【発明の詳細な説明】
交替順次半二重通信システム
発明の背景
発明の分野
この発明は通信システム、特に、中央のメツセージ伝送ステーションと地球軌道
リレーサテライトを用いて移動ターミナルと中央のステーションとの間でメツセ
ージの転送を行う双方向遠距離通信システムに関する。この発明は更に順次交替
半二重通信パターンを用いて各ターミナルの複雑さ及び電力要求を減少させると
共に、大量の移動システムユーザー間の信頼の置ける通信を提供する双方向遠距
離通信システムに関する。
背景技術
中央の通信局又はディスパッチャ−と遠隔地の多数のシステムユーザーとの間で
メッージの交信や情報の簡単な転送を行う通信システムの必要性が増大している
。比較的短いメツセージを地理的に分散された非常に多くのターミナル又は移動
トランシーバ−との不規則な交信を必要とする膨大な数の商業的、政治的、個人
的用途がある。メツセージサービスの必要性には、確実な通信が望まれる政府の
サービス(軍事、法律の施行、立法)、林業、資源管理、災害救助又は調整、ナ
ビゲーション、商業的輸送又は運輸、メツセージ配送サービスのような様々な用
途がある。
別の例には発車係が米国大陸内の地域特に田舎にいるトラックと短いメツセージ
の通信を望む月間トラック産業がある。現在そのようなメツセージの転送は運転
手と中央の発車係又は連絡係の間の電話による周期的な通信に限られている。
現在のところ運転手はメツセージの受信又は配送集配スケジュールの更新のため
に長距離電話を掛けなければならない。
しかしながら、地方では電話サービスが手近にあるとは限らないので、運転手に
とって決められた時間毎に「電話をする」のは不可能ではないにしても難しい。
従来の「電話」によるアプローチでは、運転手がお金又は料金カードを用いて料
金の高い長距離電話を掛けなければならず、しかも何等新しいメツセージや情報
を収集できないときもあるので、会計上の問題が生じ、個人的にも不便である。
従来の電話システムの他に、別の通信システムによる移動マーケットの処理が試
みられている。ラジオ電話、セルラー電話、ポータプルラジオトランシーバ−(
CB)は移動トランシーバ−とベースユニットとの間のある形態の通信を可能に
している。しかしながら、これらの通信システムには幾つかの欠点があり、いず
れのシステムも広域に亙って散らばっている多数のユーザーに用いられるメツセ
ージ通信システムとしては不十分であることが判明している。
現在の移動通信サービスは限られた数の高周波低速データチャンネルで作動する
ものであり、システムの能力を越えた多くの潜在的ユーザーがある。セルラー電
話のような多くのシステムは、セルのアレーを越えて周波数を再利用して能力を
高めている。各セルは周波数を高度に再利用し、しかも干渉を減少させるために
伝送範囲は狭くなっている。しかしながら、このような低パワー伝送は周波数選
択フェーディング及び信号ブロッキングを起こし易く、新しいセルが横切られる
としばしばチャンネルを変更することを高移動ユーザーに要求する傾向がある。
これらのシステムには隣接セルに使用可能なチャンネルがないときに急激な通信
損失に陥る傾向がある。
セルラーシステムは巨大首都圏では経済的にサービスを享受することができるが
、多くの地方都市や辺境地は直接の適用範囲には含まれずサービスを享受するこ
とができない。
これらの領域へのメツセージは従来の電話や所望のフレキシビリティ−を除去し
た地上ベースシステムへの長距離転送用サテライトキャリアーに切り替えられる
。直接のサテライト通信システムはない。
伝統的移動ラジオトランシーバ−を用いた非セルラー直接通信もまた現存する交
信で込み合っている様々な周波数のコンスタントなモニターを必要としている。
これらのサービスは、セルラー電話のように、しばしばシステムオーバーロード
及び幾つかの干渉源からの信号劣化に晒される。これは大量の交信を扱えないこ
とを意味している。これらのトランシーバ−は他の通信システムとの干渉を防止
する必要性により使用範囲が狭い。
ユーザー密度の低い様々な地方を覆う多くの通信問題を解決する新しいアプロー
チとして地球軌道リレーサテライトに基づく通信システムが提案されている。軌
道リレーサテライト及び中央の通信ステーションを介して作動する幾つかのシス
テムが提案又は開発されている。そのようなシステムの例としては、米国特許第
4,291,409号及び第4,455.651号が挙げられる。
しかしながら、そのようなシステムには特に隣接する地球軌道リレーサテライト
又は同時期のサテライトユーザーとの関連で課せられる高利得低干渉の要求によ
り、狭いビームを受信する直径が4フイ一ト以上ある巨大なアンテナが必要であ
る。このため移動の用途には適していない。更に、これらのサテライトシステム
は低データ転送レートに限定されている。このため潜在的なユーザーの数及びデ
ータ転送能力が制約を受けている。さもなければ、高データレートサテライト信
号のトラッキング及び復調は、メツセージを受信しないときでも信号の走査及び
処理に多くの電力を消費する高速で複雑で高価なレシーバ−が必要である。その
ような装備は商業的メツセージシステムには不向きである。
メツセージ及びこれに関連した通信パラメーター又は制御情報を地理的に様々に
分散されている多くのユーザーに継続的に発信する通信システムが必要である。
システムにはメツセージの受信及び応答のためのリターンリンクを設ける必要が
ある。また、システムにより完全なプライベートデジタルデータネットワークの
開発が可能である。システムは安価で、操作、維持、及び設置が簡単で、アンテ
ナの必要性が最小限に押さえられていなければならない。また、システムは移動
環境に関連した転送エラーを自動的に処理するものでなければならない。
発明の要約
この発明は以上に述べた従来技術の問題点を加味してなされた。もので、その目
的は、地理的に分散している多くのユーザーを収容できる二方向メツセージ通信
システムを提供することである。
この発明の利点は、遭遇する可能性のあるあらゆる干渉に関する所定の信号対干
渉比に匹敵する性能の変調法を提供することである。
この発明の別の目的は、移動する乗り物の使用に適した非常に小さなアンテナで
安価な二方向移動ターミナルを可能とする新規な変調符号化マルチプレクス技術
により、サテライトリピータ−を用いてデータの送受信を確実に行うことである
。
この発明の別の目的は、VLS I型の信号処理チップ及びマイクロコンピュー
タのファームウェアとしてデジタル式に実現されることが好ましい変調符号化法
を提供することである。
この発明の別の利点は、通信信号が現存の通信サービスから効果的に遮断できる
ことである。
この発明の更に別の利点は、高性能で安価でフレキシブルに実施できることであ
る。
更に別の利点は、移動ターミナル用の残りのアナログ機能に用いられる回路及び
モジュールの大量生産を可能とする変調符号化法を提供することである。
この発明の目的は、データ転送速度をフレキシブルにして、異なる転送速度又は
能力の受信器を単一のシステムに効率良く収容することができるようにすること
である。
このシステムの更に別の利点は、前記目的の効果が1ビツトに付きより多くのエ
ネルギーを用いて広大な地理的領域に亙って不均一なダウンリンクパワー密度を
補償することである。
上記及びその他の課題、目的、及び利点は、地球軌道リレーサテライトを介して
中央通信ステーションと1個以上の移動ターミナルとの間でメツセージの交信を
するメツセージ通信システムにより実現される。このメツセージ通信システムは
少なくとも1個の中央通信ステーションと、少なくとも1個の移動ターミナルと
を有している。中央通信ステーションは、第1の通信信号を中央通信ステーショ
ンから1個以上の移動ターミナルに信号を送る第1のトランシーバ−を有し、移
