DE60128747T2

DE60128747T2 - Kohärente Synchronisation von Kodevielfachzugriffssignalen

Info

Publication number: DE60128747T2
Application number: DE60128747T
Authority: DE
Inventors: Donald C.D. Thousand Oaks Chang; Kar W. Torrance Yung; David C. Palos Verdes Estates Cheng; Frank A. Palos Verdes Estates Hagen; Ming U. Rancho Palos Verdes Chang; John I. III West Hills Novak
Original assignee: Hughes Electronics Corp
Current assignee: DirecTV Group Inc
Priority date: 2000-04-17
Filing date: 2001-04-12
Publication date: 2008-01-31
Anticipated expiration: 2021-04-13
Also published as: EP1148662B1; EP1148662A2; US6963548B1; EP1148662A3; DE60128747D1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf CDMA-(Code Division Multiple Access-)Kommunikationssysteme. Insbesondere, aber ohne darauf beschränkt zu sein, betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Reduzieren der Anzahl von CDMA-Codes, die für eine Anzahl von Teilnehmern benötigt werden, die von mehreren Transponderplattformen bedient werden.
CDMA-Kommunikationssysteme sind beispielsweise in EP 0 776 099 A2 oder US 5,327,455 A gezeigt.
Üblicherweise ist es so, dass wenn mehrere Satelliten über einer gegebenen geographischen Position verfügbar werden, zwei oder mehr Benutzer, die sich in räumlicher Nähe befinden, aufgrund von Interferenzen nicht dasselbe Frequenzspektrum oder denselben Codebereich (code space) verwenden können. Zudem ist es so, dass wenn sich die Anzahl der Teilnehmer innerhalb eines Servicegebiets (service area) erhöht, die Frequenzbandbreite, die Anzahl von CDMA-Codes oder beide erhöht werden müssen, um eine Interferenz bei Nachrichten zu vermeiden, die für andere Teilnehmer bestimmt sind. Die Anzahl von Teilnehmern ist daher durch die Frequenzbandbreite und die Anzahl von CDMA-Codes begrenzt.
Verfahren zum Reduzieren der Anzahl von CDMA-Codes für ein Servicegebiet erhöhen tatsächlich die Bandbreite des Frequenzspektrums, indem ein größerer Anteil der Information in den Kommunikationssignalen bereitgestellt wird, um für die Teilnehmerkommunikation verwendet zu werden, anstatt einen Teilnehmer von einem anderen zu unterscheiden.
Obwohl mehrere Transponderplattformen, z.B. Satelliten, die Verfügbarkeit des Systems erhöhen, konnte ihre gesamte Fähigkeit aufgrund der Begrenzung bei der Anzahl von Benutzern, die sich aus der zugewiesenen Frequenzbandbreite und der Anzahl der verfügbaren Codes ergibt, bislang nicht genutzt werden. Bei konventionellen asynchronen CDMA-Kommunikationssystemen mit einem einzelnen Satelliten, werden jedem Benutzer eindeutige CDMA-Codes zugewiesen, um sicherzustellen, dass Informationen, die an einen Teilnehmer gerichtet sind, nicht in Interferenz mit einer Information treten, die an einen anderen Teilnehmer gerichtet ist. In ähnlicher Weise ist es bei Kommunikationssystemen mit mehreren Satelliten so, dass wenn zwei oder mehr Satelliten die gleiche geographische Position bedienen, eindeutige CDMA-Codes innerhalb der gleichen Frequenzbandbreite im Allgemeinen verwendet werden, um jeden Teilnehmer zu unterscheiden. Die Verwendung der gleichen CDMA-Codes für mehrere Teilnehmer würde zu einer gegenseitigen Interferenz führen, die eine richtige Decodierung der Information verhindern würde, weil die ungerichteten (omnidirectional) Empfangsantennen der Terminals der Benutzer nicht die Fähigkeit haben, eine räumliche Unterscheidung zwischen den Satelliten vorzunehmen.
Zusammenfassende Darstellung
Es wird ein neues Verfahren und eine neue Vorrichtung zum Reduzieren der Anzahl von CDMA-Codes für eine Konstellation beschrieben, wenn mehrere Transponderplattformen eine Anzahl von Teilnehmern in dem gleichen Servicegebiet bedienen. Ein abgestimmtes Verarbeitungsverfahren synchronisiert die Phase von CDMA-Signalen, die bei einem Teilnehmer von mehreren Transponderplattformen ankommen, um die Codekapazität (code capacity) zu erhöhen und damit die Anzahl von möglichen Teilnehmern für die meisten Systeme mit Transponderplattformen, die derzeit verwendet werden. Zum Beispiel können die Teilnehmer einfache Terminals mit nahezu ungerichteten Antennen verwenden, um gleichzeitig Signale von mehreren Satelliten zu empfangen.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass eine größere Anzahl von Teilnehmern innerhalb eines Servicegebiets bedient werden kann, ohne das Frequenzspektrum zu vergrößern oder die Anzahl von CDMA-Codes zu erhöhen.
