキューバッファ５０６に書き込まれる時間と、ディジタルデータワードがデスキューバッファ５０６から読み出される時間の差は、デスキューバッファにより信号に課せられる遅延時間Ｔ_ｒである。
【００５６】
図６は、２つのデスキューバッファポインタ、すなわち書込みポインタ６０４と読出しポインタ６０６を示す。書込みポインタ６０４は、現在書き込まれている記憶場所６０２を指し、読出しポインタ６０６は、現在読み出している記憶場所を指す。書込みポインタ６０４の進行速度は、ディジタルデータ受信機２１６によりデータが受信され、ゲートウェイクロックにより制御されるデータレートにより制御される。読出しポインタ６０６の進行速度は、ユーザ端末クロックにより制御される。
【００５７】
公称動作中（すなわち、ゲートウェイとユーザ端末クロックが同期しているとき）、書込みポインタ６０４と読出しポインタ６０６は、デスキューバッファに沿って調和して進む。図６を参照すると、この進行方向は、下から上に向かうものである。当業者に明らかであるように、実際のデスキューバッファ遅延は、書込み間隔または読出し間隔および書込みポインタ６０５と読出しポインタ６０６間に介在する記憶場所６０２の数に基づいて計算されてよい。
【００５８】
局部発振器の周波数が公称周波数から外れると、ユーバー端末クロックも公称周波数から外れる。ユーザ端末クロックが公称周波数から外れると、ゲートウェイクロック周波数からも外れる。これが起こると、書込みポインタ６０４および読出しポインタ６０６は、調和して進まない。ユーザ端末クロックの周波数がゲートウェイクロックの周波数よりも小さければ、書込みよりも読出しが低速に実行される結果、デスキューバッファのデータ量は、最終的にバッファがオーバーフローになるまで増え続ける。また、ユーザ端末クロックの周波数が、ゲートウェイクロックの周波数よりも大きければ、書込みより読出しが高速に実行されるため、書込みを行う前でも最後までユーザ端末はデータの読出しを行おうとする。
【００５９】
ＩＶ．ユーザ端末クロックの誤差検出
ユーザ端末クロックにおける誤差を補正する第１の工程は、誤差を測定することである。好ましい実施形態において、ゲートウェイからユーザ端末およびその逆に送信される信号が受ける往復遅延を連続して測定することで、ユーザ端末クロックの誤差を決定する。
【００６０】
本発明の好ましい実施形態において、受信信号と送信信号は共に複数のフレームに分割される。ユーザ端末送信機および受信機は共に、同じ固有のタイムリファレンスに同期されるため、ユーザ端末によりフレーム境界が受信される時間と、ユーザ端末により対応するフレーム境界が送信される時間との間の時間遅延（すなわち受信フレーム境界と送信フレーム境界間の遅延）が一定になる。ここで、
Ｔ_ｓ＝ゲートウェイと衛星間の遅延
Ｔ_ｄ＝受信フレーム境界と送信フレーム境界間の遅延
Ｔ_ｕ＝ユーザ端末と衛星間の遅延
Ｔ_ｒ＝デスキューバッファにより課せられる実際の遅延
Ｔ_ｍ＝Ｔ_ｕの最大可能値
好ましい実施形態において、ユーザ端末は、Ｔ_ｕ＋Ｔ_ｒの和を一定に保ち、Ｔ_ｍに等しくする。したがって、ゲートウェイ送信機でのフレーム境界の送信と、ゲートウェイ受信機での対応するフレーム境界の受信との間の全往復遅延は、以下の式で与えられる。
【００６１】
【数２】

好ましい実施形態において、ユーザ端末は、値Ｔ_ｒをゲートウェイに周期的に報告する。さらに、ゲートウェイは、Ｔ_ＲＴＤを周期的に測定し、Ｔ_ｕに関して上記式を解く。
【００６２】
【数３】

