(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリアンブルが第１のステージと第２のステージを有し、前記第１のステージが第１の信号により変調されたデータを有し、前記第２のステージが第２の信号と前記第１の信号により変調されたデータを有し、プリアンブルとメッセージとを含むアクセスプローブを送信する送信機と、
前記プリアンブルの前記第１のステージから前記第１の信号の第１のタイミングオフセットを決定する粗サーチャーと、前記第１のタイミングオフセットに基づき、前記第２のステージから前記第２の信号の第２のタイミングオフセットを決定する微サーチャーとを含み、前記アクセスプローブを受信する受信機とを具備するワイヤレス通信用システム。
【請求項２】
前記第１の信号と前記第２の信号は疑似雑音シーケンスである請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記第１の信号と前記第２の信号はエンコーディングシーケンスである請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記第１の信号は１対の直角位相拡散疑似雑音シーケンスである請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記第２の信号はチャネル化疑似雑音シーケンスである請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記第１のステージの前記データはヌルデータである請求項１記載のシステム。
【請求項７】
前記第２のステージの前記データはヌルデータである請求項６記載のシステム。
【請求項８】
第１のステージと第２のステージを有するプリアンブルと、メッセージとを含むアクセスプローブを送信する方法において、
第１の信号によりプリアンブルの前記第１のステージを変調し、
前記プリアンブルの前記変調された第１のステージを送信し、
前記第１の信号と第２の信号により前記プリアンブルの前記第２のステージを変調し、
前記プリアンブルの前記変調された第１のステージを送信した後に、前記プリアンブルの前記変調された第２のステージを送信し、
前記第１の信号と前記第２の信号でメッセージを変調し、
前記プリアンブルの前記変調された第２のステージを送信した後に、前記変調されたメッセージを送信するステップを含む方法。
【請求項９】
前記プリアンブルの前記変調された第１のステージは、受信機が前記第１の信号の第１のタイミングオフセットを捕捉するのに十分な時間の間に送信される請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記プリアンブルの前記変調された第２のステージは、受信機が前記第２の信号の第２のタイミングオフセットを捕捉するのに十分な時間の間に送信される請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の信号は１対の直角位相拡散疑似雑音シーケンスである請求項８記載の方法。
【請求項１２】
前記第２の信号はチャネル化疑似雑音シーケンスである請求項８記載の方法。
【請求項１３】
受信機がアクセスプローブに関係するタイミングを高速に決定できるようにするアクセスプローブにおいて、
第１のコードシーケンスにより変調された第１のステージと、前記第１のコードシーケンスと第２のコードシーケンスにより変調された第２のステージとを有するプリアンブルを含み、
前記プリアンブルの前記第２のステージにおいて変調された前記第２のコードシーケンスのタイミングを決定する前に前記プリアンブルの前記第１のステージにおいて変調された前記第１のコードシーケンスのタイミングを受信機が決定できるように、前記第１のステージが前記第２のステージの前に送信され、これにより、受信機がタイミングを決定するのに必要な時間量を減少させるアクセスプローブ。
【請求項１４】
前記プリアンブルに続くメッセージをさらに含み、前記メッセージは前記第１のコードシーケンスと前記第２のコードシーケンスにより変調される請求項１３記載のアクセスプローブ。
【請求項１５】
前記第１のコードシーケンスは１対の直角位相拡散疑似雑音シーケンスであり、前記第２のコードシーケンスはチャネル化疑似雑音シーケンスである請求項１３記載のアクセスプローブ。
【請求項１６】
第１のステージと第２のステージとを含むプリアンブルを有する、送信機からの送信信号を受信機で捕捉する方法において、
前記プリアンブルの前記第１のステージは第１の信号により変調され、前記プリアンブルの前記第１のステージ中に受信機により受信された送信信号において、前記第１の信号のタイミングオフセットを決定する粗サーチを実行し、
前記プリアンブルの前記第２のステージは前記第１の信号と第２の信号により変調され、前記プリアンブルの前記第２のステージ中に受信機により受信された送信信号において、前記第２の信号のタイミングオフセットを決定する微サーチを実行し、前記第２の信号の前記タイミングオフセットは前記第１の信号と前記第１の信号の前記タイミングオフセットとを使用して決定され、
前記第１の信号と、前記第２の信号と、前記第１の信号の前記タイミングオフセットと、前記第２の信号の前記タイミングオフセットとを使用して前記送信信号を復調するステップを含む方法。
【請求項１７】
前記第１の信号と前記第２の信号は疑似雑音シーケンスである請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の信号は１対の直角位相拡散疑似雑音シーケンスであり、前記第２の信号はチャネル化疑似雑音シーケンスである請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
前記プリアンブルの前記第１のステージはヌルデータから構成されている請求項１６記載の方法。
【請求項２０】
前記プリアンブルの前記第２のステージはヌルデータから構成されている請求項１６記載の方法。
【請求項２１】
ワイヤレス通信システム中でアクセス信号を使用するための方法において、
プリアンブルが第１のステージと第２のステージを有し、前記第１のステージが第１の信号により変調されたデータを有し、前記第２のステージが第２の信号と前記第１の信号により変調されたデータを有し、プリアンブルとメッセージとを含むアクセスプローブを送信し、
前記アクセスプローブを受信し、
前記プリアンブルの前記第１のステージから前記第１の信号の第１のタイミングオフセットを決定し、
前記第１のタイミングオフセットに基づき、前記第２のステージから前記第２の信号の第２のタイミングオフセットを決定するステップを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、多元接続スペクトル拡散通信システムおよびネットワークに関する。特に、この発明はスペクトル拡散通信システム中で受信されたアクセスチャネル送信信号のタイミングの不確実性を解決することに関する。
【０００２】
【従来の技術】
非常に多数のシステムユーザ間に情報を送信するために、さまざまな多元接続通信システムおよび技術が開発されてきている。しかしながら、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）通信システム中で使用される技術のようなスペクトル拡散変調技術は、特に非常に多数の通信システムユーザに対してサービスを提供する際に、他の変調方式に対して顕著な効果を奏する。このような技術は、“衛星または地上中継器を使用するスペクトル拡散多元接続通信システム”とのタイトルの下で１９９０年２月１３日に発行された米国特許第４，９０１，３０７号および“個々の受信者の位相時間およびエネルギを追跡するためにスペクトル拡散通信システムにおいてフルスペクトル送信電力を使用する方法および装置”とのタイトルの下で１９９７年１１月２５日に発行された米国特許第５，６９１，９７４号の教示に開示されており、両特許は本発明の譲受人に譲渡され、参照によりここに組み込まれている。
【０００３】
先に言及した特許は多元接続通信システムを開示しており、この通信システムでは非常に多数の一般的な移動または遠隔システムユーザがそれぞれ少なくとも１つのトランシーバを使用して、公衆電話交換ネットワークのような他のシステムユーザあるいは他の接続されたシステムのユーザと通信している。トランシーバはゲートウェイおよび衛星、または（セルサイトあるいはセルとしても呼ばれることがある）地上基地局を通して通信する。
【０００４】
基地局はセルをカバーし、一方衛星は地球表面上のフットプリントまたはスポットをカバーする。いずれのシステムにおいても、容量利得はカバーされている地理的領域をセクタ区分、すなわち細分することにより達成することができる。セルは基地局において指向性アンテナを使用することにより“セクタ”に分割することができる。同様に、衛星のフットプリントはビーム成形アンテナシステムの使用により地理的に“ビーム”に分割することができる。カバレッジ領域を細分するこれらの技術は、相対アンテナ指向性または空間分割多重化を使用して分離を生み出すものとして考えることができる。さらに、利用可能な帯域幅があるとした場合、これらを細分したもののそれぞれ、すなわちセクタまたはビームのいずれかは、周波分割多重化（ＦＤＭ）の使用を通して複数のＣＤＭＡチャネルに割り当てることができる。衛星システムでは、各ＣＤＭＡチャネルは“サブビーム”として呼ばれる。その理由は“ビーム”当たりにこれらがいくつか存在するからである。
【０００５】
