(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通キャリア通信信号上の直交符号化チャネルを用いて情報通信を行うスペクトラム拡散通信システムにおける信号を送信するための方法であって、該方法は下記ステップを具備する：
複数のシステムユーザ端末へ向けて送信するための複数のユーザデータ信号を受信する；
情報がユーザへ送信される複数のアナログ通信パスに対し少なくとも１つのダイバーシティユーザ信号の予め定められた割合にしたがって、複数のユーザデータ信号のそれぞれをダイバーシティユーザ信号として割り当てる；
各ダイバーシティユーザ信号を予め選択された疑似ランダム雑音（ＰＮ）タイプのコードシーケンスを用いて変調し、共通アナログ通信パスに沿って転送するために加算し、共通アナログ送信回路へ転送する送信モジュールに、予め定められたデータレートでかつ処理の前に、各ダイバーシティユーザ信号を転送する。
【請求項２】
システムユーザ端末に向けて、システム基地局、ゲートウエイ及び衛星により送信される通信信号内の直交符号化通信信号チャネルを用いて情報通信を行うスペクトラム拡散通信システムにおいて信号を送信するための装置であって、該装置は下記を具備する：
情報がユーザへ送信される複数のアナログ通信パスに対し少なくとも１つのダイバーシティユーザ信号の予め定められた割合にしたがって、複数のユーザデータ信号のそれぞれをダイバーシティユーザ信号として割り当てるための手段；
割り当てるための該手段に接続された複数の送信モジュール、該複数の送信モジュールのそれぞれは、該ダイバーシティユーザ信号の１または複数を予め定められたデータレートでかつ処理の前に受信し、該ダイバーシティユーザ信号の該１または複数を予め選択された疑似ランダム雑音（ＰＮ）のコードシーケンスを用いて変調し、共通アナログ通信パスに沿って転送するために該変調された信号を加算し、該加算された信号を共通アナログ送信回路へ転送するように構成される。
【請求項３】
共通キャリア通信信号を用いて別個のユーザ情報信号の通信を行う通信システムにおける信号を送信するための方法であって、該方法は下記を具備する：
前記システムの１または複数のシステムユーザ端末へ向けて送信するためのデジタルユーザデータ信号を受信する、
各ユーザデータ信号を複数の送信モジュールに予め定められたデータレートでかつ処理の前に送信する、各送信モジュールはデータ信号が転送される対応するアナログ出力通信パスを有し、各ユーザデータ信号が転送されるモジュールの数は前記ユーザデータ信号を転送することが意図される各アナログ通信パスに対し１つのモジュールである、
各送信モジュールにおいて、転送された各ユーザデータ信号を処理してユーザ通信信号を生成する、
各送信モジュール毎に単一の共通通信信号を生成するために、共通アナログ通信パスを通じて転送される、各送信モジュールからのユーザ通信信号を加算する、
前記共通通信信号のそれぞれを前記送信モジュールのそれぞれから前記送信モジュールのそれぞれに接続されている１つのアナログ送信器へ転送する。
【請求項４】
各送信モジュールは予め選択された変調器のセットに連結された予め選択されたエンコーダのセットを有する請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記アナログ送信器は衛星ゲートウエイに備えられ、該衛星ゲートウエイは、前記通信チャネル信号を前記アナログ送信器から前記通信システム内のユーザ端末へ転送するために用いられる少なくとも１つの衛星と通信するように構成される請求項３記載の方法。
【請求項６】
該衛星ゲートウエイは、少なくとも２つの衛星と同時に通信するように構成される請求項５記載の方法。
【請求項７】
さらに、所定の送信モジュール内の各信号処理エレメントに、共通タイミング信号を適用する工程を有する、ここにおいて、該共通タイミング信号は各信号処理エレメントを同期する、及び、ここにおいて、各信号処理エレメントは複数のエンコーダと各エンコーダに対応する変調器のアレイを含む、請求項３記載の方法。
【請求項８】
さらに、複数のデジタルデータ信号を、複数の送信モジュールへ転送する前にそれらを多重化することを備える請求項３記載の方法。
【請求項９】
共通キャリア通信信号上の直交符号化チャネルを用いて情報通信を行うスペクトラム拡散通信システムにおける信号の送信方法であって、該方法は下記を具備する：
前記システムの１または複数のシステムユーザ端末へ向けて送信するためのデジタルユーザデータ信号を受信すること；
各ユーザデータ信号を複数の送信モジュールに予め定められたデータレートでかつ処理の前に転送すること、ここにおいて各送信モジュールはデータ信号が転送される対応するアナログ出力通信パスを有し、各ユーザデータ信号が転送されるモジュールの数は前記ユーザデータ信号を転送することが意図される各アナログ通信パスに対し１つのモジュールである；
各送信モジュールにおいて各ユーザデータ信号を処理して、拡散通信信号を生成すること；
各送信モジュール毎に単一のスペクトラム拡散通信信号を生成するために、共通アナログ通信パスを通じて転送される、各送信モジュールからのユーザ個別の拡散信号を加算すること；
前記拡散通信信号のそれぞれを前記送信モジュールのそれぞれから前記送信モジュールのそれぞれに接続されている１つのアナログ送信器へ転送すること。
【請求項１０】
共通キャリア通信信号を用いて別個のユーザ情報信号の通信を行う通信システムにおける信号を送信するための装置であって、該装置は下記を具備する：
前記システムの複数のシステムユーザ端末へ向けて送信するためのデジタルユーザデータ信号を受信するための手段；
該デジタルユーザデータ信号を予め定められたデータレートでかつ処理の前に受信するように構成された複数の送信モジュール、各送信モジュールはデータ信号が転送されるべき対応するアナログ出力通信パスを有し、各ユーザデータ信号が転送される送信モジュールの総数は前記ユーザデータ信号を転送することが意図される各アナログ通信パスに対して1つのモジュールである；
各送信モジュールにおいて各ユーザデータ信号を処理して、符号化データシンボルを含む１または複数のユーザ通信信号を生成するための手段；
各送信モジュール毎に単一の共通通信信号を生成するために共通アナログ通信パスを通じて転送される各送信モジュールからの該１または複数のユーザ通信信号を加算するための手段；
前記共通通信信号のそれぞれを前記送信モジュールのそれぞれに接続された１つのアナログ送信器へ転送するための手段。
【請求項１１】
ユーザ信号が転送される各アナログ送信パスに対し少なくとも１つの送信モジュールが存在する請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
所定の送信モジュール内の各信号処理エレメントに共通タイミング信号を入力するための手段をさらに有する、ここにおいて、該共通タイミング信号は各信号処理エレメントを同期する、及び、ここにおいて、各信号処理エレメントは複数のエンコーダと各エンコーダに対応する変調器のアレイを含む、請求項１０記載の装置。
【請求項１３】
各アナログ送信パスには対応するアナログ送信器が配置されている請求項１０記載の装置。
【請求項１４】
所定のユーザに対する各アナログ通信パスに用いられる複数の直交関数のうちの１つを用いて各アナログ通信パスに対する該符号化データシンボルの直交符号化を行うための手段をさらに有する請求項１０記載の装置。
【請求項１５】
複数のデジタルデータ信号を複数の送信モジュールへ転送する前に、複数のデジタルデータ信号を受信するために接続されるマルチプレクサをさらに有する請求項１０記載の装置。
【請求項１６】
前記アナログ送信器は、少なくとも１つの衛星中継機を有する無線通信システムの衛星ゲートウエイに備えられる、さらにここにおいて前記アナログ送信器は前記通信システム内のユーザ端末へ前記通信チャネル信号を転送するのに用いられる、請求項１０記載の装置。
【請求項１７】
該衛星ゲートウエイは、少なくとも２つの衛星と同時に通信するように構成される請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
デジタルユーザ信号の形式の情報が変調され、共通キャリア通信信号を用いて通信されるスペクトラム拡散通信システムにおいて信号を送信するための装置であって、該装置は下記を具備する：
１または複数のシステムユーザ端末へ送信するためのデジタルユーザデータ信号を受信するために接続された複数の送信モジュール、各送信モジュールはデータ信号が転送される対応するアナログ出力通信パスを有し、各ユーザデータ信号が転送されるモジュールの数は前記ユーザデータ信号を転送することが意図される各アナログ通信パスに対し１つのモジュールである各モジュールは下記を具備する：
各送信モジュールで受信されたデジタルデータ信号を符号化して符号化されたデータシンボルを生成するための一連の符号器；
前記送信モジュールで、ユーザ信号を形成する符号化データシンボルを少なくとも１つの予め選択された疑似ランダム雑音（ＰＮ）拡散コードを用いてスペクトラム拡散するための変調手段；
各送信モジュール毎に単一の拡散通信信号を生成するために共通アナログ通信パスを通じて転送される拡散信号を受信し、この拡散信号を一緒に加算するために接続されている加算エレメント；