好ましい実施形態において、ゲートウェイは、５分毎にＴ_ＲＴＤを測定する。ゲートウェイは、ユーザ端末にＴ_ｕを報告する。次いで、ユーザ端末は、デスキューバッファにより課せられる所望の遅延Ｔ_ｒ’を求める。
【００６３】
【数４】

Ｔ_ｒの最後の報告からユーザ端末クロックに蓄積誤差は、以下の式で求められる。
【００６４】
【数５】

本発明の好ましい実施形態において、Ｔ_ＲＴＤは、以下の方法により測定される。最初に、公知の作動ＰＮシーケンスまたは拡散符号を含む信号が、ゲートウェイにより送信される。信号は、衛星によりユーザ端末に中継される。ユーザ端末は、時を移さずまたは所与の遅延後のいずれかに信号を再送信する。再送信された信号は、同じ衛星によりゲートウェイに再度中継されて戻る。次いで、ゲートウェイは、受信信号のＰＮシーケンスの状態をローカルのＰＮシーケンスの状態と比較する。次いで、これらの状態の差を用いて、ゲートウェイと衛星間の公知の遅延を含む全往復遅延を決定する。当業者に公知のように、これらの遅延は、衛星とゲートウェイ間の距離がゲートウェイにより保たれているため公知のものである。これらの公知の遅延を全往復遅延から差し引くことで、Ｔ_ＲＴＤが得られる。公知の衛星位置推算表を用いて、ゲートウェイと衛生間の公知の遅延が当業者に公知のさまざまな方法で計算される。
【００６５】
Ｖ．ユーザ端末クロックの誤差補正
図７は、本発明の好ましい実施形態によるもので、上述したデスキュー遅延誤差測定法を用いてユーザ端末クロックの誤差を補正するさいの本発明の動作を示す流れ図である。図７を参照すると、工程７０２および７０４において、２つの連続するデスキュー遅延の誤差が、Ｔ_ＲＴＤの２つの連続する測定値に基づいて計算される。工程７０６において、ユーザ端末クロックのモデル分数周波数偏差が、現在および前のデスキュー遅延誤差に基づいて計算される。ユーザ端末が最初に活性化される場合、前のデスキュー遅延誤差は、工程７０２で計算されたものであり、現在のデスキュー遅延誤差は、工程７０４で計算されたものである。連続して測定を行うため、現在および前のデスキュー遅延誤差は、次に続く工程７０４で見つかる。
【００６６】
ユーザ端末クロックは、「非常に速く」または「非常に遅く」進むものであってよい。さらに、ユーザ端末クロックは、「前方に」または「後方に」進むものであってよい。したがって、ユーザ端末クロックは、これらの２つの要因に基づいて、４つのタイミング概要の１つに収まる。工程７０８において、適切なタイミング概要が決定される。本発明者らにより、各タイミング概要が、６つのタイミング補正ケースの１つに分割されることが分かった。各タイミング補正ケースは、適切な座標移動後、４つのタイミング概要のそれぞれに対するものと同様の方法で処理可能である。したがって、工程７１０において、分数周波数偏差および時間座標が移動され、工程７１２において、適切なタイミングケースが決定される。
【００６７】
各タイミングケースは、以下に詳細に記載するように、２つまたは３つのタイミング補正の破錠点により定められる。これらの破錠点が計算されると、ユーザ端末クロックの誤差は、タイミングケースと計算された破錠点に基づいて補正されてよい。したがって、工程７１４において、選択されたタイミングケースのタイミング補正破錠点が計算される。次いで、工程７１６において、ユーザ端末クロックの誤差は、計算された破錠点に基づいて補正される。
【００６８】
工程７０２および７０４に対応するデスキュー遅延誤差の計算について上述してきた。以下、モデル分数周波数偏差の計算について詳細に記載する。この動作は、工程７０６に対応する。ユーザ端末クロックの分数周波数偏差は、当業者に公知であるように、測定値Ｔ_ＲＴＤ間で変化する。本発明者らにより、分数周波数遅延をモデリングすることで本発明の動作を単純化できることが分かった。本発明者らにより、ユーザ端末クロックの誤差を補正する目的では、瞬時およびモデルの分数周波数偏差間の変動はあまり重要ではないことが分かった。このモデルは、実際の周波数偏差は瞬時に変化するが、発振器周波数偏差は時間間隔にわたって一定であると仮定する。したがって、ｎ番目のＴ_ＲＴＤ測定間隔にわたった分数周波数遅延は、以下の式に従ってモデリングされる。
【００６９】
【数６】

