JP4485689B2 - 端末が同一局に送信する遠隔通信（ａｔｍ）方法 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、セルまたはパケットからなるデジタルデータの非同期転送モードにより端末が中央局すなわち制御局にメッセージを送信する伝送方法に関するものである。
【０００２】
本発明は、限定的ではないが特に、軌道上の非静止衛星のオンボード設備を介して通信を中継するシステムの伝送方法に関する。
【０００３】
遠隔通信システムを最適利用するには、システムが許容する最大ビットレートに等しい情報ビットレートで常に情報を伝送できるように伝送情報を管理することが好ましい。
【０００４】
このために、情報をデジタルで伝送することによって、ノイズを制限し、管理を容易にしている。デジタル情報は、通常、セル（またはパケット）に分割され、セルスロットと呼ばれる所定のタイムスロットの間に伝送され、、これらのセルは、システムの使用を最適化できる時間配分で伝送される。換言すれば、セルは、定期的に伝送されるのではなく、非同期転送モードとも称される方法で伝送される。しかしながら、この名称は、本発明をＡＴＭ規格に制限するものではないことに留意されたい。
【０００５】
さらに、通信容量を最大化するために、各セル（またはパケット）を一つの搬送周波数およびまたは多数の搬送周波数およびコードの中から選択した一つのコードに割り当てることができる。
【０００６】
従って、無線リソース（または通信リソース）を分割する次の三つのモードが存在する。
【０００７】
−ＡＭＲＴリソース：「時分割多重接続」（ＴＤＭＡ：「Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ」）
−ＡＭＲＦ分割：「周波数分割多重接続」（ＦＤＭＡ）
−ＡＭＲＣ分割：「コード分割多重接続」（ＣＤＭＡ）
デジタル信号へのコード割り当ては、スペクトルを拡散することからなり、すなわち拡散コードによって信号を多重化することからなる。簡単かつ高性能のデコード（拡散解除）を可能にするには、直交コードを使用し、すなわち、それ自体を乗じるコードの積が１に等しく、２個の異なるコードの積がゼロになるようにする。こうした条件では、信号ｘ_１、ｘ_２、．．．ｘｊ、．．．ｘｎにそれぞれコードＣ₁、Ｃ_２、Ｃｉ、Ｃｎを割り当て、同時に伝送して、和ｘ_１Ｃ₁＋ｘ_２Ｃ_２＋．．．＋ｘｉＣｉ＋．．．ｘｎＣｎから信号ｘｉを抽出する場合、この和にＣｉを乗じるだけでよい。
【０００８】
米国特許第５３７３５０２号は、複数の端末が一つの局にセルを送信し、すなわち端末が、分離された期間に連続送信し、各セルに少なくとも２個の直交コードを割り当てる伝送方法を記載している。この伝送技術は、ＴＤ−ＣＤＭＡという名称で知られている。
【０００９】
本発明の範囲では、各セルに２個の直交コードを割り当てるだけでなく、端末と受信局との間の伝播減衰特性と、この端末に関して利用可能なパワーとを同様に考慮することが出来る。
【００１０】
このため、本発明によれば、各端末の送信継続時間、およびまたは各端末に割り当てられるコード数、およびまたは一個の端末の特定のコードへの割り当てシンボル数が、所定のパワーレベルに応じて各送信で選択出来る。
【００１１】
有利には、一つの端末による送信終了と、別の端末による次の送信の開始との間に保護時間が設けられる。
【００１２】
有利な実施形態では、端末が所定の期間中に送信し、この期間が中断されない。これによって、保護時間を設ける無駄が省ける。同一の端末が複数のパケットを連続して送信する場合、保護時間は不要である。
【００１３】
各端末の送信継続時間、およびまたはこの端末に割り当てられるコード数は、局に対する端末の位置に応じて選択するのが望ましい。局に対する端末の位置は、実際、端末と局間のリンク状況の特性を示す基準である（リンク特性は端末の位置に依存するが、衛星の位置および伝播減衰（降水の有無）にも依存する）。
