JP3077727B2

JP3077727B2 - スペクトル復元装置およびその方法

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Publication number: JP3077727B2
Application number: JP05131053A
Authority: JP
Inventors: グレゴリー・バートン・バット
Original assignee: Motorola Solutions Inc; Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1992-05-11
Filing date: 1993-05-10
Publication date: 2000-08-14
Anticipated expiration: 2015-08-14
Also published as: RU2137304C1; DE69330849T2; ATE206574T1; US5423084A; CA2092744C; EP0569693B1; DE69330849D1; CA2092744A1; EP0569693A1; JPH06177815A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般に、セルラＲＦ通
信に関する。さらに詳しくは、本発明は、セルラ通信シ
ステム内では従来不可能であったスペクトルを復元(rec
over) することに関する。

【０００２】

【従来の技術】シンプレックス・データ通信システム
は、単方向または受動システムともいい、ページングに
おいて採用されている。一般に、一つまたはそれ以上の
送信機がデータ通信を放送する。これらの通信には、特
定のページャを識別するデータが含まれる。ページャの
集団は、放送通信を連続的に受信する。従来のページン
グ・システムはいくつかの問題点があり、その一つはレ
ンジ機能が限定されているということである。ページン
グ・システムは、ページャがこのシステムの送信機の圏
内にある場合にのみ機能する。加入者が圏外に移動する
と、加入者のページャは呼を受信することができない。
従来のページング・システムの別の問題点は、マルチパ
ス，干渉，信号反射などに関するものである。ページャ
はユーザによって携帯され、ユーザは自動車，屋内，大
きな地上建物付近および電磁ページング信号が通過しに
くいその他の空間に入ることが多い。従って、ページャ
が通信を受信する能力は、一般に干渉する建造物の多い
都市地域で低くなる。

【０００３】このレンジの制限および干渉問題に対処す
るため、一部のページング・システムは同報(simulcas
t) 方法を採用しており、複数の同時に運用される送信
機が離間した位置に配置される。複数の送信機による電
力の増加および離間した送信機からの信号伝搬路のダイ
バーシチにより、受信が改善される。さらに、送信機の
間を離間して配置することにより、この距離だけサービ
ス圏が拡大される。この解決方法は都市地域では実際的
であるが、人口密度の低い地域をこの都市地域に含める
ためにページング・サービスを拡大することはコストが
かかりすぎる。

【０００４】ページングにおいて衛星を利用することが
提唱されている。衛星を採用することは、従来のページ
ャ・システムのレンジの限定という問題に対処してい
る。しかし、衛星を利用することによって独自の問題が
生じる。例えば、一般に衛星は、低電力送信のみを利用
することに限定されている。従って、現時点では衛星は
地上の中継局に放送するためにのみ利用され、この中継
器は高電力信号を近傍のページャに再放送することがで
きる。そのため、地上中継局によって達成されるレンジ
以上にレンジを拡大することはできない。なぜならば、
現在のページ受信装置、すなわちページャは衛星の信号
を受信できないためである。さらに、ページを伝達する
ためには、スペクトルの二重割当が必要になる。一方の
通信リンクがページ通信を衛星から地上中継局に伝達
し、もう一方の通信リンクがページ通信を地上中継局か
らページャに伝達する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】同報ページング・シス
テムにおいて衛星と地上送信機とを統合することが提唱
されている。しかし、このような同報ページング・シス
テムでは、衛星を静止軌道(geostationary orbit) に配
置しなくてはならない。静止軌道は地球から約３５，０
００ｋｍ（２２，０００マイル）の上空にあるので、静
止衛星から放送される信号は地表では弱くなる。信号を
受信するため大きなアンテナを用いずに地表で受信する
ことは不安定になる。従って、このようなシステムにお
けるページャは非現実的に大きくて高価な受信機器を内
蔵するか、あるいは衛星伝送による同報のの便宜を見送
る必要がある。

【０００６】衛星送信ページおよび地上送信ページの両
方を受信できるデュアル・モード・ページャを利用する
ことも提唱されている。このシステムでは、衛星送信ペ
ージは地上送信ページとして再放送される。衛星は、低
周回軌道に配置することができる。従って、地上送信ペ
ージは、衛星送信ページとの干渉を防ぐため、衛星送信
ページと異なる通信リンクを用いる。さらに、地上送信
ページが利用可能な干渉の多い都市地域を除き、ページ
ャは衛星送信信号を確実に受信することができる。これ
は、これらの信号は地球からわずか数百マイル上空から
発信されているためである。一方、デュアル・モード受
信機を用いると、ページャの寸法，重量，消費電力およ
びコストが増加する。さらに、ページを送信するために
要するスペクトル量は、一つの通信リンクのみでページ
を送信する場合に比べて２倍になる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】従って、本発明の利点
は、改善された通信システムを提供することである。

【０００８】本発明の別の利点は、地理的にセルラ・パ
ターンで割り当てられた通信スペクトルの一部を再利用
するために復元することである。さらに別の利点は、本
発明は、セルラ・パターンの非アクティブ・セルに割り
当てられた通信リンクを利用して、この非アクティブ・
セルにおいて干渉を起こさずに、ページや他の形式の通
信などのデータを送信することである。

【０００９】本発明の別の利点は、さまざまな位置にお
いて地上送信機から衛星信号を再放送し、かつ、シング
ル・モード・ページャのみを運用する低軌道上の衛星網
を利用するページング・システムを提供することであ
る。

