KR100881875B1 - 이동 모드 통신 시스템의 역방향 링크를 통한 동기화 - Google Patents

Abstract

방법 및 장치가, 위성 통신 시스템의 복귀 링크에서 직교 다중 액세스 통신을 제공하기 위해 개시된다. 일 실시형태에서, 신호의 송신과 관련된 송신 파라미터의 폐루프 제어가 수행될 수도 있다. 또한, 단말기의 모션에서의 변화는, 검출된 변화가 일정한 임계값을 충족하면 그 송신 파라미터의 개루프 제어가 수행되도록 모니터링된다. 예를 들어, 급격하거나 갑작스러운 모션이 검출되면 개방 제어가 수행된다.

위성 통신, 항공 통신, OCDMA, OFDMA

Description

이동 모드 통신 시스템의 역방향 링크를 통한 동기화{SYNCHRONIZATION ON REVERSE LINK OF MOBILE MODE COMMUNICATIONS SYSTEMS}

배경

기술분야

본 발명은 일반적으로 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는, 직교 다중 액세스 기술을 이용하는 위성 및 항공 통신 시스템에 관한 것이다.

관련기술의 설명

위성 및 항공을 포함하는 다양한 통신 시스템은 다년에 걸쳐 개발되어 왔다. 직교 코드 분할 다중 액세스 (OCDMA) 는 위성 통신 시스템에서 사용될 수 있는 하나의 기술이다. 코드 분할 다중 액세스 (CDMA) 는 개별 사용자 또는 개별 사용자 트래픽 신호 채널을 제공하는 확산 스펙트럼 변조 기술의 사용을 특징으로 한다. 통상적인 CDMA 기반 위성 시스템에서, 상이한 단말기로부터의 신호는 동기화되지 않는다. 그 결과, 신호는 코드 위상에서 벗어나 도달할 수 있고 서로 간섭을 야기할 수 있다.

OCDMA 기반 위성 시스템에서, 상이한 단말기로부터 송신된 신호들은, 수신기에서, 그 신호들이 동기적으로 도달하도록 타이밍되고, 서로 코드 위상내에 존재하거나 코드 동기화를 갖는다. 특히, 각각의 사용자 단말기는 상이한 단말기 송신을 구별하기 위해 사용되는 직교 월시 코드 (Walsh code) 를 할당받는다. 주 파수 및 시간에서의 동기화에 의해, 일반적으로, 상호-상관도 (cross-correlation) 가 0에 근접하므로 단말기로부터 수신된 상이한 신호들 사이에서 매우 작은 상호-상관도가 존재하거나 상호-상관도가 없다. 이는 현저하게 감소된 간섭으로 인해 더 높은 대역폭 효율을 달성한다.

또한, 직교 다중 액세스는 직교 주파수 분할 다중 액세스 (OFDMA) 와 같은 다른 변조 방식을 사용하여 달성될 수도 있다. OFDMA에서, 이용가능한 대역폭은 톤 (tone) 으로 지칭되는 다수의 주파수 대역으로 분할된다. 이들 톤들은, 수신기에서의 매칭된 필터링 이후 다른 톤들로부터의 간섭이 관측되지 않는다는 의미에서 서로 직교한다. 상이한 사용자는 이용가능한 톤들의 서브세트를 할당받는다. OFDMA 심볼의 사이클 프리픽스 (cycle prefix) 가 삽입되는 가드 시간 (guard time) 은, 그 가드 시간이 사용자들 사이에서 가장 큰 차동 딜레이보다 더 크다면, 상이한 톤들 사이에서 직교성을 유지하게 한다. 정지 위성 또는 비행기로부터 지상국까지의 통신과 같이 단말기들 사이에 큰 차동 딜레이를 갖는 시스템에서, 가드 시간은 매우 클 필요가 있으며, 이로써 대역폭의 효율적인 사용을 야기한다. 따라서, OFDMA에서도, 사이클 프리픽스의 길이를 감소시키기 위해 상이한 단말기들 사이에서 일정한 정도의 타이밍 동기화를 요구한다. 신호를 수신하는 상이한 사용자들 사이에서의 주파수 동기화는, OCDMA뿐만 아니라 OFDMA에서 필요로 한다.

위성 통신 시스템의 순방향 링크에 관해서, 신호가 동일한 위치, 즉, 하나 이상의 원격 단말기로 통신물을 제공하는 허브 또는 게이트웨이에서 발신하기 때문 에, 상이한 코드들 사이에서의 직교성은 효율적으로 유지된다. 수 개의 게이트웨이가 통신 시스템 전반에 걸쳐 사용되는 경우에, 그 게이트웨이는 일반적으로 글로벌 측위 시스템 (GPS) 위성으로부터 검출된 신호의 위상과 같은 공통 타이밍 소스를 사용하도록 구성되며, 그 GPS 위성은 세계시 (Universal Time) 로 지칭되는 것의 형태를 사용한다. 다른 방법으로, 게이트웨이는 서로 통신하고 있으며/있거나 타이밍 신호 기준은 동기화 매커니즘을 제공하기 위해 사용될 수도 있다.

또한, OCDMA/OFDMA 기술은, 즉, 단말기로부터 허브 또는 게이트웨이, 또는 비행기로부터 지상국까지 전송된 신호에 대해, 위성 및 항공 통신 시스템의 복귀 경로 또는 역방향 링크 경로에서 사용될 수도 있다. 복귀 신호에서 OCDMA의 사용은, 발명의 명칭이 "복귀 링크를 통한 직교 코드 분할 다중 액세스 (Orthogonal Code Division Multiple Access on Return Link)" 로 2003년 6월 23일자로 출원된 공동-계류중인 미국 특허 출원 제 10/603,421 호에 개시된다. 일반적으로, 복귀 링크를 통해 단말기에 의해 전송된 신호에 있어서, 공통 동기화 매커니즘은 존재하지 않는다. 따라서, 상이한 단말기로부터 송신된 신호들은 그들의 상이한 전파 딜레이로 인해 게이트웨이(들)에서 비동기적으로 도달할 수도 있다. 따라서, 위성 통신 시스템이 순방향 링크를 통한 사용에 대해 OCDMA 또는/및 OFDMA를 용이하게 포함할 수 있지만, 역방향 링크를 통해 이러한 기술을 사용하는 것은 더 어렵다. 또한, 이동도는, 역방향 링크 경로에서 송신 신호의 시간 축 (time base) 및 주파수를 동기화할 시에 부가적인 문제를 생성한다.

따라서, 위성 통신 시스템의 복귀 신호 경로에서, 예를 들어, OCDMA 또는 OFDMA와 같이, 더 효율적이고/이거나 효과적인 직교 다중 액세스에 대한 필요성이 존재한다.

요약

상술된 바와 같이, 상이한 사용자 단말기로부터 수신된 신호의 시간 및 주파수와 같은 파라미터는, 신호들 사이에서 역방향 링크에 관해 직교성을 유지하기 위해 엄밀하게 동기화되어야 한다. 여기에서 개시된 실시형태는 시간 및 주파수 동기화를 달성하기 위해 방법 및 장치를 제공함으로써 상술된 필요성을 해결한다.

일 양태에서, 통신 시스템의 복귀 링크에서 직교 다중 액세스 통신을 제공하는 방법은, 신호의 송신과 관련된 하나 이상의 송신 파라미터의 폐루프 (closed loop) 제어를 수행하는 단계; 단말기의 동작에서의 변화를 검출하기 위해 모니터링하는 단계; 및 검출된 변화가 일정한 임계값을 충족하면, 하나 이상의 송신 파라미터의 개루프 (open loop) 제어를 수행하는 단계를 포함한다. 그 폐루프 제어는 송신 파라미터를 조정하기 위해 사용되는 정보를 포함하는 제어 신호를 수신하는 단계; 및 그 제어 신호에 응답하여 송신 파라미터를 조정하는 단계를 포함할 수도 있다. 또한, 그 폐루프 제어는 그 제어 신호를 생성할 시에 사용을 위해 역방향 링크 파일럿 신호를 전송하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 그 개루프 제어는 그 검출된 변화에 기초하여 그 송신 파라미터를 조정하는 단계를 포함할 수도 있다. 그 변화는 단말기에서 도플러 (Doppler) 주파수를 트래킹 (track) 함으로써 검출될 수도 있다. 글로벌 측위 시스템로부터 수신된 위치 측정 정보는 그 도플러 주파수를 트래킹하기 위해 사용될 수도 있다.

또 다른 양태에서, 통신 시스템의 복귀 링크에서 직교 다중 액세스 통신을 제공하는 단말기에서의 사용을 위한 장치는, 신호의 송신과 관련된 하나 이상의 송신 파라미터의 폐루프 제어를 수행하도록 구성된 프로세서; 및 그 프로세서에 커플링되고, 단말기의 모션 (motion) 에서의 변화를 검출하기 위해 모니터링하도록 구성된 모션 검출 유닛을 포함하며, 여기서, 그 프로세서는, 그 검출된 변화가 일정한 임계값을 충족하면, 하나 이상의 송신 파라미터의 개루프 제어를 수행하도록 구성된다. 그 모션 검출 유닛은 단말기의 모션에서의 변화를 검출하기 위해 모니터링할 시에 위치 측정을 생성하도록 구성된 글로벌 측위 시스템 수신기를 포함할 수도 있다.