動ターミナルは第1の通信信号の受信及び復号化を行って、所定のデユーティ−
サイクルで第2の通信信号を少なくとも1個の中央通信ステーションに送信する
第2のトランシーバ−を有している。第2の通信信号が伝送される好ましい所定
のデユーティ−サイクルは、第2のトランシーバ−デユーティ−サイクルの約5
0パーセントである。興味の対象の周波数では、50パーセントのデユーティ−
サイクルは、長さが10−20ミリセ力ンド台である。
好ましい実施例では、通信システムは第1及び第2のトランシーバ−が時分割多
重通信信号の送受信をする。時分割多重通信信号はN個のシリアルチャンネルを
有している。N個のシリアルチャンネルは、メツセージデータの送信に用いられ
るD (D<N)個のデータチャンネルと、アドレス情報の送信に用いられるA
(A−N−D)個のアドレスチャンネルとからなる。アドレス情報はメツセー
ジの送付先であるターミナルアドレスの形態である。
中央通信ステーションは、システム内のど9ターミナルにメツセージを送信する
のかを決めて、メツセージにターミナルアドレスを割り当てるターミナル割当装
置、及び各メツセージを少なくとも1個の送信用データチャンネルに割り当てる
チャンネル割当装置を用いる。アドレスコントローラーは各ターミナル向けの入
力メツセージに応じてターミナルアドレス及び関連したデータチャンネル割当を
アドレスチャンネルの一つに転送する。あるいは、メツセージが幾つかのターミ
ナノに向けの場合には、多重アドレスが一つのメツセージに指定又は割り当てら
れる。また、特別のグループ又は総べてを呼び出すアドレスを各レシーバ−に関
連付けることができ、可能ならばアドレス情報を最小にして多重レシーバ−アド
レシングを容易にする。 メツセージ入力制御装置はチャンネル割当装置に接
続されていて、デジタルメツセージを受信し、チャンネル割当装置からの割当に
応じて1度にチャンネル1つに付き1つのメツセージの割りでデジタルメツセー
ジを指定されたデータチャンネルにシリアルに転送する。
入力メツセージデータは通常は1秒に付き少なくとも5,000ビット台の速度
で転送される。
好ましい実施例では、通信システムは伝送に先立ってGolay[24,12]
ブロック符号化処理をデジタルメツセージに適用し、受信の際には、対応するG
o 1 ay [24゜12コブロック復号化処理を符号化されたシンボルデ
ータに適用する。Golay符号化は1秒間に10,000ビット台の速度でデ
ジタルシンボルデータを生成する。更に、検査合計計算が入力デジタルメツセー
ジに対して実施され、検査合計の証明としてレシーバ−により一連のビットがメ
ツセージの終わりに付加される。
この発明の更に別の態様では、TDM通信信号の動作周波数がフォーワード及び
リターンの両リンク間を選択された数の周波数だけ異なる速度で周波数ホップし
て通信信号の電力密度が増大する。
独特の三角波形を用いて、RFキャリア中央周波数を2MHzのピーク対ピーク
振幅及び30.24ミリセカンドの期間で変調する。これにより三角波形電力散
布が生じるので、フォーワードリンクが、トランスポンダーを飽和してサテライ
ト20に隣接したサテライト又はサテライト20から2゜以内のサテライトには
干渉が生じない単一ビデオキャリアと同様の干渉特性を有する。
中央通信ステーションは入力又は変換素子を用いてデジタル又はアナログソース
から入ってくるメツセージ情報を1秒間に5,000ビット台の所定の伝送速度
でデジタルメツセージに変換する。デジタルメツセージはその後キャリアの変調
に用いられて所望の通信信号が形成される。トランスミツターは通信信号を予め
選択されたリレーサテライトに向ける少なくとも1個の狭ビームアンテナに接続
されている。
この発明の通信システムは、TDM通信信号の検出、デモシュリージョン、及び
復号化をしてメツセージデータを受信するデマルチプレクサ及び他の手段に接続
されている小さなポータプル指向性狭ビームアンテナを有する移動ターミナルを
用いている。移動ターミナルは送受信用の交番デユーティ−サイクルを利用して
、受信信号のパラメーターを監視し、変更をガイドとして用いてリターンリンク
信号特性を変更する。更に、トランシーバ−は−組のローカルオシレーターを用
いて送受信機能を果たす。
図面の簡単な説明
この発明の新規な要件は添付図面を参照して以下の説明を読むことにより良く理
解することができる。
第1図は、この発明の原理に従って作動する通信システム全体の概略図である。
第2図は、第1図のシステムに用いられる通信信号のメツセージ符号化復号化チ
ャンネル多重化の概略図である。
第3図は、第1図のシステムのトランシーバ−に用いられる回路の一例を示す概
略図である。
第4図は、第1図のシステムのトランシーバ−に用いられる復号化符号化回路の
一例を示す概略図である。
好ましい実施例の詳細な説明
この発明は、1個以上の遠方の移動ターミナルと1個以上の一連の中央の通信ス
テーション又はハブとの間でメツセージを伝送する方法及び装置を提供する。通
信システムは、交番する半二重モードで使用されるメツセージ伝送チャンネ(T
DM)通信信号を用いて多くのユーザーに情報を伝送する。即ち、中央の通信ス
テーション及び移動ターミナル用のフォーワードリンク及びリターンリンク送信
又は受信が、送受信モード間で所定の周期で交番して、同一素子をアップダウン
変換チェーン及びIF素子に用いて複雑さ及びコストを最小にする。同時に、こ
の交互の通信法によりTDMモードトラッキング及びエラー補正ができるように
なり、通信が改善される。
移動システムユーザーがメツセージの受信時に少なくとも限られたある種のメツ
セージ又は受取りの通知を中央のコントロールステーションに伝えることができ
ることが望ましい。応答メツセージは、更なる通知を不要にすることもあれば、
追加の指示が必要であることを通知したり、運転者により提供される新たな情報
に基づいてメツセージを更新することもできる。同時に、通信のリターンリンク
を設けることにより、内容に制約があるとはいえ、簡単な受領メツセージのよう
な他の特徴を通信リンクに組み込んで、運転手が情報を操作するかどうかには無
関係にターミナルがメツセージを受領したことを明示することができる。位置や
乗り物の状態のような他の自動応答もトランシーバ−の動作に組み込むことがで
きる。
リターンリンクにより運転手は受は取り時間、配達情報、現在位置の報告、その
他の情報などのメツセージを入力することができる。
メ、ツセージはハブ設備と呼ぶ中央の送信設備又はターミナル14からトラック
12に送信される。中央のターミナル又はハブ14は、送信装備の維持やシステ
ムのグレードアップのための呼び出し費用や地方の直接的アクセスのために、ト
ラックターミナルや中央の配送事務所などに配備される。
あるいはハブ14は地上とサテライト間の送受信の妨害の少ない遠隔地に配置さ
れる。この場合には、中央の配送事務所、メツセージセンター、又は通信事務所
16の形態のシステムユーザーの設備は、電話、光通信、サテライト、その他の
専用通信リンクによりハブ14に繋がれている。更に、多くの遠隔地の顧客のメ
ツセージセンター用に、優先順位、アクセス、会計、及びメツセージデータの送
信特性を効果的に整理するためにメツセージ又はネットワークメツセージセンタ
ー18が用いられる。
ハブ14又はマネージメントセンター18は、メツセージ信号を通信システム1
0に供給する高速モデムやコーデックスなどの公知のインターフェース装置を用
いて現存する通信システムとインターフェースすることができる。高速データマ
ネージメントコンピュータは、メツセージの優先順序、許可、長さ、形式、会計
の詳細、通信システム10への他の制御アクセスの決定に用いられる。