各拡散通信信号を、前記送信モジュールのそれぞれに接続されているアナログ送信機と所定のアナログ信号出力パスに転送するための手段。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
Ｉ．発明の分野
本発明は、無線データあるいは電話システムのような多元接続通信システム、及び衛星を用いたスペクトラム拡散通信システムに関する。より具体的には、本発明は、データ転送要求を低減するために、それぞれのアナログ送信器に接続された複数の拡散エレメントと複数の変調器が接続されてなるセットを用いた送信モジュールを用いて、通信信号が送信される通信システムアーキテクチャに関する。さらに、本発明は、データ転送レートを低減するためにＣＤＭＡスペクトラム拡散通信システムにおけるある信号変調機能を再分散する方法に関する。
II．関連する技術の説明
情報転送のために各種の多元接続通信システムやその技術が多くのシステムユーザ端末の間で開発されている。多元接続通信システムにおいて、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）のようなスペクトラム拡散変調技術の利用は、１９９０年２月１３日に特許された米国特許第４，９０１，３０７号が教授する“衛星あるいは地上中継器を用いたスペクトラム拡散多元接続通信システム”と、１９９７年１１月２５日に特許された米国特許第５，６９１，９７４号の“個々のレシピエントフェイズタイムとエネルギーとをトラッキングするためのスペクトラム拡散通信システムにおけるフルスペクトラム送信パワーを用いるための方法および装置”に開示されていて、両者は本発明の譲り受け人に譲渡され、本発明にその文献が援用されている。
これらの特許発明には、通常、多数のモバイルあるいは遠隔システムユーザ端末あるいはユーザが他のシステムユーザ端末あるいは所望の信号受信者と公衆電話交換ネットワーク等を通じて通信するためにトランシーバを利用する無線通信システムが開示されている。トランシーバは、通常、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）スペクトラム拡散の通信信号を用いて、ゲートウエイ及び衛星、あるいは基地局（セルサイトあるいはセルとも呼ぶ）を通じて通信する。
基地局はセルをカバーし、衛星は地球表面上にそのフットプリント（footprints）を有する。いずれのシステムにおいても、容量ゲインは、カバーされている地理上の領域をセクタリング（sectoring）、或いは分割することによって達成され得る。セルは、基地局の指向性アンテナを用いて“セクタ”に分割される。同様に、衛星のフットプリントは、アンテナシステムを形成するビームの使用を介して地理的に“ビーム”に分割される。これらカバレージを分割するそれらの技術は、相対アンテナ指向性あるいは空間分割多重を用いてアイソレーション（isolating）を発生すると考えられている。さらに、利用可能なバンド幅があるとしたとき、セクタにしろビームにしろ、それらの各分割領域には、周波数分割多重（ＦＤＭ）を用いて、複数の（multiple）ＣＤＭＡチャネルが割り当てられる。衛星通信システムでは、各ＣＤＭＡチャネルは“サブビーム”と呼ばれる。１つの“ビーム”当たり、すなわち、１つのビームによってカバーされるエリアを占める、複数のこのようなチャネルが存在し得るからである。
通常のスペクトラム拡散通信システムでは、１または複数の予め選択された疑似雑音（ＰＮ：Pseudo noise）コードシーケンスの集合あるいはペアが、通信信号として送信するためのキャリア信号上で変調する前に、予め定められたスペクトルバンド上でユーザ情報信号を変調するすなわち「拡散」するために用いられる。ＰＮ拡散、周知技術のスペクトル拡散送信方法によれば、データ信号のバンド幅よりも十分広いバンド幅の送信信号を生成する。基地局あるいはゲートウエイとユーザとの間の通信リンクにおいて、ＰＮ拡散コード、或いは、バイナリシーケンスは、異なる基地局あるいは異なるビームから送信されてきた信号間でそれぞれ、マルチパス信号間と同様に識別するのに用いられる。このようなコードは、通常、特定のＣＤＭＡチャネルあるいはサブビーム内の全ての通信信号でシェアされる。
直交チャネル化コードは、干渉を低減し、そして１つのセル内の異なるユーザ間、あるいは、フォワードリンク上の衛星サブビーム内で送信されるユーザ信号間を識別するのに用いられている。すなわち、各ユーザ端末は、ユニークな“カバーリング”直交コードを用いることにより、フォワードリンク提供される自分自身の直交チャネルを持つ。一般に、ウオルシュ関数がチャネル化コードを実行するために用いられる。それは、通常、地上システムでは６４コードチップ、衛星システムでは１２８コードチップのオーダの長さである。
さらに、いくつかの形態の信号ダイバーシティが、フェージングの有害な作用や通信システム内の関連するユーザや衛星、動きに起因する付加的な問題を低減するために用いられる。一般に、スペクトル拡散通信システムでは、時間、周波数、スペースダイバーシティを含む３種類のダイバーシティが用いられる。時間ダイバーシティは、信号コンポーネントの時間インタリービングと単純な反復と或いは誤り訂正コーディングを用いて得ることができる。周波数ダイバーシティの形態は、もともと、広いバンド幅にまたがって信号エネルギーを拡散することにより行われる。従って、周波数選択フェージングはＣＤＭＡ信号バンド幅のほんの一部にのみ影響を与える。スペースダイバーシティは、通常は、異なる複数のアンテナあるいは異なる複数の通信信
地上セルラー通信システムのための基地局は、通常６つのアンテナ、１つのサブー分割セルを分割して得られる３つのセクタにそれぞれ２つのアンテナを用いる。ＣＤＭＡチャネルを追加するために、さらなるアンテナ及び偏波（polarizatuon）モードを使用するようデザインされているものもある。衛星とともに用いられる基地局は、ゲートウエイあるいはハブとも呼ばれ、各キャリア周波数上の複数のビームに適合させるために１または複数のアンテナに接続された、３２あるいはそれよりも大きいオーダの送信器のアレイを用いる。ゲートウエイは、通常、任意の時間に３あるいは４つ程度の複数の衛星に対しサービスを提供する。１つの例示のシステム形態としては、６つ程度の衛星が８つの軌道プレーンのそれぞれに用いられていて、さらなる衛星さえもがいくつかのシステムのために予定される。さらに、衛星の１つのサブビーム当たりの回路の数、或いは通信チャネルの数は、地上セルラーシステムで通常見かける６４よりは１２８チャネル程度である。このような要因から、システムゲートウエイ内で行われるデータや信号の処理量が通常の基地局とは反対に大幅に増加する。
デジタルデータ形式の音声を含む情報は、ゲートウエイによりシステムユーザ端末あるいはユーザへ転送されるとき、まず、コード化され、所望のようにインタリービングを行って、そして、適切な直交および拡散コードを用いて“カバーリング”（covered）および“拡散”する。各データ信号は、そのデータ信号が転送される各アナログ信号パスのために少なくとも１つの変調器でダイバーシティを目的として処理される。そして、拡散コード化されたデータは、適切な中間周波数へアップコンバートし、所望の通信信号に生成するためにキャリアの波形を変調するのに用いる１または複数のアナログ送信器へ送信される。
各アナログ送信器は、１つの信号のための予め選択された１つのダイバーシティ信号パスを表し、複数のユーザ信号は、通常、各アナログ送信器を通していつでも転送される。各アナログ送信器への信号は、ゲートウエイあるいは基地局内の一つ或いは複数の変調器エレメントのアレイから受信される。それらは特定の信号パスダイバーシティを用いて特定のユーザのための通信を処理するように割り当てられる。複数の変調器からの信号は結合されて、各アナログ送信器へ向かう単一出力波形が生成される。これは、各アナログ送信器へ向けたデータは、全ての変調器の出力に接続された共通バスあるいはケーブル構成部品に沿って転送されることを意味する。すなわち、全ての変調器とアナログ送信器は、アナログ送信機、アンテナ、衛星、そしてユーザのうちの任意に与えられた組み合わせに対し、複数のパス（ダイバーシティ）信号を処理可能なようにするために共通データバスの１セットを用いて互いに接続或いは接続される。
通信システムで検知される現在のトラヒックチャネルデータレートとして、デジタル変調器とアナログ送信器との間で信号を転送するゲートウエイバスは、数ギガビット・パー・秒（Ｇｂｐｓ）あるいはそれを超えるオーダのものを取り扱わなければならない。各変調器の出力は、４０メガビット・パー・秒（Ｍｂｐｓ）のオーダのレートでデータを提供する。１２８ユーザチャネルまでの信号は、各ＣＤＭＡチャネルあるいは周波数で、２から６４のダイバーシティパスを用いて送信され得る。これは、データバスの転送レートのトータルが５−１０Ｇｂｐｓ（例えば、４０Ｍｂｐｓ×１２８×２）を超えることになる。このような大きさのデータ転送レートは、手頃な価格で信頼性も満足できる範囲内で手に入れるうるバス転送構造の現在のリミットを超えるものである。さらに、種々の処理回路構造間でこのボリュームのデータを転送するためのケーブルの取り付けおよび物理接続構造は、ひどく複雑で信頼性に足るものではない。将来、より大きな容量の地上基地局あるいはセルラー基地局は、同様な処理あるいはデータ転送要求を持つであろう。