本発明では最新のモデル周波数偏差を用いて、今後のユーザ端末クロックの性能を予測する。上述したように、時間間隔にわたってモデリングされたクロックの性能は、４つのタイミング概要の１つに収まる。これらの４つの概要は、図８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄのグラフに示されている。図８Ａは、ユーザ端末クロックが、「前方に」非常に遅く進んでいる場合を示す（すなわち、ｘ_ＲＴＤ＞０およびｙ_ｍｏｄ＜０）。図８Ｂは、ユーザ端末クロックが前方に進むが非常に速く進んでいる場合を示す（すなわち、ｘ_ＲＴＤ＞０およびｙ_ｍｏｄ＜０）。図８Ｃは、ユーザ端末クロックが、「後方に」非常に遅く進んでいる場合を示す（ｘ_ＲＴＤ＜０およびｙ_ｍｏｄ＜０）。図８Ｄは、ユーザ端末クロックが後方に非常に速く進んでいるタイミング概要を示す（ｘ_ＲＴＤ＜０およびｙ_ｍｏｄ＞０）。
【００７０】
各概要は、周波数偏差ｙ対時間ｔのグラフで示され、２つのデスキュー遅延誤差計算、すなわち時間ｔ_ｎと時間ｔ_ｎ＋１での計算の間の時間間隔を考慮する。便宜上、各グラフは、時間間隔にわたったモデル分数周波数偏差ｙ_ｍｏｄと、グラフの横線としてその逆のものを示す。一つの可能性において、ｔ_ｎでのスルーレートは、ｙ_ｍｏｄの逆を超える。この可能性は、実線で示される。もう一つの可能性において、ｔ_ｎでのスルーレートは、ｙ_ｍｏｄの逆よりも小さい。この可能性は、破線で示される。
【００７１】
図８に示す４つの概要を理解するために有益な例えとして、ハイウェイを同じ方向に移動する２台の車が挙げられる。このような例えにおいて、２台の車のうち１台は、所定の理想的な速度で移動する「ペースカー」である。ペースカーは、所望のクロックタイミングを表す。もう１台の車は、ハイウェイをペースカーの付近でわずかに異なる速度で移動する。この「レースカー」と呼ばれる車は、ユーザ端末クロックのタイミングを表す。レースカーは、ペースカーの前方または後方のいずれかに位置し、ペースカーよりも高速または低速に移動する。
【００７２】
好ましい実施形態において、レースカーにさらなる制約が課せられる。レースカーは、１つの特定の所定減速度のみでしか減速できず、１つの所定の加速度でのみしか加速できない。本発明の好ましい実施形態において、これらの速度は同等のものであるが、反対の符号のものである。したがって、ペースカーは、３つの加速度、すなわち所定の正の速度、所定の負の速度および０のみしかもたない。この制約は、ユーザ端末クロック（ｙ_ｓｌｅｗ）のスルーレートに課せられる制約を表す。代替実施形態では、この制約は課せられない。
【００７３】
図８Ａにおいて、レースカーは、ペースカーの前方いて非常に遅く進んでいる。したがって、ペースカーは、レースカーに次第に追いついている。本発明の一つの目的は、できるだけ早くペースカーとレースカーとの間のギャップを縮めることである。したがって、レースカーは、できるだけ早くギャップを縮めるために、急速に減速した後に急速に加速することで、ギャップが縮まったときに、レースカーとペースカーが同じ速度で移動する。
【００７４】
レースカーとペースカーとの間のギャップは、ユーザ端末クロックの時間誤差を表す。レースカーとペースカーの速度の差は、ユーザ端末クロックの分数周波数偏差を表す。図８Ｂにおいて、レースカーは、ペースカーの前方にいてペースカーよりも速く進んでいる。したがって、レースカーは、ペースカーから次第に引き離されていく。図８Ａに示すように、レースカーは、できるだけ速くペースカーとのギャップを縮めるために、急速に減速した後に急速に加速することで、２台の車はギャップが縮まると同じ速度で進む。
【００７５】
図８Ｃにおいて、レースカーは、ペースカーの後方にいてペースカーよりも遅く進んでいる。したがって、ペースカーは、レースカーから次第に引き離されていく。図８Ｄにおいて、レースカーは、ペースカーの後方にいるが、ペースカーよりも速く進んでいる。したがって、レースカーは、ペースカーに追いついていく。図８Ｃおよび図８Ｄの両図において、レースカーは、できるだけ早く２台の車間のギャップを縮めるために、急速に加速した後減速して、ギャップが縮んだときに２台の車が同じ速度で進めるようにする。
【００７６】
上述したように、図８に示すタイミング概要はそれぞれ、６つのタイミング補正ケースの１つに収まる。これらの６つのタイミングケースは、図９Ａ〜９Ｆに示され、以下に詳細に記載される。適切なタイミング補正ケースを選択する前に、タイミング概要の分数周波数偏差および時間座標が移動される。この動作は、図７の工程７１０に対応する。これを達成するには、図８の適切なタイミング概要のグラフの原点を点（ｔ_ｎ，ｙ_ｓｌｅｗ）に移動する必要がある。
【００７７】
時間誤差ｘ_ＲＴＤを取り除くための最初のスルー期間経過後、ユーザ端末は、ユーザ端末クロックの分数周波数偏差を相殺するために、発振器分数周波数偏差ｙ_ｍｏｄの負でスルーを行う。変換座標において、最終的なスルー値は以下の式により与えられる。
【００７８】
【数７】