ハブ14は、超高周波(EHF) トランシーバ−を用いて、地球静止軌道上の
リレー又はリピータ−サテライト20とのフォーワードリターンの両リンク又は
アップダウンの両リンク通信バスを形成する。リンクは予め選択された幾つかの
周波数又は周波数領域の1以上に維持される。典型的なサテライトシステムは、
テレビ又はラジオ放送用の12GHzの周波数信号を地上ステーションに送信す
る一連のリピータ−トランスポンダーを用いている。
通信システム10の好ましい実施例は、アップリンク及びダウンリンクキャリア
周波数をEHF Kuバンドに用いてトランスポンダーを介して現存する又は
既に発射されたか計画されている新規な通信サテライトにアクセスすることがで
きる。通信システム10は使用された又は余っているサテライトの能力をこれら
の周波数で利用するので、通信システム専用の新規のサテライトの打ち上げは不
要である。従って、この発明の利益は高価なサテライト技術が不要で直ちに実施
できることにある。しかしながら、通信システム10は身近なサテライトトラン
スポンダーに従った他の周波数で構成されることもあり、地上に設けられた幾つ
かのリピータ−を介して改善された通信を提供することができる。
ハブの送信信号はディプレクサ22を介してアンテナ26に転送される。アンテ
ナ26は、通信信号24を単一の軌道サテライトに向ける非常に小さい穴アンテ
ナを有している。
24aで示したフォーワードリンク通信信号は、アンテナ26により予め選択さ
れたアップライクキャリア周波数で通信サテライト20に送信される。通信信号
24aはリピータ−サテライト20により受信され、そこでダウンリンク送信2
4b用の第2の周波数に変換される。通信技術に長けた者の間では、この受信及
び変換に必要な装置は公知である。
アップ、リンク及びダウンリンク通信信号用に異なる周波数を用いることは干渉
を減少させる。
現在のサテライトは約48Mhzの帯域幅の幾つかの独立の通信チャンネルを支
持している。これらのサテライトは偏波絶縁により周波数を再使用する。−組の
チャンネルがある偏波(水平又は垂直)で機能し、別の組は同一周波数で1/2
チヤンネルずれて90°偏波して機能する。この90″の偏波のずれは、通常は
アップリンクにあるトランスポンダーが用いられ、ダウンリンクにあるトランス
ポンダーが用いられるある通信チャンネル用のフォーワードリンクとリターンリ
ンクとの間の通信に適用される。
伝送されたフォーワードダウンリンク信号24bは、小さな指向性アンテナ30
を介して移動トランシーバ−70(第4図)により受信される。アンテナ30は
ゲインが15dBで指向性が40−50’の垂直方向のビーム幅で6−10°の
アジマス又は軌道アークビーム幅を有するように構成されている。アンテナ30
は継続的に360度旋回するように取り付けられていて、サテライト20のため
の眺めの妨害されていない申請を有している。アンテナはアンテナの向き及びト
ラッキングの制御システム74(第4図)に接続されて、乗り物12がサテライ
トとの相対的位置を変える度にサテライト20をトラッキングしている。アンテ
ナ旋回機構の例は同時継続米国特許出願第 、 号に記載されており、
サテライトのトラッキング法は同時継続米国特許出願メツセージ又はメツセージ
データはハブ14又は制御スアーンヨン18に伝送される。ここでメツセージ又
はメツセージデータは1秒間に5,000ビツト台の速度でデジタルメツセージ
信号に変換される。この技術分野に長けた者であれば、本発明の教示は適切な速
度で作動する回路が用いられれば高速又は低速データ伝送速度に適用できること
が容易に理解できる。メツセージはデジタルデータとして様々なビット速度で直
に受信され、一旦蓄積又は格納されて所望のシステム変換速度で変換処理が実施
される。あるいは、メツセージはシステムオペレーターのキー操作により所望の
メツセージ信号を形成する音響信号として受信される。更に、あるメツセージ情
報は、時間、ターミナル割り当て、速度、その他の通信システムタイプデータと
してネットワークマネージメントセンター18により内部的又は直接的に発生さ
れる。
各メツセージ信号は伝送の前に様々な符号化、暗号化、エラー検出、訂正技術に
晒される。所望であれば、ターミナル毎に特別の符号又は暗号を用いてメツセー
ジを安全に送信することもできる。しかしながら、伝送エラーを少なくして通信
システム10により伝送されるメツセージ総べてのエラ補正をするには、総べて
のデジタルメツセージ又はメツセージデータに符号化工程を少なくとも2段設け
る必要がある。
第1段では、システム10にデジタルメツセージデータの検査合計アルゴリズム
が適用される。好ましい実施例では、検査合計アルゴリズムは、伝送エラーの検
出に用いられる検る。通信システム10に用いられる検査合計式の例は、多項式
X30+X29+X3+X2+X+1の計算である。この検査合計を計算する際
に、メツセージのアドレスフィールド(下参照)が無視されるので、チャンネル
アドレスにより検査合計が変更するようなことはない。
第2段ではデータ、メツセージ、指示、アドレスなどを総べてGolay [2
4,12]ブロツクコードを用いて符号化する。これにより検査合計、タイプ、
受領者情報を含む12ビツトブロツクの情報が伝送用の24バイナリシンボルに
符号化される。これらの24ビツトは所望のシステム伝送速度で伝送される。G
olay [24,12]ブロツクコード法を用いることは、5,000ビツト
のメツセージデータが10,000ビツトの伝送用符号化シンボルストリームを
形成することを意味する。従って、システム10の伝送信号速度は、5,000
ビツトバーセコンドの入力データ速度を収容するために約10,000バイナリ
シンボル又はビットバーセコンドである。受信の目的で、符号化されたシンボル
又はブロックは復号化されて12ビツトブロツクの情報が再び生成される。この
技術分野で公知のように、Golay[24,12]やこれに類似した符号化操
作により、データが多重ビツトパターンに散布されてデータストリームの単一ビ
ットエラーの影響が減少して伝送エラーが最小化される。
各ビットエラーはメツセージ内のビットの極一部に影響し、その一部は非常に高
いエラー率が生じるまでエラー補正法にヨリ効米的に補償することができる。
符号化されたメツセージシンボルがダイレクトデジタルシンセサイザーのような
予め選択された周波数のFM変調キャリアを生成する周波数発生器又はソースの
変調に用いられて、サテライト20への伝送用に所望のEHF/<ンドに上方変
換される。符号化されたシンボルは、通信システム10のキャリア波ソースに連
結されたBPSKモジュレータ−の駆動に用いることができる。
好ましい実施例では、各シンボルは前のシンボルから相が移動する。−90°は
0を示し、+90°は1を示す。これは差前進後退キーイングと呼ばれ、各シン
ボルに相の変遷が含まれているので、ターミナルによる捕捉を改善する。
干渉を減少させると共に、バーストレートの潜在的に異なる多くのターミナルを
収容するために、時分割多重化(TDM)伝送法が用いられる。TDMアプロー
チは全伝送(又は受信)スペクトルを一時的な増分又は所定の長さのフレームに
分割する。通信システム10により伝送されるメツセージ又はメツセージ信号は
、チャンネルとして知られている時間制御シーケンスの部分に割り当てられ、他
の信号は正確に同時にシステムを用いない。割り当てられた部分又はチャンネル
は一時的に非常に小さく、インターリーブされた一連のフレームは非常に大きい
ので、通信は全ターミナルで同時に生じているように見える。TDM信号の生成
、伝送、制御の方法及び装置は通信技術においては公知であり、様々な信号多重
化制御装置を用いて達成することができる。
各フレームは、シンボルを伝送するほぼ同一のサブフレーム長期間を表す幾つか
