(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチビーム衛星中継システムを介して、該マルチビーム衛星中継システムの異なるビームによって照射される領域に位置する複数の加入者端末と通信する１つ又は複数の基地局と、該基地局からの信号をコヒーレントに復調する手段を備えた受信機を有する前記複数の加入者端末とを含むスペクトル拡散ＣＤＭＡ通信システムにおいて、
前記基地局が、
チップ・レートＲｃで直交的に間隔を空けた一組のサブキャリアから構成された各ビームに関する信号を送信するために、
それぞれの前記サブキャリアを、情報信号に関する符号化拡散シーケンスを形成する擬似雑音（ＰＮ）シーケンスでオーバーレイされた一組の直交関数又はほぼ直交の関数によって変調し、
前記組の各直交関数に、前記ビームにおける単一のユーザに関するデータを運ばせ、
前記情報信号を前記サブキャリア上で変調して、ビーム信号と該ビーム信号上の符号化された拡散シーケンスとを形成し、
チッピング・レートＮｒｕ×Ｒｃを備えたＰＮ拡散符号を、各ビームにおける電力スペクトル密度を低減するために、全てのビーム信号に同時に適用して、より広い帯域幅にわたって信号エネルギーを拡散し、
利用可能な周波数スペクトルを、１：Ｎｒｕ周波数再使用パターンでの異なるビームに割り当てられた、重複しない又は直交の周波数セグメントに分割する
ように動作し、
前記加入者端末における前記受信機が、前記受信信号を前記ＰＮ拡散符号の同期レプリカと相関させて、ビーム間周波数分離に影響を与えることなく、入り信号から前記ＰＮ拡散符号を除去する回路を備える
スペクトル拡散ＣＤＭＡ通信システム。
【請求項２】
前記ビーム信号のサブキャリアが、前記利用可能な周波数スペクトルにわたって間隔Ｎｒｕ×Ｒｃで直交的に間隔を空けられており、Ｎｒｕ個の個別の組のサブキャリア周波数が、１：Ｎｒｕビーム周波数再使用パターンにおいて割り当てられるように形成された請求項１記載のシステム。
【請求項３】
各ユーザ向けのデータが音声データである請求項１記載のシステム。
【請求項４】
２つ以上の前記マルチビーム衛星中継システムが、同じ前記地域を照射し、
前記受信機が、隣接する前記マルチビーム衛星中継システムからの干渉を削減するよう動作し得る、
請求項１に記載のスペクトル拡散ＣＤＭＡ衛星通信システム。
【請求項５】
１つ又は複数の基地局と、
マルチビーム衛星中継システムの異なるビームによって照射される領域に位置し、該マルチビーム衛星中継システムを介して前記基地局と通信する複数の加入者端末と
を含み、前記基地局が、前記加入者端末からの信号をコヒーレントに復調する手段を備えた受信機を有するスペクトル拡散ＣＤＭＡ通信システムにおいて、
前記加入者端末が、
チップ・レートＲｃで直交的に間隔を空けた一組のサブキャリアから構成された各ビームに関する信号を送信するために、
それぞれの前記サブキャリアを、情報信号に関する符号化拡散シーケンスを形成する擬似雑音（ＰＮ）シーケンスでオーバーレイされた一組の直交関数又はほぼ直交の関数によって変調し、
前記組の各直交関数に、前記ビームにおける単一のユーザに関するデータを運ばせ、
前記情報信号を前記サブキャリア上で変調して、ビーム信号と該ビーム信号上の符号化された拡散シーケンスとを形成し、
チッピング・レートＮｒｕ×Ｒｃを備えたＰＮ拡散符号を、各ビームにおける電力スペクトル密度を低減するために、全てのビーム信号に同時に適用して、より広い帯域幅にわたって信号エネルギーを拡散し、
利用可能な周波数スペクトルを、１：Ｎｒｕ周波数再使用パターンでの異なるビームに割り当てられた、重複しない又は直交の周波数セグメントに分割する
ように動作し、
前記基地局における前記受信機が、前記受信信号を前記ＰＮ拡散符号の同期レプリカと相関させて、ビーム間周波数分離に影響を与えることなく、入り信号から前記ＰＮ拡散符号を除去する回路備える
