專利名稱：在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中降低波束間干擾和多徑衰減的方法和系統(tǒng)的制作方法
本申請涉及1997年10月17日提出申請的申請序列號為08/953020的“在彎管衛(wèi)星通信系統(tǒng)中降低多徑衰減的方法和系統(tǒng)”的申請(Matthew J.Sherman)，其與本申請一起提出申請，并且在此共同參考。
本發(fā)明涉及電信領域。更為特別地，本發(fā)明涉及消除在彎管衛(wèi)星通信系統(tǒng)中耦合的多上行波束(multiple uplink beam)導致的波束間干擾和多徑衰減的方法和系統(tǒng)。
在結合了四個空間上相鄰的上行波束的彎管衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，每個波束使用用于波束分離的擴展頻譜技術，如果兩個或多個相鄰上行波束在衛(wèi)星上被發(fā)送到同一目的地球站接收機，例如用于陸地網(wǎng)關(gateway)通信系統(tǒng)的地球站，那么會出現(xiàn)多徑衰減。雖然與特定上行波束一起使用的擴展頻譜代碼集可能不同于相鄰上行波束上使用的代碼集，但是從一波束邊沿發(fā)射的上行線路信號一樣能很好地耦合到相鄰波束。如果攜帶上行線路信號的兩個相鄰波束被發(fā)送到同一網(wǎng)關接收機，那么存在多徑條件，因為同樣信號已經(jīng)被有效地在兩個相鄰波束上發(fā)射并且在被網(wǎng)關接收機接收之前被結合。也就是，由于兩個相鄰上行波束的轉(zhuǎn)發(fā)機(transponder)的RF相位能夠變化，所以在兩個RF路徑之間可能出現(xiàn)破壞性的干擾，而導致網(wǎng)關接收機處信號功率的實際損失。結果，通過相鄰上行波束間上行線路信號的彼此耦合，網(wǎng)關接收機接收來自兩個不同源的同一信號。另外，在使用相同代碼集的其它波束中發(fā)射機可能引發(fā)第二層(second tier)干擾。


圖1顯示了一示意性的多波束彎管衛(wèi)星通信系統(tǒng)10，該系統(tǒng)示意了由耦合到兩個相鄰上行波束的上行波束信號導致的多徑衰減和第二層干擾。衛(wèi)星通信系統(tǒng)10使用四個基于同步沃爾什代碼的擴展頻譜代碼集，以眾所周知的方式來分離上行波束12、13、17和18，其中每個使用頻率F1接受發(fā)射的信號。示意性的代碼集在此稱為W1-W4。地面站11使用上行波束12發(fā)射上行線路通信信號。雖然僅地面站11顯示在波束12覆蓋的地理區(qū)域內(nèi)，但在波束12覆蓋的地理區(qū)域內(nèi)存在多個地面站，只是沒有顯示。地面站11在地理位置上接近波束12的邊沿，使得發(fā)射的信號也耦合到相鄰的上行波束13。由衛(wèi)星14接收的波束12和13被彼此結合(和波束17及18)并且越過下線波束15發(fā)射到共同的地球站接收機16，例如陸地網(wǎng)關。系統(tǒng)10包括多個網(wǎng)關接收機站，但僅顯示了網(wǎng)關接收機16。多徑衰減出現(xiàn)在網(wǎng)關接收機16處，其原因是來自地面站11的信號的多個版本從兩個不同的路徑被(有效地)接收并且在被網(wǎng)關接收機16接收之前被潛在地破壞性地結合。象12那樣使用相同代碼集(并且象地面站11那樣潛在地使用相同代碼集)的其它波束，如波束19，耦合到與波束12相鄰的波束，如波束13和18，當衛(wèi)星進行結合以及網(wǎng)關接收機16接收到時，這些波束導致第二層干擾。
圖2和圖3分別顯示了用于重用四個上行波束的傳統(tǒng)上行波束劃分模式，這些上行波束能夠在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中使用。圖2和圖3中顯示的每個六邊形表示被相應的上行波束所覆蓋的不同的地理區(qū)域。六邊形內(nèi)的數(shù)字表示地理區(qū)域組之間的資源(例如頻率、偏振(polarization)或代碼集)的劃分。地理區(qū)域中標記為1的所有用戶使用相同的資源，而它們不同于區(qū)域2、3和4中使用的資源。類似描述能夠用于區(qū)域2、3和4。圖2和圖3中顯示的模式是具有代表性的，并且在3、7、8等區(qū)域組之間共享資源的其他劃分模式也存在。在這些圖的輪廓區(qū)域中顯示的六邊形組在此稱為“波束組”(BG)。波束組的每個成員被分配不同的資源集。通過多次復制波束組，能夠產(chǎn)生完全劃分模式。對于此例子，假設每個波束組由不同網(wǎng)關接收機提供服務，雖然這并非本發(fā)明所要求的。例如，參考1997年10月17日提出申請的申請序列號為08/953020的申請。