このようなボリュームのデータを転送するために必要な制御、スイッチング、タイミング等は、コスト・エフェクティブなゲートウエイシステムで用いるには、あまりにも複雑で高価である。他のユーザ信号の全てが同じアナログ送信器に送信されるので、１つの共通のアナログ送信器で送信のため結合するために、特定のアナログ送信機へ転送される各ユーザ信号の相対タイミングは、用いられる拡散コードのチップインターバルの半分未満で同期をとる必要がある。このような同期には、非常に複雑で洗練された制御構造が要求され、信号処理の柔軟性に影響を与える。
従って、ゲートウエイあるいは基地局のアーキテクチャ、特に、衛星システムにおいて、一方の機能エレメントあるいはステージから他方へ転送するデータ量を低減することが望ましい。また、コスト・エフェクティブに複雑な信号処理構造を容易に構築するために、より低価格なモジュラー部品をより効率良く用いることが望ましい。
概  要
上記およびスペクトラム拡散通信システムにおけるゲートウエイあるいは基地局での通信信号処理に関する技術で見受けられる他の問題点に鑑み、本発明の目的の１つは、ゲートウエイあるいは基地局から転送される通信信号内の直交チャネルを変調するための信号処理要求を分散することである。
本発明の第２の目的は、スペクトラム拡散通信システムにおけるゲートウエイのデジタルとアナログ信号処理部の間にある共通信号バスに沿って転送される１単位時間当たりのデータの総量を低減することである。
さらに他の目的は、ゲートウエイの各アナログ送信器に関連する処理リソースのよりコスト・エフェクティブなアロケーション（allowcation）を可能にする技術を提供することである。
本発明の利点の１つは、スペクトラム拡散と他のデジタル信号処理モジュールを用いて、信頼性の非常に高く、製造が容易で、しかもゲートウエイのアナログ送信器で用いる並列アレイに分散するのにコスト・エフェクティブであるということである。
本発明の他の利点は、データ転送を単純化し、必要とされるバス容量を低減して、１つのアナログ出力に結合される信号の特別の同期を行う必要がないということである。本発明は、回路バックプレーン上のデータ転送レートや、ケーブル、導線、その他の要求される分配エレメントの数を低減する。
以上あるいはそれ以外の目的および利点は、例えば、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）の無線電話／データ通信システムのようなスペクトラム拡散多元接続通信システムにおける基地局で用いるための信号処理アーキテクチャで実現される。このようなシステムでは、ユーザあるいはシステムユーザは、与えられたキャリア周波数あるいはＣＤＭＡチャネルで、符号化された異なる通信信号を用いて、基地局、衛星、ゲートウエイを通して通信を行う。１または複数のシステムユーザ端末に送信するデジタルデータ信号は、複数の送信モジュールの１又は複数に転送され、それぞれはデータ信号が転送される対応するアナログ出力通信パスに対応する。各ユーザデータ信号が転送されるモジュールの数は、特定のユーザデータ信号を転送するためのアナログ通信パスの数と同じである。各送信モジュールでは、デジタルデータ信号が受信され、符号化され、一般的には、さらに、インタリービングを行って、符号化データシンボルを生成する。符号化データシンボルには、少なくとも１つの予め選択された疑似雑音（ＰＮ：Pseudo noise）拡散コードを用いて拡散、或いは、スペクトラム拡散変調がなされ、拡散通信信号を形成する。各モジュールでの複数のスペクトラム拡散変調器のそれぞれの出力は加算されて、送信モジュールに関連する１つのアナログ送信器に転送される。アナログ送信器は特定のアナログ通信信号出力パスの一部を構成するものである。これは、各モジュールとそれに対応するアナログ送信器毎に予め選択されたキャリア周波数での１つの拡散通信信号あるいはチャネルを生成する。
送信モジュールは、符号化および／またはインタリービング部、及び変調或いはチャネル化（channelizing）及び拡散部で定義され、あるいはこれらをそれぞれ有する。エンコーダのアレイ、及び望ましい時には対応するインタリーバ、は符号化部を構成し、スペクトラム拡散変調器のアレイは変調部を構成する。
いくつかの実施形態には、同じ数のインタリーバと変調器が存在する。が、他の実施形態では、予め定められた程度の時間に、これらのエレメントがシェアされる（share）ことができる。このような構成では、予め定められた数のエンコーダおよび／またはインタリーバが使用され、これはアナログ送信器により供されるユーザーチャネルの総数よりも少ない。対応するスペクトラム拡散変調器の数は、一般的に、エンコーダおよび／またはインタリーバの数よりも大きい。しかし、ユーザあるいはユーザチャネルの総数よりも小さい。信号の多重化はいくつかの構成で用いられることができる。
１または複数のユーザに送信するユーザデータあるいは情報は、符号化部で受信され、符号化され、その結果得られる符号化データは、拡散部で処理され、その結果、各ユーザ毎の各ダイバーシティパスの拡散データシンボルが生成される。各モジュール内の処理エレメント、主に、エンコーダと拡散エレメントの数は、特定のアナログ送信器を用いて情報を送信するよう望まれる少なくとも１つの処理パスが各ユーザあるいはユーザ通信チャネルに利用可能なようになっている。本発明は、コスト低減と信頼性の目的で、大規模のモジュラー構造と集積回路を許容する。
本発明のさらなる実施形態において、特定のユーザに対する各アナログ通信パスに対する符号化データシンボルは、複数の直交関数のうちの１つでカバーされる。同じ関数が特定のユーザに対する各アナログ通信パス上で転送される各信号で用いられる。直交コード変換器あるいは変換回路もまた、送信モジュール内に配置されて、拡散部と共に、符号化データシンボルのマッピングあるいは直交変換を実行する。これは、対応するアナログ送信器を通じて操作して、各ユーザチャネルの典型的な直交ユーザチャネルデータを生成する。一般的に、直交関数としてウオルシュ関数が用いられる。
本発明のさらなる実施形態では、変調モジュールは、特定の通信システムに対し、予め選択された同相（Ｉ）および直交（Ｑ）位相の疑似ランダム雑音（ＰＮ）コードシーケンスを用いて、適切なようにオフセットあるいはタイムシフトで各デジタル通信信号を拡散する。このような予め選択された疑似雑音（ＰＮ）シーケンスは、信号が所望の受信先で受信されたとき、同相及び直交位相の信号コンポーネントを復調する際にも用いられる。
このようにして、多くの通信あるいはユーザ情報信号は、少なくとも１つのキャリア周波数で送信される信号を符号化し、インタリービングし、拡散する送信モジュールに関連するアナログ送信器を用いる複数のシステムユーザ端末への１または複数のダイバーシティ転送パスを通じて転送される。アナログ送信器は、予め定められたサンプリングレートでデジタル通信信号をアナログ通信信号に変換する。
本発明は、通信システム内のユーザ端末へアナログ送信器から通信チャネル信号を転送するために、少なくとも１つの衛星中継機と通信を行うゲートウエイ基地局での信号転送構造の複雑さを低減するのに有効である。これは、ゲートウエイとの通信にいつでも少なくとも２つの衛星が存在する場合に特に有益である。
【図面の簡単な説明】
本発明の特徴、目的、有利な点は、以下に示す詳細な説明と、その説明中にあるどの参照符号が図面中のどのエレメントに対応するかを参照することによって、より明らかになるであろう。
図１は、好ましい形態の無線通信システムを示している。
図２は、図１の無線通信システムのための例示の形態のゲートウエイ変調および信号送信装置を示している。
図３は、図２の装置に示すような送信モジュールを構成するために有効な、例示の形態の変調回路構成を示している。
図４ａは、複数の独立するデータ変調器と結合器とアナログ送信器とを用いた代表的なゲートウエイアーキテクチャを示している。
図４ｂは、図４ａのゲートウエイアーキテクチャをより一般的な形態で示している。
図５ａは、複数分散データ処理および送信モジュールを用いた新たなゲートウエイアーキテクチャを示している。
図５ｂは、図５ａのゲートウエイアーキテクチャをより一般的な形態で示している。
図６は、パケットスイッチングを用いた複数の分散された送信モジュールのアーキテクチャを示している。
好ましい実施形態の詳細な説明
本発明は、スペクトラム拡散通信システムで用いられる基地局とゲートウエイのための新たな信号処理アーキテクチャ（architecture）を提供するものである。本発明の方法および装置は、システムユーザ端末のためのリンク或いは通信回路を形成するために使用される、一連の各アナログ送信器へ向けたデータ信号を各アナログ送信器に関連する送信モジュールへ転送する。各送信モジュールは、単一の対応するアナログ送信器に適合される信号のそれぞれに割り当て得る一連のあるいはセットの信号変調器を持つ。信号は、まず、各変調器に直列に接続されているエンコーダにより所望されるように符号化され、インタリービングされて、次に、適切なＰＮ拡散コードを用いて変調される。共通タイミング信号あるいは制御が、各送信モジュール内の変調器のセットのそれぞれについて用いられる、あるいは、特定のアナログ送信器について割り当てられていて、自動的に変調データ信号を同期する。このような信号は容易に加算あるいは結合できる。最終的に結合された信号はシステムユーザ端末に送信するための関連するアナログ送信器へ導かれる。
