專利名稱：高效子軌道高空通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一個(gè)通信系統(tǒng)，更具體地說涉及一個(gè)在子軌道平面上工作，并能提高可用通信信道有效性和使用率的通信系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
蜂窩通信的發(fā)展對產(chǎn)業(yè)圓滿處理產(chǎn)生的通信業(yè)務(wù)的能力造成了沉重的負(fù)擔(dān)。因此，目前模擬蜂窩通信系統(tǒng)的用戶發(fā)現(xiàn)在他們可以接入或接收一次呼叫之前，可能必須等待一條可用通信信道。另外，進(jìn)行中的一次呼叫可能遇到噪聲形式或?qū)嶋H上為另一次通信串音的干擾。
有時(shí)，如果一方漫游到?jīng)]有可用通信信道的小區(qū)中時(shí)，進(jìn)行中的呼叫可能中斷。
由于分配給蜂窩通信的頻率數(shù)有限這一事實(shí)，問題變得更加嚴(yán)重。因此，預(yù)計(jì)問題將會隨著蜂窩通信需求的增大而惡化。
已經(jīng)提出了幾種改進(jìn)的模擬和數(shù)字技術(shù)，它們已成功地用來在有限的可用頻率數(shù)下提高通信信道數(shù)。
這類技術(shù)中最重要的是時(shí)分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)。
TDMA是應(yīng)用最廣的技術(shù)。它能使單條通信信道用于多個(gè)呼叫。在通信信道周期內(nèi)，給每個(gè)呼叫分配某個(gè)離散時(shí)間間隔，因此提高了效率。
CDMA使用具有寬帶頻譜的通信信號以獲得效率。它通過在每個(gè)通信信號上加入一個(gè)特有“噪聲”擴(kuò)展信號以區(qū)別小區(qū)中的其它通信信號來區(qū)分呼叫。帶有計(jì)算機(jī)輔助設(shè)備的接收機(jī)對指定的“噪聲”信號譯碼以識別呼叫，然后對通信信號進(jìn)行解擴(kuò)。
“跳頻”是CDMA的一種形式，它把呼叫擴(kuò)展到一系列頻率上。它使用一個(gè)代碼識別所用頻率序列。
另外進(jìn)行的工作是關(guān)于研制能夠識別自一個(gè)小區(qū)發(fā)射的微弱信號，并能把它們與自同一小區(qū)發(fā)射的其它信號分離的系統(tǒng)，使得該系統(tǒng)在與數(shù)字多址技術(shù)，例如CDMA結(jié)合時(shí)，可用通信信道數(shù)大大增加。
增加通信信道可用性的嘗試還包括縮小小區(qū)和降低與基站通信所需功率。這源于微弱信號傳播能力降低這一事實(shí)。因此，由于它的強(qiáng)度迅速減小，同一頻率可以在附近的非鄰接小區(qū)中使用。
但是，為了提供支持高容量通信所需的小區(qū)數(shù)，必須有數(shù)目龐大的基站。一些專家預(yù)計(jì)僅覆蓋美國的主要大城市區(qū)域就至少需要100,000個(gè)小區(qū)。每個(gè)小區(qū)都將需要它自己的靜止天線塔。
另外，為了處理蜂窩電話區(qū)間漫游需要的切換和管理指定給某些呼叫的頻率再用，需要一個(gè)龐大而又復(fù)雜的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
不能確定這個(gè)問題是否能用一個(gè)成本合理的地面系統(tǒng)并在合理的時(shí)間內(nèi)解決。因此，盡管與這類系統(tǒng)有關(guān)的典型缺陷，例如視距、信號反射導(dǎo)致的屏蔽、衰減和范圍限制等可以通過減小小區(qū)范圍和增加小區(qū)數(shù)消除，但是地理、政治、環(huán)境和社會因素可能禁止在某些地區(qū)放置天線塔，因而在這些地區(qū)無法得到范圍合理的小區(qū)。