圖4顯示了圖2的劃分模式，該模式應用于使用四個不同上行線路頻率組F1、F2、F3和F4的常規(guī)頻分多址(FDMA)系統(tǒng)。再次，輪廓部分指示了一個波束組。圖5顯示了圖2的劃分模式，該模式應用于使用上行線路頻率組F1和F2以及兩個偏振P1和P2的不同結合的頻分多址系統(tǒng)。圖6顯示了用于碼分多址(CDMA)系統(tǒng)的常規(guī)上行波束頻率劃分模式。對于此系統(tǒng)的不同波束中用戶間的隔離通過波束間的代碼集的恰當分配來提供。圖7顯示了圖2的劃分模式，該模式應用于典型CDMA系統(tǒng)的代碼，該系統(tǒng)使用代碼集W1-W4以用于波束間的隔離。
圖2-7的每個劃分模式遭受多徑衰減，當兩個相鄰的上行波束通過下行線路發(fā)射到同一陸地網(wǎng)關接收機時，出現(xiàn)該多徑衰減。同樣，經(jīng)過引入信號，它們也遭受第二層干擾，該信號從使用同樣資源的所指波束中兩次移去，并且通過相鄰波束耦合。在更為先進的劃分方案(如在1997年10月17日提出申請的申請序列號為08/953020的申請中描述的和圖8中的顯示的那樣)中，此“第二層”干擾仍然存在，雖然并非嚴格來源于第二層波束。在FDMA系統(tǒng)中，經(jīng)過衛(wèi)星上合適的濾波的應用，易于校正此多徑條件和干擾。但是對于相鄰波束使用同一頻率和偏振的CDMA系統(tǒng)，在FDMA系統(tǒng)中應用的濾波技術卻不能使用。因此，需要的是一種方法和系統(tǒng)，它們能夠消除上行線路發(fā)射導致的多徑衰減和干擾影響，該上行線路發(fā)射被耦合進入使用同一頻率和偏振的相鄰的上行波束，并且被下行線路發(fā)射到同一陸地網(wǎng)關接收機，或者與使用相同代碼集的其它信號一起發(fā)射到其它陸地網(wǎng)關接收機。
本發(fā)明提供了一種方法和系統(tǒng)，用于消除上行線路發(fā)射導致的多徑衰減和干擾影響，該上行線路發(fā)射被耦合進入相鄰的上行波束，并與其自身的拷貝或來自使用相同代碼集的其它波束的信號相結合，并且被下行線路發(fā)射到同一陸地網(wǎng)關接收機。本發(fā)明的優(yōu)點在于在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中處理通信鏈路的方法和系統(tǒng)。該衛(wèi)星通信系統(tǒng)包括多個發(fā)射機組(TG)，衛(wèi)星和多個目的接收機。發(fā)射機組根據(jù)衛(wèi)星上行線路通信波束的分配來確定。TG的所有成員被分配給同一波束。每個TG被分配給不同的波束和相應的上行線路資源。每個發(fā)射機發(fā)射一通信信號并且僅與一個發(fā)射機組相關。每個各自的通信信號是一從預定代碼集中選擇出來的CDMA信號，該預定代碼集與發(fā)射機組的發(fā)射機相關。每個各自的代碼集不同于與所選的發(fā)射機組的發(fā)射機相關的其它代碼集，使得形成為每個波束組重復使用的重用模式。衛(wèi)星接收通信信號并且將所有接收到的在波束上具有相同預定代碼集的通信信號共同分組。接收到的通信信號組中的所選上行線路通信信號的代碼集被解釋為其它代碼集(包括被解釋回其原代碼集的可能性)并且與來自其它波束的信號結合，使得通信信號組包括每個具有不同代碼的通信信號。在此解釋過程中，每個信號被濾波以消除不希望的多徑和來自其它波束的干擾。實施整體轉(zhuǎn)換和濾波(bulk translation and filtering)來簡化衛(wèi)星上的處理。接著，衛(wèi)星發(fā)射每個通信信號組到不同的目的接收機。
本發(fā)明通過例子說明并且不限于相應的附圖，圖中相同參考數(shù)字指示類似的部件，并且其中圖1顯示了示意性的彎管衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其中如果兩個相鄰的上行波束被下行線路發(fā)射到同一陸地網(wǎng)關接收機，那么本發(fā)明消除出現(xiàn)的多徑衰減和第二層干擾；圖2顯示了陸地和衛(wèi)星通信系統(tǒng)使用的常規(guī)上行波束劃分模式；圖3顯示了陸地和衛(wèi)星通信系統(tǒng)使用的另一常規(guī)上行波束劃分模式；圖4顯示了頻分多址系統(tǒng)的常規(guī)上行波束劃分模式，該系統(tǒng)利用四個不同的上行線路頻率組F1-F4；圖5顯示了頻分多址系統(tǒng)的常規(guī)上行波束劃分模式，該系統(tǒng)利用上行線路頻率F1和F2以及兩個偏振P1和P2的不同結合；
