JP3836135B2 - 衛星通信システムにおける地域的セル管理のための方法および装置 - Google Patents
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Description
本発明は一般的には複数のアンテナビーム内で放送を行ないかつ個々のビーム内に位置するユーザと通信するセルラ通信システムに関する。より特定的には、本発明は個々のアンテナビーム内のユーザに通信チャネルを割当てる衛星通信システムに関する。
発明の背景
セルラ通信システムにおいては、一般に該システムによって獲得要求(acquisition request)が受信された場合に通信チャネルが加入者ユニットに割当てられる。割当てられる通信チャネルは該加入者が位置する同じセルまたは地域において現在使用中の他の通信チャネルと干渉しないように選択される。割当てられる通信チャネルはまた近隣のセルにおいて現在使用中の他の通信チャネルと干渉しないように選択される。
予測されたトラフィック要求に基づき通信チャネルを割当てる従来技術の通信システムは予測される要求が非常に正確なものではないという問題を有する。これはチャネルの不適切な割当てを生じかつ効率が悪い。実時間チャネル割当てはシステム内の全てのチャネル割当ての完全な知識を最適に持つことを必要とする。伝搬遅延および限られたデータリンク容量のため、チャネル割当てのリアルタイムの知識は世界的通信システムにおいては実際的ではない。
衛星通信ステーションを含む世界的通信システムにおいては、チャネル配分および割当ての最適の手法は割当てられかつ現在使用中の全てのチャネルの包括的な知識を必要とする。包括的な知識の利点は衛星に関するチャネル割当ての間の間接的な相互作用が計画できこれは利用可能なチャネル資源の最大の利用を可能にする。たとえば、インドにわたり割当てられるチャネルは中央アジアおよび中東において割当てできるチャネルを制限することによりヨーロッパにわたり割当てるために利用できるチャネルに影響を与える。リアルタイムの知識は需要があるところに容量を配置することを可能にする。この手法の不都合は通信が大きな距離をカバーする場合にこの情報をリアルタイムで転送するための能力が制約されることである。包括的な知識の手法に対する他の不都合は絶えずチャネル割当て情報を転送するためにデータチャネルを大量に使用することである。
したがって、必要なことはシステムにおける全てのチャネル割当ての完全な知識なしにリアルタイムで通信チャネルを加入者ユニットに動的に割当てるための方法および装置である。また、上に述べた不都合を生じることなくリアルタイムの知識の効果を有する通信チャネルを割当てるための方法および装置も必要である。さらに、衛星を基礎としたあるいは衛星に基礎を置く(satelite−based)通信システムにおいて他の割当てられたチャネルとの干渉を避けることができるチャネル再使用機構を使用して加入者ユニットに通信チャネルを割当てる方法および装置も必要である。
【図面の簡単な説明】
図1は、本発明を実施することができる衛星を基礎とした通信システムの高度に単純化した説明図である。
図2は、本発明の好ましい実施形態において使用するのに適した衛星通信ステーションの単純化したブロック図である。
図3は、本発明の好ましい実施形態において使用するのに適したシステム制御ステーションおよび地上ステーションの単純化したブロック図を示す。
図4は、低高度地球軌道衛星の干渉の筋書きを示す。
図5は、本発明の好ましい実施形態において使用するのに適した衛星通信ステーションによって規定される連結した局部領域の単純化した例を示す。
図6は、本発明の好ましい実施形態において使用するのに適したチャネル割当て手順のフローチャートを示す。
図面の詳細な説明
本発明は、とりわけ、加入者ユニットに対しチャネルを適応的に割当てるための動的な、リアルタイムの方法および装置を提供する。衛星通信システムにおいては、通信チャネルは地域ごとに分けられたチャネル割当ておよび再使用機構を使用して実際の需要に基づきリアルタイムで動的に割当てられる。システム容量およびチャネル干渉または妨害の間のトレードオフは連結する局部的領域(interlocking local regions)の使用によって最適化される。お互いの無線見通し線内の衛星通信ステーションが各々の局部的領域を形成するのが好ましい。局部的領域を構成する通信ステーションは通信ステーションが軌道位置を通って移動するに応じて変化する。チャネル再使用の規則はシステムの負荷およびサービスの需要に適応するようにされる。各通信ステーションはその局部的領域を確立しかつその局部的領域内の他の通信ステーションにそれがある加入者ユニットに通信チャネルを割当てる場合には通知を行なう。各局部的領域内のチャネル割当ては規定(defining)通信ステーションによって局部的に維持される。