のチャンネルからなる。これは、メツセージが完了するまでの一連のフレーム毎
にメツセージ又はメツセージシンボルが一度に数ビットだけ伝送されることを意
味する。好ましい実施例は各フレームを25のサブフレーム又はチャンネルに分
割している。しかしながら、この技術分野に長けた者であれば、チャンネル数は
通信システム10の伝送速度、収容するユーザー数、周波数ホッピングスキーム
に依存していることは容易に理解できる。
TDMアプローチを使用する際には、情報は一般に離散的パケットとして通信信
号24a、24bにより送信される。
通信システムは、伝送されるメツセージのタイプ、バースト率、又はサイズに従
って、4ないし256文字の間の異なる長さのパケットを収容することができる
。更に、メツセージは、伝送速度を早めてメツセージ能力を高めるために、予め
フォーマットか決まっているものも、形式の自由なものも、一般に長さは200
0文字に制限されている。
一般に各パケットはメツセージタイプのような情報フィールドに分割されている
。即ち、別のシステムフォーマットから区別する典型的には6ビツトエントリー
であるメツセージのタイプ、適切なトラッキングのためのメツセージの長さ、メ
ツセージの本体、及び検査合計ビットに分割されている。
各メツセージには以下に述べるように24ビツトのアドレスフィールドもある。
この技術に長けた者であれば、メッセージ長のオーバーラツプ、パケットサイズ
及び伝送速度の変化、又は空チャンネルには関係なく、「ゼロバッキング」を時
々用いてフレームサイズを均一にすることは直ぐに理解できる。
しかしながら、未使用のチャンネルはトランシーバ−によるチャンネルのトラッ
キング及び捕捉を改善するために伝送されるランダムデータを有している。
各トランシーバ−に指定されたチャンネルのトラッキング及び復調を確実に行わ
せるために、一連の符号又はコードマスクをデータに用いてトラッキングエラー
を検出する。即ち、短いビットパターンが各チャンネルにより転送されんデータ
に加えられて隣接チャンネル内のデータから自動的に区別できるようにする。一
旦一つのトランシーバ−が一つのチャンネルを復調し始めると、そのトランシー
バ−はそのチャンネル用のコードマスクを記録する。マスクはメツセージの終端
が来るまで全データの復号又は復調に用いられる。トランシーバ−が誤って隣接
チャンネルのデータを用いた場合には、コードマスクはメツセージ内に組み込む
ことはできない。
絶縁を増大して干渉を更に減少してシステム10のメツセージ能力を増大させる
ために、キャリア周波数の周波数ホッピング(FH)が用いられる。FH技術は
全トランスポンダーの48MHz帯域幅に亘って信号24の電力密度を広げて、
ダウンリンク電力密度を減少させる。これにより、他の通信サービスとの干渉を
最小限にすること、及びトランシーバ−を他のサービスの干渉の拒絶に用いる処
理ゲインを提供することができる。通信技術内ではFH−TDM伝送の基礎技術
は公知であり、信号を所定の帯域幅に亘って広げることにより6、周波数選択的
フェーディング又は他の異常により生じる伝送エラーが信号のごく僅かの部分に
影響するだけの乗り物を提供する。同時に、独特のパターンの周波数ホッピング
はシステム10の幾らかのユーザーにある程度のセキュリティーを許す。
好ましい実施例では、フォーワードリンクFHスキームは適切なフォーワードリ
ンク(ダウンリンク)トランスポンダー帯域幅(11,7−12,2Ghz)を
ほぼ2. 5MH2分離して位置する240の周波数に分割する。興味の対象の
周波数のホッピングレートは、受信前の240の離散的周波数を含む1秒につき
200台の周波数である。これは各周波数のドエルタイムが約5ミリセカンドで
あることを意味する。各TDMフレームが新しい周波数で伝送される場合は、各
フレームは約5ミリセカンド長で各チャンネルのサイズは長さが約0.20ミリ
セカンドである。
周波数ホップパターンは、高から低又はその逆の簡単な線形数列で形成すること
ができるが、疑似乱数的に発生された周波数選択シーケンスに基づくより複雑な
パターンが好ましい。しかしながら、この技術に長けた者であれば、周波数ホッ
ピングのないT D M信号はこの発明の方法及び装置から多くの利益を得るこ
とができることは容易に理解できる。
1秒につき10,000個のシンボル又は0.10ミリセカンドにつき1個のシ
ンボルである所望の伝送率に戻ると、各フレーム期間はチャンネル毎に2個のシ
ンボルの伝送を許す。これはフレーム毎に四十へ(48)個の符号化シンボルの
伝送導度を意味する。しかしながら、繰り返しを改善するために、好ましい実施
例ではフレーム毎に五十(5o)個のシンボル伝送速度を用いている。最初のシ
ンボル期間はトランシーバ−が選択された周波数にロックされ、トランスミツタ
ーが正確に選択された周波数内にあり、いずれも周波数ソースの性格の変化によ
って偏倚しないことを確認するための沈静時間に用いられる。
第2のシンボルが50個のシンボルのストリーム内の第3のシンボルの位相の基
準として用いられる。この第3のシンボルは最初のメツセージシンボルである。
一連のシンボルの各々はいずれもその次に来るシンボルの位相の基準として用い
られる。これは絶対位相基準とは反対の異なるコヒーレント復調スキームに基づ
いている。なぜなら、絶対位相基準のアプローチはより複雑であり、移動通信シ
ステムでは達成が困難だからである。
コードブロック又はシンボルは交番グループ又はシーケンスに分割される。これ
は、コードブロックが一つ置きに選択されて、24個のシンボルからなる1個の
伝送用グループ内に配置される。これは、コード内で隣接しているコードシンボ
ルを広げて時間的に遠くに引き離す隣接ブロックコードから一つ置きのブロック
コードを分離する。これはコードブロックをインターリーブして、メツセージ信
号を広い信号帯域幅に亘って拡張することによりシーケンス内でエラーのバース
トとして生じる信号エラーを最小化する手段を提供する。
FH−TDM形通信信号24aは、ハブ14によりリピータ−、サテライト20
を介して当該サテライトのサービスを受ける所定の地理的領域又は地域内の全タ
ーミナルに(信号24aになって)伝送される。この領域は広くは一国全体、狭
くは用途に基づく小さな州である。しかしながら、サテライトにより覆われる領
域には無関係に、当該領域内のターミナルはメツセージを受信するために信号2
4bの検出、監視、復調を行わなければならない。メツセージが全チャンネルを
単に横切って適用されるだけの場合は、各トランシーバ−は関連性のあるメツセ
ージを確実に受信するために広い全帯域幅の信号のトラッキング、復調、復号を
継続的に実施しなければならない。なぜなら、各トランシーバ−は、どのターミ
ナルがメツセージを受信するように指定されているのかを確認するために、各メ
ツセージヘッダー又は各チャンネルのり−ドインを走査しなければならないから
である。ユーザーが大量にいる場合にこのような動作を達成するには、高速で複
雑な復調回路が必要である。速度及び複雑さはシステムのコストを押し上げ、信
頼性を低くするので、好ましくない。
用いて達成される。この技術は二つの部分からなるアドレッシングスキームを有
している。この技術は、この発明の譲受人に譲渡された米国同時継続出願第
号に詳しく説明されている。
この技術では、各ターミナルには通信システム10により使用される全ハブ14
トランスミツター又はシステムマネージメントセンター18にとって公知の独特
のシステムアドレスが割り当てられる。ターミナルアドレスはシステム内のター
ミナル毎に個々の識別を達成する。このアドレスは一般にターミナルの製造又は
設置時に設定されるもので、システムの要求又はコストに応じてトランシーバ−
