專利名稱：Cdma衛(wèi)星通信系統(tǒng)及其內部的信號傳送方法
技術領域：
本發(fā)明屬通信技術領域。具體地說，本發(fā)明與CDMA衛(wèi)星通信的方法和系統(tǒng)有關。
與時分多址(TDMA)或頻分多址(FDMA)相比，碼分多址(CDMA)是一種更為高效的多址平臺，主要是因為CDMA能在地理上更為接近的小區(qū)內再用相同的頻率從而提供了較高的頻率再用效率。CDMA頻率再用效率較高對于衛(wèi)星通信也是一個優(yōu)點。盡管如此，大多數常規(guī)的衛(wèi)星網還是基于FDMA或TDMA，而新近提出的CDMA衛(wèi)星網大都具有折管直通性質，也就是說在衛(wèi)星上不進行任何基帶處理或交換。
如果在衛(wèi)星上進行處理和交換，那么系統(tǒng)性能無論是質量上還是容量上都能得到改善。然而，與TDMA或FDMA方法不同，在一個再生衛(wèi)星上采用常規(guī)的CDMA方法需要分離不同的用戶信號，以便在星上進行處理和交換。相干上行鏈路解調可用于星上基帶處理和交換，但相干解調需要用復雜的硬件實現(xiàn)，也就是說必需為各個用戶信號分別跟蹤載波的相位，這對于只能得到有限功率的衛(wèi)星來說是很難滿足的。
因此，有必要提出一種在衛(wèi)星網內上行鍵路接收不需要相干解調的CDMA通信方案，使得在衛(wèi)星上能很方便地執(zhí)行處理和交換。
本發(fā)明提供了通過衛(wèi)星進行多點對多點的CDMA傳輸的方式，能在衛(wèi)星上進行全部或必要的基帶處理和交換，而不需要衛(wèi)星上的上行接收機進行相干解調。
本發(fā)明的這些優(yōu)點是由于采用了如下這樣的方法和系統(tǒng)。在地面發(fā)射機中，將(編碼)用戶消息比特分成一系列相繼的比特組后，通過將每個消息比特組映射到一個預定的PSK信號空間(constellation)為每個消息比特組產生一個差分相位。通過將每個消息比特組的差分相位與上一個消息比特組的絕對相位相加為每個消息比特組產生一個絕對相位。用絕對相位信號對上行鏈路的RF載波進行相位鍵控，形成一個上行鏈路RF信號。這個RF信號經上行鏈路用戶的沃爾什(Walsh)函數和上行波束代碼序列擴頻后發(fā)送給作為衛(wèi)星通信網的一個部分的衛(wèi)星。
衛(wèi)星上接收到RF信號后，通過非相干正交解調產生兩個正交的基帶信號。然后，用上行波束代碼序列和上行用戶沃爾什函數對正交基帶信號進行解擴。通過對經解擴的基帶信號的相繼各塊的相位比較，提取載有(編碼)用戶消息的差分相位信號。然后，差分相位信號轉給負責相應下行鏈路目的通路的發(fā)射機。根據轉來的差分相位信號產生的兩個正交相位信號用下行鏈路用戶沃爾什函數和下行鏈路波束代碼序列擴頻后，受到對基帶頻譜進行整形的低通濾波。接著，經擴頻的正交基帶分量分別加到下行鏈路的正交載波分量上，發(fā)向用戶消息所要傳送到的地面終端。RF信號在地面接收機接收后，經相干正交解調，變換成正交相位分量。通過用下行鏈路波束代碼序列和下行鏈路用戶沃爾什函數對正交相位分量進行解擴，提取下行鏈路相位信號。所提取的相位信號就是上行鏈路的差分相位信號，但受到了上行鏈路如下行鏈路中的噪聲和干擾的污染。所提取的相位信號用于恢復用戶消息。
本發(fā)明例示于(但并不局限于)下列附圖，在這些附圖中相同的標號表示相同的單元，其中

圖1為示出本發(fā)明所提出的地面至衛(wèi)星上行鏈路發(fā)射機基本功能件的方框圖；圖2為示出本發(fā)明所提出的地面至衛(wèi)星上行鏈路的接收機基本功能件的方框圖；圖3為示出本發(fā)明所提出的衛(wèi)星至地面下行鏈路發(fā)射機基本功能件的方框圖；以及圖4為示出本發(fā)明所提出的衛(wèi)星至地面下行鏈路接收機基本功能件的方框圖。