圖6顯示了碼分多址系統(tǒng)的常規(guī)上行波束劃分模式；圖7顯示了碼分多址系統(tǒng)的常規(guī)上行波束劃分模式，該系統(tǒng)使用沃爾什功能W1-W4以進行子擴展(subspreading)；圖8顯示了根據(jù)1997年10月17日提出申請的申請序列號為08/953020的申請所描述的本發(fā)明的碼分多址系統(tǒng)的上行線路/網(wǎng)關劃分模式的示意性實施方式；圖9顯示了根據(jù)本發(fā)明的方便CDMA信號的整體處理的編碼技術；圖10顯示了根據(jù)本發(fā)明的衛(wèi)星的一部分的示意性框圖，該衛(wèi)星是衛(wèi)星通信系統(tǒng)的一部分；并且圖11顯示了根據(jù)本發(fā)明的子-解擴展/子-再擴展的電路的示意性框圖，該電路可能用于替代圖10的示意性框圖中使用的解擴展/再擴展。
當上行線路信號附帶其它干擾信號一起被耦合進兩個空間上相鄰的上行波束時，本發(fā)明消除出現(xiàn)在彎管衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的多徑衰減和波束間干擾。反過來，上行波束接著被下行線路發(fā)射到同一目的接收機。為消除耦合的相鄰波束導致的影響，本發(fā)明提供了方法和系統(tǒng)來確保在下行線路發(fā)射到目的接收機之前消除潛在的多徑和相同代碼集干擾。也就是，衛(wèi)星接收的通信信號被充分地解擴展(雖然沒有解調(diào))并且被充分地濾波以確保消除多徑和干擾影響。通信信號(可能在用于上行線路發(fā)射的不同代碼集上)被再擴展，與其它波束上接收到的發(fā)射結合(使用其它下行線路代碼集以避免干擾)，并且接著被下行線路發(fā)射到目的接收機。在此方式中，衛(wèi)星通信系統(tǒng)的效率和性能得到巨大的改善。
圖7和圖8顯示了用于與本發(fā)明一起使用的碼分多址系統(tǒng)的波束劃分模式的示意性實施方式。參考圖1到圖8，四個不同代碼集W1-W4被用于以眾所周知的方式分離相鄰上行波束12和13。
圖9顯示了與本發(fā)明一起使用的示意性的編碼技術，該編碼技術用于允許CDMA信號的部分整體解擴展和過濾的實現(xiàn)。在圖9中，四個同步正交沃爾什代碼W11、W12、W21和W22被用于“子擴展”每個波束組中的四個不同的代碼集，由于每個波束使用對波束中所有信號公用的不同子擴展代碼。子擴展代碼也被稱為術語“波束”代碼。也能夠使用其它周知的正交代碼，如正交二次殘余(quadratic residue)代碼，或者非正交代碼，如Gold代碼。在異步系統(tǒng)中，能夠使用基于循環(huán)移位碼的編碼方案。接著，這些“子擴展”代碼被用作較長擴展頻譜代碼的構造塊，該擴展頻譜代碼由單個發(fā)射地球站使用。通過使用各種編碼技術(如已經(jīng)提到的)與子擴展代碼一起形成發(fā)射代碼。子擴展代碼允許波束中的所有信號的部分使用一個信號操作進行整體部分解擴展。解擴展出現(xiàn)使得來自其它相鄰波束的信號被消除或變成由帶通濾波器(IF或RF)消除的帶外響應。接著，使用相同的或(如果需要的話)不同的子擴展代碼的信號被再擴展為其原來的帶寬。接著，信號與來自使用不同下行線路代碼集的其它波束的信號結合，使得不被干擾，并且被下行線路發(fā)射到共同的陸地網(wǎng)關接收機。在本發(fā)明的一個實施方式中，波束中接收到的每個單獨信號能夠被完全解擴展、過濾和再擴展，通過信號處理器整體以RF或IF操作波束中的信號。關鍵是在將它們與來自其它波束的信號結合以下行線路發(fā)射到共同的陸地網(wǎng)關接收機之前，消除了擴展頻譜信號中的來自其它波束的干擾和多徑。