또 다른 양태에서, 통신 시스템의 복귀 링크에서 직교 다중 액세스 통신을 제공하는 장치는, 신호의 송신과 관련된 하나 이상의 송신 파라미터의 폐루프 제어를 수행하는 수단; 단말기의 모션에서의 변화를 검출하기 위해 모니터링하는 수단; 및 그 검출된 변화가 일정한 임계값을 충족하면, 하나 이상의 송신 파라미터의 개루프 제어를 수행하는 수단을 포함한다.

또 다른 양태에서, 통신 시스템의 복귀 링크에서 직교 다중 액세스 통신을 제공할 시에 사용을 위한 머신 판독가능 저장 매체는, 신호의 송신과 관련된 하나 이상의 송신 파라미터의 폐루프 제어를 수행하는 명령; 단말기의 모션에서의 변화를 검출하기 위해 모니터링하는 명령; 및 그 검출된 변화가 일정한 임계값을 충족하면, 하나 이상의 송신 파라미터의 개루프 제어를 수행하는 명령을 포함한다.

또 다른 양태에서, 송신 시스템의 복귀 링크에서 직교 다중 액세스 통신을 제공하는 방법은, 순방향 링크 파일럿 신호를 수신하는 단계; 그 순방향 링크 파일럿 신호로부터 송신 파라미터를 유도하는 단계; 그 유도된 송신 파라미터에 기초하여 역방향 링크 파일럿 신호를 전송하는 단계; 단말기의 모션에서의 변화를 검출하기 위해 모니터링하는 단계; 및 그 검출된 변화가 일정한 임계값을 충족하면, 그 검출된 변화에 기초하여 그 송신 파라미터를 조정하는 단계를 포함한다.

상기 실시형태에서, 송신 파라미터는 주파수일 수도 있다. 또한, 송신 파라미터는 타이밍일 수도 있다. 또한, 직교 다중 액세스는 OCDMA 기반 기술 또는 OFDMA 기반 기술일 수도 있다. 또한, 통신 시스템은 위성 또는 항공 통신 시스템일 수도 있다.

도면의 간단한 설명

다양한 실시형태는 다음의 도면을 참조하여 상세히 설명될 것이고, 도면에서, 동일한 참조부호는 동일한 대상을 나타낸다.

도 1은 위성-기반 통신 시스템의 예시적인 실시형태를 도시한다.

도 2는 OCDMA 기반 통신 시스템의 게이트웨이에서 구현될 수도 있는 수신기의 예시적인 실시형태를 도시한다.

도 3은 OCDMA를 사용하는 복귀 링크에서 신호를 송신하는 단말기에서 구현될 수도 있는 송신기의 예시적인 실시형태를 도시한다.

도 4는 정지 위성을 포함하는 통신 시스템의 역방향 링크에서 OCDMA를 사용하는 방법의 예시적인 실시형태를 도시한다.

도 5는 단말기에서 동작 파라미터(들)를 조정하는 방법의 예시적인 실시형태 를 도시한다.

도 6은 머신 판독가능 저장 매체를 도시한다.

상세한 설명

후술할 실시형태는 OCDMA 기반 위성 통신 시스템의 복귀 링크에서 더 효율적이고/이거나 정확한 코드 동기화를 허용한다. OCDMA 기반 시스템에서, 단말기로부터의 신호는, 거의 완전하게 정렬된 칩 패턴에 의해 비교적 동일한 주파수로 게이트웨이에 도달함으로써 서로 직교성을 유지한다. 그러나, 이러한 동기화의 달성을 간섭하는 팩터가 존재한다. 위성의 궤도 위치에 대한 위성 모션 진동은 주파수 및 타이밍 오프셋을 야기한다. 또한, 위성 풋프린트 (footprint) 의 상이한 포인트에 위치된 상이한 단말기는 단말기들 사이에서 도플러 주파수 차이를 야기할 수도 있다. 또한, 하나 이상의 단말기의 모션은 주파수 및 타이밍 오프셋을 야기할 수도 있다. 여기서, 실시형태는 설명의 목적을 위해 OCDMA를 참조하여 설명된다는 것을 알 수 있다. 그러나, 동기화 기술은, OFDMA에 제한되지 않는 바와 같이, 다른 직교 다중 액세스 변조 방식에 적용할 수도 있다. 유사하게, 실시형태가 위성 통신 시스템을 참조하여 설명되지만, 동기화 기술은, 항공 통신 시스템에 제한되지 않는 바와 같이, 다른 통신 시스템에 적용할 수도 있다.

동기화를 달성하기 위해, 실시형태에 따른 단말기는, 주파수 및 타이밍 (이하, "송신 파라미터") 과 같은 송신 동작 파라미터의 개루프 제어뿐만 아니라 폐루프 제어를 수행한다. 일반적으로, 실시형태에 따른 단말기는 하나 이상의 송신 파라미터를 조정하기 위해 사용될 수 있는 정보를 포함하는 제어 신호를 게이트웨 이로부터 수신할 수도 있다. 그 제어 신호는 단말기로부터 게이트웨이까지의 기준 신호에 기초한다. 그 후, 단말기는 그 제어 신호에 응답하여 하나 이상의 송신 파라미터를 조정할 수도 있다. 따라서, 송신 파라미터(들)의 폐루프 제어는 단말기에서 수행된다. 또한, 단말기는 그의 모션에서의 변화를 검출하기 위해 또한 모니터링한다. 검출된 변화가 일정한 임계값을 충족하면, 단말기는 단말기의 모션의 검출에 기초하여 하나 이상의 송신 파라미터의 조정을 수행할 수도 있다. 따라서, 단말기는 개루프 제어를 수행한다.

다음의 설명에서, 실시형태의 완전한 이해를 제공하기 위해 특정한 세부사항을 제공한다. 그러나, 당업자는 이들 특수한 세부사항없이도 실시형태가 실행될 수도 있다는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 회로는 불필요한 세부사항으로 실시형태를 불명료하지 않게 하기 위해 블록도로 도시될 수도 있다. 다른 예시에서, 널리-공지된 회로, 구조 및 기술은 실시형태를 불명료하게 하지 않기 위해 상세히 나타낼 수도 있다.

또한, 실시형태는 플로우차트, 흐름도, 구조도, 또는 블록도로 나타낸 프로세스로 설명될 수도 있다. 플로우차트가 순차적인 프로세스로서 동작을 설명할 수도 있지만, 많은 동작들은 병렬적으로 또는 동시에 수행될 수 있다. 또한, 동작의 순서는 재-배열될 수도 있다. 프로세스는 그의 동작이 완료되는 경우, 종료된다. 프로세스는 방법, 함수, 절차, 서브루틴, 서브프로그램 등에 대응할 수도 있다. 프로세스가 함수에 대응하는 경우, 그 프로세스의 종료는 콜링 (calling) 함수 또는 메인 (main) 함수로의 함수의 복귀에 대응한다.

또한, 여기에 개시된 바와 같이, "허브" 및 "게이트웨이" 라는 용어는 당업계에서 교체가능하게 사용될 수도 있고 위성을 통해 통신을 안내하는 특수화된 지상국 또는 기지국을 지칭한다. "단말기" 및 "사용자 단말기" 라는 용어는 교체가능하게 사용될 수도 있고, 가입자 유닛, 이동 유닛, 이동국, 또는 셀룰러 전화기, 데이터 트랜시버, 개인 휴대 정보 단말기, 및 페이저와 같지만 이에 제한되지는 않는, 다른 무선 통신 디바이스로 지칭한다. 단말기는, 핸드-헬드 (hand-held) 디바이스, 원하는 바대로 차량-탑재된 디바이스, 또는 공수 (airborne) 디바이스일 수도 있다. "저장 매체" 라는 용어는, 판독 전용 메모리 (ROM), 랜덤 액세스 메모리 (RAM), 자기 디스크 저장 매체, 광학 저장 매체, 정보를 저장하는 플래시 메모리 디바이스 및/또는 다른 머신 판독가능 매체를 포함하는 데이터를 저장하기 위한 하나 이상의 디바이스를 나타낼 수도 있다. "머신 판독가능 매체" 라는 용어는, 휴대용 또는 고정된 저장 디바이스, 광학 저장 디바이스, 명령(들) 및/또는 데이터를 저장, 포함 또는 운송할 수 있는 무선 채널 및 다양한 매체를 포함하지만 이에 제한되지는 않는다.

도 1은 하나 이상의 게이트웨이 (116) 와 서비스 영역 (114) 의 복수의 단말기 (112) 사이에서 통신을 중계하는 위성 (110) 을 포함하는 위성-기반 통신 시스템 (100) 의 예시적인 실시형태를 도시한다. 시스템 (100) 에서 2개 이상의 위성 및/또는 서비스 영역 (114) 에서 2개 이상의 게이트웨이가 존재할 수도 있다는 것을 알 수 있다. 게이트웨이 (116) 는, 예를 들어, 인터넷 또는 일부 다른 외부 네트워크 (도시되지 않음) 와 같은 외부 네트워크와 위성 네트워크 사이에 액세 스 포인트를 제공할 수도 있다. 단말기 (112) 는 위성 (110) 및 게이트웨이 (116) 를 통해 외부 네트워크와 통신한다.