ＣＤＭＡを使用する通信システムでは、独立したリンクを使用してゲートウェイまたは基地局との間に通信信号を送信する。フォワードリンクは基地局またはゲートウェイからユーザ端末への通信リンクに関係しており、信号はゲートウェイまたは基地局で発生され、システムユーザに送信される。リバースリンクはユーザ端末からゲートウェイまたは基地局への通信リンクに関係しており、信号はユーザ端末で発生され、ゲートウェイまたは基地局に送信される。
【０００６】
リバースリンクは、アクセスチャネルとリバーストラフィックチャネルの少なくとも２つの独立したチャネルから構成されている。アクセスチャネルは時間的に分離されており、ゲートウェイまたは基地局への通信を開始し、またはこれらからの通信に応答するために、１つ以上のユーザ端末により使用される。この通信プロセスはアクセス送信としてあるいは“アクセスプローブ”として呼ばれる。リバーストラフィックチャネルは、“通話”あるいは通話セットアップ中にユーザ端末から１つ以上のゲートウェイまたは基地局にユーザおよびシグナリング情報を送信するために使用される。アクセスチャネル、メッセージおよび通話に対する構造またはプロトコルは“デュアルモードワイドバンドスペクトル拡散セルラシステムのための移動局−基地局互換性標準規格”と題する電気通信工業協会ＩＳ−９５標準規格にさらに詳細に説明されており、これは参照によりここに組み込まれている。
【０００７】
典型的なスペクトル拡散通信システムでは、通信信号として送信するために搬送波上に変調する前に、１つ以上の予め選択された疑似雑音（ＰＮ）コードシーケンスを使用して、予め定められたスペクトル帯域に対してユーザ情報信号を変調すなわち“拡散”する。ＰＮ拡散処理、すなわち技術的によく知られているスペクトル拡散送信の方法は、データ信号のものよりもかなり広い帯域幅を持つ送信信号をもたらす。フォワードリンクでは、ＰＮ拡散コードまたはバイナリシーケンスを使用して、パルチパス信号間とともに、異なる基地局によりあるいは異なるビームに対して送信された信号間を識別する。これらのコードは一般的に所定のセル、ビームあるいはサブビーム内のすべての通信信号により共有される。
【０００８】
ある通信システムでは、リバースリンクトラフィックおよびアクセスチャネルの両方に対して、同じセットのフォワードリンクＰＮ拡散コードをリバースリンクでも使用する。他の提案されている通信システムでは、フォワードリンクとリバースリンク間で異なるセットのＰＮ拡散コードを使用する。さらに別の通信システムでは、リバースリンクトラフィックとアクセスチャネル間で使用するための異なるセットのＰＮ拡散コードが提案されている。
【０００９】
ＰＮ拡散は１対の疑似雑音（ＰＮ）コードシーケンス、すなわちＰＮコード対を使用して、情報信号を変調すなわち“拡散”することにより達成される。一般的に、１つのＰＮコードシーケンスを使用して同位相（Ｉ）チャネルを変調し、他のＰＮコードシーケンスを使用して直角位相（Ｑ）チャネルを変調する。このＰＮ変調すなわちエンコーディングは、情報信号が搬送波信号により変調されて、ゲートウェイまたは基地局によりフォワードリンク上で通信信号として送信される前に生じる。ＰＮ拡散コードはショートＰＮコードまたはシーケンスとしても呼ばれることがある。その理由は通信システムにより使用される他のＰＮコードまたはコードシーケンスと比較した場合に比較的“ショート”であるからである。
【００１０】
特定の通信システムはフォワードリンクまたはリバースリンクチャネルのいずれが使用されているかに応じていくらかの長さのショートＰＮシーケンスを使用する。フォワードリンクに対して、ショートＰＮコードは一般的に２10から２15チップまでの長さを持つ。これらのショートＰＮコードを使用してさまざまな衛星、またはゲートウェイおよび基地局により送信される信号間を識別する。さらに、所定のショートＰＮコードのタイミングオフセットを使用して、特定の衛星またはセルのビーム間を識別する。
【００１１】
衛星システムのリバースリンクに対して、ショートＰＮコードはおよそ２8チップのシーケンス長を持つ。フォワードリンクで使用される“より長い”ショートＰＮコードに関係する複雑さをもたらすことなく、これらのショートＰＮシーケンスを使用して、通信システムにアクセスしようとしているユーザ端末をゲートウェイ受信機が迅速にサーチできるようにする。この説明のために、“ショートＰＮコード”はリバースリンクで使用されるショートＰＮコードシーケンス（２8チップ）に言及する。
【００１２】
チャネル化コードとして呼ばれる他のＰＮコードシーケンスを使用して、セルまたはサブビーム内で異なるユーザ端末により送信される通信信号間を識別する。ＰＮチャネル化コードはロングコードとしても呼ばれる。その理由は通信システムにより使用される他のＰＮコードと比較した場合に比較的“ロング”であるからである。ロングＰＮコードは一般的におよそ２42チップの長さを持つ。一般的に、ショートＰＮコードにより変調されて、その後にアクセスプローブとしてゲートウェイまたは基地局に送信される前に、アクセスメッセージはロングＰＮコード、すなわちこのようなコードの特定の“マスクされた”バージョンにより変調される。しかしながら、ショートＰＮコードおよびロングＰＮコードはアクセスメッセージを変調する前に組み合わされることもある。
【００１３】
ゲートウェイまたは基地局の受信機がアクセスプローブを受信したとき、受信機はアクセスプローブを逆拡散してアクセスメッセージを獲得しなければならない。これは仮定を形成することにより達成される。すなわちどのロングＰＮコードとどのショートＰＮコード対が受信されたアクセスメッセージを変調したかについて推測することにより達成される。所定の仮定とアクセスプローブとの間の相関関係が発生されて、アクセスプローブに対してどの仮定が最高の評価であるかが決定される。一般的に予め定められたしきい値に対して最高の相関関係を生み出す仮定が選択された仮定である。いったん適切な仮定が決定されると、選択された仮定を使用してアクセスプローブが逆拡散され、アクセスメッセージが獲得される。
【００１４】
このタイミングの不確実性はスペクトル拡散通信システムに対して問題を提起する。このタイミングの不確実性はＰＮコードシーケンスの開始における不確実性、すなわちコードの開始点またはタイミングにおける不確実性に対応している。タイミングの不確実性が増加すると、ＰＮコードシーケンスの開始を決定するためにさらに多くの仮定を形成する必要がある。これらの通信システムにおける信号の適切な復調は、さまざまなＰＮコードシーケンスが受信信号のどこで開始するかを“知る”ことに基づいて決定される。ＰＮコードシーケンスの開始を認識するに、あるいはそれらの各タイミングに適切に同期化するのに失敗すると、受信信号の復調が失敗することになる。
【００１５】
しかしながら衛星通信システムでは、ユーザ端末と衛星中継器との間の距離が変化するために、アクセスプローブを捕捉するのが特に困難である。衛星が地球を旋回しているとき、ユーザ端末と衛星との間の距離はかなり変化する。最大距離は衛星がユーザ端末に対して水平に位置しているときに生じる。最小距離は衛星がユーザ端末の真上に位置しているときに生じる。この距離変動は２０ミリ秒（ｍｓ）までのアクセスプローブの一方向（すなわちユーザ端末からゲートウェイへ）のタイミングに不確実性を生成する。システムに応じて、この不確実性はさらに多くなる。
【００１６】
タイミングの不確実性を解決するために、ゲートウェイ受信機は数万の仮定をサーチする必要があるかもしれない。このサーチは実行するのに数秒かかるかもしれず、通信リンクを確立するのに遅延が生じ、これはユーザにとって許容できない。さらに、通信システムにおけるチャネル数が制限されていることから、特定のユーザは数分間通信システムにアクセスする機会を実際に失うかもしれない。その理由は最初に１人以上の他のユーザがリンクまたは通話を確立するからである。
【００１７】
同様な状況はスロット化されたＡＬＯＨＡアクセス信号プロトコルまたは技術を使用する通信システムで生じる。この技術では、アクセスチャネルは信号を受信するために使用される一連の固定長フレームまたはタイムスロットに分割される。アクセス信号は一般的に“パケット”として構成され、これはプリアンブルとメッセージ部分からなり、捕捉されるタイムスロットの始まりで到着しなければならない。特定のフレーム期間中にアクセスプローブを捕捉するのに失敗すると、アクセスを要求している送信機がアクセスプローブを再送信して、後続フレーム中で受信機がアクセスプローブを再度検出できるようにしなければならないことになる。同時に到着する複数のアクセス信号は“衝突”し、捕捉されず、両方を再送信することが必要となる。いずれのケースでも、最初の試みが失敗したときの後続するアクセス送信のタイミングは、ランダム数のタイムスロットまたはフレームに等しい遅延時間に基づく。プローブ捕捉における遅延の長さは、さまざまな仮定をスキャンするために受信機中の捕捉回路をリセットする際、および先に言及したように他のプローブが最初に捕捉される際の何らかの遅延により増加する。最終的に、タイミングの不確実性が解決されないのであれば、アクセスプローブは決して捕捉されないかもしれず、少なくとも実用的な時間制限内には捕捉されないかもしれない。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
