JPH11513203A - 高効率軌道外高高度遠隔通信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 軌道外（サブオービタル）平面に配置される受信機および送信機を含む複数の遠隔通信ノード（２８）を備えるワイヤレス遠隔通信システムを提供する。遠隔通信信号は、符号分割多元接続拡散スペクトル技術により変調される広帯域ディジタル無線信号である。受信機は、比較的弱い遠隔通信信号を受信するように動作し得る複数のアンテナ（４８）を有し、信号ソースを識別するため空間的処理手段を使用し、それにより、スペクトルが遠隔通信信号により干渉なしに使用されるようにその最大利用状態が得られるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】 高効率軌道外高高度遠隔通信システム ［関連出願］ 本出願は、「軌道外高高度遠隔通信システム」と題して1993年７月30日付で出 願された米国特許出願第08/100,037号の一部継続出願である。 ［発明の利用分野］ 本発明は、遠隔通信システム、特定すると軌道外レベルで動作し得、利用可能 な通信チャンネルの効率および利用状態を増大させる遠隔通信システムに関する 。 ［発明の背景］ セルラー遠隔通信（以下単に通信と記す）された通信トラフィックうまく処理 しようとする業界の能力に非常に大きな圧力を課してきた。したがって、現在の アナログセルラー遠隔通信システムのユーザは、呼びを発生または受信し得る前 に通信チャンネルが利用可能となるのを待たねばならぬことがある。また、進行 中の呼びは、雑音の形式でまたは実際には他の会話を盗聴する干渉に遭遇するこ とがある。 ときおり、パーティーの一人が利用可能な通信チャンネルを有さないセルに移 動すると、呼びが進行中に切断されることがある。 問題は、セルラー通信のために割り当てられた限定された数の周波数しかない という事実によりさらに悪化される。それゆえ、問題は、セルラー通信の需要が 伸びるにつれて大きくなることが予測される。 業界は、限定された数の利用可能な周波数内で通信チャンネルの数を増すため にうまく利用される数種の改良されたアナログおよびディジタル技術を開発して きた。 これらの技術のうちの最も重要なものは、時分割多元接続(TDMA)および符号分 割多元接続(CDMA)である。 TDMAは最も広い使用度を有する技術である。これは、単一の通信チャンネルが 数種の呼びに使用されることを可能にする。各呼びは、通信信号サイクルに特定 の分離した時間間隔を割り当て、それにより効率を改善する。 CDMAは、通信信号のために広いスペクトル帯域を使用して、高効率を達成する 。この方法は、各通信信号上に特有な「ノイズ」拡散信号を刻印づけることによ って呼びを区別し、呼びをセル内における他の通信信号から区別する。コンピュ ータの補助を有する受信機が、割り当てられた「ノイズ」信号を解読して呼びを 識別し、ついで通信信号を縮小させる。 「周波数ホッピング」は、一連の周波数上に呼びを拡散するCDMAの一つの形式 である。この形式は、使用されつつある一連の周波数を識別するためコードを使 用する。 さらに、呼びから発する弱い信号を識別できかつこれらの信号を同じセルから 発する他の信号から分離し、それによりCDMAのようなディジタルマルチプルアク セス技術と組み合わされて、利用可能な通信チャンネルの数が劇的に増加される ようにするシステムを開発することに関して研究がなされた。 通信チャンネルの利用可能性を増そうとする試みはまた、セルをより小形化し 、ベースステーションと通信するに必要な電力要求を低減する試みを含んだ。こ れは、弱い信号は伝播能力が低減するという事実から起こる。かくして、その強 さは急速に消散するから、同じ周波数を近傍の非隣接セルで使用できる。 しかしながら、高容量の通信を支持するに必要であるような必須の数の呼びを 提供するためには、非常に多数のベースステーションが設けられねばならぬであ ろう。ある専門家は、米国内の大都市を単純にカバーするには少なくとも100,00 0 のセルが必要であろうと見積もっている。各セルは、それ自身のアンテナタワ ーを必要とするであろう。 さらに、セルラー電話がセルからセルへ移動するときに必要とされるようなハ ンドオフを処理し、特定の呼びに割り当てられた周波数の再使用をやりくりする ためには、非常に複雑なコンピュータシステムが必要とされるであろう。 