ITRM960405A1

ITRM960405A1 - Sistema per telecomunicazioni sub-orbitale a grande altitudine ad alto rendimento

Info

Publication number: ITRM960405A1
Application number: IT96RM000405A
Authority: IT
Inventors: Sherwin I Seligsohn; Scott Seligsohn
Original assignee: Int Multi Media Corporati On
Priority date: 1995-06-07
Filing date: 1996-06-07
Publication date: 1997-12-07
Also published as: TW431080B; ES2137887A1; CN1684393A; UA59339C2; CN1192832A; EP0830753A4; WO1996041429A1; BR9609018B1; EP0830753A1; AR002431A1; PL181701B3; JPH11513203A; DE19681416T1; FR2735306B1; FR2735306A1; ES2137887B1; AU6332496A; AU702991B2; BR9609018A; ITRM960405A0

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "SISTEMA PER TELECOMUNICAZIONI SUB-ORBITALE A GRANDE ALTITUDINE AD ALTO RENDIMENTO"

DESCRIZIONE

Canapo dell'invenzione

Questa invenzione si riferisce a un sistema per telecomunicazioni e più particolarmente ad un sistema per telecomunicazioni che è operativo ad un livello sub-orbitale e fornisce alto rendimento e una utilizzazione aumentata dei canali disponibili per telecomunicazioni.

Fondamento dell'invenzione :

Lo sviluppo delle telecomunicazioni cellulari ha posto enormi sforzi alla capacità dell'industria per trattare in modo soddisfacente il traffico delle telecomunicazioni che è stato generato. Di conseguenza, gli utilizzatori di tali sistemi cellulari analogici per telecomunicazioni trovano che essi debbono attendere che un canale per telecomunicazioni diventi disponibile prima che essi possano disporre o ricevere una chiamata. Inoltre, una chiamata in corso può incontrare interferenza sotto forma di rumore oppure realmente sovrapporsi all'ascolto di un'altra conversazione.

Talvolta una chiamata può essere interrotta mentre è in corso se una delle parti si sposta su una cella che non ha un canale disponibile per telecomunicazioni .

Il problema risulta ancora più aggravato dal fatto che esistono soltanto un numero limitato di frequenze assegnate per telecomunicazioni cellulari. Così, il problema è atteso in crescita poiché la domanda per telecomunicazioni cellulari è in sviluppo.

L'industria ha sviluppato molte tecnologie analogiche e digitali migliorate che sono state utilizzate con successo per aumentare il numero di canali per comunicazioni all'interno del numero limitato di frequenze disponibili.

Le più importanti di queste tecnologie sono l'accesso multiplo a divisione di tempo (TDMA) e l'accesso multiplo a divisione di codice (CDMA).

La TDMA è la tecnologia che ha il più vasto impiego. Essa consente che un canale singolo per telecomunicazioni venga utilizzato per parecchie celle. Per ciascuna cella viene assegnato un intervallo di tempo discreto particolare nel ciclo dei segnali per telecomunicazioni, migliorando così il rendimento.

La CDMA utilizza una larga banda di spettro per i segnali per telecomunicazioni per ottenere il rendimento. Essa fa una differenziazione tra le chiamate applicando un segnale di espansione di "rumore" distintivo su ciascun segnale per telecomunicazioni per differenziarlo dagli altri segnali per telecomunicazioni nella cella. Il ricevitore con l'assistenza di un elaboratore decodifica il segnale di "rumore" assegnato per identificare la cella e quindi ripristina dall'espansione il segnale per telecomunicazioni.

La "Frequency hopping" è una forma di CDMA che espande una chiamata in una serie di frequenze. Essa utilizza un codice per identificare la sequenza delle frequenze che vengono utilizzate.

Inoltre, è stato eseguito un lavoro rispetto ai sistemi di sviluppo che può identificare i segnali deboli emananti da una cella e segreganti questi segnali dagli altri segnali che emanano dalla stessa cella in modo che quando combinata con una tecnica di accesso multiplo digitale quale la CDMA, il numero di canali per telecomunicazioni disponibili risulta enormemente aumentato.