서비스 영역 (114) 은, 위성 (110) 에 의해 지구의 표면상에 투영된 (projected), 하나 이상의 빔 (beam; 118) 에 의해 커버링되며, 그 빔은 또한 셀 (cell) 로 지칭된다. 빔 (118) 은 지구의 표면상에 위성 통신 신호를 투영함으로써 생성된 "스폿 (spot)" 또는 영역을 조명한다. 빔은 소정의 커버리지 패턴으로 배열된다. 통상적으로, 각각의 빔 (118) 은, 완전한 주파수 재사용 패턴의 경우에서 위성 (110) 에 대해 이용가능한 완전한 주파수 스펙트럼, 또는 부분적인 재사용 패턴의 경우에서 이용가능한 주파수 스펙트럼의 일부 분할 중 하나를 사용한다. 또한, 각각의 빔 (118) 은, 공통적인 지리적 영역을 커버링하고, 또한 채널 또는 링크로 지칭되는 다수의 서브-빔을 포함할 수도 있으며, 각각의 서브-빔은 특정 주파수 대역을 점유한다.

4개의 타입의 통신 링크가 존재한다. 즉, 게이트웨이 (116) 로부터 위성 (110) 으로 송신되는 신호를 포함하는 순방향/업링크 (116). 위성 (110) 으로부터 게이트웨이 (116) 으로 송신되는 신호를 포함하는 복귀/다운링크 (124). 빔 (118) 에서 위성 (110) 으로부터 단말기 (112) 로 송신되는 신호를 포함하는 순방향/다운링크 (122). 단말기 (112) 로부터 위성 (110) 으로 송신되는 신호를 포함하는 복귀/업링크 (120). 따라서, 순방향/업링크 (126) 및 복귀/업링크 (120) 모두는 업링크를 포함하며, 그 업링크는 위성 (110) 으로 가는 신호를 포함한다. 순방향/다운링크 (122) 및 복귀/다운링크 (124) 모두는 다운링크를 포함 하며, 그 다운링크는 위성으로부터 송신되는 신호를 포함한다. 유사하게, 순방향/업링크 (126) 및 순방향/다운링크 (122) 모두는 순방향 링크를 포함하며, 그 순방향 링크는 게이트웨이 (116) 로부터 단말기 (112) 로 가는 신호를 포함한다. 복귀/업링크 (120) 및 복귀/다운링크 (124) 모두는 복귀 링크를 포함하며, 그 복귀링크는 단말기 (112) 로부터 게이트웨이 (116) 로 가는 신호를 포함한다.

직교 CDMA는, 신호 변조 및 복조의 일부로서 직교 코드를 사용함으로써 위성 기반 통신 시스템의 복귀 방향에서 사용된다. OCDMA에서, 각각의 사용자 단말기는 역방향 링크를 통해 월시 코드를 할당받는다. 월시 코드의 길이는 사용자 단말기가 데이터를 송신할 수도 있는 데이터 레이트를 결정한다. OCDMA 기반 시스템은 빔에서 2개 이상의 단말기로부터의 신호들 사이의 공지된 코드-위상 관계를 이용한다. 다양한 단말기에 대한 신호들 사이의 그 공지된 코드-위상 관계는, 각각의 월시 코드의 타이밍 또는 위상이 칩 주기 또는 지속 기간의 작은 부분에 의해서만 서로 상대적으로 분리되고, 일반적으로 서로 소수의 정도내에 존재하는 캐리어 주파수 차이는 유지되는 것이다.

따라서, 직교 CDMA 기반 통신 시스템의 복귀 링크 신호는 직교성을 유지하도록 동기화된다. 도 1에 도시된 시스템과 같은 위성 통신 시스템에서, 위성 (110) 은 고정된 위치에 존재하지 않을 수도 있지만, 서비스 영역 (114) 에 관하여 이동하고 있다. 위성 (110) 이 이동함에 따라, 그 위성과 단말기 (112) 사이의 거리는 변한다. 위성 (110) 의 이동에 더하여, 하나 이상의 단말기 (112) 또한 모션중일 수도 있으며, 이하, 그 단말기는 이동 단말기로 지칭된다. 예를 들 어, 단말기는 비행기상에서의 강하 (dive) 일 수도 있다.

또한, 상술된 바와 같이, OFDMA는 직교 다중 액세스 변조 방식으로 또한 사용될 수도 있다. OFDMA에서, 일정한 수의 톤들은 각각의 단말기에 할당된다. 톤들의 수는 단말기가 송신할 수도 있는 데이터 레이트를 결정한다. 그러나, 상술된 바와 같이, OFDMA 시스템은 주파수 동기화를 또한 요구한다. OFDMA 시스템에 대한 타이밍 동기화가 중요한 것은 아니지만, 사이클릭 프리픽스 요건을 감소시킬 필요가 있다. 이후 설명될 동기화 방식은 OFDMA 시스템에 동등하게 적용한다. 주요한 차이는 파일럿 신호와 같은 물리 레이어 채널의 구조이다. 그러나, 요구된 측정치가 적절한 품질로 행해지는 한, 후술될 동기화 매커니즘은 물리 파일럿 및 다른 피드백 채널의 실제 구조에 대해 회의적이다.

주파수 오프셋 및 코드 타이밍과 같은 송신 파라미터의 동기화를 유지하기 위해, 게이트웨이 (116) 는 위성 (110) 및 단말기 (112) 의 이동을 모니터링 또는 트래킹할 수도 있으며, 그 송신 파라미터를 조정하기 위해 사용될 수 있는 정보를 포함하는 제어 신호를 전송한다. 단말기 (112) 는 제어 신호를 수신하고 그 제어 신호에 응답하여 송신 파라미터를 조정할 수도 있다. 일 실시형태에서, 단말기 (112) 는 제어 신호를 생성하기 위해 사용될 수 있는 정보를 포함하는 기준 신호를 게이트웨이 (116) 에 전송한다. 예를 들어, 위성 (110) 및 이동 단말기(들)의 모션에 기초하여, 제어 신호는 이동 단말기(들)의 모션을 보상하기 위해 송신 파라미터에 대한 부가적인 조정을 야기하는 명령을 포함할 수도 있다. 그 결과, 송신 파라미터의 폐루프 제어가 수행된다. 따라서, 각각의 단말기 (112) 로부터의 복귀 링크 신호는, 월시 코드가 일정한 칩 주기에 의해 분리되고 일정한 캐리어 주파수 차이는 유지되도록 시간 동기화될 수도 있다.

그러나, 이동 단말기가, 방향의 신속한 회전 또는 변화, 또는 스피드의 갑작스러운 가속/감속과 같은 모션에서의 급격한 변화를 행한다면, 게이트웨이 (116) 는 위성 (110) 및 이동 단말기의 상대적인 이동을 적절하게 모니터링할 능력이 없을 수도 있다. 따라서, 후술될 실시형태에서, 단말기들 (112) 은 그들 자신의 모션에서의 변화를 검출하기 위해 모니터링할 수도 있다. 모션에서 검출된 변화가 일정한 임계값을 충족하면, 단말기 (112) 는 그 검출의 결과에 기초하여 그의 송신 파라미터를 조정할 수도 있다. 다른 방법으로, 단말기 (112) 는 게이트웨이 (116) 로부터의 제어 신호에 응답하여 그의 송신 파라미터를 조정하기 위해 임시적으로 중지할 수도 있다. 그 결과, 송신 파라미터의 개루프 제어가 수행된다.

일 실시형태에서, 파일럿 신호는 순방향 링크 신호에 대한 코히런트 (coherent) 위상 기준으로서 사용될 수도 있다. 즉, 데이터 변조를 포함하지 않는 신호는 커버리지의 영역 전반에 걸쳐 게이트웨이 (116) 에 의해 기준으로서 송신된다. 파일럿 신호는, 초기 시스템 동기화를 획득하고, 게이트웨이 (116) 에 의해 송신된 다른 신호의 시간, 주파수 및 위상 트래킹을 제공하도록 단말기 (112) 에 의해 사용된다. 파일럿 신호 캐리어를 트래킹하는 것으로부터 획득되는 위상 정보는 다른 시스템 신호 또는 트래픽 (즉, 데이터) 신호의 코히런트 복조에 대한 캐리어 위상 기준으로서 사용된다. 이러한 기술은, 많은 트래픽 신호 가 위상 기준으로서 공통 파일럿 신호를 공유할 수 있게 하며, 더 낮은 비용으로 더 효율적인 트래킹 매커니즘을 제공한다. 통상적으로, 단일 파일럿 신호는, 각각의 주파수를 통해 게이트웨이 또는 기지국으로부터 신호를 수신하는 단말기에 의해 사용 및 공유되는 그 각각의 주파수에 대해 각각의 게이트웨이 또는 기지국에 의해 송신된다. 더 상세한 설명은 도 1을 참조하여 후술될 것이다. 설명의 목적을 위해, 정지 위성 기반 통신 시스템이 가정될 것이다. 그러나, 실시형태의 범위는 다른 통신 시스템으로 연장될 수도 있다.