Ein weiterer Vorteil ist, dass mehrere Transponderplattformen verwendet werden können, um die Signalverstärkung für die meisten der Teilnehmer in einem Servicegebiet zu erhöhen.
Noch ein weiterer Vorteil ist, dass die Kosten der Empfangsterminals aufgrund der vereinfachten Betriebsweise und weniger Komponenten erheblich reduziert sind.
Noch ein weiterer Vorteil ist, dass die Positionen von jeder Transponderplattform und jedem Teilnehmer in der Konstellation nicht bekannt sein müssen, um die Erfindung umzusetzen.
Noch ein weiterer Vorteil ist, dass kostengünstige Terminals mit ungerichteten Antennen verwendet werden können, ohne dafür die Leistungsfähigkeit zu opfern.
Die strukturellen Merkmale und Vorteile, die oben zusammengefasst worden sind und zudem weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden mittels der Beschreibung, die im Zusammenhang mit den nachfolgenden Zeichnungen dargestellt wird, verdeutlicht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine bildliche Darstellung eines beispielhaften Kommunikationssystems mit mehreren Transponderplattformen, das für eine Anwendung der vorliegenden Erfindung geeignet ist.
2 ist eine beispielhafte Darstellung der Interferenzrauschleistung, die über den gesamten Kommunikationskanal integriert ist, aufgetragen über die Distanz vom Zielteilnehmer.
3 ist ein beispielhaftes Diagramm der Interferenzrauschleistung, die über einen gesamten Kommunikationskanal integriert ist, aufgetragen gegenüber der Distanz von dem Zielteilnehmer mit einem größeren Maßstab bezüglich der Distanz.
4 ist ein beispielhaftes Diagramm der Interferenzrauschleistung, die über einen gesamten Kommunikationskanal integriert ist, aufgetragen gegenüber der Distanz von einem Zielteilnehmer unter Verwendung derselben CDMA-Codes mit verschiedenen CDMA-Codelängen.
5 ist ein beispielhaftes Diagramm der Interferenzrauschleistung, die über einen gesamten Kommunikationskanal integriert ist, aufgetragen gegenüber der Distanz von einem Zielteilnehmer unter Verwendung derselben CDMA-Codes mit verschiedenen CDMA-Codelängen.
6 ist eine beispielhafte Gruppe von Diagrammkurven des Verwaltungsanteils (overhead) von Kalibrierungsdaten für das Ranging (Entfernungs- bzw. Laufzeitermittlung) aufgetragen gegenüber der Chipgeschwindigkeit.
7 ist eine beispielhafte Gruppe von Diagrammkurven des Signal/Rausch-Verhältnisses, das über den gesamten Kommunikationskanal integriert wird, aufgetragen gegenüber der Anzahl von Phasenkohärenz-Bits.
8 ist ein beispielhaftes Diagramm des Verwaltungsanteils beim Fourier-Verfahren als ein Anteil von Ressourcen aufgetragen gegenüber der Datenrate.
9 ist ein beispielhaftes Ablaufdiagramm 900 eines Computerprogramms zum Durchführen der abgestimmten bzw. kohärenten Phasensynchronisation gemäß der vorliegenden Erfindung.
9A ist ein Flussdiagramm des Schritts 906 gemäß der 9.
9B ist ein Flussdiagramm des Schritts 910 gemäß der 9.
9C ist ein Flussdiagramm des Schritts 914 gemäß der 9.
10 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Gateway (Vermittlungseinheit bzw. Netzkoppler) zum Durchführen der Funktionen gemäß der 9.
Erläuterung der Erfindung
Die nachfolgende Beschreibung dient der Erläuterung der derzeit bekannten besten Möglichkeit zum Durchführen und Verwenden der vorliegenden Erfindung. Der Schutzbereich der Erfindung wird durch die Ansprüche festgelegt.
1 ist eine zeichnerische Darstellung eines beispielhaften Kommunikationssystems mit mehreren Satelliten, das für die Verwendung mit der vorliegenden Erfindung zur abgestimmten Synchronisation von CDMA-Kommunikationssignalen geeignet ist.