I tentativi per aumentare la disponibilità di canali per telecomunicazioni hanno anche incluso tentativi per rendere le celle più piccole e ridurre i requisiti di potenza necessari per comunicazione con una stazione di base. Ciò deriva dal fatto che un segnale debole ha una capacità ridotta di propagazione. Così, poiché la sua intensità viene rapidamente dissipata, la stessa frequenza può essere utilizzata in una cella vicina non contigua.

Tuttavia, per realizzare il numero necessario di celle che sarebbe necessario per sopportare un grande volume di telecomunicazioni, vi dovrebbe essere un numero enorme di stazioni di base. Alcuni esperti stimano che sarebbero necessarie almeno 100.000 celle soltanto per coprire le principali aree metropolitane negli Stati Uniti. Ogni cella richiederebbe la sua propria torre con antenna fissa.

Inoltre sarebbe necessario un sistema di elaboratore enormemente complesso per gestire gli scambi che sarebbero necessari quando i telefoni cellulari si spostassero da cella a cella e gestire il reimpiego delle frequenze assegnate alle celle particolari.

Non è sicuro che il problema possa essere risolto con un sistema con base a terra con un ragionevole costo e in un periodo ragionevole. Così, mentre le limitazioni tipiche associate a sistemi quali linea di vista, schermatura dovuta a riflessione di segnale, attenuazione e limitazioni di orizzonte, vengono eliminate riducendo la dimensione e aumentando il numero delle celle, fattori geografici, politici, ambientali e sociali possono proibire l'installazione delle torri di antenne in alcune località rendendo così impossibile l'ottenimento di dimensioni adatte per le celle in queste località.

Un sistema di satelliti dove ciascuno dei satelliti funziona come un nodo di stazione di base e contribuisce alla creazione di una rete cellulare evita questi problemi. Tuttavia, in un tale sistema sono necessari trasmettitori relativamente potenti poiché i satelliti orbitano tipicamente a circa 22.500 miglia sopra la terra. Inoltre, a meno che essi siano geostazionari, debbono essere realizzati mezzi per portare i segnali da un satellite all'altro quando essi passano su un dato punto sopra la terra. Inoltre per quanto riguarda i nodi terrestri sono necessari mezzi di scambio quando un chiamante si muove attraverso le celle.

Inoltre, i sistemi di satelliti risentono del costo enorme collegato al lancio e all'impossibilità virtuale di riparazione.

Di conseguenza, con in mente quanto precede, la presente invenzione si riferisce ad un sistema di rete di telecomunicazioni senza fili comprendente una pluralità di nodi per telecomunicazioni che sono posti in un piano suborbitale. Ciascuno dei nodi comprende mezzi per inviare e ricevere segnali radio per telecomunicazioni digitali a larga banda su un canale per telecomunicazioni senza fili. I segnali per telecomunicazioni vengono modulati mediante la tecnologia a spettro espanso ad accesso multiplo a divisione di codice.

I mezzi per inviare e ricevere i segnali per telecomunicazioni digitali senza fili comprendono una pluralità di antenne che sono operative per ricevere da una sorgente i segnali per telecomunicazioni relativamente deboli. Sono previsti mezzi per decodificare i segnali per telecomunicazioni ricevuti da ciascuna di dette antenne in modo che il nodo possa identificare la sorgente, e i mezzi di decodifica sono operativi per aumentare la sensibilità del nodo in modo che esso possa rivelare e ricevere segnali per telecomunicazioni relativamente deboli, in modo che sia resa disponibile la massima utilizzazione dello spettro per impiego con i segnali per telecomunicazioni senza interferenza.

Descrizione dei disegni

L'invenzione può essere meglio compresa con riferimento ai disegni annessi di una sua forma attualmente preferita e in cui:

la figura 1 è un disegno schematico mostrante un sistema per telecomunicazioni costruito secondo una forma attualmente preferita dell'invenzione.