「衛星(satellite)」はここでは地球を周回することを意図した人工の物体または車両を意味するものとして定義されかつ低高度軌道周回(low−earth orbiting:LEO)衛星を含む静止および周回衛星の双方および/またはそれらの組合わせを含む。「衛星群(constellation)」はここでは地球の一部(単数または複数)または全ての特定のカバレージ(たとえば、無線通信、写真測量、その他)を提供するために軌道に配置された衛星の集団を意味するものとして定義される。衛星群は典型的には複数のリング(または面)の衛星を含みかつ各面において等しい数の衛星を含むものとすることができるが、これは必須のことではない。ここで使用されている用語「セル」および「アンテナビーム」はいずれか特定の発生モードに限定されることを意図したものではなくかつ地上または衛星セルラ通信システムおよび/またはそれらの組合わせによって生成されるものを含む。本発明は低高度地球軌道を有する衛星を含むシステムに適用可能である。さらに、それは任意の傾斜角度を有する軌道(たとえば、極、赤道または他の軌道パターン)に適用可能である。
図1は、本発明が実施できる衛星を基礎とした通信システム10の高度に単純化した図を示す。通信システム10は6つの極軌道14を使用し、各軌道14は11個の衛星通信ステーション12を保持し、合計66個の衛星12を有する。しかしながら、これは必須のことではなくかつより多くのまたはより少ない衛星、あるいはより多くのまたはより少ない軌道、を使用できる。本発明は大きな数の衛星が使用される場合に好適に使用することができるが、それはまたより小さな数の衛星に適用することもできる。明瞭化のため、図1は少しの衛星通信ステーション12のみを示している。
たとえば、各軌道14はおよそ780kmの高度で地球を取り囲んでいるが、より高いまたはより低い軌道の高度も採用して有用である。例示的な衛星12の比較的低い軌道のため、実質的に見通し線電磁波(例えば、無線、光、その他)のいずれか1つの衛星からの送信またはいずれか1つの衛星による信号の受信は任意の瞬間に地球の比較小さな領域を包含しまたはカバーする。
示された例に対しては、衛星12はおよそ25,000km/hrで地球に対して進行し、衛星12が地上ステーションにとってほぼ9分の最大期間の間見えることができるようにする。衛星通信ステーション12は地上ステーションと通信し、地上ステーションはいくつかの数の無線通信加入者ユニット(SU)26およびシステム制御セグメント(SCS)28に接続された地球ターミナル(ET)24を含むことができる。ET24はまたゲートウェイ(GW)22に接続することができ、該GW22は公衆交換電話ネットワーク(PSTN)または他の通信設備へのアクセスを提供する。図1では明瞭化のためおよび理解を容易にするためにGW22、SCS28およびSU26の各々の1つのみが示されている。ET24はSCS28またはGW22と一緒に配置しあるいは別個に配置することができる。SCS28に関連するET24は衛星12のトラッキングを記述するデータを受信しかつ制御情報のパケットを中継し、一方GW22に関連するET24はデータパケット(例えば、進行中の呼に関連する)を中継するのみである。
SU26は地球の表面上または地球上の大気中の任意の場所に配置することができる。SU26は好ましくは衛星12にデータを送信しかつ衛星12からデータを受信できる通信装置である。一例として、SU26は衛星12と通信するよう構成された手持ち型、携帯用セルラ電話とすることができる。通常、SU26は通信システム10のための何らかの制御機能を行なう必要はない。
通信システム10は任意の数、潜在的には無数の、加入者ユニット26を収容できる。本発明の好ましい実施形態においては、加入者ユニット26は加入者リンク16を介して近隣の衛星12と通信する。リンク16は数多くのチャネルに分割される電磁スペクトルの限られた部分を含む。リンク16は好ましくはLバンドの周波数チャネルの組合わせでありかつ周波数分割多元接続(FDMA)および/または時分割多元接続(TDMA)通信またはそれらの組合わせを含むことができる。最小限として、衛星12は1つまたはそれ以上の放送チャネル18によって絶えず送信を行なう。加入者ユニット26は放送チャネル18に同期しかつ放送チャネル18を監視してそれらに向けられるデータメッセージを検出する。これらのデータメッセージは加入者ユニットに他のパーティが通信を希望していることを通知するリング警報(ring−alerts)ならびに特定のメッセージを伝達するページの双方を含む。加入者ユニット26はメッセージを1つまたはそれ以上の捕捉または獲得チャネル19によって衛星12へと送信することができる。放送チャネル18および捕捉または獲得チャネル19はいずれか1つの加入者ユニット26に専用のものではなく、現在衛星12の視界内にある全ての加入者ユニット26によって共有される。
これに対し、トラフィックチャネル17は衛星12によってときどき特定の加入者ユニットに割当てられる2方向チャネルである。本発明の好ましい実施形態においては、チャネル17〜19によってデータを通信するためにデジタルフォーマットが使用され、かつトラフィックチャネル17はリアルタイムの通信をサポートする。少なくとも1つのトラフィックチャネル17が各々の呼に対して割当てられ、各トラフィックチャネル17は、最低限、2方向音声通話をサポートするのに充分な帯域幅を有する。リアルタイムの通信をサポートするために、TDMA機構が好適に使用されて時間をフレームに、好ましくは60〜90ミリセカンドの範囲で分割する。特定のトラフィックチャネル17は各々のフレーム内で、好ましくは3〜10ミリセカンドの範囲の期間を有する、特定の送信および受信タイムスロットが割当てられる。アナログオーディオ信号はデジタル化され、それによって全フレームの信号が割当てられたタイムスロットの間に単一の短い高速バーストで送信または受信される。好ましくは、各々の衛星12は1000個またはそれ以上までのトラフィックチャネル17をサポートし、それによって各衛星12が同時に同じ数の独立の呼をサービスできるようにする。
