KR20010073047A - 스펙트럼 확산 통신 시스템에서 액세스 채널 포착시주파수 및 시간 불확실성을 해결하는 시스템 및 방법 - Google Patents

스펙트럼 확산 통신 시스템에서 액세스 채널 포착시주파수 및 시간 불확실성을 해결하는 시스템 및 방법 Download PDF

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애난쓰안나라야난 쵸크칼링암
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러셀 비. 밀러
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Abstract

본 발명은 위상 통신 시스템에서 액세스 전송을 얻기 위하여 요구되는 주파수 및 시간 하이퍼시스 수를 감소시키기 위한 시스템에 관한 것이다. 요구된 하이퍼시스의 수를 감소시킴으로써, 액세스 전송을 획득하기 위하여 요구되는 하드웨어의 양은 감소된다. 본 발명의 방법은 액세스 전송 주파수 및 시간 값의 범위를 감소시킴으로써 요구된 하이퍼시스 수를 감소시킨다. 가능한 주파수 및 시간 값의 범위는 전체 위성 풋프린트(footprint)보다 오히려 각각의 위상 빔에 걸쳐 주파수 및 시간 불확성을 결정함으로써 감소된다.

Description

스펙트럼 확산 통신 시스템에서 액세스 채널 포착시 주파수 및 시간 불확실성을 해결하는 시스템 및 방법 {SYSTEM AND METHOD FOR RESOLVING FREQUENCY AND TIMING UNCERTAINTY IN ACCESS CHANNEL ACQUISITION IN A SPREAD SPECTRUM COMMUNICATION SYSTEM}
전형적인 무선 위성 기초 통신 시스템은 게이트웨이라고 하는 기지국 및 게이트웨이와 하나 이상의 사용자 터미널 사이에서 통신 신호를 중계하는 하나 이상의 위성을 포함한다. 게이트웨이는 사용자 터미널과 다른 사용자 터미널 또는 다른 통신 시스템(예를 들어, 공중 전화망)의 사용자들을 연결하는 통신 링크를 제공한다. 사용자 터미널은 고정되거나 또는 이동전화 또는 휴대 전화와 같이 이동될 수 있다. 이들은 게이트웨이에 인접하게 또는 이로부터 멀리 배치될 수 있다.
일부 위성 통신 시스템은 코드 분할 다중 액세스(CDMA) 스펙트럼 확산 신호를 이용하는데, 이는 예를 들어 1990년 2월 13일 공고된 미국특허 4,901,307, "위성 또는 지상 중계기를 이용한 스펙트럼 확산 다중 액세스 통신 시스템" 및 1998년11월 25일 공고된 미국특허 5,691,974, "개별 수신 위상 시간 및 에너지를 추적하기 위하여 스펙트럼 확산 통신 시스템에서 완전 스펙트럼 전송 파워를 이용하는 방법 및 장치"에 개시되어 있으며, 이 둘은 모두 여기에 참고되며, 본 발명의 양수인에게 양도되었다.
CDMA를 이용하는 위성 통신 시스템에서, 별도의 통신 링크는 페이징, 액세스, 메세징을 포함하는 통신 신호 또는 트래픽 신호를 게이트웨이 또는 기지국에 또는 이로부터 전송하기 위하여 이용된다. 포워드 통신 링크는 게이트웨이 또는 기지국에서 발신되어 사용자 터미널로 전송되는 통신 신호를 말한다. 리버스 통신 링크는 사용자 터미널에서 발신되어 게이트웨이 또는 기지국에 전송되는 통신 신호를 말한다.
리버스 링크는 적어도 두 개의 별도 채널(액세스 채널 및 리버스 트래픽 채널)로 구성된다. 액세스 채널은 게이트웨이를 "액세스하기" 위하여 사용자 터미널에 이용된다. 사용자 터미널은 게이트웨이를 액세스하여 시스템에 등록하고 통화를 설정하거나 또는 게이트웨이에 의하여 전송된 페이징 요구를 확인응답하도록 한다. 사용자 터미널은 게이트웨이에 "액세스 프루브"라고 하는 신호를 전송함으로써 액세스 채널상에서 게이트웨이와 통신한다. 액세스 프루브는 액세스 메시지를 포함하는 액세스 채널상의 데이터 전송체이다. 액세스 메시지의 내용은 사용자 터미널이 통화를 시작하는지, 시스템에 등록하는지 또는 페이지에 응답하는지에 따른다.
일반적인 스펙트럼 확산 통신 시스템에서, 하나 이상의 미리 예측된 의사 노이즈(PN) 코드 시퀀스는 통신 신호로서 전송하기 위한 캐리어 신호로 변조하기 전에 미리 선택된 스펙트럼 대역을 통하여 액세스 프루브와 같은 정보 신호를 "확산하기" 위하여 이용된다. PN 코드 확산, 공지된 스펙트럼 확산 전송 방법은 전송을 위하여 데이터 신호보다 큰 대역폭을 가진 신호를 발생시킨다.
게이트웨이가 사용자 터미널에 의하여 전송된 액세스 프루브를 포착하기 위하여(즉, 액세스 프루브내의 액세스 메시지를 복구하는 것), 게이트웨이는 먼저 PN 변조 액세스 프루브를 복구하기 위하여 통신 신호를 복조하여야 하고 다음에 액세스 프루브의 메시지 부분을 디스프레드시켜야 한다. 게이트웨이가 캐리어를 복조하기 위하여, 게이트웨이는 통신 신호의 캐리어 주파수로 동조되어야 한다. 상당히 정확하게 주파수가 동조되지 않으면, 캐리어는 적절하게 복조될 수 없다. 또한, PN 확산 코드가 액세스 프루브에 부가되기 때문에, 액세스 프루브의 도달 시간이 결정되어 액세스 프루브에 포함된 정보를 복구하기 위하여 적절하게 디스프레드되어야 한다. PN 확산 코드는 적절한 시스템 시간 또는 신호 동기 없이는 정확하게 제거될 수 없다. 코드가 부정확한 시간 동기화에 의하여 부가되면, 통신 신호는 단순히 노이즈로서 나타나게 되고 어떠한 정보도 전달되지 않는다.
비정지 궤도에 따르는 위성을 이용하는 통신 시스템은 사용자 터미널과 위성 운동이 상대적으로 높다. 상대 운동은 큰 도플러 성분을 발생시키고 통신 링크내의 캐리어 신호 주파수를 시프팅시킨다. 이들 도플러 성분은 사용자 터미널과 위성 운동을 변화시키기 때문에, 이들은 캐리어 신호 주파수에서 불확실성 범위를 발생시키거나 또는 주파수 불확실성을 발생시킨다. 예를 들어 고속 기차 또는 기타차량에서 이용될 때와 같이 사용자 터미널이 고속으로 이동하는 경우 유사한 현상이 지상 시스템에서 관측될 수 있다.
위성 이동은 또한 도플러를 PN 확산 코드에 유도한다. 이 도플러를 코드 도플러라고 한다. 특히, 코드 도플러는 기저대 신호로 유도되는 위성 이동 현상이다. 코드 도플러는 PN 확산 코드 시퀀스에서 인접 코드사이의 전이 주파수를 시프팅시킨다. 따라서 인접 코드는 정확한 코드 시간으로 수신기에 도달하지 못한다.
코드 도플러이외에, 위성 이동은 통신 링크 내의 신호에 대하여 또한 전파 지연에 있어서의 상당한 불확실성 또는 시간 불확실성을 발생시킨다. 신호가 게이트웨이에 도달할 경우, 전파 지연은 위성이 게이트웨이의 바로 위에 있을 때의 최소치에서 위성이 게이트웨이에 대하여 수평에 있을 때의 최대치로 변화된다.