Bei diesem Beispiel stellen einzelne Transpondersatelliten die Transponderplattformen dar, und Funktelefone stellen die Teilnehmer dar. Alternativ können die Transponderplattformen auch Oberflächen sein, die die Frequenz des Trägersignals reflektieren, und die Teilnehmer können auch örtlich feste oder mobile Terminals (Endgeräte bzw. Datenendstellen) sein. Andere geeignete Geräte mit einem ausreichenden Empfangsfeld (field of view) um die Richtungen abzudecken, aus denen Teilnehmersignale kommen, und Kombinationen davon zum Übertragen eines Signals von einem Gateway an einen Teilnehmer können auch verwendet werden, seien sie örtlich fest oder mobil, auf dem Boden, in der Luft oder im Weltraum. In ähnlicher Weise können die Teilnehmer jedes geeignete Gerät zum Einsatz bei der CDMA-Kommunikation und Kombinationen davon sein, seien sie örtlich fest oder mobil, auf dem Boden, in der Luft oder im Weltraum.
Ein erstes CDMA-Signal 120 bei der Vorwärtsverbindung (forward link) wird über ein Hub oder ein Gateway 104 an einen Satelliten 106 übertragen und von dem Satelliten 106 an einen Zielteilnehmer 102 weitergeleitet. Ein zweites CDMA-Signal 122 bei der Vorwärtsverbindung wird vom Gateway 104 an den Satelliten 108 gesendet und vom Satelliten 108 an den Zielteilnehmer 102 weitergeleitet. Die Abfolge der CDMA-Signale bei der Vorwärtsverbindung kann zu verschiedenen Zeiten gesendet werden oder mittels eines der bekannten Verfahren auf andere Weise angeordnet werden, um eine gegenseitige Interferenz während des Synchronisationsprozesses zu vermeiden. Der Empfänger 102 zeichnet die Zeit auf, zu der jedes der CDMA-Signale bei der Vorwärtsverbindung empfangen wird, und zwar bezogen auf einen Referenzzeitgeber, und fügt die Zeitdaten in ein CDMA-Signal bei der Rückverbindung (return link) ein, das jedem der empfangenen CDMA-Signale bei der Vorwärtsverbindung entspricht.
Das Gateway 104 verwendet die Zeitdaten, die in jedem CDMA-Signal in der Rückverbindung enthalten sind, um eine entsprechende Zeitverzögerung zu berechnen und führt eine Fourier-Analyse mit den CDMA-Signalen in der Rückverbindung durch, um eine entsprechende Frequenzverschiebung im Trägersignal aufgrund des Doppler-Effekts zu berechnen. Unter Verwendung der Berechnungen der zeitlichen Verzögerung und der Frequenzverschiebung fügt das Gateway 104 eine Verzögerung beim Senden von jedem nachfolgenden CDMA-Signal vom Gateway 104 ein, so dass die CDMA-Signale, die an den Teilnehmer 102 gerichtet und für diesen bestimmt sind, beim Zielempfänger 102 von den Satelliten 106 und 108 mit kohärenter Phase ankommen. Die phasengleichen Signale addieren sich in verstärkender Weise an der Position des Zielteilnehmers 102, wodurch das Signal/Rausch-Verhältnis verbessert wird.
Auf der anderen Seite kommen die Signale vom Gateway 104, die an den Zielempfänger 102 gerichtet sind, beim Empfänger 112, der nicht das Ziel ist und sich in einer Distanz 110 vom Zielempfänger 102 befindet, phasenverschoben (out of Phase, außer Phase) an. Die Phasendifferenz ergibt sich aus der Geometrie des Kommunikationssystems und der Distanz 110 zwischen dem Zielempfänger 102 und dem Empfänger 112, der nicht das Ziel ist. Die phasenverschobenen Signale interferieren miteinander und treten als Interferenzrauschen auf.
2 ist eine beispielhafte Gruppe von Diagrammkurven von Interferenzrauschleistung aufgetragen gegenüber der Distanz vom Zielempfänger unter Verwendung von kohärenter Phasensynchronisation für eine zufällig verteilte Konstellation von mehreren Transponderplattformen mit sieben Satelliten, einer CDMA-Codelänge von sechs und einer Frequenzbandbreite von 100 kHz. Die Verwendung desselben CDMA-Codes für den Zielempfänger resultiert in einer maximalen Interferenzrauschleistung von 0 dB bei einer Distanz von Null, wie es in der Kurve 202 gezeigt ist, wohingegen die Verwendung eines anderen CDMA-Codes für den Empfänger, der nicht das Ziel ist, die integrierte Interferenzrauschleistung bei einer Distanz von Null um ungefähr 7,5 dB reduziert, wie es die Kurve 204 zeigt. So wie sich die Distanz erhöht, wird der Unterschied bei der Interferenzrauschleistung zwischen der Verwendung desselben CDMA-Codes verglichen mit der Verwendung eines anderen CDMA-Codes weniger bedeutsam. Die vorliegende Verwendung benutzt dies, um CDMA-Codes wiederzuverwenden, sofern ein ausreichender Abstand zwischen Teilnehmern innerhalb desselben Servicegebiets besteht.