ＶＩ．タイミング補正ケース
図９Ａ〜９Ｆは、図８の時間概要の６つの時間補正ケースを表す。各タイミング補正ケースは、軸９０６および９０２としてそれぞれ示される移動時間対移動周波数偏差のグラフとして示される。各グラフはまた、所望の最終的な移動周波数偏差（−Ｈｙ_ｍｏｄ）を表す破線９０４を含む。ここで、記号Ｈｙは、ｙの上にハットがあることを示す。上述した移動により、ユーザ端末クロックは、各グラフの原点で始まる。ユーザ端末クロックを補正するための、その周波数は、線９０８および９０４間の陰影領域が所望の時間補正を表す最大スルーレートＤｙ_ｍａｘでスルーが行われるここで、記号Ｄｙは、ｙの上にドットがあることを示す。線９０８は、ユーザ端末クロックの移動周波数を表す。上述したように、タイミング補正ケースは、以下に記載するように、座標変換による特定のタイミング概要と関係する。
【００７９】
図８Ｃおよび図８Ｄのタイミング概要において、ｘ_ＲＴＤは負である。ｘ_ＲＴＤが負の場合、実際のデスキューバッファの遅延は、所望のデスキューバッファの遅延を超えるものである。ｘ_ＲＴＤが負である場合、タイミング概要の座標は、式（８）に従って変換される。
【００８０】
【数８】

図８Ａおよび図８Ｂにおいて、ｘ_ＲＴＤは正である。ｘ_ＲＴＤが正の場合、所望のデスキューバッファの遅延は、実際のデスキューバッファの遅延を超えるものである。したがって、ユーザ端末クロックは、所望のユーザ端末クロックの前を進む。ｘ_ＲＴＤが正の場合、タイミング概要の座標は、式（９）に従って変換される。
【００８１】
【数９】