衛星12はクロスリンク23を介して他の近隣の衛星12と通信する。好ましい実施形態では、クロスリンク23はKaバンド周波数チャネルである。したがって、地球の表面上またはその近くの任意の点に位置する加入者ユニット26からの通信は衛星12の衛星群を通して地球の表面上の実質的に任意の他のポイントの範囲内へと導くことができる。通信は加入者リンク16を使用して衛星12から地球の表面上のまたは地球の表面近くの加入者ユニット26へと導き下ろす(routed down)ことができる。あるいは、通信は地球リンク15を介して、図1ではその内2つのみが示された、数多くのET24の内の任意のものから導き下ろしあるいは導き上げることができる。ET24は好ましくは地政学的境界にしたがって地球の表面にわたり分布される。好ましい実施形態では、各衛星12は任意の瞬間に4つまでのET24および1000以上の加入者ユニット26と通信できる。
SCS28はシステム通信ノード(例えば、GW22、ET24および衛星12)の健全さ(health)およびステータスを監視しかつ望ましくは通信システム10の動作を管理する。1つまたはそれ以上のET24がSCS28および衛星12の間の主たる通信を提供する。ET24はアンテナおよびRF送受信機を含み好ましくは衛星12の衛星群のための遠隔測定(telemetry)、トラッキングおよび制御機能を行なう。
GW22は衛星12と関連して呼処理機能を行なうことができ、あるいはGW22は排他的に呼処理および通信システム10内の呼処理容量の割当てを処理することができる。PSTNのような、種々の地上を基礎としたまたは地上に基礎を置く通信システムはGW22を介して通信システム10にアクセスすることができる。
66個の衛星12の例示的な衛星群により、少なくとも1つの衛星12は全ての時間に地球の表面上の各ポイントの視界内にある(すなわち、地球の表面の完全なカバレージが得られる)。理論的には、衛星12の衛星群を通してデータを導くことにより任意の時間に任意の衛星12は任意のSU26またはET24と直接または間接的にデータ通信を行なうことができる。したがって、通信システム10は任意の2つのSU26の間、SCS28およびGW22の間、任意の2つのGW22の間、またはSU26およびGW22の間で衛星12の衛星集団を通してデータを中継するための通信経路を確立することができる。
図2は、本発明の好ましい実施形態において使用するのに適した衛星通信ステーション12の単純化したブロック図を示す。好ましくは、システム10(図1を参照)内の全ての衛星12は図2のブロック図によって示される機器を含む。衛星12はクロスリンク送受信機33および関連するアンテナ31を含む。送受信機33およびアンテナ31は他の近隣の衛星12へのクロスリンクをサポートする。地球リンク送受信機35および関連するアンテナ37は地球ターミナル24(図1)と通信するために地球リンクをサポートする。加入者リンク送受信機30および関連するアンテナ32は加入者ユニット26(図1)をサポートする。好ましくは、各々の衛星12は数千まであるいはそれ以上の加入者ユニット26(図1)のためのリンクを同時にサポートすることができる。もちろん、当業者はアンテナ31,37および32は単一の多方向性(multi−directional)アンテナまたは個別のアンテナのバンクとして実施できることを理解するであろう。各加入者リンクアンテナ32は同時に数多くのアンテナビームをアクセスすることができるフェーズドアレイ(phased array)アンテナであることが望ましい。
コントローラ34は送受信機33,35および30の各々ならびにメモリ36およびタイマ38に結合されている。コントローラ34は1つまたはそれ以上のプロセッサを使用して実施できる。コントローラ34は、とりわけ、現在のデータおよび時間を維持するためにタイマ38を使用する。メモリ36はコントローラ34への命令として作用しかつ、コントローラ34によって実行されたとき、衛星12が以下に説明する手順を実行するようにさせるデータを記憶する。さらに、メモリ36は衛星12の動作の間に操作される変数、テーブル、およびデータベースを含む。
加入者リンク送受信機30はコントローラ34によって指令される特定の、選択可能な、タイムスロットの間に全ての異なる選択可能な周波数によって送信および受信を行なうことができる他チャネルFDFM/TDMA送受信機であることが望ましい。加入者リンク送受信機30は信号アクセスおよび制御ならびにユーザ音声および/またはデータのための所望の数の送信および受信周波数を提供するために充分な数のチャネルを有する他チャネル無線機を含む。コントローラ34は周波数およびタイムスロット割当ての配分、アンテナビーム−アンテナビームハンドオフ、および他のオーバヘッドおよび管理および制御機能を提供することができる。加入者リンク送受信機30は任意の周波数チャネルセットで送信および受信ができ、したがってもし必要であれば各加入者リンク送受信機30は全ての周波数およびタイムスロット割当てを処理する能力を持つことによって全ての周波数チャネルセットの全スペクトル容量を使用することができることが望ましい。