3 ist eine beispielhafte Gruppe von Diagrammkurven der Interferenzrauschleistung, die über den gesamten Kommunikationskanal integriert wurde, aufgetragen gegenüber der Distanz vom Zielempfänger mit einem vergrößerten Maßstab bezüglich der Distanz. Auch hier ist es so, dass die Verwendung der gleichen CDMA-Codes für mehrere Empfänger, wie es mittels der Kurve 302 gezeigt ist, im Vergleich zur Verwendung mit verschiedenen CDMA-Codes, wie es in der Kurve 304 gezeigt ist, die Interferenzrauschleistung relativ zu der Signalverstärkung nicht nennenswert erhöht, wie man es mittels der kohärenten Phasensynchronisation erzielen kann.
4 ist eine beispielhafte Gruppe von Diagrammkurven der Interferenzrauschleistung, die über den gesamten Kommunikationskanal integriert wurde, aufgetragen gegenüber der Distanz vom Zielempfänger unter Verwendung der gleichen CDMA-Codes mit CDMA-Codelängen von 6, in der Kurve 402 gezeigt, und 10, wie in der Fig. 404 gezeigt. Im Durchschnitt reduzieren längere Codelängen die integrierte Interferenzrauschleistung bei Teilnehmern, die nicht das Ziel sind, selbst wenn die gleichen CDMA-Codes verwendet werden.
5 ist eine beispielhafte Gruppe von Diagrammkurven der Interferenzrauschleistung aufgetragen gegenüber dem Abstand vom Zielempfänger unter Verwendung verschiedener CDMA-Codes und CDMA-Codelängen von 6, wie in der Kurve 502 gezeigt, und 10, wie in der Kurve 504 gezeigt. Wenn verschiedene CDMA-Codes verwendet werden, ist der Unterschied bei der Interferenzrauschleistung aufgetragen gegenüber dem Abstand des Teilnehmers, der nicht das Ziel ist, bedeutsamer.
Für die Synchronisation von Signalen von mehreren Satelliten besteht keine Notwendigkeit, die absoluten Positionen der Plattformen zu bestimmen. Das relative Timing (zeitliche Ablaufsteuerung), die Frequenz und die Phase zwischen den Plattformen ist ausreichend, um eine kohärente Phasensynchronisation bei den CDMA-Signalen durchzuführen.
Auch wenn der Bereich für eine Vorwärtsverbindung und der entsprechenden Rückverbindung im Wesentlichen der gleiche ist, können die Verzögerungen bei der Bearbeitung und die Verzerrungen auf dem Signalkanal verschieden sein.
Um den Bereich bzw. den (zeitlichen) Abstand zwischen dem Gateway oder Hub und dem Teilnehmer zu bestimmen, fügt das Gateway Kalibrierungsdaten für das Ranging in jede Nachricht ein, die an jeden Empfänger über jede Transponderplattform gesendet wird, um einen Teilnehmerbereich entsprechend für jede Transponderplattform zu ermitteln. Der Teilnehmer empfängt die Kalibrierungsdaten für das Ranging von jeder Transponderplattform und sendet eine Nachricht an das Gateway zurück, die die Zeit beinhaltet, die von einem Referenzzeitgeber gelesen wurde.
6 ist eine beispielhafte Gruppe des Verwaltungsanteils der Kalibrierungsdaten beim Ranging (ranging calibration data overhead) aufgetragen gegenüber der Chipgeschwindigkeit bei einer Bereichsänderung (range rate) von 60 m/s und einer Datenrate von 144 kHz bei 10 Satelliten gemäß der Kurve 602, bei 5 Satelliten gemäß der Kurve 604, bei 2 Satelliten gemäß der Kurve 606 und bei einem 1 Satelliten gemäß Kurve 608.
