高效子轨道高空通信系统 有关专利申请：
本专利申请是1993年7月30日提交、题为“子轨道、高空通信系统”的专利申请第08/100,137号的后续部分。
发明领域：
本发明涉及一个通信系统，更具体地说涉及一个在子轨道平面上工作，并能提高可用通信信道有效性和使用率的通信系统。
发明背景：
蜂窝通信的发展对产业圆满处理产生的通信业务的能力造成了沉重的负担。因此，目前模拟蜂窝通信系统的用户发现在他们可以接入或接收一次呼叫之前，可能必须等待一条可用通信信道。另外，进行中的一次呼叫可能遇到噪声形式或实际上为另一次通信串音的干扰。
有时，如果一方漫游到没有可用通信信道的小区中时，进行中的呼叫可能中断。
由于分配给蜂窝通信的频率数有限这一事实，问题变得更加严重。因此，预计问题将会随着蜂窝通信需求的增大而恶化。
已经提出了几种改进的模拟和数字技术，它们已成功地用来在有限的可用频率数下提高通信信道数。
这类技术中最重要的是时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)。
TDMA是应用最广的技术。它能使单条通信信道用于多个呼叫。在通信信道周期内，给每个呼叫分配某个离散时间间隔，因此提高了效率。
CDMA使用具有宽带频谱的通信信号以获得效率。它通过在每个通信信号上加入一个特有“噪声”扩展信号以区别小区中的其它通信信号来区分呼叫。带有计算机辅助设备的接收机对指定的“噪声”信号译码以识别呼叫，然后对通信信号进行解扩。
“跳频”是CDMA的一种形式，它把呼叫扩展到一系列频率上。它使用一个代码识别所用频率序列。
另外进行的工作是关于研制能够识别自一个小区发射地微弱信号，并能把它们与自同一小区发射的其它信号分离的系统，使得该系统在与数字多址技术，例如CDMA结合时，可用通信信道数大大增加。
增加通信信道可用性的尝试还包括缩小小区和降低与基站通信所需功率。这源于微弱信号传播能力降低这一事实。因此，由于它的强度迅速减小，同一频率可以在附近的非邻接小区中使用。
但是，为了提供支持高容量通信所需的小区数，必须有数目庞大的基站。一些专家预计仅覆盖美国的主要大城市区域就至少需要100,000个小区。每个小区都将需要它自己的静止天线塔。
另外，为了处理蜂窝电话区间漫游需要的切换和管理指定给某些呼叫的频率再用，需要一个庞大而又复杂的计算机系统。
不能确定这个问题是否能用一个成本合理的地面系统并在合理的时间内解决。因此，尽管与这类系统有关的典型缺陷，例如视距、信号反射导致的屏蔽、衰减和范围限制等可以通过减小小区范围和增加小区数消除，但是地理、政治、环境和社会因素可能禁止在某些地区放置天线塔，因而在这些地区无法得到范围合理的小区。
一个卫星系统可以避免这些问题，其中每颗卫星作为一个基站节点，并构成蜂窝网。但是，在这些系统中需要功率相对较大的发射机，因为卫星通常运行在地球上方22,500英里处。另外，除非卫星是对地同步的，否则必须提供一种装置用于当它们经过地球上某特定点时在卫星间切换信号。另外，与地面节点一样，当呼叫用户在小区间漫游时，需要一种切换装置。
另外，卫星系统在发射方面的成本极高，而且实际上是不可修复的。
因此，考虑上述情况，本发明涉及一种无线通信网系统，它由位于一个子轨道平面上的多个通信节点组成。每个节点包括用于在一条无线通信信道上发射和接收宽带、数字无线通信信号的装置。通信信号经过码分多址扩频技术调制。
发射和接收无线数字通信信号的装置包括用于接收来自信源的较弱通信信号的多个天线。还提供了对每个所述天线接收的通信信号译码的装置，使得节点能够识别信源，天线和译码装置用于提高节点的灵敏度，使得它能检测和接收相对较弱的通信信号，因而通信信号能够不受干扰地最大限度使用频谱。
附图描述
参考本发明现有优选形式的附图，能够进一步理解本发明，其中：
图1是表示根据本发明现有优选形式构造的一个通信系统的示意图。
图2是表示检测和译码装置部分的示意图。
优选实施例描述
现在参考图1，诸如专利申请第08/100,037号描述的一个系统10包括一个地面部分12和一个空中部分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可以包括传统的电话网16，它具有支路与带有合适的长距离发射和接收装置，例如天线20、118和138的地面站18、120和140连接。地面部分12还可以包括常用类型的移动电话、例如可以由个人22或车辆24携带的蜂窝电话。天线20、188和138用于向位于地球上方12到35英里高度上的子轨道高空中继站28发送通信信号以及接收来自它的通信信号。选择这一高度是因为它处于气候活动带上方，因此中继站不会受到气候可能产生的影响。
最好有多个中继站28，正如1993年7月30日提出的前一专利申请第08/100,037所述，每个中继站包括一个保持在高空的气球32，通过使用一个借助指导天线58与地面链路天线36连接的指导模块56可以把它固定在地球上方的某个位置。
众所周知，每个中继站28包括接收来自地面站20、120和140，个人22和122或车辆24和124之一的电话通信信号，再直接或通过另一中继站把它发射到另一地面站120和140，个人122或车辆124的装置。所建立的通信信道可以是单工、双工或半双工的。信号一经返回系统10的地面部分12，就根据常规方法，通过适合的交换机34、134和144接入地面有线电话系统来完成呼叫。交换机可以是适合于模拟和数字通信信号的任意一种类型。
众所周知，每个中继站28定义通信系统中的一个节点，这种系统的每个节点定义一个“小区”。每个节点最好包括在无线通信信道上发射和接收宽带、数字无线通信信号的装置。通信信道带宽最好大于8MHz。通信信号最好经过码分多址扩频技术调制。
为了超出目前的CDMA，最大限度地使用可用频率，小区应该比较小，通信信号所需信号功率应该很低。这将提高频率的再用性和减小干扰。不过，信号强度减小使基站更难于跟踪某些蜂窝电话的移动。
在每个中继站上提供了一个由合适的天线阵48及译码器44组成的检测系统。检测系统类型与1995年6月5日，FORBES ASAP第125-141页中描述的空间处理系统类似。该系统处理天线阵中每个天线接收的信号。译码后的信号可识别小区中的发射机及其位置。因此，检测系统即使接收到一个通常可能丢失的极微弱信号，也能对其进行识别和处理以完成一个通信信道。
把上述扩频CDMA和带有天线阵的检测系统的组合放到子轨道平面上时，其优势得到提高，因为它避免了地面和卫星系统的所有缺点，同时保留了它们的优点，例如垂直信号传播，从而提高了通信频谱的利用率。而且，可以降低功率要求，从而减小节点处发射机的重量。另外，由于调制技术，发射机数目可以减少。
因此，在某个节点定义的小区内可以建立大量通信信道，而不会伴随产生于音、反射、频率再用等因素的干扰问题。
另外，避免了这种系统与卫星通信系统相关时所需的较高功率要求。
预计所述系统将使用码分多址扩频技术，包括直接序列和/或跳频技术。
还有，尽管用于这种通信系统的频率分配方案并没有详细指定，应该理解它可能与用于地面通信或用于卫星通信的分配方案相同。同样，那些专门用于这种通信系统的频率在本发明范围之内。
尽管已经根据某些形式和实施例描述了本发明，但是对于本领域技术人员来说，根据以上描述显然可以得出其它形式。因此，本发明范围将不受以上描述的限制，而是由附加权利要求范围确定。