分組化碼分多址/時分多路衛星通信系統的製作方法

2023-10-07 21:29:19 2

專利名稱：分組化碼分多址/時分多路衛星通信系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及衛星通信系統，尤其涉及這樣一種系統，它使用分組化碼分多址上行線路、星上分組交換和時分多路通信下行線路傳輸的聯合體。
使用衛星連接的通信接續方案通常使用頻分多址和時分多址處理技術實現。通常衛星利用弓形管道(Bent Pipe)技術將上行線路信號發射到目的地，弓形管道技術是指衛星僅作為轉播器，而不執行任何星上交換或多路通信功能。因此，所有交換和相關控制必須在地面的發射和接收終端站執行。這限制了系統的靈活性，因為系統的智能(intelligence)集中在地面終端站上。在衛星應用中也使用碼分多址，但是先前沒有星載處理，阻礙了混合系統的發明。混合系統對於上行線路和下行線路使用不同種類的空中接口(air interface)。
事實上，如語音/多媒體系統中的通信可能是突發性的，這一情況不利於時分多址和頻分多址傳輸模式。使用時分多址和頻分多址傳輸模式在許多應用中是不能滿足的，因為時隙和/或信道的分配需要一個無法接受的準備時間。另外，改變時隙/頻率的分配以滿足瞬間需要是一個複雜的過程，將導致複雜的系統控制。
根據本發明，一個衛星通信系統提供了一種獨特的聯合體，這種聯合體包括地面到空中接口的碼分多址、星上分組式傳輸及交換(如異步傳輸模式ATM)和下行線路傳輸的時分多路通信，就象在權利要求書中列出的那樣。
在突發通信系統中，分組交換具有明顯的優勢，因為它在接收信號時是異步的，很容易適合信號到達的變化。分組式碼分多址是使用無線信道在不同地點傳輸突發通信的一種有效方法。
碼分多址系統的容量極大地依賴於其他用戶引起的幹擾。如果通信是突發的並且僅當有信息需要傳輸時才發送分組，那麼給其他用戶帶來的幹擾就會減小，而且系統所能支持的用戶數就會增長。它還具有這樣的好處除電路初始準備外，不需要額外的信令或準備時間來為用戶實現數據突發和/或數據率變化，因此提供了符合容量要求的帶寬。
在碼分多址系統中，需要為傳輸信息的各個用戶分別分配擴展碼。事實上，在典型實現中可利用的擴展碼極大地超過了承載特定數目同時信道的空中接口容量。使用碼分多址有利於允許當系統利用過度增長時超出容量的有效信道的質量適度降低。
在一個衛星系統的設計中，最大的限制之一就是能從衛星上獲得的功率。多載波系統如碼分多址需要使用低效率操作使得避免相互調製失真，導致這些系統的功率利用率很低。通過在下行線路中使用時分多路通，信系統的功率利用效率變的更高同時又能保持碼分多址的多址聯接的優點。
本發明的一個特定實施方式在碼分多址上行線路信號中的ATM分組(包括用戶數據)在衛星上被衛星所帶的ATM交換器處理和交換，然後才往下行線路發送。ATM交換器根據包含在分組頭中的地址信息為ATM分組在幾個輸出的下行線路無線電波束中選擇一個合適的路由。下行線路信號通過時分多路通信處理來傳輸。注意，下行線路亦可以使用頻分多路通信或碼分多路通信。本發明具有的優點是突發數據的數據率改變之前網絡不需要額外的準備時間。