Das Gateway empfängt die Nachricht des Teilnehmers und führt eine Berechnung für eine kohärente Phasensynchronisation für jeden Teilnehmer über jeden Satelliten durch. Das Gateway verwendet die Berechnungen der kohärenten Phasensynchronisation dafür, um die Signale, die von jedem Satelliten an jeden Teilnehmer übertragen werden, so zu verzögern, dass die Signale für jeden Teilnehmer von allen der Transponderplattformen bei jedem Teilnehmer mit kohärenter Phase eintreffen.
Die Berechnungen für die kohärente Phasensynchronisation beinhalten die Schritte eines Vergleichens der Übertragungszeit in den Bereichskalibrierungsdaten mit der Empfangszeit, die von dem Referenzzeitgeber des Teilnehmers gelesen wurde. Die Zeitdifferenz wird in das rückkehrende Signal des Teilnehmers aufgenommen. Viele solche Zeitdifferenzen werden gemessen und an das Gateway zurückgesendet. Der Anteil der Chipzeit, die für die Bereichskalibrierungsdaten benötigt wird, ist im Wesentlichen gegeben durch:
wobei T_X die Nachrichtenzeit, die den Bereichskalibrierungsdaten zugewiesen wurde und T_C die Nachrichtenzeit ist, die den Kommunikationsdaten zugewiesen wurde.
Die Genauigkeit der Ranging-Kalibrierung ist im Wesentlichen gegeben durch:
wobei C_w die Chipbreite ist und n_x die Anzahl der gemessenen Zeitdifferenzen. Für eine maximale Bereichsänderung von 60 m/s und eine Datenrate von 144 kHz beträgt ein typischer Wert für den Anteil der Chipzeit, der für die Ranging-Kalibrierungsdaten benötigt wird, weniger als 5 %.
Die Parameter, die für die Berechnung der Phasensynchronisation benötigt werden, sind:
n_b = Anzahl der Phasenbits, die benötigt wird, um Phasenkohärenz zu erzielen
δ_f = die gesamte Frequenzunsicherheit.
n_b hängt von der Anzahl der Plattformen und dem gewünschten Signal/Rausch-Verhältnis (üblicherweise 20 dB) ab. T_X ist das Produkt von n_b mal der Chipdauer.
δ_f repräsentiert die kombinierten Effekte der Stabilität des CDMA-Trägeroszillators und der relativen Bewegung zwischen dem Gateway, der Transponderplattform und dem Teilnehmer.
Die Fourier-Periode wird aus der benötigten Frequenzgenauigkeit bestimmt, und zwar im Wesentlichen gemäß der folgenden Formel:
Die gesamte Anzahl von Abtastwerten, die für die Fourier-Verarbeitung benötigt wird, bestimmt den Anteil der Chipzeit, die für die Bereichs-Kalibrierungsdaten benötigt wird, die durch (1) gegeben sind.
7 ist eine beispielhafte Gruppe von Diagrammkurven des Signal/Rausch-Verhältnisses aufgetragen gegenüber der Anzahl von Phasenkohärenz-Bits, die bei den Ranging-Kalibrierungsdaten verwendet werden, und zwar für 10 Satelliten gemäß der Kurve 702, 5 Satelliten gemäß der Kurve 704, 2 Satelliten gemäß der Kurve 706 und 1 Satellit gemäß der Kurve 708.
8 ist ein beispielhaftes Diagramm des Verwaltungsanteils bei der Fourier-Verarbeitung als ein Anteil der Ressourcen aufgetragen gegenüber der Datenrate, und zwar bei 10 Satelliten gemäß der Kurve 802, bei 5 Satelliten gemäß der Kurve 804, bei 2 Satelliten gemäß der Kurve 806 und bei einem Satelliten gemäß der Kurve 808. Bei diesem Beispiel beträgt die Bereichsbeschleunigung 2 m/s². So wie sich die Anzahl der Transponderplattformen erhöht, erhöht sich der Verwaltungsaufwand beim Fourier-Verfahren, aber die Differenz wird weniger bedeutsam bei höheren Datenraten. Bei einer Datenrate von 144 kHz, z.B., beträgt der Verwaltungsanteil nur ungefähr 0,1 % für eine Konstellation mit 5 Satelliten, die eine relative Bereichsrate von 2 m/s2 haben. Dieser Verwaltungsanteil ist vernachlässigbar gegenüber dem üblichen Ressourcenanteil der Chipzeit von 10 %, der für Ranging-Kalibrierungsdaten benötigt wird bei der gleichen Datenrate und einer Chiprate von 4 MHz. Bei einer Bereichsgeschwindigkeit von 30 m/s beträgt die benötigte Ressource ungefähr 3 % und 60 m/s ungefähr 6 %, wenn man eine sequenzielle Verarbeitung annimmt. Alternativ hierzu können die Ranging-Berechnungen in der Rückverbindung parallel durchgeführt werden, um den Verwaltungsanteil bei der Fourier-Verarbeitung zu reduzieren.