정지 위성 기반 시스템에서, 게이트웨이 (116) 는 순방향 링크 방향으로 파일럿 신호를 송신하며, 그 파일럿 신호는, 이하, 순방향 링크 파일럿 신호 또는 제 1 파일럿 신호 중 하나로 지칭된다. 순방향 링크 빔에 위치된 하나 이상의 단말기 (112) 는 송신 파일럿 신호를 획득 및 트래킹한다. 각각의 단말기 (112) 는 게이트웨이 (116) 에서 발신된 파일럿 신호로부터 캐리어 위상 및 변조 칩 클록 타이밍을 복원하도록 동작한다. 그 후, 각각의 단말기 (112) 는, 복원된 순방향 파일럿 캐리어 주파수 및 변조 칩 클록 타이밍으로부터 송신 또는 송신물 캐리어 주파수 및 칩 클록 타이밍을 유도한다.

(당업계에 널리 공지된) 사용중인 적용가능한 프로토콜 또는 시스템에 따른 적절한 시간에서, 게이트웨이 (116) 와 통신하는 각각의 단말기 (112) 는 역방향 링크 방향으로 파일럿 신호를 송신하며, 그 파일럿 신호는, 이하, 역방향 링크 파일럿 신호 또는 제 2 파일럿 신호 중 하나로 지칭된다. 일부 또는 모든 단말기 (112) 가, 순방향 링크 파일럿 신호로부터 이전에 유도된 타이밍에 관해 송신물 또 는 송신된 신호의 타이밍을 전진시키거나 지연시키는 능력으로 구현될 수도 있다.

상술된 바와 같이, 단말기 (112) 는 제 1 파일럿을 사용하는 게이트웨이 (116) 에 대한 파라미터를 트래킹하고, 순차적으로 게이트웨이는 제 2 파일럿을 사용하는 단말기 (112) 에 대한 파라미터를 트래킹한다. 파라미터를 트래킹함으로써, 하나 이상의 송신 파라미터는 코드 위상 동기화에 대해 모니터링될 수도 있다. 더 상세하게, 신호 타이밍과 같은 파라미터가 트래킹될 수도 있고/있거나, 또한, 제 1 파일럿 또는 제 2 파일럿 중 하나의 주파수가 트래킹될 수도 있다. 통상적으로, 트래킹된 주파수와 기준 주파수 사이의 오프셋 값은 하나의 송신 파라미터이다.

따라서, 단말기 (112) 는 수신된 제 1 파일럿 신호로부터 하나 이상의 송신 파라미터를 유도할 수도 있다. 이러한 유도는 복수의 단말기들 (112) 의 각각 내에서 수행된다. 그 후, 단말기 (112) 는 유도된 하나 이상의 송신 파라미터를 포함하는 제 2 파일럿 신호를 할당된 시간에서 송신한다. 예를 들어, 송신 파라미터가 코드 타이밍 또는 주기라고 가정하면, 게이트웨이 (116) 는 제 2 파일럿 신호의 타이밍을 역방향 링크 기준 신호와 비교한다. 통상적으로 게이트웨이 (116) 에서 생성되는 복귀 링크 기준 신호는, 게이트웨이 (116) 에서 수신되어야 할 경우, 그 복귀 링크 송신물의 이상적인 타이밍을 나타낸다. 기준 신호는 로컬 기준으로부터 유도될 수 있고, 더 원거리 단말기 (112) 를 허용하기 위한 적절한 마진에 더하여, 위성 트랜스폰더 (transponder) 를 통해 지구 (통상적으로 빔의 중앙) 상의 기준 포인트로의 예측된 왕복 (round trip) 딜레이 및 그 기준 포인 트로부터의 그 왕복 딜레이만큼 딜레잉될 수 있다. 다른 방법으로, 기준 신호는 하나 이상의 단말기 (112) 의 수신 파일럿 신호로부터 유도될 수 있다.

기준 신호와 역방향 링크 파일럿 신호(들)의 이러한 비교에 적어도 부분적으로 기초하여, 게이트웨이 (116) 는 각각의 단말기로 송신될 타이밍 또는 제어 정보를 결정한다. 그 제어 정보는, 그 역방향 링크 파일럿 신호들과 기준 신호 사이의 타이밍 불일치를 표시하는 데이터를 나타낸다. 이러한 정보는, 동기화에 대한 원하는 타이밍이 달성되도록 기준 신호에 관해 신호 타이밍을 전진시키거나 지연시킴으로써 게이트웨이에 송신되는 신호의 타이밍을 수정 또는 조정하도록 단말기에 사용되기 위한 것이다.

그 후, 게이트웨이는 순방향 링크를 통해 제어, 커맨드 (command), 또는 기준 신호를 각각의 원하는 단말기에 송신하며, 그 각각의 원하는 단말기는 그 단말기가 그의 송신 파라미터를 전진시키거나 지연시키게 명령하도록 작동한다. 이것은 제어 시그널링으로 지칭될 수 있다. 게이트웨이에 의해 제공된 정보 또는 커맨드에 응답하여, 각각의 단말기는, 게이트웨이에서 수신기(들)과의 시간 정렬을 유지하기 위해 수신된 명령에 따라, 통상적으로 작은 증분으로 그의 송신 타이밍 및/또는 주파수를 조정한다.

예를 들어, 타이밍은, 조정이 행해진 양 또는 크기를 결정하기 위해, 수 개의 소정의 접근법 또는 기술을 사용하여 전진되거나 지연될 수 있다. 일 실시형태에서, 시스템 설계동안, 타이밍 또는 주파수에서의 조정 또는 변화의 소정량은 제어 신호에 응답하기 위한 기초로서 선택되고 사용될 수도 있다. 그러한 값 은, 얼마나 신속하게 또는 효과적으로 단말기가 파라미터를 조정하는지 및 얼마나 큰 변화가 소정의 결과를 달성하기 위해 일반적으로 요구되는지에 관한 공지된 경험적인 데이터에 기초할 수 있다. 또한, 그것은 단말기의 설계 특징에 기초할 수 있다. 또한, 원하는 값을 빗나가는 것을 회피하기 위해 단말기내에서의 더 작은 변화를 행하는 것을 원하도록 유도할 수도 있는 명령을 실행할 시에, 딜레이 팩터가 존재할 수도 있다. 시간 조절을 유지하기 위해 사용되는, 단말기의 송신 타이밍에서의 변화를 결정하고 구현하는 그러한 프로세스는 빔에서 복수의 단말기에 대해 수행될 수도 있다. 원하는 시간 조절을 보장하는 것은, 복귀 방향에서 직교 CDMA의 사용을 가능하게 하는 본 발명의 일 양태이다.

따라서, 게이트웨이는 순방향 링크 파일럿 신호를 송신한다. 단말기는 그 순방향 링크 파일럿 신호를 획득하고 트래킹하며, 캐리어 위상 및 변조 칩 클록 타이밍을 복원한다. 그 후, 단말기는 복원된 순방향 파일럿 캐리어 주파수 및 칩 클록 타이밍으로부터 그 단말기의 송신 캐리어 주파수 및 칩 클록 타이밍을 유도한다.

상기 프로세스가 대부분의 단말기 (112) 에 대한 충분한 동기화를 제공할 수도 있지만, 순방향 링크 파일럿 신호에 기초하여 유도된 송신 캐리어 주파수 및/또는 칩 클록 타이밍은 동기시에 에러를 야기할 수도 있으며, 그에 의해, 단말기가 이동중인 경우 간섭을 야기할 수도 있다. 상술된 바와 같이, 단말기의 이동시에 방향 또는 스피드에서의 급격한 변화는 단말기로 하여금 다른 신호에 직교하지 않는 신호를 송신하게 하도록 할 수도 있다. 따라서, 각각의 단말기 (112) 는, 갑작스러운 이동이 검출되는 경우 단말기 (112) 가 송신 파라미터에 대한 개루프 조정을 행하도록 그의 이동을 검출하기 위해 모니터링한다.

도 2는 복귀 링크를 통해 복수의 단말기로부터 복수의 직교 CDMA 송신물을 동시에 수신하기 위해 게이트웨이에서 구현될 수도 있는 수신기 (200) 의 예시적인 실시형태를 도시한다. 수신기 (200) 는, 하향변환을 위한 다양한 기술에 기초하여, RF 신호를 취하고 주파수를 감소시키는 하향변환기 (204) 에 커플링된 안테나 (202) 를 포함한다. 하향변환된 신호는 아날로그-투-디지털 (A/D) 변환기 (206) 에 의해 아날로그 신호로부터 디지털 신호로 변환된다. 디지털 신호는 복수의 역확산기 (208a 내지 208n) 의 각각에 입력된다. 또한, 코드 소스 (210) 는 각각의 역확산기 (208a 내지 208n) 에 커플링된다. 코드 소스 (210) 는 인커밍 CDMA 신호를 역확산하기 위해 필요한 코드를 역확산기에 제공한다. 또한, 각각의 역확산기 (208a 내지 208n) 는, 각각, 데이터 복조기 (212a 내지 212n) 에 커플링된다.

