(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のユーザ端末へ及びから通信信号を転送するための、少なくとも１つの固定された信号トランシーバを有する通信システムにおける、複数のユーザ端末の中の少なくも１つにおいて、所望の通信信号の中心周波数からの周波数のオフセットを決定する方法であって、
第１のドップラー効果事前補正値の決定に応答して通信リンクドップラーに対する第１のドップラー効果事前補正値と第１の予め定められた搬送周波数とを用いて、少なくとも１つの固定された信号トランシーバからフォワードリンク通信信号を送信すること、
前記ユーザ端末において前記フォワードリンク通信信号を受信し、第１の予め定められた搬送周波数と比較して、対応する受信搬送周波数に対する第２のドップラ-値を決定すること、
いずれかのユーザ端末基準源周波数のエラー値も含む前記ユーザ端末で第２の予め定められた搬送周波数でリバースリンク信号を生成すること、ここにおいて、ユーザ端末基準源周波数のエラー値は、第２の予め定められた搬送周波数にスケーリングされている、
前記決定された第２のドップラ-値に基づいて、前記リバースリンク信号に周波数事前補正を適用すること、
前記固定された信号トランシーバーに前記リバースリンク信号を送信すること、
前記固定された信号トランシーバにおいて前記リバースリンク信号を受信し、及び第１のトップラー効果事前補正値の決定に応答して、通信リンクドップラーに関する前記第１のドップラー効果事前補正値を適用した後のリバースリンク信号と、前記ユーザ端末通信に関連する前記第２の予め定められた搬送周波数と比較して、関連する搬送周波数に関するユーザ端末基準源周波数のオフセットを決定すること、ここにおいて、第１のドップラ-効果事前補正値は既知のドツプラ-効果を補正するための補正値であり、第２のドップラー値は未知のドップラ-効果に関する値である、
通信の期間中に補償されるべきユーザ端末基準源周波数のエラー値を生成するために、該決定されたオフセットを半分に割ること、
のステップを備えた上記方法。
【請求項２】
前記決定されたオフセットに基づいて、ユーザ端末から固定された信号トランシーバへのドップラーに関する第２のドップラー値の補正として前記ユーザ端末で周波数事前補正を適用すること、ここにおいて、第１のドップラ-効果事前補正値は既知のドツプラ-効果を補正するための補正値であり、第２のドップラー値は未知のドップラ-効果に関する値である、及び
ユーザ端末基準源周波数のエラー値を生成するために、半分に割られる前記決定されたオフセットをスケーリングすること、
をさらに備えた請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基準源周波数が局部発振器を備え、前記基準源周波数の周波数エラー値が発振器のエラー値を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
引き続くフォワードリンク通信信号の一部として、発振器エラー値を前記ユーザ端末に転送するステップをさらに備えた、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記引き続く通信信号の一部として、発振器エラー値を前記ユーザ端において受信し、前記エラー値によって前記発振器出力周波数を調整し、発振器出力周波数を固定された信号トランシーバ基準周波数に近似させるステップをさらに備えた、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記引き続く通信信号の一部として発振器エラー値を前記ユーザ端末において受信し、信号トランシーバへのその後の通信信号中にそれを挿入するステップをさらに備えた請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記発振器エラー値が、アクセス要求信号中にデータとして挿入される請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記決定されたオフセットに基づいて、前記ユーザ端末基準源周波数のエラーの補正として、前記ユーザ端末において周波数事前補正を適用すること、をさらに備えた請求項１に記載の方法。
【請求項９】
引き続くフォワードリンク通信信号の一部として、第２のドップラー値を前記ユーザ端末に転送するステップをさらに備えた請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記引き続くフォワードリンク通信信号の一部として前記ユーザ端末において第２のドップラー値を受信し、及び前記ユーザ端末からトランシーバへのドップラー値を、既知のドップラーとして固定された信号トランシーバへの引き続くリバースリンク通信信号に挿入するステップをさらに備えた請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
第２のドップラー値が、アクセス要求信号中に、データとして挿入される請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記固定された信号トランシーバが、基地局を備える請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記固定された信号トランシーバがゲートウェイを備え、前記ゲートウェイを使用して前記フォワードリンク信号およびリバースリンク信号を転送するのに、衛星が使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記衛星通信システムが、無線スペクトラム拡散ＣＤＭＡ通信システム備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記ユーザ端末が無線電話を備える請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
少なくとも１つのゲートウェイと、ゲートウェイおよびユーザ端末間で通信信号を転送するための少なくとも１つの衛星とを有する衛星通信システムで使用される、複数のユーザ端末の中の少なくとも１つにおいて発振器エラーを決定するシステムであって、
第１の予め定められた搬送基準周波数と、ゲートウェイから衛星への通信リンクドップラーに対する第１のドップラー事前補正値とを用いて、少なくとも１つのゲートウェイから前記衛星を介してフォワードリンク通信信号を送信する手段と、
前記ユーザ端末において前記フォワードリンク通信信号を受信し、第１の予め定められた搬送基準周波数と比較して、関連する搬送周波数に関する第１のオフセットを決定する手段と、
いずかの発振器エラーを含んでもいる前記ユーザ端末で第２の予め定められた搬送基準周波数でリバースリンク信号を生成する手段と、ここにおいて、該発振器エラーは、第２の予め定められた搬送基準周波数にスケーリングされる、
前記決定された第１のオフセットに基づいて、ユーザ端末から衛星へのドップラーに関する第２のドップラー値に対して、前記リバースリンク信号に周波数事前補正を適用する手段と、
前記リバースリンク通信信号を、前記衛星を介して前記少なくとも１つのゲートウェイに送信する手段と、
前記ゲートウェイにおいて前記リバースリンク通信信号を受信し、前記第１のドップラー事前補正値を補償した後、前記ユーザ端末通信に関連する前記第２の予め定められた搬送基準周波数と比較して、関連する搬送周波数に対する第２のオフセットを決定する手段と、及び
結果として得られた第２のオフセットを半分にして、ユーザ端末発振器周波数にスケーリングして、ユーザ端末発振器エラー値を生成する手段と、を備えたシステム。
【請求項１７】
少なくとも１つのゲートウェイと、ゲートウェイおよびユーザ端末間で通信信号を転送するための少なくとも１つの衛星とを有する、衛星通信システムで使用される複数のユーザ端末の中の少なくとも１つにおける発振器エラーを決定する方法であって、
ゲートウェイから衛星への通信リンクドップラーに対する第１のドップラー事前補正値と第１の予め定められた搬送基準周波数と、を用いて、少なくとも１つのゲートウェイからフォワードリンク通信信号を送信すること、
前記ユーザ端末において前記フォワードリンク通信信号を受信し、第１の予め定められた搬送基準周波数と比較して、関連する搬送周波数に関する第１のオフセットを決定すること、
いずれかの発振器エラーを含んでもいる前記ユーザ端末で第２の予め定められた搬送基準周波数でリバースリンク信号を生成すること、ここにおいて、該発振器エラーは、第２の予め定められた搬送基準周波数にスケーリングされる、
前記決定された第１のオフセットに基づいて、ユーザ端末から衛星へのドップラーに対する第２のドップラー値に関して前記リバースリンク信号に周波数事前補正を適用すること、
前記リバースリンク信号を前記衛星を介して前記ゲートウェイに転送すること、
前記ゲートウェイにおいて前記リバースリンク信号を受信し、前記第１のドップラー事前補正値を補償した後、前記ユーザ端末通信に関連する前記第２の予め定められた搬送基準周波数と比較して、関連する搬送周波数に関する第２のオフセットを決定すること、及び
結果として得られた第２オフセットを半分にし、ユーザ端末発振器周波数にスケーリングして、ユーザ端末発振器エラー値を生成すること、
のステップを備えた方法。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
Ｉ．発明の分野
本発明は、概して、周波数およびタイミングの制御に関し、さらに特定すると、通信システムの受信機で使用される基準発振器の周波数エラーを決定し、補償するための方法に関する。発明は、さらに、送信機と受信機の間の相対移動により引き起こされるドップラー効果を求め、補正するための技法にも関す。
ＩＩ．関連技術の説明
無線データシステム或いは無線電話システムなどの典型的な高度地上通信システムは、事前に定義された地理学上の地域つまりセル内でセルサイトとも呼ばれる基地局を使用し、１つまたは複数のユーザ端末またはシステム加入者への通信信号を、およびそれからの通信信号を中継する。衛星をベースにした通信システムは、ゲートウェイと呼ばれる基地局および１つまたは複数の衛星を使用し、ゲートウェイと１つまたは複数のユーザ端末の間で通信信号を中継する。基地局およびゲートウェイは、各ユーザ端末から他のユーザ端末へ、あるいは公衆電話交換網（public telephone switching netwoek）などの他の接続された通信システムのユーザへの通信リンクを提供する。このようなシステムでのユーザ端末は、固定される場合もあれば、移動電話のように可動の場合もあり、ゲートウェイ近くに配置されるか、遠隔に位置することがある。
両方とも本発明の譲受人に譲渡され、参照してここに組み込まれる、１９９０年２月１３日に発行された、「衛星または地上中継器を使用するスペクトラム拡散多元接続通信システム（Spread Spectrum Multiple Access Comunication System Using Satellite Or Terrestrial Repeaters）」と題する米国特許第４，９０１，３０７号、および１９９５年１月４日に、出願された、「個々の受信者位相時間およびエネルギーを追跡調査するためのスペクトラム拡散通信システムで完全スペクトル送信電力を使用するための方法および機器（Method And Apparatus for Using Full Spectrum Transmitted Power in a Spread Spectrum Communication System For Tracking Individual Recipient Phase Time and Energy）」により開示されるように、符号分割マルチプルアクセスを利用する通信システムとしてカバレージ地域全体に送信される。