La figura 2 è un disegno schematico mostrante un aspetto dei mezzi di rivelazione e decodifica. Descrizione di una realizzazione preferita:

Con riferimento ora alla figura 1, un sistema 10 come quello descritto nella domanda di brevetto N.08/100.037 comprende una parte con base a terra 12 e una parte con base in aria 14. La parte con base in aria 14 può essere posta a una altitudine compresa tra 12 e 35 miglia sopra la terra.

La parte con base a terra 12 può comprendere una rete telefonica convenzionale 16 con diramazioni che sono collegate alle stazioni di terra 18, 120 e 140 aventi adatti mezzi di trasmissione e ricezione a lunga distanza quali le antenne 20, 118 e 130. La parte con base a terra 12 può comprendere anche telefoni mobili di tipi ben noti quali telefoni cellulari che possono essere trasportati da individui 22 o su veicoli 24. Le antenne 20, 188 e 138 sono operative per trasmettere e ricevere segnali per telecomunicazioni verso e da una stazione ripetitrice sub-orbitale ad alta altitudine 28 che è posta ad un altitudine compresa tra 12 e 35 miglia sopra la terra. Questa altitudine viene scelta poiché è sicuramente sopra la attività atmosferica così che la stazione ripetitrice non sarà sottoposta alle sollecitazioni che le condizioni atmosferiche potrebbero causare.

Preferibilmente esiste una pluralità di stazioni ripetitrici 28; ciascuna comprendente un pallone 32 che viene trattenuto in aria e in stazione su un posto particolare sulla terra utilizzando un modulo di guida 56 che è collegato mediante un'antenna di guida 58 alle antenne di collegamento di terra 36 come descritto nella domanda di brevetto collegata serie N.08/100.037, depositata il 30 luglio 1993.

Come è ben noto, ogni stazione ripetitrice 28 contiene mezzi per ricevere un segnale per telecomunicazioni telefoniche da una delle stazioni di terra 20, 120 e 140 individuali 22 e 122 o su veicoli 24 e 124 e trasmetterle quindi a un'altra stazione di terra 120 e 140, individuale 122 o su veicolo 124 o direttamente o per mezzo di un'altra stazione ripetitrice. I canali per comunicazioni così stabiliti potrebbero essere simplex, duplex o semiduplex. Una volta che il segnale ritorna nella parte con base a terra 12 del sistema 10, la chiamata per telecomunicazioni viene completata in modo convenzionale come se fosse collegata al sistema telefonico a fili con base a terra attraverso gli adatti commutatori 34, 134 e 144. I commutatori possono essere di qualunque tipo adatto per i segnali per telecomunicazioni inclusi digitali e analogici.

Come è ben noto ciascuna delle stazioni ripetitrici 28 definisce un nodo del sistema per telecomunicazioni, ogni nodo definendo una "cella". Preferibilmente, ciascuno dei nodi comprende mezzi per inviare e ricevere segnali radio per telecomunicazioni digitali a larga banda su un canale per telecomunicazioni senza fili. Preferibilmente, il canale per telecomunicazioni ha una larghezza di banda di frequenza che è maggiore di circa 8 Mhz. I segnali per telecomunicazioni vengono preferibilmente modulati mediante la tecnologia a spettro espanso ad accesso multiplo a divisione di codice.

Per rendere massima l'utilizzazione delle frequenze disponibili oltre quella che è correntemente disponibile con CDMA, le celle dovrebbero essere relativamente piccole e la potenza del segnale necessaria per i segnali di telecomunicazioni molto bassa. Ciò migliorerebbe la possibilità di riutilizzazione delle frequenze e ridurrebbe l'interferenza. Tuttavia l'intensità ridotta del segnale rende più difficile l'inseguimento da parte delle stazioni di base del movimento dei particolari telefoni cellulari.

Viene fornito un sistema di rivelazione comprendente una adatta schiera di antenne 48 e decodificatori 44 in ciascuna delle stazioni ripetitrici .