9 ist ein beispielhaftes Flussdiagramm 900 eines Computerprogramms zum Durchführen der kohärenten Phasensynchronisation gemäß der vorliegenden Erfindung. Im Schritt 902 wird ein Index der Transponderplattform initialisiert, der sich bis auf die gesamte Anzahl von Transponderplattformen in der Konstellation erhöht.
Im Schritt 904 wird die Verarbeitung für die nächste Transponderplattform initialisiert. In diesem Schritt werden statistische Daten gelöscht, die die durchschnittliche Verzögerung bei der Signalausbreitung, die Frequenz und die Phase zwischen dem Gateway und jedem Teilnehmer innerhalb des Bereichs, den die Transponderplattform abdeckt, enthalten. Ein Teilnehmerindex wird initialisiert, der sich bis auf die gesamte Anzahl von Teilnehmern erhöht.
Im Schritt 906 wird die Verarbeitung für jeden Teilnehmer innerhalb des Bereichs, den die Transponderplattform abdeckt, durchgeführt. 9A zeigt den Schritt 906 mit mehr Details. Im Schritt 952 überträgt das Gateway ein Ranging-Signal an den Teilnehmer. Das Ranging-Signal kann einen für den Teilnehmer eindeutigen Identifikationscode enthalten, um eine Interferenz mit anderen Teilnehmern zu vermeiden, die das Ranging-Signal erhalten. Wenn der Teilnehmer das Ranging-Signal im Schritt 954 erhält, berechnet er die Verzögerung der Signalausbreitung und die Phaseninformation relativ zu einem lokalen Referenzzeitgeber. Im Schritt 956 sendet der Teilnehmer das Signal-Timing und die Phaseninformation an das Gateway. Wenn das Gateway die Information im Schritt 958 erhält, berechnet es das Signal-Timing, die Frequenz und die Phase für den Teilnehmer relativ zu der Transponderplattform, und zwar unter Verwendung von, zum Beispiel, statistischer Durchschnittsbildung oder einer Fourier-Analyse. Andere Verfahren können auch gemäß gut bekannter Vorgehensweisen verwendet werden.
Unter erneutem Hinweis auf die 9 wird der Teilnehmerindex im Schritt 908 erhöht. Wenn nicht alle Teilnehmer verarbeitet wurden, wird die Verarbeitung mit dem oben erläuterten Schritt 906 fortgesetzt. Ansonsten wird die Verarbeitung, die für alle Teilnehmer innerhalb eines Gebiets, das die Transponderplattform abdeckt, gemeinsam ist, im Schritt 910 durchgeführt.
9B zeigt den Schritt 901 mit mehr Details. Im Schritt 962 berechnet das Gateway die relativen Bewegungsstatistiken der Transponderplattform relativ zu den Teilnehmern, um die Schätzungen für das Signal-Timing zu aktualisieren.
Unter erneuter Bezugnahme auf 9 wird der Index der Transponderplattform im Schritt 912 erhöht. Wenn nicht alle Transponderplattformen verarbeitet worden sind, wird die Verarbeitung mit dem oben erläuterten Schritt 904 fortgesetzt. Ansonsten wird die Verarbeitung mit dem Schritt 914 fortgesetzt.
9C zeigt den Schritt 914 mit mehr Details. Im Schritt 972 aktualisiert das Gateway das durchschnittliche Signal-Timing, die Frequenz und die Phasendaten für alle Teilnehmer und alle Transponderplattformen. Im Schritt 974 überträgt das Gateway die Referenzzeitgeber-Korrekturen an jeden Teilnehmer, um die Signalphase für jeden Teilnehmer unter Bezug auf das Gateway zu synchronisieren. Im Schritt 976 setzt das Gateway die Übertragung von Kommunikationsnachrichten an jeden Teilnehmer über jede Transponderplattform fort, und zwar unter Verwendung der berechneten Verzögerungen, um einen kohärenten Signalempfang für jeden Teilnehmer zu erreichen.
Mittels des oben beschriebenen Verfahrens verzögert das Gateway die Übertragung von CDMA-Signalen für den Zielteilnehmer für jede Transponderplattform oder jeden Satelliten in der Konstellation um den richtigen Betrag, um Phasenkohärenz der Signale am Ort des Teilnehmers zu erzielen. Außerdem kann das Gateway die Frequenz des CDMA-Signals für den Zielempfänger zu jeder Transponderplattform anpassen, um die Doppler-Verschiebung zu kompensieren, so dass die Signale, die beim Zielteilnehmer von jeder Transponderplattform ankommen, dieselbe Frequenz haben.