典型的なスペクトラム拡散通信システムにおいては、１つまたは複数の事前に選択された擬似雑音（ＰＮ）符号シーケンスが、通信信号としての送信のための搬送波信号上への変調の前に、所定のスペクトルバンドで情報信号を変調つまり「拡散」するために使用される。ＰＮ符号拡散、つまり技術でよく知られているスペクトラム拡散伝送の方法は、帯域幅がデータ信号の帯域幅よりはるかに大きい伝送用の信号を作成する。基地局から、またはゲートウェイからユーザ端末への通信経路またはリンクにおいて、ＰＮ拡散符号またはバイナリシーケンスは、マルチパス信号間だけではなく、異なる基地局によって、または異なるビーム上で送信される信号間で弁別するために使用される。これは、フォワードリンクとも呼ばれる。
典型的なＣＤＭＡスペクトラム拡散システムにおいては、フォワードリンクでの衛星サブビームまたはセル内で多様なユーザ端末に向けられた信号を区別するために、チャネル化（channelizing）符号が使用される。各ユーザトランシーバは、一意の「チャネル化」直交符号を使用することにより、専用の直交チャネルをフォワードリンク上に提供される。これらのチャネル上で「トラヒック信号」と呼ばれる。追加のなフォワードリンクチャネルまたは信号が、システムユーザに送信される「ページング」信号、「同期」信号および他の信号のために提供される。ウォルシュ関数は、通常、チャネル化符号を実現するために使用される。
この型の伝送機器の動作の追加の詳細は、本発明の同じ譲受人に譲渡され、参照してここに組み込まれる「ＣＤＭＡセルラー電話で信号波形を生成するためのシステムおよび方法（System and Method for Generationg Signal Waveforms in a CDMA Cellular Telephone）」と題する米国特許第５，１０３，４５９号に記載される。
前記特許に開示されるようなＣＤＭＡスペクトラム拡散通信システムは、フォワードリンクユーザ端末通信にコヒーレント変調および復調を使用することを計画する。このアプローチを使用する通信システムにおいては「パイロット」搬送波信号、つまり単なる「パイロット信号」がフォワードリンク信号のコヒーレント位相基準として使用される。パイロット信号は、一般的にはデータ変調を含まない信号であり、ゲートウェイ、つまり基地局により、基準としてカバレージ地域全体に送信される。
パイロット信号は、初期システム同期と、基地局またはゲートウェイにより送信される他の信号を追跡調査する位相、周波数、時間を得るためにユーザ端末により使用される。パイロット信号搬送波を追跡調査することから得られる位相情報は、他のシステム信号またはトラヒック（データ）信号のコヒーレント復調のための搬送波位相基準として使用される。この技法により、多くのトラヒック信号は、位相基準として１つの共通したパイロット信号を共用することができ、より安価で、より効率的な追跡調査機構に備える。単一のパイロット信号は、通常、使用される周波数ごとに各基地局またはゲートウェイにより送信され、ＣＤＭＡチャネルまたはサブビームと呼ばれる、そして、その周波数でそのソースからの信号を受信するすべてのユーザ端末により共用される。
ユーザ端末がトラヒック信号を受信または送信していないとき、情報は、ページング信号またはチャネルとして知られる１つまたは複数の信号を使用してそれらに伝えることができる。例えば、呼がある特定の移動電話にかけられると、基地局またはゲートウェイはページング信号によってその移動電話に警告する。ページング信号は、呼の存在、どのトラヒックチャネルを使用するのかを示すためだけではなく、システム加入者に特殊なメッセージだけではなく、システムオーバーヘッド情報（over head information）を配布するためにも使用される。通信システムは、複数のページング信号またはチャネルを有することがある。また、同期信号は、同期を容易にするために有効なシステム情報を転送するためにも使用できる。これらの信号のすべてが、パイロット信号に類似した様式で共用リソースとして動作する。
ユーザ端末は、アクセス信号をリバースリンク上で送ることによりページング信号上のメッセージに応答することができる。すなわち、ユーザ端末から基地局つまりゲートウェイへの信号経路である。また、アクセス信号は、ユーザ端末が呼を発呼するときにユーザ端末により使用され、アクセスプローブと呼ばれることもある。さらに、直交ではない追加的な長ＰＮ符号は、通常、リバースリンク  トラヒックチャネルを作成するために使用される。同時に、直交符号のセットを使用するＭに関する（Ｍ−ａｒｙ）変調の形式は、リバースリンクデータ転送を改善するために使用することができる。
あらゆる通信システムでの場合のように、フォワードリンク通信信号は、ユーザ端末により受信され、さらなる処理のためにベースバンド周波数にダウンコンバートされる。いったんダウンコンバートされると、信号はデジタルで処理され、受信中の１つまたは複数の特定のパイロット信号を検出し、関連するページング信号、同期信号およびトラヒック信号を復調する。スペクトラム拡散システムの場合、ＰＮ拡散符号は復調の間に適用され、信号を逆拡散（despread）し、チャネル化符号はデータを表示するために信号と相互に関連付けられる。
受信、ダウンコンバート、および復調処理がこのようなシステムで正しく動作するためには、ユーザ端末は処理中の信号を送信する基地局またはゲートウェイと１つの共通した周波数基準を共用しなければならない。つまり、情報は信号搬送波の位相で搬送されるため、搬送波周波数は正確に検出され、複数の搬送波の相対的な位相の位置も求められなければならない。適度に正確な周波数チューニングを行わずに、搬送波を適切に除去したり、デジタル信号を正確に逆拡散、復調することはできない。
ＰＮ拡散符号および直交チャネル化符号は、適切なシステムタイミングまたは信号同期を行わずに正確に除去することはできない。該符号が不正確な同期により適用されると、信号は単に雑音として表示され、情報は伝えられない。ユーザー端末、衛星の位置及びこのようなシステムで使用される符号タイミングオフセットを求めることも、時間つまり相対的な時相変位（relative temporal displacement）に関する正確な知識に依存する。ユーザ端末は、基地局つまりゲートウェイのタイミングに関する相対的な時間値、及びイベントタイミング、適切なクロックレート、および絶対年代順履歴つまり関係性を維持するために、ローカル発振器の精度に依存する。
このプロセスを補助するため、ユーザ端末でのローカル発振器周波数ソースが、高精度で動作するようにされるか、あるいはきわめて高度なタイミング回路つまり周波数ジェネレータを実装することができる。受信機が追加され、既知のＧＰＳシステム信号の使用などによって年代順精度を維持するための「世界時間」を検出することができる。ただし、このような部品は通常いくつかの理由から望ましくない。第１に、その材料費または製造費が、セルラー電話などの多くの商業的な用途で使用するには法外に高い。第２に、その複雑度は、ユーザ端末の信頼性、特に通常の商業環境に影響を及ぼす。加えて、より複雑なまたは特殊化された回路を使用すると、電力消費は増大し、携帯通信デバイス用の電池の耐用年数に悪影響を及ぼす。
基準ソースの出力周波数もチェックされ、多様な形式のフィードバック制御を使用して調整つまりチューニングされるだろう。しかし、非静止衛星軌道の衛星を利用した通信システムは、高度の相対的なユーザ端末と衛星の移動を示す。これは、通信リンク内の信号の明らかな搬送周波数でのかなり大きなドップラーシフティング（shifting）を生じさせる。また、このようなドップラー効果は、発振器のエラー、つまり使用中のドリフトを求めるときには考慮に入れられなければならず、従来の位相同期ループおよびその他のフィードバック制御の実用性を削減する。再び、解決策を実施するには、望ましくない複雑度が必要とされる。同じことは、移動ユーザ端末または高速で移動するその他の種類の移動中継器プラットフォームと通信する非衛星ベースの通信システムにも当てはまる。
したがって、発振器出力周波数のドリフトまたは不正確さを検出することを希望するシステムは、転送中の信号でのドップラー効果も考慮に入れることができなくてはならない。残念なことに、ゲートウェイと衛星の間の相対的な移動は十分に定義されているが、衛星とユーザ端末の間の移動は十分に定義されていない。現在の通信システムの設計は、特に同時存在する発振器のエラーがある場合には、この後者の移動のためにドップラーの影響を考慮に入れることができなかった。
ドップラーエラーまたは発信器エラーを補うのに役立てるために使用される１つの技法とは、受信された信号の一部を、それらが時間でシフトされるように、一時的に記憶するデスキューバッファ（deskew buffer）と呼ばれているものを利用することである。デスキューバッファのサイズおよび記憶容量が、それらが補正することができる周波数オフセットまたはエラーの量に対する制限を定める。バッファサイズはよく知られている費用および回路設計のファクターにより制限される。残念なことに、大量のドップラーシフティングがある場合、補正するために必要とされる信号記憶域の量は、典型的なデスキューバッファ容量を上回る。さらに、安価な発振器を使用するシステムの場合に考えられるところの、ユーザ端末発振器が十分にドリフトするか、通信中ドリフトし続ける場合、周波数エラーは、デスキューバッファ容量も上回り、通信リンク同期が失われる。
したがって、必要とされていることは、通信システム内のユーザ端末により経験されるドップラー効果と、及び発振器精度または周波数チューニングエラーとの両方を分離し、求めるための方法および機器である。これは、過度の複雑度またはコストをかけずに、非常に確実に達成されなければならない。ユーザ端末と衛星中継通信信号の間で発生するドツプラー効果を測定、考慮することは特に望ましい。
発明の要約
本発明の目的は、受信機発振器エラーと、通信システム内のユーザ端末に発生するドップラー効果とを分離するための技法を提供することである。
本発明の他の目的は、通信信号が高レベルのドップラーシフティングを経験する通信システム内の受信機発振器でのエラーの相対的な規模を求めるための技法を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、通信システムのユーザ端末で受信された信号周波数のドップラーシフティングの相対的な規模を求めるための技法を提供することである。
本発明の１つの利点は、それが最小の複雑度で実現でき、ユーザ端末発振機周波数を調整することさえ必要としないという点である。
これらのおよびその他の目的、利点および目標は、通信システムのユーザ端末により使用される発振器のエラーにより生じるオフセット、つまりドップラー効果などの周波数オフセットを迅速に検出するための方法および機器で実現される。例示的な通信システムは、低軌道衛星を使用する無線スペクトラム拡散ＣＤＭＡ通信システムを含み、ユーザ端末は、通常、無線電話を備える。ただし、関連技術の当業者には明らかであるように、本発明は、多岐に渡る衛星システムおよび波形、または非衛星中継器システムにも適用することができる。本発明の好のましい実施例に従って、信号は所定の搬送周波数で、アナログ信号送信機を使用して、ゲートウェイまたは基地局からユーザ端末に送信される。他の種類または信号指定も使用することはできるが、この信号は、典型的にはパイロット信号またはページング信号である。好ましくは、信号は、基地局またはゲートウェイと、信号を送信するために使用される衛星との間で発生する既知のドップラー周波数シフティングの第１のドップラー係数に関して事前に補正される。このようなドップラーは、通常、信号の送信に衛星が使用されない場合には補われない。このプロセスは、好ましくはベースバンド入力経路での基地局またはゲートウェイアナログ送信機に結合される事前補正要素を利用する。