Il sistema di rivelazione è di tipo simile al sistema di elaborazione spaziale che è descritto in FOEBES A SAP; 5 giugno 1995 alle pagine 125-141. Il sistema elabora il segnale ricevuto da ciascuna delle antenne nella schiera. I segnali decodificati identificano il trasmettitore e la sua posizione nella cella. Così, anche se viene ricevuto dal sistema di rivelazione un segnale molto debole, che ordinariamente può essere perduto, esso può essere ancora riconosciuto ed elaborato per completare un canale per telecomunicazioni .

I vantaggi della combinazione CDMA a spettro espanso e del sistema di rivelazione comprendente la scheda di antenna prima descritta risultano migliorati quando combinati e disposti nel piano suborbitale poiché vengono evitati tutti gli svantaggi dei sistemi sia terrestri, sia di satellite, mentre i loro vantaggi, quali la propagazione verticale del segnale vengono mantenuti aumentando così l'utilizzazione dello spettro per telecomunicazioni. Inoltre, i requisiti di potenza possono essere abbassati e il peso dei trasmettitori nei nodi può essere ridotto corrispondentemente. Inoltre in virtù della tecnica di modulazione il numero di trasmettitori può essere ridotto.

Così un grande numero di canali per telecomunicazioni può essere stabilito in una cella definita da un nodo particolare senza i problemi connessi di interferenza che derivano da diafonia, riflessione, reimpiego di frequenza e simili.

Inoltre, i requisiti di potenza relativamente alta che un tale sistema richiederebbe se fosse associato ad un sistema di telecomunicazioni basato su satelliti vengono evitati.

E' contemplato che il sistema che è stato descritto utilizzi la tecnologia a spettro espanso ad accesso multiplo a divisione di codice; comprendente tecniche a sequenza diretta e/o "frequency hopping".

Inoltre ancora, mentre le assegnazioni di frequenza per il sistema per telecomunicazioni non sono stati identificati in modo particolare, si deve comprendere che esse potrebbero essere le stesse di quelle assegnate per telecomunicazioni terrestri, o di quelle assegnate per telecomunicazioni tramite satelliti. Similmente, rientra nel campo dell'invenzione che le frequenze siano quelle che sono esclusive per impiego con il sistema per telecomunicazioni.