ユーザーによるアドレスの変更は不能であったり、システム10により動的に変
更できたりする。好ましい実施例では、トランシーバ−のアドレスは、19ビツ
トアドレスタームにより指定又は決定されている。19ビツトアドレスタームは
、はぼ524゜288(219)個のアドレスを設定可能であり、メツセージ通
信システム10に大量のユーザーを収容することができる。 。
ターミナルは、「個々」のアドレスの他に、(適用可能であれば)「グループ」
アドレス、「オールコール」アドレス、又は他の「条件」アドレスのような特別
の「システム」アドレスにも応答することができる。ターミナルが応答可能なア
ドレスをこのように変更可能にすることにより、同一メツセージを指定された個
々のトランシーバ−に長い伝送期間を掛けて伝送することをせずに、単一メツセ
ージを全システム又は一群のターミナルに効果的に伝送することができるように
なる。これは、日時、サービスの変更、その他のシステム形情報を、使用しない
余分なチャンネルにインターリーブすることにより、全ターミナルに周期的に伝
送することに対する備えでもある。
ターミナルアドレスフィールドにより、FH−TDM通信信号、24及び28内
の通信チャンネルは、Aチャンネルのアドレス部と、データ又はD−N−Aチャ
ンネルのメツセージ部とに分割される。好ましい実施例では、Aは4でDは21
である。しかしながら、特定のシステム要求C乎従って、チャンネル及びアドレ
スチャンネルの総数として別の値を用いることもできる。
アドレス情報及びハブ14がメツセージ送るターミナルの指示の伝送にAアドレ
スチャンネルが用いられる。指定されたターミナル用のメツセージの伝送にDデ
ータチャンネルが用いられる。各メツセージアドレスは所定期間だけメツセージ
より先に伝送されて、メツセージが到着する前にターミナルがトラッキング回路
を調節し、適切なチャンネルに同期差せる。
アドレスチャンネルは主としてシステムチャンネル1゜2.3.・・・として指
定されるが、これらのチャンネルはデータチャンネルによって分割され、そのチ
ャンネルトラッキングは、トランシーバ−の復調のために、このスペーシングを
可能とし、又は要求する。その上、そのチャンネルの数はシステム10によって
ダイナミ、ツクに調節され、いくつかの問題に対処できる。一つの問題は非常に
多数のメツセージが送られるときに生じる。この場合、メツセージが短かくても
アドレスチャンネルが飽和し、データチャンネルの容量が余ってしまう。この状
態では、データチャンネルがアドレスチャンネルとして再割り当てされる。反対
に、平均的な数のメツセージであってもそれらがすべて最大の長さを持っている
ときにも1問題が生じる。システム10はこのようなときにアドレスチャンネル
の一つをデータチャンネルとして用い、保留されるメツセージの数を少なくでき
る。
このようなアドレス方式によれば、アドレス情報が通信信号周波数の数分の−で
復調されるだけで良いことを意味し、その結果、各トランシーバ−は、そのアド
レスを検出するまで、通信信号28をこのような低い周波数で監視すればよい。
一つの端末がそのアドレスを検出すると、チャンネル割り当てが行なわれ、トラ
ンシーバ−は適当なチャンネルヘスイッチし、メツセージの復調、受信を開始す
る。従って、トランシーバ−は、通信システム10によって送信された通信信号
28の全体は勿論、その要部さえも復調することも復号化することもしない、と
いうことが当業者には明らかであろう。
このことは、受信回路として簡単な構成で低速のものを用いることを可能とし、
それによって電力消費量およびコストを低下でき、しかも信頼性が向上し、組立
てが容易になる。望ましくは、各トランシーバ−には、ダイナミックに、又は固
定的に監視を行なうための特定のアドレスチャンネルを割り当てることができ、
それによって、アドレスおよびメツセージの復調のために、処理速度を1/Nに
減少することができる。
通信信号の受信および復号化は、第2図に更に詳細に示されている。第2図にお
いて、インターリーブのコード記号50を有する入力通信信号は、一連の信号チ
ャンネル52上の各トランシーバ−によって受信される。この信号チャンネル5
2.は順次配列されたポツプユニット54中で周波数ホップされている。メツセ
ージはデータチャンネル58で受信され、アドレス情報はアドレスチャンネル5
6で受信される。
デジタルコード信号は上述のコードブロック記号を含み、−チャンネルで且つ一
周波数ホツブ当り2記号の割合で受信される。各ホップ期間中に2つの他の記号
が受信される。このうち第一の記号はトランシーバ−のセツティングのために失
なわれ、第2の記号は3番目の記号をトラッキングするための位相を得るために
用いられる。従って、各ホップ中の一フレーム当り48個の情報があり、24ホ
ツプ後の各チャンネルに対して48個の記号が受信される。
48個の記号が累積されたあとで、これらは第3図に示したように第1.第2の
記号列に分類される。これらは夫々24個の記号を持つ“A”記号群と、“B″
記号群とである。
メツセージとアドレスコード記号は、24個の記号コードブロック60に、分類
ステップおよび装置を用いて、分類される。この分類処理により、コード記号が
送信されるときに形成されたインターリーブ状態を解除する。当業者なら容易に
理解できるように、コードに近い記号類は時間的に大きくずれて送信され、これ
によっ゛C前述したようにエラーを防止できる。
“A“、 “B′の24個の記号群夫々は、ゴーレイ(G。
1ay) [24,12]デコーダを用いて連続した12ビツトのブロック62
に復号される。このゴーレイ[24,12]デコーダにより、12ビツトブロツ
クの送信データが得られる。
5000ビツトのデータとして発生され、若しくは送信される。この状態で12
ビツトブロツクの情報は、受信されたチャンネルに応じて一連のアドレス配列又
はメツセージを含む。
アドレスチャンネル56の出力は24ビツト長の情報シーケンス64を有し、こ
れは通信システム10中でトランシーバ−のアドレスを指定するための19ビツ
トと、そのトランシーバ−へ送られるメツセージを受信するためのチャンネル選
択を指示するための5ビツトとを含む。各メツセージはそれに付属した24ビツ
トセグメントのアドレスを持ち、これはメツセージから分離され、適当なトラン
シーバ−にフラグを立せるためにアドレスチャンネルを介して送られる。
メツセージ又はデータチャンネル58の出力は一列の12ビツトブロツク68を
有し、これはメツセージの種類と長さを示すヘッダーと、メツセージ本体と、エ
ラー検出のための一連のチェックサムピットとより成る。入力メツセージの長さ
は重要である。それは、メツセージ全体に対して適正にトラッキングするためや
、全体のメツセージが受信されなかったときのエラー表示を行なうためである。
前述したように、トランシーバ−のアドレス情報が、メツセージをデータチャン
ネル上に送り出す前に送信される、ということが理解されるであろう。アドレス
情報を送信するための“リードタイム″の長さは、よく知られているように、ト
ランシーバ−のチャンネル切換えスピードに依存する。アドレスは、この切換え
時間と指定されたチャンネルを適確にトラッキングするためにトランシーバ−を
セットする時間との合計に等しい時間だけ、メツセージより前に送られなければ
ならない。
通信信号を受信し、メツセージ出力を出すためのトランシーバ−の−例が第3図
に示される。第3図において、トランシーバ−70は、中央局14とサテライト
20からの通信信号を受信し、復調するように構成されている。トランシーバ−
70はダイプレクサ32を介してアンテナ30へ接続され、サテライトダウンリ
ンク信号24bを受信し、この信号が復調器72へ送られて、符号化記号列(デ
ジタルメツセージ)に復調される。