本發(fā)明主要針對CDMA衛(wèi)星通信系統(tǒng)以及CDMA信號從地面發(fā)射站通過衛(wèi)星返回地面接收站而不需要在衛(wèi)星上進行上行鏈路信號的相干解調的傳輸方式。本發(fā)明由于提供了簡單的對在上行鏈路用相同的CDMA載波發(fā)送的各個信號進行解調和分離的機制，因此有利于星上處理和交換。由于污染上行鏈路信號的噪聲和干擾在衛(wèi)星上并沒有得到放大，反而受到抑制，因此高效率地改善了CDMA通信鏈路。為了進一步降低上行鏈路的BER(誤碼率)，可以在衛(wèi)星上進行信道解碼和再編碼。上行鏈路信號的差分相位由衛(wèi)星接收機再生后，經交換，發(fā)向相應的地面站接收機。在地面站用相干PSK技術檢測下行鏈路傳輸，因為地面站接收機可以很方便地配置根據所接收的下行鏈路信號的相位特性跟蹤接收信號載波相位的各種裝置。簡要地說，本發(fā)明對上行鏈路信號傳送、星上處理和下行鏈路信號傳送各部進行了最佳化。
本發(fā)明將CDMA網的差分PSK技術用于上行鏈路。當前(編碼)信息碼元的絕對相位根據當前碼元的差分相位與上一碼元的絕對相位之和確定。由絕對相位信號產生的常規(guī)PSK信號用標識上行鏈路發(fā)送方的沃爾什函數擴頻后，再用標識覆蓋上行鏈路發(fā)送方的特定衛(wèi)星波束的偽隨機數(PN)序列擴頻。信號經功率放大后上行傳輸。在衛(wèi)星上的上行鏈路接收步驟基本上與以上這些相反，以提取和再生以差分相位形式攜帶的用戶信號，不需要進行信道解碼。在衛(wèi)星上不需要為各個發(fā)送方分別估計載波相位，因此可以對所有享用相同CDMA載波的各用戶信號集體進行下變頻，變換成相應的基帶信號分量。再生的差分相位碼元按系統(tǒng)指示轉至一個相應波束發(fā)射機，下行傳輸給預定目的用戶。在地面接收機很容易實現(xiàn)相位跟蹤，因此通過相干PSK解調完成下行鏈路傳輸。然后經信道解碼恢復來自上行鏈路的發(fā)送方消息比特。
圖1為示出本發(fā)明所提出的在直接序列碼分多址(DS-CDMA)網內采用差分PSK信號傳送的地面至衛(wèi)星上行鏈路發(fā)射機基本功能件的方框圖?；蛘撸瑘D1所示發(fā)射機可以是一個諸如蜂窩網或PCS網那樣的地面無線網的一部分(系統(tǒng)的其余部分示于圖2-4)。在圖1中，形成用戶消息的信息比特在地面發(fā)射機經編碼(如網格編碼)后再進行PSK映射。可以在碼元映射前或后以眾所周知的方式應用比特/碼元交織，以便進行硬或軟解碼。經編碼的信息比特由MPSK映射器11以眾所周知的方式映射為在一個預定PSK信號空間內的相應信號點。從每個編碼信息比特組(即編碼碼元)得出的相位看作一個差分相位Δφu(i)(n)。差分相位編碼器12通過將組n的差分相位Δφu(i)(n)與上一個組n-1的絕對相位φu(i)(n-1)相加以眾所周知的方式得出編碼信息比特組n的絕對相位φu(i)(n)。然后，產生絕對相位信號的同相和正交分量。
標準的PSK調制器13將絕對相位信號φu(i)(n)的同相和正交分量加到一個具有所要求的載波頻率的RF載波的兩個正交的分量上。經PSK調制形成的RF信號在14用系統(tǒng)在呼叫建立階段指配給用戶的沃爾什函數Wu(i)(t)以眾所周知的方式加以擴頻，在15再用一個與例如上行鏈路衛(wèi)星波束相應的PN序列bu(t)進一步以眾所周知的方式加以擴頻，形成一個經擴頻的信號Su(i)(t)后送至RF傳輸線16?？梢栽趯⑿盘栶伣o發(fā)射天線前先進行RF放大，以產生所需的發(fā)射功率。