一個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)可以避免這些問題，其中每顆衛(wèi)星作為一個(gè)基站節(jié)點(diǎn)，并構(gòu)成蜂窩網(wǎng)。但是，在這些系統(tǒng)中需要功率相對較大的發(fā)射機(jī)，因?yàn)樾l(wèi)星通常運(yùn)行在地球上方22,500英里處。另外，除非衛(wèi)星是對地同步的，否則必須提供一種裝置用于當(dāng)它們經(jīng)過地球上某特定點(diǎn)時(shí)在衛(wèi)星間切換信號。另外，與地面節(jié)點(diǎn)一樣，當(dāng)呼叫用戶在小區(qū)間漫游時(shí)，需要一種切換裝置。
另外，衛(wèi)星系統(tǒng)在發(fā)射方面的成本極高，而且實(shí)際上是不可修復(fù)的。
因此，考慮上述情況，本發(fā)明涉及一種無線通信網(wǎng)系統(tǒng)，它由位于一個(gè)子軌道平面上的多個(gè)通信節(jié)點(diǎn)組成。每個(gè)節(jié)點(diǎn)包括用于在一條無線通信信道上發(fā)射和接收寬帶、數(shù)字無線通信信號的裝置。通信信號經(jīng)過碼分多址擴(kuò)頻技術(shù)調(diào)制。
發(fā)射和接收無線數(shù)字通信信號的裝置包括用于接收來自信源的較弱通信信號的多個(gè)天線。還提供了對每個(gè)所述天線接收的通信信號譯碼的裝置，使得節(jié)點(diǎn)能夠識別信源，天線和譯碼裝置用于提高節(jié)點(diǎn)的靈敏度，使得它能檢測和接收相對較弱的通信信號，因而通信信號能夠不受干擾地最大限度使用頻譜。
附圖描述參考本發(fā)明現(xiàn)有優(yōu)選形式的附圖，能夠進(jìn)一步理解本發(fā)明，其中

圖1是表示根據(jù)本發(fā)明現(xiàn)有優(yōu)選形式構(gòu)造的一個(gè)通信系統(tǒng)的示意圖。
圖2是表示檢測和譯碼裝置部分的示意圖。
優(yōu)選實(shí)施例描述現(xiàn)在參考圖1，諸如專利申請第08/100,037號描述的一個(gè)系統(tǒng)10包括一個(gè)地面部分12和一個(gè)空中部分14?？罩胁糠?4可以位于地球上方12到35英里的高度。
地面部分12可以包括傳統(tǒng)的電話網(wǎng)16，它具有支路與帶有合適的長距離發(fā)射和接收裝置，例如天線20、118和138的地面站18、120和140連接。地面部分12還可以包括常用類型的移動(dòng)電話、例如可以由個(gè)人22或車輛24攜帶的蜂窩電話。天線20、188和138用于向位于地球上方12到35英里高度上的子軌道高空中繼站28發(fā)送通信信號以及接收來自它的通信信號。選擇這一高度是因?yàn)樗幱跉夂蚧顒?dòng)帶上方，因此中繼站不會受到氣候可能產(chǎn)生的影響。
最好有多個(gè)中繼站28，正如1993年7月30日提出的前一專利申請第08/100,037所述，每個(gè)中繼站包括一個(gè)保持在高空的氣球32，通過使用一個(gè)借助指導(dǎo)天線58與地面鏈路天線36連接的指導(dǎo)模塊56可以把它固定在地球上方的某個(gè)位置。
眾所周知，每個(gè)中繼站28包括接收來自地面站20、120和140，個(gè)人22和122或車輛24和124之一的電話通信信號，再直接或通過另一中繼站把它發(fā)射到另一地面站120和140，個(gè)人122或車輛124的裝置。所建立的通信信道可以是單工、雙工或半雙工的。信號一經(jīng)返回系統(tǒng)10的地面部分12，就根據(jù)常規(guī)方法，通過適合的交換機(jī)34、134和144接入地面有線電話系統(tǒng)來完成呼叫。交換機(jī)可以是適合于模擬和數(shù)字通信信號的任意一種類型。