図3は、本発明の好ましい実施形態において使用するのに適したシステム制御ステーション45および地上ステーション48の単純化したブロック図を示す。制御ステーション45および地上ステーション48はそれぞれSCS28(図1)およびET24(図1)の望ましい部分である。制御ステーション45はリンク41を介して関連する記憶媒体42(例えば、ランダムアクセスメモリまたはRAM、他の半導体または磁気的読出し−書込みメモリ装置、光ディスク、磁気テープ、フロッピディスク、ハードディスク、その他)に結合されたプロセッサ40を具備する。地上ステーション48は送信機43および受信機47に結合されたアンテナ49を含む。送信機43および受信機47は、それぞれ、リンク44および46を介してプロセッサ40に結合されている。プロセッサ40は望ましくは以下に例示しかつ関連するテキストにおいて説明する手順を実行する。例えば、適切な他のタスクを行うことに加えて、プロセッサ40は記憶媒体42にそのような手順からの結果を記憶する。送信機43および/または受信機47は衛星42にメッセージを送信しおよび/または衛星42からメッセージを受信する。
プロセッサ40は一般にユーザアクセス、メッセージ受信および送信、チャネルセットアップ、無線機同調、周波数およびタイムスロット割当て、およびコントローラ34(図2)によって管理または提供されない他のセルラ無線通信および制御機能を制御しかつ管理する。とりわけ、プロセッサ40および/またはコントローラ34(図2)はユーザが通信システム10にアクセスできるようにするための手順を実行するのが望ましい。これはチャネルセットアップのためのプロトコルおよび以下に説明する他の関連する機能のための手順を含むことができる。
図4は、低高度地球軌道衛星の妨害の筋書きを示す。直接的な妨害およびチャネル割当ての連鎖反応効果(chain reaction effect)は最適のチャネル割当て処理においてリアルタイムで包括的な知識の必要性を駆りたてる。直接的な妨害は特定の衛星において使用されているチャネルがお互いの見通し線(line−of−sight)内にある他の衛星によるチャネルと干渉する場合に生じ得る。これは以下により詳細に説明する。
チャネル割当ての連鎖反応効果は衛星がチャネルを加入者ユニットに割り当てる場合に発生する。その見通し線内の近隣の衛星に関して利用可能なチャネルは干渉のないチャネルに制限される。この制限はもとの割当て衛星の見通し線内にない他の衛星によって割当てできるチャネルを制約する。従って、衛星によるチャネルの割当ては衛星群全体におけるすべての他の衛星におけるチャネルの利用可能性に関して因果関係を有する。
図4を参照すると、衛星52,62および72は衛星通信ステーション12(図1および図2)と同様の低高度地球軌道における通信衛星であることが好ましい。衛星52,62および72はSU26(図1)と同様の加入者ユニットと通信する。図示のごとく、衛星52は通信リンク53によって加入者ユニット56と通信リンクを確立しており、衛星62は通信リンク63によって加入者ユニット66と通信リンクを確立しており、かつ衛星72は通信リンク73によって加入者ユニット76と通信リンクを確立している。加入者ユニット56,66および76は地球の表現上に位置するよう示されている。衛星62は衛星52および72の無線見通し線内にある。従って、衛星62は衛星52および72のRF通信と干渉する可能性がある。衛星52および72はお互いに無線見通し線内になく、かつ従ってお互いのRF通信と干渉する可能性はない。言い換えれば、無線周波信号は衛星62から直接衛星52または衛星72に送ることができるが、無線周波信号は衛星52と72との間で送ることができない。
衛星62は、加入者ユニット66と通信する場合、それぞれ加入者ユニット76および56に対する妨害経路64および65を有する。衛星52は加入者ユニット66と妨害経路54を有する。衛星62との妨害を防止するため、衛星52および72は通信リンク63と干渉しない通信リンク53および73に対する通信チャネルを選択しなければならない。非干渉チャネルを選択する結果として、衛星52に関するチャネルの選択は衛星62に関するチャネルの選択によって制約され、かつ逆も同様である。衛星52に関するチャネルの選択もまた衛星72によって割り当てられたチャネルによって制約され、かつ逆も同様である。従って、1つの衛星によるチャネルの割当ては他の衛星による割当てのために利用できるチャネルを制限する連鎖反応を引き起こす。
最適のチャネル割当てはシステム全体によって使用されているすべてのチャネルのリアルタイムの知識を必要とする(すなわち、包括的知識)。包括的知識は上に述べたチャネル割当ての連鎖反応効果のため望ましいものである。世界的な通信システムにおけるすべてのチャネル割当ての真のリアルタイムの知識は通信信号の有限の伝搬遅延のため不可能である。リアルタイムに近い知識も実際的ではなく、それは過剰なステータス報告が要求されこれは大きな通信資源を必要とする。予期されるまたは予測されるトラフィックに基づく通信チャネル資源の配分は最適に近い解決方法の1つの試みである。しかしながら、予測されるトラフィックの不確かさのため大きな非能率を生じる結果となり得る。前に述べたように、局部領域におけるリアルタイムに近いチャネル割当て情報はチャネル割当てに対する最適に近い解決方法を提供する。