この復調器72は、受信された通信信号28を低いIF周波数に変換し、更に記
号周波数(10に記号ビット/秒)に変換するための公知の回路を用いている。
ローカル発振器および、他の基準信号源が、1つ又はそれ以上のバンドパスフィ
ルタと共に、通信信号24bとの混合信号を得るために設けられている。信号2
4bが復調され復号されると、これはメモリーへ送られ、メツセージの累積その
他の処理のために記憶される。復調器72における変換は、中央局14又はサテ
ライト20中の変調器と同期して行なわれる。
トランシーバ−70の同期は、トラッキングおよび、通信信号の周波数ホッピン
グとの同期によって達成される。トランシーバ−がTDM信号フレームの周波数
ホッピングと同期すると、内部フレームタイミングが自動的に検出される。
車載のトランシーバ−即ち端末70は、低コストのマイクロプロセッサ又は同様
のコントローラ74を有し、信号の処理、取り込み、復調がそこで行なわれる。
低雑音増幅器76と通常のダウン変換チェーン構造の復調器72とにより、マイ
クロプロセッサ74における信号の取り込み、トラッキング、復調を行なうため
の信号が得られる。復調器72又はマイクロプロセッサ74からの情報は、アン
テナトラッキングおよびポインティングコントローラ78へ送られる。
アンテナ30はコントローラ78によって360 ’に亘って掃引され、サテラ
イト90からの受信周波数範囲内の所定閾値以上の信号が検出される。この回路
では1つ又はそれ以上のトラッキングと信号処理のためのアルゴリズムが用いら
れ、最も強い信号の方向が決定され、アンテナはその方向を、レシーバ又は車両
12の位置又は移動方向に関してトラッキングする。 マイクロプロセッサ7
2の制御下で行なわれる多くの機能が第4図中に独立した個々の機能ブロックで
示されている。然し乍ら、当業者なら容易に分るように、破線75で囲んで示し
た各機能は、単一の集積回路のマイクロプロセッサとその周辺チップとによって
実現できる。このようにすれば、高い信頼性と低コスト、又は低消費電力化を、
VSLI技術と同様に達成できる。
受信アドレスメモリ素子82は復調器72に接続され、受信器70に割り当てら
れ、サテライト20又は中央局14からのメツセージの有無を決定するために用
いるアドレスを記憶する。アドレスメモリ素子82は、マイクロプロセッサ74
に接続された小容量のROM又は同等のメモリ素子で構成される。アドレスは、
スクラッチメモリ又は内部RAMの場合のようにマイクロプロセッサ構成自体に
結線することができる。しかしながら、この場合は、種々の用途に用いるには不
適当で、コスト的にも不利である。更に、分離されたメモリ素子を用いることは
、あとでサービスマンにより交換できる可能性を残す。
更に、受信アドレスを、マイクロプロセッサ74に接続されたカードリーダ(図
示せず)によって読み取れる磁気ストリップ又はカートリッジのようなポータプ
ル型のメモリ素子に記憶してもよい。このことは個々の通信システム10のユー
ザーが種々の車両に永久的に設けられた受信器間で移動し、中央局へ新しい受信
器位置を知らせることなく、自動的にメツセージを受信できる。
受信アドレスがアドレスメモリ82に記憶されたアドレスと一致したら、対応ア
ドレス情報によって指定されたチャンネルが受信され、受信器70によって登録
される。受信器70はこのチャンネルに同期して受信するように自動的にスイッ
チされ、メツセージ信号の復調を開始する。
もしアンテナが、メツセージ受信の間に通信信号28のトラッキングに失敗する
か、信号欠落又はブロッキング発生時に失敗すると、一つ又はそれ以上のエラー
が信号の復調時に検出され、何のメツセージも表示されない。このようなエラー
は、メツセージヘッダーにより指定された長さと時間がくる前にメツセージを早
く終らせてしまうことにより、又はチェックサムの照合プロセスにエラーを生じ
させる。
復調された通信信号はデコーダ80へ送られ、ここでゴーレイ復号処理が行なわ
れる。同時に、疑似−ランダムコード源、又は他の関連したコードメモリ素子8
4から、受信メツセージを更に復号するためのコードシーケンスが与えられる。
復号されたメツセージビットはメモリ素子86へ一時記憶され、次いで表示素子
88上に可視表示される。例えば表示素子は、2行から4行で20から80文字
分の幅を有し、比較的低電流で動作できるものである。表示素子の各セグメント
は、LED、LCD、エレクトロルミネセンス、又は放電素子からなる文字表示
素子を含む。自動車の場合には、運転者の注意を引くために輝度についても考慮
しなければならない。 表示ユニット88はできるだけ小型、軽量が望ましく
、これにより見易い場所に取り付けることが可能となる。
更に、表示素子は、メツセージで可能表示又はメツセージエラー表示を行なうこ
とができ、受信ユーザーはメツセージが送信されたことを知ることができる。
又は、メツセージを他の処理素子、例えばポータプルコンピュータへ、インター
フェース即ちコネクタ92を介して送ることかでき、又は小型のサーマルプリン
タのようなハードコピー装置90によってプリントアウトすることもできる。
これまで述べてきたのはフォワードリンクであって、これによってメツセージを
都市又はいなかのあらゆる場合の多くのユーザへメツセージを高い信頼性と低コ
ストで送ることができる利点がある。
し、かじながら、この通信システム10は更に返信通信リンクについても利点も
持つ。これにより、必要な場合には、受信したメツセージに対する返事を速やか
に行なうことができる。
返信のためには各トランシーバ−又は車載端末は1ワット程度の低い電力で、ア
ンテナ利得も送信電力19dBνに対して約19dBiとなる。返信通信リンク
の周波数は、干渉を避けるために送信リンクより高い周波数となる。選択された
周波数は、代表的なサテライトのKu帯の14−14.5GHzのトランスポン
ダー領域内である。しかし乍ら、この返信通信リンクの周波数としては他の周波
数を用いても良いことは前記した通りである。
返信通信リンク信号28は、フォワードリンクと同様のFH波形を用いるが、車
載通信端末からのデータ伝送速度より低い通信速度である。即ち、リターンメツ
セージ即ち返信データは高速ではローカル端末には入力できない。これは、この
端末のオペレータはメツセージに対して手動で応答するからである。受信確認(
acknov ! edge)や他の予め記憶された信号が用いられるときは、
これらの信号が低速のビット速度に変換され、低速の手動入力モードに適合する
ようにする。
データは、返信リンク中では最大100〜140bps。
例えば22−48bpsの程度の低速で送られるので、FH周波数は返信リンク
中では低くしなければならず、データを送信する各チャンネルに対して適当な休
止時間を与えることができる。ゴーレイ[24,121符号化データを送信する
ときは、このデータは280記号/秒となる。従って、200サイクル/秒のフ
ォワードリンク速度は、60サイクル/秒の速度に減少させる必要がある。
トランシーバ−70へ入力されるメツセージは、1/3の速度でに−9のフォワ
ードエラー符号化のためのコンボリューションコードに変換される。
小型で指向性を有するアンテナ30は、主として6〜10°の程度のビーム幅を
有する。このビーム幅は一個以上のサテライトを受信するのに充分である。従っ
て、隣接するサテライトと干渉しない返信リンク波形が与えられる。
直接シーケンス拡張スペクトラム符号化機能が返信伝送路に与えられ、トランス
ポンダーの帯域幅を越えて出力信号が拡張され、通信信号28が隣接サテライト
系に対して相対的に雑音として現われる。この場合、短かい直接シーケンスの疑
似−ランダムコードが用いられる。このコードは直接デジタルシンセサイザー又