必要とされるものは、予測されるタイミングの不確実性の存在下で、スペクトル拡散通信システム中のアクセスプローブを高速で捕捉するシステムおよび方法である。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明はスペクトル拡散通信システム中で送信しているユーザ端末からのアクセスプローブを高速で捕捉し同期化する新規で改善されたシステムおよび方法である。アクセスプローブはショート疑似雑音（ＰＮ）コード対とロングＰＮコードの両者で最初に拡散されるのではなく、アクセスプローブは複数のステージで拡散される。第１ステージ中に、ヌルデータから構成されているアクセスプローブのプリアンブルは最初にショートＰＮコード対のみで拡散される。第２ステージ中に、アクセスプローブのプリアンブルはショートＰＮコード対とロングＰＮコードの両方により拡散される。
【００２０】
複数のステージでアクセスプローブを拡散する目的は、アクセスプローブにおけるタイミングの不確実性を解決するのに受信機に要求される仮定の全体数を減少させるためである。アクセスプローブの第１ステージ中では、受信機は粗サーチ機能または動作を使用して、プリアンブルのヌルデータを変調したショートＰＮコードを決定する。ショートＰＮコード対の決定は、ショートＰＮコード対の長さの関数としてタイミングの不確実性を部分的に解決する。
【００２１】
アクセスプローブの第２ステージ中で、使用されているショートＰＮコード対を受信機が決定した後に、受信機は微サーチ機能または動作を使用して、ショートＰＮコード対とロングＰＮコードの両方によっても拡散されたプリアンブルのヌルデータを変調したロングＰＮコードを決定する。ロングＰＮコードの決定はアクセスプローブのタイミング不確実性を完全に解決する。
【００２２】
本発明の特徴は、アクセス信号またはプローブを捕捉する際に受信機により要求される仮定の全体数を減少させることである。仮定数の減少はアクセスプローブを捕捉するのに必要な時間量を減少させることになる。したがって、ユーザ端末は従来の技術を使用するシステムと比較した場合に通信システムにアクセスする際にかなり短い遅延しか受けない。仮定数の減少はユーザ端末とゲートウェイとの間の接続を確立する確率も増加させる。
【００２３】
本発明の特徴、目的および効果は、同じ参照文字が全体を通して対応したものを識別している図面とともに以下に述べられた詳細な説明からさらに明らかになるであろう。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明は、スペクトル拡散通信システムにおいてアクセスプローブを高速に捕捉するシステムおよび方法に向けられている。本発明の１実施形態では、捕捉されているアクセスプローブはユーザ端末または移動局からゲートウェイまたは基地局に送信される。
【００２５】
典型的なＣＤＭＡ通信システムでは、予め規定された地理的領域すなわちセル内の基地局はいくつかのスペクトル拡散モデムか、送信機モジュールおよび受信機モジュールのいずれかを使用して、基地局のサービスエリア内のシステムユーザに対する通信信号を処理する。各受信機モジュールは一般的にデジタルスペクトル拡散データ受信機と少なくとも１つのサーチャー受信機とともに関連する復調器などを使用する。典型的な動作中、基地局における、特定の送信機モジュールと特定の受信機モジュール、あるいはモデムがユーザ端末に割り当てられ、基地局とユーザ端末間の通信信号の伝送に対応する。あるケースでは、複数の受信機モジュールを使用して、ダイバーシティ信号処理に対応する。
【００２６】
衛星を使用する通信システムに対して、送信機モジュールおよび受信機モジュールは、衛星を通して通信信号を送信することによりシステムユーザと通信するゲートウェイまたはハブとして呼ばれる基地局に一般的に配置される。さらに、衛星またはゲートウェイと通信して、システムのワイドトラフィック制御および信号同期化を維持する他の関連コンロトールセンターがあってもよい。
【００２７】
Ｉ．システムの概観
本発明にしたがって構成され、動作するワイヤレス通信システムの例が図１に示されている。通信システム１００は、ワイヤレスデータ端末または電話機を有する（ユーザ端末１２６および１２８として示されている）ユーザ端末と通信する際に、スペクトル拡散変調技術を利用する。地上システムでは、通信システム１００は（基地局１１４および１１６として示されている）システム基地局を通してユーザ端末１２６および１２８と通信する。大都市エリア中のセルラ電話機タイプのシステムは、地上ベースの中継器を使用して数千のユーザ端末１２６および１２８を取り扱う数百の基地局１１４および１１６を持つかもしれない。
【００２８】
移動局すなわちユーザ端末１２６および１２８はそれぞれ、これらに限定されないが、セルラ電話機、データトランシーバまたは送信デバイス（例えば、コンピュータ、パーソナルデジタルアシスタンス、ファクシミリ）、ページングまたは位置決定受信機のようなワイヤレス通信デバイスを有するあるいは具備する。一般的に、このようなユニットは望まれるようにハンドヘルド型あるいは車載型のいずれかである。これらのユーザ端末は移動体として説明されているが、本発明の教示は遠隔ワイヤレスサービスが望まれる固定ユニットや他のタイプの端末にも適用できることも理解される。この後者のタイプのサービスは、世界の多くの遠隔エリアで通信リンクを確立するために衛星を使用する場合に特に適合する。
【００２９】
例示的なユーザ端末は先に参照した米国特許第５，６９１，９７４号、“低軌道衛星通信システムのためのパイロット信号強度制御”と題する米国特許出願第０８／６２７，８３０号、および“２つの低軌道衛星を使用する曖昧な位置決定”と題する第０８／７２３，７２５号に開示されており、これらは参照によりここに組み込まれている。
【００３０】
衛星ベースのシステムでは、通信システム１００は（衛星１１８および１２０として示されている）衛星と（ゲートウェイ１２２および１２４として示されている）システムゲートウェイを使用して、ユーザ端末１２６および１２８と通信する。ゲートウェイ１２２および１２４は通信信号を衛星１１８および１２０を通してユーザ端末１２６および１２８に送信する。衛星ベースのシステムは一般的により少ない衛星を使用して、より大きな地理的領域に対してさらに多くのユーザにサービスを行う。
【００３１】
独立した一般的にオーバーラップしてない地理的領域をカバーするように向けられている複数のビームを提供する衛星がこの例に対して意図されている。ＣＤＭＡチャネルとしても呼ばれる異なる周波数における複数のビーム、“サブビーム”、あるいはＦＤＭ信号、周波数スロットまたはチャネルは、同じ領域をオーバーラップするように向けることができる。しかしながら、異なる衛星に対するビームカバレッジまたはサービスエリア、あるいは地上セルサイトに対するアンテナパターンは、通信システム設計および提供されるサービスのタイプに基づいて、完全にあるいは部分的に所定の領域をオーバーラップしてもよいことが容易に理解される。またこれらの通信領域またはデバイスの任意のものの間で、ダイバーシティまたはハンドオフが達成されてもよい。例えば、それぞれが異なる周波数で異なる特徴を有する異なるセットのユーザにサービスを提供してもよく、あるいは所定の移動ユニットが、それぞれ地理的カバレッジをオーバーラップしている複数の周波数および／または複数のサービスプロバイダを使用してもよい。
【００３２】
図１に図示されているように、通信システム１００はシステムコントローラおよびスイッチネットワーク１１２を使用し、これは地上システムにおいては移動体電話スイッチングオフィス（ＭＴＳＯ）として、衛星システムに対して（地上）コマンドおよびコントロールセンターとしても呼ばれる。このようなコントローラには一般的に、基地局１１４および１１６またはゲートウェイ１２２および１２４に対してシステムワイドの制御を提供するインターフェイスおよび処理回路が含まれている。コントローラ１１２はまた一般的に、公衆電話交換ネットワーク（ＰＳＴＮ）、基地局１１４および１１６またはゲートウェイ１２２および１２４、ならびに移動体ユニット１２６および１２８間の電話通話をルーティングすることに対してマスター制御を持っている。しかしながら、ＰＳＴＮインターフェイスは一般的にこのような通信ネットワークまたはリンクに対する直接接続のための各ゲートウェイの一部を形成する。コントローラ１１２をさまざまなシステム基地局１１４および１１６またはゲートウェイ１２２および１２４に結合する通信リンクは、これらに限定されないが、専用電話回線、光ファイバリンク、マイクロ波または専用衛星通信リンクのような既知の技術を使用して確立することができる。
【００３３】
図１では、基地局１１４および１１６とユーザ端末１２６および１２８との間の通信リンクに対する可能性ある信号パスのいくつかがライン１３０、１３２、１３４および１３６として図示されている。これらのライン上の矢頭は、フォワードリンクまたはリバースリンクのいずれかとして、リンクに対する例示的な信号方向を図示しており、明示目的のためだけの図示として機能し、実際の信号パターンを何ら限定するものではない。
【００３４】
同様な方法で、ゲートウェイ１２２および１２４、衛星１１８および１２０、ならびにユーザ端末１２６および１２８間の通信リンクに対する信号パスが、ゲートウェイから衛星へのリンクに対してライン１４６、１４８、１５０および１５２として、衛星からユーザへのリンクに対してライン１４０、１４２および１４４として図示されている。いくつかの構成では、ライン１５４により例示されている直接的な衛星から衛星へのリンクを確立することが可能であり、好ましいかもしれない。
【００３５】