ユーザ端末受信機は、ユーザ端末に到達する信号の予想名目（norminal）伝送搬送周波数を基準にして周波数オフセットの量を測定する。このオフセットは、ユーザ端末発振器を基準にして求められ、適切な周波数バンドに拡大・縮小（ｓｃａｌｅｄ）される。この測定されたオフセットは、衛星とユーザ端末の間で発生するドップラーシフトまたは第２ドップラー係数からだけ生じるとして処理され、適切な戻りつまりリバースリンク通信信号を作成する上で使用することができる望ましい周波数事前補正係数を定める。衛星が通信システムからの信号を受信するために使用されない場合、測定されたオフセットは基地局とユーザ端末の間で生じるが、第２のドップラー係数と同じに処理される。
ユーザ端末は、衛星が使用される場合、同じ衛星を通して、ゲートウェイつまり基地局へ送信するためのリバースリンク通信信号を作成するために送信機を使用する。リバースリンク信号は、通常、作成される必要はないが、別の搬送周波数で名目上作成されるが、アップコンバートのために伝送周波数バンドに拡大・縮小される何らかの発振器エラーを取り入れる。この信号は、望ましい事前補正係数を使用して、その周波数を事前補正されるか、事前補正係数は、周波数オフセット情報として伝送するために信号内に付加または埋め込まれることができる。リバースリンク信号がゲートウェイで受信されると、第一のドップラー係数が存在する場合には、第一のドップラー係数は、受信機基準周波数を調整したり、回転子を使用するなどして、周波数測定値から除去される。ユーザ端末が第２のドップラー係数（エラーを加えたもの）に対して周波数事前補正を適用しない場合、ゲートウェイはそうするためにユーザ端末が提供する情報を使用する。
測定値は、第１ドップラー係数補正済みユーザ端末リバースリンク信号の周波数と、そのユーザ端末リンクのための、ゲートウェイにより予想されるリバースリンク周波数との間の差異或いは周波数オフセットから構成される。このオフセットは、名目エラー測定値を提供する。それは１つまたは複数の制御プロセッサを使用するなどして、基地局またはゲートウェイにより作用されて、該値を半分に割り、それをユーザ端末発振器周波数に拡大・縮小する。その理由は、それは、ユーザー端末の発信器エラーの２倍を表しており、除去されたリバースリンク通信経路のドップラーを含んでいるからである。
それから、本発明により検出されるエラーは、発振器の出力周波数を調整または補正する上でさらに使用するためにユーザ端末に送信できるか、あるいは基地局およびゲートウェイにより使用され、受信された信号の周波数エラーを補うことができる。すなわち、ユーザ端末は、発振器の周波数エラーを調整するか、補償し、ゲートウェイ発振器の精度に近づき、このようにして端末の周波数エラーを削減することができる。このような調整は、定期的な間隔で、または
特定の通信システムの精度のために望まれるように、実施されることができる。
発振器のエラーデータは、周波数に加えて、ユーザ端末タイミング、追跡調査する時間（time tracking）、または相対時間を調整するためにも使用できる。すなわち、ユーザ端末でのローカル時間は、時間依存パラメータをより正確に求めるように、発振器周波数エラーつまり不正確さにより引き起こされるエラーを考慮するために調整される。加えて、タイミングおよび内蔵クロック信号は、ＰＮ符号および直交符号のタイミングが、所定数のチップの数だけ、そのような符号の適用を進めるか遅らせることにより発振器エラーにより与えられるタイミングエラーを考慮するように調整することができる。
いくつかの通信システムまたは端末においては、ユーザ端末が、正確な周波数補正のための必要性に応じて、細かい伝送周波数調整を行うことは不便であるか、費用対効果が高くない可能性がある。代わりに、ユーザ端末は、発振器周波数を調整しないが、メモリ要素またはその他の既知の記憶装置にエラー値を記憶する。それから、エラー値はなんらかの所定の基準で検索され、通信信号に付加されるか、埋め込まれ、受信側ゲートウェイ（receiving gateways）に、指定された時間での発振器エラーの近似量を知らせる。エラー値は、アクセスリクエストまたはプローブメッセージまたはトラヒック信号の一部として送信することができる。また、エラーは、望まれるように、ゲートウェイへの特定の信号中の唯一のデータとして送信することもできる。
実際に発振器基準周波数を補正しないエラーデータの転送は、発明者により「仮想事前補正」と呼ばれる。すなわち、受信された信号は、それらがこのデータを有する限り、まるで事前補正されたかのように、基地局またはゲートウェイにより処理されることができる。
代替実施例においては、ユーザ端末で測定される周波数オフセットは、ユーザ端末の発振器エラーからだけ生じるとして処理され、これはリバース通信信号に対する望ましい周波数事前補正値を定めるために使用される。この構成では、既知のゲートウェイ  ー  衛星ドップラーが除去された基地局またはゲートウェイで測定されるリバースリンクの周波数は、衛星からユーザ端末へのドップラーまたは基地局からユーザ端末へのドップラーの名目概算（nominal estimate）を提供する。この値は、それが、ユーザ端末の発振器エラーが除去されているところのユーザ端末でのドップラーシフトの２倍を表しているために、エラー、半分に割ることができる。前述したように、ドップラー概算は、周波数の事前補正を改善するため、および仮想事前補正で使用するために、ユザ端末に転送することができる。
その結果は、はなはだしく複雑または高価な回路を必要とせずに、どちらかを求めることができるように、発振器エラーをユーザ端末のドップラー効果から分離するための高速機構である。これは、ユーザ端末がこのようなエラーまたはドップラー効果のいずれかを補正する必要なしに、達成することができる。
【図面の簡単な説明】
本発明の特徴、目的及び利点は図面と共に以下の詳細な説明を読めばより明らかになるであろう。図面において、参照符号の最も左側の数字は、参照符号が最初に現れる図面を表す。図面全体にわたって同様の参照符号が対応する同様の部品を示す
図１は、本発明が用いられる典型的な通信システムを示す。
図２は、ユーザー端末で使用される例示的なトランシーバ装置を示す。
図３は、ゲートウェイ又は基地端末で使用される例示的な送受信装置を示す。
図４は、図１の通信システム中の受信機で使用される例示的な周波数追跡装置を示す。
図５は、本発明に従った周波数エラー検出プロセスを実現するために用いられるステップを示す。
図６は、本発明に従ったドップラーシフト検出プロセスを実現するために用いられるステップを示す。
好ましい実施形態の詳細な説明
本発明は、ドップラーがある状態で、ユーザー端末における発信周波数の変動或いは発信器のエラーを測定したり、発信器エラーが存在する状態でのドップラーを測定する方法と装置である。本発明は、発信器エラーを相当のフォワードリンクドップラーシフトから効果的に分離して、それらを検出して補償できるようにする。本発明は、これを、ユーザー端末で受信された、フォワードリンク信号の周波数と、ローカル基準すなわち予期周波数との間のオフセットを測定することによって遂行する。フォワードリンク信号は適宜ゲートウェイ−衛星のドップラーに関して事前補正されている。測定されたオフセットは基地局又は衛星とユーザー端末との間のドップラーだけから得られた結果として処理され、リバースリンク通信信号に対する所望の周波数事前補正値又は係数を定めるために用いられる。周波数のオフセットは、予期される周波数に対する、ユーザー端末から基地局又はゲートウェイに到達するこのようなリバースリンク信号に関して測定されるが、この場合、既知のゲートウェイから衛星へのドップラーは適宜除去されていて、名目エラーを測定するようになっている。この測定値は半分に分割されて、ユーザー端末の発信器周波数にスケールされるが、この理由はそれがリバースリンク通信経路のすべての部分に対するドップラーが除去された状態での、ユーザー端末の発信器エラーの倍の値であるからである。
こうする代わりに、ユーザー端末で測定されたオフセットは、ユーザー端末の発信器エラーだけに起因するものとして処理され、所望の周波数事前補正値を定めるために用いられる。このような状況においては、基地局又はゲートウェイに到達するリバースリンク信号の周波数オフセットは、既知のゲートウェイから衛星へのドップラーを除去して測定されて、名目のフォワードリンク又は衛星からユーザー端末へのドップラー推定値を提供する。次に、この値は半分に分割されて、ユーザー端末ドップラー推定値として使用される。
本発明は、低地球軌道衛星を用いる通信システムで使用するのに特に適している。しかしながら、関連の当業者には明らかなように、本発明の概念はまた、通信目的には利用されない衛星システムにも応用可能である。本発明はまた、ゲートウェイや基地局と、ユーザー端末間に、受信中の搬送波の周波数に衝撃を与えるに十分な相対的運動があれば、衛星が低地球軌道以外の軌道を航行する衛星システムや衛星を用いない中継システムにも応用可能である。
本発明の好ましい実施形態を以下に詳述する。特定のステップ、構成及び配置を説明するが、それは説明目的のみに過ぎないことを理解されたい。関連技術の当業者は、本発明の精神と範囲から逸脱することなく他のステップ、構成及び配置が可能であることが理解されよう。本発明は、位置測定システム、衛星電話システム及び地上携帯電話システム用のものを含むさまざまな無線情報システムや通信システムでも使用可能である。一般的に衛星中継器を用いているモバイル電話又は携帯電話サービス用のＣＤＭＡ無線スペクトラム拡散通信システムに応用するのが望ましい。
本発明が有用である例示的な無線通信システムを図１に示す。この通信システムはＣＤＭＡタイプの通信信号を使用するが、これは本発明では要求されないと考察される。図１に示す通信システム１００の一部分において、１つの基地局１１２、２つの衛星１１６及び１１８ならびに２つの関連するゲートウェイすなわちハブ（hubs）１２０及び１２２は、２っの遠隔ユーザー端末１２４及び１２６と通信を実効化させるために示されている。一般的には、基地局及び衛星／ゲートウェイは、必要ないとはいえ、地上及び衛星ベースと言われる分離した通信システムのコンポーネントである。このようなシステム内の基地局、ゲートウェイ及び衛星の総数は所望のシステム容量と技術上良く理解される他の要因によって異なる。
ユーザー端末１２４と１２６はそれぞれが、セルラー電話、データトランシーバ又はページングもしくは位置測定受信機などの、そしてこれに限られない無線通信デバイスを有し、又は具備しており、希望に応じて手持ち式又は車両搭載式にできる。本書では、ユーザー端末は手持ち式電話として図示されている。しかしながら、本発明の教示は、「開放」ロケーションと同様に「内部」を含む、遠隔無線サービスが所望されている固定されたユニットにも応用可能であることが理解される。一般的に、衛星１１６と１１８からのビームは、事前定義されたパターンでのさまざまな地理領域をカバーしている。さまざまな周波数でのビームはまた、ＣＤＭＡチャネル又は「サブビーム」と呼ばれ、同じ領域をオーバラップするように向けられることも可能である。複数衛星の場合のビーム有効範囲すなわちサービス範囲又は複数基地局の場合のアンテナパターンは、提示されているサービスのタイプと通信システム設計によって、またスペース  ダイバーシティが達成されているか否かによって、所与の領域で全体的に又は部分的にオーバラップするように設計してもよい。
多くのユーザー端末にサービスを提供するための、低地球軌道（ＬＥＯ）の８っの異なった平面上を移動する４８個台以上の衛星が稼動する例示のシステムを用いて、複数の衛星を使用した種々の通信システムが提案されてきた。しかしながら、本発明の教示が、これ以外の軌道距離と立体配座（constellations）を含むさまざまな衛星システムとゲートウェイ配置に応用可能であることが当業者には容易に理解されよう。同時に、本発明は同様に、さまざまな基地局配置を持つ地上基地システムにも応用可能である。