圖2為示出本發(fā)明所提出的在DS-CDMA網內采用差分PSK信號傳送的上行鏈路接收機基本功能件的方框圖。在例如星載上行鏈路接收機中，所接收的RF信號ru(t)非相干正交下變換成一個正交基帶信號后，用在發(fā)射機中用來擴頻的PN序列和沃爾什函數加以解擴，從而將所需用戶消息信號與享用相同CDMA的其他用戶信號分開。用一個相位比較器計算出解擴器的兩個相繼輸出之間的相位差，以便在星上進行交換。所計算出的解擴器的兩個相繼輸出之間的相位差載有用戶消息。
在圖2中，經適當的RF濾波和放大后，所接收的RF信號通過在21a和21b的非相干解調和在22a和22b的低通濾波下變換成基帶信號。通過首先在23a和23b用用戶的波束代碼序列bu(t)以眾所周知的方式解擴再在24a和24b用用戶的沃爾什函數Su(i)(t)解擴，以及在25a和25b的積分和速效處理，從經解調的同相和正交分量中提取出需發(fā)給特定用戶的消息信號。對于上行接收來說，對所有接收到的與相同CDMA載波和相同波束相應的用戶信號可以集體加以下變換和波束代碼解擴。然后，利用在26延遲一個碼元周期T以眾所周知的方式在27對積分器25a和25b的正交輸出信號進行差動式相位比較，得出載有所需消息信息的差分相位信號。然后，所得的差分相位信號在衛(wèi)星上以眾所周知的方式進行交換，傳輸給相應的下行鏈路。
進行相應交換后，衛(wèi)星接收機所再生的差分相位碼元(假設沒有信道解碼)就需發(fā)送給地面目的地，以對發(fā)送方信息解碼。圖3為示出本發(fā)明所提出的CDMA網內的衛(wèi)星至地面下行鏈路發(fā)射機基本功能件的方框圖。轉來的差分相位碼元的兩個正交相位分量在31a和31b用指配經建立這個呼吁的下行鏈路的用戶的沃爾什函數Wd(i)(t)擴頻后，在32a和32b以眾所周知的方式與來自屬于這個下行鏈路的其他呼叫的同樣信號分量相加在一起，再在33a和33b用下行鏈路波束的PN序列bd(t)擴頻，然后在34a和34b濾波，對基帶頻譜進行整形。經擴頻的正交相位信號分別加到一個具有所要求的下行鏈路載波頻率的RF載波的相應正交分量上。所得到的RF信號發(fā)向相應的地面目的地。雖然這個處理可以對各個發(fā)送方信號分別進行，但本發(fā)明允許通過將需在同一個下行鏈路波束中用同一個載波發(fā)送的所有信號合并在一起集體加以下行鏈路傳輸的波束碼擴頻和正交調制。
圖4為示出本發(fā)明所提出的在CDMA網內的衛(wèi)星至地面下行鏈路接收機基本功能件的方框圖。在下行鏈路接收機中，所接收的RF信號經相干正交下變換成正交基帶信號后，用在星上發(fā)射機中用來擴頻的PN代碼序列和沃爾什函數加以解擴，從而將所需的用戶消息信號與享用相同的CDMA信道的其他用戶信號分開。用一個相位比較器計算下行鏈路RF信號的載波相位，進行消息檢測。下行鏈路的載波相位就是上行鏈路的差分相位，但受到了上行鏈路和下行鏈路中的噪聲和干擾的污染。
在圖4中，經適當的RF濾波和放大后，所接收的RF信號rd(i)(t)在41a和41b通過相干正交解調下變換成基帶信號，再在42a和42b受到低通濾波。通過以眾所周知的方式首先在43a和43b用用戶的波束代碼序列bd(t)解擴，再在44a和44b用用戶的沃爾什函數Wd(i)(t)解擴后經在45a和45b的積分和速放處理，從經解調的正交相位分量中提取出需發(fā)給特定用戶的消息信號。積分器45a和45b的正交輸出信號經在46的眾所周知的相位估計后，得到下行鏈路的載波相位，這是受到噪聲和干擾污染的載有所需消息信息的上行鏈路的差分相位。如果在地面發(fā)射機用了比特/碼元交織，那么在地面接收機就按照交織器位置以眾所周知的方式配置一個解交織器。諸如提供軟或硬判決的維托比解碼器之類的信道解碼器47用來恢復用戶消息比特。