상술된 원하는 커맨드 또는 제어 신호를 생성하기 위해, 수신기 (200) 는 역확산기 (208a 내지 208n) 및 복조기 (212a 내지 212n) 를 사용한다. 일부 실시형태에서, 탐색기 (220) 가 구현될 수도 있고, 제어 신호는 역확산기 (208a 내지 208n) 및 탐색기 (220) 를 사용하여 생성될 수도 있다. 탐색기 (220) 는 단말기로부터 수신된, 다양한 데이터 미포함 파일럿 신호에 대해 검출한다. 탐색기 (220) 또는 복조기로부터의 정보는 수신기 제어기 또는 프로세서 (230) 에 의해 수신된다. 프로세서 (230) 는, 타이밍 또는 주파수 오프셋 중 하나와 같이, 단말 기로부터의 파일럿 신호로부터의 일정한 송신 파라미터, 또는 그 파일럿 신호와 관련된 일정한 송신 파라미터를 결정하기 위해 정보를 사용한다. 일반적으로, 이는 타이밍 또는 주파수를 검출하고 그 타이밍 또는 주파수를 기준 신호의 타이밍 또는 주파수와 비교함으로써 달성된다. 그 기준 신호는 도시된 바와 같이 기준 소스 (232) 에 의해 제공될 수도 있다. 또 다른 실시형태에서, 그 기준 신호는 저장 매체 (234) 에 저장될 수도 있고 저장 매체 (234) 에 의해 제공될 수도 있다.

또한, 프로세서 (230) 는, 어떤 타입의 커맨드가 비교의 결과에 의존하여 이슈되는 것이 바람직한지에 관한 정보를 저장하기 위해 저장 매체 (234) 를 사용할 수 있다. 예를 들어, 비교가 타이밍이 너무 빠르거나 주파수가 너무 높다고 나타내면, 프로세서는 단말기의 어느 파라미터이든 지연시키기 위해 커맨드 또는 요청을 간단히 전송할 수 있다. 한편, 주파수가 너무 낮거나 타이밍이 너무 느리다면, 프로세서 (230) 는 단말기에 값을 전진시키도록 요청하는 간단한 커맨드를 전송할 수 있다. 그러나, 프로세서 (230) 는, 보상될 오프셋의 양 및 조정에 대한 요청, 또는 조정이 행해지는 특정값을 특정하는 일부 시스템에서, 원하는 대로 더 복잡한 명령을 또한 전송할 수 있다. 그러한 커맨드는 개별 신호로서 전송되거나, 트래픽, 액세스 명령, 또는 단말기로 포워딩 (forward) 되는 커맨드 및 제어 신호와 같은 다른 통신물에 첨부될 수 있다.

도 3은, OCDMA를 사용하여 복귀 링크에서 신호를 송신하기 위해 단말기에서 구현될 수도 있는 송신기 (300) 의 예시적인 실시형태를 도시한다. 송신기 (300) 는 CDMA 신호들을 송신할 뿐만 아니라 그들의 송신 파라미터(들)을 조정하도 록 구성된다. 송신기 (300) 는, 기저대역 신호를 변조하는 데이터 변조기 (302), 및 할당된 코드 채널에 따라, 송신될 신호를 추가적으로 변조하는 코드 변조기 (304) 를 포함한다. 송신될 신호는 상향-변환기 (306) 에 의해 상향-변환되고, 안테나 (310) 를 통해 송신된다. 상향-변환의 임의의 적절한 수단이 사용될 수 있다.

프로세서 (330) 는, 조정에 대한 어떤 커맨드 또는 요청이 단말기에 포워딩되고 있는지를 결정하기 위해, 당업계에 널리 공지된 수신기 부분 (도시되지 않음) 에 의해 수신된 커맨드 또는 제어 정보를 사용한다. 프로세서 (330) 는 취할 적절한 액션을 결정하고, 단말기로부터의 신호의 송신과 관련된 송신 파라미터를 조정할 수도 있다. 예를 들어, 프로세서 (330) 는, 타이밍 오프셋 또는 주파수 오프셋 중 하나가 보상되고 있는지의 여부 및 어떠한 양만큼 보상되는지의 여부를 판정한다. 커맨드는 조정의 양을 특정하거나, 소정의 조정이 파라미터 값을 지연시키거나 파라미터 값을 전진시키는 것 중 하나를 위해 발생한다고 명령할 수도 있다. 또한, 프로세서 (330) 는, 어떠한 타입의 액션이 조정 정보 또는 수신되는 커맨드에 의존하여 구현하는 것이 바람직한지에 관한 정보를 저장하기 위해 저장 매체 (334) 를 사용할 수 있다. 예를 들어, 고정된 조정 커맨드가 전송된 경우, 프로세서 (330) 는 파라미터가 변경된 양을 선택하기 위해 이전에 저장된 정보를 사용할 수 있다. 저장 매체 (334) 는 시간 또는 단말기내의 다른 활성도 등으로 변경할 수 있는 상이한 양을 표시할 수도 있다.

그러나, 급격한 모션이 동기화시에 에러를 야기할 수 있기 때문에, 송신기 (300) 는, 또한, 모션 검출 유닛 (350) 을 포함한다. 모션 검출 유닛 (350) 은 단말기의 모션을 검출한다. 일 실시형태에서, 모션 검출 유닛 (350) 은 스루 (slew) 레이트를 결정하기 위해 임의의 공지된 기술을 사용하여 도플러를 모니터링하거나 트래킹한다. 도플러가 너무 높거나 갑작스럽게 변하면, 프로세서 (330) 는 송신 타이밍 및 주파수에 대한 개루프 조정을 수행한다. 프로세서 (330) 는 검출된 도플러 레이트, 즉, 도플러 레이트로부터 유도될 수 있는 스루 레이트에 기초하여 송신 파라미터를 조정한다.

조정 요청이 너무 빠른 타이밍 또는 너무 높은 주파수에 기초하면, 프로세서 (330) 는, 각각, 코드 타이밍을 지연시키기 위한 코드 소스 (320), 또는 주파수를 지연시키거나 감소시키기 위한 주파수 소스 (324) 중 하나를 커맨딩한다. 한편, 조정 요청이 너무 느린 타이밍 또는 너무 낮은 주파수에 기초하면, 프로세서 (330) 는, 각각, 코드 타이밍을 전진시키기 위한 코드 소스 (320), 또는 주파수를 전진시키거나 증가시키기 위한 주파수 소스 (324) 중 하나를 커맨딩한다. 다른 방법으로, 프로세서 (330) 는, 코드 타이밍을 조정하기 위해 원하는 바대로 코드 소스로부터 분리한 딜레이 엘리먼트 (321) 를 사용할 수 있다.

또한, 송신기 (300) 는 간략화된 실시형태라는 것을 알 수 있다. 더 통상적이고 상업적인 송신기는, 송신될 신호에 대한 송신 전력 레벨을 결정하는 전력 제어 유닛과 같은 부가적인 컴포넌트를 가질 수도 있다. 또한, 송신기 (300) 는 코드 타이밍 및/또는 주파수의 조정을 허용하기 위한 부가적인 주파수 소스 및/또는 딜레이 엘리먼트를 가질 수도 있다. 또한, 통상적인 단말기가, 수신되거 나 송신되는 신호의 일정한 특징을 검출하기 위한 하나 이상의 제어기를 갖고, 출력 신호에 대한 타이밍 변화에 영향을 주며, 단말기내에서의 변조의 타이밍 및 제어, 코드 선택, 및 다른 프로세스로 원조하는 것으로 공지되어 있는 것을 알 수 있다. 프로세서 (330) 는 그러한 제어기의 일부를 형성할 수 있거나, 본 발명의 실시형태의 동작에 전용된 개별 프로세서로서 구성될 수 있다. 또한, 코드 타이밍의 지연 및 전진은, 2001년 12월 4일에 이슈된 미국 특허 6,327,534 B1 뿐만 아니라 상기에서 참조된 특허에서 설명되고 도시된다.

일 실시형태에서, 폐루프 주파수 조정은, 역방향 링크를 통해 단말기 (112) 로부터 수신된 주파수를 측정하고 그 측정된 주파수를 타겟 또는 기준 주파수에 대해 비교하는 게이트웨이 (116) 를 포함한다. 목적은, C/I의 손실이 최소화되도록 서로 충분히 근접하기 위한 단말기 (112) 로부터 수신된 캐리어 주파수를 위한 것이다. ft를 기준 주파수라 하고 fe를 소정의 단말기 (112) 로부터의 추정된 수신 주파수라 한다. 게이트웨이 (116) 는 소정의 단말기로부터 수신된 측정된 캐리어 주파수와 기준 주파수 사이의 차이, 즉, Δf = f_t - f_e 를 계산하고, 이러한 차이를 각각의 단말기 (112) 에 송신한다. 단말기 (112) 는 그의 송신 캐리어 주파수를 -aΔf, 0 < a < 2 만큼 조정한다.