図１では、ユーザー端末１２４及び１２６と基地局１１２間で、或いはゲートウェイ１２０と１２２で、衛星１１６と１１８を介して、確立されている通信のためのある種の考えられる信号経路が図示されている。基地局−ユーザー端末間の通信リンクは、ライン１３０と１３２で図示されている。衛星１１６及び１１８と、ユーザー端末１２４と１２６間の衛星ーユーザー端末間の通信リンクはライン１４０、１４２及び１４４で示されている。ゲートウェイ１２０及び１２２ならびに
衛星１１６と１１８間のゲートウエイ  ー  衛星間の通信リンクは、ライン１４６、１４８、１５０及び１５２により図示されている。ゲートウエイ１２０と１２２、及び基地局１１２は、１つ或いはツーウエイ通信システムの一部として使用されてもよいし、単にユーザー端末１２４と１２６にメッセージやデータを送信する目的で使用されてもよい。
通信システム１００は一般的に、一つ以上のシステム広範囲コントローラ又はスイッチングネットワーク１６０を含んでいる。このようなコントローラに使用される例示の部品は、モバイル電話スイッチングオフィス（ＭＴＳＯ）であり、それは公衆回線交換網（ＰＳＴＮ）とゲートウェイ間の電話コールのルーティングを制御するためのインタフェースと処理回路を含む。他の例示の装置には、ゲートウェイ及び衛星用のタイミング、ＰＮと直交コードと周波数の割り当て、システムアクセスなどに渡るシステム広範囲制御を実行する地上動作制御及び指令センターが含まれる。コントローラ１６０をさまざまなゲートウェイや基地局に連結する通信リンク１６２は、専用電話回線、光ファイバリンク又は超音波或いは専用衛星通信リンクなどの、しかしこれらに限られない既知の技法によって確立可能である。
ユーザー端末１０６に使用される例示のトランシーバ２００を図２に示す。トランシーバ２００は、アナログ受信機２１４に転送されて、ダウンコンバートされ、増幅され、ディジタル化される通信信号を受信するための少なくとも１つのアンテナ２１０を使用する。送受切り替え器装置２１２は一般的には、同じアンテナを送信機能と受信機能の双方の役目をさせるために使用される。しかしながら、１部のシステムでは、別々の送信と受信周波数で動作するために別々のアンテナを用いている。
アナログ受信機２１４が出力したディジタル通信信号は、少なくとも１つのディジタルデータ受信機２１６Ａと少なくとも１つのディジタル探索受信機２１８に転送される。追加のディジタルデータ受信機２１６Ｂ〜２１６Ｎは、関連の当業者には明らかなように、ユニットの容認可能な複雑さに応じて、所望のレベルを持つ信号ダイバーシティを得るために用いることができる。
少なくとも１つのユーザー端末制御プロセッサ２２０がデータ受信機２１６Ａ〜２１６Ｎ及び探索受信機２１８に連結されている。制御プロセッサ２２０は、他の機能の中で、基本的信号処理、タイミング、出力及びハンドオフ制御又は調整ならびに信号搬送波用の周波数の選択を実行する。制御プロセッサ２２０によってしばしば実行される別の基本的制御機能には、通信信号波形の処理に用いられるＰＮコードシーケンス又は直交関数の選択又は処理がある。制御プロセッサ２２０による信号処理には、相対的な信号強度の測定とさまざまな関連する信号パラメータの計算が含まれることができる。相対的タイミングと周波数などの信号パラメータの計算には、測定の効果や速度を増したり制御処理リソースの割り当てを改善するための追加の又は分離した専用の回路を用いることができる。
ディジタルデータ受信機２１６Ａ〜２１６Ｎへの出力は、ユーザー端末内のディジタル式ベースバンド回路２２２にカップリングされている。ユーザーディジタルベースバンド回路２２２は、ユーザー端末との間で情報を転送するために用いられる処理と提示要素を具備する。すなわち、一時の又は長期間のディジタルメモリーなどの信号又はデータ用の記憶装置；表示画面、スピーカ、キーパッド端末及びハンドセットなどの入出力デバイス；Ａ／Ｄ装置、ボコーダ及び他の音声とアナログ信号の処理要素；などはすべて、技術上周知の要素を用いた加入者ベースバンド回路の１部を形成する。ダイバーシティ信号処理を用いる場合、ユーザーディジタルベースバンド回路２２２はダイバーシティコンバイナ（combiner）とデコーダを具備することがある。これらの要素の内の１部はまた、制御プロセッサ２２０に制御されて又はこれと通信状態で動作する。
音声や他のデータが、ユーザー端末で発信される出力メッセージ又は通信信号として作成されると、ユーザーディジタルベースバンド回路２２２を用いて、所望の通信用データを受信したり、記憶したり、処理したり又は別様に作成したりする。ユーザーディジタルベースバンド回路２２２はこのデータを、制御プロセッサ２２０の制御下で動作している送信変調器２２６に出力する。送信変調器２２６の出力は、アンテナ２１０からゲートウェイに出力信号を最終的に送信するための送信出力増幅器２３０に対して出力を制御するところの出力コントローラ２２８に転送される。
以下にさらに説明するように、本発明の実施形態を実現するために、ユーザー端末２００はまた、１つ以上の事前補正要素すなわち事前補正器２３２と２３４を用いることがある。事前補正要素２３２はディジタル出力コントローラ２２８のディジタル出力の周波数をベースバンド周波数で調整するために使用するのが望ましい。周波数調整値を含むベースバンドスペクトラム情報は、送信出力増幅器２３０で実行されるアップ変換中に適切な中心周波数に変換される。事前補正又は周波数調整は、技術上周知の技法で遂行される。例えば、事前補正は、信号を係数ｅjωt（ここでωは既知の衛星暦と所望のチャネル周波数に基づいて計算される）で乗算するに等しい複雑信号回転（a complex signal rotation）によって実効化されることができる。これは、通信信号が同相位相（Ｉ）の又は直角位相（Ｑ）のチャネルとして処理される場合は非常に有用である。ダイレクトディジタル総合装置（A direct digital synthesis device）を使用して、幾つかの回転積を形成する。こうする代わりに、１連の離散回転（discret rotation）を実行するために、バイナリシフト、加算及び減算を実行し、その結果として所望の全体の回転を得る座標回転ディジタル計算要素を用いてもよい。このような技法及び関連のハードウェアは技術上周知である。
代替例として、事前補正要素２３４は、送信出力増幅器２３０の出力の送信経路上に配置して、出力信号の周波数を調整してもよい。これは、送信波形のアップ変換又はダウン変換などの周知の技法を用いて遂行可能である。しかしながら、アナログ送信機の出力の周波数を変更することは、波形を成形するためにしばしば１連のフィルタが使用されているという点でより困難なものとなりかねなく、このような接続部で変更するとフィルタリングプロセスに干渉することがある。この代替例では、事前補正要素２３４は、ユーザー端末のアナログ式アップ変換・変調ステージ（２３０）の周波数選択又は制御メカニズムの１部を形成することがあり、これによって、適切に調整された周波数を用いてディジタル信号を所望の送信周波数に１ステップで変換する。
受信済み通信信号又は１つ以上の共用リソース信号に関する１つ以上の測定済み信号パラメータを、技術上既知のさまざまな技法を用いてゲートウェイに送信することができる。例えば、このような情報は別々の情報信号として転送したり、ユーザーディジタルベースバンド回路２２２が作成した他のメッセージに添付することもできる。こうする代わりに、情報を、制御プロセッサ２２０の制御下で送信変調器２２６又は送信出力コントローラ２２８で事前決定済み制御ビツトとして挿入することもできる。
データ受信機２１６Ａ−Ｎと探索受信機２１８は、信号相互関係要素で構成されて、特定の信号を復調し、追跡する。探索受信機２１８を使用して、パイロット信号、或いは他の相対的に固定されたパターン強度信号を探索する。一方、デジタル音信機２１６Ａ−Ｎを使用して、検知したパイロット信号と関係する他の信号を復調する。それ故に、それらの装置の出力をモニターして、パイロット信号或いは他の信号のエネルギー或いは周波数を求めることができる。それらの受信機は、現在の周波数及びタイミング情報を提供するするためにモニターされる周波数探索要素を使用して、プロセッサー２２０を制御して信号を復調する。
コントロールプロセッサー２２０はそのような情報を使用して、受信信号が、適当なある周波数バンドに拡大・縮小されるときに、予期する受信周波数或いは発信器周波数からどの程度オフセットしているかを求める。周波数エラー及びドップラーシフトに関連するこの情報及び他の情報は、以下に説明するように、所望ならば、１つ以上のエラー／ドップラー保存器或いはメモリ要素２３６に保存されることができる。コントロールプロセッサー２２０がこの情報を使用して、発信器動作周波数を調整する、或いはこの情報は、種々の通信信号を使用してゲートウエイ或いは基地局へ伝送されることができる。
少なくとも１つの時間基準要素２３８を使用して、当該日の日付と時間のような年代順（chronological）情報を形成し記憶する。この情報の１つの利用としては、基地の軌道内での衛星位置を求めるための支援がある。時間は、周期的に更新され記憶される。ＧＰＳ受信機からの世界標準時（ＵＴ）信号を、幾つかの応用におけるこの処理の一部として利用することができる。時間は、またゲートウエイにより周期的にユーザー端末に供給されることができる。さらに、現在の時間は、ユーザー端末がターンオフされる時のような非活性モードに入る時各時間が記憶される。この時間値は信号パラメータとユーザー端末位置の変化に依存する種々の時間を求めるために「ターンオン」時間と一緒に使用される。一般に、ローカル発信器は、時間基準要素２３８で時間を形成し或いは追跡するために使用されるクロック回路のための基準として機能し、エラーは「時間」をドリフトさせ或いは不正確にする。
図２に示すように、ローカル或いは基準発信器２４０は、アナログ受信機２１４のための基準として使用して、所望の周波数でのベースバンドに、入来する信号をダウンコンバートする。それはまた、望ましければ、信号が所望のベースバンド周波数になるまで、複数の中間変換工程で動作することができる。図示のように、発信器２４０は、また、リバースリンク伝送のためにベースバンドから所望の搬送周波数へアップコンバートするための、アナログ送信機２３０の基準として利用される。それ故に、ローカル発信器エラーは、入力及び出力信号処理の両方に影響を与える。
発信器２４０はまた、タイミング回路２４２の基準或いは周波数標準として利用される。タイミング回路２４２は追跡回路、デジタル受信機２１６Ａ−Ｎ及び２１８における相関器、或いは送信変調器２２６、時間基準要素２３８、及び制御プロセッサー２２０のような、ユーザー端末２００内の処理要素或いは他の段階のためのタイミング信号を形成する。発信器出力の周波数は当該技術に周知である望ましいタイミング信号を形成するために、既知の回路を使用して調整される。このようなタイミング信号は、典型的には多くの回路のためのクロック信号として称される。タイミング回路２４２は、プロセッサーによる制御の下で、クロック信号の相対的なタイミングを進める、或いは遅延或いは遅らせるように構成することができる。すなわち、タイム追跡は、所定の量だけ調整することができる。これはまた、符号を適用することを、望ましければ、ＰＮコード或いはコードを作成するチップを異なるタイミングで適用できるように、典型的には１つ以上のチップ期間だけ、「通常の」タイミングから進める或いは遅らせることを可とする。
このことから、発信器２４０の出力が、出力される通信信号の形成におけると同様に、通信信号の受信と復調においてキーとしての役割を担う理由が明らかである。発信器２４０による周波数出力のエラー、或いは使用中のこの周波数のドリフトが、使用される周波数の値及びユーザー端末の事実上の全ての入力と出力段階のためのタイミングと使用される周波数値に影響を与える。