Mentre l'invenzione è stata descritta rispetto ad alcune forme e realizzazioni, è evidente che altre forme sono ovvie per gli esperti nella tecnica alla luce della descrizione precedente. Così il campo dell'invenzione non deve essere limitato dalla descrizione, ma piuttosto soltanto dal campo delle rivendicazioni annesse.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Sistema di rete per telecomunicazioni senza fili comprendente: una pluralità di nodi per telecomunicazioni, detti nodi essendo disposti in un piano suborbitale da circa 12 a 35 miglia sopra la terra, ciascuno di detti nodi comprendendo mezzi per inviare e ricevere segnali radio per telecomunicazioni digitali a larga banda su un canale per telecomunicazioni senza fili, detti segnali radio per telecomunicazioni essendo modulati mediante la tecnologia a spettro espanso ad accesso multiplo a divisione di codice, e detti mezzi per inviare e ricevere detti segnali radio per telecomunicazioni comprendendo inoltre una pluralità di antenne che sono operative per ricevere da una sorgente segnali per telecomunicazioni relativamente deboli, mezzi per decodificare i segnali per telecomunicazione ricevuti da ciascuna di dette antenne in modo che detto nodo possa identificare detta sorgente, e dette antenne e detti mezzi di decodifica essendo operativi per aumentare la sensibilità di detto nodo in modo che esso possa rivelare e ricevere i segnali per telecomunicazioni relativamente deboli, in modo che la massima utilizzazione di detto spettro sia resa disponibile per impiego con detti segnali per telecomunicazioni senza interferenza.
2. Sistema come definito nella rivendicazione 1 in cui detta tecnologia a spettro espanso ad accesso multiplo a divisione di codice è una sequenza diretta.
3. Sistema come definito nella rivendicazione 1 in cui detta tecnologia a spettro espanso ad accesso multiplo a divisione di codice è una "frequency hopping".
4. Sistema come definito nella rivendicazione 1, in cui detto canale per telecomunicazioni senza fili ha una larghezza di banda di frequenza che è maggiore di circa otto MHz.
5. Sistema come definito nella rivendicazione 1 in cui ciascuno di detti nodi è fisso sul suo proprio punto sulla terra.
6. Sistema come definito nella rivendicazione 1, in cui detti mezzi per inviare e ricevere i segnali radio per telecomunicazioni digitali a larga banda su un canale per telecomunicazioni senza fili comprendono almeno un trasmettitore e un ricevitore, e detti trasmettitore e ricevitore trasportano una pluralità di canali per telecomunicazioni duplex.
7. Sistema come definito nella rivendicazione 6, in cui detto trasmettitore è di bassa potenza e di piccolo peso.
8. Sistema come definito nella rivendicazione 1 comprendente una rete per telecomunicazioni con base a terra, e mezzi per collegare detto sistema di rete per telecomunicazioni senza fili con detta rete per telecomunicazioni con base a terra.
9. Sistema come definito nella rivendicazione 8, in cui detti mezzi per collegare detto sistema di rete per telecomunicazioni senza fili con detta rete per telecomunicazioni con base a terra comprende commutatori.
10. Sistema come definito nella rivendicazione 9 in cui detti commutatori sono digitali.
11. Sistema come definito nella rivendicazione 9, in cui detti commutatori sono analogici.
12. Sistema come definito nella rivendicazione 1, in cui detti nodi sono supportati da palloni.
13. Sistema come definito nella rivendicazione 1, in cui dette frequenze per telecomunicazioni senza fili sono le stesse di quelle assegnate per le telecomunicazioni terrestri.
14. Sistema come definito nella rivendicazione 1, in cui detti mezzi per inviare e ricevere i segnali radio per telecomunicazioni digitali a larga banda su un canale per telecomunicazioni senza fili comprendono almeno un trasmettitore e un ricevitore e detti trasmettitore e ricevitore trasportano una pluralità di canali per telecomunicazioni simplex.
15. sistema come definito nella rivendicazione 14, in cui detto trasmettitore è di bassa potenza e di piccolo peso.
16. Sistema come definito nella rivendicazione 1, in cui detti mezzi per inviare e ricevere i segnali radio per telecomunicazioni digitali a larga banda su un canale per telecomunicazioni senza fili comprendono almeno un trasmettitore e un ricevitore, e detti trasmettitore e ricevitore trasportano una pluralità di canali per telecomunicazioni semiduplex.
17. Sistema come definito nella rivendicazione 16, in cui detto trasmettitore è di bassa potenza e di piccolo peso.
18. Sistema come definito nella rivendicazione 1, in cui dette frequenze per telecomunicazioni senza fili sono le stesse di quelle assegnate per le telecomunicazioni orbitali.