図5は、本発明の好ましい実施形態において使用するのに適した衛星通信ステーションによって規定される連結する(interlocking)局部領域の単純化した例を示す。衛星群(図1を参照)の衛星はいくつかの近隣の衛星からなる複数の連結する局部領域へと編成されている。各衛星は、各衛星がシステム全体におけるすべてのチャネル割当ての知識を持つ必要性なしに、リアルタイムに近い正しいチャネル割当てのための必要な知識の大部分を得る。最適に近い解決方法が局部領域のチャネル割当ての知識によって得られる。
図5は衛星12の衛星群の部分80を示している。好ましい実施形態では、衛星12は地球を囲む低高度地球軌道にあり、かつその結果、衛星12は1枚の紙の上に示されるような平坦な構成で配置されるのではなく、球面上に位置することになる。各衛星12はそれ自身の局部領域を確立する。局部領域は好ましくはお互いの無線地平線または無線の視界(radio horizon)、または無線の見通し線内にあるすべての衛星を含む。例えば、衛星12gは局部領域81を規定する。局部領域81は衛星12a〜12h,12j〜12mおよび12oを含む。ローカル領域81におけるこれら13の衛星は衛星12gの無線見通し線内にある。衛星12iは衛星12gの無線見通し線内になく、かつ従って衛星12gの局部領域に含まれない。衛星12iは衛星12gの無線視界より下にある。例えば局部領域82は衛星12oによって規定され、かつ衛星12g,12j〜12m,12n,12o,12p,12r〜12vを含む。例えば局部領域83は衛星12lによって規定されかつ衛星12d,12f〜12i,12k〜12qおよび12tを含む。
前に規定したように、局部領域におけるすべての衛星はお互いに無線見通し線内にある。局部領域の外側の衛星は互いの無線見通し線の下にある。図5に示された例では、明瞭化のため3つの局部領域のみが示されているが、好ましい実施形態では、それぞれの衛星がそれ自身の局部領域を規定する。
ある局部領域(local region)における衛星の数は、衛星群における衛星の数、軌道の形式、衛星の軌道位置および高さ、および衛星の相対位置を含む、いくつかの要因に依存する。当業者が理解するように、すべての衛星が例えば極軌道にあるとき、局部領域の衛星の数は衛星が極に接近するに応じて増大する。同様に、すべての衛星が極軌道にある場合に、局部領域の衛星の数は衛星が赤道に接近するに応じて低減する。好ましい実施形態では、衛星12は極軌道にある。この状況では、衛星12は地球の極の一方に向かってあるいは地球の極の一方から離れるような方向の飛行経路方向85で移動している。図1において説明された好ましい実施形態では、低高度地球軌道に66個の衛星がある。ここで説明する例は極軌道の衛星についてのものであるが、本発明は衛星がお互いに無線見通し線内にある任意の軌道衛星通信システムに適用できる。
本発明の1実施形態では、局部領域は該局部領域を規定する衛星の見通し線内にある居住領域(populated areas)上の衛星のみを含むよう規定することもできる。この実施形態が極軌道または極軌道に近い軌道に衛星を含む場合は、前記規定する衛星または規定衛星(defining satellite)が極領域の上にあるときに視界に入る多数の衛星は局部領域から排除される。
本発明の他の実施形態では、各々の局部領域は固定した数の衛星を含む。局部領域を構成する衛星は前記規定する衛星がある最大の北緯および南緯の間、好ましくは55度の緯度の付近、にある場合に決定される。この実施形態の利点は各々の衛星上で必要とされる処理が単純化されることである。
図5の例によって分かるように、各々の衛星はいくつかの局部領域のメンバーである。1つの衛星はそれが規定する局部領域のメンバーであり、かつ近隣の衛星によって規定される局部領域のメンバーとなるであろう。衛星が所属する局部領域の数にかかわりなく、各衛星はそれ自身の局部領域のメンバーによるチャネル割当ての知識を持つことのみが要求される。例えば、衛星12g(図5)は局部領域81,82および83のメンバーであるが、局部領域81の衛星によるチャネル割当ての知識を持つことのみが要求され、それは局部領域81は衛星12gによって規定されているからである。例えば、衛星12mもまた局部領域81,82および83のメンバーであるが、これらの局部領域のいずれかにおけるすべての衛星の知識を持つことを要求されず、それは衛星12mは局部領域81,82または83のいずれかの規定衛星ではないためである。衛星12mは、図示しない、それ自身の局部領域に対する規定衛星となるであろう。
前記好ましい実施形態では、チャネル割当てはその局部領域内の他の衛星によって行われるチャネル割当てを基礎として加入者ユニットに配分される。好ましくは、ある規定衛星によって割り当てられる通信チャネルはその局部領域内の他の衛星によって割り当てられるチャネルと干渉しないものとされる。
チャネル割当てを行うためには、衛星の局部領域内のすべてのチャネル割当ての知識を持つことが好ましい。あるチャネルが加入者ユニットに割り当てる場合には、割当て衛星はメッセージをその局部領域内のすべての衛星に送る。該メッセージは少なくとも割り当てられる特定の通信チャネルを含む。図1の好ましい実施形態では、衛星の間のチャネル割当てメッセージはリンク21および23によって送られる。このチャネル割当て方法は好ましくは現在の局部的な要求、現在のユーザの局部的な分布、およびすでに割り当てられたチャネルの組を使用し受入れ可能な妨害性能を提供する新しい割当てを行う。FDMA/TDMAチャネルの組合わせが使用される好ましい実施形態では、非干渉または非妨害(non−interfering)通信チャネルの例は他の加入者ユニットに割り当てられていない周波数チャネルのタイムスロットを含む。
