專利名稱：高效子軌道高空通信系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一個通信系統，更具體地說涉及一個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。
背景技術：
蜂窩通信的發展對產業圓滿處理產生的通信業務的能力造成了沉重的負擔。因此，目前模擬蜂窩通信系統的用戶發現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，進行中的一次呼叫可能遇到噪聲形式或實際上為另一次通信串音的干擾。
有時，如果一方漫游到沒有可用通信信道的小區中時，進行中的呼叫可能中斷。
由于分配給蜂窩通信的頻率數有限這一事實，問題變得更加嚴重。因此，預計問題將會隨著蜂窩通信需求的增大而惡化。
已經提出了幾種改進的模擬和數字技術，它們已成功地用來在有限的可用頻率數下提高通信信道數。
這類技術中最重要的是時分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)。
TDMA是應用最廣的技術。它能使單條通信信道用于多個呼叫。在通信信道周期內，給每個呼叫分配某個離散時間間隔，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。它通過在每個通信信號上加入一個特有“噪聲”擴展信號以區別小區中的其它通信信號來區分呼叫。帶有計算機輔助設備的接收機對指定的“噪聲”信號譯碼以識別呼叫，然后對通信信號進行解擴。
“跳頻”是CDMA的一種形式，它把呼叫擴展到一系列頻率上。它使用一個代碼識別所用頻率序列。
另外進行的工作是關于研制能夠識別自一個小區發射的微弱信號，并能把它們與自同一小區發射的其它信號分離的系統，使得該系統在與數字多址技術，例如CDMA結合時，可用通信信道數大大增加。
增加通信信道可用性的嘗試還包括縮小小區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。因此，由于它的強度迅速減小，同一頻率可以在附近的非鄰接小區中使用。
但是，為了提供支持高容量通信所需的小區數，必須有數目龐大的基站。一些專家預計僅覆蓋美國的主要大城市區域就至少需要100,000個小區。每個小區都將需要它自己的靜止天線塔。
另外，為了處理蜂窩電話區間漫游需要的切換和管理指定給某些呼叫的頻率再用，需要一個龐大而又復雜的計算機系統。
不能確定這個問題是否能用一個成本合理的地面系統并在合理的時間內解決。因此，盡管與這類系統有關的典型缺陷，例如視距、信號反射導致的屏蔽、衰減和范圍限制等可以通過減小小區范圍和增加小區數消除，但是地理、政治、環境和社會因素可能禁止在某些地區放置天線塔，因而在這些地區無法得到范圍合理的小區。
一個衛星系統可以避免這些問題，其中每顆衛星作為一個基站節點，并構成蜂窩網。但是，在這些系統中需要功率相對較大的發射機，因為衛星通常運行在地球上方22,500英里處。另外，除非衛星是對地同步的，否則必須提供一種裝置用于當它們經過地球上某特定點時在衛星間切換信號。另外，與地面節點一樣，當呼叫用戶在小區間漫游時，需要一種切換裝置。
另外，衛星系統在發射方面的成本極高，而且實際上是不可修復的。
因此，考慮上述情況，本發明涉及一種無線通信網系統，它由位于一個子軌道平面上的多個通信節點組成。每個節點包括用于在一條無線通信信道上發射和接收寬帶、數字無線通信信號的裝置。通信信號經過碼分多址擴頻技術調制。
發射和接收無線數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天線。還提供了對每個所述天線接收的通信信號譯碼的裝置，使得節點能夠識別信源，天線和譯碼裝置用于提高節點的靈敏度，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。
附圖描述參考本發明現有優選形式的附圖，能夠進一步理解本發明，其中
圖1是表示根據本發明現有優選形式構造的一個通信系統的示意圖。
圖2是表示檢測和譯碼裝置部分的示意圖。
優選實施例描述現在參考圖1，諸如專利申請第08/100,037號描述的一個系統10包括一個地面部分12和一個空中部分14。空中部分14可以位于地球上方12到35英里的高度。
