KR100679706B1 - 고효율서브오비탈고공원격통신시스템 - Google Patents

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Abstract

서브 오비탈면에 위치한 송신기와 수신기를 포함하고 있는 복수의 원격통신 노드(28)로 구성되어 있는 무선원격통신 시스템. 그 원격통신 신호는 코드분할 다중접속 스프레드 스펙트럼 기술에 의해 변조되는 광대역 디지털 무선 신호이다. 그 수신기는 상대적으로 약한 원격통신 신호를 수신하도록 작동하고 그들 신호원을 확인하는 공간처리를 사용하는 복수의 안테나(48)를 포함하여서, 스펙트럼의 최대 이용이 간섭없이 원격통신 신호에 의한 사용에 이용가능하게 한다.

Description

고효율 서브오비탈 고공원격통신 시스템{High Efficiency Sub-Orbital High Altitude Telecommunications System}
본 발명은 원격통신 시스템에 관한 것이고 더 상세하게는 서브오비탈 높이에서 작동하고 이용가능한 원격통신 채널의 증가된 효율과 증가된 활용화를 제공하는 원격통신 시스템에 관한 것이다.
셀방식의 원격통신의 성장에는 발생된 원격통신량을 만족스럽게 조작하도록 산업의 상당한 노력이 있었다. 결과적으로, 현재의 아날로그 셀방식의 원격통신 시스템의 사용자는 그들이 호출을 받거나 걸기 전에 원격통신 채널이 이용가능하게 되기를 기다려야 한다는 것을 알고 있다. 또한 전화통화 과정에서 노이즈의 형태로 또는 실제로 다른 대화와의 혼선을 경험할 것이다.
때때로, 호출은 그 당사자의 셀이 이용가능한 원격통신 채널을 가지지 못한 셀로 이동한다면 통화 과정에서 끊길 수도 있다.
그 문제는 단지 제한된 수의 주파수만이 셀방식의 원격통신에 할당되어 있다는 사실에 의해 더욱 악화된다. 그러므로, 그 문제는 셀방식 원격통신에 대한 수요가 증대됨에 따라 커질 것으로 예상된다.
산업은 이용가능한 주파수의 제한된 수내에서 통신채널의 수를 증가시키는데 성공적으로 사용되었던 몇몇의 향상된 아날로그와 디지털 기술을 발달시켰다.
본 발명은 현재의 바람직한 형태의 첨부한 도면을 참조함으로써 더 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명의 현재의 바람직한 형태에 따라서 구성된 원격통신 시스템을 도시한 개략도이다.
도 2는 검출과 디코딩 수단의 외관을 도시한 개략도이다.
이들 기술의 가장 중요한 것은 시간 분할 다중 접속(TDMA)와 코드분할 다중 접속(CDMA)이다.
TDMA는 가장 광범위하게 사용되는 기술이다. 이것은 단일 원격통신 채널이 몇몇 호출에 사용되게 한다. 각각의 호출은 원격통신 신호의 사이클로 특정 불연속의 시간간격을 할당함으로써 효율성을 향상시킨다.
CDMA는 원격통신신호에 대한 스펙트럼의 광대역을 사용하여 효율성을 얻는다. 이것은 셀에서의 다른 원격통신신호로부터 구별하기 위해 각각의 원격통신 신호에 대해 구별되는 "노이즈" 스프레드 신호를 명기함으로써 호출을 구별한다. 컴퓨터의 도움으로 수신자는 호출을 확인하기 위해 지정된 "노이즈" 신호를 디코드하고, 그 원격통신 신호를 디스프레드한다.
"주파수 호핑"은 일련의 주파수로 호출을 스프레드하는 CDMA의 형태이다. 이것은 현재 사용되고 있는 주파수의 시퀀스를 식별하는 코드를 사용한다.
또한, 하나의 셀로부터 방출하는 약한 신호를 확인할 수 있고 같은 셀로부터 방출하는 다른 신호로부터 그들 신호를 분리할 수 있고 이에 따라 CDMA와 같은 디지털 다중접속 기술과 결합될 때, 이용가능한 원격통신 채널의 수가 매우 증가하는 시스템을 개발하는 것과 관련된 작업이 행해져 있다.
원격통신 채널의 이용가능성을 증가시킬려는 시도는 또한 기지국과 통신하는데 필요한 전력 필요조건을 줄이고 셀을 더 작게 만들려는 시도를 포함한다. 이것은 약한 신호는 감소된 전파능력을 가진다는 사실에 따른다. 또한, 이것의 세기가 급격히 떨어지기 때문에, 동일한 주파수는 이웃한 비연속 셀에 사용될 수 있다.