当業者に明らかになるように、本発明は地上ベースシステムまたは衛星ベースシステムのいずれに対しても適合する。したがって、ゲートウェイ１２２および１２４ならびに基地局１１４および１１６は、明確にするためにこれから集合的にゲートウェイ１２２として呼ぶ。同様に衛星１１８および１２０は集合的に衛星１１８として呼び、ユーザ端末１２６および１２８は集合的にユーザ端末１２６として呼ぶ。さらに、ユーザ端末１２６は“移動体”として説明されているが、本発明の教示は遠隔ワイヤレス通信サービスを要求する固定ユニットに対して適用可能であることが理解される。
【００３６】
図１では２つの衛星のみが図示されているが、通信システムは異なる軌道面を移動する複数の衛星を一般的に使用する。さまざまな多重衛星通信システムが提案されており、非常の多くのユーザ端末にサービスを提供するために、例示的なシステムはおおよそ４８以上の衛星を使用し、これらの衛星は低軌道（ＬＥＯ）中の８つの異なる軌道面を移動する。しかしながら、他の軌道距離および配列を含むさまざまな衛星システムおよびゲートウェイ構成に本発明の教示をどのように適用できるかは当業者に容易に理解できるであろう。
【００３７】
用語基地局およびゲートウェイは技術的に交換可能に使用されることがあり、衛星に通信を向け、さらに多くの“機能”を有する特殊化された基地局としてゲートウェイは認識され、関連装置により、移動する中継器を通してこのような通信リンクを維持する一方で、基地局は地上アンテナを使用して周囲の地理的領域内に通信を向ける。中央コントロールセンターは、一般的にゲートウェイおよび衛星と相互対話する際に実行するさらに多くの機能を持っている。ユーザ端末は、好み応じて、加入者ユニット、移動体ユニット、移動局、あるいはある通信システムでは単に“ユーザ”、“移動体”あるいは“加入者”として呼ばれることもある。
【００３８】
ＩＩ．通信リンク
図２は通信システム１００中のゲートウェイ１２２とユーザ端末１２６間で使用される通信リンクの例示的な構成を図示している。少なくとも、そして一般的に通信システム１００では２つのリンクを使用して、ゲートウェイ１２２とユーザ端末１２６間の通信信号の送信を促進する。これらのリンクはフォワードリンク２１０およびリバースリンク２２０として呼ばれる。フォワードリンク２１０はゲートウェイ１２２（あるいは基地局）からユーザ端末１２６に送信される送信信号２１５を取り扱う。リバースリンク２２０はユーザ端末１２６からゲートウェイ１２２（あるいは基地局）に送信される送信信号２２５を取り扱う。
【００３９】
フォワードリンク２１０には、フォワードリンク送信機２１２とフォワードリンク受信機２１８が含まれている。１つの実施形態では、フォワードリンク送信機２１２は先に参照した特許で開示されているようなよく知られたＣＤＭＡ通信技術にしたがってゲートウェイ１２２（基地局）中で実現される。１つの実施形態では、フォワードリンク受信機２１８は先に参照した特許で開示されているようなよく知られているＣＤＭＡ通信技術にしたがってユーザ端末１２６で実現される。
【００４０】
リバースリンク２２０にはリバースリンク送信機２２２とリバースリンク受信機２２８が含まれている。１つの実施形態では、リバースリンク送信機２２２はユーザ端末１２６で実現される。１つの実施形態では、リバースリンク受信機２２８はゲートウェイ１２２（基地局）で実現される。
【００４１】
リバースリンク２２０は、１つ以上のアクセスチャネルと１つ以上のリバーストラフィックチャネルの少なくとも２つのチャネルから構成されている。これらのチャネルは異なる受信機または独立したモードで動作する同じ受信機で実現することができる。先に説明したように、アクセスチャネルはゲートウェイ１２２との通信を開始し、これに応答するためにユーザ端末１２６により使用される。独立したアクセスチャネルは各アクティブユーザに対して任意の所定の時間に要求される。特に、アクセスチャネルはいくつかのユーザ端末１２６により時間共有され、各アクティブユーザからの送信は他のものから時間的に分離される。システムは所要レベルのゲートウェイの複雑さおよびアクセスタイミングのような既知の要因に応じて１つ以上のアクセスチャネルを使用してもよい。提案されている実施形態は周波数当たり１ないし８つのアクセスチャネルを使用する。アクセスチャネルは以下にさらに詳細に説明する。
【００４２】
ＩＩＩ．アクセスチャネル
図３はアクセスチャネル３００をさらに詳細に図示している。アクセスチャネル３００にはアクセスチャネル送信機３１０、アクセスチャネル受信機３２０、アクセスプローブ３３０が含まれている。アクセスチャネル送信機３１０は、先に説明したリバースリンク送信機２２２に含まれている。アクセスチャネル受信機３２０は、先に説明したリバースリンク受信機２２８に含まれている。
【００４３】
アクセスチャネル３００は発呼を含むショートシグナリングメッセージ交換、ページに対する応答、ユーザ端末１２６により起こされ、ゲートウェイ１２２に向けられた登録に対して使用される。ユーザ端末１２６がアクセスチャネル３００を通してゲートウェイ１２２（または基地局）と通信を開始し、またはこれに応答するために、アクセス信号またはアクセスプローブ３３０と呼ばれる信号が送られる。
【００４４】
アクセスチャネルは一般的に、通信システムで使用される１つ以上の特定のページングチャネルとも関係している。ページに応答してユーザ端末アクセス送信に対してどこを探せばよいかが分かっているシステムに関して、これはページングメッセージに対する応答をさらに効率的にする。この関連または割当は固定システム設計に基づいて知られているか、あるいはページングメッセージの構造内でユーザ端末に示される。知られているように、スロット分割されたアクセスチャネルアプローチを使用して、アクセスチャネルは、一連の固定長フレームまたはタイムスロットに分割され、このフレームまたはスロット中でアクセス送信またはプローブをユーザ端末から受信することができる。
【００４５】
ＩＶ．アクセスプローブ中のタイミングの不確実性
アクセスプローブ３３０のタイミングにおける不確実性は、地球を回る衛星１１８の軌道の結果として、ユーザ端末１２６と衛星中継器１１８との間の距離または伝搬パスが変化することにより生じる。このタイミングの不確実性は最小伝搬遅延と最大伝搬遅延により境界付けられる。最小伝搬遅延Ｄminは、衛星１１８がユーザ端末１２６の真上にいるときにユーザ端末１２６から衛星１１８に伝わる信号に対する時間量である。最大伝搬遅延Ｄmaxは、衛星１１８がユーザ端末１２６の予め定められた有効な水平位置に配置されているときにユーザ端末１２６から衛星１１８に伝わる信号に対する時間量である。同様な方法において、一般的により小さな大きさであるが、ユーザ端末と基地局１１４との間の相対運動に対して、何らかの程度のタイミングの不確実性が生じ得る。
【００４６】
タイミングの不確実性を解決することは、適切にアクセスプローブ３３０を捕捉するために必要である。特に、タイミング（すなわちＰＮコードの開始時間）は、ロングＰＮコードおよびショートＰＮコードを使用して、アクセスプローブ３３０あるいはそのメッセージ内容を逆拡散するために知られていなければならない。これはアクセスプローブ３３０を形成するアクセス信号をさまざまなタイミング仮定と相関させて、アクセスプローブ３３０を解決するためにどのタイミング仮定が最高の推定であるかを決定することによりなされる。タイミング仮定は他のものからの時間的なオフセットであり、アクセスプローブ３３０のタイミングのさまざまな推定、またはプローブを発生させるために使用されるＰＮコードのタイミングのさまざまな推定を表している。アクセスプローブ３３０と最高の相関を発生させる仮定は一般的に、予め定められたしきい値を越えるものであり、その特定のアクセスプローブ３３０に対するタイミングの最も可能性がある（“正しい”と想定される）推定を有する仮定である。いったんタイミングの不確実性がこのような方法で解決されると、アクセスプローブ３３０は、よく知られた技術にしたがって、そのタイミング推定ならびにロングＰＮコードおよびショートＰＮコードを使用して逆拡散することができる。
【００４７】
Ｖ．アクセスプローブを送信するための従来のプロトコル
図４は、従来のＣＤＭＡ通信システム中で使用されるアクセスチャネルに対して、アクセスプローブとしても呼ばれる従来のアクセス信号４１０を送信するための従来の信号構造またはプロトコル４００を図示している。ユーザ端末１２６が通信システム１００にアクセスしようとしたときに、すなわち通信を開始または通信に応答しようとしたときに、ユーザ端末１２６は従来のプロトコル４００にしたがって従来のアクセス信号またはプローブ４１０をゲートウェイ１２２に送信する。従来のアクセスプローブ４１０にはアクセスプローブプリアンブル（プリアンブル）４２０とアクセスプローブメッセージ（アクセスメッセージ）４３０とが含まれている。従来のアクセスプローブ４１０はユーザ端末１２６中のアクセスチャネル送信機３１０によりゲートウェイ１２２中のアクセスチャネル受信機３２０に送信される。
【００４８】
従来のスペクトル拡散システムでは、プリアンブル４２０とアクセスメッセージ４３０はそれぞれショート疑似雑音コードシーケンスの対４４０（ショートＰＮコード対）で直角位相拡散され、ロング疑似雑音コードシーケンス（ロングＰＮコード）４５０でチャネル化される。プリアンブル４２０は一般的にヌルデータ（すなわちすべて“１”またはすべて“０”、あるいは“１”および“０”の予め選択されたパターン）から構成され、アクセスメッセージ４３０が送信される前にアクセスプローブ４１０を捕捉する機会をアクセスチャネル受信機３２０に与えるために最初に送信される。
【００４９】