전술한 바와 같이, 게이트웨이가 액세스 프루브를 포착하기 위하여, 게이트웨이는 통신 신호의 캐리어 주파수로 동조되고 시간과 상기 신호를 동기화시켜야 한다. 게이트웨이를 캐리어 주파수로 동조시키고 시간을 동기화시키는 방법중 하나는 통신 신호 전송 전에 캐리어 주파수와 시간을 결정하고 게이트웨이를 적절하게 동조시키는 것이다. 그러나, 도플러 효과 및 전파 지연에 의하여 통신 신호에 유입된 주파수 및 시간 불확실성 때문에, 게이트웨이는 신호를 수신하기 전에 캐리어 주파수 또는 신호 도달 시간을 결정할 수 없다. 그럼에도 불구하고, 게이트웨이는 도플러 효과와 전파 지연에 의하여 유입된 불확실성 크기를 결정하기 위하여 가능한 캐리어 주파수의 범위 및 가능한 도달 시간 범위를 결정할 수 있다. 따라서, 게이트웨이는 정확한 주파수와 시간을 "탐색하고" 수신된 통신 신호와 그들의 각각의 범위내의 여러 주파수와 시간 값을 비교함으로써 액세스 프루브를 포착할 수 있다.
이들 여러 가지 주파수와 시간 값은 주파수 및 시간 가설이라고 한다. 소정 임계치 이상의 수신 통신 신호에 대한 가장 높은 상관성을 가진 주파수와 시간 가설은 신호를 복조하고 디스프레드하기 위하여 이용될 수 있는 주파수와 시간 값을 제공하여, 게이트웨이가 액세스 프루브내의 정보를 복구하도록 한다.
고정된 크기의 시간에서 정확한 주파수와 시간을 "탐색"하는데 필요한 하드웨어 량은 요구되는 가설 수에 비례하며, 요구되는 가설 수는 시간 및 주파수 불확실성 범위에 따른다. 탐색기 하드웨어는 비싸고 탐색 시간을 증가시키는 것을 바람직하지 못하기 때문에, 시간 및 주파수 불확실성 범위를 감소시키는 시스템 및 방법이 요구된다.
본 발명은 무선 통신 분야에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 스펙트럼 확산 통신 시스템에서 액세스 채널 포착시 주파수 및 시간 불확실성을 해결하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 구성되고 동작하는 무선 통신 시스템의 예를 도시한다.
도 2는 통신 시스템에서 게이트웨이와 사용자 터미널사이에 사용된 통신 링크 구현의 예를 도시한다.
도 3은 리버스 업 링크의 예를 도시한다.
도 4는 리버스 업 링크를 형성하는 채널의 예를 도시한다.
도 5는 시간/주파수 탐색 공간의 예를 도시한다.
도 6은 위성 지역내의 여러 지점과 위성사이의 거리를 도시한다.
도 7은 위성 지역내의 여러 지점과 위성사이의 거리 및 내부 빔 범위와 외부 빔 범위를 도시한다.
도 8은 3dB 빔 커버리지 영역의 예를 도시한다.
도 9는 액세스 프루브 구조의 예를 도시한다.
도 10은 액세스 프루브를 포착하는 프로세스의 예를 도시한다.
도 11은 일 실시예에 따른 게이트웨이 복조기를 도시하는 블록도이다.
도 12는 일 실시예에 따라 도 11의 게이트웨이 복조기의 동작을 도시하는 상태도이다.
본 발명은 위성 중계기와 사용자 터미널의 상대 이동 때문에 도플러와 전파 지연을 나타내는 통신 시스템에서 신호를 포착하는 것에 관한 것이다. 도플러 효과 및 전파 지연은 사용자 터미널과 위성사이에 전송된 신호 및 위성과 게이트웨이사이에 전송된 신호에 상당한 범위의 주파수 불확실성 및 시간 불확실성을 발생시킨다. 본 발명은 통신 시스템에서 주파수와 시간 불확실성 범위를 감소시키는 것을 목적으로 한다. 본 발명은 전체 위성 지역이 아닌 개별 위성 빔을 통하여 주파수와 시간 불확실성을 결정함으로써 주파수와 시간 불확실성의 범위를 감소시킨다.
본 발명의 일 특징으로서, 본 발명은 사용자 터미널에 의하여 위성으로 전송되며 위성에 의하여 게이트웨이로 중계되는 신호를 포착하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 (1) 통신 빔의 소정 빔 커버리지 영역을 기초로 위성과 관련된 통신 빔에 대한 도달 시간 및 주파수 탐색 공간을 한정하는 단계; (2) 상기 신호와 관련된 시간 및 주파수 불확실성을 결정하기 위하여 상기 탐색 공간을 탐색하는 단계; (3) 시간 및 주파수 불확실성을 결정한 결과에 따라 얻은 주파수 증분 및 시간 오프셋을 기초로 신호의 메시지 부분을 복조하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 통신 빔의 상기 소정 커버리지 영역은 아지머스 범위 및 공칭 커버리지 빔 영역을 포함하는 고도 범위에 의하여 한정된 영역에 상응한다.
바람직하게, 사용자 터미널에 의하여 전송된 신호는 메시지 부분과 프리엠블 부분을 포함한다. 일 실시예에서, 프리엠블 부분은 널 데이터를 포함한다. 바람직하게, 프리엠블 부분은 제 1신호에 의하여 변조된 제 1스테이지 및 제 1신호와 제 2신호에 의하여 변조된 제 2스테이지를 가진다. 일 실시예, 제 1신호와 제 2신호는 의사노이즈(PN) 코드 쌍이다.
일 실시예에 따라, 탐색 공간을 탐색하는 상기 단계는 (1) 상기 신호와 관련된 주파수 불확실성을 결정하기 위하여 탐색 공간의 대략 탐색을 수행하는 단계; 및 (2) 상기 신호와 관련된 시간 불확실성을 결정하기 위하여 미세 탐색을 수행하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 탐색 공간은 주파수 범위 및 도달 시간 범위에 의하여 한정된다.
본 발명의 다른 특징으로서, 본 발명은 사용자 터미널에 의하여 전송되고 위성에 의하여 게이트웨이로 중계되는 신호의 메시지 부분내의 정보를 게이트웨이에서 복구하는 방법을 제공한다. 방법은 (1) 상기 위성과 관련된 빔에 게이트웨이내의 액세스 채널 수신기를 할당하는 단계; (2) 상기 액세스 채널 수신기가 할당되는 빔과 관련된 주파수 및 시간 불확실성에 상응하는 탐색 공간을 상기 액세스 채널 수신기에 할당하는 단계; (3) 상기 신호를 포착하기 위하여 상기 탐색 공간을 탐색하는 단계; 및 (4) 상기 신호가 상기 탐색 공간을 탐색한 후에 포착된 경우, 상기 메시지 부분에 포함된 정보를 복구하기 위하여 상기 신호의 메시지 부분을 복조시키는 단계를 포함한다.