この問題が、合理的な価額および合理的な期間で地上ベースのシステムで解決 し得るということは確かではない。すなわち、視線、信号反射に起因する陰影、 減衰および水平の制約と関連する代表的な制約はサイズを減じセルの数を増加す ることによって除去できるが、地理的、政治的、環境的および社会的ファクタの ため、ある地域におけるアンテナタワーの設置が抑止されることがあり、適当な サイズのセルをそれらの地域に設定することが不可能になる。 衛星の各々がベースステーションノードとして機能し、セルラーネットワーク の創成に寄与する衛星システムは、これらの問題を回避する。しかしながら、こ の種のシステムにあっては、衛星が普通地球上約22,500マイルの軌道を回るため 、比較的強力な送信機が必要とされる。さらに、衛星が静止状態でない限り、衛 星が地球上の所与の点を通過するときに、信号を一つの衛星から他の衛星に手渡 すための手段を設けねばならない。さらに、地球上ノードでと同様に、発呼者が セル間を移動する時ハンドオフ手段が必要とされる。 さらに、衛星システムは発射と関連して莫大な費用がかかり、修理が事実上不 可能であるという欠点をもつ。 したがって、本発明は、上述の点を頭に入れて、軌道外平面に位置付けられる 複数の通信ノードを備えるワイヤレス通信ネットワークシステムに関する。各ノ ードは、ワイヤレス通信チャンネルにわたり広帯域ディジタル無線通信信号を送 信、受信するための手段を備える。通信信号は、符号分割多元接続拡散スペクト ル技術により変調される。 ワイヤレスディジタル通信信号を送信、受信するための手段は、ソースから比 較的弱い通信信号を受信するように動作し得る複数のアンテナを具備する。ノー ドがソースを識別し得るように、各アンテナにより受信される通信信号を解読す るための手段が設けられ、そしてアンテナと解読手段とは、ノードが比較的弱い 通信信号を検出し受信し得るようにノードの感度を増すように動作し得、それに よりスペクトルの最大の利用状態が通信信号による使用に対して干渉なく得られ る。 ［図面の簡単な説明］ 図１は本発明に従う通信システムを示す概略線図である。 図２は検出および解読手段の１側面を示す概略線図である。 ［好ましい具体例の説明］ 本発明は、好ましい具体例を示す添付の図面を参照して行った以下の図面から さらに理解できよう。 図１を参照すると、米国特許出願第08/100,037号に記述されるシステムのよう なシステム１０が示されているが、このシステムは、地上ベース部分１２と空中 ベース部分１４とを含む。空中ベース部分１４は、地球上約12ないし35マイル間 の高度に位置付けることができる。 地上ベース部分１２は、アンテナ２０、１１８および１３８のような適当な長 距離送信・受信手段を有する地上ステーション１８、１２０および１４０に接続 されるブランチを備える従来形式の電話回路網１６より構成し得る。地上ベース 部分１２はまた、個人２２によりあるいは車両２４に担持され得るセルラー電話 のような周知の形式の可動電話より構成し得る。アンテナ２０、１８８および１ ３８は、地球上約12ないし35マイルの高度に位置する軌道外高高度中継ステーシ ョン２８にそして該ステーションから通信信号を送受するように動作し得る。こ の高度が選択されるのは、中継ステーションが天候により引き起こされることが ある歪みを受けないように天候活動範囲より十分上にあるからである。 好ましくは、1993年７月30日付け米国特許出願第08/100,037号に記述されるよ うに、案内アンテナ５８により地上リンクアンテナ３６に接続される案内モジュ ール５６を使用することによって、空中に、地球上の特定の場所上のステーショ ンに保持されるバルーン３２を各々含む複数の中継ステーション２８が設けられ るのがよい。 周知のように、各中継ステーション２８は、地上ステーション２０、１２０お よび１４０の個人２２および１２２または車両２４および１２４の一つから電話 通信信号を受信し、それを直接的または他の中継ステーションを経て、他の地上 ステーション１２０および１４０に伝送するための手段を含む。そのようにして 設定された通信チャンネルは、シンプレックス、デュプレックスまたはハーフデ ュプレックスとし得よう。