以下に各タイミング補正ケースについて記載する。図９Ａにおいて、ユーザ端末クロック周波数は、最初、時間ｔ_１までレートＤｙ_ｐｏｓで正にスルーされた後、時間ｔ_２までレートＤｙ_ｎｅｇで負にスルーされる。好ましい実施形態において、Ｄｙ_ｐｏｓ＝Ｄｙ_ｎｅｇ＝Ｄｙ_ｍａｘである。時間ｔ_２で、ユーザ端末クロックは、所望の最終周波数偏差９０４に到達する。図９Ａで示す曲線は、スルーレートｙ_ｓｌｅｗおよび破錠点ｔ_１およびｔ_２で完全に特徴付けられる。これらの破錠点は、以下の式により与えられる。
【００８２】
【数１０】

図９Ｂは、図９Ａのケースを表すものであるが、スルーレートが最大スルーレートＨｙ_ｍａｘにより制限されている場合を示す。レースカーの例えを参照すると、レースカーは、時間ｔ_１まで加速した後、時間ｔ_２までその速度で進み、時間ｔ_３まで減速する。時間ｔ_３で、レースカーとペースカーは、同じ速度で進み互いに隣り合う位置にいる。
【００８３】
【数１１】

図９Ｃは、最初のスルーレート（原点）が所望の最終スルーレートよりも小さい場合のタイミング補正ケースを示す。図９Ａに示すように、レースカーは、時間ｔ_１まで加速した後、ギャップが縮められる時間ｔ_２まで減速する。これらの破錠点は、以下の式で与えられる。
【００８４】
【数１２】

時間補正は、曲線９０８と破線９０４との間の領域で表されることに留意されたい。したがって、正の時間補正を達成するには、破線９０４上方の陰影領域が、破線９０４下方の陰影領域を超えるものでなければならない。
【００８５】
図９Ｄは、図９Ｃのケースを示すが、最大スルーレートに出会った場合を示す。したがって、図９Ｂに示すように、曲線９０８は、３つの破錠点を有する。これらの破錠点は、以下の式により与えられる。
【００８６】
【数１３】

図９Ｅは、図９Ａの特別のケースを示すが、余分な時間誤差の補正を蓄積せずに、ユーザ端末クロックの分数周波数偏差を最終周波数偏差９０４にもたらすのにスルーレートが不十分な場合のものである。グラフでは、曲線９０８が線９０４に到達する時間まで、２つの曲線の間の領域は非常に大きい。この時間補正を補償するために、曲線９０８は、曲線９０４の下方に少しの時間費やす必要がある。したがって、図９Ｃおよび図９Ｄに示すように、曲線９０４の情報および下方の陰影領域間の差は、適切な時間補正要因を表す。図９Ｅのケースの破錠点は、以下の式で計算される。
【００８７】
【数１４】

図９Ｆは、図９Ｅのケースを示すが、スルーレートが最小スルーレートＨｙ_ｍｉｎに限定された場合のものである。好ましい実施形態において、Ｈｙ_ｍａｘ＝−Ｈｙ_ｍｉｎである。したがって、曲線９０８は、図９Ｆでは３つの破錠点を有する。これらの破錠点は、以下の式を用いて計算される。
【００８８】
【数１５】

好ましい実施形態において、６つのタイミング補正ケースの適切なケースは、図１０に示す決定ツリーを用いて選択される。決定ツリーは、工程１００２に示すように、移動された分数周波数偏差Ｈｙ_ｍｏｄが正または負のどちらであるかを決定することから始める。Ｈｙ_ｍｏｄが負であれば、概要は図９Ｅ〜９Ｆのタイミング補正ケース内に収まる。Ｈｙ_ｍｏｄが正であれば、概要は図９Ａ〜９Ｄのタイミング補正ケース内に収まる。
【００８９】
Ｈｙ_ｍｏｄが正であれば、決定ツリーは、工程１００４に示すように、以下の式を試す。
【００９０】
【数１６】

この式が成り立てば、概要は、図９Ｃ〜９Ｄのタイミング補正ケース内に収まる。この式が成り立たなければ、概要は、図９Ａ〜９Ｂのタイミング補正ケース内に収まる。成り立てば、決定ツリーは、工程１００６に示すように、以下の式を試す。
【００９１】
【数１７】