【００１４】
本発明の他の特徴および長所は、添付図面に関して行われる幾つかの実施形態の説明により明らかになるであろう。
【００１５】
本発明による方法を添付図に関して以下に説明するが、この方法は、地表を１０ゾーンに分割する遠隔通信システムに関し、図１はそのうちの一つだけを図示した。各ゾーンには、中央制御または接続局２０と、加入者端末または加入者局１６、１８．．．とがある。
【００１６】
端末１６、１８．．．は、低軌道または中間軌道の衛星１４を介して相互に通信する。例では、衛星の高度は約１５００ｋｍである。この衛星１４は、軌道１２上のあり、他の衛星も該軌道上にある。地球または、地球の大部分をカバーするために、複数の軌道１２が設けられている。
【００１７】
衛星１４がゾーン１０を見失うと、たとえば同じ軌道１２にある次の衛星（図示せず）が、通信を中継する。
【００１８】
制御接続局２０は、端末１６、１８．．．の間の通信を管理する。特に、各端末に対して周波数リソース、パワーリソースおよびコードリソースを割り当てる。このため、制御接続局２０は、同様に衛星１４を介して各端末と通信する。
【００１９】
端末間の通信は、制御接続局２０を介して行われる。言い換えれば、端末１６が端末１８と通信する場合、端末１６は、衛星を介して制御接続局２０にデータを送信し、制御接続局２０は、同じく衛星を介して端末１８にこれらのデータを転送する。
【００２０】
制御接続局２０は、例ではＡＴＭタイプの地上ネットワークに接続される。従って、制御接続局２０は、ＡＴＭスイッチ３４を介して広帯域ネットワーク３６、狭帯域ネットワーク３８、ならびにサーバ２８に接続される。狭帯域ネットワーク３８は、ユーザ３０とサーバ２４とを接続可能にする。同様に、広帯域ネットワーク３６によって、ユーザ３２とサーバ２６との接続が可能になる。
【００２１】
このような非同期転送モードの遠隔通信システムは、伝送による遅延が少なく、大容量で高ビットレートのデータ伝送を可能にする。
【００２２】
特にＡＴＭタイプの非同期ネットワークでは、データは、デジタルで構成され、ＡＴＭ規格の場合、３８４ビット（またはシンボル）のデータおよび４０ビット（またはシンボル）のヘッダを含むパケットまたはセルとして構成される。
【００２３】
各セルには、ＡＴＭシンボルに加えて、１２個または１６個の追加シンボルが割り当てられる。追加シンボルは、基準シンボルと称され、主に位相および周波数同期の役割をする。
【００２４】
本発明をなすに際し、端末１６、１８．．．から制御接続局２０にメッセージを送信するためにＡＯＣＤＭＡ伝送モードの使用可能性を検討した。
【００２５】
ＡＯＣＤＭＡは、「非同期直交コード分割多重接続Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ」を意味する。要するに、図２に示したように、この方法は、異なるコードを割り当てられる複数セルを同時に送信することからなり、一個のセルには、単一コードだけを割り当てる。図２に示した例では、セルのスロットは６ミリセカンドである。端末１６は、２個のセル４０、４２を送信し、各セルは、４２４シンボルまたはビットを含む。セル４０には、コードＣ₁が割り当てられ、セル４２には、コードＣ_２が割り当てられる。
【００２６】
端末１８は、コードＣ_３を割り当てられたセル４４を送信し、また、それと同時に別の端末が、コードＣ_４を割り当てられたセル４６を送信する。
【００２７】
セル４０、４２、４４、４６は、制御接続局２０に到達するものとして示されている。従って、異なる端末から送られるセルは、時間的にずれて制御接続局２０に到着し、これは支障となりうる。そのため、図２では、セル４６の到着時とセル４４の到着時との間の時間的なずれδｔを示した。
【００２８】