ゲートウエイ１２０と１２２、或いは基地局で利用される例示的な送信及び受信装置３００が図３に示される。図３に示されたゲートウエイ１２０、１２２は通信信号を受信するためのアンテナ３１０に接続された１つ以上のアナログ受信機３１４を有している。受信信号は、それから当該技術で既知の種々の方式を使用してダウンコンバートされ、増幅され、デジタル化される。多重アンテナ３１０は、幾つかの通信システムで使用される。アナログ受信機３１４によりデジタル化された信号出力は、３２４で通常点線により示したように、少なくとも１つのデジタル受信機モジュールに入力として供される。
各デジタル受信機モジュール３２４は、ゲートウエイ１２０、１２２及び１つのユーザー端末１２４、１２６の間の通信を管理するために使用される信号処理要素に対応するが、ある変更は当該技術に既知である。１つのアナログ受信機３１４は、多くのデジタル受信機モジュール３２４に入力を供給し、多くのそのようなモジュールは、いずれかの与エラーれた時刻で操作される可能なダイバーシティモード信号と衛星ビームの全てに適応するためにゲートウエイ１０２において典型的に使用される。各ディジタル受信機モジュール３２４は１つ以上のディジタルデータ受信機３１６と探索受信機３１８を有する。探索受信機３１８は一般にパイロット信号以外の信号の適当なダイバーシティモードを探索する。通信システムで実施されるところで、多重ディジタルデータ受信機３１６Ａ−３１６Ｎがダイバーシティ信号の受信に使用される。
データ受信機３１６の出力は、当該技術に周知であり、ここではさらに詳細な説明はしない装置を備える次のベースバンド処理要素３２２に提供される。例示的なベースバンド装置は、各々のユーザーに対する１つの出力中にマルチパス信号を結合するための復号器とダイバーシティ結合器を含んでいる。例示的なベースバンド装置はまた、典型的にはディジタルスイッチ或いはネットワークに出力データを供するためのインターフェイス回路を有する。これに限られるものではないが、ボコーダー、データモデム、及びデジタルデータスイッチング及び記憶要素のような、他の種々の既知の要素が、ベースバンド処理要素３２２の一部を形成することができる。それらの要素は、また１つ以上の送信モジュール３３４へデータ信号の伝送を制御し、向けるように動作する。
ユーザー端末へ送信される信号は、各々１つ以上の送信モジュール３３４に連結される。典型的なゲートウエイは、複数のそのような送信モジュールを使用して、ある時に多くのユーザー端末１２４、１２６に、及びある時に幾つかの衛星とビームにサービスする。ゲートウエイ１２０，１２２により使用される複数の送信モジュール３３４の数は、システム複雑さ、視野内の衛星の数、ユーザー容量、選択されたダイバーシティの程度などの当技術で周知のファクターにより求められる。
各送信モジュール３３４は、伝送用データをスペクトル拡散変調する、及び出力するディジタル信号に使用する伝送パワーを制御するデジタル伝送パワー制御器３２８に連結された出力を有する伝送変調器３２６を有する。ディジタル伝送パワー制御３２８は、干渉減少及び資源割当の目的で最少レベルのパワーを適用するが、伝送路中の減衰及び他の路移動特性を補償するために必要な時は、適当レベルのパワーを適用する。少なくとも１つのＰＮ発生器３３２が、信号の拡散において送信モジュレーター３２６により使用される。この符号形成器は、またゲートウエイ１２２、１２４、或いは基地局１１２で使用される記憶要素或いは１つ以上の制御プロセッサーの機能的部分を形成することができ、タイムシェアーされる。
送信パワー制御器３２８の出力は、加算器３３６に送信され、そこで、それは他の送信パワー制御回路からの出力と加算される。それらの出力は、同じ周波数で及び送信パワー制御器３２８の出力と同じビーム内で、他のユーザー端末１２４，１２６に伝送するための信号である。加算器３３６の出力は、ディジタルーアナログ変換、適当なＲＦ搬送周波数への変換、さらに増幅、フイルターリング、及びユーザー端末１２４，１２６に放射するための１つ以上のアンテナ３４０への出力、のためにアナログ送信器３３８に供される。アンテナ３１０、３４０は通信システムの構成と複雑さに依存して同じアンテナとすることができる。
少なくとも１つのゲートウエイ制御プロセッサー３２０は、受信機モジュール３２４、送信モジュール３３４、及びベースバンド回路３２２に連結される。３つの装置は、互いに物理的に分離されることができる。制御プロセッサー３２０は、以下に限定されないが、信号処理、タイミング信号形成、パワー制御、ハンドオフ制御、ダイバーシティ結合、及びシステムインターフェイスのような有効な機能のために、命令と制御信号を供する。さらに、制御プロセッサー３２０はユーザー通信で使用のための特定の送信機と受信機或いはモジュール、及び直交符号シーケンス、ＰＮ拡散符号を割り当てる。
制御プロセッサー３２０はまたパイロット、同期化、及びページングチャネル信号及び送信パワー制御器３２８へのそれらの連結を制御する。
パイロット信号或いはチャネルは、データにより変調されないただの信号であり、送信変調器３２６に向けた変化しないフレーム構造タイプの或いは各変化しないパターンの入力を使用することができる。すなわち、パイロット信号のためのチャネルを形成するために使用される直交関数、ウォルシュ符号は、一般的に、全て１の或いは０の、或いは、散らばした１と０で構成されたパターンのような周知の繰り返しの多いパターンのような定数を有する。これは有効な結果として、ＰＮ発生器３３２から適用されたＰＮ拡散符号のみを送信することになる。
制御プロセッサー３２０は、送信モジュール３３４或いは受信モジュール３２４、のようなモジュールの要素に直接連結されることができるが、各モジュールは一般的に、送信プロセッサー３３０や受信プロセッサー３２１のようなモジュールー特定プロセッサーを具備する。それは、そのモジュールの要素を制御する。それ故に、図３に示したように、好ましい実施形態において、制御プロセッサー３２０は、送信プロセッサー３３０と受信プロセッサー３２１に連結される。このようにして、信号制御プロセッサー３２０は多数のモジュールの動作と資源をより効果的に制御することができる。送信プロセッサー３３０は、パイロット、同期化、ページング信号、及びトラヒックチャネル信号の形成と、それらの信号パワーを制御する。受信機プロセッサー３２１は、復調のためのＰＮ拡散符号を、探索すること及び受信パワーをモニターすることを制御する。
共有されたパワー制御のような、或る動作に関して、ゲートウエイ１２０と１２２は、受信した信号の強度、周波数測定値、或いは通信信号中のユーザー端末からの他の受信信号パラメータのような情報を受信する。この情報は、受信プロセッサー３２１によりデータ受信機３１６の復調された出力から引き出されることができる。代わって、この情報は、制御プロセッサー３２０、或いは受信プロセッサー３２１によりモニターされている信号中の予め定められている位置で発生するときに検知されることができ、そして制御プロセッサー３２０に送信される。制御プロセッサー３２０はこの情報を使用して、（以下に記述するように）送信パワー制御機３２８とアナログ送信機３３８を使用して送信及び処理される信号のタイミングと周波数を制御する。
本願発明の実施形態を実施するために、１つ以上の事前補正機（pre-corrector）或いは周波数事前補正要素３４２と３４４が使用される。好ましくは、事前補正要素３４２を使用して、ベースバンド周波数でディジタルパワー制御機３２８のディジタル出力の周波数を調整する。ユーザー端末におけるように、周波数調整を含むベースバンドスペクトル情報がアナログ送信機３３８で実施されるアップコンバージョンの期間に、適当なセンター周波数に変換される。周波数プレーコレクションが、上記で説明した複合の信号回転のような、当該技術で既知の技術を使用して成し遂げられる。ここでは、回転の角度が既知の衛星天体暦と所望のチャネル周波数に基づいて計算される。
第３図に、加算機３３６に先行する伝送路に配置される事前補正機３４２を示す。これが、希望に応じて各ユーザー端末信号上での個別の制御を可能にする。しかし、ユーザー端末はゲートウェイから衛星への同じ伝送路を共用するので、加算機３３６の後で事前補正が実施されるときは単一周波数事前補正要素が使用できる。
代案として、周知の技術を使用して送出信号の周波数を調節するためにアナログ送信機３３８の出力の伝送路に事前補正機３４４を配置することができる。しかし、アナログ送信機の出力の周波数を変更することは一層難しく、信号濾過処理との干渉を生じるかもしれない。代案として、アナログ送信機３３８の出力周波数は、正常な中心周波数からオフセットされた、シフトされた出力周波数をもたらす制御プロセッサ３２０によって直接調節できる。
送出するユーザー端末信号（フォワードリンク）に加えられる周波数補正の量は、ゲートウェイと各衛星との間の、それを通じて通信が確立される、既知のドップラーに基づく。衛星・ドップラーを満たすに必要なシフトの量は既知の衛星軌道位置データを使用して制御プロセッサ３２０によって計算できる。このデータはルックアップテーブルまたはメモリ素子のような記憶素子３４６の１つまたはそれ以上へ記憶し、検索することができる。このデータはまた、希望すれば他のデータソースからももたらされる。ＲＡＭやＲＯＭ回路、または磁気記憶装置のような周知のさまざまなデバイスが記憶素子３４６を構成するために使用できる。この情報は所定の時間にゲートウェイにより使用される各衛星のためのドップラー調整を確立するために使用される。
第３図に示すように、時間と周波数ユニット（ＴＦＵ）３４８がアナログ受信機３１４用の基準周波数信号をもたらす。ある種の用途には、この処理の一部としてＧＰＳ受信機からの汎用時間（Universal Time）（ＵＴ）信号が使用できる。それは、望ましいときは、多重な中間変換ステップにも使用できる。ＴＦＵ３４８はアナログ送信機３３８の基準としても役立っ。ＴＦＵ３４８はまた他の各ステージや、ゲートウェイ内やベースステーション３００内の処理素子（デジタル受信機３１６ＡーＮや３１８の相関器、または送信変調器３２６、および制御プロセッサ３２０のような）へタイミング信号をももたらす。ＴＦＵ３４８はまたプロセッサの制御のもとで、（クロック）信号の相対的タイミングをあらかじめ決定された量だけ遅らせまたは進ませるようにも構成される。
通信システム１００の作動中は、ゲートウェイで発生される搬送周波数ｆFを使って、ゲートウエイ（１２０、１２２）からユーザー端末（１２４、１２６）へ送信される通信信号Ｓ（ｔ）は時間遅延、ドップラーによる周波数シフト、およびその他の影響を受ける。１番目にゲートウェイから衛星（１１６、１１８）への伝送中に、そして２番目に、衛星からユーザー端末へ伝送するときに。信号が受信されると、戻り信号の送出にそしてユーザー端末（１２４、１２６）から衛星（１１６、１１８）へそして再度衛星からゲートウェイへの移行中のドップラーにさらなる遅延が存在する。
もし大気の影響または衛星のトランスポンダーや送信機の特性によるたいていの変動が無視できる影響として処理されるならば、受信機へ到達する信号の周波数は本質的に（見かけ上）当初の絶対または基準周波数ｆFからドップラー効果だけシフトされる。したがって、フォワードリンク上のあるゲートウェイからの、衛星により受信される通信信号は下式の関係に従った新たなまたはシフトされた搬送周波数ｆSatFを有する：
式（１）
ｆSatF＝ｆF（１−γgs／ｃ）、
ここに、γgsはゲートウェイ対衛星の相対速度、すなわち時間経過にともなう分離距離やレンジの変化（レンジレートと呼ぶ）であり、ｃは光速であり、伝送媒体（空気）中の信号の速さにほぼ等しい。