一度信号がシステム１０の地上ベース部分１２に戻る と、適当なスイッチ３４、１３４および１４４を経て地上ベースワイヤード電話 システムに接続されるごとくして、通信呼びが従来の態様で完成する。スイッチ は、ディジタルおよびアナログを含む電気通信信号に適当な任意の形式とし得る 。 周知のように、各中継ステーション２８は、通信システムにおけるノードを形 成し、各ノードが「セル」を形成する。好ましくは、各ノードは、ワイヤレス通 信チャンネルを介して広帯域、ディジタル無線通信信号を送信・受信するための 手段を備えるのがよい。好ましくは、通信チャンネルは、約８MHz より大きい周 波数帯域幅を有するのがよい。通信信号は、符号分割多元接続拡散スペクトル技 術により変調されるのがよい。 CDMAで現在利用可能な利用状態を越えて有効周波数の利用状態を最大にするた めに、セルは比較的小さく、通信信号に必要な信号電力は非常に小さくすべきで ある。これは、周波数の再使用可能性を高め、干渉を減ずる。しかしながら、信 号強度が減ぜられると、ベースステーションが特定のセルラー電話の移動を追跡 するのがより難しくなる。 適当なアンテナアレイ４８およびデコーダ４４を備える検出システムが、各中 継ステーション上に設けられる。検出システムは、FORBES ASAP，1995 年６月５ 日発行、125〜141 頁に記述される空間処理システムに類似の形式とし得る。シ ステムは、アレイおける各アンテナにより受信される信号を処理する。解読信号 は、送信機およびセル内におけるその位置を識別する。かくして、普通失われる かもしれない非常に弱い信号が検出システムにより受信されてさえ、信号は通信 チャンネルを完成するようになお確認、処理されることができる。 拡散スペクトルCDMAと如上のアンテナアレイを備える検出システムとの組合せ の利点は、それらが組み合わせられて軌道外平面に配置されるときに向上される 。何故ならば、地球上システムおよび衛星システムのすべての欠点は回避され、 他方垂直信号伝播のようなそれらの利点が維持され、それにより通信スペクトル の利用状態を増大させるからである。さらに、電力要求は低減でき、ノードにお ける送信機の重量は相応に低減できるからである。加えて、変調技術のため、送 信機の数は低減できる。 かくして、漏話、反射、周波数再利用等から起こる付随の干渉の問題を伴うこ となく、多数の通信チャンネルを特定のノードにより限定されるセル内に設定で きる。 さらに、衛星ベース通信システムと関連される場合にこの種の装置が必要とす るような比較的大きな電力要求は避けられる。 以上に説明したシステムは、直接シーケンス技術および／または周波数ホッピ ング技術を包含する符号分割多元接続拡散スペクトル技術を使用することが企画 される。 さらに、通信システムに対する周波数割当ては詳細に確認されなかったが、地 球上通信に割り当てられたものまたは衛星通信に割り当てられたものと同じとし 得ることを理解されたい。同様に、周波数が通信システムにより排他的に使用さ れる周波数であることは本発明の技術思想内にある。 以上、本発明を好ましい具体例に関して説明したが、他の形式も以上の記載に 照らして技術に精通したものには明らかであろう。それゆえ、本発明の技術思想 は、以上の記載によって限定されるべきものでなく、請求の範囲の記載によって のみ限定されるべきものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＴ，ＡＵ ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ， ＣＺ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＥ，Ｅ Ｓ，ＦＩ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ， ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，Ｎ Ｏ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ， ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 セリグゾーン，シャーウィン アイ. アメリカ合衆国 19072 ペンシルベニア, ナーバス，センテニアル ロード 1221 (72)発明者 セリグゾーン，スコット アメリカ合衆国 19004 ペンシルベニア, バラ シンウィド，オト ロード 518