【００１０】本発明の上記および他の利点は、一例にお
いて、あるサイトについて一つのセルがアクティブ・セ
ルであり複数のセルが非アクティブ・セルであるセルラ
・パターンで地理的に割り当てられた通信スペクトルの
一部を復元する方法によって実現される。この方法は、
このサイトにおいて、第１群のリンク・パラメータに基
づいて信号を受信することを必要とする。この第１群の
パラメータは、アクティブ・セルと関連している。第２
群のリンク・パラメータは、第１群のパラメータから予
測される。この第２群のパラメータは、非アクティブ・
セルの一つに関連している。この一つの非アクティブセ
ルは、このセルで行なわれる通信が第２群のパラメータ
によって定められるスペクトルを用いる伝送によって干
渉しないように選択される。次に、この第２群のリンク
・パラメータによって定められる通信スペクトルを用い
て、通信が伝送される。

【００１１】図面と共に以下の詳細な説明および特許請
求の範囲を参照することにより本発明に対する理解が深
まるであろう。ただし、図面を通して同様な参照番号は
同様な項目を表す。

【００１２】

【実施例】図１は、本発明の好適な実施例に従って構成
された環境１０の配置図を示す。衛星網１２は、地球１
６の周りの比較的低い軌道に配置された複数の衛星１４
を含む。各衛星１４は、衛星網１２によって少なくとも
部分的に形成された通信ネットワークのノードを表す。
低軌道のため、衛星１４は地球に対して常に移動してい
る。例えば、衛星１４が地球から７６５ｋｍ上空の軌道
に配置されている場合、上空の衛星１４は地球の表面の
ある一点に対して約２５，０００ｋｍ／時の速度で移動
していることになる。これにより、衛星１４は最大約９
分間の間地球の表面の一点の視界に入ることができる。
衛星１４は比較的低い軌道のため、任意の一つの衛星か
らの実質的に見通し線の電磁伝送は、時間的なある点に
おいて地球の比較的小さい領域をカバーする。例えば、
衛星１４が地球から７６５ｋｍ上空の軌道に配置されて
いる場合、このような伝送は直径約４０７５ｋｍの地域
をカバーする。

【００１３】衛星網１２は、地表上の任意の一点と衛星
１４の任意の一つとの間でいつでも通信ができるように
構成されることが好ましい。従って、通信装置１８は通
信装置の集合の一つの装置を表すだけであり、この集合
は数百万の数にもなりうる。通信装置１８は、地表上の
実質的に任意の場所に携帯または設置することができ、
衛星網１２から通信サービスを受信することができる。
本発明の一つの実施例に従って、通信装置１８が受信で
きる一つのサービスは、ページング・サービスである。
そのため、装置１８は衛星網１２の近傍の衛星１４から
送信される通信信号を絶えず監視して、自己に宛てられ
たページ通信を検出することができる。衛星１４から直
接送信された信号は、本発明に限り、主通信(primary c
ommunication) とみなす。

【００１４】装置１８は世界中の任意の場所に携帯する
ことができるので、装置１８による受信は装置の環境に
応じてかなり異なることが当業者に理解される。例え
ば、装置１８が地下室，山地付近，大きな建物内または
その付近，自動車内などに入ると、主通信は不安定にな
る。これらの干渉物の多くは都市地域では一般的であ
る。

【００１５】環境１０はさらに、副通信(secondary com
munication) コントローラ２０を含む。コントローラ２
０は、主通信がクリアにかつ確実に受信できるサイト２
２において地表付近に配置されることが好ましい。この
ようなサイトとしては、例えば、塔や高い建物などがあ
る。衛星１４と比較して、これらの高いサイトはまだ地
球に近い。コントローラ２０は移動してもよいが、衛星
１４の移動に対するコントローラ２０の移動は重要でな
いことが望ましい。環境１０では、任意の数のコントロ
ーラ２０を設けてもよい。

【００１６】本発明の一つの実施例では、コントローラ
２０は都市地域に配置され、コントローラ２０は衛星網
１２から送信された主ページ通信を監視し、このページ
通信を副通信として再放送する。これらの副通信は、主
通信に干渉せずに、主通信によって用いられるスペクト
ルの一部を利用する。この実施例では、コントローラ２
０はページ通信用の地上再放送局として機能する。別の
実施例では、コントローラ２０は衛星網１２から送信さ
れる主通信を監視して、主通信と干渉せずに主通信のス
ペクトルの一部を利用して、他の独立した副通信をどの
ようにして行なうかを判断する。

【００１７】図２は、衛星１４によって実現されるセル
ラ・アンテナ・パターンの配置図を示す。図２に示すよ
うに、各衛星１４は指向性アンテナのアレイ（図示せ
ず）を有する。各アレイは、衛星１４に対してさまざま
な角度で地表上に複数の離散的なアンテナ・パターンを
放射する。図２は、衛星１４が地表上に形成するセル２
４のパターンの図を示している。便宜上、図２は重複や
隙間がないように離散的な６角形の形状でセル２４を示
している。しかし、実際には、同じ太さの線は６角形で
はなく円形でもよく、アンテナの側帯波(side lobe) が
パターンを変形することがあり、また、隣接セル間の重
複もあることが当業者に理解される。

【００１８】衛星１４が地球の上空７６５ｋｍに配置さ
れている場合、セル２４は直径約６９０ｋｍとなる。衛
星１４が地球に対して最高２５，０００ｋｍ／時の速度
で移動している場合、セル２４もほぼこの速度で地球上
空を移動し、地表上の任意の点は約１分足らずの間一つ
のセル２４内に入る。