は同様の変調周波数ドライバーに与えられる。
他の方法、又は付加的な方法として、フォワード又はリターンリンク通信信号が
、この信号を他のサービス系に対して隠すための特定の変調波形によって、変調
して変形される。
現在用いられているすべてのサテライト通信サービスは、標準のビデオデータ又
は信号によって干渉されないように構成されている。これは、サテライトが主と
してテレビジョンとビデオ型の放送を行なうために用いられているからである。
従って、すべてのサテライトサービス、ビデオ、その他の送信は1.三角波形変
調を用いて伝送されたビデオ信号を検出し、分離できなければならない。この発
明では、この一般的な波形が真似られ、他のシステムは通信信号24又は28を
ビデオ信号として検知し、無視するようになる。このことは、中央局14又はト
ランシーバ−70のRFキャリヤー中心周波数を、ピーク間で2 MHzで周期
が30.24 ミリ秒の三角波形で変調することによって実現される。これによ
って三角波電力は分散され、フォワードリンクはトランスポンダーを飽和する単
一ビデオキャリヤーと同じ干渉特性を持つ。これにより、サテライト20と隣接
し、又は2°以下で近接した他のサテライトに対して何らの受は入れがたい干渉
も生じない。三角波変調はDDS出力の特性を変えることによって行なわれ、こ
れにより三角波が正確にトラッキングされ、真正のビデオ信号よりもより多くの
情報が伝送される。周波数整合を行なうために、中心周波数は中央局および車載
端末で完全に合成され、新しい中心周波数をトランシーバ−へ送信した後で、ト
ランスポンダー中のいかなる位置へ設定することもできる。
以上ではトランシーバ−70と他のサービス系との間の干渉について説明したが
、これは最適動作に限定するためだけではない。トランシーバ−70は中央局]
4又はサテライト20からの通信を速やかに高信頼度で受信することができなけ
ればならず、移動中においてもトラッキングが行なわれ続けなければならない。
他のシステムからの干渉に加えて、トランシーバ−70は、ドツプラー効果や周
波数フェージング等の自動車通信特有の多くの障害に干渉や損失に直面する。
この発明はこれらの問題点に対処し得るもので、これは、通信システム10の伝
送特性が極めて短時間に大きく変化するという仮定に基づき、更に、変化した環
境条件を解明し、この変化を調節することによって対応している。各トランシー
バ−10は中央局14との通信の特性や結果を監視し、通信リンクを保持するた
めに定期的に動作パラメータを調整する。
この動作は、この発明では、すべてのトランシーバ−を交番ハーフ・デュプレッ
クス送信/受信方式で動作させることによって実行される。トランシーバ−は、
50%のデユーティサイクルでハーフ・デュプレックスモードの通信を行なうよ
うに駆動され、受信されたダウンリンク信号に基づいて、連続したアンテナトラ
ッキングとエラー訂正が行なわれる。
もしある時点でダウンリンク信号が受信されないと、通信も停止し、受は容れ難
い干渉も生じない。
上述したように、もしダウンリンク信号が失なわれると、メツセージが部分的に
メモリから除去され、表示されなくなる。しかし乍ら、ダウンリンクがなくなる
と、トランシーバ−はこの情報を用いてアップリンクがないことを検知する、と
いう、他の重要な点がある。実際には、アップリングは存在し、エラーは受信器
でのみ発生するにとどまる。然し乍ら、システムはダウンリンクがないときは、
アップリンク情報が受信されないか、又はそれが必要ないということを決定する
。
いずれの場合にも、受信リンクがなくなると、通信機能が終了することになる。
このことは、トランシーバ−70を商業に適用したときに極めて高い安全性を提
供する。もしも受信が何らかの理由で中断したときに、例えば人がアンテナの前
方に立ったり、横切ったりして干渉したときに、すべてのアンテナからの通信は
数分の1秒で終了する。従って、放射電波から受けるいかなる障害も発生するこ
となく、商業上(自動車)の通信システムを広く理想的に分布させることができ
る。
トランシーバ−70は通常は受信モードに設定され、所定のサテライト又は水平
方向からの入力通信信号を監視している。この初期信号受信はトランシーバ−の
デユーティサイクルの全体を占める。信号が受信され、トラッキングされ、取り
込まれると、トランシーバ−は50%のデユーティサイクルで動作するようにな
る。各半サイクルは極めて短かく、15ミリ秒程度である。
信号の取り込みの後で、トランシーバ−70はフォワードリンクFHのパターン
と速度に同期し、チャンネルアドレス又はメツセージを受信するための正確なチ
ャンネル周波数にスイッチされる。次に各15ミリ秒毎にトランシーバ−70は
リターンリンクFHの速度とパターンに15ミリ秒間だけスイッチされる。然し
乍ら、トランシーバ−は中央局14又は通信制御センター18からの要求がある
までは送信は行なわない。このことにより、中央局はメツセージ受信の用意が確
実にでき、高い優先度を持つ緊急メツセージの受信又は他のシステム10の動作
データの受信を含む、より高い優先度のタスクが予めないということが確実に分
る。更に、ポーリング(polling)制御によって受信器の数と周波数とを
制御し、あらゆる場合に相互干渉を調整することができる。
トランシーバ−70は次に受信モードに戻り、メツセージがある場合にはそれを
続けて復調し、復号化する。
このように受信、送信を定期的に短時間で切り換えて行なうことによって、トラ
ンシーバ−70にいくつかの動作上の特長を与えることができる。
第1に、トランシーバ−はパワーレベルと受信信号の特性を15ミリ秒毎に監視
し、その内容の実質的な変化を検出する。中央局と車載トランシーバ−とは周波
数が互いに一致していなくてはならず、それによりトランシーバ−はフォワード
リンク信号の取り込みとトラッキングを行なうことができる。トランシーバ−は
名目中心周波数に対して±18kHzの範囲で周波数をサーチ掃引する。
いくつかのエラーの原因が考えられる。中央局14.サテライト20.管理セン
ター18、およびトランシーバ−70はいずれも、夫々送信周波数を確立するた
めの内部基準発振器を有する。これらの基準の発振器12はドリフトが発生し、
周波数エラーが発生する。サテライトではアップ、ダウンリンク周波数間で通信
信号の変換を行なう際に小さい周波数エラーが生じる。トランシーバ−70の基
準周波数発振器はやはりドリフトを生じ、温度変化に伴う変化が生じる。
通信システム10において中央局はフォワードリンクプロセッサ(FLP)を有
し、上述のエラーのうちのいくつかを訂正するために通信周波数を調整する。し
かしながら、第1に中央局の基準発振器のエラーは測定できない程度に小さいと
考えられる。このことは、中央局の各種パラメータが固定して設定されているこ
とと、環境条件が厳しく制御されていることと、設定条件が保持されるように定
期的にメインテナンスが行なわれていることから言うことができる。
サテライトにおける変換エラーは測定され、中央局の基準レシーバ−を用い、更
に中央局と基準レシーバ−との間でサテライトを介して送られたテスト又は制御
パターン情報を用いることによって修正される。FLPからサテライトへはコマ
ンドが送られ、中央局からの周波数に一致するように周波数調整が行なわれる。
残りのエラー、即ち制御信号からのエラーは同様に極めて小さいので、通信の質
に対しの影響は殆んどない。
トランシーバ−の発振器のドリフトは、トランシーバ−発振器に対して所定のド
リフト特性を有する長期ソフトウェアプログラムによるトランシーバ−によって
訂正される。従って、温度ドリフトが最も大きな基準エラーであって、他の通信
信号を用いた基準と比較することによって修正される。
基準信号源が修正されると、トランシーバ−は、初期周波数トラッキングと同期