정상 상태에서, 단말기 (112) 가 정지 상태이거나 일정한 방향에서 비교적 일정한 스피드로 이동하고 있는 것 중 하나인 경우, 상기 절차는 단말기의 수신 캐리어 주파수의 원하는 주파수로의 수렴을 보장할 것이다. 상기 절차는 신규한 도플러 주파수를 보상하기 위해 송신 주파수의 조정을 야기할 수도 있다. 그러나, 단말기의 스피드 또는 이동 방향이 상술된 바와 같이 급격하게 변한다면, 게이트웨이에서 단말기 (112) 로부터 수신된 캐리어 주파수의 도플러 주파수는 변할 것이다. 수신된 주파수에서의 이러한 변화는 상이한 단말기 (112) 로부터 수신된 주파수들 사이에서 차이를 야기할 것이며, 차례로, 역방향 링크를 통한 상이한 신호들 사이에서 직교성의 손실을 야기한다.

상기 절차는 신규한 도플러 주파수를 보상하기 위해 송신 주파수의 조정을 야기할 수도 있다. 그러나, 단말기가 일정한 임계값까지 일정한 레이트로 모션을 변경할 수도 있는 상황에서, 변경한 도플러 주파수를 단말기 (112) 에 전달할 시의 딜레이는, 단말기 (112) 의 이동이 정착할 때까지 게이트웨이 (116) 에서의 주파수 오프셋의 상당히 충분한 양을 야기할 것이다. 이러한 시간 주기 동안, 역방향 링크 성능은 열악해질 수도 있다.

따라서, 개루프 주파수 조정은 위성의 이동뿐만 아니라 단말기의 이동에 의해 유도된 도플러에 응답하여 수행될 수도 있다. 단말기의 급격한 변화에 의해 유도된 도플러에서의 변화는, 상술된 바와 같이, 단말기 (112) 의 주파수 트래킹 알고리즘에 의해 추정되고, 대응하는 정정이 단말기 (112) 의 송신 주파수에 대해 행해진다. 단말기 (112) 의 스피드/방향에서의 임의의 변화는 순방향 링크상에서 도플러 주파수를 변경하며, 단말기의 주파수 트래킹 루프에 의해 측정된다는 것을 나타낸다. 순방향 링크상의 이러한 도플러 주파수에서의 측정된 변화는 역방향 링크상의 도플러 주파수에서의 변화를 추정하기 위해 사용된다.

단말기 (112) 의 이동은 단말기와 위성 (110) 사이의 링크상의 도플러 주파수에 영향을 줄 것이다. 따라서, 순방향 링크의 업링크상의 도플러 주파수의 컴포넌트 및 역방향 링크의 다운링크 부분상의 도플러 주파수의 컴포넌트가 변경될 것이다. 따라서, 단말기의 이동에 의해 역방향 링크상에서 유도된 도플러 주파수는, 역방향 링크의 다운링크 주파수 대 순방향 링크의 업링크 주파수 곱하기 순방향 링크상에서 측정된 도플러에서의 변화이다. 측정 주기 n에 걸쳐 단말기의 주파수 트래킹 루프에 의해 측정된 바와 같이, Δf_FL(n) 을 수신 주파수에서의 변화라 한다. 단말기에서의 역방향 링크 송신 주파수는,

만큼 변경되고, 여기서,

및

는 순방향 링크 캐리어 주파수 및 복귀 링크 캐리어 주파수이다. 수학식 1의 제 2 항은 단말기의 송신 주파수가 단말기의 수신 주파수로부터 유도된다는 사실로 인한 것이라는 것을 나타낸다. 따라서, 순방향 링크상에서 유도된 도플러는 복귀 링크상에서 유도된 도플러에 부가될 것이다. 단말기는 수학식 1의 추정치에 따라 송신 주파수에 개루프 정정을 행한다. 역방향 링크상의 게이트웨이에서 측정된 임의의 잔여 주파수 오프셋은 단말기 (112) 에 보고될 것이며, 단말기의 송신 주파수를 조정하기 위해 사용된다. 또 다른 일부 실시형태에서, 단말기가, 글로벌 측위 시스템 (GPS) 수신기로부터 수신된 위치 및 속도 업데이트에서의 변화에 기초하여, 도플러 주파수에서의 변화를 추정하기 위해 그 GPS 수신기를 구현 및 사용할 수도 있다는 것을 나타낸다. 일 실시형태에서, GPS 수신기는 모션 검출 유닛 (350) 에서 구현될 수도 있다. 따라서, GPS 수신기로부터의 위치 측정 정보는 도플러 주파수에서의 변화를 추정하기 위해 사용될 수도 있다.

또한 상술된 바와 같은 타이밍 동기화는, 상이한 단말기 (112) 로부터의 역방향 링크 신호가 게이트웨이 (116) 에서 동기적으로 수신되는 것을 보장하기 위해 필요하다. 일 실시형태에서, 폐루프 타이밍 조정 절차는 다음과 같이 수행된다. 게이트웨이 (116) 는 소정의 단말기 (112) 로부터 수신된 신호의 타이밍을 기준 시간과 지속적으로 비교한다. 단말기의 수신 타이밍이 일정량 이상만큼 기준 시간으로부터 벗어나는 경우, 게이트웨이 (116) 는 단말기 (112) 에 메세지를 전송하고, 그에 따라 그 단말기가 그의 송신 타이밍을 조정하도록 명령한다.

T_t를 원하는 타겟 또는 기준 타이밍으로 하고, T_e를 게이트웨이 (116) 에서 소정의 단말기 (112) 로부터의 추정된 타이밍이라 한다. 게이트웨이 (116) 는 측정된 타이밍과 기준 타이밍 사이의 차이, 즉, ΔT = T_{t -} T_e 를 계산하고, 이러한 차이를 각각의 단말기 (112) 에 송신한다. 단말기 (112) 는 그의 송신 타이밍 클록을, -aΔt, 0 < a < 2 만큼 조정한다.

폐루프 주파수 조정에서와 같이, 수신 타이밍은 위성에 관한 모바일의 모션으로 인해 일정한 레이트로 벗어날 수도 있다. 게이트웨이 (116) 에서, 클록 스루 레이트로 지칭되는 수신 타이밍의 변화의 레이트가 추정된다. 그 후, 추정된 스루 레이트는 단말기 (112) 에 송신된다. n번째 측정 주기 동안, 게이트웨이 (116) 에서 추정된 스루 레이트는,

로서 나타낸다고 하며, 여기서, ΔT(n) = T_t - T_e(n) 은 n번째 측정 주기의 말단에서 소정의 단말기로부터 추정된 타이밍과 기준 타이밍 사이의 타이밍에서의 변화이고, T_m은 측정 시간 간격이다. 그 후, 단말기의 송신 클록의 스루 레이트는,

S_t(n) = S_t(n - 1) ＋ aS_e(n)

로서 업데이트될 수도 있으며, 여기서, 0 < a < 2 이다. 단말기 (112) 는 그의 송신 타이밍을 S_t(n) 만큼 조정한다, 즉, S_t(n) 에 따라 그의 송신 타이밍을 지연시키거나 전진시키는 것 중 하나를 행한다.

그러나, 단말기 (112) 가 모션에서의 급격한 변화를 행하면, 스루 레이트에 대해 급격한 변화가 존재할 것이다. 단말기 (112) 가, 스루 레이트에서의 변화를 추정하고 그것을 단말기 (116) 에 전달하기 위해, 게이트 (116) 에 의존하는 것이었다면, 스루 레이트에서의 변화를 단말기 (112) 에 보고할 시에 딜레이로 인한 타이밍에서의 큰 에러가 존재했을 것이다. 따라서, 개루프 타이밍 조정에서, 단말기 (112) 는 스루 레이트에서의 변화를 추정하기 위해 순방향 링크상의 도플러 주파수에서의 변화를 사용하며, 그 스루 레이트는,

로서 표현된다. 수학식 4에 의해 추정된 스루 레이트의 2배가, 단말기 (112) 가 그의 타이밍을 조정하기 위해 사용되고 있는 현재의 송신 타이밍 스루 레이트 S_t(n) 에 부가된다. 또한, 주파수 조정에서와 같이, 또 다른 일부 실시형태에서, GPS가 타이밍 스루 레이트를 추정하기 위해 사용될 수도 있다는 것을 나타낸다. 더 상세하게, GPS 수신기로부터의 위치 측정 정보는, 타이밍 스루 레이트가 추정될 수도 있는 위성에 관한 모바일의 속도에서의 변화를 추정하기 위해 사용될 수도 있다.

주파수 동기화 및 타이밍 동기화에 대한 상세한 알고리즘이 상기에서 제공되었지만, 다른 알고리즘이 동기화를 달성하기 위해 주파수 및/또는 타이밍을 조정하도록 사용될 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다. 유사하게, 당업자는 다양한 방식으로 이러한 프로세스를 구현하는 방법을 용이하게 알 수 있을 것이다.