【００１９】環境１０（図１参照）内の主通信は与えら
れたスペクトル量を占め、これを図３に示す。このスペ
クトルは、任意の数、好ましくは数千の周波数チャンネ
ル２６に分割されることが好ましい。従って、多数の独
立した通信リンクが干渉せずに同時に設定できるよう
に、この通信システムは周波数分割多元接続（frequenc
y division multiple access: ＦＤＭＡ）方式を採用し
ている。好適な実施例では、チャンネル２６はＬバンド
内またはその付近にあるが、他の周波数帯域も利用でき
ることが当業者に理解される。

【００２０】図２，図３において、これらの複数の周波
数チャンネルの全スペクトルは各セル２４内で利用可能
である。例えば、７セルの周波数再利用パターンは、隣
接セル間の干渉を防ぐため時分割多元接続（time divis
ion multiple access: ＴＤＭＡ）方式を用いて実現で
きる。すなわち、全スペクトルを各セル内で利用できる
が、隣接セルに異なる時間スロット２８が割り当てら
れ、この時間スロット内でスペクトルが利用できるよう
に、全スペクトルが時間的に分割することができる。そ
のため、本発明に限り、スペクトルは一つまたはそれ以
上の時間パラメータおよび周波数パラメータを用いて、
分割し、指定できるものとする。主通信はフレーム３０
に分割され、これらのフレームは、例えば、７セル再利
用パターンに対応する少なくとも７つの異なる時間スロ
ット２８を含むことができる。さらに、衛星１４からの
信号の送信に対して、および衛星１４における信号の受
信に対して別の時間スロット２８を割り当てることがで
きる。図３は、各セル２４の２つの時間スロット２８を
示す。衛星１４は、送信（Ｔ）時間スロット２８におい
て指定されたセル２４に対して通信を送信し、別の受信
（Ｒ）時間スロット２８において指定されたセル２４か
ら通信を受信することができる。

【００２１】好適な実施例では、デジタル信号のバース
トが一つの時間スロット２８内で高データ・レートで伝
送される。必要な容量に対応できるもっとも低いデータ
・レートが好ましいことはもちろんである。例えば、一
つの周波数チャンネル２６がページ通信の送信用に割り
当てられる場合、この周波数チャンネル内のデータ・バ
ーストは、この通信に利用される時間スロットに相当す
るセルの識別（identity: ＩＤ），ページングの対象と
なる複数の装置１８のアドレスおよびページ通信によっ
て伝達されるメッセージ・データを伝えることができ
る。

【００２２】図２において記号「Ａ」が付けられている
セルには時間スロット２８が割り当てられ、記号「Ｂ」
が付けられているセルには別の時間スロット２８が割り
当てられる。このように、同時に同じスペクトルを利用
するセルは、互いに地理的に離間されている。図２，図
３は７セルの７時間スロットの構成を示しているが、こ
れより大きいまたは小さい再利用パターンも利用でき、
すべての送信時間スロット２８が対応する受信スロット
２８を必要とするわけではなく、またすべての受信スロ
ット２８が対応する送信スロット２８を必要とするわけ
ではないことが当業者に理解される。

【００２３】セル２４は、アクティブまたは非アクティ
ブとみなすことができる。アクティブ・セル２４とは、
その圏内において受信装置が現在位置している一つのセ
ルのことである。すべての残りのセル２４は非アクティ
ブ・セルとなる。例えば、図２において、通信装置が
「Ｄ」セル内に位置している場合、「Ｄ」セルはアクテ
ィブであり、セル「Ａ」，「Ｂ」，「Ｃ」，「Ｅ」，
「Ｆ」，「Ｇ」は非アクティブである。セルの移動によ
り、現在アクティブなセルが受信装置から離れて、非ア
クティブになるため、アクティブ・セルが常にアクティ
ブであるとは限らない。一つのアクティブ・セルが非ア
クティブになると、別のセルが受信装置上に移動して、
アクティブになる。どの非アクティブセルがアクティブ
になるかは、セル２４の移動方向によって決まる。

【００２４】さらに図２は、一例として「Ｇ」セル２４
が現在アクティブであるサイト２２を示している。サイ
ト２２は副セル(sub-cell)３２によって取り囲まれ、こ
の副セルは、サイト２２から放送される副通信信号がセ
ル２４の境界付近で主通信が有する強度とほぼ同じ強度
を有するアンテナ・パターンを表す。副セル３２はセル
２４よりも小さく、副セルの直径はセル２４の半径より
も小さいことが好ましい。このように大きさが小さくな
ることは、地球上空の軌道ではなく地表付近にコントロ
ーラ２０を配置することによって行なわれる。実質的に
見通し線ＲＦ通信の場合には、コントローラ２０から副
通信が送信される電力レベルは衛星２０からの電力レベ
ルよりも実質的に高く、しかも副セル３２を小さな寸法
に維持することができる。

【００２５】図２に示すサイト２２の配置について、サ
イト２２から送信される副通信はセル「Ｇ」，「Ａ」，
「Ｆ」で利用されているものと同じ送信リンク・パラメ
ータ（周波数，時間スロットおよび変調方法など）を利
用しないが、これは干渉が発生するためである。さら
に、セル「Ｂ」，「Ｃ」の一部は副セル３２に近いた
め、干渉が発生する可能性がある。しかし、どの「Ｄ」
セルもセル２４の半径よりも副セル３２の近くにおら
ず、このセルにおける干渉はありそうにない。実際に、
図２に示すサイト２２の位置では、「Ｄ」セル２４は干
渉を受ける可能性の最も低い非アクティブ・セルの一つ
である。つまり、図２に示す時間的な瞬間において、副
通信は「Ｄ」セル２４で現在行なわれている主通信と干
渉せずに、「Ｄ」セル２４で用いられているリンク・パ
ラメータを利用することができる。