データは、現在の技術を用いて容易に適用あるいは操作可能なビットレートの低減されたゲートウエイ内のデジタル信号処理ステージからの出力である。この処理レベルから得られるデータは、膨大なデータ量の通信信号に対する従来の符号化／インタリービング／拡散されたデータシンボルよりは、低いデータ転送レートでより容易にエンコーダシーケンスに転送されるものである。これは、衛星通信システムあるいは大容量セルラーシステムにはとても有効である。このシステムアーキテクチャの送信レイヤ（layers）は、容易に製造される一連のモジュール回路を用いて、コスト・エフェクティブに実現されている。
本発明を用いた無線電話システムのような例示の形態の無線通信システムを図１に示している。図１に示した通信システム１００は、通信システムの遠隔あるいはモバイルユーザ端末とシステムのゲートウエイあるいは基地局との間で通信を行うのに、スペクトラム拡散変調技術を用いている。図１に示した通信システムの一部では、１つの基地局１１２と、２つの衛星１１４と１１６と、２つの関連するゲートウエイあるいはハブ１２４と１２６とが２つのユーザ端末１２０と１２２と通信している様子を示している。
ユーザ端末１２０および１２２は、これに限定はしないが例えばセルラー電話のような無線通信デバイスをそれぞれ有する、或いは具備する。通常、そのようなユニットは、希望に応じて、ハンドヘルド（hand-held）か車載かのいずれかである。メッセージ受信器やデータ転送デバイスのような他の無線デバイス（例えば、ポータブルコンピュータ、パーソナル・データ・アシスタント、モデム、ファックスマシーン）であってもよい。ここで、ユーザ端末１２０は、ポータブル・ハンドヘルド・テレフォンとして示している。これらユーザ端末はモバイルとして議論されているので、本発明の教えることは、遠隔無線サービスが望まれているところの固定ユニットや他の端末にも適用可能である。このサービスは、特に、通信インフラストラクチャの欠いた世界の多くの遠隔エリアに通信リンクを設定することに関連する。これは、例えば、固定局あるいは据置型電話、ペイ・フォン（pay phones）、無線ローカルループサービス、遠隔データリトリーバルあるいは分析デバイスおよび設備を含む。後者は、非常に遠隔で荒れ果てた（inhospitalable）厳しい環境が関係している地域においても有効である。
基地局、ゲートウエイ、ハブという用語は、この技術において時に入れ替えて用いられ、一般に、ゲートウエイは衛星を通して通信を指示する特別の基地局を構成するものとして理解されている。ユーザ端末は、ユーザ端末、モバイル局、あるいは、いくつかの通信システムでは、好みに応じて、単純に“ユーザ”、“モバイル”、あるいは、“ユーザ”とも呼ばれる。
図１では、いくつかのあり得る信号パスが、ユーザ端末１２０、１２２と基地局１１２との間に、あるいは、衛星１１４、１１６を通じて１または複数のゲートウエイあるいは中央ハブ１２４、１２６へ確立された（established）通信、通信リンクあるいは“回路”のために対して示されている。基地局１１２とユーザ端末１２０、１２２との間の通信リンクの基地局−ユーザ端末ポーションは、ライン１３０と１３２でそれぞれ示している。衛星１１４を通してユーザ端末１２０、１２２とゲートウエイ１２４、１２６との間の通信リンクの衛星−ユーザポーションは、ライン１３４と１３６でそれぞれ示している。衛星１１６を通してユーザ端末１２０、１２２とゲートウエイ１２４、１２６との間の通信リンクの衛星−ユーザポーションは、ライン１３８と１４０でそれぞれ示している。これら通信リンクのゲートウエイ−衛星ポーションは、一連のライン１４２、１４４、１４６、１４８で示している。これらラインの矢先は各通信リンクの例示的な信号方向、フオワードかリバースリンクのいずれか一方を示しているが、これは、単に明確さを目的とするものであり、なんら限定をするものではない。いくつかの構成において、ライン１５０に示すリンクのような衛星−衛星の直接通信も確立され得る。
図１において、通信システム１００は通常、セルラーシステムのモバイルテレフォン・交換（switching）オフィス（ＭＴＳＯ）とも呼ばれる交換ネットワーク１５２と１または複数のシステム制御センタ、あるいは衛星通信システムのグランドオペレーションおよび制御センタ（ＧＯＣＣ）を用いる。システムコントローラ１５２は、例示的に、例えば、ＰＮあるいは直交コード割当てとタイミングのためのシステムワイドのトラヒック制御と信号同期を維持するために、ゲートウエイ、衛星、基地局に対するシステムワイドの制御を提供する処理回路とインタフェイスを有する。システムコントローラ１５２は、また、公衆交換電話ネットワーク（ＰＳＴＮ）とゲートウエイ、及びユーザ端末間の電話の呼の一般的なルーティングも制御する。しかし、各ゲートウエイは一般にＰＳＴＮあるいはそのようなネットワークに接続するための同様なインタフェースを有している。システムコントローラ１５２を種々のシステムゲートウエイあるいは基地局に接続する通信リンク１５４は、これに限定するわけではないが、例えば、専用電話線、光ファイバリンク、マイクロ波あるいは専用衛星通信リンク等の既知の技術を用いて確立できる。
図１では２つの衛星のみを示しているが、通信システムは、一般に、異なる軌道プレーンを横切る複数の衛星１１４と１１６を有する。種々のマルチ衛星通信システムが提案されていて、ロー・アース軌道（Low Earth Orbit，ＬＥＯ）の８つの異なる軌道プレーンを進む、４８程度あるいはそれより多くの衛星を用いた例示的形態のシステムも提案されている。しかし、当業者であれば、本発明の教えるところがいかに軌道距離とコンステレーション（constellation）を含む種々の衛星システム、ゲートウエイあるいは基地局の構成に応用できるかは、当業者であれば容易に理解できるであろう。
この例では、基地局１１２は１つの個別的な地理的な領域、すなわち、“セル”に対しサービスを提供するよう目論まれていて、衛星１１４と１１６からの複数ビームは、他の一般には重なり合わないそれぞれの地理的な領域をカバーするよう指示されている）。一般に、異なる周波数の複数ビームは、ＣＤＭＡチャネル、“サブビーム”、或いは）ＦＤＭ信号あるいはチャネルとも呼ばれ、同じ領域に重なり合うよう指示され得る）。しかし、異なる衛星とセルラー基地局に対するサービスエリア或いはビームのカバレージは、通信システムのデザイと提供するサービスのタイプによって特定の領域の全部あるいは一部と重なり合うことがあることは容易に理解できる。例えば、それぞれは、異なるユーザ群に対し異なる特徴のサービスを異なる周波数で提供してもよい。また、特定のユーザ端末が重なりあう地理上のカバレージで、複数の周波数と複数のサービスプロバイダを利用してもよい。それによって、通信処理中の種々のポイントで、種々の領域あるいはセルに対しサービスを提供するゲートウエイ或いは基地局の間でハンドオフが行われるし、いくつかのシステムにおいてこれら通信領域のいずれかあるいはデバイスの間でダイバーシティが実行される。
通信システム１００では、地上の中継機システムに対しては２またはそれより多くの基地局（あるいはセクタ）を通じて、あるいは、衛星システムに対しては２またはそれより多くの衛星ビームあるいは個別衛星を通じて、モバイル局あるいはユーザ端末との同時リンクを通じての複数の信号パスを提供することにより、スペースあるいはパスダイバーシティが行える。すなわち、パスダイバーシティは、複数の通信パス（アンテナあるいはトランシーバ）を用いて単一のユーザに対する通信を送受信することで実現されてもよい。さらに、パスダイバーシティは、異なるパスで到着し、それぞれ異なる伝搬遅延を持つ信号が、それぞれのパスに対して別個に受信および処理されることを許容することによるマルチパス環境を利用することにより実現されてもよい。仮に２またはそれより多くのパスが１マイクロ秒より大きい十分な遅延差で利用可能であれば、それらを受信するために２またはそれより多くの受信器を持つこともある。
多元接続通信システムでパスダイバーシティを用いた例は、１９９２年３月３１日に特許された“ＣＤＭＡセルラー電話システムにおけるソフトハンドオフ”というタイトルの米国特許番号第５，１０１，５０１号、１９９２年４月２８日に特許された“ＣＤＭＡセルラー電話システムにおけるダイバーシティ受信器”というタイトルの米国特許第５，１０９，３９０号に示されている。これら文献は、いずれも、ここに援用される。
前記した特許文書にて議論され、図１に示したような例示的なスペクトラム拡散通信システムは、ダイレクトシーケンス疑似ランダム雑音（ＰＮ）スペクトラム拡散キャリアに基づく波形を用いている。すなわち、所望の拡散効果を得るために、送信する信号を疑似ランダム雑音（ＰＮ）バイナリシーケンスを用いて変調するものである。ＰＮコードは、異なるサブビームを通じて送信される信号のそれぞれを区別するために、及びマルチパス信号間を区別するために、ゲートウエイ−ユーザリンクを通じて送信される全ての通信信号のスペクトラムを拡散するのに用いられる。このようなＰＮシーケンスは一般に“拡散”コードと呼ばれる。