본 발명은 또한 사용자 터미널에 의하여 전송되고 위성에 의하여 게이트웨이로 중계되는 신호의 메시지 부분내의 정보를 게이트웨이에서 복구하는 시스템을 제공한다. 상기 시스템은 위성과 관련된 빔에 할당된 게이트웨이내의 액세스 채널 수신기를 포함한다. 상기 시스템은 또한 상기 액세스 채널 수신기에 할당된 탐색 공간을 포함한다. 상기 탐색 공간은 상기 액세스 채널 수신기가 할당된 빔과 관련된 주파수 및 시간 불확실성에 상응한다. 마지막으로, 상기 시스템은 상기 신호를 포착하기 위하여 상기 탐색 공간을 탐색하고 포착된 신호의 메시지 부분을 복조하여 여기에 포함된 정보를 복구하는 게이트웨이 복조기를 포함한다.
바람직하게, 게이트웨이 복조기는 상기 신호와 관련된 주파수 불확실성을 결정하기 위하여 탐색 공간을 대략 탐색하는 수단 및 상기 신호와 관련된 시간 불확실성을 결정하기 위하여 미세 탐색을 수행하는 수단을 포함한다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 본 발명의 여러 가지 실시예에 대한 구조 및동작과 함께 첨부된 도면을 참조로 이하에 설명된다.
첨부되고 명세서의 일부를 형성하는 도면은 본 발명의 도시하며 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하며 당업자가 본 발명을 구현하고 이용할 수 있도록 한다. 도면에서, 동일 부호는 동일 부재를 나타낸다. 또한 도면 부호의 가장 좌측의 문자는 도면 부호가 처음에 나타난 도면을 식별한다.
Ⅰ. 서론
본 발명은 특히 낮은 지구 궤도(LEO) 위성을 이용하는 통신 시스템에 적합하다. 본 발명은 또한 게이트웨이와 기지국 및 사용자 터미널사이에 충분한 상대 이동이 있어 수신되는 신호의 주파수에 영향을 주거나 또는 상기 신호의 전파 지연에 충분한 불확실성이 있을 경우, 위성이 비LEO 궤도 돋는 비위성 중계기 시스템내에서 이동하는 위성 시스템에 이용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예가 이하에 설명된다. 본 발명은 위치 결정 및 위성과 지상 셀룰러 전화 시스템에 사용하기 위한 것들을 포함하여 여러 가지 무선 정보 및 통신 시스템에 이용될 수 있다. 바람직한 이용분야는 이동, 휴대용 또는 고정 전화 서비스를 위한 CDMA 무선 스펙트럼 확산 통신 시스템내이다.
Ⅱ. 전형적인 위성 통신 시스템
본 발명이 유용하게 사용되는 무선 통신 시스템의 예는 도 1에 도시되어 있다. 이 통신 시스템은 CDMA 타입 통신 신호를 이용하지만 본 발명에서 요구되는 것은 아니다. 도 1에 도시된 통신 시스템(100)의 일부에서, 하나의 기지국(112), 두 개의 위성(116, 118) 및 두 개의 관련 게이트웨이 또는 허브(120, 122)가 3개의 원격 사용자 터미널(124, 126, 128)과 통신을 이루기 위하여 도시된다. 일반적으로, 기지국 및 위성/게이트웨이는 지상 및 위성을 기초로 하는 별도 통신 시스템의구성요소이지만, 반드시 그러한 것은 아니다. 상기와 같은 시스템에서 전체 기지국, 게이트웨이 또는 위성 수는 적정 시스템 용량 및 기타 당분야에서 인식되고 있는 요인에 따른다.
용어 기지국 및 게이트웨이는 또한 때때로 서로 바꿔서 사용될 수 있으며, 각각은 고정 중심 통신 스테이션이며, 게이트웨이는 위성 중계를 통하여 통신을 전송하는 고도로 특수화된 기지국으로 인식되며, 기지국(때때로 셀-사이트라고 함)은 지상 안테나를 이용하여 주변 지리학적 영역내에서 통신을 전달하기 위하여 이용된다. 게이트웨이는 해당 장치에 의하여 위성 통신 링크를 유지하기 위해 더많은 "하우스키핑 업무"를 가지고 있으며, 모든 중앙 통제 센터는 일반적으로 게이트웨이와 상호작용할 때 그리고 위성을 이동시킬 때 수행하기 위하여 더 많은 기능을 가진다. 그러나, 본 발명은 게이트웨이 또는 기지국을 통신 스테이션으로서 이용하는 시스템에 이용될 수 있다.
사용자 터미널(124, 136, 128)은 각각 셀룰러 전화, 데이터 트랜시버 또는 페이징 또는 위치 결정 수신기와 같은(그러나 여기에 한정되지 않음) 무선 통신 시스템을 포함하며 필요에 따라 휴대용으로, 차량 장착용으로 또는 고정용으로 이용될 수 있다. 여기서, 사용자 터미널은 각각 휴대용으로, 차량 장착용으로 그리고 고정용(124, 126, 128)로서 도시된다. 사용자 터미널은 선택에 따라 때때로 가입자 유니트라고 하거나 또는 일부 통신 시스템에서는 간단히 "사용자"라고 한다.
일반적으로, 빔 소스(예를 들어, 기지국(112) 또는 위성(116, 118))로부터의 빔은 상이한 지형학적 영역을 미리 한정된 패턴으로 커버한다. 상이한 주파수의빔(CDMA 채널 또는 서브 빔이라고도 함)은 동일 영역을 중첩하도록 지향될 수 있다. 당업자는 다중 위성에 대한 빔 커버리지 또는 서비스 영역 또는 다중 기지국에 대한 안테나 패턴은 통신 시스템 설계 및 제공된 서비스 타입 그리고 공간 다이버시티가 달성되는 지에 따라 소정 영역에서 완전하게 또는 부분적으로 중첩되도록 설계된다.
명확하게 위하여 두 개의 위성만이 도시되었지만, 여러 가지 다중 위성 통신 시스템이 제안될 수 있으며, 시스템의 예로서 약 48개 이상의 위성을 포함하며 이들 위성은 많은 수의 사용자 터미널을 서비스하기 위하여 지구 저궤도(LEO)의 8개의 상이한 궤도면을 이동한다. 그러나, 당업자는 본 발명의 내용이 여러 가지 위성 시스템 및 게이트웨이 구성에 적용될 수 있음을 인식할 것이다. 이는 다른 궤도 거리 및 배치, 예를 들어 빔 스위칭이 대부분 사용자 터미널 이동에 의하여 발생하는 정지 위성을 이용하는 것을 포함한다. 또한, 여러 가지 기지국 구성이 이용될 수 있다.
도 1은 사용자 터미널(124, 126, 128) 및 기지국(112)사이 또는 위성(116, 118)을 통하여 게이트웨이(120, 122)와 통신을 형성하기 위한 일부 가능한 신호 경로를 도시한다. 기지국-사용자 터미널 통신 링크는 라인(130, 132, 134)으로 도시된다. 위성(116,118) 및 사용자 터미널(124, 126, 128)사이에서의 위성-사용자 터미널 통신 링크는 라인(138, 140, 142, 144)으로 도시된다. 게이트웨이(120, 122) 및 위성(116, 118)사이에서의 게이트웨이-위성 통신 링크는 라인(146, 148, 150, 152)으로 도시된다. 게이트웨이(120, 122) 및 기지국(112)은 일방향 또는 쌍방향통신 시스템의 일부로 서 이용되거나 또는 간단히 메시지/정보 또는 데이터를 사용자 터미널(124, 126, 128)에 전송하기 위하여 이용될 수 있다.
Ⅲ. 통신 링크 및 채널
도 2는 게이트웨이(202)와 위성(204) 그리고 위성(204)과 사용자 터미널(206)사이에 이용된 통신 링크 구현예를 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 구현예는 4개의 무선 주파수 링크를 구현한다. 사용자 터미널(206)과 위성(204)사이의 링크는 리버스 업 링크(214) 및 포워드 다운 링크(216)이다. 게이트웨이(202)와 위성(204)사이의 링크는 포워드 업 링크(210) 및 리버스 다운 링크(212)이다.