この式が成り立てば、概要は、工程１０１６に示すように、図９Ｄのタイミング補正ケース内に収まる。この式が成り立たなければ、概要は、工程１０１４に示すように、図９Ｃのタイミング補正ケース内に収まる。
【００９２】
工程１００４において、式３１が成り立たないと分かれば、決定ツリーは、工程１００８に示すように、以下の式を試す。
【００９３】
【数１８】

この式が成り立てば、概要は、工程１０１２に示すように、図９Ｂのタイミング補正ケース内に収まる。この式が成り立たなければ、概要は、工程１０１０に示すように、図９Ａのタイミング補正ケース内に収まる。
【００９４】
工程１００２において、Ｈｙ_ｍｏｄが負であることが分かれば、決定ツリーは、工程１０１８に示すように、以下の式を試す。
【００９５】
【数１９】

この式が成り立てば、概要は、工程１０２２に示すように、図９Ｆのタイミング補正ケース内に収まる。この式が成り立たなければ、概要は、工程１０２０に示すように、図９Ｅのタイミング補正ケース内に収まる。
【００９６】
適切なタイミング補正ケースが選択された場合、そのケースの破錠点は、上述したように計算される。次いで、破錠点は、時間補正コントローラ５２２に与えられ、これにより、時間補正コマンド５２４が時間発生ユニット５１８に供給される。
【００９７】
図１１は、本発明の好ましい実施形態による時間補正コントローラ５２２の一部を示す回路ブロック図である。時間補正コントローラ５２２は、４つのレジスタＲ_１、Ｒ_２、Ｒ_３およびＲ_４を含む。時間補正コントローラ５２２はまた、２つの加算器１００２Ａ、１００２Ｂを含む。
【００９８】
このように、時間補正コントローラ５２２は、２つのアキュムレータを備える。１つのアキュムレータは、レジスタＲ_３および加算器１１０２Ａにより形成され、もう１つのアキュムレータは、レジスタＲ_１および加算器１１０２Ｂにより形成される。レジスタＲ_２およびＲ_３は、一緒に時間計測される。好ましい実施形態において、クロックレートは１ヘルツである。レジスタＲ_１は、異なるクロックを受ける。好ましい実施形態において、このクロックレートは、１９．２キロヘルツである。好ましい実施形態において、レジスタＲ_３およびＲ_４および加算器１１０２Ａは、ソフトウェアにおいて実行され、レジスタＲ_１およびＲ_２および加算器１１０２Ｂは、ハードウェアにおいて実行される。
【００９９】
好ましい実施形態において、時間補正コントローラは、２つに時間補正コマンド信号５２４Ａ、５２４Ｂを出力する。時間補正信号５２４Ｂは、時間発生ユニット５１８にユーザ端末クロック周波数を正または負のいずれかにスルーさせる２進信号である。時間補正信号５２４Ａは、時間制御ユニット５１８にクロック信号をスルーさせるかまたはスルーさせないようにする２進信号である。これらの２つの信号を共に用いて、時間発生ユニット５１８を３つの状態、すなわち正のスルー、負のスルーまたはスルーなしの状態の１つにさせる。好ましい実施形態において、時間補正信号５２４Ａは、レジスタＲ_１の「ロールオーバー」出力であり、時間補正信号５２４Ｂは、レジスタＲ_２のカウントの最上位のビットである。
【０１００】