眾所周知，每個(gè)中繼站28定義通信系統(tǒng)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，這種系統(tǒng)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)定義一個(gè)“小區(qū)”。每個(gè)節(jié)點(diǎn)最好包括在無線通信信道上發(fā)射和接收寬帶、數(shù)字無線通信信號的裝置。通信信道帶寬最好大于8MHz。通信信號最好經(jīng)過碼分多址擴(kuò)頻技術(shù)調(diào)制。
為了超出目前的CDMA，最大限度地使用可用頻率，小區(qū)應(yīng)該比較小，通信信號所需信號功率應(yīng)該很低。這將提高頻率的再用性和減小干擾。不過，信號強(qiáng)度減小使基站更難于跟蹤某些蜂窩電話的移動(dòng)。
在每個(gè)中繼站上提供了一個(gè)由合適的天線陣48及譯碼器44組成的檢測系統(tǒng)。檢測系統(tǒng)類型與1995年6月5日，F(xiàn)ORBES ASAP第125-141頁中描述的空間處理系統(tǒng)類似。該系統(tǒng)處理天線陣中每個(gè)天線接收的信號。譯碼后的信號可識別小區(qū)中的發(fā)射機(jī)及其位置。因此，檢測系統(tǒng)即使接收到一個(gè)通?？赡軄G失的極微弱信號，也能對其進(jìn)行識別和處理以完成一個(gè)通信信道。
把上述擴(kuò)頻CDMA和帶有天線陣的檢測系統(tǒng)的組合放到子軌道平面上時(shí)，其優(yōu)勢得到提高，因?yàn)樗苊饬说孛婧托l(wèi)星系統(tǒng)的所有缺點(diǎn)，同時(shí)保留了它們的優(yōu)點(diǎn)，例如垂直信號傳播，從而提高了通信頻譜的利用率。而且，可以降低功率要求，從而減小節(jié)點(diǎn)處發(fā)射機(jī)的重量。另外，由于調(diào)制技術(shù)，發(fā)射機(jī)數(shù)目可以減少。
因此，在某個(gè)節(jié)點(diǎn)定義的小區(qū)內(nèi)可以建立大量通信信道，而不會伴隨產(chǎn)生于音、反射、頻率再用等因素的干擾問題。
另外，避免了這種系統(tǒng)與衛(wèi)星通信系統(tǒng)相關(guān)時(shí)所需的較高功率要求。
預(yù)計(jì)所述系統(tǒng)將使用碼分多址擴(kuò)頻技術(shù)，包括直接序列和/或跳頻技術(shù)。
還有，盡管用于這種通信系統(tǒng)的頻率分配方案并沒有詳細(xì)指定，應(yīng)該理解它可能與用于地面通信或用于衛(wèi)星通信的分配方案相同。同樣，那些專門用于這種通信系統(tǒng)的頻率在本發(fā)明范圍之內(nèi)。
盡管已經(jīng)根據(jù)某些形式和實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，根據(jù)以上描述顯然可以得出其它形式。因此，本發(fā)明范圍將不受以上描述的限制，而是由附加權(quán)利要求范圍確定。
權(quán)利要求
1.一個(gè)無線通信網(wǎng)系統(tǒng)包括多個(gè)通信節(jié)點(diǎn)，所述節(jié)點(diǎn)位于地球上方12到35英里處的一個(gè)子軌道平面，每個(gè)所述節(jié)點(diǎn)包括在無線通信信道發(fā)射和接收寬帶、數(shù)字無線通信信號的裝置，所述無線通信信號經(jīng)過碼分多碼擴(kuò)頻技術(shù)調(diào)制，所述用于發(fā)射和接收所述無線通信信號的裝置還包括多個(gè)用于接收來自一個(gè)信源的較微弱通信信號的天線，用于對每個(gè)所述天線接收的信號譯碼的裝置，使得所述節(jié)點(diǎn)能夠識別所述信源，所述天線和所述譯碼裝置用于提高所述節(jié)點(diǎn)的靈敏度，使得它能檢測和接收較微弱的通信信號，因而通信信號能夠不受干擾地最大限度使用頻譜。