Der oben beschriebene Synchronisationsprozess wird bevorzugt im Hintergrund durchgeführt, um eine Unterbrechung von Kommunikationsnachrichten zu minimieren. Wenn die Berechnungen für alle Transponderplattformen in der Konstellation abgeschlossen sind, wird die Verarbeitung beendet, bis eine weitere Iteration durchgeführt wird, um Änderungen in der Position und der Bewegung der Transponderplattformen und der Teilnehmer zu berücksichtigen.
10 zeigt eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung in einem Gateway 1000 zum Durchführen der gemäß der 9 beschriebenen Funktionen. Der Sender 1002 sendet die Ranging- und verzögerten Kommunikations-Signale an den Teilnehmer. Der Empfänger 104 empfängt das Signal-Timing und die Phaseninformation von dem Zielteilnehmer. Das Signal-Timing, die Frequenz und die Phase werden entsprechend mittels des Zeitverschiebungs-Rechners 1006, des Frequenzverschiebungs-Rechners 1008 und des Phasenverschiebungs-Rechners 1010 berechnet. Der CDMA-Sequenzer 1012 sendet Korrekturen bezüglich des Referenzzeitgebers an jeden Teilnehmer, um die Signalphase für jeden Teilnehmer im Hinblick auf das Gateway 1000 zu synchronisieren.
Andere Modifikationen, Abänderungen und Anordnungen der vorliegenden Erfindung können gemäß den oben genannten Lehren auch in anderer als der oben beschriebenen Art und Weise durchgeführt werden, um die Erfindung innerhalb des Umfangs der nachfolgenden Ansprüche zu realisieren.

Claims

Verfahren zur Synchronisation eines CDMA-Kommunikationssignals und zur Reduzierung der Anzahl von CDMA-Codes, die für eine Anzahl von Teilnehmern benötigt wird, die von mehreren Transponderplattformen bedient werden, mit den nachfolgenden Schritten: Senden (952) einer Sequenz von Vorwärtsverbindungs-CDMA-Signalen von einem Gateway (1000) zu einem ersten Teilnehmer (102) über mehrere Transponderplattformen, wobei die Vorwärtsverbindungs-CDMA-Signale Zeitdaten enthalten, die den Zeitpunkt anzeigen, zu dem jedes Vorwärtsverbindungs-CDMA-Signal von dem Gateway zu jeder Transponderplattform gesendet wurde; Empfangen (956) einer Sequenz von Rückverbindungs-CDMA-Signalen von dem ersten Teilnehmer (102) an dem Gateway (1000), wobei die Rückverbindungs-CDMA-Signale Zeitdaten enthalten, die anzeigen, zu welchem Zeitpunkt jedes Vorwärtsverbindungs-CDMA-Signal von dem ersten Teilnehmer (102) von jeder Transponderplattform empfangen wurde; und am Gateway Auffinden (958) einer entsprechenden Zeit, Frequenz und Phase für das Senden von nachfolgenden CDMA-Signalen von dem Gateway (1000) zu jeder Transponderplattform, so dass die nachfolgenden CDMA-Signale beim ersten Teilnehmer (102) von den mehreren Transponderplattformen zu einem im Wesentlichen gleichen Zeitpunkt, mit gleicher Frequenz, und der gleichen Phase ankommen, und bei einem zweiten Teilnehmer (112), der in einer Entfernung (110) von dem ersten Teilnehmer (102) ist, phasenversetzt ankommen, wobei die phasenversetzten Signale beim zweiten Teilnehmer (112) zu einem Interferenzrauschen miteinander interferieren.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Auffindens einer entsprechenden Zeit, Frequenz und Phase zum Senden der nachfolgenden CDMA-Signale den Schritt des Berechnens (976) einer Zeitverschiebung des Rückverbindungs-CDMA-Signals relativ zu dem Vorwärtsverbindungs-CDMA-Signal umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Auffindens (958) einer entsprechenden Zeit, Frequenz und Phase zum Senden der nachfolgenden CDMA-Signale den Schritt des Berechnens (976) einer Frequenzverschiebung des Rückverbindungs-CDMA-Signals relativ zu dem Vorwärtsverbindungs-CDMA-Signal umfasst.