スペクトル拡散ＣＤＭＡ通信システム。
【請求項６】
ビームのサブキャリアが、前記利用可能な周波数スペクトルにわたって間隔Ｎｒｕ×Ｒｃで直交的に間隔を空けられており、Ｎｒｕ個の個別の組のサブキャリア周波数が、１：Ｎｒｕビーム周波数再使用パターンにおいて割り当てられるように形成された請求項５記載のシステム。
【請求項７】
各ユーザ向けのデータが音声データである請求項５記載のシステム。
【請求項８】
２つ以上の前記マルチビーム衛星中継システムが、同じ前記地域を照射し、
前記加入者端末が、隣接する前記マルチビーム衛星中継システムからの干渉を削減するよう動作し得る、
請求項５に記載のスペクトル拡散ＣＤＭＡ衛星通信システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
関連出願の参照
本願は、１９９７年１２月１２日出願の同時係属中である特許出願第０８／９８９，４６６号の一部継続出願である。
【０００２】
背景及び先行技術の簡単な説明
全世界を通達範囲とする衛星ベースのパーソナル・コミュニケーション・システム（ＰＣＳ）を開発するために、多数のコンソーシアムが構成されてきた。これらのシステムは、とりわけ、Ｇｌｏｂａｌｓｔａｒ（１９９１年６月３日付けのローカル・セルラー・システムズ社によるＦＣＣへのＧｌｏｂａｌ  Ｓｙｓｔｅｍの申請）、Ｏｄｙｓｓｅｙ（１９９１年５月３１日付の、新たな通信衛星システム「Ｏｄｙｓｓｅｙ」を製造するためのＦＣＣへのＴＲＷ社による申請）、Ｅｌｌｉｐｓｏ（１９９０年１１月提出）、及びＥＣＣＯ（１９９１年６月付けのコンステレーション・コミューニケーションズ社による申請）を含む。これらのシステムの全てが、地理的領域間を分離してスペクトル再使用を可能にするマルチビーム・アンテナを採用している。
【０００３】
これらのシステムの意図は、現在の携帯電話に酷似した携帯通話器を使用して、加入者が地球上のほとんどどこからでも、衛星ネットワークを通して直接的に電話の呼びができることである。また、これらのシステムは、移動ユーザ端末及び固定ユーザ端末も含む。上記のシステムは全て、帯域共用を目的としてスペクトル拡散ＣＤＭＡ技術を使用する必要がある。
【０００４】
１９９０年に、ギルハウゼン等は「移動衛星通信用のＣＤＭＡを使用した容量の増大」（ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｎ  Ｓｅｌｅｃｔｅｄ  Ａｒｅａｓ  ｉｎ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、１９９０年５月）と題する論文を発表しており、この論文は、ビーム間の分離の程度に応じて通常は１：３又は１：５の周波数再使用を採用するＦＤＭＡ又はＴＤＭＡ等の直交システムと比較して、周波数再使用係数が１である（すなわち、周波数帯全体が各ビームにおいて再使用される）ＣＤＭＡを使用することにより、システム容量がマルチビーム衛星システムにおいて増加することを示している。
【０００５】
疑似直交（非同期）ＣＤＭＡシステムにおける完全な周波数再使用を提供するために、「境界分離」を使用することは、ギルハウゼン、ヤコブス及びウィーバーによる米国特許第４，９０１，３０７号（１９９０年２月１３日）に示唆されている。
【０００６】
Ｇｌｏｂａｌｓｔａｒの申請は、ＩＳ−９５地上セルラー基準と基本的に同じである信号を開示している。このシステムは、順方向（基地局から移動局への）リンク上の直交ＣＤＭＡ（ＯＣＤＭＡ）及び戻りリンク上の非同期ＣＤＭＡを使用している。しかし、周波数再使用においては、ＯＣＤＭＡ順方向リンクと非直交ＣＤＭＡ戻りリンクとの間で区別はしていない。完全な周波数再使用は順方向リンクと戻りリンクとの各ビームにおいて採用されており、これが最良の選択と推測される。