ショートＰＮコード対４４０を使用して情報信号を変調または“拡散”する。疑似雑音変調またはエンコーディングは情報信号が搬送波信号により変調されてゲートウェイ１２２に送信される前に生じる。ショートＰＮコード対４４０を使用して、特定のＣＤＭＡチャネルに対して送信される通信信号間を識別する。本発明の１実施形態では、ショートＰＮコード対４４０を使用して、リバースリンク２２０中で使用されるアクセスチャネル信号と他の通信信号とを識別する。本発明の１実施形態にしたがうと、各ゲートウェイ１２２はその自己のショートＰＮコード対４４０を使用する。本発明の他の実施形態では、適応されるべき通信トラフィック量に基づいて、ゲートウェイ１２２内の各周波数帯域に対して異なるショートＰＮコード対４４０を使用する。これらの実施形態では、ゲートウェイ当たり８つまでのショートＰＮコード対４４０が意図されている。しかしながら、さらに多くあるいはさらに少ない他の数のＰＮコード対をこの機能に対して使用することができる。
【００５０】
ロングＰＮコード４５０を使用して、セルまたはビーム内の異なるユーザ端末１２６により送信される通信信号間を識別する。一般的に、従来のシステムでは、プリアンブル４２０とアクセスメッセージ４３０はショートＰＮコード対４４０により拡散される前にロングＰＮコード４５０により変調またはエンコーディングされる。しかしながら、他の従来のシステムでは、ショートＰＮコード４４０およびロングＰＮコード４５０が組み合わされ、そしてプリアンブル４２０およびアクセスメッセージ４３０を変調するために使用される。
【００５１】
アクセスチャネル受信機３２０がプリアンブル４２０を受信すると、アクセスチャネル受信機３２０はショートＰＮコード対４４０とロングＰＮコード４５０を使用してプリアンブル４２０を逆拡散しなければならない。これは仮定を形成することにより達成される。すなわちどのロングＰＮコード４５０およびどのショートＰＮコード対４４０がプリアンブル４２０に含まれているヌルデータを変調したかについて推測する。所定の仮定およびプリアンブル４２０は相互に相関関係がとられる。プリアンブル４２０とそれぞれの仮定との相関の結果を比較する。大きさまたはエネルギについて、最高の相関関係を発生させる特定の仮定が選択された仮定である。この仮定を構成する特定のロングＰＮコード４５０と特定のショートＰＮコード４４０を使用してアクセスプローブ４１０を復調する。捕捉を確実にするためにアクセスプローブ４１０の送信を繰り返す必要があるかもしれない。
【００５２】
いったんショートＰＮコード対４４０とロングＰＮコード４５０がアクセスチャネル受信機３２０により決定されると、従来のアクセスプローブ４１０は捕捉されたと呼ばれる。プリアンブル４２０が予め定められた時間期間に対して送信された後に、アクセスメッセージ４３０がアクセスチャネル送信機３１０により送信される。先に説明したように、アクセスメッセージ４３０は、従来のプロトコルまたはアクセス信号構造４００にしたがって、プリアンブル４２０を拡散するのに使用されたのと同じショートＰＮコード対４４０およびロングＰＮコード４５０を使用して拡散される。
【００５３】
アクセスメッセージ４３０が送信される前に、アクセスチャネル受信機３２０が仮定を処理して、従来のアクセスプローブ４１０を捕捉する時間を持つように、プリアンブル４２０は十分な長さでなければならない。さもなければ、アクセスチャネル受信機３２０は、アクセスメッセージ４３０が送信されている間に依然として従来のアクセスプローブ４１０を捕捉しようとする。このケースでは、アクセスメッセージ４３０は適切に受信されない。捕捉時間として呼ばれるアクセスプローブ４１０を捕捉するのに必要な時間は、いくつの受信機を並列に使用して仮定を処理するか、さまざまなコードシーケンスがどれ位長いか、信号送信におけるタイミングの不確実性の範囲などに基づいて変化する。これらの要因のそれぞれは、形成されなければならない仮定数および従来のアクセスプローブ４１０を捕捉するのに必要とされる時間に影響を与える。捕捉時間に影響を与える要因に加えて、異なるユーザ端末１２６により送信されるアクセスプローブ４１０間の衝突を最小にするために、プリアンブル４２０の長さおよび反復の頻度を選択する。これらの要因のそれぞれは、明らかとなるように、プリアンブル４２０の長さを決定する際のシステム設計検討事項に基づいて考えられる。
【００５４】
本発明は、従来のアクセスプローブ４１０により要求されるものよりもかなり少ない、形成されるべき仮定しか必要としないアクセスプローブを送信するアクセス信号構造またはプロトコルを使用する。このアクセスプローブは以下でさらに詳細に説明する。
【００５５】
ＶＩ．本発明にしたがったアクセスプローブを送信するプロトコル
図５は本発明の１実施形態にしたがったアクセスプローブ５１０を送信するための信号構造およびプロトコル５００を図示している。アクセスプローブ５１０にはアクセスプローブプリアンブル（プリアンブル）５２０とアクセスプローブメッセージ（アクセスメッセージ）５３０とが含まれている。プロトコル５００と従来のプロトコル４００間の１つの基本的な相違点は、プリアンブル５２０がショートＰＮコード対４４０のみで最初に拡散すなわち変調され、その後にショートＰＮコード対４４０とロングＰＮコード４５０の両方により変調されることである。これにより、アクセスチャネル受信機３２０がショートＰＮコード対４４０のみを使用してタイミングの不確実性を解決することができる。これに対して、従来のプロトコル４００はタイミングの不確実性を解決するために、ショートＰＮコード対４４０とロングＰＮコード４５０の両方の使用を必要とする。
【００５６】
複数のステージでプリアンブル５２０を変調すると、すなわち最初にショートＰＮコード対４４０のみでその後にショートＰＮコード対４４０とロングＰＮコード４５０の両方で変調すると、アクセスプローブ５１０を捕捉するのにアクセスチャネル受信機３２０により要求される仮定数がかなり減少する。仮定数を減少させることにより、アクセスプローブ５１０を捕捉するのにアクセスチャネル受信機３２０により要求される時間（すなわち捕捉時間）は対応して減少する。
【００５７】
本発明にしたがうと、プリアンブル５２０は、第１ステージプリアンブル５６０、第２ステージプリアンブル５７０の２つのステージで送信される。第１ステージのプリアンブル５６０では、アクセスチャネル受信機３２０がショートＰＮコード対４４０のタイミングを決定できるように十分な長さの時間の間に、プリアンブル５２０がショートＰＮコード対４４０により変調される。
【００５８】
第２ステージのプリアンブル５７０では、プリアンブル５２０はショートＰＮコード対４４０とロングＰＮコード４５０の両方により変調される。アクセスチャネル受信機３２０がロングＰＮコード４５０のタイミングを決定できるように十分な長さの時間の間に、第２ステージのプリアンブル５７０がアクセスチャネル送信機３１０により送信される。第２ステージのプリアンブル５７０の終わりまでに、アクセスチャネル受信機３２０はアクセスプローブ５１０を捕捉しなければならない。
【００５９】
第２ステージのプリアンブル５７０後に、メッセージステージ５８０がアクセスチャネル送信機３１０により送信される。メッセージステージ５８０中、メッセージ５３０がショートＰＮコード対４４０とロングＰＮコード４５０の両方により変調される。
【００６０】
複数のステージでプリアンブル５２０を送信することにより、タイミングの不確実性を解決し、アクセスプローブ５１０を捕捉するために必要とされる仮定数が減少する。従来のプロトコル４００を使用するシステムでは、必要な仮定数はタイミングの不確実性をチップレートで乗算することにより決定される。その理由は、タイミングの不確実性の期間に対する従来のアクセスプローブ４１０のそれぞれ潜在的なコード開始時間（フレームの開始）に対して、１つの仮定が必要とされるからである。言い換えると、それぞれの潜在的なＰＮコードタイミング（すなわちアクセスプローブが開始する時間）を不確実性の期間に対して評価しなければならない。
【００６１】
本発明の好ましい実施形態では、アクセスチャネル受信機３２０は、予め知られているショートＰＮコード対４４０を使用して第１ステージのプリアンブル５６０を最初に逆拡散することによりタイミングの不確実性を部分的に解決する。ショートＰＮコード対４４０がタイミングの不確実性よりもかなり短いことが予測されることから、ショートＰＮコード対４４０を捕捉するのに必要な仮定数はショートＰＮコード対４４０に対して可能性があるコード開始点の数またはコード開始時間の数である。したがって、２５６の長さを持つショートＰＮコード対４４０に対して、ショートＰＮコード対４４０を捕捉するのに要求される仮定数は２５６である。
【００６２】
本発明の好ましい実施形態では、アクセスチャネル受信機３２０は、予め知られたショートＰＮコード対４４０と予め知られたロングＰＮコード４５０の両方を使用して第２ステージのプリアンブル５７０を逆拡散することによりタイミングの不確実性を完全に解決する。ショートＰＮコード対４４０が捕捉された後には、ショートＰＮコード対４４０の長さのおおよそ整数分程度の曖昧さがアクセスプローブ５１０のタイミングに存在する。言い換えると、ショートＰＮコード対４４０はタイミングの不確実性の期間内で整数回反復される。反復の数は第２ステージのプリアンブル５７０の送信間に形成されるべきことが要求される仮定数である。この数はショートＰＮコード対４４０の期間により、タイミングの不確実性を除算することにより決定される。
【００６３】