このドップラーシフトを受ける通信信号が同じ周波数（ｆsatF）で衛星から再送信され、そしてそれからユーザー端末によって受信されるときは、それらは下式の関係に従った別の新たな搬送周波数ｆUrecで受信される：
式（２）
ｆUrec＝ｆsatF（１−γgs／ｃ）＝ｆF（１−γgs／ｃ）（１−γsu／ｃ）
ここに、γgsは衛星対ユーザー端末の相対速度、すなわちレンジレートである。ユーザー端末によって受信される搬送周波数ｆUrecはドップラーによりシフトされた送信搬送周波数ｆSatFであり、その程度はこの点では不明である。
もしユーザー端末受信機がこの新たな周波数（ｆUrec）を受信し、そして同じ周波数で信号を返送または送信するように調整されるならば、ユーザー端末からゲートウェイへ到着する返送リンク信号は下式の関係に従った新たな搬送周波数ｆGrecを有する：
式（３）
ｆGrec＝ｆUrec（１−γsg／ｃ）（１−γus／ｃ）
ここに、γusはユーザー端末対衛星の相対速度、すなわちレンジレートであり、それはγusに等しい。γsgは衛星対ゲートウェイの相対速度であり、それはγgsに等しい。
上記の関係では単一の名目上の周波数が使用されると仮定している。しながら衛星通信システムは周知の理由で、フオワードおよびリバース通信リンクのさまざまな部分に、より一層典型的にさまざまな名目上の周波数、すなわち周波数帯を使用して形成される。例えば、それらは干渉を最小にするために、あるいは衛星内の増幅器の制御や利得の機能を高めるために使用される。そこで、ゲートウェイ対衛星、衛星対ユーザー端末、ユーザー端末対衛星、および衛星対ゲートウェイの各リンクごとにさまざまな中心周波数や名目上の周波数が使用される。例えば、あるゲートウェイは信号をｆF1で送信するが、フォワードリンク衛星対ユーザー端末信号送信は名目上の周波数ｆF2で発生し、ユーザー端末によって送信されるリバースリンク信号は名目上の周波数ｆR1であり、そしてリバースリンク衛星信号は名目上の呼び周波数ｆR2となる。この情況では、これらのリンクで受信される信号周波数ｆSatF、ｆUrec、ｆsatR、およびｆGrecはそれぞれ、ドップラー・シフト後に下式のようになる：
式（４）    ｆSatF＝ｆF1（１−γgs／ｃ）
式（５）    ｆUrec＝ｆF2（１−γsu／ｃ）
式（６）    ｆSatR＝ｆR1（１−γus／ｃ）
式（７）    ｆGrec＝ｆR2（１−γsg／ｃ）
しかしながら、内容を明瞭にするため、ある概念を除いて、以下の記述は一般的にゲートウェイからユーザー端末までのフォワードリンクに１つの周波数、リバースリンクに１つの周波数という２つの周波数を使用することに制限するものとする。その結果としてリンク信号の相対関係は下式のようになる：
式（８）    ｆUrec＝ｆF（１−γgs／ｃ）（１−γus／ｃ）
式（９）    ｆGrec＝ｆR（１−γus／ｃ）（１−γsg／ｃ）
ここに、ｆF＝ｆF1＝ｆF2およびｆR＝ｆR1＝ｆR2。
さまざまな多重周波数環境においてこの発明の教示がどのように当てはまるかを当業者は容易に理解するであろう。
衛星ベースの通信システムにおいて、軌道内にある所定の時間における衛星の位置と相対運動は大きな確実性で知られる（天体暦で知られる）。衛星の位置は時間につれて変わるので、そうした変動や、新たな位置や軌道を正確に測定する既知の技術が存在する。例えば、速度や距離の変化を測定するために信号がゲートウェイから衛星へと転送され、返送され、そして予め記憶されたデータと比較される。したがって、ルックアップテーブル、メモリ素子、補間（interpolation）、さまざまな計算技術のような既知の技術を使用して、通信システムに使用される各衛星の、ゲートウェイとの相対的な位置や運動が判明する。この情報は各ゲートウェイで記憶や計算されまたは周期的に集中制御センターから提供されることができる。
いずれの場合も、既知の衛星位置や運動の情報を使用して、いずれの通信リンクのゲートウェイ対衛星（１−γgs／Ｃ）および衛星対ゲートウェイ（１−γsg／Ｃ）の経路や部分についてのドップラー係数は決定可能または既知の数量である。これらのドップラー値は、事実上いかなる衛星とゲートウェイとの通信リンク組合せにおいても、あるゲートウェイによって発生または決定できる。
したがって、衛星対ゲートウェイ経路のドップラー名をＤ1とし、衛星対ユーザー端末経路のドップラー名をＤ2とすれば、ｆGrecとｆUrecについての上記の関係は下式のように書きなおせる：
式（１０）    fUrec＝ｆFＤ1Ｄ2
式（１１）    ｆGrec＝ｆFＤ12Ｄ22
単一の名目上の周波数モード（ｆ＝ｆR＝ｆF）の場合、そして
式（１２）    ｆGrec＝ｆRＤ2Ｄ1
信号が転送されるときにゲートウェイ（またはユーザー端末）にとってＤ2を唯一の不明値とする二重名目上の周波数モード（分離したリバースリンク周波数、ｆR≠ｆF）の場合。
衛星の天体暦または軌道位置はゲートウェイにとって既知であるので、ゲートウェイはドップラーを予め補正することができる。すなわち、ゲートウェイは信号の伝送に先立って、使用される特定の衛星のゲートウェイ対衛星ドップラー（Ｄ1）の信号の周波数を調節する。これは、例えば、第３図に関連して前述した事前補正素子を使って行なわれる。この場合には、受信周波数fGrecとｆUrecとは下式のようになる：
式（１３）    ｆUrec＝ｆFＤ2
式（１４）    ｆGrec＝ｆRＤ2Ｄ1
既知のドップラー（Ｄ1）を除去または補正するために、後半の周波数はゲートウェイによる受信時に調整される。代に、フォワードリンク送信は、あるシステム内の当初の伝送中と同様にリターンリンクの既知のドップラー（Ｄ１）に関して事前補正されることもできる。
しかしながら、前述のように、ユーザー端末の基準発振器は予期される受信または送信周波数ｆFまたはｆRで、正確に作動していないかもしれない。かわりに、不正確さや発振器のドリフトのために、発振器の出力はエラーχだけシフトされ、エラーは典型的に百万分のいくつか（ｐｐｍ）の単位での、希望周波数の小数部として表現される。このエラー要素はｆFまたはｆRを、それぞれ周波数オフセットｆOffFまたはｆOffRに増大させる。すなわち、発振器は、直接に、または希望する変換処理を通じて予期される或いは望ましいｆFやｆR周波数にスケールされる（scaled）ために、それらの周波数を供するのに適切した周波数では作動していない。正規化されたフォワードやリバースリンク信号周波数のオフセット（スケールされた（scaled）周波数）は下式にしたがいエラーχと関係づけられる：
２周波数モードの場合、
χ＝ｆoffF／ｆF＝ｆoffR／ｆR
および
４周波数モードの場合、
χ＝ｆoffF1／ｆF1＝ｆoffF2／ｆF2＝ｆoffR1／ｆR1＝ｆoffR2／ｆR2
従って、通信信号がユーザー端末により受信されるとき、「測定された」搬送周波数ｆMUrecは下式の関係として送信周波数ｆFへ関係づけられる：
式（１５）
ｆMUrec（１＋ｆoffF/ｆF）＝ｆFＤ1Ｄ2
ｆMUrec＝ｆFＤ1Ｄ2/（１＋ｆoffF／ｆF）
または
式（１６）
ｆMUrec＝ｆFＤ1Ｄ2/（１＋χ）
もしゲートウェイが使用中の特定な衛星について、ゲートウェイ対衛星ドップラー効果（Ｄ1）に対して信号を事前補正する場合は、下式のようになる：
式（１７）
ｆMUrec＝ｆFＤ2/（１＋χ）
ユーザー端末は、それから、衛星対ユーザー端末のドップラー効果（Ｄ2）を計上するために事前補正を使用して、リバースリンク信号を周波数ｆRで送信する。しかしながら、この事前補正の係数には発振器のエラーまたは周波数オフセット要素（１＋χ）を含み、そして周波数エラーχまたはオフセットｆOffR／ｆRもまたこの信号のこの発生に直接影響して、下式の周波数で衛星へ到達する信号ｆSatRを生じるであろう：
式（１８）
ｆSatR＝ｆR（１＋ｆoffR／ｆR）Ｄ2／Ｄ2／１＋ｆoffF／ｆF）
または
式（１９）
ｆSatR＝ｆR（１＋χ）Ｄ2／（Ｄ2／（１＋χ）＝ｆR（１＋χ）2
そして、その信号がゲートウエイで受信されるときは：
式（２０）
ｆGrec＝ｆR（１＋χ）2Ｄ1
定義されたゲートウエイ、またはベースステーション、発振器によって与えられる周波数エラーは存在しない。ドップラー・シフト値Ｄ1を除去するために、この信号は、ゲートウェイにより、負のドップラー・シフトを適用することにより再びドップラー補正される。
上記の発振器エラーの解析は、システム内で解決するために別の程度の不正確さ或いは別の変数を暗示するように見える。しかしながら、周波数オフセットを得るためにそして、したがって、ユーザー端末の発振器エラーを補正するために、この発明者は現行技術で理解されるよりも複雑性の少ない解決策が存在することを明らかにした。
したがって、今回の発明に従って、往復通信信号に伴う周波数情報とドップラーとは、発振器の補正さるべきエラーを得るために独特な方法で処理される。
１番目として、ｆGrecの上記の関係は下式のように書き直せる：
式（２１）
ｆGrec＝ｆFＤ1（１＋２χ＋（χ）2）
当該の通信信号やシステムにおいて、累乗指数を持つ３項目はゼロへ近付く。これは一般的に百万分の１ないし１０の単位（１０-6−１０-5）と非常に小さい周波数エラー項目の結果であり、その２乗は実質的に測定不能な寄与（１０-12−１０-10）をもたらす。搬送周波数（ｆF、ｆR）は非常に大きく、一般的に数ギガヘルツ（１０9）の単位である。例えば、送信と受信のために典型的な名目上の搬送周波数１．６１８ＧＨｚと２．４９２ＧＨｚを使用すれば、典型的な１０ｐｐｍ（１０-5）エラーがそれぞれ、１６．１８ｋＨｚと２４．９２Ｈｚの周波数オフセットを生じるが、上式の後半の項目はそれぞれ０．１６Ｈｚと０．２４Ｈｚの単位の影響を生じる。
従って、典型的な通信システムの信号については、ｆGrecについての上記の関係を下式のように縮めることができる：
式（２２）
ｆGrec＝ｆoＤ1（１＋２χ）
これは周波数エラーを決定する基礎として今回の発明に使用される。
この発明の好ましい実施形態において、周波数エラーを決定し、除去するために、各ユーザー端末では、ゲートウェイから受信した信号の名目上の搬送周波数のいずれの周波数オフセットもドップラーＤ2の結果であると仮定する。すなわち、その発振器（ｆFの基準として使用される）に基づく、予期される周波数ｆFからのｆMUrecのオフセットはＤ2として取り扱われる。したがって、同じ衛星を介しての同じゲートウェイへの信号の送り返しにおいて、ユーザー端末はその送信周波数を調整することによりこの認められたドップラーＤ2を補正する。これは、例えば、Ｄ2の２乗と等しい大きさを有する負のドツプラー係数を適用するために前述の事前補正素子を使用することによりおこなわれる。
信号が衛星へ到達するとき、存在するはずであったＤ22係数は無くなり、或いは（補正されて）除かれ、衛星でのリバースリンクに関する受信信号周波数ｆSatRは下式のようになる：
式（２３）
ｆSatR＝ｆR（１＋２χ）
そしてゲートウエイでは：
式（２４）
ｆGrec＝ｆRＤ1（１＋２χ）
上述のように、ゲエートウェイはＤ1についての値を知っており、そして受信した信号の周波数が決定されると、既知のドップラー効果を補正して、存在しているＤ1係数を除去することができる。繰り返しになるが、Ｄ1と等しい大きさを有する負のドップラー係数を適用するために前述の事前補正素子を使用することである。したがって、このドップラー補正後にゲートウェイで受信される往復信号の周波数は、下式のようになる：
式（２５）
ｆGrec＝ｆR（１＋２χ）
または
式（２６）
ｆGrec＝ｆR（１＋２ｆOffR／ｆR）＝ｆR＋２ｆOffR
ゲートウェイは、この受信した搬送信号周波数、（測定された）ｆGrecと、予期する伝送周波数、（システム中で割り当てられた）ｆRとの両方を知っているので、発振器のエラーまたはユーザー端末でのエラーにより生じるこのリンクのオフセットを下式に従って計算できる：