그러나, 대량의 원격통신을 유지하는데 필요할 수 있는 셀의 필요수를 제공하기 위해, 상당한 수의 기지국이 필요할 수 있다. 일부 전문가는 거의 100,000셀이 미국의 주요 대도시 지역을 단순히 커버하는데 필요하다고 추산하고 있다. 각각의 셀은 자체 고정 안테나 탑을 필요로 할 수 있다.
추가로, 상당히 정교한 컴퓨터 시스템이 셀에서 셀로 이동되는 셀방식 전화에서 필요할 수 있는 핸드오프(hand-offs)를 다루기 위해서 그리고 특정 호출에 지정된 주파수의 재사용을 다루기 위해서 필요할 수 있다.
이러한 문제는 적당한 기간에 그리고 적당한 비용으로 지상 시스템으로 해결될 수 있다는 것은 확실하지 않다. 그러므로, 신호반사, 감쇠 그리고 시계 제한으로 인한 그림자, 가시선과 같은 이러한 시스템에 관련된 전형적인 제한은 셀의 수를 증가시키고 크기를 축소시킴으로써 제거되는 반면, 지형적, 정치적, 환경적 그리고 사회적 요인이 특정 지역에 안테나 타워의 설치를 제한할 수 있고 그것에 의해 그들 지역에서 얻게 될 적당한 크기의 셀에 대해서 불가능하게 한다.
인공위성 각각이 기지국 노드로서 작용하고 셀방식의 네트워크 생성에 기여하는 인공위성 시스템은 상기와 같은 문제를 방지할 수 있다. 그러나, 이러한 시스템에서, 인공위성은 전형적으로 지상에서 약 22,500마일의 오비탈에 있기 때문에, 상대적으로 강력한 송신기가 필요하다. 더욱이, 정지 오비탈이 아니라면, 인공위성이 지상의 한지점을 통과할 때 하나의 인공위성에서 다른 인공위성으로 신호를 핸드오프시키기 위해서 하나의 수단이 제공되어야 한다. 더욱이, 지상노드를 가지고 있을 때, 핸드오프 수단은 호출인이 셀 사이에서 이동할 때 필요하다.
추가로, 인공위성 시스템은 발사와 관련한 상당한 비용, 그리고 현실적인 수리의 불가능이 있다.
따라서, 전술한 견해로, 본 발명은 서브오비탈면에 위치한 복수의 원격통신 노드를 포함하는 무선원격통신 네트워크 시스템에 관한 것이다. 노드 각각은 무선원격통신 채널을 통해서 광대역, 디지털 무선 원격통신 신호를 송·수신하는 수단으로 구성되어 있다. 원격통신 신호는 코드분할 다중접속 스프레드 스펙트럼 기술에 의해 변조된다.
무선의 디지털 원격통신 신호를 송·수신하는 수단은 신호원으로부터 상대적으로 약한 원격통신 신호를 수신하도록 작동하는 복수의 안테나를 포함하고 있다. 노드가 그 신호원을 확인할 수 있도록, 상기 안테나의 각각에 의해 수신된 원격통신 신호를 디코딩하기 위한 수단이 제공되고, 안테나와 디코딩 수단은 노드의 민감도를 증가시키도록 작동하고 이것은 상대적으로 약한 원격통신 신호를 검출 및 수신할 수 있고, 이에 따라 스펙트럼의 최대 이용은 간섭없이 원격통신 신호에 의한 사용을 위해 이용가능할 수 있다.
여기서 도 1을 참조하면, 특허출원 No.08/100,037에 설명된 것과 같은 시스템(10)은 지상계 부분(12)과 대기계 부분(14)으로 구성되어 있다. 대기계 부분(14)은 지상에서 약 12 내지 35마일 사이의 고도에 위치되어 있을 수 있다.
지상계 부분(12)은 안테나(20, 118, 138)와 같은 적합한 장거리 송·수신수단을 가진 지상국(18,120,140)에 접속된 지로를 가진 종래 전화망(16)으로 구성되어 있다. 또한 지상계 부분(12)은 개인(22)이나 자동차(24)로 이동할 수 있는 셀방식의 전화기와 같은 공지된 유형의 이동전화기를 포함할 수 있다. 안테나(20, 118, 138)는 지상에서 약 12 내지 35마일의 고도에 위치한 서브오비탈의 고공 중계국으로부터 및 그것에 원격통신신호를 송·수신하도록 작동한다. 이 고도는 기상활동이 일어나는 훨씬 위에 있도록 선택되어 중계국이 기상에 의한 영향에 종속되지 않을 것이다.