このようにセルどうしが同期しなくなると直交性がなくなり、その結果、コードＣ₁Ｃ_３、Ｃ₁Ｃ_４、Ｃ_２Ｃ_３、Ｃ_２Ｃ_４、Ｃ_３Ｃ_４の相関は厳密にはゼロにならない。そのため、拡散解除時に（以下、時に応じて「デコード」と称する）、追加干渉ノイズが発生する。反対に、セル４０、４２は同じ端末１６から送られるので、制御接続局２０による受信時には完全に同期しており、干渉し合わない。
【００２９】
同期がないために起こる問題を解決するために、セル５０のスロットをサブスロットに分割し（図３、４）、それぞれのサブスロットを単一の端末に割り当てる。換言すれば、複数の端末からの送信が時分割されるので、異なるコードを割り当てられ、同時に伝送された、セルどうしが同期するようになる。しかし、本発明では、システムの通信リソースを最大化するために、変調時のスペクトル効率を調整可能にするコードの使用による長所を保持している。
【００３０】
各端末によって送信される通信は、継続時間がセルスロットよりもずっと短いので、各セルに複数のコードが割り当てられる。だが、これらのコードは同じ端末から送られるので、受信時に同期しないということはない。
【００３１】
受信時にセルどうしが衝突するおそれを回避するために、異なる端末に対応するサブスロット間に保護時間５２、５４（図３）、５６、５８（図４）を設けることが好ましい。
【００３２】
図３に示された簡単な例では、セルスロット５０が、伝送セルと同数のサブスロットに分割されている。サブスロット６０、６２、６４、６６の継続時間は等しく、それぞれのサブスロットに同数のコードが割り当てられる。そのため、この例では、４個のコードＣ₁、Ｃ_２、Ｃ_３、Ｃ_４が設けられている。
【００３３】
サブスロット６０、６２、６４、６６は、それぞれセル４０、４２、４４、４６に割り当てられる。
【００３４】
保護時間５２は、スロット６２、６４を分離し、保護時間５４は、異なる端末に割り当てられたスロット６４、６６を分離している。また、サブスロット６０、６２を分離するスロット６８が設けられている。スロット６８は、管理および制御を簡素化するために設けられているが、セル４０、４２は同じ端末から送信されているので、このスロット６８は必要不可欠ではない。
【００３５】
図４に示した（同じく簡単な）実施形態では、サブスロットの長さは端末によって異なる。そのため、端末１６、従ってセル４０、４２に割り当てられたサブスロット７０の長さは、端末１８、従ってセル４４に割り当てられたサブスロット７２よりも長い。第三の端末、すなわちセル４６に割り当てられたサブスロット７４の長さは、サブスロット７２の長さの三分の一である。保護時間５６は、サブスロット７０、７２を分離し、保護時間５８は、サブスロット７２、７４を分離する。さらに、サブスロット７０、７２、７４と保護時間５６、５８の全体が、セル５０のスロットを完全には占有せず、サブスロット７６は、依然として他の通信に利用可能である。
【００３６】
図４の例ではまた、コード数が、サブスロットどうしで異なる。そのため、サブスロット７０には６個のコードＣ₁〜Ｃ６が割り当てられ、サブスロット７２には最初の４個のコードＣ₁〜Ｃ_４が、サブスロット７４には１２個のコードＣ₁〜Ｃ_{1 ２}が割り当てられる。
【００３７】
スロット６０、６２、６４、６６（図３）またはスロット７０、７２、７４（図４）の継続時間は、矛盾する二つの制約を満たすように選択される。すなわち、通信容量を最大化するために継続時間はできるだけ短くし、ピークパワーは、端末で使用可能なパワーによって、あるいは他の条件によって課される限界値を越えないように選択しなければならない。こうした条件は、他のシステム（たとえば静止衛星）と干渉しないように、もしくは同じリソースを使用する隣接ゾーンと干渉しないようにするというものであり、限界パワーはまた、ゾーン１０内の端末の場所に依存することがある。