【００２６】図２に示す７セル再利用パターンのため、
非アクティブ・セル２４の少なくとも一つは、アクティ
ブ・セル２４内の任意の一点から離れたセル２４の半径
に少なくとも等しい距離にある。コントローラ２０（図
１参照）は、どの非アクティブ・セル２４が与えられた
瞬間においてこれらの条件に最適であるかを予測する。
この一つの非アクティブ・セルにおける主通信は、副通
信と干渉する可能性が最も少ない主通信である。この一
つの非アクティブ・セル２４のことを以下では復元可能
セル(recoverable cell)という。復元可能セルの識別
（ＩＤ）は、衛星１４が上空で移動するにつれて変化す
る。コントローラ２０は、復元可能セルで用いられてい
るリンク・パラメータのみを利用して、副通信を制御す
る。従って、復元可能セルに割り当てられるスペクトル
は復元されて、副セル３２内で行なうことのできる副通
信によって用いられる。

【００２７】図４は、コントローラ２０のブロック図を
示す。コントローラ２０は、スイッチまたは分割器(spl
itter)３６に結合するアンテナ３４を含む。アンテナ３
４で受信された信号は分割器３６を介して受信機３８に
送られる。コントローラ２０から送信される信号は、送
信機４０から分割器３６を介してアンテナ３４に送られ
る。受信機３８および送信機４０は、図３で説明した主
通信方式と整合性のあるフォーマットで信号をそれぞれ
送信し、受信するように構成される。受信機３８および
送信機４０は、合成器，発振器および／またはタイミン
グ回路（図示せず）などの特定の素子を共有して、コン
トローラ２０の設計を簡単にすることが望ましいことが
当業者に理解される。さらに、送信機４０および受信機
３８は異なるアンテナを利用できることが望ましい。し
かし、アンテナ３４はサイト２２の位置を定め（図１〜
２を参照）、このようないずれかのアンテナが実質的に
サイト２２になければ、以下で説明する手順に対して補
正を行なう必要がある。

【００２８】受信機３８および送信機４０はそれぞれプ
ロセッサ４２に結合する。プロセッサ４２はさらにタイ
マ４４およびメモリ４６に結合する。一つの実施例で
は、プロセッサ４２はさらに、コントローラ２０が副通
信として送信する信号を得るための信号源（図示せず）
に結合する。プロセッサ４２はタイマ４４を利用して現
時刻を維持し、図３で説明したＴＤＭＡフォーマットと
同期的に動作する。メモリ４６は、プロセッサ４２に対
する命令として機能するデータであって、プロセッサ４
２によって実行されると、コントローラ２０に以下で説
明する手順を実行させるデータを含む。さらに、メモリ
４６は、コントローラ２０の動作によって処理される変
数，テーブルおよびデータベースを含む。

【００２９】図５は、コントローラ２０によって実行さ
れるバックグランド手順４８のフローチャートを示す。
コントローラ２０は、予測手順５０と同時にバックグラ
ンド手順４８を実行することが好ましく、予測手順５０
のフローチャートは図６に示す。手順４８のタスク５２
において、コントローラ２０は受信機３８（図４参照）
を用いて、現アクティブ・セルを見つけ出す。

【００３０】タスク５２は、各時間スロット２８（図３
参照）で受信された信号を標本化して、どの信号が最も
強いかを判断する。最も強い信号がアクティブ・セルに
相当する可能性が最も高い。タスク５２はさらに、信号
のドップラを判断・評価して、さまざまな衛星１４（図
１参照）から送信された信号を弁別する。衛星１４が近
づきつつある場合には、ドップラ信号は正であり、衛星
が遠ざかりつつある場合には、ドップラは負になる。さ
らに、サイト２２から最も遠く離れた衛星（図１参照）
では、ドップラ・シフトは大きくなる。コントローラ２
０が時間スロット２８の一つにおいて副通信を送信する
場合、タスク５２はこの時間スロットを調べることを省
略することがのぞましい。以下で説明するように、この
時間スロットは復元可能セルに相当し、この復元可能セ
ルはアクティブ・セルである可能性が最も低く、送信機
４０が動作している際の受信機３８の動作によって、結
果が無効になる可能性が生じる。

【００３１】タスク５２によってアクティブ・セルが判
定されると、コントローラ２０はタスク５４を実行し
て、コントローラ２０をアクティブ・セルのリンク・パ
ラメータに同期させる。好適な実施例では、タスク５４
は内部タイミングを調整して、アクティブ・セルの時間
スロットと同期する。別の実施例では、タスク５４は周
波数を調整し、復調方法を選択することができる。タス
ク５４を行なうことによって、コントローラ２０は現ア
クティブ・セルのリンク・パラメータを利用して、上空
の衛星１４（図１参照）から送信されたデータを確実に
受信し、復号することができる。

【００３２】タスク５６は、アクティブ・セルの通信リ
ンク上で送信されたデータ通信からアクティブ・セルの
ＩＤを解読し、格納する。このＩＤは、例えば、前述の
７セル周波数再利用方式のセルの一つを残りのセルから
区別するデータによって伝えることができる。