바람직하게, 1993.7.30에 출원된 모출원 No.08/100,037에 설명된 바와 같이 유도 안테나(58)에 의해 지상 링크 안테나(36)에 접속되어 있는 유도모듈(56)을 사용함으로써 각각이 지상의 특정 지역의 스테이션 위에 떠있는 기구(32)를 포함하고 있는 복수의 중계국(28)이 있다.
공지된 바와 같이, 각각의 중계국(28)은 지상국(20, 120, 140)와 개인(22, 122) 또는 자동차(24, 124)중 하나로 부터의 전화 원격통신 신호를 수신하여, 다른 지상국(120, 140), 개인(122) 또는 자동차(124)에 중계국을 이용하거나 또는 직접 송신하는 수단을 포함하고 있다. 그렇게 설치된 통신채널은 단방향방식, 이중방식 또는 반이중방식일 수 있다. 그 신호가 시스템(10)의 지상계 부분(12)에 되돌아 올때마다 원격통신 호출은 적합한 스위치(34, 134, 144)를 통해서 지상의 유선전화 시스템에 접속됨으로써와 같은 종래방식으로 완성된다. 그 스위치는 디지털 및 아날로그를 포함하고 있는 원격통신 신호에 적합한 어떤 유형일 수 있다.
공지된 바와 같이, 중계국(28)의 각각은 "셀"을 정의하는 각각의 노드로 원격통신 시스템내의 노드를 한정한다. 바람직하게, 노드의 각각은 무선 원격통신 채널을 통해서 광대역, 디지털 무선 원격통신 신호를 송·수신하는 수단으로 구성되어 있다. 바람직하게, 그 원격통신 채널은 전체 대역폭인 약 8MHz, 다른 말로 하면 대역의 중앙으로 부터 플러스 또는 마이너스 4MHz인, 보다 큰 주파수 대역폭을 가지고 있다. 그 원격통신 신호는 코드분할 다중 접속 스프레드 스펙트럼 기술에 의해 바람직하게 변조된다.
CDMA로 현재 이용가능한 주파수를 넘는 이용가능한 주파수의 이용도를 최대화하기 위해서, 그 셀은 상대적으로 작고 원격통신 신호에 필요한 신호전력은 매우 낮아야 한다. 이것은 주파수의 재사용도를 높일 것이고 간섭을 줄일 것이다. 그러나 감소된 신호세기는 기지국이 특정 셀방식의 전화의 이동을 추적하는것을 더 어렵게 만든다.
중계국의 각각에 안테나(48)와 디코더(44)의 적합한 어레이를 포함하고 있는 검출시스템이 제공된다. 그 검출시스템은 1995.6.5의 페이지(125-141)의 FORBES ASAP에 설명되어 있는 공간처리 시스템과 유사한 유형이다. 그 시스템은 어레이에서의 안테나 각각에 의해 수신된 신호를 처리한다. 디코드된 신호는 셀에서의 송신기 위치와 송신기를 확인한다. 또한 보통 놓칠 수 있는 매우 약한 신호일지라도, 그 검출시스템에 의해 수신되고 이것은 여전히 원격통신 채널을 완성하도록 처리되고 인식될 수 있다.
상기한 안테나 어레이로 구성된 검출시스템과 스프레드 스펙트럼 CDMA의 결합의 이점은 지상 및 인공위성 시스템 모두의 모든 단점이 방지되는 한편 수직신호 전파와 같은 이점이 유지됨으로써 원격통신 스펙트럼의 이용도가 증가하기 때문에 서브오비탈면에 위치되고 결합되어 있을 때 향상된다. 더욱이 전력 필요조건은 더 낮출 수 있고 노드에서의 송신기의 무게를 대응하여 줄일 수 있다. 추가로 변조기술 때문에 송신기의 수는 감소될 수 있다.
따라서, 다수의 원격통신 채널은 혼선, 반사, 주파수 재사용 등등으로부터 야기되는 간섭이 수반하는 문제 없이 특정 모드에 의해 한정된 셀에 수립될 수 있다.
추가로, 이런 시스템이 요구하는 상대적으로 높은 전력수요는 인공위성에 기초한 원격통신 시스템과 관련이 있다면 피할 수 있다.