タイミングの不確実性を解決するために本発明により必要とされる仮定の総数は、第１ステージのプリアンブル５６０と第２ステージのプリアンブル５７０のそれぞれに対して要求される仮定の合計として決定される。タイミングの不確実性を解決するために要求される仮定数の比較は表Ｉに示されている。表Ｉは従来のアクセスプローブ４１０を使用するシステムに対して要求される仮定数を、本発明にしたがったさまざまなショートＰＮコード長（Ｌ）を有するアクセスプローブ５１０を使用するシステムと比較している。表Ｉは、秒当たり１．２２８８メガチップのチップレートと１０ミリ秒のタイミングの不確実性を有する例示的なＣＤＭＡ通信システムに対して作成されている。この例示的な比較に対して、ハーフチップの仮定は無視されている。
【表１】
0004138241.tif 000002
【００６４】
仮定数の減少は、周波数の不確実性が考慮される場合にはさらに重要になる。本発明の１実施形態にしたがうと、第１ステージのプリアンブル５６０の送信中に周波数の不確実性を解決する一方、第２ステージのプリアンブル５７０の送信中にタイミングの不確実性を完全に解決する。この実施形態では、第１ステージのプリアンブル５６０中に要求される仮定数は、第２ステージのプリアンブル５７０により要求される仮定数が変化しないままである間にテストされた周波数仮定数（例えばＮ）倍に増加する。周波数の仮定数Ｎは、ドップラおよび他の周波数シフト効果の予測される大きさのような技術的によく知られている要因とともに、サーチされるべき総周波数空間を分割するために使用される周波数“ビン”のサイズおよび数に依存する。先の表Ｉ中のような同じシステムを使用してタイミングと周波数の両方を解決するのに要求される仮定数は表ＩＩで比較されている。
【表２】
0004138241.tif 000003
【００６５】
ＶＩＩ．アクセスチャネル送信機
図６は本発明の１実施形態にしたがったアクセスチャネル送信機３１０の例を図示しているブロック図である。アクセスチャネル送信機３１０には、送信データプリプロセッサ６１０、ロングコード発生器６３５、プリアンブルステージスイッチ６４０、および送信データポストプロセッサ６９０が含まれている。
【００６６】
送信データプリプロセッサ６１０は、ＣＤＭＡ通信において利用されるさまざまな信号処理技術にしたがって送信されるべき情報を前処理する。本発明の例示的な実施形態では、送信データプリプロセッサ６１０には、エンコーダ６１５、シンボル反復器６２０、インターリーバ６２５、およびＭ−ａｒｙ直交変調器６３０が含まれている。送信データプリプロセッサ６１０には、これらの構成要素とともに、本発明の範囲を逸脱することなく他の前処理構成要素が含まれていてもよい。当業者には、情報信号を準備するのに使用されるさまざまなタイプの信号処理構成要素および関連構成要素がよく知られている。
【００６７】
送信データプリプロセッサ６１０の例示的な実施形態をこれから説明する。この実施形態では、エンコーダ６１５は畳み込みエンコーダであり、技術的によく知られている発生関数を使用してデータをエンコードする。エンコーダ６１５はビットとしてデータ入力を受け取り、コードシンボルとしてデータを出力する。シンボル反復器６２０はエンコーダ６１５から受け取ったコードシンボルを反復するので、フレーム当たりのコードシンボルの総数はさまざまなデータレートに維持される。インターリーバ６２５は一般的にブロックインターリーバであり、よく知られた技術にしたがってコードシンボルをインターリーブする。Ｍ−ａｒｙ直交変調器６３０は、Ｍ−ａｒｙ直交コード変調プロセスを使用して、インターリーブされたコードシンボルを変調する。これらのＭ−ａｒｙ直交コードはウォルシュ関数またはコードであってもよく、これらはよく知られているようにＣＤＭＡ通信システムにおいて普通に使用されている。
【００６８】
ｌｏｇ2Ｍコードシンボルの各グループはＭ個の相互に排他的な直交変調シンボルの１つにマッピングされ、ウォルシュコードが直交コードに対して使用されるときにはこれはウォルシュシンボルとして呼ぶことができる。本発明のこの実施形態では、６４−ａｒｙ直交変調器が使用される。したがって、この実施形態では、各ウォルシュシンボルは６４ウォルシュチップから構成され、６コードシンボルが１つのウォルシュシンボルまたは直交関数にマッピングされる。当業者に明らかなように、他のコード長を異なるセットまたは数のコードシンボルと使用することができる。
【００６９】
プリアンブルステージスイッチ６４０は送信データプリプロセッサ６１０からデータを、ロングコード発生器６３５からロングＰＮコード４５０を受け取る。プリアンブルステージスイッチ６４０はデータを送信データポストプロセッサ６９０に出力する。プリアンブルステージスイッチ６４０を以下でさらに詳細に説明する。
【００７０】
送信データポストプロセッサ６９０は、送信される前にプリアンブルステージスイッチ６４０からの情報を後処理する。本発明の例示的な実施形態では、送信データポストプロセッサ６９０には、Ｉチャネル変調器６４５、Ｉチャネルショートコード発生器６４８、Ｑチャネル変調器６５０、Ｑチャネルショートコード発生器６４９、遅延素子６５５、Ｉチャネルベースバンドフィルタ６６０、Ｑチャネルベースバンドフィルタ６６５、Ｉチャネル搬送波信号変調器６７０、Ｑチャネル搬送波信号変調器６７５、および信号合成器６８０が含まれている。送信データポストプロセッサ６９０にはこれらの構成要素とともに、本発明の範囲を逸脱することなく他の後処理構成要素が含まれていてもよい。例えば、送信される信号は先に説明したような同位相および直角位相成分から構成されていなくてもよい。言い換えると、通信システム１００により位相シフトキーイングが使用されなくてもよい。この例では、送信データポストプロセッサ６９０中の１つの信号パスのみを使用してもよい。したがって、明らかとなるように、この例では、ショートコード発生器６４８、６４９の１つ、ベースバンドフィルタ６６０、６６５の１つ、および搬送波信号変調器６７０、６７５の１つのみが使用される。いずれのケースでも、送信データポストプロセッサ６９０は、ＣＤＭＡ通信においてよく知られている技術にしたがってさまざまなフィルタ処理および変調動作を実行する。
【００７１】
本発明の好ましい実施形態では、プリアンブルステージスイッチ６４０からの出力は、ショートコード発生器６４８、６４９からのショートＰＮコード対４４０を使用して、変調器６４５および６５０により直角位相拡散される。ショートＰＮコード対４４０は、ＱパイロットＰＮシーケンスおよびＩパイロットＰＮシーケンスとして呼ばれることがあるシーケンスを含む。この名称は、地上セルラ通信システムおよびいくつかの衛星通信システムにおける場合と同様に、フォワードリンクショートＰＮコードと一致するようにショートコード対４４０が選択される実施形態に対して便利である。さもなければ、パイロットが使用されないリバースリンクに対してのみ、あるいはアクセスチャネルに対してのみに使用されるコードを参照するために用語“パイロット”を用いる必要はない。ショートコード発生器６４８はＩ  ＰＮ（ＰＮI）シーケンスを発生する。ショートコード発生器６４９はＱ  ＰＮ（ＰＮQ）シーケンスを発生する。ＩおよびＱシーケンスはまったく異なるシーケンスであってもよく、あるいは他のシーケンスからの遅延で１シーケンスオフセットした同じシーケンスであってもよい。
【００７２】
（示されていない）代替実施形態では、ショートコード発生器６４８、６４９は、単一のショートコード発生器６４８と遅延素子により置換される。この代替実施形態では、ショートコード発生器の出力は変調器６４５に直接加えられ、遅延させた後に変調器６５０に加えられる。変調器６４５、６５０は、合成器、乗算器、もしくは２を法とする加算器、あるいは明らかなように他の技術を使用して実現してもよい。
【００７３】
本発明の１実施形態では、ショートコード発生器６４９により変調された後に、ＰＮQシーケンスは遅延素子６５５を通してＰＮIシーケンスに対してＰＮチップ時間の半分だけ遅延される。本発明のこの実施形態では、チップの半分の遅延は直角位相シフトキーイングに対してオフセットをもたらし、後続するベースバンドフィルタ処理に対する電力包絡線を改善する。
【００７４】
拡散動作からの出力はベースバンドフィルタ６６０、６６５に加えられ、それぞれ変調器６７０、６７５を通して搬送波信号により変調される。結果として得られる変調信号は合成器６８０を使用して合成され、よく知られた通信技術にしたがって送信される。
【００７５】
ＶＩＩＩ．プリアンブルステージスイッチ
図７はプリアンブルステージスイッチ６４０の例示的な構成をさらに図示している。プリアンブルステージスイッチ６４０には、第１のスイッチ７１０，第２のスイッチ７２０、２つのヌルコード発生器７３０、および変調器（あるいは拡散素子）７４０が含まれている。第１のスイッチ７１０には２つの端子位置が含まれ、第１の端子位置は“Ａ、Ｂ”と印が付けられ、第２の端子位置は“Ｃ”と印が付けられている。第２のスイッチ７２０には２つの端子位置が含まれ、第１の端子位置は“Ａ”と印が付けられ、第２の端子位置は“Ｂ、Ｃ”と印が付けられている。“Ａ”は第１ステージプリアンブル５６０の発生および送信中に第１のスイッチ７１０および第２のスイッチ７２０の端子位置を識別する。“Ｂ”は第２ステージプリアンブル５７０の発生および送信中に第１のスイッチ７１０および第２のスイッチ７２０の端子位置を識別する。“Ｃ”はメッセージステージ５８０の発生中に第１のスイッチ７１０および第２のスイッチ７２０の端子位置を識別する。
【００７６】