통신은 포워드 업 링크(210)상의 게이트웨이(202)로부터의 "포워드"에서 진행하여 포워드 다운 링크(216)를 통하여 위성(204)로부터 사용자 터미널(206)로 다운된다. "리버스" 방향에서, 통신은 리버스 업 링크(214)를 통하여 사용자 터미널(206)로부터 위성(204)으로 업되고 리버스 다운 링크(212)를 통하여 위성(204)로부터 게이트웨이(202)로 다운된다.
통신 시스템의 예에서, 리버스 업 링크(214)의 주파수는 1610 내지 1626.5MHz 범위이며, 리버스 업 링크(214)는 도 3에 도시된 바와 같이 16개의 빔으로 공간적으로 분할된 풋프린트(302)(footprint)을 가진다. 리버스 업 링크 풋프린트(302)은 하나의 내부 빔(빔 1) 및 15개의 외부 빔(빔 2-16)으로 분할된다. 그러나, 당업자는 리버스 업 링크 풋프린트(302)을 분할하는데 있어서 여러 가지 방법이 있음을 인식할 수 있으며 도 3에 도시된 것은 단지 하나의 예일 뿐이다.
리버스 업 링크(214) 및 리버스 다운 링크(212)는 적어도 두 개의 채널(액세스 채널(402) 및 리버스 트래픽 채널(404)을 가지는데, 이는 도 4에 도시되어 있다. 액세스 채널(402)은 게이트웨이(202)에 짧은 메시지를 전송하기 위하여 사용자 터미널(206)에 의하여 이용된다. 짧은 메시지는 게이트웨이(202)로부터 사용자 터미널(206)로 전송된 페이지에 응답하여 통화를 시작하고 게이트웨이(202)에 등록하기 위하여 정보를 포함한다. 액세스 채널을 통하여 사용자 터미널(206)로부터 게이트웨이(202)로 전송된 짧은 메시지는 사용자 터미널(206)에 의하여 방송된 신호(410)내에서 전송된다. 이 신호(410)를 "액세스 프루브"라고 한다.
사용자 터미널(206)은 사용자 터미널(206)이 액세스 프루브(410)를 방송할 때 리버스 업 링크 풋프린트(302)의 빔중 어느 하나 내에서 발견되고, 게이트웨이(202)가 사용자 터미널(206)의 위치를 추적하기 않기 때문에, 게이트웨이(202)는 액세스 프루브(410)의 도달에 대하여 모든 빔을 모니터링하여 한다. 따라서 게이트웨이(202)는 리버스 링크 빔 풋프린트(302)에서 각각의 빔에 액세스 채널 수신기(420)를 할당한다. 각각의 액세스 채널 수신기(402)는 연속적으로 액세스 프루브(410) 또는 다른 사용자 터미널로부터의 다른 액세스 프루브의 도달에 대하여 할당된 빔을 "탐색"한다.
Ⅳ. 액세스 채널 수신기 탐색 공간
전파 지연 및 공지된 도플러 효과 때문에, 게이트웨이(202)에 수신된 액세스 프루브(410)는 도달 시간 및 주파수 불확실성을 가진다. 즉, 액세스 프루브(410)가 게이트웨이(202)내의 액세스 채널 수신기(420)에 도달하는 시간에, 액세스 채널수신기(420)는 액세스 프루브(410)의 정확한 시간 및 주파수 또는 시간을 알지 못한다. 이러한 도달 시간 및 주파수 불확실성을 제거하기 위하여, 액세스 프루브(410)에는 액세스 채널 수신기(420)가 할당된 "탐색 공간"(또는 "불확실성 공간"으로 공지됨)내에서 액세스 프루브(410)를 "탐색"하도록 프리엠블이 제공되어 시간 및 주파수 정렬을 달성하도록 한다.
탐색 공간은 적어도 두 개의 구성요소로 한정되는데, 이는 도달하는 액세스 프루브(410)의 가능한 도달 시간 범위 및 가능한 주파수 범위이다. 탐색 공간은 하나의 차원이고, 주파수는 다른 차원이다. 도 5는 탐색 공간(502)의 예를 도시한다. 수직축(504)은 액세스 프루브(410)의 도달 시간을 나타내고 수평축(506)은 액세스 프루브(410)의 주파수를 나타낸다. 액세스 프루브(410)의 도달 시간은 최소 도달 시간(Tmin) 및 최대 도달 시간(Tmax)으로 표시된다. 유사하게, 액세스 프루브(410)의 주파수는 최소 주파수(Fmin) 및 최대 주파수(Fmax)로 표시된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 탐색 공간(502)은 포인트(Fmin, Fmax, Tmin, Tmax)에 의하여 표시된다.
액세스 채널 수신기(420)는 액세스 프루브(410)와 여러 가지 시간 및 주파수 가설 쌍을 상관시킴으로써 탐색 공간(502)을 "탐색"하며, 여기서 모든 여러 가지 시간 및 주파수 가설 쌍은 탐색 공간(502)내의 한 지점을 한정한다. 시간 및 주파수 가설 쌍(510)의 예는 도 5에 도시된다. 수신된 액세스 프루브(410)와 가장 높은 상관도를 발생시키는 탐색 공간(502)내의 가설 쌍은 액세스 프루브(410)의 도달시간 및 주파수에 대한 최적의 추정치이다. 도달 시간 및 주파수 불확실성이 이 방식으로 결정되면, 액세스 프루브(410)가 포착된다고 말 할 수 있으며 거기에 포함된 정보가 복구될 수 있다.
각각의 액세스 채널 수신기(420)에 할당하기 위한 탐색 공간을 결정하는 프로세스는 이하에 설명된다.
Ⅴ. 도달 시간 탐색 공간
게이트웨이(202)에서 액세스 프루브(410)의 도달 시간(T)은 다음 공식:T=Tsu+Tus+Tsg에 의하여 결정될 수 있다. Tsu는 페이징 신호 전환(도시 안됨)을 처리하는 위성으로부터 사용자 터미널(206)로 진행하는 통신 신호를 취하는 시간을 나타내며; Tus는 사용자 터미널(206)에서 액세스 채널 위성(204)으로 진행하는 통신 신호(204)를 취하는 시간을 나타내며; 그리고 Tsg는 액세스 채널 위성(204)로부터 게이트웨이(202)로 진행하는 통신 신호(410)를 취하는 시간을 나타낸다.
T에 대한 가능한 값 범위를 결정하기 위하여, 가능한 최소 및 최대 도달 시간(각각, Tmin및 Tmax)을 결정할 필요가 있다. 도달 시간 불확실성 공간은 Tmin및 Tmax를 포함하여 이들 사이의 모든 도달 시간을 가리킨다. T의 최대 및 최소 값은 Tus=Tsu일 때 발생하며, 따라서 불확실성을 결정하기 위하여, 이것의 등가물을 가정할 수 있다. 이는 T=2Tus+Tsg이다. 게이트웨이(202)는 미리 Tsg를 결정할 수 있는데, 이는 게이트웨이(202)가 상당한 확실성으로 그 자신의 위치에 대하여 액세스채널 위성(204)의 위치를 알고 있기 때문이다. 따라서, 시간 불확실성은 가능한 2Tus값 범위이다. 즉, 도달 시간 불확실성은 2(Tus-max- Tus-min)이다.