【００３３】タスク５８は、コントローラ２０にページ
ング・システムの地上再放送局として機能させる本発明
の実施例によって実行される。特に、タスク５８は、ア
クティブ・セルの通信リンク上で受信された通信を待ち
行列に入れて、再放送する。好適な実施例では、これら
の通信はフレーム３０（第３図参照）などのある期間に
おいてアクティブ・セルの通信リンク上で受信された実
質的にすべての送信を表す。しかし、これらの通信を処
理して、再放送されないように特定の通信を除外しても
よい。

【００３４】タスク６０は、復元可能なセルのリンク・
パラメータを利用して待ち行列に入れられた通信を送信
する。この通信は、タスク５８で説明した通信でもよ
い。別の実施例では、通信は標本化された音声や、別の
信号源から得られる他のデータでもよい。復元可能なセ
ルのリンク・パラメータの判定し、これらのパラメータ
に基づいて送信機４０を動作させるようにプログラムす
ることは、以下で説明する予想手順５０の動作によって
すでに行なわれている。

【００３５】タスク６０の次に、プログラム制御はタス
ク５２に戻って、バックグランド手順４８を繰り返す。
従って、手順４８は主通信を反復的に監視して、現在の
状態におけるアクティブ・セルのＩＤを維持し、送信の
ために待ち行列に入れられた通信を反復的に送信する。

【００３６】図６において、予測手順５０はタスク６２
を実行して、現在のアクティブ・セルのＩＤを判定す
る。このＩＤデータは、前述のようにタスク５６におい
てすでに保存されており、絶えず更新されている。問い
合わせタスク６４は、現在のアクティブ・セルのＩＤ
と、最後に判定されたアクティブ・セルのＩＤとを比較
して、アクティブ・セルのＩＤが変化しているかどうか
判断する。

【００３７】コントローラ２０は、図７に示すパス・テ
ーブル６６と同様なデータ構造をメモリ４６に維持する
ことが好ましい。テーブル６６は、アクティブ・セルＩ
Ｄと、進入時間(entry time)および期間(duration)とを
一対一の対応で関連づける。テーブル６６は、任意の数
のセルに対するこのようなデータを格納することができ
る。コントローラ２０によって処理されるアクティブ・
セルのシーケンスが容易に判定できるように、テーブル
６６が構成されていることが好ましい。図６に戻って、
タスク６４はテーブル６６をアクセスして、このテーブ
ルに現アクティブ・セルとして記載されたデータがタス
ク６２で得られたアクティブ・セルのＩＤと一致するか
どうか判断する。タスク６４はこの判定を行なうため一
つまたはそれ以上のデータ平滑化処理を採用してもよい
ことが当業者に理解される。従って、タスク６４は、タ
イミングまたは他のデータが変更が安定していることを
示した後にのみ、アクティブ・セルの変更が発生したこ
とを判断することが望ましい。

【００３８】アクティブ・セルのＩＤが変化したとタス
ク６４が判断すると、コントローラ２０は復元可能なセ
ルのＩＤを予測する。つまり、タスク６８は新しいアク
ティブ・セルのＩＤおよび現時刻をテーブル６６（図７
参照）に保存する。さらに、タスク６８は、前回のアク
ティブ・セルがアクティブであった期間を計算し、保存
する。この期間は、現時刻を用い、かつ、古いアクティ
ブ・セルのＩＤと共にテーブル６６に保存された進入時
間を用いて計算することができる。

【００３９】タスク６８の次に、問い合わせタスク７０
は、タイミングおよび経時的(historical)な観点から、
コントローラ２０が２つのセルの境界にいることを示し
ているかどうかを判断する。

【００４０】図８は、コントローラ２０のメモリ４６に
保存されたセル方位マップ(cell orientation map)７２
の図面を示す。マップ７２は、セル２４（図２参照）の
所定の相対的方位を定めるデータを格納している。マッ
プ７２のポイント７４は、２つのセルの間の境界に位置
している。セル２４の移動により、サイト２２（図１，
図２参照）がマップ７２の斜線部のセルによって表され
るパス７６に沿って移動すると、２つのセルの間の境界
に沿った移動が生じることがある。ポイント７４付近の
「Ｂ」および「Ａ」セルのような隣接したアクティブ・
セルの間の振れは、タイミング的な観点を与え、これは
境界に沿った移動を示している。さらに、パス７６上の
セル「Ｃ」，「Ｇ／Ｆ」，「Ａ」セルなどの前回のアク
ティブ・セルは、境界に沿った移動を暗示する経時的デ
ータ(historical data) を与える。

【００４１】図６において、境界に沿った移動が起こっ
ているとタスク７０が判断すると、プログラム制御はタ
スク６２に戻り、現在のアクティブ・セルに別の変更が
生じていないか再度調べる。復元可能なセルの現在の予
測に変化はない。タスク７０の動作によって、コントロ
ーラ２０は復元可能なセルを不必要に頻繁に変更するこ
とを控える。

【００４２】しかし、アクティブ・セルの変更が検出さ
れたとタスク７０によって判断され、セル境界に沿った
移動が指摘されていない場合、タスク７８が実行され
る。タスク７８は、新しいアクティブ・セルを介して２
つの最大トラック（進路：track)を予測する。図８に戻
って、３つのパスの例が示されている。２つの最大トラ
ックとは、右端のトラック８０と左端のトラック８２を
表し、これらのトラックによりテーブル６６に記録され
ていないセルを通過せずに、直線はテーブル６６（図７
参照）に記録された前回のアクティブ・セルを通過す
る。「右」および「左」とは、サイト２２に対する衛星
の移動方向について用いられるが、「右」および「左」
の区別は説明の便宜のためにすぎないことが当業者に理
解される。図８は、各パスの例に関するトラック８０，
８２を示す。衛星１４はサイト２２に対して反復的な所
定の方法で移動し、この方法は直線に近似しているた
め、直線が選ばれる。