各ＰＮシーケンスは、拡散されるベースバンド通信信号よりも十分高い周波数の予め選択されたＰＮコードの周期で起こる“チップ”シーケンスから成る。衛星システムの例示的なチップレートは、１０２４チップのＰＮコードシーケンス長を持つおおよそ１，２２８８ＭＨｚあるいはＭｃｐｓ（メガ−チップ・パー・秒）である。しかし、本発明では、当業者であれば明らかなように、これ以外のチップレートおよびコード長であっても有効である。例えば、いくつかの地上セルラーシステムは２15＝３２，６７８チップの拡散コードを用いている。各通信システムのデザインは、所望の総バンドワイドや許容される信号インタフェイス等の周知の基準に応じて、通信システム内の拡散コードや分配を特定する。これらシーケンスのための例示的な生成回路は、１９９３年７月１３日に特許された“パワー・オブ・ツー・レングス・ＰＮシーケンス・ジェネレータ・ウイズ・ファスト・オフセット・アジャストメント（Power Of Two Length Pseudo-Noise Sequence Generator With Fast Offset adjustments）”というタイトルの米国特許番号第５，２２８，０５４号に示されて、本発明の譲り受け人に譲渡され、本発明にその文献が援用される。
いくつかのキャリア波形が、１対のバイナリＰＮシーケンスにより変調される正弦（sinusoidal）キャリアを用いる代表的な実施形態である通信システム１００でも用いることができる。このアプローチでは、シーケンスは、シーケンス長が同じである２つの異なるＰＮ生成器によって生成される。一方のシーケンス２相（bi-phase）はキャリアの同相チャネル（Ｉチャネル）を変調し、他方のシーケンス２相はキャリアの直交位相（a quadrature phase）或いは正直交（just quadrature）チャネル（Ｑチャネル）を変調する。その結果生成される信号は加算されて混合信号が生成される。
代表的な構成では、ゲートウエイあるいは基地局で送信される全ての信号は、他方のコードから位相においてオフセットしている1つのコードを持つ、ＩおよびＱチャネルの両方に対して同じＰＮ拡散コードを用いる。信号はまた前述のように、ウオルシュ関数を用いて生成される直交コードで符号化あるいはカバーリングされる。用いられるウオルシュ関数のサイズすなわち長さは、例示的に、各キャリア周波数に対して、１２８に達する異なる直交通信信号或いはフォワードチャネルを形成する１２８チップ程度である。１または複数のこれらシーケンスは、各サブビーム（ＣＤＭＡチャネルあるいは信号）に対する、ページング、同期及びページングチャネル機能（function）パイロット、同期、チャネルページング機能（１または複数）に用いられる。特定のユーザ向けに設定された信号は、ゲートウエイあるいは通信システムコントローラにより割り当てられた、ウオルシュチップのシーケンス、あるいは１または複数のＰＮ拡散コードと特定のウオルシュシーケンスと結合される。直交関数、ウオルシュコードは、スペクトラム拡散信号中に直交チャネルを生成する。ユーザ端末には、ユーザ端末を通信リンクの特定の直交チャネルに位置づけるよう、特定のウオルシュコードが割当てられる。このフォワードリンクにおけるＣＤＭＡチャネルのコーディング（カバーリング）は、トラヒック信号あるいはトラヒックチャネルとも呼ばれるユーザ信号を生成する。
同期、ページング、音声あるいはトラヒックチャネルあるいは信号において、入力データは必要に応じてデジタル化され、例示的には、符号化され、反復して提供され、さらにインタリービングされて、誤り検出と訂正機能を提供する。これにより、通信システムは低い信号対ノイズ比（Ｓ／Ｎ比）と干渉比で動作することが可能になる。反復処理は、データあるいは符号化されたデータシンボルが予め選択されたレートで転送されることを保証する。例えば、所望の９６００ｂｐｓレートを満たすようなデータフレーム内で、４８００ｂｐｓデータシンボルは１度反復され、２４００ｂｐｓデータシンボルは４度反復される。符号化、反復、インタリービングのための技術は周知である。
各チャネルの誤り訂正符号化シンボルストリーム（stream）におけるシンボルは、前述したように、割り当てられた直交コードシーケンスあるいはチャネル化コードと、ベーシックなデジタル通信信号を生成するＰＮ拡散コードと、結合される。あるいは、まず最初に、チャネル化および拡散コードが互いに結合される。その結果得られた各信号の拡散シンボルストリームが一緒に加算され、混合波形を生成される。
単一のＰＭコードの１つのシーケンス、あるいは１組のシーケンスは、一般的に、通信システムの拡散関数に用いられる。異なるビームの信号は、一般的に、互いに隣接し合う各ビームのベーシックＰＮコードシーケンスの異なるタイムオフセットを提供することにより、見分けられる。すなわち、特定のビームのサービスエリア内で動作する複数のユーザ端末は、１つのＰＮ拡散コードタイムオフセットをシェアし、他のビームでは同じＰＮコードの異なるオフセットを用いているということである。与えられた周波数（ＣＤＭＡチャネル）でサービスを受けるユーザに対する各ゲートウエイで確立される基本的な信号タイミングは同じである。あるいは、各ビームあるいはサブビームに対して異なるＰＮコードシーケンス（異なる多項式）を与えることによって、ビームを見分けるようにしてもよい。
このようして得られたＰＮ拡散および直交符号化された出力信号は、例示的に、バンドパスフィルタリングされ、そしてＲＦキャリア上に変調される。これは、例示的に、加算して１つの通信信号として生成された正弦（sinusoids）の直交ペアを２相（bi-phase）変調することで達成される。その結果得られた信号は、さらに増幅され、他のフォワードリンク信号と加算される前にフィルタにかけ、アンテナからゲートウエイへ向けて放射される。フィルタリング、増幅、変調オペレーションは周知技術である。ゲートウエイを信号を送信するよう構成するために、本実施形態はこれらオペレーション（operation）のいくつかの順序を入れ替えてもよい。この送信装置のオペレーションの付加的な詳細は、１９９２年４月７日に特許された“ＣＤＭＡセルラー電話システムにおける信号波形生成方法および装置”というタイトルの米国特許番号第５，１０３，４５９号に示されていて、この文献はここにに援用され組み込まれる。
ＣＤＭＡ通信システムを実施するのに用いられるゲートウエイあるいは基地局で用いられる例示的な送信装置２００がさらに詳細に図２に示す。代表的な基地局では、スペースダイバーシティ送信を行うために、それぞれ別個の複数のアナログ送信器と、時に別個の複数のアンテナを持つ複数の送信部あるいはシステムを用いる。ゲートウエイでは、前述したように、周波数ダイバーシティのために複数のアナログ送信器が用いられる。すなわち、ゲートウエイでは、各アナログ送信器は異なる周波数信号を異なる衛星ビームあるいはサブビームを通じて送信する。この信号送信の幾つかに効果を与えるためには、好ましくは、及びコストが許せば、別個の複数のアンテナがまた用いられる。いずれの場合も、通信信号は各変調部で実質的に同様に処理され、結合処理がなされる。
音声あるいはその他のデータがユーザ端末へ向けた出力メッセージあるいは通信信号として用意できたとき、ユーザベースバンド回路あるいは処理エレメント２０２が、送信する所望のデータを受信し、蓄積し、処理し、さもなくば準備するために用いられる。ベースバンド回路２０２は周知技術の、ここではその詳細を省略する装置を備える。例示的なベースバンド装置は、これに限定するわけではないが、例えば、ボコーダ、データモデム、アナログ／デジタル変換装置、デジタルデータスイッチングおよび記憶コンポーネント等の種々の既知のエレメントを含む。ベースバンド回路２０２は、音声（アナログ）、デジタルデータ、あるいはメッセージ等の入力を受信し、少なくとも１つの制御プロセッサ２０６の制御のもとで動作する１または複数の送信変調器２０４へデジタルデータを提供する。
ゲートウエイ制御プロセッサ２０６は、送信変調器２０４とベースバンド回路２０２に電気的に接続している。制御プロセッサ２０６は、これに限定するわけではないが、例えば、信号処理、タイミング信号生成、パワー制御、ハンドオフ制御、ダイバーシティパス選択、システムインタフェイス処理等の機能を達成するためにコマンドや制御信号を与える。さらに、制御プロセッサ２０６は、ユーザ通信に用いられる特定の送信器あるいはモジュール、ＰＮ拡散コード、直交コードシーケンスを割り当てる。制御プロセッサ２０６は、また、パイロット、同期、ページングチャネル信号の生成とパワーを制御する。制御プロセッサ２０６は、既知の処理エレメント、例えばデジタル信号プロセッサ、マイクロプロセッサ、コンピュータ、及びソフトウエアやファームウエアの下で動作するその他のエレメントを用いて実施される。