2.如權(quán)利要求1定義的系統(tǒng)，其中所述碼分多址擴(kuò)頻技術(shù)是直接序列。
3.如權(quán)利要求1定義的系統(tǒng)，其中所述碼分多址擴(kuò)頻技術(shù)是跳頻。
4.如權(quán)利要求1定義的系統(tǒng)，其中所述無線通信信道帶寬大于8Mhz。
5.如權(quán)利要求1定義的系統(tǒng)，其中每個(gè)所述節(jié)點(diǎn)固定于它在地球上所屬點(diǎn)處。
6.如權(quán)利要求1定義的系統(tǒng)，其中所述用于在無線通信信道上發(fā)射和接收寬帶、數(shù)字無線通信信號的裝置包括至少一個(gè)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，所述發(fā)射機(jī)和接收機(jī)帶有多個(gè)雙工通信信道。
7.如權(quán)利要求6定義的系統(tǒng)，其中，所述發(fā)射機(jī)功率小，重量輕。
8.如權(quán)利要求1定義的系統(tǒng)包括一個(gè)地面通信網(wǎng)以及用于連接所述無線通信網(wǎng)系統(tǒng)和所述地面通信網(wǎng)的裝置。
9.如權(quán)利要求8定義的系統(tǒng)，其中所述用于連接所述無線通信網(wǎng)系統(tǒng)和所述地面通信網(wǎng)的裝置包括交換機(jī)。
10.如權(quán)利要求9定義的系統(tǒng)，其中所述交換機(jī)是數(shù)字的。
11.如權(quán)利要求9定義的系統(tǒng)，其中所述交換機(jī)是模擬的。
12.如權(quán)利要求1定義的系統(tǒng)，其中所述節(jié)點(diǎn)由氣球支持。
13.如權(quán)利要求1定義的系統(tǒng)，其中所述無線通信頻率與分配給地面通信的頻率相同。
14.如權(quán)利要求1定義的系統(tǒng)，其中所述用于在無線通信信道上發(fā)射和接收寬帶、數(shù)字無線通信信號的裝置包括至少一個(gè)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，所述發(fā)射機(jī)和接收機(jī)帶有多個(gè)單工通信信道。
15.如權(quán)利要求14定義的系統(tǒng)，其中所述發(fā)射機(jī)功率小，重量輕。
16.如權(quán)利要求1定義的系統(tǒng)，其中，所述用于在無線通信信道上發(fā)射和接收寬帶、數(shù)字無線通信信號的裝置包括至少一個(gè)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，所述發(fā)射機(jī)和接收機(jī)帶有多個(gè)半雙工通信信道。
17.如權(quán)利要求16定義的系統(tǒng)，其中所述發(fā)射機(jī)功率小，重量輕。
18.如權(quán)利要求1定義的系統(tǒng)，其中所述無線通信頻率與分配給軌道通信的頻率相同。
19.如權(quán)利要求1定義的系統(tǒng)，其中所述無線通信頻率專門由所述通信系統(tǒng)使用。
20.進(jìn)行無線通信的方法包括以下步驟提供多個(gè)通信節(jié)點(diǎn)，所述節(jié)點(diǎn)定義一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，在地球上方約12到35英里處的子軌道平面上放置所述節(jié)點(diǎn)；為所述每個(gè)節(jié)點(diǎn)提供用于在無線通信信道發(fā)射和接收寬帶、數(shù)字無線通信信號的裝置，為所述每個(gè)節(jié)點(diǎn)提供用于接收來自一個(gè)信源的較微弱數(shù)字無線通信信號的多個(gè)天線，通過碼分多址擴(kuò)頻技術(shù)調(diào)制所述通信信號，對所述每個(gè)天線接收的所述通信信號譯碼，使得所述節(jié)點(diǎn)能夠識別所述信源，所述天線和所述譯碼裝置用于提高所述節(jié)點(diǎn)的靈敏度，使得它們能檢測和接收所述較微弱的通信信號，因而通信信號能夠不受干擾地最大限度使用頻譜。