雖然本發(fā)明結合所示實施例作了說明，但可以理解，本發(fā)明的精神實質可以進行種種修改，所有這些應該都屬于本發(fā)明的專利保護范圍。
權利要求
1.一種在CDMA衛(wèi)星通信網內的信號傳送方法，所述方法包括下列步驟在一個上行鏈路上接收一個RF信號，該RF信號含有經差分相位編碼并用兩個與這個上行鏈路有關的代碼序列擴頻的編碼用戶消息；將所接收的RF信號非相干正交解調成正交基帶分量；用兩個與上行鏈路有關的代碼序列對正交基帶分量進行解擴；對經解擴的正交基帶分量的相繼決進行相位比較，再生載有編碼用戶消息的差分相位信號；將再生的差分相位信號轉至所選下行鏈路發(fā)射機；用兩個與下行鏈路有關的代碼序列對差分相位信號的正交基帶分量進行再擴頻；以及將經再擴頻的差分相位信號的正交基帶分量加到一個下行鏈路載波的正交分量上，形成一個下行鏈路RF信號。
2.按權利要求1所述的方法，所述方法還包括發(fā)射下行鏈路RF信號這一步驟。
3.按權利要求1所述的方法，其中在上行鏈路上接收的RF信號是在衛(wèi)星上接收的，而下行鏈路RF信號是從星上發(fā)射機發(fā)射的。
4.按權利要求1所述的方法，其中兩個與上行鏈路有關的代碼序列包括一個用戶的沃爾什函數和一個上行鏈路波束的偽隨機數序列，而兩個與下行鏈路有關的代碼序列包括一個用戶的沃爾什函數和一個下行鏈路波束的偽隨機數序列。
5.按權利要求1所述的方法，所述方法還包括下列步驟在上行鏈路發(fā)射機中，將編碼用戶消息比特分為一系列相繼的比特組；通過將每個消息比特組映射到一個預定的PSK信號空間，為每個消息比特組產生一個差分相位；通過將當前消息比特組的差分相位與當前消息比特組的上一個消息比特組的絕對相位相加，為每個消息比特組產生一個絕對相位；用絕對相位信號對一個上行鏈路載波進行相位調制，形成一個RF信號；用兩個與上行鏈路有關的代碼序列對RF信號進行擴頻；將經擴頻的RF信號發(fā)送到上行鏈路上。
6.按權利要求5所述的方法，其中上行鏈路的RF信號在地面發(fā)射機發(fā)射，而在星上接收機接收。
7.按權利要求5所述的方法，其中兩個與上行鏈路有關的代碼序列包括一個用戶的沃爾什函數和一個上行鏈路波束的偽隨機數序列。
8.按權利要求1所述的方法，所述方法還包括下列步驟接收所述下行鏈路RF信號，該下行鏈路RF信號含有該下行鏈路RF信號經再生、再擴頻后加到下行鏈路RF信號的正交分量上的用戶消息；將所接收的下行鏈路RF信號相干正交解調成正交基帶分量；用兩個與下行鏈路有關的代碼序列對正交基帶分量進行解擴；根據經解擴的正交基帶分量估計下行鏈路載波相位；以及恢復用戶消息。
9.按照權利要求8所述的方法，其中所述下行鏈路RF信號是在星上發(fā)射機發(fā)射的，而在地面接收機接收的。
10.按權利要求8所述的方法，其中兩個與下行鏈路有關的代碼序列包括一個用戶的沃爾什函數和一個下行鏈路波束的偽隨機數序列。
11.一種在CDMA衛(wèi)星通信網內的信號傳送方法，所述方法包括下列步驟在上行發(fā)射機中，將編碼用戶消息比特分成一系列相繼的比特組；通過將每個消息比特組映射到一個預定的PSK信號空間，為每個消息比特組產生一個差分相位；通過將當前消息比特組的差分相位與當前消息比特組的上一個消息比特組的絕對相位相加，為每個消息比特組產生一個絕對相位；用當前絕對相位對一個上行鏈路載波進行相位調制，形成一個RF信號；用兩個與上行鏈路有關的代碼序列對RF信號進行擴頻；以及將經擴頻的RF信號發(fā)送到上行鏈路上。
12.按權利要求11所述的方法，其中上行鏈路RF信號是在地面發(fā)射機發(fā)射的，而在星上接收機接收的。