Verfahren nach Ansprüchen 1, 2 oder 3, wobei der Schritt des Auffindens einer entsprechenden Zeit, Frequenz und Phase zum Senden nachfolgender CDMA-Signale den Schritt des Berechnens (976) einer Phasenverschiebung des Rückverbindungs-CDMA-Signals relativ zu dem Vorwärtsverbindungs-CDMA-Signal umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende- und Auffindungsschritte ferner die nachfolgenden Schritte aufweisen: Berechnen (954) einer Signalausbreitungszeit relativ zu einem lokalen Teilnehmer-Referenztakt; Senden (956) von Signalsynchronisierungs- und Phasenversatzinformation vom Teilnehmer zu dem Gateway über jede Transponderplattform; Berechnen (958) der relativen Signalsynchronisierungs-, Frequenz- und Phasendaten aus der Signalsynchronisierungs- und Phasenversatzinformation für den Teilnehmer und jede Transponderplattform; Berechnen (962) der relativen Bewegungsstatistiken jeder Transponderplattform relativ zu dem Teilnehmer aus den Signalsynchronisierungs-, Frequenz- und Phasendaten; Mitteln (972) der Signalsynchronisierungs-, Frequenz- und Phasendaten für den Teilnehmer und jede Transponderplattform, um eine Teilnehmer-Referenztaktkorrektur zu berechnen; und Senden (974) der Teilnehmer-Referenztaktkorrektur von dem Gateway zu dem Teilnehmer, um den Teilnehmer-Referenztakt für den kohärenten Empfang der Nachrichten zu synchronisieren, die gleichzeitig von dem Gateway zu dem Teilnehmer über jede Transponderplattform gesendet werden.
Gateway (1000) zum Synchronisieren eines CDMA-Kommunikationssignals und zum Reduzieren der Anzahl von CDMA-Codes, die für eine Anzahl von Teilnehmern benötigt werden, die von mehreren Transponderplattformen bedient werden, mit: einem Sender (1002) zum Senden einer Sequenz von Vorwärtsverbindungs-CDMA-Signalen von dem Gateway (1000) zu einem ersten Teilnehmer (102) über mehrere Transponderplattformen (106, 108), wobei die Vorwärtsverbindungs-CDMA-Signale (120, 122) Zeitdaten enthalten, die den Zeitpunkt anzeigen, zu dem jedes Vorwärtsverbindungs-CDMA-Signal (120, 122) von dem Gateway (1000) zu jeder Transponderplattform (106, 108) gesendet wurde; einem Empfänger (1004) zum Empfangen einer Sequenz von Rückverbindungs-CDMA-Signalen von dem ersten Teilnehmer (102) an das Gateway (1000) über die mehreren Transponderplattformen (106, 108), wobei die Rückverbindungs-CDMA-Signale Zeitdaten enthalten, die den Zeitpunkt anzeigen, zu dem jedes Vorwärtsverbindungs-CDMA-Signal (120, 122) von dem ersten Teilnehmer (102) von jeder Transponderplattform (106, 108) empfangen wurde; und einem CDMA-Signalsequenzer (1012) zum Verzögern der Übertragung jedes nachfolgenden CDMA-Signals (120, 122) an den ersten Teilnehmer, so dass jedes nachfolgende CDMA-Signal (120, 122) beim ersten Teilnehmer (102) von jeder Transponderplattform im Wesentlichen mit gleicher Phase ankommt, und bei einem zweiten Teilnehmer (112), der in einem Abstand von dem ersten Teilnehmer (102) ist, phasenversetzt ankommt, wobei die phasenversetzten Signale beim zweiten Teilnehmer (112) zu einem Interferenzrauschen miteinander interferieren.
Gateway nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch: einen Zeitverschiebungsrechner (106), der mit dem CDMA-Signalsequenzer (1012) verbunden ist, um eine Zeitverschiebung des Rückverbindungs-CDMA-Signals relativ zu dem Vorwärtsverbindungs-CDMA-Signal (120, 122) zu berechnen.
Gateway nach Ansprüchen 6 oder 7, gekennzeichnet durch einen Frequenzverschiebungsrechner (1008), der mit dem CDMA-Signalsequenzer (1012) verbunden ist, um eine Frequenzverschiebung des Rückverbindungs-CDMA-Signals relativ zu dem Vorwärtsverbindungs-CDMA-Signal (12, 122) zu berechnen.
Gateway nach Ansprüchen 6, 7 oder 8, gekennzeichnet durch einen Phasenverschiebungsrechner (1010), der mit dem CDMA-Signalsequenzer (1012) verbunden ist, um eine Phasenverschiebung des Rückverbindungs-CDMA-Signals relativ zu dem Vorwärtsverbindungs-CDMA-Signal (120, 122) zu berechnen.