図２に示したように、時間および周波数ユニット（ＴＦＵ）２０８は、タイミングや周波数基準信号をゲートウエイの種々の処理エレメントに提供するために用いられ得る。ＴＦＵは通常、ＧＰＳ受信器（図示せず）を用いて、ユニバーサル時間（Universal，ＵＴ）信号を獲得して、通信システムにわたて同期をとるために用いられる。中央コントローラもまた、いくつかの構成におけるそのような情報を提供できる。ＴＦＵ２０８は、（クロック）信号の相対時間を、所望ならば、予め定められた所望の量だけプロセッサ制御の下で遅らせたり進ませたりするためのクロック信号生成器のような、他の回路あるいは回路エレメントとともに動作するよう構成され得る。
次に、ユーザ端末へ送信される信号は、１または複数の適切なデジタル送信器２１０Ａ−Ｎへ電気的に接続される。例示的なゲートウエイは、同時に複数の衛星およびビームに関して、及び多くのユーザ端末に同時にサービスを提供するために、複数の送信機２１０のようなものを用いる。ゲートウエイで用いられる送信器２１０Ａ−Ｎの数は、他箇所で説明されるように、システムの複雑さ、通常視界にある衛星の数、ユーザの収容量（capacity）、ダイバーシティの選択程度等を含む当該技術で周知のファクターから決定される。各デジタル送信器内の送信変調器２０４Ａ−Ｎは、送信するデータに対しスペクトラム拡散変調を行い、通常、出力するデジタル信号のために用いる送信パワーを制御するためのデジタル送信パワーコントローラ２１２へ電気的に接続された出力を持つ。
各送信パワーコントローラ２１２（Ａ−Ｎ）の出力は、それを他の送信パワーコントロール回路からの出力と加算する加算器２２０へ転送される。これら出力は、送信パワーコントローラ２１２（Ａ−Ｎ）の出力と同じビーム内の及び同じ周波数での他のユーザ端末へ向けた送信信号である。加算器２２０の出力は、デジタルからアナログへの変換と、適切なＲＦキャリア周波数への変換、さらに増幅、フィルタリングを行うアナログ送信器２２４へ与えられ、衛星および／またはユーザ端末へ放射するための１または複数のアンテナ２３０に出力される。
制御プロセッサ２０６は、直接、変調器（２０４Ａ−Ｎ）あるいはパワーコントローラエレメント（２１４Ａ−Ｎ）に電気的に接続されることがでへきるが、これらエレメントは、送信器２１０Ａ−Ｎ内に１つにグループ化されることもある。そして、一般的に、それぞれは送信プロセッサ２１６Ａ−Ｎのような、デジタル送信器のこれらエレメントを制御する送信機ー特定（a transmitter-specific）プロセッサを有する。従って、好ましい実施形態では、制御プロセッサ２０６は、図２に示すように、送信プロセッサ２１０Ａ−Ｎに電気的に接続されている。このようにして、１つの制御プロセッサ２０６は多数のデジタル送信器の動作とリソース（resources）をより効率よく制御することができる。送信プロセッサ２１０は、パイロット、同期、ページング信号、トラヒックチャネル信号の生成とその信号パワーを制御するとともに、それぞれのパワーコントローラ２１２Ａ−Ｎへの接続を制御する。
所望すれば、１または複数の周波数あるいはタイミングの事前訂正エレメント（図示せず）をゲートウエイで用いてもよい。好ましくは、そのようなエレメントは、周知技術を用いて、ベースバンド周波数での信号周波数やタイミングを調整するのに用いられる。信号パラメータの事前訂正は、１９９６年９月３０日に出願した“静止衛星でない衛星通信システムにおける時間および周波数の事前訂正”というタイトルの米国特許出願シリアル番号第０８／７３３，４９０号に示されていて、この文献は、ここに援用されている。
送信変調器２０４Ａ−Ｎを実行するためにデザインされた例示的な信号変調器を図３に示す。図３においても、送信変調器２１６Ａ−Ｎの一部であり得る、あるいは、デジタル送信器２１０Ａ−Ｎの他の一部を構成する、エンコーダ３０２とインタリーバ３０４が示されている。後述するように、送信変調は、典型的に直交コードカバーリングあるいはチャネル化、及び拡散動作（spreading operations）と呼ばれる。直交コーディングあるいは拡散の適用に先だって、各チャネルで運ばれるユーザデータ信号は、誤りの検出および訂正機能を提供するために、通常、たたみ込み符号化、反復（repetition）、及びインタリービングが行われる。符号化（encording）は、所望の通信信号が生成するために処理されるデータ“シンボル（symbols）”を提供する。たたみ込み符号化、反復、インタリービングの技術は当該技術で周知技術である。
インタリービングされたデータシンボルはロジックエレメント３０６でバイナリＰＮＵシーケンスにより多重され（multipled）てもよい。このシーケンスは、通常、システム拡散コードチップレートでクロックされるロングＰＮコード生成器３０８の出力から与えられる。そして、デシメータ３１０でデシメートされ、例えば、１９２００ｂｐｓ程度の低いレートを提供する。デシメータの出力はロジックエレメント３０６、ここでは乗算器、の入力の１つにインタリーバ３０４に接続される２つ目の入力とともに接続される。あるいは、デシメータ３１０の出力はカバーリングされたデータと乗算する乗算器３２０のような他のエレメントに直列に接続してもよい。ウオルシュコードとＰＮＵシーケンスが‘−１’と‘１’の代わりに‘０’と‘１’という２値からなるとき、乗算器は、よく知られた排他的論理和ゲートのようなロジックエレメントで置き換えることができる。
コードシーケンスＰＮＵは、通信システムに用いられる既知のロングＰＮコードのユニークな（unique）ＰＮ位相オフセットに対応する。このオフセットシーケンスは、各ユーザ端末によりあるいはために生成され、この目的のために構成された種々の知られているエレメントを用いて作成されることができる。ユニットアドレスあるいはユーザＩＤもまた、追加されるユーザ端末に、識別とセキュリティ（security）を提供するために用いられてもよい。ＰＮＵシーケンスのフォーマットは、ロジックエレメント３０６に印加されるウオルシュコードのフォーマットに一致させる必要がある。すなわち、１／１’か‘０／１’のうちのいずれをも一緒に用い、必要に応じて、‘０／１’のシーケンスを‘１／−１’のシーケンスに変換するために、コード生成器の出力に変換エレメントを用いることができる。あるいは、ＤＥＳ（Data Encryption Standard）を用いる暗号器のような非線形暗号生成器を、必要ならばＰＮ発生器３０８の代わりに用いてもよい。ＰＮＵシーケンスは特定のリンクの間割り当てられてもよいし、１つのユニットに固定であってもよい。
インタリーバ３０４あるいはロジックエレメント３０６の出力からのインタリービングされたデータシンボル３１２は、その後、少なくとも１つのコード発生器３２２から供給される割り当てられた直交コードシーケンス、ここではウオルシュ関数あるいはコードを用いて、直交符号化あるいはカバーリングされる。発生器３２２からのコードは、ロジックエレメント３２０でシンボルデータと積算あるいは結合される。直交関数は、典型的に、拡散コードチップレートと同じレートでクロックされる。直交符号化処理を行うのに、高速アダマール変換（Fast Hadamard Transformer）のような他の既知のエレメントを用いることもできる。この処理の詳細は、１９９５年４月１８日に出願された“スペクトラム拡散通信システムにおける複数データ信号の送信を結合するための方法および装置”というタイトルの米国特許出願シリアル番号第０８／４２４，７７３号に示されていて、この文献は、ここに援用されている。
変調回路は、また、同相（Ｉ）および直交（Ｑ）位相チャネルのための２つの異なるショートＰＮＩとＰＮＱ拡散コードあるいはコードシーケンスを発生あるいは提供する、少なくとも１つの、通常２つのＰＮ発生器３３０、３３２を有する。このコード発生器は、ゲートウエイに用いられる１または複数の制御プロセッサあるいは記憶エレメントの機能部を形成することもできる。あるいは、これら発生器は、適切なインターフェイスエレメントを用いたいくつかの受信器の間でタイムシェアリングしながら用いることもできる。このようなシーケンスの例示的な発生回路は、よく知られており、上記した米国特許番号第５，２２８，０５４号に開示されている。これらＰＮ発生器は、ＰＮシーケンスの予め定められた時間遅延あるいはオフセットを与えるために、制御プロセッサからビームあるいはセル識別信号に対応する入力信号に反応できる。ＰＮＩとＰＮＱシーケンスを発生するのに、たった２つのＰＮ発生器が示されているが、本発明では、それ以外の多くのＰＮ発生器を用いた仕組みを用いてもよいことは容易に理解できる。
ロジックエレメント或いは積算器３２０からの直交カバーリングのなされたシンボルデータ３２４出力は、次に、１組のロジックエレメント或いは積算器３３４と３３６を用いて、ＰＮＩとＰＮＱ拡散コードで結合あるいは積算される。その結果得られる信号は、次に、適切なパワーコントロールおよび増幅回路、送信パワーコントローラ２１２とアナログ送信器２２４へ送信される。ここで、それらは、通常、パイロット、セットアップチャネル信号とともに、他のトラヒックチャネル信号と加算されて１つの信号となった直交位相ペアシノサイド（a quadraure pair of sinusoids）を、典型的に２相変調することにより、ＲＦキャリア上に変調される。加算は、ＣＤＭＡチャネルに関連するＰＮシーケンスと結合する前か後に、ベースバンドあるいは中間周波数のような信号処理中のいくつかの異なるポイントでなされ得る。