【０００７】
ＯＣＤＭＡ用の基本信号形式は、ＩＤＡ  Ｒｅｐｏｒｔ  １０８、第１１０ページ（１９６５）においてＭ．Ｊ．Ｅ．ゴレイによって開示されている。説明されているシステムは、順方向リンク及び戻りリンクとにおいて直交である。
【０００８】
ＯＣＤＭＡ順方向リンク及び戻りリンクは、衛星ＰＣＳシステム用に現在検討されている。改良点を開示した関連特許は、「二重直交符号及び周波数分割多重アクセス通信システム」という名称の、ナタリに発行された米国特許第５，３７５，１４０号、及び「スペクトル拡散ＣＤＭＡ通信用の変調システム」という名称の、マギル等に発行された米国特許第５，６６８，７９５号とを含み、これらは参照により本明細書に援用される。
【０００９】
同期ＯＣＤＭＡシステムの容量は、「周波数分離によるＯＣＤＭＡシステムにおける容量の増大」という名称の、１９９７年１２月１２日の出願に係る特許出願第０８／９８９，４６６号に開示されているように、１以外の周波数再使用係数を採用し、多重アクセス符号の直交特性を利用することにより、特定の条件下で増加させることができる。たとえば、ＯＣＤＭＡシステムの総容量は、各ビームにおいて、完全な周波数再使用ではなく１：３の周波数再使用を採用することにより増加させることができる。この場合に、周波数分離は、完全な周波数再使用が可能であっても、容量を最大化するためには、追加スペクトルよりも重要である。
【００１０】
通常、１：３の周波数再使用については、利用可能なスペクトルは３つの副帯域に分割され、これらは３周波数再使用パターンで各ビームに割り当てられる。残念ながら、同じ順方向リンクの電力については、衛星からの電波密度が使用帯域の１／３において既に３倍になっている。これが不利であるのは、多くの場合に、システム容量は、地球表面に入射する衛星順方向リンク信号の最大電波密度に対するＦＣＣ／ＣＴＩ限定によって限定されるようになるからである。また、この信号は各ビームにおいて利用可能なスペルラムの１／３しか占めないが、潜在的に５ｄＢ強いので、これは帯域共有シナリオを変えることになる。
【００１１】
発明の目的
本発明の目的は、衛星順方向リンク信号の電波密度を増加させることなく、「周波数分離によるＯＣＤＭＡシステムにおける容量の増大」という名称の米国特許出願第０８／９８９，４６６号に開示されているように、１以外の周波数再使用係数を採用することにより得られる、同期ＯＣＤＭＡシステムにおける容量増大を可能にすることである。
【００１２】
本発明の別の目的は、１以外の周波数再使用係数を採用することにより得られる、同期ＯＣＤＭＡシステムにおける容量増大を可能にしながら、帯域共有を目的として、利用可能なスペクトル全体にわたって、単一の電力を均一に拡散することを可能にすることである。
【００１３】
発明の特徴
Ａ．
マルチビーム衛星中継システムの異なるビームに位置する複数の加入者端末と通信する１つ又は複数の基地局であって、直交的に間隔を空けた一組のサブキャリアから構成された各ビームに関する信号を送信し、各サブキャリアは情報信号に関する符号化拡散シーケンスを形成する擬似雑音（ＰＮ）シーケンスでオーバーレイされた一組の直交関数又はほぼ直交の関数によってそれぞれが変調され、前記組の各直交関数のそれぞれは前記ビームにおける単一のユーザに関するデータを運ぶ基地局と、選択されたキャリア信号源と、前記情報信号を前記サブキャリア上で変調して、ビーム信号と該ビーム信号上の符号化された拡散シーケンスとを形成する手段とを具備するスペクトル拡散ＣＤＭＡ通信システム。利用可能な周波数スペクトルは、１：Ｎｒｕ周波数再使用パターンでの異なるビームに割り当てられた、重複しない又は直交の周波数セグメントに分割される。各加入者端末は、基地局信号をコヒーレントに復調する手段を備えた受信機を有する。改良点は、