プリアンブルステージスイッチの動作を図５および図７を参照してこれから説明する。アクセスプローブ５１０の第１ステージプリアンブル５６０の間、第１のスイッチ７１０および第２のスイッチ７２０はそれぞれ“Ａ”と印が付けられた端子位置に位置付けられる。この位置では、第１のスイッチ７１０はヌルデータを変調器７４０に通す一方、第２のスイッチ７２０もヌルデータを変調器７４０に通す。第１ステージプリアンブル５６０中に、出力６４２はヌルデータから構成される。このヌルデータは先に説明したようにショートＰＮコード対４４０により変調される。したがって、第１ステージプリアンブル５６０の間に、ヌルデータはショートＰＮコード対４４０により変調され、ロングＰＮコード４５０により変調されない。
【００７７】
ヌルデータは一定あるいは既知の値、例えばすべて“０”またはすべて“１”のいずれか、あるいは既知のパターン例えば“１”および“０”交互などを有するデータに関連している。ヌルデータは、アクセスプローブ５１０を捕捉する際に役立つように受信機に知られている固定パターンを表している。ヌルデータは何らメッセージ情報を含んでいない。本発明のこの実施形態では、ヌルデータはすべて“１”を意味している。
【００７８】
アクセスチャネル受信機３２０のような受信機が第１ステージプリアンブル５６０からショートＰＮコード対４４０を決定するのに十分な時間を持った後に、第２ステージプリアンブル５７０が送信される。第２ステージプリアンブル５７０の発生または送信中には、第１のスイッチ７１０および第２のスイッチ７２０は、“Ｂ”と印が付けられたそれぞれの端子位置に位置付けられる。この位置では、第１のスイッチ７１０はヌルデータを変調器７４０に通し続ける一方、第２のスイッチ７２０はロングＰＮコード４５０を変調器７４０に通す。第２ステージプリアンブル５７０の発生または送信中には、出力６４２はロングＰＮコード５７０により変調されたヌルデータから構成されている。出力６４２は先に説明したようにその後ショートＰＮコード対４４０により変調される。したがって、第２ステージプリアンブル５７０中に、ヌルデータはロングＰＮコード４５０とショートＰＮコード対４４０の両方により変調される。
【００７９】
受信機（アクセス受信機３２０）が第１ステージプリアンブル５６０からショートＰＮコード対４４０を決定するのに十分な時間を持ち、第２ステージプリアンブル５７０からロングＰＮコード４５０を決定するのに十分な時間を持った後に、メッセージステージ５８０が送信される。メッセージステージ５８０の発生または送信中に、第１のスイッチ７１０および第２のスイッチ７２０は“Ｃ”と印が付けられたそれぞれの端子位置に位置付けられる。この位置では、第１のスイッチ７１０はアクセスチャネル情報６３８を変調器７４０に通し続ける一方、第２のスイッチ７２０はロングＰＮコード４５０を変調器７４０に通し続ける。メッセージステージ５８０中には、出力６４２はロングＰＮコード５７０により変調されたメッセージデータから構成されている。出力６４２は先に説明したようにその後ショートＰＮコード対４４０により変調される。したがって、メッセージステージ５８０中には、メッセージデータはロングＰＮコード４５０とショートＰＮコード対４４０の両方により変調される。
【００８０】
図８はプリアンブルステージスイッチ６４０の他の例示的な構成をさらに詳細に図示している。この実施形態では、プリアンブルステージスイッチ６４０には、スイッチ８１０，ヌルコード発生器８２０、および変調器（または拡散素子）８３０が含まれている。スイッチ８１０には２つの端子位置が含まれており、第１の端子位置は“Ａ”と印が付けられ、第２の端子位置は“Ｂ、Ｃ”と印が付けられている。“Ａ”は第１ステージプリアンブル５６０中のスイッチ８１０の端子位置を識別している。“Ｂ”は第２ステージプリアンブル５７０中のスイッチ８１０の端子位置を識別している。“Ｃ”はメッセージステージ５８０の発生または送信中のスイッチ８１０の端子位置を識別している。
【００８１】
この実施形態におけるプリアンブルステージスイッチ６４０の動作を図５および図８を参照してこれから説明する。アクセスプローブ５１０の第１ステージプリアンブル５６０中に、スイッチ８１０は“Ａ”と印が付けられた端子位置に配置される。この位置では、スイッチ８１０はヌルデータ発生器８２０からのすべて“０”データを変調器８３０に通す。同時に、アクセスチャネル送信機３１０に加えられるアクセスチャネル情報はヌルデータ（すなわち“０”または“１”のいずれか）から構成されている。このデータは、ユーザターミナルコントローラの制御の下、当該分野で知られている技術を使用して、既知のユーザターミナル送信素子内で発生され、この素子により提供される。例えば、エンコーダ６１５への入力を制御して特定の所要の出力を提供することができ、あるいは変調器６３０またはプリプロセッサ６１０の出力を中断することができ、そしてプリアンブルスイッチ６４０に対する入力をヌルデータを発生させる他のデータ源に接続することができる。したがって、アクセスチャネル情報６３８は、送信データプリプロセッサ６１０により処理されたようなヌルデータから構成されている。アクセスチャネル情報６３８は変調器８３０に直接加えられる。
【００８２】
図８に示されている拡散素子８３０とヌルデータ発生器８２０の特定の組み合わせにより、アクセスチャネル情報６３８がヌルデータ発生器８２０の出力より変調されたときに、その結果は先に説明したようにヌルデータから構成されているアクセスチャネル情報６３８と確実に同一となる。明らかとなるように、これらの構成要素の他の組み合わせも同様に、出力６４２が確実にアクセスチャネル情報６３８から構成されるようにする。出力６４２は先に説明したようにその後ショートＰＮコード対４４０により変調される。先に説明した実施形態と同様に、第１ステージプリアンブル５６０中に、出力６４２のヌルデータはショートＰＮコード対４４０により変調され、ロングＰＮコード４５０によっては変調されない。
【００８３】
アクセスチャネル受信機３２０のような受信機が第１ステージプリアンブル５６０からショートＰＮコード対４４０を決定するのに十分な時間を持った後に、第２ステージプリアンブル５７０が送信される。第２ステージプリアンブル５７０の送信中に、スイッチ８１０は“Ｂ”と印が付けられた端子位置に位置付けられる。この位置では、スイッチ８１０はロングＰＮコード４５０を変調器８３０に通す。一方、アクセスチャネル送信機に加えられるアクセスチャネル情報はヌルデータから構成され続ける。第２ステージプリアンブル５７０中には、出力６４２はロングＰＮコード５７０により変調されたヌルデータから構成される。出力６４２は先に説明したようにその後ショートＰＮコード対４４０により変調される。したがって、第２ステージプリアンブル５７０中には、ヌルデータはロングＰＮコード４５０とショートＰＮコード対４４０の両方により変調される。
【００８４】
受信機（アクセス受信機３２０）が第２ステージプリアンブル５７０からロングＰＮコード４５０を決定するのに十分な時間を持った後に、メッセージステージ５８０が送信される。メッセージステージ５８０の送信中に、スイッチ８１０は“Ｃ”と印が付けられた位置に位置付けられる。この位置では、スイッチ８１０はロングＰＮコード４５０を変調器８３０に通し続ける。同時に、アクセスチャネル送信機に加えられるアクセスチャネル情報はヌルデータとは異なってメッセージデータとなる。したがって、アクセスチャネル情報６３８は送信データプリプロセッサ６１０により処理されるようなメッセージデータである。したがって、メッセージステージ５８０中では、出力６４２はロングＰＮコード４５０により変調されたメッセージデータから構成される。出力６４２は先に説明したようにその後ショートＰＮコード対４４０により変調される。したがって、メッセージステージ５８０中には、メッセージデータはロングＰＮコード４５０とショートＰＮコード対４４０の両方により変調される。
【００８５】
ＩＸ．アクセスチャネル受信機
図９は本発明の１実施形態にしたがったアクセスチャネル受信機３２０の例示的な構成を図示しているブロック図である。アクセスチャネル受信機３２０には、アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器９１０、ローテータ９２０、第１のメモリ９２５、高速アダマール変換器（ＦＨＴ）９３０、第２のメモリ９３５、遅延素子９４０、合計器９４５および９５０、コヒーレント積分器９６０、２乗演算素子９６５、チャネル合計器９７０、および非コヒーレント積分器９８０が含まれている。
【００８６】
Ａ／Ｄ変換器９１０は（示されていない）アンテナからＩ、Ｑチャネル信号を受け取り、受信信号を量子化する。ローテータ９２０はドップラまたは他の既知の効果の結果としての受信信号における周波数の不確実性を除去するために受信信号の周波数を調整する。
【００８７】
ローテータ９２０からの出力はメモリ９２５に記憶される。ＦＨＴ９３０はよく知られた技術にしたがって高速アダマール変換（ＦＨＴ）動作を実行する。ＦＨＴ９３０からの出力はメモリ９３５に記憶される。メモリ９２５およびメモリ９３５はよく知られたプロセスにしたがって動作し、このプロセスはＦＨＴ動作の前後にデータの順序を入れ替える。このプロセスは可能性あるタイミングの不確実性を考慮してショートＰＮコード対４４０に対する可能性あるオフセット数を迅速かつ効率的に決定する。メモリ９２５、ＦＨＴ９３０およびメモリ９３５の出力は、ショートＰＮコード対４４０の定期的な自己相関である。
【００８８】