一度に多くのユーザ及びダイバーシティパスに対してデータ信号を処理し、それらを目標とするユーザまたは受信者に送信するための典型的な全体のゲートウェイ送信システムが図４ａ及び図４ｂに示されている。図４ａは、特定のデータパス構造を示しており、また図４ｂは、アナログ転送パスを含むより一般化された形態を示している。図４ａ及び図４ｂにおいて、所与のユーザ、トラフィック、又は通信チャネルＤ（１２８の１、Ｄ＝１，１２８）に向けられたデータであるユーザデータ４００（４００1−４００D）がゲートウェイに入力される。データ４００Dは、所定のデータフレームフォーマットで、且つ予め選択された周期性で、エンコーダ／インターリーブエレメント４０２（４０２1−４０２D）のシリーズの一つへ転送され、そこでデータは、インターリーブ及びエンコードされる。図４ｂにおいて、インターリーブされる部分は、エレメント４０２’（４０２’1乃至４０２’D）に対して任意であるので省略される。
次に、トラフィック（又は他の）チャネル毎のデータは、変調器４０４（４０４11乃至４０４DK）で変調される。なお、幾つかのこのような変調器は、所与のユーザに対する、望ましい数のＫ個のダイバーシチィモード信号、信号パス、又は回路を確立するためにある。即ち、所与のチャネルに対する信号を複数の信号パス（アンテナ、サブビーム、送信器パス、等）を介して送信できることが望ましく、典型的なシステムは、６４個までのこのようなダイバーシティモードが可能である。従って、Ｋは、典型的には６４程度であり、ダイバーシティの許容量、システムの複雑さ、コスト及び信頼性の望まれる最大量のような既知の設計ファクタに依り、他の多数の変調器が使用されてもよい。本例では、ユーザデータチャネルＤ入力（Ｄの最大値は、直交コードの最大数である）毎に６４個の変調器（Ｋ＝６４）がある。この結果、実質的に多数の変調器及び制御出力があることになる。
これらの変調器は、典型的に前述のようにデジタル送信器中にあることに留意。ここで、送信器コントローラ及びパワー制御エレメントは、図においては明瞭化のために省略されている。変調器は、制限されるものではないが、送信用信号を準備するために使用されるデジタル信号プロセッサ、を含む幾つかの既知の処理エレメントを含むか又は使用する。カバーリング及び拡散（spreading）が、以下に、説明の明瞭化のために図３の例示の変調回路で論じられるが、直交カバーリング或いはチャネル化は本発明の動作では必要無く、且つ幾つかの用途では使用されないことは明瞭である。本発明は、使用される変調スキーム（ＣＤＭＡ、スペクトル拡散、他）に拘らず、データが処理される方式を再編成することにより複雑性を減少する。
次に、各変調器４０４（４０４11乃至４０４DK）の出力は、それらの夫々の信号を送信するためにゲートウェイで使用されるアナログ送信器又は送信ステージ４０８（４０８1乃至４０８M）の各々の入力ステージへ転送される。この転送は、一つのデータバスや既知のケーブル、信号導体、データバス、又は他の既知の分散メカニズムのシリーズ、４０６を介して発生する。バス４０６は、一般にＤｘＫのデータワード幅であり、各ワードは、シンボル毎に使用されるビットの数である。また、アナログ送信器４０８Mの全数Ｍは、アンテナや衛星の数、システムの複雑性、処理されるダイバーシティのモード数、ＣＤＭＡチャネル数、チャネル容量、等の既知のシステム設計ファクタに依存する。アナログ送信器４０８Mの一般的な数は、少なくとも３（Ｍ＝３）であり、多分４個若しくはそれを超える衛星においては一個若しくはそれを超えるビーム（周波数）において、サブビーム毎に多分一つのオーダーである。典型的な衛星通信システムは、ゲートウエイにおけるトータルで３２から８３２個（Ｍ＝３２から８３２）のアナログ送信機、或いは一度に２から４個の衛星を通してゲートウエイにより転送される１から１６のビーム上で或いは用いて１３個のサブビームを使用する。追加の偏波モード及び他のファクタは、周知のように、使用されるアナログ送信器４０８Mの数を増加又は減少することができる。
アナログ送信器４０８（４０８1乃至４０８M）の各々は、信号合成ステージ又はエレメント４１０M（４１０1乃至４１０M）及びここではアナログ送信器としてラベル付けされる、送信増幅器又は電力ステージ４１２（４１２1乃至４１２M）を使用する。コンバイナ４１０（４１０1乃至４１０M）は、変調されたデータシンボルのＤまでのユーザチャネルをアナログ転送パス４１６（４１６1乃至４１６M）を介する送信のために単一の信号に合成し、このアナログ転送パスは、上述のように、使用又は利用され得る直交コードの数に基づく最大数Ｄの、アナログ送信器及びアンテナ２３０を含む。Ｄ：１（ここでは、１２８：１）の合成或いはマッピングにおいて信号を合成或いは多重化するエレメントは、当技術において周知であり、ここでは、詳述しない。アナログ送信器４１２（４１２1乃至４１２M）は、アンテナ２３０（２３０1乃至２３０M）に結合され、その数は、当技術でよく知られているようにシステム設計及びゲートウェイ設計ファクタに依存する。各ゲートウェイは、典型的に４個若しくはそれより少ないアンテナを有するので、勿論それより多く使用されてもよいが、幾つかの送信器は、図示されない他の連結及び合計（summation）エレメント、デバイス、又は回路を介して一つのアンテナに接続される。
上述のように、図４ａ及び図４ｂに示される典型的な構成の一つの問題は、アナログ送信器４１２（４１２1乃至４１２M）からの出力信号を生成又は形成するために転送されるべきデータの全体の大きさである。シンボルサンプル当りの典型的な８ビットは、同相（Ｉ）および直交（Ｑ）チャネルの各々における、変調器のＰＮ拡散コードに対する典型的１、２８８Ｍｃｐｓチップレート、及び２倍（２ｘ）のオーバーサンプリングレートで使用されると、各ダイバーシティモード変調器４０４DKの出力において約４０Ｍｂｐｓのデータがある。図４ｂにおいて、Ｉ及びＱチャネルが図において明瞭化のために単一の共通ラインとして示されている。しかしながら、各々に対して利用できる２から６４までのダイバーシティモードを備える、１２８までのユーザデータ信号（それら自体のデータ要求を有する同期チャネル、ページング、パイロットをマイナスする）があり、その結果、データバスにおいて、種々のアナログ送信器間又はそれらへ４０×１２８×（２から６４）Ｍｂｐｓ（１０から３２７Ｇｂｐｓ）のオーダーでデータを転送しようとする。この多くのデータの転送は、現在のシステムでは実用的ではない。
更に、種々のチャネル信号を合成するために、それらのデータフレーム又はエンコードされ及び拡散されたデータシンボルが使用されるＰＮ拡散コードに対するチップタイミングの１／２未満内で同期されなければならないことが理解される。この規模では、この数の信号に対してこのレベルの同期を維持し且つデータの転送を正確に制御することは、それら自体が極端に負担のかかるものであり、非実用的なタスクであることが容易に理解される。それは、多数のダイナミックに変化する信号を０．４マイクロ秒の精度で同期することが必要であり、それは、利用できるＴＦＵ信号をもっても、最も商業的に利用できるシステムにおいて、可能ではない。
本発明は、データ転送の負担を減少して、ゲートウェイのコスト効率がよく信頼性のある送信ステージを可能とする。これは、幾つかの信号処理機能を個々のアナログ送信器と関連するモジュラーグループへ分離することにより達成される。モジュールにおける信号処理に相応するレートでの処理するために該データを適当なモジュールに転送することにより、データの転送レートは、従来の処理転送に必要なレートに比較して大きく減少される。個々のモジュールや信号処理動作に使用されるレートは、一度にアナログ送信器の全てに処理されたデータを転送するのに要求されるレートよりも低い。より低いデータレートでパケット化チャネルデータの使用を介するようなこのデータ転送を多重化し、それを処理のためにＤ個の入力からＭ個の送信器エレメントへ転送することにより、転送レートは減少される。
この新規な技術は、図５ａ及び５ｂに示されており、複数の分散データ送信器及びモジュール送信処理エレメントを使用する新規なゲートウェイアーキテクチャを図示する。図５ａ及び５ｂにおいて、各ユーザチャネル４００（４００１乃至４００Ｄ）からのデータシンボルは、データバス、ケーブル、又は他の既知の分散メカニズム５０６を介して直接に一連の送信ステージ、セクション、デバイス、又はモジュール５０８へ転送される。各送信器又は送信モジュール５０８（５０８1乃至５０８M）内において、エンコーダ／インターリーバ５０２（５０２11乃至５０２MR）及び対応する変調器５０４（５０４11乃至５０４MR）のアレイがあり、それらは前述と同様に信号を処理するために使用される。Ｍ（Ｍは前述の通り）個のモジュールの各送信モジュール５０８は、その送信モジュールで処理され得るチャネル（直交コード（複数）／コード長により境界付けられるＲとＳ）の数と等しい数の入力ステージ又は処理パスを使用する。上述のコード化構造を仮定すると、それは、最大１２８チャネル、マイナス  パイロットチャネルである。従って、ＲとＳは、Ｄ又は上記例未満である。