圖10顯示了衛(wèi)星1000的一部分的示意性框圖，該衛(wèi)星是使用四個上行波束代碼集(WV、WX、WY和WZ)的衛(wèi)星通信系統(tǒng)的一部分。所有接收到的來自同一代碼集的上行波束信號以眾所周知的方式被分別共同分組。根據(jù)本發(fā)明，每個代碼集WV、WX、WY和WZ可以是單個代碼(當使用子擴展時)，或者是單獨的代碼集。每組上行波束載波信號分別經(jīng)過第一帶通濾波器1001a-1001d，并且接著由低噪聲放大器LNA 1002a-1002d分別放大。在低噪聲放大之后，每個各自上行波束信號在混頻器1003a-1003d處被降頻為四個單獨的IF信號，這些信號使用第一本地振蕩器LO1。接著，在分別被混頻器1005a-1005d解擴展之前，四個IF信號分別通過第二帶通濾波器1004a-1004d。在輸入到IF合并器1008以形成單個IF信號之前，解擴展的IF信號分別在帶通濾波器(BPF)1006a-1006d處帶通過濾并且在混頻器1007a-1007d處使用不同代碼集(W1、W2、W3和W4)被分別再擴展。IF合并器1008是標準4∶1 IF合并器。從IF合并器1008中輸出的IF信號由混頻器1009升頻為使用第二本地振蕩器LO2的所選RF頻率。接著，在功率放大器PA1011放大以下行線路發(fā)射到陸地網(wǎng)關之前，RF信號經(jīng)過第四帶通濾波器1010。
可選地，由1012指示的混頻器1003a-1003b和BPF 1004a-1004d所執(zhí)行的降頻和濾波處理能夠省略，使得整體解擴展和再擴展以RF頻率出現(xiàn)。因此，帶通濾波器1006a-1006d的中心頻率是每個各自上行線路發(fā)射信號的中心頻率，IF合并器1008由標準4∶1 RF合并器替換并且本地振蕩器LO2將RF合并器輸出的RF信號以眾所周知的方式轉(zhuǎn)換為合適的下行線路頻率。
當圖10中顯示的每個代碼集WV、WX、WY和WZ是代碼的集合時，每個子擴展代碼因此被解擴展。圖11顯示了子-解擴展/子-再擴展電路的示意性框圖，該電路可以替換解擴展/再擴展功能塊1013。雖然圖11的電路僅替換1013指示的解擴展/再擴展功能塊，但是類似圖11的電路將被用于每個代碼集WV-WZ。
在圖11中，BPF2 1004d輸出的IF信號由多個混頻器1101a-1101n解擴展，其中n是形成子擴展代碼的代碼數(shù)目。每個子-解擴展信號被帶通濾波器BPF4 1002a-1002n分別帶通濾波，并且被混頻器1003a-1003n分別子-再擴展。混頻器1003a-1003n的輸出由標準n∶1 RF合并器結合以形成輸入到IF合并器1008的單個IF(圖10)。
當圖10中1012所指示的降頻和濾波處理沒有使用時，圖11中顯示的子-解擴展和子-再擴展功能以RF頻率出現(xiàn)，并且IF合并器因此被標準n∶1 RF合并器替換。
為了方便無線電處理，四組上行波束信號在圖10中顯示和形成，因為四個不同的波束代碼集被使用，但能夠形成任何數(shù)目的組，只要形成的組數(shù)等于衛(wèi)星通信系統(tǒng)中使用的不同波束代碼集的數(shù)目。本發(fā)明中此方法的優(yōu)點在于根據(jù)定義，使用相同代碼集的所有接收到的上行波束相對使用相同代碼集的其它上行波束必須至少是第二層。因此，通過使用此方法，特定目的接收機處不存在實際的多徑和/或波束間干擾情況。
雖然已經(jīng)使用示意性的正交代碼方案來描述本發(fā)明，但是本發(fā)明同樣能夠用于任何衛(wèi)星通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)中衛(wèi)星接收到的兩個相鄰波束被發(fā)送到同一目的接收機。進一步地，應該認識和理解的是只要是不偏離本發(fā)明的真實含義和范圍的修改均是允許的。
權利要求
1.在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中形成通信鏈路的方法，該方法包括以下步驟在衛(wèi)星處接收多個通信信號，每個各自的通信信號從多個發(fā)射機組的一個發(fā)射機中發(fā)射，該發(fā)射機組是多個發(fā)射機組之一，每個發(fā)射機僅與一個組相關，每個各自的通信信號是碼分多址信號，該信號具有與發(fā)射通信信號的發(fā)射機相關的預定代碼，從分配給與發(fā)射機相關的發(fā)射機組的第一預定代碼集中選擇出來的預定代碼被分組，每個各自的代碼集不同于與所選的發(fā)射機組相關的其它代碼集，使得代碼集安排在代碼集模式中，代碼集模式被反復用于每個所選的發(fā)射機組；將在具有相同預定代碼集的波束上接收到的通信信號組在一起；解擴展通信信號；并且使用第二預定代碼集再擴散通信信號。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其中解擴展步驟部分解擴展通信信號，和再擴展步驟部分再擴展通信信號。
3.根據(jù)權利要求2的方法，其中部分解擴展通信信號的步驟整體部分解擴展通信信號，并且整體部分再擴展通信信號。