チッピング・レートＮｒｕ×Ｒｃを備えたＰＮ拡散符号Ｐ２を、各ビームにおける電力スペクトル密度を低減するために、全てのビーム信号に同時に適用して、より広い帯域幅にわたって信号エネルギーを拡散すること、及び
受信信号をＰ２の同期レプリカと相関させて、ビーム間周波数分離に影響を与えることなく、入り信号からＰ２を除去する、受信機内の手段、
を含む。
【００１４】
Ｂ．
ビーム信号のサブキャリアが、利用可能な周波数スペクトルにわたって間隔Ｎru×Ｒcで直交的に間隔を空けられており、Ｎru個の個別の組のサブキャリア周波数が、１：Ｎruビーム周波数再使用パターンにおいて割り当てられるように形成された上記システム。
【００１５】
Ｃ．
各ユーザ向けのデータは音声データである上記システム。
【００１６】
Ｄ．
２つ以上の衛星が地球の同じ地域を照射するスペクトル拡散ＣＤＭＡ衛星通信システムにおいて、マルチビーム衛星中継システムの異なるビームに位置する多数の加入者端末と通信する１つ又は複数の基地局であって、直交的に間隔を空けた一組のサブキャリアから構成された各ビームに関する信号を送信し、各サブキャリアは、情報信号に関する符号化拡散シーケンスを形成する擬似雑音（ＰＮ）シーケンスでオーバーレイされた一組の直交又はほぼ直交の関数によって変調され、前記組の各直交関数は前記ビームにおける単一のユーザに関するデータを運ぶ基地局と、選択されたキャリア信号源と、情報信号を前記サブキャリア上で変調してビーム信号と該ビーム信号上の符号化された拡散シーケンスとを形成する手段とを備える拡散スペクトルＣＤＭＡ衛星通信システム。利用可能な周波数スペクトルは、１：Ｎｒｕ周波数再使用パターンでの異なったビームに割り当てられた、重複しない又は直交の周波数セグメントに分割される。各加入者端末は、基地局信号をコヒーレントに復調する手段を備えた受信機を有する。改良点は、
チッピング・レートＮｒｕ×Ｒｃを備えたＰＮ拡散符号Ｐ３を、各ビームにおける電力スペクトル密度を削減するために、全てのビーム信号に同時に適用して、より広い帯域幅にわたって信号エネルギーを拡散し、隣接する衛星からの干渉を削減すること、及び、
受信信号をＰ２の同期レプリカと相関させて、ビーム間周波数分離に影響を与えることなく、入り信号からＰ２を除去する、受信機内の手段、
を含む。
【００１７】
Ｅ．
ビーム信号のサブキャリアが、利用可能な周波数スペクトラムにわたって間隔Ｎru×Ｒcで直交的に間隔を空けられており、Ｎru個の個別の組のサブキャリア周波数が、１：Ｎruビーム周波数再使用パターンにおいて割り当てられるように形成された上記システム。
【００１８】
Ｆ．
各ユーザ向けのデータが音声データである上記システム。
【００１９】
Ｇ．
別の衛星が地球の同じ地域を照射するスペクトル拡散ＣＤＭＡ衛星通信システムにおいて、マルチビーム衛星中継システムの異なるビームに位置する多数の加入者端末と通信する１つ又は複数の基地局であって、直交的に間隔を空けた一組のサブキャリアから構成された各ビームに関する信号を送信し、各サブキャリアが、情報信号に関する符号化拡散シーケンスを形成する擬似雑音（ＰＮ）シーケンスでオーバーレイされた一組の直交又はほぼ直交の関数によって変調され、前記組の各直交関数が前記ビームにおける単一のユーザに関するデータを運ぶ基地局と、選択されたキャリア信号源と、前記情報信号をサブキャリア上で変調して、ビーム信号と該ビーム信号上の符号化された拡散シーケンスとを形成する手段とを具備するスペクトル拡散ＣＤＭＡ衛星通信システム。利用可能な周波数スペクトルは、１：Ｎｒｕ周波数再使用パターンでの異なるビームに割り当てられた重複しない又は直交の周波数セグメントに分割される。各加入者端末は、基地局信号をコヒーレントに復調する手段を備えた受信機を有する。改良点は、
チッピング・レートＮｒｕ×Ｒｃを備えたＰＮ拡散符号Ｐ２を、各ビームにおける電力スペクトル密度を低減するために、全てのビーム信号に同時に適用して、より広い帯域幅にわたって信号エネルギーを拡散する手段、及び、