상기된 시스템이 직접 시퀀스 및/또는 주파수 호핑 기술을 포함하는 코드분할 다중 접속 스프레드 스펙트럼 기술을 사용할 수 있다는 것이 기대된다.
더욱이, 원격통신 시스템에 대해 할당된 주파수가 특별한 주파수로 식별되지 않았지만, 할당된 주파수가 지상원격통신에 할당된 것 또는 인공위성 원격통신에 할당된 것과 같을 수 있다는 것을 알 수 있다. 마찬가지로, 원격통신 시스템에 의해 배타적으로 사용된 주파수도 본 발명의 범위에 속한다.
본 발명이 특정 형태와 실시예에 관하여 설명되었지만, 다른 형태가 전술한 명세서 측면에서 당업자에게 명백할 것이라는 것은 분명하다. 따라서, 본 발명의 범위는 명세서에 제한되지 않고 첨부된 청구범위에 의해 제한된다.

Claims (34)

  1. 무선 원격통신 네트워크 시스템에 있어서,
    지상에서 약 12 내지 35마일의 서브오비탈면에 위치되어 있는 복수의 원격통신 노드로서, 상기 복수의 원격통신 노드의 각각은 상기 서브 오비탈면에 있는 상기 노드와 지상 통신 디바이스 사이에서 무선원격 통신채널을 통해 광대역 디지털 무선 원격통신 신호를 송·수신하는 수단을 포함하고, 상기 무선 원격통신 신호를 송·수신하는 상기 수단은 상기 지상 통신 디바이스로부터 상대적으로 약한 원격통신 신호를 수신하도록 작동하는 복수의 안테나를 더 포함하고 있는 상기 복수의 원격통신노드;
    상기 노드의 각각을 지상의 소정의 지점위에 고정되도록 유지하는 수단;
    상기 노드가 상기 지상 통신 디바이스 및 그 위치를 식별할 수 있도록 상기 복수의 안테나 각각에 의해 수신된 원격통신 신호를 디코딩하는 수단;을 포함하고 있으며,
    상기 무선 원격통신 신호는 광대역 코드분할 다중접속 스프레드 스펙트럼 기술에 의해 변조되고, 상기 스펙트럼의 최대 이용이 간섭없이 상기 원격통신 신호에 의해 사용되어 질 수 있도록 하기 위해서, 상기 안테나와 상기 디코딩 수단은 상기 지상 통신 디바이스를 식별하기 위한 상기 노드의 민감도를 증가하도록 작동하여 상기 상대적으로 약한 원격통신 신호를 검출하고 수신할 수 있으며, 상기 무선원격통신 채널은 전체 대역폭이 8MHz 보다 큰 주파수 대역폭을 가지는 것을 특징으로 하는 무선 원격통신 네트워크 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 코드분할 다중접속 스프레드 스펙트럼 기술은 직접 시퀀스인 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 코드분할 다중접속 스프레드 스펙트럼 기술은 주파수 호핑인 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 무선원격통신 채널을 통해서 광대역 디지털 무선 원격통신 신호를 송·수신하는 상기 수단은 적어도 하나의 송신기와 수신기를 포함하고 있으며, 상기 송신기와 수신기는 복수의 이중방식 원격통신 채널을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 송신기는 전력소모가 적고 경량인 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 지상 주둔 원격통신 네트워크 및 상기 지상 주둔 원격통신 네트워크에 상기 무선 원격통신 네트워크 시스템을 접속시키는 수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 지상 주둔 원격통신 네트워크에 상기 무선원격 통신 네트워크 시스템을 접속시키는 수단은 스위치를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 스위치는 디지털인 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 스위치는 아날로그인 것을 특징으로 하는 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 노드는 기구에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 무선원격통신 채널은 지상 원격통신에 할당된 채널과 동일한 것을 특징으로 하는 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서, 무선원격통신 채널을 통해서 광대역 디지털 무선 원격통신 신호를 송·수신하는 상기 수단은 적어도 하나의 송신기와 수신기를 포함하고 있으며, 상기 송신기와 수신기는 복수의 단방향 원격통신 채널을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 송신기는 전력소모가 적고 경량인 것을 특징으로 하는 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서, 무선원격통신 채널을 통해서 광대역 디지털 무선 원격통신 신호를 송·수신하는 상기 수단은 적어도 하나의 송신기와 수신기를 포함하고 있으며, 상기 송신기와 수신기는 복수의 반이중 원격통신 채널을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 송신기는 전력소모가 적고 경량인 것을 특징으로 하는 시스템.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 무선 원격통신 채널은 오비탈 원격통신에 할당된 채널과 동일한 것을 특징으로 하는 시스템.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 무선 원격통신 채널은 상기 원격통신 시스템에 의해 배타적으로 사용되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  18. 무선원격통신 방법에 있어서,