액세스 프루브(410)가 사용자 터미널(206)로부터 액세스 채널 위성(204)에 도달하는 시간 크기인 Tus는 사용자 터미널(206)과 위성(204)사이의 거리와 비례한다. 위성(204)이 사용자 터미널(206)로부터 액세스 프루브(410)를 수신하고 게이트웨이(202)로 중계하기 위하여, 사용자 터미널(206)은 위성(204)의 풋프린트(302)내에 있어야 한다. 사용자 터미널(206)이 풋프린트(302)내에 있어야 하기 때문에, 사용자 터미널(206)과 위성(204)사이의 최소 및 최대 거리(dmin및 dmax)를 결정할 수 있다. 또한, 액세스 프루브(410)의 전파 속도가 기지의 상수이기 때문에, Tus-min및 Tus-max는 dmin및 dmax가 알려질 때 유도될 수 있다.
도 6은 위성(204)과 사용자 터미널(206)사이의 최대 및 최소 거리를 도시하는데, 이는 위성(204)의 풋프린트(302)내에 있는 것으로 알려져 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 사용자 터미널(206)과 위성(204)사이의 거리는 위성(204)이 사용자 터미널(206)의 바로 위에 있을 때 최소이며, 사용자 터미널(206)과 위성(204)사이의 거리는 사용자 터미널(206)이 풋프린트(302)의 에지에 있을 때(즉, 사용자 터미널이 최소 고도각에 있을 때) 최대인데, 이 때 평탄한 지구 표면(602)이라고 가정한다. 일 실시예에서, 예를 들어 LEO 위성이 이용될 경우, 위성(204)이 사용자 터미널(206) 바로 위에 있으면 Tus는 4.72ms이며, 사용자 터미널(206)이 위성에 대하여 10도의 고도각을 가질 때 Tus는 14.57ms이다. 이 실시예에 대하여, 시간 불확실성은 2(14.57-4.72) = 19.7ms이다. 이러한 불확실성은 전체 위성 풋프린트(302)을 통한 시간 불확실성을 나타낸다.
그러나, 풋프린트(302)내의 각각의 빔에 액세스 채널 수신기(420)가 할당되기 때문에, 액세스 채널 수신기(420)는 전체 풋프린트(302)에 대한 불확실성에 고려되지 않는다. 액세스 채널 수신기(420)는 액세스 채널이 할당된 빔에 대한 불확실성만 고려된다. 풋프린트(302)내의 주어진 빔에 대응하는 불확실성은 전체 풋프린트(302)에 대응하는 불확실성보다 상당히 작다.
예를 들어, 위성(204) 풋프린트내의 여러 지점 및 위성(204) 사이의 거리를 나타내는 도 7을 고려해보자, 그리고 평탄 지구 표면(602)라고 가정한다. 사용자 터미널(206)이 풋프린트(302)의 내부 빔(즉, 빔 1)내에 있을 경우, 사용자 터미널(206)과 위성(204)사이의 거리는 적어도 dmin이며 최대 d1이다. d1은 dmax보다 적기 때문에, d1-dmin에 비례하는 내부 빔에 대한 시간 불확실성은 dmax-dmin에 비례하는 전체 풋프린트(302)을 통한 시간 불확실성보다 적다.
유사하게, 사용자 터미널(206)이 풋프린트(302)의 외부 빔(예를 들어, 빔 2-16)내에 있다면, 사용자 터미널(206)과 위성(204)사이의 거리는 적어도 d1이고 최대 dmax이다. 따라서, 외부 빔의 시간 불확실성은 d1이 dmin보다 크기 때문에 전체 풋프린트(302)에 대한 시간 불확실성보다 작다. 결과적으로, 액세스 채널 수신기(420)에 할당된 탐색 공간을 감소시키기 위하여, 액세스 채널 수신기(420)에는 전체 풋프린트(302)와 연관된 불확실성에 대응하는 탐색 공간을 할당하는 것과는 반대로 전체 액세스 채널 수신기(420)가 할당되는 빔과 연관된 불확실성에 대응하는 탐색 공간이 할당된다.
Ⅵ. 주파수 탐색 공간
시간 불확실성과 동일하게, 전체 풋프린트(302)에서 주파수 불확실성은 임의의 개별 빔상에서 주파수 불확실성보다 크다. 결과적으로, 가능한한 많은 탐색 공간을 감소시켜서, 요구된 하이퍼시스(hypotheses)의 수를 감소시킥 위하여, 특정 액세스 채널 수신기(420)에 할당된 주파수 탐색 공간은 수신기가 할당되는 빔의 주파수 불확실성에만 대응한다.
주파수 불확실성은 UT 로컬 발진기의 주파수에서 불확실성뿐 아니라 도플러에 의해 유발된다. 단일 빔에서 도플러의 잠재적인 범위는 위성(204)의 위치에 관련하여 빔의 커커리지 영역에 따르고, UT 로컬 발진기에 의해 유발된 주파수 불확실성이 +/- 10ppm만큼 클수있다는 것이 기대된다.
도플러 불확실성은 리버스 다운 링크(212) 및 리버스 업 링크(214) 양쪽에서 초래된다. 액세스 프루브(410)상에서 리버스 다운 링크 도플러의 효과는 게이트웨이(202)가 위성(214)의 위치를 추종하기 때문에 게이트웨이(202)에 의해 결정될 수 있다. 그러나, 액세스 프루브(410)상 리버스 업 링크 도플러의 효과는 게이트웨이(202)가 추종하지 않거나 위성(204)에 대해 사용자 터미널(206)의 위치의 충분히 정확한 지식을 가지기 때문에 결정될수없다. 그러나, 다음 관계식을 사용하여 위성 풋프린트(302)의 모든 위치에서 정확히 도플러를 결정하는 것이 가능하다.
상기 관계식은 고도(η)에서 위성 움직임 방향에 대해 θ의 방위각으로 배치된 위성(204)을 찾는 사용자 터미널(206)에 대한 위성 및 사용자 터미널(206) 사이의 거리(d())의 변화율을 제공하고, 여기서 R은 지구의 반경이고, v는 위성(204)의 속도이고, h는 지구 표면(602)상 위성(204)의 고도이다. 결과적으로, 임의의 주어진 액세스 프루브(410)에 대한 가능한 주파수 시프트 범위는 결정되고, 이것은 유용한 주파수 탐색 공간에 대한 평가 경계를 제공한다.
바람직하게, 풋프린트(302)에서 각각의 빔과 연관된 주파수 불확실성은 기대한 바와같이 공칭 빔 커버리지 지역을 바탕으로 결정되지 않는다. 대신, 각 빔에 대한 주파수 불확실성은 방위각(θ)의 범위 및 공칭 빔 커버리지 지역을 포함하는 고도(η)의 범위에 의해 한정된 영역을 바탕으로 결정된다. 예를들어, 일실시예에서, 각각의 빔에 대한 주파수 불확실성은 "3dB" 빔 커버리지 지역의 볼록 헐(hull)을 바탕으로 결정된다. 3dB 빔 커버리지 지역의 볼록 헐은 3dB 지역을 포함하는 방위각/고도 공간의 직사각형에 의해 한정된 가장 작은 지역이다.