チャネル割当ての包括的な効果は連結する局部領域の使用によって捕捉される。各々の衛星は全衛星群内のすべてのチャネル割当ての真のまたはリアルタイムの包括的知識を維持しまたは持つことを要求されない。衛星はそれらの局部領域の外側の衛星とチャネル割当て情報を決して交換しない。衛星はチャネルがそれらと干渉する可能性のある衛星からの直接的な情報を受け、かつ連鎖反応効果は領域が連結しているため捕獲される。
連結の効果は次のように説明できる。すなわち、第1の局部領域を規定した第1の衛星があるチャネルを割り当てるとき、それはこのことをその局部領域内のすべての他の衛星に指示する。その局部領域内のすべての衛星に対するチャネル割当ての選択は該局部領域内の衛星が非妨害チャネルのみを割り当てることができるため制限されるようになる。従って、第1の局部領域内の各衛星に対し利用可能なチャネルのプールは制限される結果となる。第1の局部領域における他の衛星の1つ(第2の局部領域を規定している第2の衛星)がこの限られたチャネルのプールからあるチャネルを割り当てた場合、それは第2の局部領域内のすべての衛星にこの割当てを通知する。これは第2の局部領域内のすべての衛星に対し利用可能なチャネルの彼らの選択を制限する。第2の局部領域は第2の局部領域内にない衛星を含むから、第1の衛星による割当てはそれ自身の局部領域の外側で利用可能なチャネルのプールに間接的な影響を有する。この同じ効果がチャネルが衛星群内のすべてのチャネル割当ての真の、リアルタイムの包括的な知識に基づきチャネルが割り当てる場合に見られる。
図6は、本発明の好ましい実施形態において使用するのに適したチャネル割当て手順90のフローチャートを示す。好ましい実施形態では、手順90は衛星通信ステーション12(図1、図2および図5)によって行われる。タスク92においては、局部領域が規定衛星に対して確立または規定される。該局部領域は好ましくは規定衛星の通信ステーションの無線見通し線内にあるすべての衛星を含む。1つの実施形態では、局部領域規定または定義テーブル91が使用される。局部領域規定テーブルは好ましくはSCS28(図1)によって衛星に対しアップロードされかつ局部領域内のすべての衛星のリストを含む。衛星が軌道において移動しているとき、異なる局部領域が衛星の各々の軌道位置に対し規定される。例えば、衛星が極軌道にあるとき、赤道近くよりも極近くの局部領域内でより多くの衛星があり得る。好ましくは、規定衛星の各々の軌道位置に対し異なるテーブルがある。
他の実施形態では、局部領域は見通し線内の他の衛星によって放送されるチャネル割当てのような、データの受信によって確立される。この実施形態では、衛星はチャネル割当てを送信すべき異なるタイムスロットを与えられるものとすることができる。このようにして、チャネル割当てメッセージは互いに干渉しないことになる。
タスク94においては、手順90は割込みを待つ。加入者ユニットに対するチャネル割当ての要求(タスク95から)または領域のタイムアウト(タスク97から)は割込みを生じさせる。
タスク95においては、チャネル割当ての要求が受信される。該要求はある加入者ユニットがそれに割り当てられた通信チャネルを持つことを必要としていることを示す。要求は加入者ユニットから、あるいは通信システムのゲートウェイまたはいずれか他からくることができる。チャネル要求および獲得の特定の方法は本発明にとって重要ではない。
タスク95においては、チャネル割当て要求はまたハンドオフ要求からくることができる。ハンドオフは現在あるトラフィックチャネルで通信している加入者ユニットが他のアンテナビームに切り替えられるときに生じる(ビーム−ビーム・ハンドオフ)。好ましい実施形態では、より多くのチャネル割当てがハンドオフのためのものであり、それは衛星は地球の表面に対して高速で移動しておりかつ加入者ユニットは次のアンテナビームに転送されなければならないからである。望ましくは、加入者ユニットがアンテナビームの間で、かつ衛星の間で、切り替えられるとき、引き続くアンテナビームにおいて同じチャネルが使用される。当業者はチャネルのハンドオフにとって多くの方法が適切なものでありかつここで説明する必要はないことを理解するであろう。
タスク97は領域のタイムアウトを発生する。衛星が各々の軌道を通り異なる軌道位置へと移動するに応じて、異なる衛星がその局部領域を構成する。従って、各々の軌道位置は確立された衛星の異なる局部領域を持つべきである。
タスク96においては、もしチャネル割当ての要求によって割込みが生成されれば(タスク95)、タスク98が実行される。もし割込みが領域タイムアウトによって生成されれば、手順90はタスク92にループバックして衛星の次の軌道位置に対する新しい局部領域を確立する。
タスク98においては、その局部領域内の衛星によって割り当てられたチャネルが決定される。衛星はその局部領域のメンバーからメッセージを受信し(タスク99)、従ってそれはその局部領域内の他の衛星によってどのチャネルが現在使用されているかを知る。好ましい実施形態では、その局部領域によって現在割り当てられたチャネルのリストが規定衛星によって維持されかつそのメモリ内に記憶される。