4.根據(jù)權利要求1的方法，其中完全解擴展通信信號的解擴展步驟，和完全再擴展通信信號的再擴展步驟。
5.根據(jù)權利要求4的方法，其中完全解擴展通信信號的步驟整體完全解擴展通信信號，并且整體完全再擴展通信信號。
6.根據(jù)權利要求1的方法，其中第二預定代碼集與第一預定代碼集相同。
7.根據(jù)權利要求1的方法，其中第二預定代碼集不同于第一預定代碼集。
8.根據(jù)權利要求1的方法，進一步包括從使用相鄰波束上的代碼集的通信信號中消除信號的步驟。
9.根據(jù)權利要求8的方法，其中消除步驟包括濾波通信信號的步驟。
10.根據(jù)權利要求1的方法，進一步包括分別發(fā)射每組通信信號到不同目的接收機的步驟。
11.根據(jù)權利要求1的方法，進一步包括發(fā)射每組通信信號到同一目的接收機的步驟。
12.根據(jù)權利要求1的方法，其中發(fā)射機組中的發(fā)射機的數(shù)目等于每個代碼集中不同代碼的數(shù)目。
13.一種衛(wèi)星通信系統(tǒng)，包括多個發(fā)射機組，每個發(fā)射機發(fā)射一通信信號，每個發(fā)射機僅與一個組相關，每個各自的通信信號是碼分多址信號，該信號具有與發(fā)射機相關的預定代碼，從分配給與發(fā)射機相關的發(fā)射機組的第一預定代碼集中選擇出來的預定代碼被分組，每個各自的代碼集不同于與其它所選的發(fā)射機組的發(fā)射機相關的其它代碼集，使得代碼集安排在代碼集模式中，代碼集模式被反復用于每個所選的發(fā)射機組；并且衛(wèi)星接收通信信號，衛(wèi)星將具有相同預定代碼集的波束上接收到的通信信號共同分組，解擴展通信信號，再擴展使用第二預定代碼集的通信信號，并且發(fā)射每組通信信號到目的接收機。
14.根據(jù)權利要求13的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其中衛(wèi)星部分地解擴展和部分地再擴展通信信號。
15.根據(jù)權利要求14的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其中衛(wèi)星整體部分解擴展和整體部分再擴展通信信號。
16.根據(jù)權利要求13的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其中衛(wèi)星完全解擴展和完全再擴展通信信號。
17.根據(jù)權利要求16的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其中衛(wèi)星整體完全解擴展和整體完全再擴展通信信號。
18.根據(jù)權利要求13的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其中第二預定代碼集與第一預定代碼集相同。
19.根據(jù)權利要求13的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其中第二預定代碼集不同于第一預定代碼集。
20.根據(jù)權利要求13的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其中衛(wèi)星從使用相鄰波束上的代碼集的通信信號中濾波信號。
21.根據(jù)權利要求13的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其中發(fā)射機組中的發(fā)射機的數(shù)目等于每個代碼集中不同代碼的數(shù)目。
22.根據(jù)權利要求21的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其中代碼集模式由四個代碼集形成。
全文摘要
在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中形成和處理通信鏈路的方法和系統(tǒng)。它們能夠消除上行線路發(fā)射導致的多徑衰落和干擾影響,該上行線路發(fā)射被耦合進使用同一頻率和偏振的相鄰的上行波束,并且被下行線路發(fā)射到同一陸地網(wǎng)關接收機,或者與使用相同代配集的其它信號一起發(fā)射到其它陸地網(wǎng)關接收機。
文檔編號H04B1/10GK1215262SQ9812097
公開日1999年4月28日 申請日期1998年10月16日 優(yōu)先權日1997年10月17日
發(fā)明者馬修·J·舍曼 申請人:美國電報電話公司