地面部分12可以包括傳統的電話網16，它具有支路與帶有合適的長距離發射和接收裝置，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電話、例如可以由個人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。選擇這一高度是因為它處于氣候活動帶上方，因此中繼站不會受到氣候可能產生的影響。
最好有多個中繼站28，正如1993年7月30日提出的前一專利申請第08/100,037所述，每個中繼站包括一個保持在高空的氣球32，通過使用一個借助指導天線58與地面鏈路天線36連接的指導模塊56可以把它固定在地球上方的某個位置。
眾所周知，每個中繼站28包括接收來自地面站20、120和140，個人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射到另一地面站120和140，個人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。信號一經返回系統10的地面部分12，就根據常規方法，通過適合的交換機34、134和144接入地面有線電話系統來完成呼叫。交換機可以是適合于模擬和數字通信信號的任意一種類型。
眾所周知，每個中繼站28定義通信系統中的一個節點，這種系統的每個節點定義一個“小區”。每個節點最好包括在無線通信信道上發射和接收寬帶、數字無線通信信號的裝置。通信信道帶寬最好大于8MHz。通信信號最好經過碼分多址擴頻技術調制。
為了超出目前的CDMA，最大限度地使用可用頻率，小區應該比較小，通信信號所需信號功率應該很低。這將提高頻率的再用性和減小干擾。不過，信號強度減小使基站更難于跟蹤某些蜂窩電話的移動。
在每個中繼站上提供了一個由合適的天線陣48及譯碼器44組成的檢測系統。檢測系統類型與1995年6月5日，FORBES ASAP第125-141頁中描述的空間處理系統類似。該系統處理天線陣中每個天線接收的信號。譯碼后的信號可識別小區中的發射機及其位置。因此，檢測系統即使接收到一個通常可能丟失的極微弱信號，也能對其進行識別和處理以完成一個通信信道。
把上述擴頻CDMA和帶有天線陣的檢測系統的組合放到子軌道平面上時，其優勢得到提高，因為它避免了地面和衛星系統的所有缺點，同時保留了它們的優點，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，從而減小節點處發射機的重量。另外，由于調制技術，發射機數目可以減少。
因此，在某個節點定義的小區內可以建立大量通信信道，而不會伴隨產生于音、反射、頻率再用等因素的干擾問題。
另外，避免了這種系統與衛星通信系統相關時所需的較高功率要求。
預計所述系統將使用碼分多址擴頻技術，包括直接序列和/或跳頻技術。
還有，盡管用于這種通信系統的頻率分配方案并沒有詳細指定，應該理解它可能與用于地面通信或用于衛星通信的分配方案相同。同樣，那些專門用于這種通信系統的頻率在本發明范圍之內。
盡管已經根據某些形式和實施例描述了本發明，但是對于本領域技術人員來說，根據以上描述顯然可以得出其它形式。因此，本發明范圍將不受以上描述的限制，而是由附加權利要求范圍確定。
權利要求
1.一個無線通信網系統包括多個通信節點，所述節點位于地球上方12到35英里處的一個子軌道平面，每個所述節點包括在無線通信信道發射和接收寬帶、數字無線通信信號的裝置，所述無線通信信號經過碼分多碼擴頻技術調制，所述用于發射和接收所述無線通信信號的裝置還包括多個用于接收來自一個信源的較微弱通信信號的天線，用于對每個所述天線接收的信號譯碼的裝置，使得所述節點能夠識別所述信源，所述天線和所述譯碼裝置用于提高所述節點的靈敏度，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.如權利要求1定義的系統，其中所述碼分多址擴頻技術是直接序列。
3.如權利要求1定義的系統，其中所述碼分多址擴頻技術是跳頻。
4.如權利要求1定義的系統，其中所述無線通信信道帶寬大于8Mhz。
5.如權利要求1定義的系統，其中每個所述節點固定于它在地球上所屬點處。
6.如權利要求1定義的系統，其中所述用于在無線通信信道上發射和接收寬帶、數字無線通信信號的裝置包括至少一個發射機和接收機，所述發射機和接收機帶有多個雙工通信信道。