圖1是衛星通信系統的簡圖；圖2是上行線路、衛星的解調和交換電路以及衛星的下行線路處理電路的一個實施方式的方框圖。
在圖1中用圖示法顯示了一個示例性的連接發射用戶地球站和接收用戶地球站的示例性的衛星通信系統。衛星具有多個無線電點波束(spot-beam)用於發射和接收。在任何無線電波束中的任何用戶都能與同一無線電波束或不同無線電波束的任何其他用戶通信。
儘管分別示例性地描述了單獨的發射站和接收站101和102，但這些站點可以同時是一個通信系統的發射點和接收點。這些站點可以是空間/地理固定的，也可以是移動的，雖然在這一特定的實施方式中它們在通信時示為在地球的固定點上。另外，站點可以是雙向的收發站。為了簡單僅顯示為單向的。
站101-1包括一個衛星拋物面天線103，該天線發射一個分組化的射頻碼分多址信號到衛星105。一旦衛星105和地球站101-1間的連接(包括代碼同步)建立起來，當有分組信息需要傳輸或需要發送一個分組以維持同步時，地球站101-1上的發射機將僅發射射頻信號。地球站102-1通過自身帶有的衛星拋物面天線104從衛星105處接收到包含分組化信息的時分多路通信射頻信號。每個無線電波束包括了多個頻帶。如圖所示衛星從其它發射站101-N處接收射頻碼分多址無線電波束信號，並發射射頻時分多路通信信號到多個接收站102-M。這裡的上行線路代表了一個同步碼分多址系統，該系統中，為了減小幹擾，所有用戶的信號到達衛星時都是碼片(chip)同步的。
衛星收發機接收設備在接收放大器201-1到201-N處接收多個碼分多址無線電點波束。經體下變頻器(bulk down-converter)201-1到202-N處理後，接收的信號被送到其後接一個多信道碼分多址解調器203-1的體下變頻器，解調器將碼分多址信號進行採樣、分離和解調。這些信號被加工為I和Q兩部分並且採用離散時間(數字)技術進行解擴。每個碼分多址信道包括具有不同數據率的多相相移鍵控(M-PSK)信號的混合。從所有無線電波束接收的信號都加到ATM交換器250。
ATM交換器250的輸出(即下行線路)傳輸，以時分多路通信格式加到時分多路通信調製器301-1到301-M，這些調製器包括幀形成和前向糾錯電路。信號經方框302-1到302-M上變頻後，在組件303-1到303-M用行波管放大器或固態功率放大器放大，將每個信道加到同一組件中的輸出帶通濾波器以抑制諧波。這些輸出在節點304-1處被組合成下行線路傳輸的無線電波束。
權利要求
1.用於高效率的多用戶衛星通信的信號處理方法，包含如下步驟發送來自地球站的上行線路分組化碼分多址無線電波束到一個衛星，其中上行線路無線電波束包括多個分組化的信號，它們來自不同的地球站並且具有不同的目的地；建立代碼同步並在任何時間以分組形式發射信息，信息以信道最大數據率來發射，並且在沒有信息發送的情況下只發射最少量的數據來實現代碼同步。
2.如權利要求1提出的信號處理方法，包括步驟在衛星中將所有輸入分組組合為無線電波束並且執行分組交換和ATM路由選擇，使得具有相同目的地的無線電波束的所有分組組合在一起成為下行線路無線電波束。
3.如權利要求2提出的信號處理方法，包括步驟創建一個混合的碼分多址-時分多路通信空中接口，其中碼分多址信號用於上行線路而時分多路通信信號用於下行線路，因此，碼分多址無線電波束提供了一個用於上行線路的有效和靈活的接續方法，同時時分多路通信下行線路無線電波束提供了從衛星到地球站傳輸的功率的利用效率。
4.用於衛星通信的信號處理方法，包含如下步驟以碼分多址分組格式發送一個上行線路無線電波束到一個衛星，其中上行線路無線電波束包括多個具有不同的目的地的分組信號；在衛星的ATM路由器中為這些分組信號選擇路由，並將它們組合成無線電波束，使得具有同一目的地無線電波束的所有分組組合在一起。
5.如權利要求4提出的用於衛星通信的信號處理方法，包含如下步驟為上行線路無線電波束建立代碼同步。
6.如權利要求5提出的用於衛星通信的信號處理方法，包含如下步驟將所有下行線路分組組合到與這些分組有共同目的地的無線電波束中。
全文摘要
在一個衛星通信系統中,一個包括用戶數據的碼分多址上行線路信號以分組化的方式傳輸,這些分組在往下行線路發送之前先由衛星上的分組交換器交換。分組交換器根據包含在分組頭中的址信息為分組從幾個輸出下行線路無線電波束中選擇合適的一個作為路由。時分多路通信用於下行線路傳輸。本發明構成一個高效率的多用戶衛星通信系統。
文檔編號H04L12/56GK1172388SQ9711471
公開日1998年2月4日 申請日期1997年7月17日 優先權日1996年7月18日
發明者梁蘇(音譯), 阿紹克·N·魯德拉帕特納, 馬修·J·舍爾曼, 加布裡爾·瓦爾德茲 申請人:美國電報電話公司