도 4는 정지 위성을 포함하는 통신 시스템의 역방향 링크에서 OCDMA를 사용하는 방법 (400) 의 예시적인 실시형태를 도시한다. 방법 (400) 에서, 제 1 파일럿 신호는 순방향 링크 방향으로 게이트웨이로부터 송신된다 (402). 즉, 신 호는 게이트웨이 (116) 로부터 위성 (110) 으로 전송되며, 그 위성은 이러한 실시형태에서 정지 궤도에 존재하고, 그러한 신호는 지구의 표면의 일부로 중계된다. 제 1 파일럿 신호는 단말기 (112) 에서 수신되고 (404), 단말기 (112) 는 그 제 1 파일럿 신호로부터 캐리어 위상 및 변조 칩 클록 타이밍을 복원한다.

그 후, 단말기 (112) 는, 복원된 순방향 파일럿 캐리어 주파수 및 변조 칩 클록 타이밍으로부터 송신 캐리어 주파수 및 칩 클록 타이밍을 유도한다 (406). 단말기 (112) 는 역방향 링크 방향으로 정지 위성 (110) 에 제 2 파일럿 신호를 송신하고 (408), 그 위성은 그 제 2 파일럿 신호를 게이트웨이 (116) 에 중계한다. 제 2 파일럿 신호는 게이트웨이 (116) 에서 역방향 링크 기준 신호와 비교된다 (410). 그 후, 게이트웨이 (116) 는 순방향 링크 방향으로 (즉, 위성까지, 그 후, 위성으로부터 단말기에 이르기까지) 제어 신호를 송신하고 (412), 여기서 그 제어 신호의 콘텐츠는 제 2 파일럿 신호와 역방향 링크 기준 신호 사이의 비교에 적어도 부분적으로 기초한다. 그 제어 신호에 응답하여, 단말기로부터의 송신물에 관한 하나 이상의 송신 파라미터가 단말기내에서 조정된다 (414). 통상적으로, 그러한 조정은, 순방향 링크 파일럿 신호로부터 유도된 타이밍에 관해 단말기의 송신 신호의 타이밍을 전진시키거나 지연시키는 것에 관한 것이다.

또한, 단말기 (112) 는 그의 이동을 또한 검출하고 있거나 모니터링하고 있다 (416). 따라서, 급격한 모션이 검출되면 (418), 단말기 (112) 는 그 검출된 모션에 기초하여 그러한 송신 파라미터들 중 하나 이상을 조정할 수도 있다 (420). 따라서, 송신 파라미터(들)의 개루프 제어가 달성된다.

더 상세하게, 도 5는 단말기에서 송신 파라미터를 조정하는 방법 (500) 의 예시적인 실시형태를 도시한다. 일반적으로, 하나 이상의 송신 파라미터의 폐루프 제어가 수행된다 (510). 그 폐루프 제어는, 순방향 링크 파일럿 신호와 같이, 제어 정보를 포함하는 제어 신호를 수신함으로써 수행될 수도 있다. 상술된 바와 같은 제어 정보는 단말기가 적절한 조정을 유도할 수도 있는 데이터를 포함한다. 그 후, 하나 이상의 송신 파라미터가 그 제어 신호에 응답하여 조정될 수도 있다.

그러나, 또한, 단말기의 모션은 모니터링된다 (520). 모션은, 예를 들어, 도플러 또는 도플러 레이트를 트래킹함으로써 모니터링될 수 있다. 일정한 임계값을 충족하는 변화가 검출되면, 하나 이상의 송신 파라미터의 개루프 제어가 수행된다 (530). 예를 들어, 그 임계값은 도플러 레이트를 선택할 수도 있으며, 검출된 도플러 레이트가 그 선택된 도플러 레이트 이상이면, 개루프 제어가 수행될 것이다. 여기서, 단말기의 모션에서의 급격한 변화는 선택된 도플러 레이트 이상인 도플러 레이트를 야기할 수도 있다. 그러한 조건이 충족되면, 개루프 제어는 제어 신호에 응답하여 하나 이상의 동작 파라미터를 조정하는 것을 중지함으로써 수행된다.

상술된 바와 같이, 단말기들이 그들의 모션을 모니터링하게 함으로써, 동기화는 OCDMA 기반 통신 시스템의 역방향 링크에서 더 양호하게 유지될 수 있다. 복귀 링크에서의 OCDMA의 사용은, 복수의 단말기가, 예를 들어, 시간 분할 다중 액세스 (TDMA) 기술에 의해 사용되는 바와 같이 동일하거나 더 낮은 총 전력으로 빔 에서 동시에 송신할 수 있게 한다. 또한, 개시된 동기화 기술이 OCDMA이외의 직교 다중 액세스 변조 방식에 적용가능하다는 것을 또한 알 수 있다.

또한, 실시형태가 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 미들웨어 (middleware), 마이크로코드, 또는 이들의 임의의 조합에 의해 구현될 수도 있다는 것을 알 수 있다. 소프트웨어, 펌웨어, 미들웨어 또는 마이크로코드로 구현되는 경우, 필요한 태스크를 수행하기 위한 프로그램 코드 또는 코드 세그먼트는, 저장 매체 (234 또는 334) 와 같은 머신 판독가능 매체 또는 도시되지 않은 개별 저장부(들)에 저장될 수도 있다. 프로세서 (230 또는 330) 와 같은 프로세서는 필요한 태스크를 수행할 수도 있다. 코드 세그먼트는, 절차, 함수, 서브프로그램, 프로그램, 루틴, 서브루틴, 모듈, 소프트웨어 패키지, 클래스, 또는 명령의 임의의 조합, 데이터 구조, 또는 프로그램 문장을 나타낼 수도 있다. 코드 세그먼트는, 정보, 데이터, 인수 (argument), 파라미터, 또는 메모리 콘텐츠를 통과하고/하거나 수신함으로써 또 다른 코드 세그먼트 또는 하드웨어 회로에 커플링될 수도 있다. 정보, 인수, 파라미터, 데이터 등은, 메모리 공유, 메세지 통과, 토큰 통과, 네트워크 송신 등을 포함하는 임의의 적절한 수단을 통해 통과, 포워딩, 또는 송신될 수도 있다.

예를 들어, 도 6은, 디스켓, CD-ROM, 자기 테이프, 디지털 비디오 또는 DVD (versatile disk), 레이저 디스크, ROM, 플래시 메모리 등과 같은 머신 판독가능 저장 매체 (620) 에 머신 실행가능 명령 (610) 으로 저장된 소프트웨어 루틴을 도시한다. 일련의 명령은 로컬적으로 저장될 필요가 없고, 네트워크상의 서버, CD ROM 디바이스, 플로피 디스크 등과 같은 원격 저장 디바이스로부터 수신될 수 있다. 어느 소스로부터이든, 명령은 프로세서에 의해 액세스될 수도 있고 실행될 수도 있다. 또 다른 실시형태에서, 개별 하드웨어 또는 펌웨어가 사용될 수도 있다. 예를 들어, 하나 이상의 주문형 집적 회로 (ASIC) 는 본 발명의 상술된 기능들 중 하나 이상으로 프로그래밍될 수 있다. 또 다른 예에서, 본 발명의 하나 이상의 기능은 부가적인 회로 보드상에서 하나 이상의 ASIC로 구현될 수 있고, 회로 보드는 상술된 컴퓨터(들)에 삽입될 수 있다. 또 다른 예에서, 필드 프로그램가능 게이트 어레이 (FPGA) 또는 정적 프로그램가능 게이트 어레이 (SPGA) 는 본 발명의 하나 이상의 기능을 구현하기 위해 사용될 수 있다. 또 다른 예에서, 하드웨어와 소프트웨어의 조합은 본 발명의 하나 이상의 기능을 구현하기 위해 사용될 수 있다.

또한, 수신기 (200) 및/또는 송신기 (300) 의 엘리먼트들이, 각각, 수신기 (200) 및/또는 송신기 (300) 의 동작에 영향을 주지 않고 재배열될 수도 있다는 것은 당업자에게 또한 명백할 것이다. 따라서, 전술한 실시형태는 단지 예일뿐이고, 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 실시형태의 설명은 예시적인 것으로 의도되며, 청구항의 범위를 제한하는 것은 아니다. 그로서, 본 발명의 교시는 다른 타입의 장치들에 용이하게 적용될 수 있으며, 많은 대체물, 변형 및 변동은 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (32)

1. 위성 통신 시스템의 복귀 링크에서 직교 다중 액세스 통신을 제공하는 방법으로서,

   신호의 송신과 관련하여 하나 이상의 송신 파라미터를 조정하기 위해 사용되는 정보를 포함하는 제어 신호를 단말기로 송신하는 단계;

   상기 제어 신호에 응답하여 상기 하나 이상의 송신 파라미터를 조정함으로써 상기 하나 이상의 송신 파라미터의 폐루프 제어를 수행하는 단계;