【００４３】トラック８０とトラック８２との間の領域
は、サイト２２が近い将来位置する新たなアクティブ・
セルの部分を表す。図８に示す例では、パス７６を進む
場合、セル「Ｇ」の中間に延在している極めて細い線内
の任意の点をサイト２２は占めることがある。パス８４
を進む場合、移動方向に対してセル「Ｅ」の右側にある
任意の点をサイト２２は占めることがある。また、パス
８６を進む場合、セル「Ｃ」の中間の広い領域ないの任
意の点をサイト２２は占めることがある。サイト２２は
図８に示す例ではなくセル２４を通過する任意のトラッ
クを進んでもよいことはもちろんである。さらに、一般
に、サイト２２によって占められる可能性のある領域
は、前回のアクティブ・セルを記述するデータが多く集
まれば、それだけ正確に判断できることが当業者に理解
される。しかし、処理時間を短縮するため、セルにおけ
る最大トラックを予測するために用いられるデータ量に
対して所定の制限を設けてもよい。

【００４４】図６に戻って、タスク７８が最大トラック
８０，８２を推測した後、タスク８８は、一方で、新た
なアクティブ・セル内のトラック８０，８２の進入点と
退出点との間の距離を計算し、もう一方で隣接する周り
のすべての非アクティブ・セルについても計算する。２
４個の距離計算が実行される。６つの非アクティブ・セ
ルのそれぞれについて行なわれる４つの計算値は互いに
に加算され、６つの距離の和となる。問い合わせタスク
９０はこの距離の和を調べて、新たなアクティブ・セル
が進む可能性の高いトラックはどれかを判断する。

【００４５】サイト２２が図８のパス８４について示す
ように、左側に実質的に進入しないでアクティブ・セル
の右側のトラックを進むとタスク９０が判断した場合、
タスク９２が実行される。タスク９２は、アクティブ・
セルの左側のセルを選択して、これを復元可能セルとし
て利用する。パス８４の場合、これは図８に示す事例で
はセル「Ｃ」となる。すべての「Ｃ」セルは、サイト２
２から離れたセル２４の半径に少なくともほぼ等しい距
離に留まり、パス８４の「Ｅ」セル９４はアクティブに
維持される。サイト２２が右側に実質的に進入しないで
アクティブ・セルの左側のトラックを進むとタスク９０
が判断した場合、タスク９６が実行される。タスク９６
はアクティブ・セルの右側のセルを選択して、これを復
元可能セルとして利用する。この場合については図８に
示されていないが、セル９４について示されている状況
の勝手違いの図を表す。

【００４６】距離の和が残りのものに比べて実質的に長
い場合、サイト２２のトラックはセルの左または右側を
進むとタスク９０は結論することができる。もちろん、
これらの結論に達する他の適切なアルゴリズムを利用し
てもよいことが当業者に理解される。

【００４７】タスク９０は、図８のセル９８に示す狭い
トラックは左トラックか右トラックかを判断でき、それ
に応じてプログラム制御を渡すことができることが望ま
しい。この場合、左の「Ｆ」セルまたは右の「Ｄ」セル
のいずれかが復元可能セルとして選択でき、サイト２２
はセル９８の中心の狭いトラックを進む。

【００４８】一方、タスク９０は距離計算値を調べて、
図８のセル１００に示すようなアクティブセルの中心か
らの広いトラックを予測することもできる。セル１００
の中心からのトラックが広いということは、復元可能セ
ルとしてアクティブセルの左または右側のセルが最も適
しているかをコントローラが妥当な確率で判断できない
ことを意味する。従って、タスク１０２は前回のアクテ
ィブ・セルはどのセルかを予測するか、あるいはどのセ
ルが次のアクティブセルかを予測して、復元可能セルと
していずれか一方を選択する。図８において、タスク１
０２は「Ｆ」セルが好適なアクティブ・セルとであると
判断し、パス８６における現在のアクティブ・セル１０
０から最大トラック８０，８２の平均を拡大することに
よって、「Ｂ」セルが次のセルであると予測する。この
予測は誤りと判明することもあることが当業者に理解さ
れる。しかし、セル１００に示すようなトラックと同様
なトラックを暗示する条件の下でサイト２２が新たなア
クティブ・セルに進入すると、前回のセルまたは次のセ
ルはまだ現在位置から少なくともセル２４の半径の距離
だけ離れていることになる。

【００４９】図６において、タスク１０２が復元可能な
セルとして次のセルを予測し、選択すると、タスク１０
６は現在のアクティブ・セルがアクティブでいる期間を
推定し、現在のアクティブ・セルのほぼ中心においてア
ラームが終了するようにタイマを設定する。このように
期間を推定することは、衛星１４（図１参照）の所定の
速度についておよび現在のアクティブ・セルの平均予測
トラック(average predicted track) について把握する
ことによって行なうことができる。この平均予測トラッ
クとは、左トラック８０と右とラック８２（図８参照）
との間の半分の距離に延在する。サイト２２が境界を実
際に越えて、新たなアクティブ・セルに入るまでタスク
１０６は実行されない可能性を考慮するため、現時刻か
らの期間のほぼ１／２の時間からわずかな所定の固定期
間を引いた時間において終了するように、タスク１０６
はアラームを設定できることが望ましい。