【００３８】
図３に対応する方法は、非常に簡単であるという長所を有し、サブタイムスロットの時間配分が一定であるために制御が簡素化される。特に、制御接続局２０における受信機は、セルスロットの成分を更新する必要がない。これは、この成分が不変であるからである。
【００３９】
しかしながら、この解決方法は伝送容量を最大化することができない。何故なら、一つには保護時間６８が存在するからであり、またサブタイムスロットが（図４に示した方法とは逆に）、端末の特徴に適合不能であるからである。端末の「特徴」とは、特に、送信パワー、ゾーン１０内部の位置、およびコード割り当ての可能性を意味する。
【００４０】
図４に示した方法を実施するには、図３に示した方法の実施よりも複雑なシステムのモデムの制御または管理が必要である。だが、図４の方法は、効率を最大化できるという長所を有する。これは特に、異なる特徴を持つ端末が、容量を減らさずに同じセルスロットで送信可能であるからである。
【００４１】
従って、図４の場合、サブスロット７０は、たとえば、６個のコードに制限される容量をもつ家庭用の加入者端末の送信にあてられるが、端末がゾーン１０の中心付近に位置すれば容量を一杯に（６コード）使用可能である。この例では、サブスロット７２も、同じく家庭用の加入者端末に割り当てられている。だが、この端末は、ゾーン１０の縁の付近にあるので、使用容量が４個のコードに制限される。実際、端末がそれ以上のコードを送信しなければならない場合、許容限度を超えるパワーが必要になる。さらに、セル４６は、家庭用の端末容量よりも大きいコード容量（１２個）を有する事業用の端末により送信される。
【００４２】
次に、図５、６を参照する。これらの図は、同じ端末から送信される２個のセルの様々なシンボルをアッセンブルする場合の二つの可能性を示している。もちろん、図は、図２〜４と同様簡略化されている。
【００４３】
図５に示した例では、サブタイムスロット７０_１が、保護時間のない２個の同じ部分に分離されており、第一の部分がセル４０に割り当てられ、第二の部分がセル４２に割り当てられている。同数のコード（例では４個）がこれらのセル４０、４２に割り当てられる。
【００４４】
他の実施例では（図示せず）、各セルが、サブタイムスロット７０_１の全体に延びているが、コードは、セルどうしで分割されており、たとえばコードＣ₁、Ｃ_２はセル４０に割り当てられ、コードＣ_３、Ｃ_４は、セル４２に割り当てられている。
【００４５】
図６に示した例では、サブスロット７０の間端末に割り当てられるコード数（５個）は、その最大値に選択される。最大値は、送信パワーが限度８０を越えてはならないことから制限される。
【００４６】
この限度は、端末と局との間の伝播減衰特性と、この端末で使用可能なパワーレベルとによって決定される。
【００４７】
さらに、サブスロット７０_１の一部だけが使用されている。
【００４８】
各コードに対し、セルの時間の分離は同じ瞬間には行われない。特に、コードＣ₁、Ｃ_２の場合、セル４０は３個のシンボルを含み（ここでは簡単な例を挙げていることを想起されたい）、セル４２は２個のシンボルを含む。コードＣ_３、Ｃ_４の場合、セル４０は２個のシンボルを含み、一方でセル４２は３個のシンボルを含む。
【００４９】
コードＣ_５は、コードＣ₁〜Ｃ_４よりも短い時間で使用される。事実、コードＣ_５の場合、４個のシンボルしかない。コードＣ_５の場合、２個の最初のシンボルはセル４０に割り当てられ、２個の最後のシンボルはセル４２に割り当てられている。
【００５０】
他の実施例では（図示せず）、リソースの配分が主にコードに応じて行われ、たとえばコードＣ₁、Ｃ_２の１０個のシンボルならびに、コードＣ_３の最初の２個のシンボルが、セル４０に割り当てられ、コードＣ_３、コードＣ_４およびＣ_５の他のシンボルは、セル４２に使用される。
【００５１】
