JPH10510966A - Ｃｄｍａシステムのためのネットワーク参入チャンネル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 地上ハブ局（ＧＳ）が、衛星（Ｓ）を経由して、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（１０−１から１０−Ｎ）から複数のスペクトル拡散信号を受信する直交符号分割多元接続（ＯＣＤＭＡ）衛星通信システム。加入者局からの各信号は、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（ＰＮ）シーケンスとによってオーバーレイされており、加入者局（１０−１から１０−Ｎ）からの信号は、時間同期及び周波数同期の状態でハブ局（ＧＳ）に到達するように同期が取られている。加入者局（１０−１から１０−Ｎ）ネットワーク参入チャンネル（ＮＥＣ）は、地上ハブ局（ＧＳ）との間で、ＯＣＤＭＡ信号のスペクトル・ゼロに位置するスペクトル拡散ＮＥＣ信号を送信するための加入者局（１０−１から１０−Ｎ）における送信器機能を含んでおり、この機能はＮＥＣ信号を検出し変調し且つＲＷ関数をユーザ（１０−１から１０−Ｎ）に割り当て、周波数及び時間の捕正信号をユーザ（１０−１から１０−Ｎ）に送信してユーザ（１０−１から１０−Ｎ）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。

Description

【発明の詳細な説明】 ＣＤＭＡシステムのためのネットワーク参入チャンネル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（１９９４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ＯＣＤＭＡ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、１ ０−２．．．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ＣＤ ＭＡ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、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５２００ｂｐｓ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２０ ｍｓ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６６５.６ ０ｋＨｚ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ＯＣＤＭ Ａ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（６６５.５ ０ｋＨｚ＋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 て最少の「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ＮＥＣ符号位相を１チップの５％よりも良好に、即ち、１ ＰＮ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（Ｄ ＬＬ）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。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 を保証する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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．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。