7.如權利要求6定義的系統，其中，所述發射機功率小，重量輕。
8.如權利要求1定義的系統包括一個地面通信網以及用于連接所述無線通信網系統和所述地面通信網的裝置。
9.如權利要求8定義的系統，其中所述用于連接所述無線通信網系統和所述地面通信網的裝置包括交換機。
10.如權利要求9定義的系統，其中所述交換機是數字的。
11.如權利要求9定義的系統，其中所述交換機是模擬的。
12.如權利要求1定義的系統，其中所述節點由氣球支持。
13.如權利要求1定義的系統，其中所述無線通信頻率與分配給地面通信的頻率相同。
14.如權利要求1定義的系統，其中所述用于在無線通信信道上發射和接收寬帶、數字無線通信信號的裝置包括至少一個發射機和接收機，所述發射機和接收機帶有多個單工通信信道。
15.如權利要求14定義的系統，其中所述發射機功率小，重量輕。
16.如權利要求1定義的系統，其中，所述用于在無線通信信道上發射和接收寬帶、數字無線通信信號的裝置包括至少一個發射機和接收機，所述發射機和接收機帶有多個半雙工通信信道。
17.如權利要求16定義的系統，其中所述發射機功率小，重量輕。
18.如權利要求1定義的系統，其中所述無線通信頻率與分配給軌道通信的頻率相同。
19.如權利要求1定義的系統，其中所述無線通信頻率專門由所述通信系統使用。
20.進行無線通信的方法包括以下步驟提供多個通信節點，所述節點定義一個網絡，在地球上方約12到35英里處的子軌道平面上放置所述節點；為所述每個節點提供用于在無線通信信道發射和接收寬帶、數字無線通信信號的裝置，為所述每個節點提供用于接收來自一個信源的較微弱數字無線通信信號的多個天線，通過碼分多址擴頻技術調制所述通信信號，對所述每個天線接收的所述通信信號譯碼，使得所述節點能夠識別所述信源，所述天線和所述譯碼裝置用于提高所述節點的靈敏度，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.如權利要求20定義的方法，其中所述碼分多址擴頻技術由直接序列調整。
22.如權利要求20定義的方法，其中所述碼分多址擴頻技術由跳頻調整。
23.如權利要求20定義的方法，其中所述無線通信信道帶寬大于8Mhz。
24.如權利要求20定義的方法，其中所述每個節點固定于它在地球上所屬點處。
25.如權利要求20定義的方法，其中所述在無線通信信道上發射和接收帶寬、數字無線通信信號的步驟包括提供多個發射機和接收機的步驟，所述每個發射機帶有多個雙工通信信道。
26.如權利要求25定義的方法，其中所述發射機功率小，重量輕。
27.如權利要求20定義的方法包括步驟提供一個地面通信網，連接所述無線通信網系統和所述地面通信網。
28.如權利要求27定義的方法包括步驟提供用于連接所述無線通信網系統和所述地面通信網的交換機。
29.如權利要求28定義的方法，其中所述交換機是數字的。
30.如權利要求28定義的方法，其中所述交換機是模擬的。
31.如權利要求20定義的方法包括步驟由氣球支持所述節點。
32.如權利要求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.如權利要求20定義的方法，其中所述在無線通信信道上發射和接收寬帶、數字無線通信信號的步驟包括提供至少一個發射機和一個接收機的步驟，所述發射機和接收機帶有多個單工通信信道。
34.如權利要求33定義的方法，其中所述發射機功率小，重量輕。
35.如權利要求20定義的方法，其中所述在無線通信信道上發射和接收寬帶、數字無線通信信號的步驟包括提供至少一個發射機和一個接收機的步驟，所述發射機和接收機帶有多個半雙工通信信道。
36.如權利要求35定義的方法，其中所述發射機功率小，重量輕。
37.如權利要求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使用。
全文摘要
由多個通信節點(28)組成的一個無線通信系統,這些節點包括位于一個子軌道平面中的接收機和發射機。通信信號是經過碼分多址擴頻技術調制的寬帶數字無線信號。接收機包括多個天線(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 優先權日1995年6月7日
發明者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