タスク100においては、通信システムに配分されたチャネルから非妨害チャネルが加入者ユニットに割り当てられる。非妨害チャネルは、アンテナパターンのアイソレーション、および現在割り当てられているチャネルに関する伝搬遅延およびドップラ周波数シストの影響を含むいくつかの要因に基づき選択される。非妨害チャネルを選択する正確な方法は本発明にとって重要ではない。好ましい実施形態では、非妨害チャネルはアンテナビームの角度分離に基づく最小チャネル再使用距離のルールに基づき割り当てられる。ある局部領域の2つの衛星が同じチャネルを同時に割り当てる確率はそれらの領域内での衛星に対するチャネル割当ての迅速な通信によって低減される。さらに、好ましい実施形態では、数千までの非妨害チャネルを有する大きなチャネルセットが通信システムに割り当てられる。大きなチャネルセットはある局部領域内で2つの衛星が同時に同じチャネルを割り当てる確率を低減する。
本発明の1実施形態では、地理学的に固定された領域に基づきあらかじめ計画された割当てプールが利用可能なチャネルを選択するために使用される。他の実施形態では、チャネルのあらかじめ計画された割当てプールは割当てのために異なる衛星によって選択される。これらの実施形態の双方は2つの衛星がある局部領域内の同じチャネルを同時に割り当てる確率を低減する。
タスク102においては、規定衛星の局部領域内の他の衛星がタスク100において割り当てられたチャネルが加入者ユニットに割り当てられたことを通知される。この通知メッセージは好ましくはクロスリンク21および23(図1)によって規定衛星の局部領域内の衛星に直接送信される。局部領域がどのように規定されるかに依存して上に述べたように、1つの実施形態では、通知メッセージの受信は受信衛星によってその局部領域を規定するために使用することができる。
タスク104においては、あるトラフィックチャネルが通信のために割り当てられたというメッセージが加入者に送信される。衛星および加入者ユニットにおける送受信機は捕捉または放送チャネルではなく割り当てられたトラフィックチャネルによって加入者ユニットと通信するよう切り替えられる。トラフィックチャネルが加入者ユニットに割り当てられた後、手順90はループバックしかつタスク94を反復して他のチャネル割当て要求または領域タイムアウトを待機する。
本発明の好ましい実施形態では、前記衛星群の各衛星通信ステーションは手順90を頻繁にまたは継続的な(continual)ベースで行う。
本発明の利点はチャネル割当ての包括的な影響が連結する局部領域の使用により解決または捕獲されることである。各々の衛星は衛星群全体におけるすべてのチャネル割当ての真のまたはリアルタイムの包括的な知識を維持しまたは持つことを要求されない。衛星はそれらの局部領域内の衛星のチャネル割当て情報を維持する。本発明は包括的な知識の手法よりはるかに優れており、それは衛星は彼らの局部領域の外側の衛星とチャネル割当て情報を決して交換しないからである。さらに、ネットワークまわりにチャネル割当て情報を送信するのに必要な通信帯域幅が大幅に低減される。他の利点はチャネル割当て情報を伝搬するのに必要な時間が大幅に低減されることである。衛星はチャネルがそれらと干渉する可能性がある衛星から直接情報を受信し、かつ領域が連結しているためチャネル割当ての連鎖反応効果が捕獲される。
さらに、本発明はチャネル割当てが実際のリアルタイムの要求に基づいているため予測される需要に基づくチャネル割当て手法よりもはるかに優れている。予測される需要の不確かさおよび制約が避けられる。
本発明が特定の例に関してかつ特定の好ましい実施形態とともに説明されたが、当業者には本明細書の開示に基づき数多くの置換えおよび変形を行うことが可能なことは明らかであり、かつそのような変形および置換えは添付の請求の範囲に含まれるものと考える。
ここに説明されているように、本発明の利点は当業者に明らかでありかつ通信システムの種々の部分を動作させるための改善された方法を提供する。これらの利点は実際の需要に基づくリアルタイムをベースとした通信チャネルの動的な割当てを含む。システム容量とチャネルの干渉との間のトレードオフが連結する局部領域の使用によって最適化される。
Claims (7)
- 複数の衛星からなる通信システムにおいて1つの衛星を動作させる方法であって、各衛星は地球の表面上にアンテナビームを投影し、前記方法は、
前記衛星に関連する局部領域を確立する段階であって、前記局部領域は前記衛星からの直接放射が前記地球の表面に実質的に接する点の軌跡より上にある前記複数の衛星の内の1組の衛星からなる、段階、
加入者ユニットにチャネルを割り当てる段階であって、該チャネルは前記衛星によりかつ前記局部領域の前記1組の衛星により現在割り当てられているチャネルと干渉せず、前記加入者ユニットは前記衛星に関連する前記アンテナビーム内にある、段階、
前記局部領域の前記1組の衛星の内の各衛星に前記チャネルが前記衛星によって割り当てられたことを通知する段階、そして
前記1組の衛星によって現在割り当てられているチャネルを判定し、かつ前記割当てを行う段階は前記チャネルをチャネルのプールから割当て、前記チャネルのプールは前記1組の衛星の内のいずれの衛星によっても現在割り当てられていないチャネルからなる、段階、
を具備することを特徴とする複数の衛星からなる通信システムにおいて1つの衛星を動作させる方法。 - 前記判定する段階は前記1組の衛星の内の少なくとも1つの衛星からメッセージを受信する段階を含み、前記メッセージは前記衛星に対し前記少なくとも1つの衛星によって割り当てられたチャネルを通知し、そして