図示の実施の形態では、各信号転送又は処理パスは、エンコーダ／インターリーバ５０２R及びモジュール５０４Sを使用する。送信モジュール又は対応する送信器（ここで、Ｎ＝Ｓ＝Ｒ＝１２８）当り１２８個まであるが、それらは、前述の構造で使用されるよりもよりコンパクトな相互接続モジュールを形成する。しかしながら、各送信モジュール５０８で使用されるエンコーダ／インターリーバ５０２R及び変調器５０４Sの数は、最大数に等しい必要はなく、即ち永久固定される必要はない。即ち、１対１対応は必要ない。より少ない数のエレメントが、所与のアナログパスに沿って転送されるデータ又は使用されるダイバーシティの平均数を制限するシステム設計特性に基づいて使用され得る。システムテストや履歴データは、この数を合わせる（tailor）或いは調節するために使用され得る。更に、これらのエレメントの幾つかは、タイムシェアリングされ得る。好ましい実施の形態において、Ｄよりも少ない数のエンコーダ／インターリーバ５０２Rは、より多くの数の変調器５０４Sに対して入力ステージとして作用するように使用される。例えば、８から１０の少ないインターリーバが３２から６４個の変調器により処理される信号を許容する、即ちより大きいレートでさえ使用され得る。当業者は、特定の通信システム設計及び容量に基づき、より少ない又はより多いエレメントを割り当ててこれらの機能を達成する方法を理解している。
エンコーダ／インターリーバ５０２R及び変調器５０４Sの入力は、幾つかの方法で制御又は割り当てられ得る。即ち、使用されるエレメントの数に依存して、各々はは、入力を受信する予め割り当てられたチャネルを有することができる。この構成において、エンコーダ／インターリーバ５０２1は、常時ユーザ又はトラフィックチャネル１からデータを受信し、エンコーダ／インターリーバ５０２2は、トラフィックチャネル２からデータを受信する、等である。変調器５０４Rは、同様に割り当てられ得る。チャネルよりも少ないエンコーダ／インターリーバ５０２Sがある場合、それらは、チャネルグループに予め配置され得る。或いは、より好ましくは、エンコーダ／インターリーバ及び変調器が利用可能な（availability）順序で（an order）使用される。即ち、第１のトラフィック又はユーザデータチャネルは、使用されておらずかつそのセットのエレメントに亘ってのある所定の順序の使用に基づいて、第１の利用できるインターリーバへ入力される。次に、インターリーバ出力は、同様のスキームを使用する変調器へ転送される。制御プロセッサやゲートウェイ送信プロセッサのようなエレメントは、これらの信号の転送のために順序及び位置を決定するために使用され得る。
エンコーダ／インターリーバ及び変調器は、容易に製造され、ゲートウェイＲＦ処理セクションに対する電子サブシステムにおけるアナログ送信器とグループ化され得る安価なモジュールとして構成され得る。幾つかの構成において、エンコーダ／インターリーバ及び変調器は、単一モジュールに組み合わされることができ、単一の回路、エレメント、又はデバイスにおいて、全体のエンコード化、インターリーブ化、変調処理を実行するエンコード化変調器を形成する。これは、エンコーダ／インターリーバのタイムシェアリングが実質的に減少又は削除されるので、この状態において、一つの送信モジュールを形成するためにより多くのエレメントが要求される。
また、エンコーダ／インターリーバ及び変調器エレメントは、図示されているように、送信モジュールの”境界”を横切って再割り当てされ得る。即ち、これらのエレメントは、ゲートウェイ内の物理的位置ではなくてエレメントタスク割り当てに基づく送信モジュールを形成するために共にグループ化される。これらのエレメントは、デジタル信号プロセッサ、マイクロプロセッサ、エンコーダ、変調器ＩＣ、メモリエレメント等の、限定されない、周知のコンポーネントを使用するより大きなアレイで実施され得る。これらは、当技術で周知の電子スイッチングエレメントを使用してプログラムされるか接続される。これらのスイッチングエレメントは、該エレメント或いはデバイスのそれらが接続されるいずれかのアナログ送信器を選択するために、制御エレメント又はプロセッサにより使用されることができる。これにより特定のアナログパスに対して必要に応じてリソースの再割り当て（reallocation）が可能となる。これにより更に、より低い平均ダイバーシティモード使用に基づく幾つかのシステムにおいて必要とされるエレメントの数を減少する。即ち、より少ない変調器等が、使用のためにリザーブされることが必要になる。
上記構成の一つの利点は、エンコーダ毎の、及びそれゆえに、アナログ送信セクション毎の入力データが、バス或いはメカニズム５０６を介して一般的には９６００bps以下のレートで、或いは、特定のシステムにおいて望ましいように、転送される。従って、ゲートウェイのメインデータバスは、大きく減少されたデータ転送レートで動作することができ、複雑さ或いは複合化が大きく低減され、制御がより一層簡単になる。更に、同様に、このデータ転送を生成するのに必要な物理的相互接続の数は大きく減少される。アナログ送信器（Ｍ）の各々に対してＮ個の入力（Ｎより小さいＳ）チャネルが必要に過ぎず、それは、Ｄデータワード幅のバス（ここで、最大Ｄ＝１２８）として構成され得る。複雑性の低減は、図５ｂに示されることができ、そこで各ユーザ情報入力は、アナログ送信器の幾つか、すなわち、Ｋ＜Ｍへ転送されるに過ぎず、全ての相互接続は、図４ａのように維持される必要はない。
各チャネル毎のエンコード化され変調されたデータは、アナログ送信器への入力で一旦受信されると、ユーザ信号の各々のデータは、その送信器に対する他のユーザ信号のためのデータとの結合のために自動的に同期される。これは、各送信モジュール内で処理チェーンの各々を制御するために共通のクロック及び他の信号を使用する結果であり、従って、タイム同期は、送信モジュール処理全体に亘り自動的に維持される。このタイミング制御は、図５ａにおいて、ＴＦＵ／ＯＴＨＥＲ入力、コマンド、又は制御ラインとして示されており、上述のＴＦＵ、プロセッサ回路、又は他の既知のタイミング制御及びクロック信号エレメントへ接続される。
データシンボルは、Ｄ又はＮ（Ｓ）個のエレメントからＭ個のエレメントまで転送されているので、ＮからＭの多重化又はデータ交差（transposition）エレメントがこれらのエレメント間でデータバスのより効率的使用をなすために使用されることができる。このことは、図６に示されており、多重化エレメント６００は、データバス又は入力ライン６０２でデータシンボルを受信し、それらを、種々の送信モジュール５０８に導く一つ又はそれより多くの出力データバス又はライン６０４へ転送するために使用される。多重化エレメント６００は、当技術で周知の技術及び装置を使用して、パッケットスイッチングエレメント又はパケタイザとして構成され得る。
図６に示されるように、各ユーザチャネルＤからのデータは、マルチプレクサ／パッケトエレメント６０２使用して、一つ又はそれ多くの送信モジュール５０８へ転送される。バス６０２を介するデータ入力は、一般的に９６００ｂｐｓユーザデータ+或る追加のオーバーヘッド情報を備え、データがどの送信モジュール又はパスに転送されるべきかを示す。例示の実施の形態は、オーバーヘッド情報を満たす（account for）ために略追加の５０％データレートを割り当てる。従って、マルチプレクサ６００の入力側の転送は、略９６００ｘ１．５ｂｐｓ、即ち、１４４００ｂｐｓで発生し、それは、従来のアプローチを使用するゲートウェイにおけるデータ転送に対する前の要求より十分に少ない。
マルチプレクサ／パッケトエレメント６００の出力側は、ユーザチャネル４００（Ｄ）毎に信号又はデータを適当な送信モジュールへ転送する。マルチプレクサ／パッケトエレメント６００は、どの送信モジュール又はパスがどのユーザデータを受信するかについてのオーバーヘッド情報を使用して、出力データを構成する。ユーザデータ転送は、送信モジュール毎に意図される全てのユーザから一つのモジュールへ一度にデータを送信することにより生じる。これにより、各送信モジュールへ転送されるユーザ信号の数の倍数の、除去されるオーバーヘッド情報持つ、９６００ｂｐｓのオーダーのデータ転送レートとなる。この後者の最大値は、本例におけるＮの最大値であり、９６００ｘ１２８＝１．２２Ｍｂｐｓの最大転送レートとなる。ユーザが各送信モジュールへ送る信号の数は、任意の所与の時間で実質的に１２８未満で有り得る。理由は、それが全てのユーザ信号（各々がＭ個の送信器の各々へ行く）に対するＭのダイバーシティを意味するからである。データバス６０４上のＤのより低い平均値は、転送レートを一層低減する。このアプローチは、ゲートウェイ内で任意の時に転送される必要があるデータの量を更に減少する。
好ましい実施の形態の上記記述は、当業者が本発明を製造又は使用できるために提供される。これらの実施の形態の種々の変更は、例えば、アンテナ及びアナログ送信器の数及びタイプの変更は、当業者にとって容易に理解され、ここで定義される普遍的原理は、発明的能力の使用なしで他の実施の形態に適用され得る。このように、本発明は、ここで示された実施の形態に限定されることを意図されているのではなく、ここで開示された原理及び新規な特徴と一致する最も広い範囲が許容されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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