내부 빔이 고도 10°내지 60° 방위각 24°범위 이상으로 연장하는 빔의 공칭 경계를 이용하는 것은 위성 하드웨어 나이로 인한 빔 모양의 왜곡이 예상되기때문에 목표되지 않는다. 3dB 커버리지 지역 방법은 오버랩핑 탐색 영역을 유발하여, 빔 왜곡 문제를 방지하고 다이버시티 장점을 제공한다. 3dB 빔 커버리지 지역은 0dB에서 신호를 전송하는 사용자가 게이트웨이(202)에서 빔의 적어도 3dB의 Eb/Nt(즉, 신호 대 잡음비)를 달성하는 지역이다. 본 발명이 3dB 빔 커버리지 지역으로 제한되지 않는다는 것이 주의된다. 3dB 빔 커버리지 지역은 방위각 범위 및 공칭 빔 커버리지 지역을 포함하는 고도 범위에 의해 한정된 지역의 일예이다.
도 8은 예시적인 3dB 빔 경계(802)를 도시한다. 도 8dp 도시된 바와같이, 빔(10)에 대한 3dB 커버리지 영역(802)는 빔 10의 공칭 커버리지 영역보다 크고 빔(1, 9 및 11)위에 오버랩된다. 이런 방식으로 오버랩핑함으로써, 전송 사용자 터미널(206)이 검출되지 않을 가능성은 상당히 감소된다.
3dB 빔 경계의 볼록 헐 및 상기 관계를 이용하여, 각 빔에 대해 최대 및 최소 도플러를 결정할 수 있고, 각각의 액세스 채널 수신기(420)가 탐색하는 빔의 정확한 공칭 방위각을 아는 것이 가정된다. 바람직한 실시예에서, 각각의 어드레스 채널 수신기(420)는 그것이 게이트웨이(202)에서 위성 기하학 유니트(도시되지 않음)로부터 탐색중인 빔의 공칭 방위각을 수신한다. 이런 정보는 일분 간격으로 수신되고; 결과적으로, 일분내에 최대 편요각 조종 효과인 +/- 5 도의 방위각에서 불확실성이 있다.
각각의 빔과 관련된 총 주파수 불확실성은 UT 로컬 발진기에 의해 유도된 주파수 불확실성 및 도플러 불확실성을 합산함으로써 결정되고, 이것은 편요각을 조정함으로써 방위각 불확실성에 의해 유도된 불확실성을 포함한다. 일단 총 주파수 불확실성이 각각의 빔에 대하여 결정되면, 주파수 탐색 공간은 각각의 액세스 채널 수신기(420)에 할당될 수 있다. 액세스 채널 수신기(420)에 할당된 주파수 탐색 공간은 액세스 채널 수신기(420)가 할당된 빔의 총 주파수 불확실성과 대응한다.
일실시예에 따라, 전체 위상 풋프린트(302)상에서 주파수 불확실성은 95KHz이고, 내부 빔상의 주파수 불확실성은 68KHz이고, 외부 빔에 대한 주파수 불확실성은 57KHz이다. 외부 빔상의 주파수 불확실성은 전체 위성 풋프린트(302)상에서 주파수 불확실성보다 매우 작다. 그러므로, 보다 작은 탐색 공간이 전체 위성 풋프린트(302)보다 오히려 개별 빔상의 주파수 및 시간 불확실성을 고려하여 탐색된다. 보다 작은 탐색 공간은 액세스 프루브(410)가 보다 적은 하드웨어를 사용하여 획득되었다는 것을 의미하는 액세스 프루브(410)에 보다 적은 하이퍼시스가 비교될 필요가 있다는 것을 의미한다.
Ⅶ. 액세스 프루브 항목
도 9는 액세스 프루브 구조(900)를 도시한다. 액세스 프루브(410)는 액세스 프루브 전문(920) 및 프루브 액세스 메시지(액세스 메시지)(930)를 포함한다. 액세스 프루브 전문(920)은 널(null) 데이터(예를들어, 모든 "1" 또는 모든 "0")를 포함한다.
본 발명에 따라, 전문(920)은 두 개의 스테이지로 전송된다: 제 1 스테이지 전문(960) 및 제 2 스테이지 전문(970). 첫째 스테이지 전문(960)은 짧은 PN 코드 쌍(940)에 의해서만 변조된다. 제 2 스테이지 전문(970)는 짧은 PN 코드 쌍(940)및 긴 PN 코드(950) 양쪽에 의해 변조된다. 사용자 터미널(206)이 제 2 스테이지 전문(970)를 전송한후, 메시지 스테이지(980)는 사용자 터미널에 의해 전송된다. 메시지 스테이지(980)는 변조된 액세스 메시지(930)이고, 상기 액세스 메시지(930)는 짧은 PN 코드 쌍(940) 및 긴 PN 코드(950) 양쪽에 의해 변조된다. 스테이지에서 전문(920)을 전송함으로써, 주파수 및 시간 불확실성을 해결하고 액세스 프루브(410)를 얻기 위한 하이퍼시스의 수는 감소된다.
일실시예에 따라, 주파수 불확실성은 시간 불확실성이 제 2 스테이지 전문(970)의 전송동안 완전히 해결되는 반면, 제 1 스테이지 전문(960)의 전송 및 수신동안 해결된다. 액세스 프루브(410)를 전송하기 위한 시스템은 상기된 공동 계류중인 미국출원(위임 도킷 번호 PA277)에 기술된다.
Ⅷ. 액세스 프루브 획득
도 10은 게이트웨이(202)에서 액세스 프루브(410)를 획득하기 위한 일실시예에 따른 처리를 도시한다. 상기 처리는 단계(1002)에서 시작한다. 단계(1002)에서, 각각의 액세스 채널 수신기(420)는 위성(204)으로부터 투사된 특정 빔에 할당된다. 탐색 공간은 각각의 액세스 채널 수신기(420)에 할당된다(단계 1004). 특정 액세스 채널 수신기(420)에 할당된 탐색 공간은 특정 액세스 채널 수신기(420)가 할당된 빔에 해당하는 주파수 및 시간 불확실성에 해당한다. 주파수 및 시간 불확실성은 도 6-8을 참조하여 상기된 바와같이 결정된다. 다음, 액세스 채널 수신기(420)는 액세스 프루브(410)과 연관된 시간 및 주파수 불확실성을 해결하기 위하여 할당된 탐색 공간을 탐색한다(단계 1006). 즉, 다양한 시간 및 주파수 하이퍼시스 쌍과 액세스 프루브(410)를 상관시키고, 모든 다양한 시간 및 주파수 하이퍼시스 쌍은 할당된 탐색 공간내의 포인트를 정의한다. 탐색 과정은 도 12를 참조하여 하기에 더 상세히 기술된다. 마지막으로, 액세스 프루브(410)의 메시지 부분은 액세스 프루브(410)와 연관된 시간 및 주파수 불확실성을 해결함으로써 얻어진 주파수 증가 및 시간 오프셋을 사용하여 복조된다.
Ⅸ. 액세스 채널 수신기
일실시예에서, 각각의 액세스 채널 수신기(420)는 할당된 탐색 공간상에서 액세스 프루브에 대한 탐색을 수행하기 위하여 8개의 게이트웨이 복조기(GDM)를 포함한다. 이 실시예에서, 탐색 공간은 전체 위성 풋프린트(302)에서 유도된 주파수 및 시간 불확실성에 해당한다. 바람직한 실시예에서, 각각의 액세스 채널 수신기는 액세스 프루브 획득을 수행하기 위하여 단지 4개의 GDM만을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 탐색 공간은 전체 위성 풋프린트(302)에서보다 개별적인 빔에서의 주파수 및 시간 불확실성에 해당한다. 결과적으로, 전체적인 풋프린트(302)에서보다 개별적인 빔에서의 주파수 및 시간 불확실성을 고려하고 탐색 시간을 일정하게 함으로써, 보다 적은 GDM이 탐색을 수행하기 위해 요구된다.