前記方法はさらにチャネル割当てテーブルにおける前記少なくとも1つの衛星によって割り当てられた前記チャネルを記憶する段階を具備し、かつ前記判定する段階は前記チャネル割当てテーブルにおけるチャネルを現在割り当てられていない前記チャネルと比較する段階を含む、ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記通知する段階はメッセージを前記局部領域の前記1組の衛星の内の各衛星に送る段階を含み、前記メッセージは前記1組の衛星の内の各衛星に前記割り当てる段階において割り当てられた前記チャネルを通知することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記確立する段階は、前記複数の衛星の内の第1の衛星によって、前記第1の衛星に関連する第1の局部領域を規定する段階を含み、前記第1の局部領域は前記第1の衛星からの直接放射が前記地球の表面に実質的に接する点の第2の軌跡より上の第1の組の衛星を含み、
前記割り当てる段階は、前記第1の衛星によって、第1のチャネルを前記加入者ユニットに割り当てる段階を含み、前記第1のチャネルは前記第1の衛星および前記第1の局部領域の前記第1の組の衛星によって現在割り当てられているチャネルと干渉しないものであり、前記加入者ユニットは前記第1の衛星と関連する前記アンテナビーム内にあり、
前記通知する段階は、前記第1の衛星によって、前記第1の組の各衛星に対し前記第1のチャネルが前記第1の衛星によって割り当てられたことを通知する段階を含み、
前記複数の衛星の内の第2の衛星によって第2の局部領域を確立し、前記第2の局部領域は前記第2の衛星からの直接放射が前記地球の表面に実質的に接する点の第3の軌跡内にある第2の組の衛星を含み、前記第2の組のいくつかの衛星は前記第1の組の衛星のメンバーであり、前記第1の組のメンバーでない前記第2の組のいくつかのメンバー衛星は前記第1の組の前記メンバーの内のいくつかからの直接放射が前記地球の表面に実質的に接する点の第4の軌跡内になく、
第2のチャネルを第2の加入者ユニットに割り当て、前記第2の加入者ユニットは前記第2の衛星に関連する第2のアンテナビーム内に位置し、前記チャネルは前記第2の衛星および前記第2の組の衛星によって現在割り当てられているチャネルと干渉せず、前記チャネルは前記第2の組の部分でない前記第1の組の衛星に割り当てられたチャネルを含まないチャネルの局部的プールからのものであり、そして
前記第2の組の衛星に前記第2のチャネルが前記第2の衛星によって割り当てられたことを通知する、
ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - さらに、前記複数の衛星の内の各衛星によって、隣接する局部領域と重なる関連する局部領域を確立する段階を具備することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記確立する段階は前記複数の衛星の内の各衛星によって行われ、かつ前記方法はさらに、各衛星によって、その関連する局部領域の他の衛星に対し1つの衛星がチャネルを加入者ユニットに割り当てたときに通知を行う段階を具備することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 衛星通信ステーションであって、
前記衛星通信ステーションからの直接放射が前記地球の表面に実質的に接する点の軌跡より上にある他の衛星通信ステーションへかつ該他の衛星通信ステーションからデータを送信しおよび受信するための送受信機、
前記送受信機に結合されたプロセッサであって、該プロセッサは、
前記衛星通信ステーションに関連する局部領域を規定するための手段であって、前記局部領域は前記他の衛星通信ステーションを備えるもの、そして
通信チャネルを加入者ユニットに割り当てるための手段であって、前記通信チャネルは前記局部領域の前記他の衛星通信ステーションによって現在割り当てられている通信チャネルと干渉しないもの、
を含む前記プロセッサ、
を具備し、前記送受信機は前記局部領域の各々の衛星通信ステーションに前記通信チャネルが前記衛星通信ステーションによって割り当てられたことを通知するための手段を含み、そして
前記衛星通信ステーションはさらに、
前記加入者ユニットと通信するためのアンテナビームを生成するために前記プロセッサに結合された第2の送受信機であって、前記加入者ユニットは前記アンテナビームの内の1つの中に位置するもの、そして
前記プロセッサに結合されチャネル割当てを記憶するための手段、
を具備し、かつ前記送受信機は前記他の衛星通信ステーションからのメッセージを受信するための手段を含み、前記メッセージは前記衛星通信ステーションに前記他の衛星通信ステーションによって割り当てられた通信チャネルを通知し、
前記記憶するための手段は前記他の衛星通信ステーションによって割り当てられた前記通信チャネルを含むチャネル割当てテーブルを備え、そして
前記プロセッサは前記チャネル割当てテーブルにおける通信チャネルを前記局部領域の前記他の衛星通信ステーションによって現在割り当てられていない通信チャネルと比較するための手段を含む、
ことを特徴とする衛星通信ステーション。
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