19. Sistema come definito nella rivendicazione 1, in cui dette frequenze per telecomunicazioni senza fili vengono utilizzate esclusivamente da detto sistema per telecomunicazioni.
20. Metodo per realizzare telecomunicazioni senza fili comprendente le operazioni di fornire una pluralità di nodi per telecomunicazioni, detti nodi definendo una rete, disporre detti nodi in un piano suborbitale da circa 12 a 35 miglia sopra la terra, dotare ciascuno di detti nodi di mezzi per inviare e ricevere i segnali radio per telecomunicazioni digitali a larga banda su un canale per telecomunicazioni senza fili, dotare ciascuno di detti nodi di una pluralità di antenne che sono operative per ricevere i segnali radio per telecomunicazioni digitali relativamente deboli da una sorgente, modulare detti segnali per telecomunicazioni mediante la tecnologia a spettro espanso ad accesso multiplo a divisione di codice, decodificare detti segnali per telecomunicazioni ricevuti da ciascuna di dette antenne in modo che detto nodo possa identificare detta sorgente, e dette antenne e detti mezzi di decodifica essendo operativi per aumentare la sensibilità di detti nodi in modo che essi possano rivelare e ricevere detti segnali per telecomunicazioni relativamente deboli, in modo che la massima utilizzazione di detto spettro venga resa disponibile per impiego con detti segnali per telecomunicazioni senza interferenza.
21. Metodo come definito nella rivendicazione 20, in cui detta tecnologia a spettro espanso ad accesso multiplo a divisione di codice è modificata con la sequenza diretta.
22. Metodo come definito nella rivendicazione 20 in cui detta tecnologia a spettro espanso ad accesso multiplo a divisione di codice è modificata con la "frequency hopping".
23. Metodo come definito nella rivendicazione 20, in cui detto canale per telecomunicazioni senza fili ha una larghezza di banda di frequenza che è maggiore di circa otto MHz.
24. Metodo come definito nella rivendicazione 20, in cui ciascuno di detti nodi è fisso sul suo proprio punto sulla terra.
25. Metodo come definito nella rivendicazione 20, in cui detta operazione di inviare e ricevere i segnali radio per telecomunicazioni digitali a larga banda su un canale per telecomunicazioni senza fili comprende l'operazione di fornire una pluralità di trasmettitori e ricevitori, e ciascuno di detti trasmettitori trasportando una pluralità di canali per telecomunicazioni duplex.
26. Metodo come definito nella rivendicazione 25 in cui detti trasmettitori sono di bassa potenza e di piccolo peso.
27. Metoco come definito nella rivendicazione 20 comprendente le operazioni di fornire una rete per telecomunicazioni con base a terra, e collegare detto sistema di rete per telecomunicazioni senza fili a detta rete per telecomunicazioni con base a terra.
28. Metodo come definito nella rivendicazione 27 comprendente l'operazione di fornire i commutatori per collegare detto sistema di rete per comunicazioni senza fili con detta rete per telecomunicazioni con base a terra.
29. Metodo come definito nella rivendicazione 28 in cui detti commutatori sono digitali.
30. Metodo come definito nella rivendicazione 28 in cui detti commutatori sono analogici.
31. Metodo come definito nella rivendicazione 20 comprendente l'operazione di supportare detti nodi mediante palloni.
32. Metodo come definito nella rivendicazione 20, in cui dette frequenze per telecomunicazioni senza fili sono le stesse di quelle assegnate per telecomunicazioni terrestri.
33. Metodo come definito nella rivendicazione 20, in cui detta operazione di inviare e ricevere segnali radio per telecomunicazioni digitali a larga banda su un canale per telecomunicazioni senza fili comprende l'operazione di fornire almeno un trasmettitore e un ricevitore, e detti trasmettitore e ricevitore trasportano una pluralità di canali per telecomunicazioni simplex .
34. Metodo come definito nella rivendicazione 33, in cui detti trasmettitori sono di bassa potenza e di piccolo peso.
35. Metodo come definito nella rivendicazione 20, in cui detta operazione di inviare e ricevere segnali per telecomunicazioni digitali a larga banda su un canale per telecomunicazioni senza fili comprende l'operazione di fornire almeno un trasmettitore e un ricevitore, e detti trasmettitore e ricevitore trasportano una pluralità di canali per telecomunicazioni semiduplex .
36. Metodo come definito nella rivendicazione 35 in cui detti trasmettitori sono di bassa potenza e di piccolo peso.
37. Metodo come definito nella rivendicazione 20, in cui dette frequenze per telecomunicazioni senza fili sono le stesse di quelle assegnate per telecomunicazioni orbitali.
38. Metodo come definito nella rivendicazioni 20, in cui dette frequenze per telecomunicazione senza fili vengono utilizzate esclusivamente da detto sistema per telecomunicazioni,