式（２７）    （ｆGrec−ｆR）／２ｆR＝χ
および
式（２８）
（ｆGrec−ｆR）／２＝ｆOffR
ｆOffR／ｆR＝χ
ユーザー端末によってゲートウエイに戻された信号は、発振器エラーによって作り出された周波数オフセットを２回、またはエラーを２回単に組み込んでいる。ユーザー端末において、信号がゲートウェイから受信された時、エラーが因数分解され、そしてエラーが追跡され、あるいはその周波数が測定される、及びゲートウェイ或いは基地局に送信するために応答信号を発生させた時に再び行われるエラー。受信周波数と予期される周波数間で測定された差は、エラーオフセット（ここではｆOFFR）を提供するために半分に分割され、エラーＸを提供するためにユーザー端末の発振器周波数（ｆOFFR／ｆR）にスケールされる。
この時点で、ゲートウェイまたは基地局は、発振器エラー情報が要望されている、通信中の特定のユーザー端末（１２４、１２６）の各々に対する発振器のエラーの決定を行っている。ユーザー端末発振器のエラーまたはオフセット情報を、各々の対応するユーザー端末に逆送信し、その端末が発振器周波数を補正することを可能とする。
周波数測定を実施するための１つの実施形態が図４に図示されており、それはユーザー端末またはゲートウェイ受信機において使用するための周波数トラッキングループ４００の概観を表わしている。図４において、アナログ受信機からの通信信号がロテータ４０２に入力され、ロテータ４０２は予め選択されている周波数または位相回転量で動作して、サンプルを次の段階に転送する。回転されたサンプルは、それぞれ使用されるところにおいて、適切なシステムＰＮ拡散及び直交コードと組み合わせるために、典型的に掛け算器である、１つまたはそれ以上の組み合わせ要素４０４に各々送られる。これらのコードは少なくとも１つのコード発生器またはコード源４０６によって提供される。周波数トラッキング用には、直交コードは通常パイロットまたはページング信号を発生させるために使用されるものである。あるいは、ＰＮ拡散コード及び直交コードが共に組み合わせられ、その後１つのステップでサンプルと組み合わせられることができる。周波数を調整するためにトラヒックチャネルを使用する場合、コンパイナ４０４とコード発生器４０６の代わりにＦＨＴ要素が使用され得る。この技術は、本発明の譲受人に譲渡され、参照してここに組み込まれる。「直交ウオルッシュ変調用の周波数トラッキング」（ＨＦｒｅｑｕｃｙ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ  Ｆｏｒ  Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｗａｌｓｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）と題された、米国特許出願番号第０８／６２５、４８１号に示されている。
逆拡散され及び復号された信号は、既知のように、アキュムレータ４１４において符号期間を通して蓄積され、データ符号を提供し、その結果がベクトルクロス乗積（product）発生要素または発生器４１８と一符号時間遅延要素４１６の両方に提供される。遅延要素４１６は符号をクロス乗積発生器４１８に符号を転送する前に、一符号期間の遅延を提供する。クロス乗積発生器４１８は与えられた符号とその前の符号との間（符号期間）にベクトルクロス乗積を形成し、符号の間の位相エラーを決定する。パイロット信号に対しては、これは入力信号の位相回転におけるエラーの程度を提供する。クロス乗積発生器４１８からの出力は周波数エラー推定値または調整要素として、ロテータ４０２とコード発生器４０４に提供される。
デシメーション（decimation）、逆拡散及び復号プロセス用のタイミング制御は、以前のように、タイミング制御回路４２４のような回路構成によって提供される。このタイミングは、前述のように、１つ以上の時間トラッキングループまたは制御要素からの出力として提供されてよい。
各々のフィンガーまたはデジタル受信機が入力信号と整列するために、その位相または周波数を調整する量が、到着信号の相対的周波数オフセットを決定するために使用される。つまり、信号を整列させるためにデシメータ（decimator）を調整しなければならない量が、到着信号周波数が受信機用の予期する或いは局部基準周波数からオフセットしている量を示す。
通信システムは通信信号用に固定された組の周波数帯域内で動作するので、受信機は使用または予期すべき中心或いは名目上の搬送周波数を知っている。しかしながら、ドップラーの結果として、到着信号は予期された中心周波数にはないであろう。上述の調整がオフセットを限定し、そのオフセットを使用してドップラー及び到着信号の実際の周波数を決定することができる。
これは周波数トラッキングループ４００によって実施される全変化量をトラッキングする（tracking）ことによって容易に達成される。予め選択された期間に亙るエラー推定値、信号またはコマンドの各々を単に蓄積し、合計するために、アキュムレータ（accumulator）４２２を使用することができる。これは到来信号と受信機周波数を整列させるために必要な全変化量または正味変化量を提供し、適当な周波数帯域にスケールされた、ローカルユーザー端末或いは受信機周波数からの信号の周波数オフセットを表わす。
本発明が使用する方法またはプロセスが図５のフローチャートに図示されている。このプロセスの間に、１つかそれ以上のユーザー端末における相対的周波数オフセットまたはエラーが決定される。そして検出されたエラーを使用して、信号復調の間に周波数エラーを補償する。
図５に示すように、ステップ５００において、通信信号が名目上の周波数ｆＦでゲートウエイにおいて発生される。この信号は典型的に、（セクター化を条件として）基地局またはゲートウェイによってサービスが提供される実質的に全てのユーザー端末がＣＤＭＡチャネル用に受信するパイロット信号のような共有されたリソース信号である。
あるいは、この信号は他の共有されたリソース、あるいはゲートウェイによって定期的に送信されるページング信号または同期化信号のような強い信号であってもよい。送信の前に、ステップ５１２において、出て行く信号はドップラーに関して事前補正される。つまり、ゲートウェイと、信号が所定の衛星を介して転送されている該衛星との間を移動する信号に関して発生する既知のドップラー効果が補償される。この事前補正は、上述のように、送信列（the transmission train）において周波数事前補正要素を使用することによって達成することができる。送信前に信号の周波数を調整する技術は業界で周知であり、ここではこれ以上詳細には説明しない。衛星ドップラーを計上するために必要なシフト量は、一連のルックアップテーブルまたは情報記憶装置から導き出すことができるし、あるいは、ステップ５１０において既知の衛星軌道位置データを使用して計算することができる。この情報を使用して、与えられたいずれの時間にフォワード信号又は出て行く信号に適用されるドップラー調整を設定する。フォワードリンク信号を転送するために衛星を使用しない場合、いずれのドップラーも典型的に未知の量であり、この時点では補償されない。
所望であれば、この時点で１っの周波数事前補正要素または回路を使用することができる。なぜなら、関係するユーザー端末の全てが、ゲートウェイから衛星への同じ送信路を共有するからである。衛星が異なる副信号電波内で異なる位置を有する様々なユーザー端末に通信信号を送信する時に、経路差が発生する。
ステップ５１４において、トラヒック信号が使用されることができるが、ユーザー端末通信信号は送信され、トラヒック典型的にパイロットまたはページング信号として再度受信される。各々のユーザー端末は、ゲートウェイまたは基地局から到着する通信信号を捕捉するために、検索器タイプの受信機、または可能な通信信号及びページを検索する受信機を使用する。プロセスの一部として、受信機は通信信号を検出するために、幾つかの周波数とＰＮコード、仮説、または予測される可能性のある値を検索する。ステップ５１６において、ユーザー端末は到来する通信信号の周波数を追跡し、その周波数を測定するか、あるいはステップ５１８において、ユーザー端末発振器出力に基づいて、（通信システムによって設定された）予期されたフォワード周波数からの差またはオフセットを決定する。
次にステップ５２０において、ユーザー端末は、同じ衛星を通したゲートウエイへの送信のために通信信号を作成する。ユーザー端末は、図２との関連で上述したタイプのベースバンド、デジタル変調、及びアナログ回路構成を使用する。応答信号はトラヒックチャネルに呼び出しをするようにとの要求であっても、ページングまたは放送信号に対する応答であっても、あるいは他のタイプの既知の信号であってもよい。この信号は基準として発振器を使用して単に作成されるのではなく、衛星とユーザー端末間のドップラー効果を補償するために、基本の信号（basic signal）を作成した後、ステップ５２２において調整された周波数を有する。
ステップ５２２においてユーザー端末によって適用される周波数事前補正は、上述のように、またゲートウェイのものと同様の方法で周波数事前補正器を使用することを含む。出ていくユザー端末信号、リバースリンク、に課される周波数補正量はステップ５１８の結果から決定される。
各々のユーザー端末によって送信される信号は、ステップ５２６において、適当な衛星によってゲートウェイに転送され、そこで予期されたリバースリンク信号周波数に対する周波数または周波数オフセットがステップ５２８において測定される。転送された信号に周波数事前補正を適用する構成で、衛星が動作していない限り、ゲートウェイに到着する信号は付与されたドップラーシフトを有する。従って、ゲートウェイが既知の（ステップ５１２）ドップラーオフセットを、測定された周波数から差し引くことによって、このドップラーシフトをまず補償する。別の態様では、所定の衛星から受信した全ての信号は、検索受信機がこのような信号を捕捉し、及びそれらの周波数オフセットを決定しようとする前に適用されたドップラーの自動的な補正量を有することができる。
いずれの場合にも、ステップ５３０において、除去された既知のドップラーで、ゲートウェイは受信した周波数ｆGrecと予期されるリバースリンク周波数ｆR（システムにおいて設定され、既知である）用のゲートウェイ基準との間の差を測定する。ステップ５３２において、その結果が半分に分割され、推定された発振器オフセットエラー（ｆOff）を形成する。このオフセットは、最終的なエラー値Ｘを形成するために、ユーザー端末発振器の周波数にスケールされる。次にステップ５３４において、発信器エラーはフォワードリンク信号の一部として、対応するユーザー端末（１２４、１２６）に送信されることができる。
次に、ステップ５３６において、ユザー端末は業界で周知の多数の技術を使用して、発振器出力周波数を調整する。この調整は、各々の通信リンクが設定される前、あるいは通信中頻繁に、周期的な間隔で行うことができる。補正間隔またはタイミングの選択は所望の最低システム精度に基づき、またエラーの大きさに関するしきい値または以前の補正からの所定の時間の経過に基づくこともできる。これらは業界で周知の要素であり、使用中の周波数の予期されるドリフト、及び特定のユーザー端末発振器の変化にも一部基づいており、それは動作環境によっても影響されることがある。
一部の通信システムでは、ユーザー端末の発振器は細かな周波数調整または同調能力を有していないかもしれない。つまり、発振器は使用中の調整能力を持たずに、１つの固定された周波数で操作するように予め設定されているか、あるいは細かな同調をせずに、予め選択された周波数セットを使用するように構成されているかも知れない。非常に安価な通信の解法（solution）を提供するために、商業的に重要であると考えられる一部の通信システムにおいて、費用を考慮した上でこれらの構成が使用されているかもしれない。このようなシステムでは、多くのユーザー端末が発振器出力を実際に変更するために検出された発振器エラーを使用することができないであろう。