【００５０】タスク６４に戻って、新たなアクティブ・
セルに進入していないとコントローラ２０が判断した場
合、タスク１０６で設定された可能性のあるアラームが
終了したかどうかを問い合わせタスク１０８は判断す
る。アラームが終了していない限り、プログラム制御は
タスク６２に戻り、現在のアクティブ・セルのデータを
再度調べる。アラームが終了したとタスク１０８が判断
すると、タスク１１０が実行され、最後のアクティブ・
セルを復元可能なセルとして選択する。図８において、
パス８６によって示される例における「Ｃ」セル１００
が現在のアクティブ・セルである場合、「Ｆ」セル１１
２は最後のアクティブ・セルである。従って、サイト２
２が「Ｃ」セル１００のほぼ中心に達すると、復元可能
セルのＩＤは「Ｂ」セル１０４から「Ｆ」セル１１２に
変化する。これにより、復元可能セルは、アクティブ・
セル内のサイト２２の実際の位置から離れたセル２４の
少なくとも半径にほぼ等しい距離に維持することができ
る。

【００５１】復元可能セルがタスク９２，９６，１０２
／１０６または１１０の一つによって選択された後、プ
ログラム制御はタスク１１４に進む。タスク１１４は、
復元可能セルの変更を処理する。この処理には、例え
ば、バックグランド手順４８（図５参照）のタスク６０
において送信のために待ち行列に入れられた通信に制御
データを挿入することが含まれる。このような制御デー
タは、通信を監視している受信機に対して、今後の通信
に用いる新たなリンク・パラメータを通知し、またリン
ク・パラメータが変化する今後の時間を通知する。この
制御データは、例えば、このような通信がセルからセル
へと渡される場合に、主通信の受信機に対して衛星１４
が生成し、送信する制御データを模擬する。従って、主
通信の受信機は、変更なしに副通信の受信機としても機
能することができる。

【００５２】新たなリンク・パラメータは、メモリ４６
（図４参照）に保存されたテーブルを調べることによっ
て得ることができ、このメモリは、図９に示すリンク・
パラメータ・テーブル１１６と同様な構造を有すること
が好ましい。テーブル１１６は、復元可能セルとして選
択可能な各セルのＩＤとリンク・パラメータを関連づけ
る。これらのパラメータには、各セルの送信部分と関連
する時間スロット２８（図３参照）の定義と、各セルで
用いられる通信リンクを互いに完全に区別するために必
要な他の通信リンク・パラメータとが含まれる。本発明
のさまざまな実施例では、このような他のパラメータに
は、使用される周波数チャンネルおよび／または使用さ
れる変調方法の仕様が含まれる。タスク１１４は、テー
ブル１１６に対するキーとして、新たに選択された復元
可能セルを用いる。

【００５３】好適な実施例では、衛星１４（図１および
図３参照）の観点から送信チャンネルのみを副通信に用
いている。地球の曲面によって、地球の表面付近から送
信される副通信の地球付近の受信機と、少なくともセル
半径だけサイト２２から離れた位置に衛星１４から送信
される主通信の地球付近の受信機との間の干渉が防がれ
る。一方、衛星１４の観点からの受信チャンネルは、主
通信と副通信との間の干渉を受けることがある。なぜな
らば、サイト２２と衛星１４との間、ならびに復元可能
セルに位置する送信装置と衛星１４との間には直接見通
し線が存在するためである。このため、テーブル１１６
は衛星１４からの送信に関連する時間スロットのみを識
別する。

【００５４】次のリンク変更が行なわれようとすること
を副通信を受信する装置に通知した後、タスク１１４は
適切な時間においてテーブル１１６からの適切なリンク
・パラメータで送信機（図４参照）をプログラムして、
通信リンクの変更を行なう。タスク１１４の次に、プロ
グラム制御はタスク６２に戻り、現在のアクティブ・セ
ルのＩＤを再度調べる。

【００５５】本発明に従って、衛星１４から送信される
主セルラＲＦ通信を受信することのできる通信装置１８
（図１参照）は、コントローラ２０から送信される副通
信を受信するため、修正したり、改善したり、あるいは
変更する必要はない。むしろ、副通信は主通信と同様に
同じリンク・パラメータ上で行なわれる。装置１８は、
この装置が利用可能な通信リンクのうち最も強い通信リ
ンクを選択できることが望ましい。コントローラ２０が
近くに位置している場合、装置１８はコントローラ２０
からの副通信は上空の衛星１４からの主通信よりも強い
と結論することができる。このとき、装置１８は主通信
ではなく副通信に同期する。コントローラ２０を都市地
域に配置することにより、衛星１４から送信されるペー
ジング通信の受信を改善することができる。

【００５６】以上、本発明は、セルラ・パターンに基づ
いて再利用するために地理的に割り当てられたスペクト
ルを利用する改善された通信システムを提供する。本発
明は、このスペクトルの一部を再利用するために復元し
て、副通信を伝達するコントローラを提供する。このコ
ントローラは、非アクティブ・セルに割り当てられたス
ペクトルの一部を利用して、この非アクティブ・セルに
おいて干渉を発生せずにページング通信や他の種類の通
信を送信する。これらのコントローラを利用してページ
ング・システムを構築することにより、低軌道で周回す
る衛星から得られた信号を受信し、再放送することがで
きるようになる。このようなシステムにおけるページ受
信装置は、主通信と副通信とを区別する必要なしに一つ
のモードのみで動作することができる。