13.按權利要求11所述的方法，其中兩個與上行鏈路有關的代碼序列包括一個用戶的沃爾什函數和一個上行鏈路波束的偽隨機數序列。
14.一種在CDMA衛(wèi)星網內的信號傳送方法，所述方法包括下列步驟接收一個下行鏈路RF信號，該下行鏈路RF信號含有經再生、再擴頻后加到下行鏈路RF信號的正交分量上的用戶消息；將所接收的下行鏈路RF信號相干正交解調成正交基帶分量；用兩個與下行鏈路有關的代碼序列對正交基帶分量進行解擴；根據經解擴的正交基帶分量估計下行鏈路載波相位；以及恢復用戶消息。
15.按權利要求14所述的方法，其中下行鏈路RF信號是在星上發(fā)射機發(fā)射的，而在地面接收機接收的。
16.按權利要求14所述的方法，其中兩個與下行鏈路有關的代碼序列包括一個用戶的沃爾什函數和一個下行鏈路波束的偽隨機數序列。
17.一種CDMA衛(wèi)星通信系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括一個RF接收機，用來在上行鏈路上接收一個RF信號，該RF信號含有經差分相位編碼后用兩個與這個上行鏈路有關的代碼序列擴頻的編碼用戶消息；一個非相干正交解調器，用來將所接收的RF信號非相干正交解調成正交基帶分量；一個擴頻解擴器，用來用兩個與上行鏈路有關的代碼序列對正交基帶分量進行解擴；一個相位比較器，用來對經解擴的正交基帶分量的相繼塊進行相位比較，再生編碼用戶消息的差分相位信號；一個交換機，用來將再生的差分相位信號轉至所選下行鏈路發(fā)射機；一個擴頻器，用來用兩個與下行鏈路有關的代碼序列對差分相位信號的正交基帶分量進行再擴頻；以及一個正交調制器，用來用經再擴頻的差分相位信號的正交基帶分量對一個下行鏈路載波進行調制，形成一個下行鏈路RF信號。
18.按照權利要求17所述的CDMA衛(wèi)星通信系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括一個星上發(fā)射機，用來向地面接收機發(fā)射下行鏈路RF信號。
19.按權利要求17所述的CDMA衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其中CDMA通信系統(tǒng)是一個星上接收機。
20.按權利要求17所述的CDMA衛(wèi)星通信系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括一個PSK映射器，用來將分成消息比特塊的編碼用戶消息比特映射成差分相位；一個差分相位編碼器，用來將當前消息比特塊的差分相位與當前消息比特塊的上一個消息比特塊的絕對相位相加，為每個消息比特塊產生一個當前絕對相位；一個PSK調制器，用來用當前絕對相位對一個上行鏈路載波進行相位調制，形成一個RF信號；一個擴頻器，用來用兩個與上行鏈路有關的代碼序列對RF信號進行擴頻；以及一個發(fā)射機，用來將經擴頻的RF信號發(fā)送到上行鏈路上。
21.按權利要求20所述的CDMA衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其中上行鏈路的RF信號是由地面發(fā)射機發(fā)射的。
22.按權利要求20所述的CDMA衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其中兩個與上行鏈路有關的代碼序列包括一個用戶的沃爾什函數和一個上行鏈路波束的偽隨機數序列，而兩個與下行鏈路有關的代碼序列包括一個用戶的沃爾什函數和一個上行鏈路波束的偽隨機數序列。