好ましい実施形態において、時間発生ユニット５１８は、上述したように、衛星通信システムのチップレートの８倍である周波数をもつ中間信号を発生する。公称動作では、時間発生ユニットは、この信号の周波数を８で除算して、ユーザ端末クロック信号を発生する。好ましい実施形態では、時間発生ユニット５１８は、他の除数を選択することにより時間補正信号５２４Ａ、５２４Ｂに応答する。例えば、時間発生ユニット５１８が正にスルーするコマンドを受ける場合、７以下の除数を選択することによって、公称よりも高い周波数のユーザ端末クロック信号が発生する。逆に、時間発生ユニット５１８が負にスルーするコマンドを受ける場合、９以上の除数を選択することによって、公称よりも低い周波数のユーザ端末クロック信号が発生する。当業者には明らかであるように、本発明の趣旨および範囲から逸脱しない範囲で、ユーザ端末クロック信号の周波数を調節するほかの方法が用いられてよい。
【０１０１】
図１１を参照すると、レジスタＲ_２およびＲ_３は、ゼロに初期化され、レジスタＲ_４は、時間補正処置が開始するとき、初期スルーレートで負荷される。時間補正処置は、通常、ユーザ端末が最初に作動されると開始する。レジスタＲ_４は、選択された時間補正ケースに関して計算された破錠点での所定のスルーレートで引き続き負荷される。
【０１０２】
好ましい実施形態の前述した記載により、当業者であれば本発明を実施または使用することができる。本発明を好ましい実施形態を参照して特に示し記載してきたが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態および詳細のさまざまな変更を加えてよいことは当業者により理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に有用な代表的な無線通信システムを示す図。
【図２】ユーザ端末に使用する代表的送信機を示す図。
【図３】ゲートウェイに使用する代表的送信および受信装置を示す図。
【図４】デスキューバッファを使用して二つの多様的信号上で時間整列を課す一例を示すのに使用された二つの時間線を示す図。
【図５】好ましい実施形態によるユーザ端末送信機のアーキテクチャの一部を示す図。
【図６】デスキューバッファの一部を示す図。
【図７】本発明の好ましい実施形態によるデスキュー遅延誤差測定を使用するユーザ端末クロック誤差を補正する本発明の動作を描写するフローチャート。
【図８】四つのタイミング誤差概要を描写したグラフ。
【図９Ａ】タイミング補正ケースを描写したグラフ。
【図９Ｂ】タイミング補正ケースを描写したグラフ。
【図９Ｃ】タイミング補正ケースを描写したグラフ。
【図９Ｄ】タイミング補正ケースを描写したグラフ。
【図９Ｅ】タイミング補正ケースを描写したグラフ。
【図９Ｆ】タイミング補正ケースを描写したグラフ。
【図１０】六つのタイミング補正ケースの適切な一つを選択するために使用された決定樹を示す図。
【図１１】本発明の好ましい実施形態による時間補正コトローラの一部を描写する回路ブロック図。
【符号の説明】
１２０、１２２…ゲートウェイ
２１２…デュプレクサ
２１４…アナログ受信器
２１６Ａ、２１６Ｂ、２１６Ｎ…デジタルデータ受信器
２１８…サーチャ受信器
２２０…コントロールプロセッサ
２２２…ユーザデジタルベースバンド電子回路
２２６…伝送変調器
２２８…デジタル伝送電力コントローラ
２３０…アナログ伝送電力増幅器
２３２、２３４…前段補正器
２３６…エラー／ドプラレジスタ
３１４…アナログ受信器
３１６Ａ、３１６Ｎ…デジタルデータ受信器
３１８…サーチャ受信器
３２０…コントロールプロセッサ
３２１…受信プロセッサ
３２２…ベースバンド処理器
３２３…複合デコーダ
３２６…伝送変調器
３２８…伝送電力コントローラ
３３０…伝送プロセッサ
３３２…ＰＮ発生器
３３６…加算器
３３８…アナログ伝送器
３４２…前段補正器
３４４…ドプラデータ
５０６Ａ…デスキューバッファ
５１０…デインタリーバデコーダ
５０６Ｂ…デスキューバッッファ
５１８…時間発生ユニット
５２２…時間補正コントローラ