    네트워크를 한정하는 복수의 원격통신 노드를 제공하는 단계,
    지상에서 약 12 내지 35마일의 상공에 있는 서브오비탈면에 상기 노드를 위치시키고 상기 노드의 각각을 지상의 소정의 지점위에 고정되도록 유지시키는 단계,
    상기 서브오비탈 면에 있는 상기 노드와 지상 통신 디바이스 사이에서 무선원격통신 채널을 통해 광대역 디지털 무선 원격통신 신호를 송·수신하는 수단을 각각의 상기 노드에 제공하는 단계,
    상기 지상 통신 디바이스로부터 상대적으로 약한 디지털 무선 원격통신 신호를 수신하도록 작동하는 복수의 안테나를 각각의 상기 노드에 제공하는 단계,
    광대역 코드분할 다중접속 스프레드 스펙트럼 기술에 의해 상기 원격통신 신호를 변조하는 단계, 및
    상기 노드가 상기 지상 통신 디바이스 및 그 위치를 식별할 수 있도록 상기 안테나의 각각에 의해 수신된 상기 원격통신 신호를 디코딩하는 단계를 포함하고,
    상기 스펙트럼의 최대 이용이 간섭없이 상기 원격통신 신호에 의해 사용되어 질 수 있도록 하기 위해서, 상기 디코딩 수단과 상기 안테나가 상기 지상 통신 디바이스를 식별하기 위한 상기 노드의 민감도를 증가하도록 작동하여 상기 상대적으로 약한 원격통신 신호를 검출하고 수신할 수 있으며, 상기 무선원격통신 채널은 전체 대역폭이 8MHz 보다 큰 주파수 대역폭을 가지는 것을 특징으로 하는 무선원격통신 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 코드분할 다중접속 스프레드 스펙트럼 기술은 직접 시퀀스인 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 코드분할 다중접속 스프레드 스펙트럼 기술은 주파수 호핑인 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 18 항에 있어서, 무선원격통신 채널을 통해서 광대역 디지털 무선 원격통신 신호를 송·수신하는 상기 단계는 복수의 송신기와 수신기를 제공하는 단계를 포함하고 있으며, 각각의 상기 송신기는 복수의 이중방식 원격통신 채널을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 송신기는 전력소모가 적고 경량인 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 18 항에 있어서, 지상 주둔 원격통신 네트워크를 제공하는 단계 및 상기 지상 주둔 원격통신 네트워크에 상기 무선원격 통신 네트워크 시스템을 접속시키는 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 지상 주둔 원격통신 네트워크에 상기 무선원격통신 네트워크 시스템을 접속시키는 스위치를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 스위치는 디지털인 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제 24 항에 있어서, 상기 스위치는 아날로그인 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제 18 항에 있어서, 기구에 의해 상기 노드를 지지하는 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제 18 항에 있어서, 상기 무선원격통신 채널은 지상 원격통신에 할당된 채널과 동일한 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제 18 항에 있어서, 무선원격통신 채널을 통해서 광대역 디지털 무선 원격통신 신호를 송·수신하는 상기 단계는 적어도 하나의 송신기와 하나의 수신기를 제공하는 단계를 포함하고 있으며, 상기 송신기와 수신기는 복수의 단방향 원격통신 채널을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제 29 항에 있어서, 상기 송신기는 전력소모가 적고 경량인 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제 18 항에 있어서, 무선원격통신 채널을 통해서 광대역 디지털 무선 원격통신 신호를 송·수신하는 상기 단계는 적어도 하나의 송신기와 하나의 수신기를 제공하는 단계를 포함하고 있으며, 상기 송신기와 수신기는 복수의 반이중 원격통신 채널을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제 31 항에 있어서, 상기 송신기는 전력소모가 적고 경량인 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 제 18 항에 있어서, 상기 무선원격통신 채널은 오비탈 원격통신에 할당된 채널과 동일한 것을 특징으로 하는 방법.
  34. 제 18 항에 있어서, 상기 무선원격통신 채널은 상기 원격통신 시스템에 의해 배타적으로 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
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