受信信号をＰ２の同期レプリカと相関して、ビーム間周波数分離に影響を与えることなく、入信号からＰ２を削除する、受信機内の手段、
を含む。
【００２０】
Ｈ．
ビーム信号のサブキャリアが、利用可能なスペクトルにわたって間隔Ｎru×Ｒcで直交的に間隔を空けられており、Ｎru個の個別の組のサブキャリア周波数が、１：Ｎruビーム周波数再使用パターンにおいて割り当てられるように形成された上記システム。
【００２１】
Ｉ．
各ユーザ向けのデータは音声データである上記システム。
【００２２】
Ｊ．
別の衛星が地球の同じ地域を照射するスペクトル拡散ＣＤＭＡ衛星通信システムにおいて、マルチビーム衛星中継システムの異なったビームに位置し且つ１つ又は複数の基地局と通信する複数の加入者端末であって、直交的に間隔を空けた一組のサブキャリアのうちの一つから構成された信号を送信し、サブキャリアが、情報信号に関する符号化拡散シーケンスを形成する擬似雑音（ＰＮ）シーケンスでオーバーレイされた一組の直交又はほぼ直交の関数の１つによって変調され、前記組の各直交関数が、前記ビームにおける基地局への送信に関するデータを運ぶ加入者端末と、選択されたサブキャリア信号源と、情報信号をサブキャリア上で変調して戻りリンク信号と該戻りリンク信号上の符号化された拡散シーケンスとを形成する手段とを具備するスペクトル拡散ＣＤＭＡ衛星通信システム。利用可能な周波数スペクトルは、１：Ｎru周波数再使用パターンでの異なるビームに割り当てられた重複しない又は直交の周波数セグメントに分割される。各基地局は、加入者端末信号をコヒーレントに復調する手段を備えた受信機を有する。改良点は、
チッピング・レートＮru×Ｒcを備えたＰＮ拡散符号Ｐ２を、送信電力スペクトル密度を低減するために、加入者端末送信信号に適用して、より広い帯域幅にわたって信号エネルギーを拡散する手段、及び、
受信信号をＰ４の同期レプリカと相関させて、ビーム間周波数分離に影響を与えることなく、入り信号からＰ２を除去する、基地局受信機内の手段、
を含む。
【００２３】
Ｋ．
ビームのサブキャリアが、利用可能な周波数スペクトラムにわたって間隔Ｎru×Ｒcで直交的に間隔を空けられており、Ｎru個の個別の組のサブキャリア周波数が、１：Ｎruビーム周波数再使用パターンにおいて割り当てられるように形成された上記システム。
【００２４】
Ｌ．
各ユーザ向けのデータが音声データである上記システム。
【００２５】
本発明の上記及び他の目的、利点及び特徴は、以下の説明を添付の図面と共に検討すれば明らかになるであろう。
【００２６】
発明の詳細な説明
本発明は、図１に示すように、衛星が多数のユーザ端末と通信するための順方向リンク（ＦＬ）を提供するＯＣＤＭＡ信号を送信する衛星通信システムに関する。衛星信号は基地局から中継されても、衛星で生成されてもよい。
【００２７】
ＦＬ  ＯＣＤＭＡ信号は、図２に示すように、複数のキャリア（「サブキャリア」と呼ばれる）がＯＣＤＭＡ符号チップ・レートＲｃで周波数において直交的に間隔を空けられている、「二重直交符号及び周波数分割多重アクセス通信システム」という名称の、ナタリの米国特許第５，６２３，４８７号の改良点を含むことが好ましい。各サブキャリアは、それぞれ異なったデータを運ぶＮｕ個までの直交二進シーケンスで変調される。通常、各直交関数は異なったユーザに関するデータを運ぶが、複数の関数を単一の高レートのユーザに割り当ててもよい。直交符号は、ビーム内の全てのユーザに共通である長いＰＮ符号Ｐ1でオーバーレイされている。異なったビームは、所望であれば、異なったＰＮ符号又は同じ符号を時間シフトさせたものを使用してもよい。直交性を維持するために、直交信号は時間同期で受信機に到着しなければならない（これがＦＬでの自明の要件であるのは、全ての信号が同じ基地局で又は衛星で発生するからである）。サブキャリア信号生成過程は、図３においてブロック図形式で示される。