   상기 단말기의 모션에서의 변화를 검출하기 위해 모니터링하는 단계; 및

   상기 검출된 변화가 일정한 조건을 충족하는 경우, 상기 하나 이상의 송신 파라미터의 개루프 제어를 수행하는 단계를 포함하고,

   상기 개루프 제어는, 상기 제어 신호에 응답하여 상기 하나 이상의 송신 파라미터를 조정하는 것을 중지하는 단계를 적어도 포함하는, 통신 제공 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 개루프 제어 수행 단계는, 모션에서 일정한 임계값 이상의 변화가 검출되면 개루프 제어를 수행하는 단계를 포함하는, 통신 제공 방법.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제어 신호는 순방향 링크 파일럿 신호인, 통신 제공 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 폐루프 제어 수행 단계는, 상기 제어 신호를 생성할 시에 사용을 위해 역방향 링크 파일럿 신호를 전송하는 단계를 더 포함하는, 통신 제공 방법.
6. 제 2 항에 있어서,

   상기 개루프 제어 수행 단계는, 상기 검출된 변화에 기초하여 상기 하나 이상의 송신 파라미터를 조정하는 단계를 더 포함하는, 통신 제공 방법.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 하나 이상의 송신 파라미터는 주파수인, 통신 제공 방법.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 하나 이상의 송신 파라미터는 타이밍인, 통신 제공 방법.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 변화를 검출하기 위해 모니터링하는 단계는, 상기 단말기에서 도플러 주파수를 트래킹 (track) 하는 단계를 포함하는, 통신 제공 방법.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 도플러 주파수 트래킹 단계는, 글로벌 측위 시스템 (GPS) 으로부터 수신된 위치 측정 정보를 사용하는 단계를 포함하는, 통신 제공 방법.
11. 제 1 항에 있어서,

    상기 직교 다중 액세스 통신은 직교 코드 분할 다중 액세스에 기초하는, 통신 제공 방법.
12. 제 1 항에 있어서,

    상기 직교 다중 액세스 통신은 직교 주파수 분할 다중 액세스에 기초하는, 통신 제공 방법.
13. 단말기에서의 사용을 위해, 위성 통신 시스템의 복귀 링크에서 직교 다중 액세스 통신을 제공하는 장치로서,

    신호의 송신과 관련된 하나 이상의 송신 파라미터의 폐루프 제어를 수행하도록 구성된 프로세서로서, 상기 폐루프 제어는 상기 단말기에 송신되는 제어 신호를 통해 이루어지고, 상기 제어 신호는 상기 하나 이상의 송신 파라미터를 조정하기 위해 상기 단말기에 의해 사용되는 정보를 포함하는, 상기 프로세서;

    상기 프로세서에 커플링되고, 상기 단말기의 모션에서의 변화를 검출하기 위해 모니터링하도록 구성된 모션 검출 유닛을 구비하며,

    상기 프로세서는, 상기 검출된 변화가 일정한 임계값을 충족하는 경우, 상기 하나 이상의 송신 파라미터의 개루프 제어를 수행하도록 구성되고,

    상기 개루프 제어는, 상기 제어 신호에 응답하여 상기 하나 이상의 송신 파라미터를 조정하는 것을 중지하는 것을 적어도 포함하는, 통신 제공 장치.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 프로세서는, 모션에서 일정한 임계값 이상의 변화가 검출되면 개루프 제어를 수행하는, 통신 제공 장치.
15. 제 13 항에 있어서,

    상기 프로세서는, 상기 하나 이상의 송신 파라미터를 조정하기 위해 사용되는 정보를 포함하는 제어 신호를 수신하고, 상기 폐루프 제어를 수행하기 위해 상기 제어 신호에 응답하여 상기 하나 이상의 송신 파라미터를 조정함으로써 상기 폐루프 제어를 수행하는, 통신 제공 장치.
16. 제 15 항에 있어서,

    상기 제어 신호는 순방향 링크 파일럿 신호인, 통신 제공 장치.
17. 제 16 항에 있어서,

    상기 프로세서는, 상기 제어 신호를 생성할 시에 사용을 위해 역방향 링크 파일럿 신호를 전송하는, 통신 제공 장치.
18. 제 15 항에 있어서,

    상기 프로세서는, 또한, 상기 검출된 변화에 기초하여 상기 하나 이상의 송신 파라미터를 조정함으로써 개루프 제어를 수행하는, 통신 제공 장치.
19. 제 13 항에 있어서,

    상기 하나 이상의 송신 파라미터는 주파수인, 통신 제공 장치.
20. 제 13 항에 있어서,

    상기 하나 이상의 송신 파라미터는 타이밍인, 통신 제공 장치.
21. 제 13 항에 있어서,

    상기 모션 검출 유닛은, 상기 단말기의 모션에서의 변화를 검출하도록 모니터링하기 위해 사용되는 위치 측정 정보를 생성하도록 구성되는 글로벌 측위 시스템 (GPS) 수신기를 포함하는, 통신 제공 장치.
22. 제 13 항에 있어서,

    상기 위치 측정 정보는 도플러 주파수를 트래킹하기 위해 사용되는, 통신 제공 장치.
23. 제 13 항에 있어서,

    상기 직교 다중 액세스 통신은 직교 코드 분할 다중 액세스에 기초하는, 통신 제공 장치.
24. 제 13 항에 있어서,

    상기 직교 다중 액세스 통신은 직교 주파수 분할 다중 액세스에 기초하는, 통신 제공 장치.
25. 위성 통신 시스템의 복귀 링크에서 직교 다중 액세스 통신을 제공하는 장치로서,

    신호의 송신과 관련하여 하나 이상의 송신 파라미터를 조정하기 위해 사용되는 제어 신호를 수신하는 수단;

    상기 제어 신호에 응답하여 상기 하나 이상의 파라미터를 조정함으로써, 상기 하나 이상의 송신 파라미터의 폐루프 제어를 수행하는 수단;

    단말기의 모션에서의 변화를 검출하기 위해 모니터링하는 수단; 및

    상기 검출된 변화가 일정한 임계값을 충족하는 경우, 상기 하나 이상의 송신 파라미터의 개루프 제어를 수행하는 수단으로서, 상기 개루프 제어는, 상기 제어 신호에 응답하여 상기 하나 이상의 송신 파라미터를 조정하는 것을 중지하는 것을 적어도 포함하는, 상기 개루프 제어를 수행하는 수단을 포함하는, 통신 제공 장치.
26. 위성 통신 시스템의 복귀 링크에서 직교 다중 액세스 통신을 제공할 시에 사용을 위한 머신 판독가능 저장 매체로서,

    신호의 송신과 관련된 하나 이상의 송신 파라미터의 폐루프 제어를 수행하는 명령으로서, 상기 폐루프 제어는 단말기에 송신되는 제어 신호를 통해 이루어지고, 상기 제어 신호는 상기 하나 이상의 송신 파라미터를 조정하기 위해 상기 단말기에 의해 사용되는 정보를 포함하는, 상기 폐루프 제어를 수행하는 명령;

    상기 단말기의 모션에서의 변화를 검출하기 위해 모니터링하는 명령; 및

    상기 검출된 변화가 일정한 임계값을 충족하는 경우, 상기 하나 이상의 송신 파라미터의 개루프 제어를 수행하는 명령으로서, 상기 개루프 제어는, 상기 제어 신호에 응답하여 상기 하나 이상의 송신 파라미터를 조정하는 것을 중지하는 것을 적어도 포함하는, 상기 개루프 제어를 수행하는 명령을 포함하는, 머신 판독가능 저장 매체.
27. 위성 통신 시스템의 복귀 링크에서 직교 다중 액세스 통신을 제공하는 방법으로서,

    순방향 링크 파일럿 신호를 수신하는 단계;

    상기 순방향 링크 파일럿 신호로부터 송신 파라미터를 유도하는 단계;

    상기 유도된 송신 파라미터에 기초하여 역방향 링크 파일럿 신호를 전송하는 단계;

    상기 송신 파라미터를 조정하기 위해 사용되는 정보를 포함하는 제어 신호를 수신하는 단계로서, 상기 정보는 상기 역방향 링크 파일럿 신호와 기준 신호의 비교에 적어도 부분적으로 기초하는, 상기 제어 신호를 수신하는 단계;

    상기 수신된 제어 신호에 따라서 상기 송신 파라미터를 조정하는 단계;

    단말기의 모션에서의 변화를 검출하기 위해 모니터링하는 단계; 및

    상기 검출된 변화가 일정한 임계값을 충족하는 경우, 상기 제어 신호와는 무관하게, 상기 검출된 변화에 기초하여 상기 송신 파라미터를 조정하는 단계를 포함하는, 통신 제공 방법.
28. 제 27 항에 있어서,

    상기 송신 파라미터는 주파수인, 통신 제공 방법.
29. 제 27 항에 있어서,

    상기 송신 파라미터는 타이밍인, 통신 제공 방법.
30. 제 27 항에 있어서,

    상기 변화를 검출하기 위한 모니터링 단계는, 글로벌 측위 시스템으로부터 수신된 위치 측정 정보를 사용하는 단계를 포함하는, 통신 제공 방법.
31. 제 27 항에 있어서,

    상기 직교 다중 액세스 통신은 직교 코드 분할 다중 액세스에 기초하는, 통신 제공 방법.
32. 제 27 항에 있어서,

    상기 직교 다중 액세스 통신은 직교 주파수 분할 다중 액세스에 기초하는, 통신 제공 방법.

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