【００５７】好適な実施例を参照して本発明について説
明してきた。しかし、本発明の範囲から逸脱せずに、こ
れらの好適な実施例に対して変更や修正が可能なことが
当業者に理解される。例えば、次のアクティブ・セルお
よびアクティブセルへのパスを予測するために本明細書
で説明された特定のアルゴリズムは、予測のために用い
ることのできるさまざまなアルゴリズムからの例にすぎ
ないことが当業者に理解される。例えば、過去のアクテ
ィブ・セル期間情報を過去のアクティブ・セルＩＤ情報
と組み合わせて、アクティブ・セルへの可能なトラック
をより正確に予測できることが当業者に理解される。同
様に、直線ではなく曲線として過去のアクティブ・セル
への可能なトラックを記述することにより、精度を改善
することができる。当業者に容易に想起されるこれらお
よび他の変更および修正は本発明の範囲に含まれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】衛星方式のセルラ通信システムの配置図を示
す。

【図２】衛星から送信される信号によって地球の表面上
で形成されるセルラ・パターンの配置図を示す。

【図３】セルラ通信システムにおいて用いられるスペク
トルの一例のブロック図を示す。

【図４】副通信コントローラのブロック図を示す。

【図５】副通信コントローラによって実行されるバック
グランド手順のフローチャートを示す。

【図６】副通信コントローラによって実行される予測手
順のフローチャートを示す。

【図７】副通信コントローラのメモリ内に維持されるパ
ス・テーブルを示す。

【図８】副通信コントローラのメモリ内に維持されるセ
ル方位マップを示す。

【図９】副通信コントローラのメモリ内に維持されるリ
ンク・パラメータ・テーブルを示す。

【符号の説明】

１０環境１２衛星網１４衛星１６地球１８通信装置２０副通信コントローラ２２サイト（局）２４セル２６周波数チャンネル２８時間スロット３０フレーム３２副セル３４アンテナ３６スイッチまたは分割器３８受信機４０送信機４２プロセッサ４４タイマ４６メモリ４８バックグランド手順５０予測手順６６パス・テーブル８０，８２トラック８４，８６パス１１６リンク・パラメータ・テーブル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特表平５−502768（ＪＰ，Ａ) 特表平５−501485（ＪＰ，Ａ) 欧州特許出願公開470831（ＥＰ，Ａ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04B 7/26 H04Q 7/00 - 7/38

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】あるサイトについて一つのセル（２４）
がアクティブ・セルであり、複数のセルが非アクティブ
・セルであるセルラ・パターンにおいて、地理的に割り
当てられる通信スペクトルの一部を復元する方法であっ
て：前記サイト（２２）において、前記アクティブ・セ
ルと関連する第１群のリンク・パラメータ（５４）に基
づいて信号を受信する段階（５２）；第２群のリンク・
パラメータ（５０）を予測する段階であって、前記第２
群のリンク・パラメータ（５０）によって定められるス
ペクトルを利用する送信によって干渉する可能性のない
前記非アクティブ・セルの一つと関連する第２群のリン
ク・パラメータ（５０）を予測する段階；および前記第
２群のリンク・パラメータ（５０）によって定められる
通信スペクトルを利用して通信を送信する段階（６
０）；によって構成されることを特徴とする方法。
【請求項２】セルラ通信システム内で行なわれる主通
信に干渉しないように副通信を制御する装置（２０）で
あって、前記主通信は前記セルラ通信システムのアクテ
ィブ・セルをキャラクタライズするアクティブ・リンク
・パラメータのセットと、非アクティブ・セルをキャラ
クタライズする複数のセットの非アクティブ・リンク・
パラメータとに基づいて行なわれる装置は：前記アクテ
ィブ・リンク・パラメータのセットに基づいて送信され
る前記主通信を受信する受信機（３８）；前記受信機
（３８）に結合され、非アクティブ・リンク・パラメー
タの前記セットのうち一つを発生する制御手段（４
２）；および前記制御手段（４２）に結合され、非アク
ティブ・リンク・パラメータの前記の一つに基づいて副
通信を送信する送信機（４０）；によって構成されるこ
とを特徴とする装置。
【請求項３】セルラ・ページング・システムで利用さ
れる再放送局を運用する方法であって、ページ通信が軌
道上を周回する少なくとも一つの衛星から発信され、か
つ、前記再放送局近傍の地域におけるページング信号レ
ベルを向上するため再放送される再放送局を運用する方
法は：（ａ）サイト（２２）において、前記衛星から送信され
た前記ページ通信を受信する段階；（ｂ）前記サイトについて前記セルラ・システムの現在
アクティブなセルを識別する段階（６２）；（ｃ）前記サイト上を移動する前記現在アクティブなセ
ル内の地域を予測する段階（７０）；（ｄ）最も近い部分が前記サイトからセル半径（３２）
にほぼ等しい距離だけ少なくとも離れている、前記現在
アクティブなセル」に対して隣接しているセルを識別す
る段階；（ｅ）前記隣接セルにおける前記衛星からのページング
・システム送信をキャラクタライズするリンク・パラメ
ータを取得する段階（４８）；および（ｆ）前記リンク・パラメータに基づいて前記ページ通
信を送信する段階（６０）；によって構成されることを特徴とする方法。