Claims

ゲートウェイと、既知位置と既知速度を有する衛星と、ユーザ端末クロックによって時間計測されたデスキューバッファを有するユーザ端末とを含む通信システムにおいて、所定期間に渡ってユーザ端末内の蓄積誤差を決定するためのシステムであって、
前記ゲートウェイから前記ユーザ端末に送信され、前記ゲートウェイへ帰還する信号のための往復信号遅延と、前記ユーザ端末によって受信された信号上のデスキューバッファによって課された実際のデスキューバッファ遅延と、受信フレーム境界と送信フレーム境界との間の境界間遅延と、前記ゲートウェイと前記衛星と間の遅延と、を測定する手段と、
前記往復遅延と、前記デスキューバッファ遅延と、前記境界間遅延と、前記ゲートウェイと前記衛星と間の遅延と、に基づいて衛星とユーザ端末間の一方向信号遅延を計算する手段と、
前記一方向信号遅延と前記一方向信号遅延の所定最大値とに基づいて所望のデスキューバッファ遅延を計算する手段と、
前記所望のデスキューバッファ遅延と前記実際のデスキューバッファ遅延とに基づいて前記ユーザ端末クロック中の蓄積誤差を計算する手段と、
を具備する通信システム。
前記一方向信号遅延の前記所定最大値が、前記衛星と前記ユーザ端末間の最大可能一方向信号遅延である請求項１に記載のシステム。
前記一方向信号遅延の前記所定最大値が、前記衛星と前記ユーザ端末間の最大可能一方向信号遅延と前記ユーザ端末クロックの最大可能蓄積誤差を補正する時間オフセットとの和に等しい請求項１に記載のシステム。
前記所望のデスキューバッファ遅延が、前記一方向信号遅延と前記一方向信号遅延の前記所定最大値間の差に等しい請求項１に記載のシステム。
デスキューバッファ書込みポインターとデスキューバッファ読出しポインター間に介在する記憶位置の数と、デスキューバッファ書込み間隔とデスキューバッファ読出し間隔の少なくとも一つとに基づいて、前記実際のデスキューバッファ遅延を計算する手段をさらに具備する請求項１に記載のシステム。
ゲートウェイと、既知位置と既知速度を有する衛星と、ユーザ端末クロックによって時間計測されたデスキューバッファを有するユーザ端末とを含む通信システムにおいて、所定期間に渡ってユーザ端末内の蓄積誤差を決定するための方法であって、
前記ゲートウェイから前記ユーザ端末に送信し、前記ゲートウェイへ帰還する信号のための往復信号遅延と、前記ユーザ端末によって受信された信号上のデスキューバッファによって課された実際のデスキューバッファ遅延と、受信フレーム境界と送信フレーム境界との間の境界間遅延と、前記ゲートウェイと前記衛星と間の遅延と、を測定する工程と、
前記往復遅延と、前記デスキューバッファ遅延と、前記境界間遅延と、前記ゲートウェイと前記衛星と間の遅延と、に基づいて衛星とユーザ端末間の一方向信号遅延を計算する工程と、
前記一方向信号遅延と前記一方向信号遅延の所定最大値とに基づいて所望のデスキューバッファ遅延を計算する工程と、
前記所望のデスキューバッファ遅延と前記実際のデスキューバッファ遅延とに基づいて前記ユーザ端末クロック中の蓄積誤差を計算する工程と、
を含む通信方法。
前記一方向遅延の前記所定最大値を、前記衛星と前記ユーザ端末間の最大可能一方向信号遅延として選択する工程をさらに含む請求項６に記載の方法。
前記一方向信号遅延の前記所定最大値を、前記衛星と前記ユーザ端末間の最大可能一方向信号遅延とユーザ端末クロックの最大可能蓄積誤差を補正する時間オフセットとの合計に等しく選択する工程をさらに含む請求項６に記載の方法。
前記所望のデスキューバッファ遅延を、前記一方向信号遅延と前記一方向信号遅延の前記所定最大値間の差に等しく選択する工程をさらに含む請求項６に記載の方法。
デスキューバッファ書込みポインターとデスキューバッファ読出しポインター間に介在する記憶位置の数と、デスキューバッファ書込み間隔とデスキューバッファ読出し間隔の少なくとも一つとに基づいて、前記実際のデスキューバッファ遅延を計算する工程をさらに含む請求項６に記載の方法。