しかしながら、ユーザー端末がエラーを補償するために発振器周波数を調整することができない場合でも、情報ゲートウェイ受信機がそのユーザー端末からの信号を捕捉し、追跡するために使用するように、ユーザー端末は次の信号送信においてエラー決定情報を含むことができる。ユーザー端末はそうすることが可能であるとすれば、基準周波数を調整したであろう量を受信ゲートウェイに通知する。既知のドップラーが使用されるのと同じ方法で、この情報がゲートウェイまたは基地局において使用され、信号を捕捉し追跡するための検索器周波数を調整する。
それに加えて、発振器の細かな同調が利用できない場合、発振器は図５のステップ５２２において使用したように、受信信号においてドップラーを補償することができないかもしれない。この状況では、ユーザー端末はステップ５１８においてオフセット値を決定し、この情報をゲートウェイに提供することができる。これはステップ５２４においてのように、リバースリンク信号に情報を埋め込むか、あるいは追加することによって、あるいはこのような情報をデータとして転送するためだけの信号を発生させる（５２０）ことによって実施することができる。ユーザー端末からの実際に測定されたリバースリンク信号及びこのデータで、ゲートウェイは上述のように発振器エラーを決定することができる。
しかしながら、ユーザー端末は発振器周波数を調整していないので、ステップ５３８において、ユーザー端末は発振器エラーを受信し、記憶要素２３６等に記憶する。そしてステップ５４０と同様に、この情報がゲートウエイへの次の通信信号中に追加され、埋め込まれ、あるいは別な方法で送信される。ここでは、線５４２によって示されるような周波数の事前補正は行われない。
上述の周波数調整は周期間隔で、また所望とあれば、特定の通信システムの正確さを保つように行われる。ユーザーの端末がエラー値をメモリ又は他の公知の保存装置に保存したときは、エラー値は幾つかの予め定められたベース（basis）に基づいて回復されて、与えられた時間に発信器エラーの概算額を受信するゲートウェイに知らせる。エラー値はアクセス要求メッセジの一部として送ることができるか、又はトラヒック信号の一部を形成することができる。エラーは特定の信号中の唯一のデータとして所望に応じゲートウェイへ送信されることができる。
上記の過程に従って決定されたエラー値は、周波数の代りに、又はそれに加えて、ユザー端末のタイミング又は時間を調整するためにも用いることができる。例えば、ユーザー端末によって計算され、又はそれに保存されているローカル時刻は、発信器周波数のエラーによって生じたエラーを満たすように調整することができる。ユーザー端末制御プロセッサは周期的ベースで、又はスタートアップ時のいずれかに、メモリに保存されている時間値を変更させることができる。このようにして、ある信号処理タスクによってユーザー端末に保持されているか、及び／又は保存されて、その後ユーザー端末によってアップデートされた時刻は、一層正確に維持されることができる。これは、不活性から活性作動モードへ変わるときのように、又は時間情報が信号を取得するために用いられる「冷たい」か又は「暖かい」として定義されてるものを経験しているときのように、ユーザー端末の状態の変化にとって特に重要である。
更に、ＰＮコードのタイミングは所定数のチップによってそのようなコードの適用を進めるか又は遅らせるかすることによって調整し、オシレーターのエラーによって与えられタイミング・エラーを満たすことができる。このような調節は上述のクロック／タイミング要素のための制御入力を用いて設定することができる。ユーザー端末内で用いられる信号のタイミングを受信し、又は傍受し、そして調節するため、当業において知られている他の回路も用いることができる。
通信信号のための周波数測定は、通信リンク・設定中か或いは実際の通信期間の間のいずれかの間に行うことができる。もし測定が呼び出しの設定又は確立中に行われるときは、ユーザー端末１２４，１２６によって測定されている信号はページング信号の一部として般にゲートウェイ１２２，１２４から送信される。この信号に対する「再送信」のプロセスはアクセス信号又はアクセスチャネルプローブの一部として一般的に達成される。もし呼び出し中に周波数測定がおこなわれれば、測定中の信号はゲートウェイ１２２、１２４から送信され、次にフォワード及びリバースリンクトラヒック信号の一部として戻される。関連の技術に精通する者にとって明らかなように、測定された信号は本発明の精神及び範囲から外れることなく、他の機能又はラベルを持つか、又は他の信号に含まれるか又はその一部を形成することができる。
上記のアプローチによってユーザー端末の発信器のエラーを検出し矯正し、又は補正する手法を改良できるのではあるが、もし衛星ユーザー端末のドップラーシフテイングもまた決定されるならば、システム操作に一層の改善が得られる。このことは、上述の表現に立ち返り、そしてドップラー効果の代りに周波数エラーを予備補正によって達成できる。
本発明のこの代替の実施態様では、各ユーザー端末は、ゲートウェイから受信した信号について、ローカル的に発生した搬送中心周波数からの受信した搬送周波数のいずれのオフセットも発信器・エラーχ又はオフセットｆOHFの結果である、と想定する。信号をゲートウェイ又は基地局へ戻し送信する場合に、ユーザー端末は再度送信周波数を調整することによって、感知した発信器エラーを補正する。信号が衛星衛星へ到達すると、発信器・エラーは予備補正（補償）されて、
ｆSatRT＝ｆR（１＋χ）Ｄ2／（１＋χ）／Ｄ2）＝ｆRＤ22  （２９）
の衛星でのリバースリンクのための受信周波数ｆSatRとなる。
そして、信号がゲートウェイで受信されると、
ｆGrec＝ｆRＤ22Ｄ１  （３０）
既知のドップラー（Ｄ1）を補正し、そしてドップラー係数Ｄ2の定義の挿入後は、
ｆGrec＝ｆR［１−２（νus／ｃ）＋（νus／ｃ）2］  （３１）
となる。再び、最後の期間が、通信信号又は関心のあるシステムについて、ゼロに近づくと、又は実質的に減少した衝撃を生成すると、
ｆGrec＝ｆR［１−２（νus／ｃ）］  （３２）
及び
（ｆGrec−ｆR）／２ｆR＝−（νus／ｃ）  （３３）となり、これは衛星とユーザー端末との間のドップラーを見積もり又は決定するための基礎として用いることができる。
衛星とユーザー端末との間のドップラー・シフトを本発明によって管理する方法又はプロセスは、一部、第６図のフローチャートの様式に示されている。ここで、通信信号は、一般的にドップラー効果について予め補正された後、周波数ｆFでゲートウェイによって既に送信されて、ユーザー端末によって取得されている（ステップ５００、５１０、５１２、５１４、及び５１６でのように）。次にユーザー端末はステップ５１８で発信器周波数に基き予測されたフォワードリンク周波数からの差又はオフセットを測定し、そしてステップ６２０で、同一の衛星を通じて、ゲートウエイへ送信するための通信信号を作成する。
周波数は、基本信号が作成された後に、ステップ６２２で、以前のようにして予備補正又は調整されて、ユーザー端末の発信器・エラーを補正する。ステップ６２２で適用する周波数事前補正は、上記の周波数事前補正器を用いることを含み、そして賦課された周波数補正の量はステップ５１８の結果から決定される。この実施態様の差は、事前補正器（pre-corrector）は、感知した発信器・エラーを取り除くために適用されるのであって、ドップラー・シフテイングを取り除くために適用されるのではないのである。
各ユーザー端末によって送信された信号は、ステップ６２６で、適当な衛星によってゲートウエイーに転送され、そこでは周波数は再度ステップ６２８で測定される。衛星が周波数事前補正を適用しなければ、ゲートウエイは、公知の（ステップ５１２）ドップラー創出のオフセットを測定された周波数オフセットから差し引くことによってドップラー・シフティングを補正する。勿論、基地局を用いるシステムに対しては、衛星のドップラーに対する事前補正は必要とない。その代り、所定の衛星から受信した全ての信号は、受信者が信号を取得しようと試みるか又は追跡することを試みて、周波数を決定する前に適用された自動的なドップラー補正の量を持つことができる。
いずれにせよ、既知のドップラーを除去して、ゲートウェイはステップ５３０で受信した周波数ｆGrecと予期されるリバースリンク周波数ｆRとの差を測定する。結果はステップ５３２で半分に割られて、リンク周波数へスケールされて（scaled）、予期される未知のドップラー・シフトを形成する。次いで、予測されたドップラーはステップ５３６でフォワードリンク信号の一部として、対応するユーザー端末（１２４、１２６）へ送信されることができる。
次いで、ユーザー端末はステップ５４０で、当業界において良く知られた幾つかの技術を用いて、発信器出力周波数を調整する。この調整は、各通信リンクが確立される前か又は通信中頻繁に、周期的な間隔で行うことができる。以前のように、補正周波数の選択は当業界において良く知られたか又は理解されている要素に基くものとする。
また、発信器エラーに関しては、発信器の微調整が出来ない場合、又は望まない場合の、情報ゲートウェイ受信機はそのユーザー端末からの信号を取得して追跡するのに用いることができるので、ドップラー決定情報をその後の信号送信に含めることができる。ユーザー端末は、もしそうすることが可能であるか、又は望ましいならば、戻りのリンク信号が調整されたであろう量をゲートウェイに通知する。この情報は、ゲートウエイにおいて、既知のドップラーが用いられるのと殆ど同じようにして、用いられて、信号を取得及び追跡するための受信機周波数を調整する。更に、この情報は、周波数事前補正と反対に、タイミング及びクロック信号を調整するために、ユーザー端末で用いることができる。例えば、ＰＮコードの適用のタイミングはコード・ドップラーを補償するために調整されることができる。
この状況において、ユーザー端末は、ステップ５３８でドップラー予測を受信して、これをメモリ素子２３６などに保存する。この情報は、次にステップ５４０でのように、ゲートウェイへの引き続く通信信号に添付され、埋め込まれ、又は他の方法で送信される。ここでは、５４２線で示したように、周波数の事前補正は無い。
更に、発信器の微調整が出来ない場合は、ユーザー端末もまた、第５図のステツプ５２２で用いた受信信号について検出された発信機・エラーを補償することが出来ないことがある。この状況で、ユーザー端末はステップ４１６でのようにオフセット値を決定することが出来、そしてステップ５２４でのように、この情報をゲードウエイへ与えることができる。この情報及びユーザー端末からの実際に測定されたリバースリンク信号をもって、ゲートウェイは前のようにドップラーを決定することができる。
上述のように、ドップラー効果に関する情報の調整又は送信は特定の通信システムの正確さのために一定の時間間隔で、又は所望に応じて行うが良い。更に、この情報はユーザー端末において用いて、周波数ではなくタイミング及びクロック信号を調整するために用いることができる。
好ましい実施態様の上述の記述は当業者が本発明を作り、または使用することができるようにするために設けられたものである。これらの実施態様の種々の変更点は当業者にとって容易に明らかになるであろう、そして本書に定義された一般的な原理は発明性の能力を用いることなく他の実施態様に適用できる。それゆえ、本発明は本書に示した実施態様に限定されることを意図するものではなく、本書に開示された原理及び新規な特徴に整合した最も広範な範囲に従うべきものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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