【００２８】
本発明は更に、マルチビーム・アンテナのビーム間に周波数分離を提供することによりシステム容量を増大させるために、「周波数分離によるＣＤＭＡシステムにおける容量の増大」という名称の米国特許出願第０８／９８９，４６６号において開示された改良点を含むシステムに関する。これは通常、利用可能なスペクトルをＮru個の副帯域に分割し、その副帯域を１：Ｎruの周波数再使用パターンで異なるビームに割り当てることにより実施される。しかし、ここに開示したシステムにおいては、Ｎru＝３について図４に示すように、サブキャリアは、全利用可能スペクトルにわたって周波数間隔Ｎru×Ｒcの間隔を空けられている。したがって、図５において、Ｎru個の組の分離したサブキャリア周波数が利用可能であり、Ｎru＝３について図６に示すように、１：Ｎru周波数再使用パターンでビームに割り当てられ得る。サブキャリアの直交間隔空けに起因して周波数分離は維持されるが、信号電力は均一には拡散されない。
【００２９】
ＦＬ信号は、図７に示すように、直交シーケンスのチッピング・レートをＮru倍したものに等しいチッピング・レートを有する第２のＰＮシーケンスＰ3で変調される。このシーケンスは全てのビームにおいて同一であり、図８ａ及び図８ｂに示すように、信号電力を均一に拡散するように働く。
【００３０】
受信されたＦＬ信号は、Ｐ2の同期されたレプリカと相関されるので、入り信号からＰ2を効果的に除去する。すなわち、結果として得られる信号は、ＰＮ符号Ｐ2が適用されなかったかのように処理されることができる。
【００３１】
隣接するビーム信号は、直交周波数間隔空けのため、ビーム内信号から分離される。したがって、本発明を組み込むことにより、隣接するビーム間の周波数分離を維持しながら、ＦＬ信号の均一なスペクトル拡散が可能になる。
【００３２】
本発明の好適な実施の形態に関連して本発明を説明してきたが、理解されるとおり、本発明の他の実施の形態、改変及び変形が当業者には明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を組み込んだ衛星ベースのＯＣＤＭＡ通信システムの略図である。
【図２】  チッピング・レートで間隔を空けられた４つの直交サブキャリアのグラフである。
【図３】  ＯＣＤＭＡサブキャリア生成の機能的ブロック図である。
【図４】  利用可能なスペクトル全体にわたって３×Ｒｃによって間隔を空けられたサブキャリアのグラフである。
【図５】  異なるビームにおける互いに直交なスロットに割り当てられた３組のサブキャリアのグラフである。
【図６】  １：３の周波数再使用パターンで割り当てられた帯域セグメントを備えた、典型的なマルチビーム・アンテナ・パターンの図である。
【図７】  直交符号のチッピング・レートの３倍のチッピング・レートが適用された拡散符号Ｐ2を有するビーム信号の図である。
【図８】  図８ａは、ＰＮ符号Ｐ2（Ｎru＝３）で拡散する前の、ビーム信号の正規化された電力スペクトルを示すグラフである。図８ｂは、直交符号のチッピング・レートの３倍のチッピング・レートでクロックされた、ＰＮ符号Ｐ2で拡散した後のビーム信号の正規化された電力スペクトルのグラフである。
【図１】
0004527879.tif 000002
【図２】
0004527879.tif 000003
【図３】
0004527879.tif 000004
【図４】
0004527879.tif 000005
【図５】
0004527879.tif 000006
【図６】
0004527879.tif 000007
【図７】
0004527879.tif 000008
【図８】
0004527879.tif 000009