アクセスチャネル受信機３２０の残りの部分はよく知られた通信技術にしたがって受信信号のエネルギを計算する。遅延素子９４０および合計器９４５、９５０は受信信号の同位相および直角位相成分の推定値を計算する。コヒーレント積分器９６０は予め選択された期間に対して同位相および直角位相成分のそれぞれを累積する。一般的に、この期間はシンボル期間に対応する。２乗演算素子９６５は累算された成分のそれぞれに対する大きさを決定する。これらの大きさはコヒーレント合計と呼ばれる。チャネル合計器９７０は同位相および直角位相チャネルからの２つのコヒーレント合計を合成する。非コヒーレント積分器９８０は、ウォルシュコード境界で開始および終了する区間に対して合成されたコヒーレント合計を累算して、合計９９０の非コヒーレント合成を提供する。非コヒーレント合計９９０はショートＰＮコード対４４０の特定のタイミングオフセットと相関されたあるいはこの特定のタイミングオフセットで逆拡散された通信信号の正味エネルギに関係している。非コヒーレント合計９９０は、ショートＰＮコード対４４０のタイミングオフセットが捕捉されている通信信号のタイミングまたはタイミングのオフセットに対応しているか否かに依存して値が変化する。
【００８９】
非コヒーレント合計９９０は（示されていない）１つ以上のしきい値と比較され、適切な信号相関を決定し、したがってタイミングアライメントを決定するための最小エネルギレベルを確立する。非コヒーレント合計９９０が１つ以上のしきい値を越えたとき、ショートＰＮコード対４４０のタイミングオフセットは、その後に通信信号の追跡および復調に使用される選択されたタイミングオフセットである。非コヒーレント合計９９０がしきい値を越えない場合には、新しいタイミングオフセット（すなわち他の仮定）がテストされ、先に言及した累算およびしきい値処理またはしきい値比較動作が繰り返される。
【００９０】
図１０は、アクセスチャネル受信機３２０の１実施形態の動作を図示している状態図である。この状態図には、粗サーチ状態１０１０、微サーチ状態１０２０、および復調メッセージ状態１０３０が含まれている。
【００９１】
アクセスチャネル受信機３２０は、アクセスプローブ５１０をサーチする粗サーチ状態１０１０で動作を始める。粗サーチ状態１０１０中では、アクセスチャネル受信機３２０は粗サーチを実行する。本発明の好ましい実施形態にしたがうと、粗サーチには時間におけるサーチと周波数におけるサーチが含まれている。時間におけるサーチは、アクセスプローブ５１０で使用されるショートＰＮコード対４４０をロックオンしようと試みる。特に、このサーチはショートＰＮコード対４４０に対するタイミングオフセットあるいはショートＰＮコード対４４０のタイミングオフセットを決定しようと試みる。周波数におけるサーチはアクセスプローブ５１０中の周波数の不確実性を解決しようと試みる。
【００９２】
時間および周波数におけるサーチは連続してあるいは並行して実行することができる。タイミングの不確実性は周波数の不確実性よりも大きいことが予測されることから、本発明の１実施形態は並行的な時間サーチと連続的な周波数サーチを実行する。この実施形態はＦＨＴ９３０がアクセスチャネル受信機３２０で利用可能なときに特に有用である。この実施形態では、ローテータ９２０は周波数不確実性の予測範囲に基づいて予め定められた量だけ周波数をインクリメントする。各周波数インクリメントにおいて、ＦＨＴ９３０はショートＰＮコード対４４０のタイミングに対して並行的なサーチを実行する。ショートＰＮコード対４４０の特定の周波数インクリメントおよび特定のタイミングは非コヒーレント積分器９８０から出る出力９９０を最大にする。最大出力９９０が予め定められたしきい値を越えた場合には、粗サーチはアクセスプローブ５１０を検出している。これが生じたときには、特定の周波数インクリメントは周波数の不確実性を解決し、ショートＰＮコード対４４０のタイミングは部分的にタイミングの不確実性を解決する。
【００９３】
最大出力９９０が予め定められたしきい値を越えない場合には、粗サーチはアクセスプローブ５１０を検出していない。このとき、アクセスチャネル受信機３２０は粗サーチ状態１０１０のままである。
【００９４】
アクセスプローブ５１０を検出したとき、アクセスチャネル受信機３２０は粗サーチ状態１０１０から微サーチ状態１０２０に変化する。粗サーチ状態１０１０から微サーチ状態１０２０に変化するとき、アクセスチャネル受信機３２０はロングＰＮコード４５０を捕捉するために特性を変更する。特に、ロングＰＮコード４５０に対するメモリ９２５、９３５およびＦＨＴ９３０の動作は、これから分かるように、ショートＰＮコード対４４０に対するものと異なっている。本発明の１実施形態にしたがうと、メモリ９２５、９３５およびＦＨＴ９３０はロングＰＮコード４５０をサーチするために再構成される。他の実施形態では、独立した専用アクセスチャネル受信機３２０が使用される。ショートコードアクセスチャネル受信機３２０を使用してショートＰＮコード対４４０を捕捉し、ロングＰＮコードアクセスチャネル受信機３２０を使用してロングＰＮコード４５０を捕捉する。この実施形態では、メモリ９２５、９３５およびＦＨＴ９３０はそれぞれショートＰＮコード対４４０またはロングＰＮコード４５０のいずれかを捕捉するように設計されている。この実施形態では、ショートコードアクセスチャネル受信機３２０は、粗サーチ状態１０１０から微サーチ状態１０２０への移行中に、ショートＰＮコード対４４０のタイミングをロングＰＮコードアクセスチャネル受信機３２０に受け渡す。
【００９５】
微サーチ状態１０２０中では、アクセスチャネル受信機３２０は微サーチを実行する。本発明の好ましい実施形態にしたがうと、微サーチは時間におけるサーチのみを含んでいる。微サーチはアクセスプローブ５１０で使用されるロングＰＮコード４５０をロックオンしようと試みる。微サーチ中には、粗サーチ状態１０１０中で得られたショートＰＮコード対４４０の特定の周波数インクリメントおよびタイミングを使用して、アクセスプローブ５１０中のタイミングの不確実性を完全に解決する。
【００９６】
粗サーチに関して先に説明したことと類似するプロセスを使用してロングＰＮコード４５０を捕捉あるいはロックオンする。ロングＰＮコード４５０の特定のタイミングは非コヒーレント積分器９８０から出る出力９９０を最大にする。最大出力９９０が予め定められたしきい値を越えた場合には、微サーチはアクセスプローブ５１０を捕捉している。これが生じたときには、ロングＰＮコード４５０の特定のタイミングがタイミングの不確実性を完全に解決する。
【００９７】
最大出力９９０が予め定められたしきい値を越えない場合には、微サーチはアクセスプローブを捕捉するのに失敗する。このときには、アクセスチャネル受信機３２０は微サーチ状態１０２０から粗サーチ状態１０１０に変化して、アクセスプローブ５１０を検出しようと試みる。
【００９８】
アクセスプローブ５１０を捕捉したとき、アクセスチャネル受信機３２０は微サーチ状態１０２０から復調メッセージ状態１０３０に変化する。復調メッセージ状態１０３０中では、アクセスチャネル受信機３２０は、微サーチ状態１０２０中で得られた特定の周波数インクリメントおよびタイミングを使用して、アクセスプローブ５１０中に含まれているメッセージ５３０を復調する。
【００９９】
出力９９０が復調メッセージ状態１０３０中に予め定められたしきい値より下に落ちると、アクセスチャネル受信機３２０はアクセスプローブ５１０の捕捉を失っている。これは、アクセスプローブ５１０の送信の終了や何らかの失敗を含むさまざまな環境で生じる。理由にかかわらず、アクセスチャネル受信機３２０は復調メッセージ状態１０３０から粗サーチ状態１０１０に変化して、アクセスプローブ５１０を検出しようと試みる。
【０１００】
Ｘ．結論
本発明は特定の実施形態に関して詳細に説明してきたが、本発明の範囲を逸脱することなくさまざまな変更をすることができる。例えば、本発明は複数のコードシーケンスで拡散されるアクセスチャネル送信以外の送信に等しく適合する。
【０１０１】
好ましい実施形態の先の説明は、当業者が本発明を作りまたは使用できるように提供されている。本発明はその好ましい実施形態を参照して特に図示し、説明してきたが、形態および詳細におけるさまざまな変更を本発明の精神および範囲を逸脱することなくなし得ることが当業者に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明の１実施形態にしたがって構成され、動作する例示的なワイヤレス通信システムである。
【図２】  図２は、通信システムのゲートウェイとユーザ端末間で使用される通信リンクの例示的な構成である。
【図３】  図３は、アクセスチャネルのさらなる詳細である。
【図４】  図４は、典型的なＣＤＭＡ通信システム中でアクセスプローブを送信するための従来のプロトコルである。
【図５】  図５は、本発明の１実施形態にしたがってアクセスプローブを送信するためのプロトコルである。
【図６】  図６は、本発明の１実施形態にしたがったアクセスチャネル送信機を図示しているブロック図である。
【図７】  図７は、図６のアクセスチャネル送信機のプリアンブルステージスイッチをさらに詳細に図示しているブロック図である。
【図８】  図８は、図６のアクセスチャネル送信機のプリアンブルステージスイッチの代替実施形態をさらに詳細に図示しているブロック図である。
【図９】  図９は、本発明の１実施形態にしたがったアクセスチャネル受信機を図示しているブロック図である。
【図１０】  図１０は、本発明の１実施形態にしたがったアクセスチャネル受信機の動作を図示している状態図である。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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