のずれによって信号に初期周波数変動を持つ。然し乍ら、一度信号が取り込まれ
ると、受信器におけるすべての変動は、リレーサテライトに対する受信器の相対
的な位置付けと、同様の非内部周波数変化分とに起因したものとなる。従って受
信器は、アンテナのポインティングとトラッキングが、信号の全体のパワーレベ
ルが減少したとき(コーナーを曲がったとき)に調整され、ドツプラー効果によ
って周波数トラッキングに変動が生じたということを検知する。即ち、受信周波
数の変動は通信リンクの特性の変化によって生じ、上記の修正されたエラー源か
らのものではないことが分る。このことは、トラッキング周波数のエラーが車両
の移動によるドツプラーシフトから生じ、トランシーバ−の送受信機能の周波数
がこのドツプラーシフトをなくすように調整されることを意味する。信号は短か
い周期で常時監視されているので、この発明によれば、改良されたトラ・ソキン
グとドツプラー補正を行なうことができる。
交互にハーフ・デュプレックスを行なう技術による他の利点は、トランシーバ−
がこの2つの機能を果たすための全体の回路を必要としないことである。即ち、
いくかの回路素子は時間的にづれて2つの機能を果たすようになっているので、
共用とすることができる。アンテナと、アンテナ関連回路用のフィードケーブル
と、帯域フィルタと、トランシーバ−のローカル発振器とは、適切な構成とすれ
ば送受信に共用できる。 この発明によれば、送受信周波数は、前述したよう
に、Ku、即ち11.5〜14GHzの範囲に選択される。しかしながら、この
ような特に高い周波数を用いるときは、トランシーバ−70の回路中に一つ又は
それ以上のアップ変換段、即ちIF混合段が必要となる。一連のアップリンクお
よびダウンリンク又はフォワードおよびリターンリンクにおける所定帯域でFH
構成の周波数は、中間IF段中の極めて狭いバージンによって周波数が分離され
、共通の同調可能のローカル発振器が送受信の両方に用いられるように、選択す
ることができる。
この結果、回路素子の数が少なくて済み、コストが低減でき、動作速度(スイッ
チ速度)と信頼度が向上する。特に重要なことは、電力消費量とトランシーバ−
のサイズが減少することである。
この発明の原理により動作するトランシーバ−70のアナログ変調/復調部10
0の構成が第4図に示されている。
第4図において、変調器100は、高精度の周波数シンセサイザー102と粗い
周波数シンセサイザー104とを有する。
粗周波数シンセサイザー、即ちローカル発振器(L、 0)104は、高周波数
信号源であり、これは通常、2〜5 MHzの程度の広い範囲で周波数同調を行
なうことができる。この発明に用いられる粗発振器の一例は位相ロックループ(
PLL)型の発振器であって、2.5MHzのステップで652MHzから11
75MHzの範囲の周波数で出力信号を発生する(652.5MHz、655M
Hz 、 657.5MHz、 ・’)。
微細周波数シンセサイザー、即ち発振器102は、極めて低ノイズの微細な同調
可能の周波数源を提供し、より小さい周波数ステップで小さい周波数範囲で同調
が行なわれる。
微細周波数シンセサイザー102は、高精度で高解像度の出力を与えるいくつか
の周波数源の一つで構成することができる。この場合、望ましくは直接デジタル
合成方式の5〜20MHzの範囲の周波数がよい。この発明に用いるデジタルシ
ンセサイザーの一例が、1988年1月出願の米国特許出願S第4図において、
単一基準周波数源106が、他のPLLの粗シンセサイザー104と、微細シン
セサイザー102と、変調/復調器100と、他の発振器し、トランシーバ−7
0のための処理段とともに示されている。
これによって広く同期された基準、即ちクロック源が形成され、信号対雑音比が
改善され、簡単な構成で必要に応じて他のシステムとの同期が広くとれるシステ
ムが得られる。
基準信号源106の一例によれば、ルビジウム標準のような高安定基準周波数源
からの10MHzの基準信号を発生させる。
中央局14からの通信信号はアンテナ30で受信され、アップ/ダウン変換器1
08とバンドパスフィルタ110とを通って、パワースプリッタ112へ伝送さ
れる。このパワースプリッタ112は3dBの分離能を有し、受信した信号を異
なる内部処理回路を介して、トランシーバ−70の復調部へ伝送する。
入力した受信信号24bはまず粗シンセサイザー104の出力と混合され、25
0±7 MHzの低いIF周波数に変換される。これは信号混合器114を用い
て行なわれる。この混合器114は通信信号を一方の入力とし、粗シンセサイザ
ー104の出力を他方の入力とする回路である。混合器114の出力はバンドパ
スフィルタ116で処理され、混合器114でダウン変換された通信信号中に付
加された不必要な周波数成分を除去する。
へ送られ、その他方の入力として微細シンセサイザー102の出力が供給される
。これら2つの信号が混合されて、20±20MHzの範囲の最終IF周波数信
号が得られる。
混合器118の出力はクリスタルフィルター120を介してマイクロブセッサ7
4へ送られ、実質的に復号されて、トランシーバ−70に対するメツセージとし
て表示される。
トランシーバ−70のユーザーが表示ユニット88又は同様の入力手段からメツ
セージを入力すると、これが符号化されて変調/復調器100へ送られ、微細シ
ンセサイザー102の入力を変調する。この動作は、当業者が理解できるように
、直接デジタルシンセサイザー技術によって容易に達成できる。微細シンセサイ
ザー102の出力は混合器124の一方の入力へ供給され、粗シンセサイザー1
04の出力は混合器124の他方の入力へ与えられ、中間IF周波数が発生され
る。混合器124の出力として900〜1400MHz程度の出力周波数を得る
ために、粗シンセサイザー104の出力周波数は652〜1175MHzで、微
細シンセサイザー102からは247±7 MHzの出力が与えられる。
このようにしてメツセージデータで変調された伝送キャリヤーは、トランシーバ
−アンテナ30に接続されたアップ/ダウンコンバータ108へ供給される。バ
ンドパスフィルタ104は、スプリッタ112からアップ/ダウンコンバータ1
08へ伝送される通信信号中の不要な周波数成分を除去する。
こpバンドパスフィルタ110は、バラクタで同調された電圧制御型のフィルタ
であって、ローカル発振器又はシンセサイザーの周波数および低周波イメージを
除去すると共に、フォワードリンク復調に用いられる他の周波数帯への同調を行
なうことができる。
通信信号は、コンバータ108で13.1GHzと混合されてアップ変化されて
11.7〜12.2GHzの周波数となる。アップ/ダウンコンバータ108は
、アンテナ30に対するダイプレクサに接続されたパワー増幅器を有する出力チ
ャンネルとして形成される。ここで混合器130はローカル発振器に接続されて
、13 、1GHzの基準周波数が得られる。リターンリンクにおいては、アッ
プ/ダウンコンバータ108は13.1GHzのローカル発振器に接続された第
2の混合器を有し、受信された通信信号に対するダウン変換が行なわれる。
以上述べたこの発明のメツセージ通信方法および装置は、中央通信ステーション
と一つ又はそれ以上のリモートの車両のトランシーバ−間で通信が行なわれ、低
コストで大量生産に適し、種々の相互干渉に対して効果的に対処できる端末装置
を用いることができる。
以上述べた望ましい実施例がこの発明の説明に用いられたが、この発明はこれに
限定されることなく、多くの変形が可能である。説明された実施例は発明の原理
を明確にするために選択されたが、当業者なら他の多くの実施例とその変形が可
能であることは明らかである。この発明の技術的範囲は以下の請求の範囲に示さ
れる。
FIG、3
国際調査報告