도 11은 일실시예에 따른 예시적인 GDM(1000)을 도시하는 블록도이다. GDM(1100)은 아날로그-디지탈(A/D) 컨버터(1110), 회전기(1120), 제 1 메모리(1125), 빠른 헤더머드(Hadamard) 변환기(FHT)(1130), 제 2 메모리(1135), 지연부(1140), 합산기(1145 및 1150), 간섭 적분기(1160), 제곱 오퍼레이터(1165), 채널 합산기(1170) 및 비간섭 적분기(1180)를 포함한다.
A/D 컨버터(1110)는 안테나(203)로부터 I, Q 채널 신호를 수신하고 수신된 신호를 양자화한다. 회전기(1120)는 도플러 또는 다른 공지된 효과에 의해 수신된 신호의 주파수 불확실성을 제거하기 위하여 수신된 신호의 주파수를 조절한다.
회전기(1120)로부터의 출력은 메모리(1125)에 저장된다. FHT(1130)는 잘 공지된 기술에 따라 빠른 헤더머드 변환(FHT) 동작을 수행한다. FHT(1130)로부터의 출력은 메모리(1135)에 저장된다. 메모리(1125) 및 메모리(1135)는 FHT 동작 전후 데이터를 변경하는 잘 공지된 처리에 따라 작동한다. 이 과정은 빠르고 효과적으로 가능한 시간 불확실성의 측면에서 짧은 PN 코드 쌍(940)에 대한 가능한 오프셋 수를 결정한다. 메모리(1125), FHT(1130), 및 메모리(1135)의 출력은 짧은 PN 코드 쌍(940)의 주기적인 자동상관관계이다.
GDM(1100)의 나머지 부분은 잘 공지된 통신 기술에 따라 수신된 신호의 에너지를 계산한다. 지연부(1140) 및 합산기(1145, 1150)는 수신된 신호의 동위상 및 쿼드러쳐 성분의 평가치를 계산한다. 간섭 적분기(1160)는 소정 주기에 걸쳐 동위상 및 쿼드러쳐 성분을 각각 누적한다. 통상적으로, 이런 주기는 심볼 주기에 해당한다. 제곱 오퍼레이터(1165)는 상기 성분을 제곱함으로써 누적된 성분 각각에 대한 크기를 결정한다. 이들 크기는 간섭 합산으로 불린다. 채널 합산기(1170)는 동위상 및 쿼드러쳐 성분으로부터 두 개의 간섭 합산을 결합한다. 비간섭 적분기(1180)는 비간섭 합산(1190)의 결합을 제공하기 위하여 월시 코드 경계에서 간격 시작 및 끝에 걸쳐 결합된 간섭 합산치를 누산한다. 월시 코드는 수신된 신호를 형성하는데 사용된 직교 채널화 코드이다. 월시 코드는 다수의 사용자에게단일 주파수 대역(CDMA 채널)을 공유하도록 한다. 비간섭 합산부(1190)는 짧은 PN 코드 쌍(940)의 특정 시간 오프셋과 상과되거나 디스프레드된 통신 신호의 순수 에너지와 관련된다. 비간섭 합산부(1190)는 짧은 PN 코드 쌍(940)의 시간 오프셋이 요구된 통신 신호와 대응하는지 아닌지에 따라 값이 변화한다.
비간섭 합산부(1190)는 적당한 신호 상관을 결정하여 주파수 및 시간 정렬을 결정하기 위한 최소 에너지 레벨을 형성하기 위하여 하나 이상의 임계값(도시되지 않음)과 비교된다. 비간섭 합산부(1190)는 하나 이상의 임계값을 초과하고, 짧은 PN 코드 쌍(940)의 시간 오프셋은 통신 신호를 트랙킹하고 복조하기 위해 추후에 사용된 선택된 시간 오프셋이다. 만약 비간섭 합산부(1190)가 임계값을 초과하면, 새로운 시간 오프셋(즉, 다른 하이퍼시스)은 검사되고 상기된 누산 및 임계 동작이 반복된다.
Ⅹ. 탐색 과정
도 12는 GDM(1100)의 일실시예의 동작을 도시하는 상태도이다. 상태 다이어그램은 대강의 탐색 상태(1210), 미세한 탐색 상태(1220), 및 복조 메시지 상태(1230)를 포함한다.
GDM(1100)은 대강의 탐색 상태(1210)에서 동작하기 시작한다. 대강의 탐색 상태(1210) 동안, GDM(1100) 은 액세스 프루브(410)에 대한 대강의 탐색을 수행한다. 바람직한 실시예에 따라, 대강의 탐색은 GDM(1100)에 할당된 탐색 공간에 걸쳐 시간 및 주파수의 탐색을 포함한다. 바람직한 실시예에서, GDM(1100)에 할당된 탐색 공간으 전체 위성 풋프린트(302)에 대한 것과 반대되는 개별 빔에 걸친 시간및 주파수 불확실성에 대응한다.
시간 탐색은 액세스 프루브(410)에 사용된 짧은 PN 코드 쌍(940)에 로킹하도록 시도한다. 특히, 이런 탐색은 짧은 PN 코드 쌍(940)의 시간 오프셋을 결정하도록 시도한다. 주파수 탐색은 액세스 프루브(410)에서 주파수 불확실성을 해결하기 위하여 시도한다. 시간 탐색 및 주파수 탐색은 직렬 또는 병렬로 수행될 수 있다. 시간 불확실성이 주파수 불확실성보다 작을 것이 기대되기 때문에, 일실시예는 시간의 병렬 탐색 및 주파수의 병렬 탐색을 수행한다. 이런 실시예는 FHT(1130)가 GDM(1100)에 이용될 때 특히 유용하다. 이 실시예에서, 회전기(1120)는 주파수 불확실성의 소정 범위를 바탕으로 하는 소정양만큼 주파수를 증가시킨다. 각각의 주파수 증가시, FHT(1130)는 짧은 PN 코드 쌍(940)의 시간에 대한 병렬 탐색을 수행한다. 특정 주파수 증가 및 짧은 PN 코드 쌍(940)의 특정 시간은 비간섭 적분기(1180)의 출력(1190)을 최대화한다. 만약 최대 출력(1180)이 소정 임계값을 초과하면, 대강의 탐색은 액세스 프루브(410)를 검출한다. 이것이 발생할 때, 특정 주파수 증가는 주파수 불확실성을 해결하고 짧은 PN 코드 쌍(940)의 시간은 시간 불확실성을 부분적으로 해결한다.
만약 최대 출력(1190)이 소정 임계값을 초과하지 않으면, 대강의 탐색은 액세스 프루브(410)를 검출하지 못한다. 이 경우, GDM(1100)은 대강의 탐색 상태(1210)에 남는다.
액세스 프루브(410)를 검출하는 중에, GDM(1100)은 대강의 탐색 상태(1210)로부터 미세한 탐색 상태(1220)로 변화한다. 대강의 탐색 상태(1210)로부터 미세한 탐색 상태(1220)로 변화하는 중에, GDM(1100)은 긴 PN 코드(950)를 획득하기 위하여 특성을 변화시킨다. 특히, 메모리(1125, 1135) 및 FHT(1130)는 그것들이 짧은 PN 코드 쌍(940)일때와 다른 긴 PN 코드(950)이다. 일실시예에 따라, 메모리(1125, 1135) 및 FHT(1130)는 긴 PN 코드(950) 동안 탐색하도록 재구성된다.