23.按權利要求17所述的CDMA衛(wèi)星通信系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括一個下行鏈路接收機，用來接收下行鏈路RF信號；一個相干正交解調器，用來將所接收的下行鏈路RF信號相干正交解調成正交基帶分量；一個擴頻解擴器，用來用兩個與下行鏈路有關的代碼序列對正交基帶分量進行解擴；一個相位比較器，用來根據經解擴的正交基帶分量估計下行鏈路載波相位；以及一個信道解碼器，用來對編碼用戶消息進行檢測和解碼。
24.按權利要求23所述的CDMA衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其中下行鏈路RF信號由地面接收機接收。
25.一種CDMA衛(wèi)星通信系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括一個PSK映射器，用來將分為消息比特塊的編碼用戶消息比特映射成差分相位；一個差分相位編碼器，用來將當前消息比特塊的差分相位與當前消息比特塊的上一個消息比特塊的絕對相位相加，為每個消息比特塊產生一個當前絕對相位；一個PSK調制器，用來用當前絕對相位對一個上行鏈路載波進行相位調制，形成一個RF信號；一個擴頻器，用來用兩個與上行鏈路有關的代碼序列對RF信號進行擴頻；以及一個發(fā)射機，用來將經擴頻的RF信號發(fā)送到上行鏈路上。
26.按權利要求25所述的CDMA衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其中上行鏈路的RF信號是由地面發(fā)射機發(fā)射的。
27.按權利要求25所述的CDMA衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其中兩個與上行鏈路有關的代碼序列包括一個用戶的沃爾什函數和一個上行鏈路波束的偽隨機數序列。
28.一種CDMA衛(wèi)星通信系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括一個下行鏈路接收機，用來接收下行鏈路RF信號；一個相干正交解調器，用來將所接收的下行鏈路RF信號相干正交解調成正交基帶分量；一個擴頻解擴器，用來用兩個與下行鏈路有關的代碼序碼對正交基帶分量進行解擴；一個相位比較器，用來根據經解擴的正交基帶分量估計下行鏈路載波相位；以及一個信道解碼器，用來對編碼用戶消息進行檢測和解碼。
29.按權利要求28所述的CDMA衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其中下行鏈路RF信號是由地面接收機接收的。
30.按權利要求28所述的CDMA衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其中兩個與下行鏈路有關的代碼序列包括一個用戶的沃爾什函數和一個下行鏈路波束的偽隨機數序列。
全文摘要
在CDMA衛(wèi)星網內進行多用戶通信的方法。含有經差分相位編碼和用上行鏈路的沃爾什函數和偽隨機數序列擴頻的編碼用戶消息的上行鏈路RF信號被星上接收機接收后,經非相干正交解調和解擴,再生載有編碼用戶消息的差分相位信號。然后,用下行鏈路的沃爾什函數和PN序列對差分相位信號的正交分量再擴頻后,經正交調制再發(fā)給地面接收機,經相干正交解調和解擴,恢復下行鏈路載波相位,從而對編碼用戶消息進行檢測和解碼。
文檔編號H04B7/15GK1194511SQ9810539
公開日1998年9月30日 申請日期1998年3月2日 優(yōu)先權日1998年3月2日
發(fā)明者何金萌, 拉莫塔·沙瑪 申請人:美國電報電話公司