図６の場合、サブタイムスロット７０’_１は、図５のサブスロット７０_１よりも短いので、システムの効率をさらに最大化することができる。
【００５２】
図６に関して説明したように、セルを入れ子にして伝送する場合、セルを次々と送信する場合に比べて、位相および周波数の同期に用いる基準シンボル数を低減可能である。事実、同期のために、入れ子にした複数のセル全体を、単一セルを構成するものとみなすことができる。言い換えれば、たとえば一個のセルの同期のために１６個の基準シンボルが必要な場合、同数（１６個）のシンボルが、２個、３個またはそれ以上のセルを入れ子にして伝送する場合に使用される。遵守すべき唯一の条件は、経時的に均質にシンボルを配分することである。
【００５３】
下の表は、事業用の端末Ｐと家庭用の端末Ｄとに対するサブタイムスロットの配分例を示している。この表において、ρは、使用可能な全てのコードのうちで使用できるコードの割合である。
【００５４】
【表１】

この表は、次のような仮定に対応する。
【００５５】
拡散周波数（「ｃｈｉｐ」周波数）：２９３３ＭＨｚ
中央局への到着時間の精度：±６．８μｓ
セルスロット（５０）：６ｍｓ＋１３．６μｓ
各セルの長さ：４４０シンボル（基準シンボルを含む）。本発明による方法は同期を容易にするので、基準シンボル数を、さらに減らすことができる。
【００５６】
例では、追加コードが、同じゾーンの全ての信号に重ねられるので、当然のことながら重ねるコードがゾーン間で異なるという条件で、隣接ゾーンから送られる通信間の干渉レベルを低くすることができる。
【００５７】
本発明は、衛星通信システムに関して説明したが、一般的に、端末が複数のメッセージを同一局に送信しなければならない場合には広く適用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明が適用される遠隔通信システムを示す図である。
【図２】 本発明の考案において、検討されたが、採用されなかった方法を示す図である。
【図３】 本発明による方法の複数の特徴を説明する図である。
【図４】 本発明による方法の複数の特徴を説明する図である。
【図５】 本発明による方法の複数の特徴を説明する図である。
【図６】 本発明による方法の複数の特徴を説明する図である。

Claims (5)

1. ＣＤＭＡ無線通信システムにおいて、複数の無線通信端末（１６、１８）から、１つの同一の局（２０）に、非同期転送モードでデジタル信号を伝送する方法であって、通信されるデータは、セル（４０、４２、４４、４６）で伝送され、前記端末は、分離された伝送期間（６０、６２、６４、６６；７０、７２、７４）に従って連続して伝送し、各セルには、少なくとも２個の直交コード（Ｃ₁、Ｃ_２、Ｃ_３、Ｃ_４）が割り当てられており、
   前記複数の無線通信端末の１つの各伝送に対して、伝送期間の継続時間、およびまたは前記端末に割り当てられるコード数、およびまたは前記各コードにそれぞれ割り当てるシンボル数を、伝送について利用可能なパワーレベル（８０）に応じて、選択する、方法。
2. 一つの端末による伝送の終了と、別の端末による次に続く伝送の開始との間に保護時間（５２、５４；５６、５８）が設けられる、請求項１に記載の方法。
3. 端末が、所定の期間中（７０）に伝送する場合、この期間に中断が生じない、請求項１および２に記載の方法。
4. 端末（１６、１８）が、衛星、たとえば非静止衛星を介して、局（２０）と通信する、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 各端末による伝送期間の継続時間、およびまたはこの端末に割り当てられるコード数が、局（２０）に対する位置に応じて選択される、請求項４に記載の方法。

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