21.如權(quán)利要求20定義的方法，其中所述碼分多址擴(kuò)頻技術(shù)由直接序列調(diào)整。
22.如權(quán)利要求20定義的方法，其中所述碼分多址擴(kuò)頻技術(shù)由跳頻調(diào)整。
23.如權(quán)利要求20定義的方法，其中所述無線通信信道帶寬大于8Mhz。
24.如權(quán)利要求20定義的方法，其中所述每個(gè)節(jié)點(diǎn)固定于它在地球上所屬點(diǎn)處。
25.如權(quán)利要求20定義的方法，其中所述在無線通信信道上發(fā)射和接收帶寬、數(shù)字無線通信信號的步驟包括提供多個(gè)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的步驟，所述每個(gè)發(fā)射機(jī)帶有多個(gè)雙工通信信道。
26.如權(quán)利要求25定義的方法，其中所述發(fā)射機(jī)功率小，重量輕。
27.如權(quán)利要求20定義的方法包括步驟提供一個(gè)地面通信網(wǎng)，連接所述無線通信網(wǎng)系統(tǒng)和所述地面通信網(wǎng)。
28.如權(quán)利要求27定義的方法包括步驟提供用于連接所述無線通信網(wǎng)系統(tǒng)和所述地面通信網(wǎng)的交換機(jī)。
29.如權(quán)利要求28定義的方法，其中所述交換機(jī)是數(shù)字的。
30.如權(quán)利要求28定義的方法，其中所述交換機(jī)是模擬的。
31.如權(quán)利要求20定義的方法包括步驟由氣球支持所述節(jié)點(diǎn)。
32.如權(quán)利要求20定義的方法，其中所述無線通信頻率與分配給地面通信的頻率相同。
33.如權(quán)利要求20定義的方法，其中所述在無線通信信道上發(fā)射和接收寬帶、數(shù)字無線通信信號的步驟包括提供至少一個(gè)發(fā)射機(jī)和一個(gè)接收機(jī)的步驟，所述發(fā)射機(jī)和接收機(jī)帶有多個(gè)單工通信信道。
34.如權(quán)利要求33定義的方法，其中所述發(fā)射機(jī)功率小，重量輕。
35.如權(quán)利要求20定義的方法，其中所述在無線通信信道上發(fā)射和接收寬帶、數(shù)字無線通信信號的步驟包括提供至少一個(gè)發(fā)射機(jī)和一個(gè)接收機(jī)的步驟，所述發(fā)射機(jī)和接收機(jī)帶有多個(gè)半雙工通信信道。
36.如權(quán)利要求35定義的方法，其中所述發(fā)射機(jī)功率小，重量輕。
37.如權(quán)利要求20定義的方法，其中所述無線通信頻率與分配給軌道通信的頻率相同。
38.如權(quán)利要求20定義的方法，其中所述無線通信頻率專門由所述通信系統(tǒng)使用。
全文摘要
由多個(gè)通信節(jié)點(diǎn)(28)組成的一個(gè)無線通信系統(tǒng),這些節(jié)點(diǎn)包括位于一個(gè)子軌道平面中的接收機(jī)和發(fā)射機(jī)。通信信號是經(jīng)過碼分多址擴(kuò)頻技術(shù)調(diào)制的寬帶數(shù)字無線信號。接收機(jī)包括多個(gè)天線(48),它們用于接收相對較弱的通信信號,并采用空間處理識別其信源,使得通信信號能夠不受干擾也最大限度使用頻譜。
文檔編號H04B7/216GK1192832SQ96196073
公開日1998年9月9日 申請日期1996年6月7日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月7日
發(fā)明者S·I·塞利格佐恩, S·塞利格佐恩 申請人:國際多媒體有限公司