미세한 탐색 상태(1220) 동안, GDM(1100)은 미세한 탐색을 수행한다. 바람직한 실시예에 따라, 미세한 탐색은 소정 도착 시간 불확실성 공간에 걸쳐 시간내의 탐색으로 구성된다. 미세한 탐색은 액세스 프루브(410)에 사용된 긴 PN 코드(950)에 로킹을 시도한다. 미세한 탐색 동안, 특정 주파수 증가 및 대강의 탐색 상태(1210) 동안 얻어진 짧은 PN 코드 쌍(940)의 시간은 액세스 프루브(410)에서 시간 불확실성을 완전히 해결하기 위해 사용된다.
대강의 탐색에 대해 상기된 바와 유사한 과정이 긴 PN 코드(950)에 대해 획득하거나 로킹하기 위하여 사용된다. 긴 PN 코드(950)의 특정 시간은 비간섭 적분기(1180)에서 출력(1190)을 최대화한다. 만약 최대 출력(1190)이 소정 임계값을 초과하면, 미세한 탐색은 액세스 프루브(410)를 얻는다. 이것이 발생하였을 때, 긴 PN 코드(950)의 특정 시간은 시간 불확실성을 완전히 해결한다.
만약 최대 출력(1190)이 소정 임계값을 초과하지 않으면, 미세한 탐색은 액세스 프루브(410)를 얻지 못한다. 이 경우, GDM(1100)은 미세한 탐색 상태(1220)로부터 대강의 탐색 상태(1210)으로 변화하여 액세스 프루브(410)를 검출하는 것을 시도한다.
액세스 프루브(410)를 얻는 동안, GDM(1100)은 미세한 탐색 상태(1220)로부터 변화하여 메시지 상태(1230)를 복조한다. 메시지 상태(1230) 복조동안, GDM(1100)은 미세한 탐색 상태(1120) 동안 얻어진 특정 주파수 증가 및 시간을 사용하여 액세스 프루브(410)에 포함된 메시지(930)를 복조한다. 메시지(930)를 복조함으로써, 그안에 포함된 정보는 해결된다.
만약 출력(1190)이 복조 메시지 상태(1230) 동안 소정 임계값 이하로 떨어지면, GDM(1100)은 액세스 프루브(410)의 손실된 획득을 가진다. 이것은 액세스 프루브(410)의 전송의 완료를 포함하는 여러 환경 또는 몇몇 실패에서 발생한다. 상기 원인에도 불구하고, GDM(1100)은 메시지 복조 상태(1230)로부터 대강의 탐색 상태(1210)으로 변화하여 액세스 프루브(410)를 검출하는 것을 시도한다.
ⅩⅠ. 결론
바람직한 실시예의 이전 설명은 본 발명을 만들거나 사용하기 위하 당업자에게 제공된다. 본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 특히 도시되고 기술되었지만, 다양한 형태 및 항목의 변화가 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 이루어진다는 것이 이해된다.

Claims (19)

  1. 사용자 터미널에 의해 위성으로 전송되고 위성에 의해 게이트웨이로 릴레이되는 신호를 획득하기 위한 방법에 있어서,
    상기 통신 빔의 소정 빔 커버리지 영역을 바탕으로 위성과 연관된 통신 빔에 대한 도달 시간 및 주파수 탐색 공간을 형성하는 단계;
    상기 신호와 연관된 시간 및 주파수 불확실성을 해결하기 위하여 상기 탐색 공간을 탐색하는 단계; 및
    상기 시간 및 주파수 불확실성을 해결한 결과로서 얻어진 주파수 증가 및 시간 오프셋을 바탕으로 신호의 메시지 부분을 복조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 빔의 소정 빔 커버리지 영역은 방위각 범위 및 상기 빔의 공칭 커버리지 지역을 포함하는 고도 범위에 의해 형성된 영역에 해당하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 탐색 공간을 탐색하는 단계는,
    상기 신호와 연과된 주파수 불확실성을 해결하기 위하여 상기 탐색 공간의 대강의 탐색을 수행하는 단계; 및
    상기 신호와 연관된 시간 불확실성을 해결하기 위하여 미세한 탐색을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 신호는 전문 부분 및 상기 메시지 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 전문 부분은 널 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 전문 부분은 제 1 스테이지 및 제 2 스테이지를 가지며, 상기 제 1 스테이지는 제 1 신호에 의해 변조된 데이터를 가지며 상기 제 2 스테이지는 제 2 신호에 의해 변조된 데이터를 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 신호 및 상기 제 2 신호는 의사 시퀀스인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 탐색 공간은 주파수 범위 및 도달 시간 범위에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 사용자 터미널에 의해 전송되고 위성에 의해 게이트로 릴레이되는 신호의 메시지 부분내의 정보를 게이트웨이에서 재생하기 위한 방법에 있어서,
    위성과 연관된 빔에 게이트웨이의 액세스 채널 수신기를 할당하는 단계;
    탐색 공간을 상기 액세스 채널 수신기에 할당하는 단계를 포함하는데, 상기 탐색 공간은 상기 액세스 채널 수신기가 할당된 상기 빔과 연관된 주파수 및 시간 불확실성에 해당하고;
    신호를 획득하기 위하여 상기 탐색 공간을 탐색하는 단계; 및
    만약 신호가 상기 탐색 공간을 탐색한후 획득되면, 그 안에 포함된 정보를 재생하기 위하여 신호의 메시지 부분을 복조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 탐색 공간을 탐색하는 단계는,
    상기 신호와 연관된 주파수 불확실성을 해결하기 위하여 상기 탐색 공간의 대강의 탐색을 수행하는 단계; 및
    상기 신호와 연관된 시간 불확실성을 해결하기 위하여 미세한 탐색을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 신호는 메시지 부분이 전송되기 전에 전송된 전문 부분을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 전문 부분은 제 1 스테이지 및 제 2 스테이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 대강의 탐색을 수행하는 단계는 게이트웨이가 상기 전문 부분의 제 1 스테이지를 수신하는 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 9 항에 있어서, 상기 탐색 공간은 주파수 범위 및 도달 시간 범위에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 사용자 터미널에 의해 전송되고 위성에 의해 게이트웨이로 릴레이되는 신호의 메시지 부분내의 정보를 게이트웨이에서 재생하기 위한 시스템에 있어서,
    게이트웨이내에 있고, 상기 위성과 연관된 빔에 할당된 액세스 채널 수신기;
    상기 액세스 채널 수신기에 할당되고, 상기 액세스 채널 수신기가 할당된 상기 빔과 연관된 주파수 및 시간 불확실성에 대응하는 탐색 공간;
    상기 신호를 획득하기 위하여 상기 탐색 공간을 탐색하기 위한 수단; 및
    그 안에 포함된 정보를 재생하기 위하여 상기 탐색 공간을 탐색한후 획득된 신호의 메시지 부분을 복조하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 탐색 공간을 탐색하기 위한 수단은,
    상기 신호와 연관된 주파수 불확실성을 해결하기 위하여 상기 탐색 공간의 대강 탐색을 수행하는 단계; 및
    상기 신호와 연관된 시간 불확실성을 해결하기 위하여 미세한 탐색을 수행하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 신호는 메시지 부분이 전송되기전에 전송된 전문 부분을 가지는 것을 특징으로 하는 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 전문 부분은 제 1 스테이지 및 제 2 스테이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  19. 제 15 항에 있어서, 상기 탐색 공간은 주파수 범위 및 도달 시간에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
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