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 (1) 地球上約１２ないし３５マイルの軌道外平面に位置する複数の遠隔通信ノ ードであって、その各々が、ワイヤレス遠隔通信チャンネルを介して、符号分割 多元接続拡散スペクトル技術で変調された広帯域、ディジタル無線遠隔通信信号 を送受するための手段を具備する複数の遠隔通信ノードと、 前記の無線遠隔通信信号を送受するための手段に包含され、ソースからの比較 的弱い遠隔通信信号を受信するように動作し得る複数のアンテナ手段と、 前記ノードが前記ソースを識別し得るように前記各アンテナにより受信される 遠隔通信信号を解読するための手段と を備え、前記アンテナと前記解読手段が、前記ノードが比較的弱い遠隔通信信号 を受信、検出するように前記ノードの感度を増大するように動作し得、前記スペ クトルが前記遠隔通信信号により干渉なく使用されるようにその最大の利用状態 が得られることを特徴とするワイヤレス、遠隔通信ネットワークシステム。 (2) 前記符号分割多元接続拡散スペクトル技術が直接シーケンス形式である請 求項１記載のワイヤレス、遠隔通信ネットワークシステム。 (3) 前記符号分割多元接続拡散スペクトル技術が周波数ホッピング形式である 請求項１記載のワイヤレス、遠隔通信ネットワークシステム。 (4) 前記ワイヤレス通信チャンネルが、約８MHz より大きい周波数帯域幅を有 する請求項１記載のワイヤレス、遠隔通信ネットワークシステム。 (5) 前記各ノードが、地球上のそれ自身の点上に静止している請求項１記載の ワイヤレス、遠隔通信ネットワークシステム。 (6) 前記のワイヤレス遠隔通信チャンネルを介して広帯域、ディジタル無線遠 隔通信信号を送受するための手段が、複数のデュプレックス遠隔通信チャンネル を担持する少なくとも一つの送信機および受信機を備える請求項１記載のワイヤ レス、遠隔通信ネットワークシステム。 (7) 前記送信機が低電力および軽重量である請求項６記載のワイヤレス、遠隔 通信ネットワークシステム。 (8) 地球上ベース遠隔通信ネットワークと、 前記ワイヤレス遠隔通信ネットワークシステムを前記地球上ベース遠隔通信ネッ トワークに接続するための手段 を備える請求項１記載のワイヤレス、遠隔通信ネットワークシステム。 (9) 前記のワイヤレス遠隔通信ネットワークシステムを前記地球上ベース遠隔 通信ネットワークに接続するための手段がスイッチを具備する請求項８記載のワ イヤレス、遠隔通信ネットワークシステム。 (10) 前記スイッチがディジタル形式である請求項９記載のワイヤレス、遠隔通 信ネットワークシステム。 (11) 前記スイッチがアナログ形式である請求項９記載のワイヤレス、遠隔通信 ネットワークシステム。 (12) 前記ノードがバルーンにより支持される請求項１記載のワイヤレス、遠隔 通信ネットワークシステム。 (13) 前記ワイヤレス遠隔通信周波数が地球上遠隔通信に割り当てられた周波数 と同じである請求項１記載のワイヤレス、遠隔通信ネットワークシステム。 (14) 前記のワイヤレス遠隔通信チャンネルを介して広帯域、ディジタル無線遠 隔通信信号を送受するための手段が、複数のシンプレックス遠隔通信チャンネル を担持する少なくとも一つの送信機および受信機を備える請求項１記載のワイヤ レス、遠隔通信ネットワークシステム。 (15) 前記送信機が低電力および軽重量である請求項１４記載のワイヤレス、遠 隔通信ネットワークシステム。 (16) 前記のワイヤレス遠隔通信チャンネルを介して広帯域、ディジタル無線遠 隔通信信号を送受するための手段が、複数のハーフデュプレックス遠隔通信チャ ンネルを担持する少なくとも一つの送信機および受信機を具備する請求項１記載 のワイヤレス、遠隔通信ネットワークシステム。 (17) 前記送信機が低電力および軽重量である請求項１６記載のワイヤレス、遠 隔通信ネットワークシステム。 (18) 前記ワイヤレス遠隔通信周波数が、軌道遠隔通信に割り当てられた周波数 と同じである請求項１記載のワイヤレス、遠隔通信ネットワークシステム。 (19) 前記ワイヤレス遠隔通信周波数が前記遠隔通信システムにより排他的に使 用される請求項１記載のワイヤレス、遠隔通信ネットワークシステム。 (20) ネットワークを画定する複数の遠隔通信ノードを提供し、 前記ノードを地球上約１２〜３５マイルの軌道外平面に位置付け、 前記各ノードに、ワイヤレス遠隔通信チャンネルを介して広帯域ディジタル無 線電気通信信号を送受するための手段を提供し、 前記各ノードに、ソースから比較的弱いディジタル無線遠隔通信信号を受信す るように動作し得る複数のアンテナを提供し、 前記遠隔通信信号を符号分割多元接続拡散スペクトル技術により変調し、 前記ノードが前記ソースを識別し得るように前記各アンテナにより受信される 前記遠隔通信信号を解読する 諸段階を含み、前記アンテナと前記解読手段が、前記ノードが比較的弱い遠隔通 信信号を検出、受信できるように前記ノードの感度を増大するように動作し得、 前記スペクトルが前記遠隔通信信号により干渉なく使用されるようにその最大の 利用状態が得られることを特徴とするワイヤレス、遠隔通信を実施するための方 法。 (21) 前記符号分割多元接続拡散スペクトル技術が直接シーケンス形式である請 求項２０記載のワイヤレス、遠隔通信を実施するための方法。 (22) 前記符号分割多元接続拡散スペクトル技術が周波数ホッピング形式である 請求項２０記載のワイヤレス、遠隔通信を実施するための方法。 (23) 前記ワイヤレス遠隔通信チャンネルが、約８MHz より大きい周波数帯域幅 を有する請求項１記載のワイヤレス、遠隔通信ネットワークシステム。 (24) 前記各ノードが、地球上のそれ自身の点上に静止している請求項２０記載 のワイヤレス、遠隔通信を実施するための方法。 (25) 前記のワイヤレス遠隔通信チャンネルを介して広帯域、ディジタル無線遠 隔通信信号を送受するための段階が、複数の送信機および受信機を提供すること をみ、前記各送信機が複数のデュプレックスチャンネルを担持する請求項２０記 載のワイヤレス、遠隔通信を実施するための方法。 (26) 前記送信機が低電力および軽重量である請求項２５記載のワイヤレス、遠 隔通信を実施するための方法。 (27) 地球上ベース遠隔通信ネットワークを提供し、 前記ワイヤレス遠隔通信ネットワークシステムを前記地上ベース遠隔通信ネッ トワークに接続する 段階を含む請求項２０記載のワイヤレス、遠隔通信を実施するための方法。 (28) 前記ワイヤレス遠隔通信ネットワークシステムを前記地球上ベース遠隔通 信ネットワークに接続するためにスイッチを提供する 段階を含む請求項２７記載のワイヤレス、遠隔通信を実施するための方法。 (29) 前記スイッチがディジタル形式である請求項２８記載のワイヤレス、遠隔 通信を実施するための方法。 (30) 前記スイッチがアナログ形式である請求項２８記載のワイヤレス、遠隔通 信を実施するための方法。 (31) 前記ノードをバルーンにより支持する段階を含む請求項２０記載のワイヤ レス、遠隔通信を実施するための方法。 (32) 前記ワイヤレス遠隔通信周波数が、地球上遠隔通信に割り当てられた周波 数と同じである請求項２０記載のワイヤレス、遠隔通信を実施するための方法。 (33) 前記のワイヤレス遠隔通信チャンネルを介して広帯域、ディジタル無線遠 隔通信信号を送受するための段階が、複数のシンプレックス遠隔通信チャンネル を担持する少なくとも一つの送信機および受信機を提供する段階を含む請求項２ ０記載のワイヤレス、遠隔通信を実施するための方法。 (34) 前記送信機が低電力および軽重量である請求項３３記載のワイヤレス、遠 隔通信を実施するための方法。 (35) 前記のワイヤレス遠隔通信チャンネルを介して広帯域、ディジタル無線遠 隔通信信号を送受するための段階が、複数のハーフデュプレックス遠隔通信チャ ンネルを担持する少なくとも一つの送信機および受信機を提供する段階を含む請 求項２０記載のワイヤレス、遠隔通信を実施するための方法。 (36) 前記送信機が低電力および軽重量である請求項３５記載のワイヤレス、遠 隔通信を実施するための方法。 (37) 前記ワイヤレス遠隔通信周波数が、軌道遠隔通信に割り当てられた周波数 と同じである請求項２０記載のワイヤレス、遠隔通信を実施するための方法。 (38) 前記ワイヤレス遠隔通信周波数が、前記遠隔通信システムにより排他的に 使用される請求項２０記載のワイヤレス、遠隔通信を実施するための方法。