(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信機／受信機を備える端末と該端末に基準時間を供給するとともに該端末の通信制御を行う制御局とを含み、前記基準時間に基づいて設定されるタイムスロットを利用して前記端末および前記制御局が搬送波周波数を時分割で利用するＴＤＭＡ通信システムにおける、前記端末の前記制御局へのアクセス方法であって、
前記端末が、前記基準時間を供給するための同期信号を前記制御局から受信するステップと、
前記端末が、受信した前記同期信号に基づいて、該端末によるアクセス要求を示すアクセスデータをランダムアクセスチャネルである所定のＴＤＭＡフレームの所定のタイムスロットで前記制御局に送信するステップであって、該アクセスデータは、前記所定のＴＤＭＡフレームを特定するための、前記所定のＴＤＭＡフレームのフレーム番号情報、または、前記制御局により知られている前記端末の端末識別情報を含む、ステップと、
前記制御局が、前記アクセスデータを受信した実際の受信タイミングと、該アクセスデータに含まれる前記フレーム番号情報または前記端末識別情報から導出される該アクセスデータの予測受信タイミングと、に基づいて、前記端末に送信され前記端末により利用されることになる、前記端末と前記制御局との間の伝送遅延による通信の衝突を防止するための時間調整量を決定するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記所定のタイムスロットのタイムスロット番号は、前記端末から前記制御局に送信されるタイムスロット情報に基づいて決定され、前記端末が送信のために要求するタイムスロットを識別することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記端末は移動局であり前記制御局は衛星であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記同期信号はコード化されたメッセージデータを含むメッセージ信号であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記端末と前記制御局との間の伝送遅延はＴＤＭＡフレームの長さの２倍より小さく、前記所定のＴＤＭＡフレームに関する情報は、該所定のＴＤＭＡフレームのフレーム番号が奇数であるか偶数であるかを表す単一ビット情報であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記端末は、専用の搬送波周波数が割り当てられたランダムアクセスチャンネルにより前記アクセスデータを送信することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記送信するステップの前に、前記端末が、一斉呼出信号を前記制御局から受信するステップを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記所定のタイムスロットのタイムスロット番号は、前記制御局により知られている端末識別情報に基づいて決定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記端末と前記制御局との間の最大伝送遅延は、ＴＤＭＡフレームの長さより小さいことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記端末は移動局であり前記制御局はセルラ通信システムの基地局であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記アクセスデータは、前記端末の端末識別情報に基づいて予め決定されたＴＤＭＡフレームのタイムスロットで前記端末から前記制御局まで送信されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
この発明は移動体衛星通信用のデータ送信に関する。詳しく述べると、この発明は移動体衛星通信システム内で発呼または一斉呼出確認（call paging acknowledgement）に用いられるランダムアクセス信号を送信する改良された方法を与える。
発明の背景
図１は、一般的な移動体無線通信システムを示す。この一般的なシステムは、基地局１１０と同様な多数の基地局と、移動局１２０と同様な多数の移動装置または移動局を含む。音声および／またはデータ通信はこれらの装置またはこれらと同等な装置を用いて行われる。基地局はＭＳＣ（移動通信交換局）１４０に接続する制御および処理装置１３０を含む。ＭＳＣ１４０は公衆加入電話網（図示せず）に接続する。
基地局１１０は限定された地理的カバレージエリアをサービスし、音声チャンネルトランシーバ１５０が扱う複数の音声チャンネルを含む。音声チャンネルトランシーバ１５０は制御および処理装置１３０により制御される。また各基地局は、複数の制御チャンネルを扱うことのできる制御チャンネルトランシーバ１６０を含む。制御チャンネルトランシーバ１６０は制御および処理装置１３０により制御される。制御チャンネルトランシーバ１６０は基地局の制御チャンネルを通して、その制御チャンネルに固定された移動局に制御情報を報知する。音声チャンネルトランシーバは情報チャンネルまたは音声チャンネルで報知し、ディジタル制御チャンネル位置情報を含む。
移動局１２０は最初空きモードに入ると、基地局１１０などの基地局の制御チャンネルを定期的に走査して、移動局１２０宛の一斉呼出（paging）バーストがあるかどうか探す。一斉呼出は移動局１２０に、どの基地局に固定するかを知らせる。移動局１２０は、制御チャンネルで報知された絶対的および相対的情報をその音声および制御チャンネルトランシーバ１７０に受信する。次に処理装置１８０は、この受信した、候補のセルの特性を含む制御チャンネル情報を評価して、どのセルにこの移動局を固定するかを決定する。受信した制御チャンネル情報は関連する基地局に関する絶対的な情報を含むだけでなく、その制御チャンネルが関連する隣接カバレージエリアに関する相対的情報も含む。これらの隣接カバレージエリアを定期的に走査し、他方で一次制御チャンネルを監視して、より適した候補があるかどうか判定する。移動局および基地局を実現する明細に関して、追加の情報が米国特許出願第０７／９６７，０２７号、「多モード信号処理（Multi-Mode Signal Processing）」に述べられている。理解されるように、衛星を使用する移動体無線通信システムでは、基地局の代わりに１個または複数個の衛星で置き換えてよい。
通信システムの容量を増やすには、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）や、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）や、コード分割多元接続（ＣＤＭＡ）などのディジタル通信および多元接続技術を用いるとよい。これらの多元接続技術の目的は、異なる信号源からの信号を組み合わせて共通の送信媒体に乗せ、その目的地において、異なるチャンネルを相互干渉のないように分離することである。ＦＤＭＡシステムでは、ユーザは無線スペクトルを周波数領域で共用する。各ユーザは周波数帯域の一部を割り当てられて通話に使用する。ＴＤＭＡシステムでは、ユーザは無線スペクトルを時間領域で共用する。各無線チャンネルすなわち搬送波周波数を一連のタイムスロットに分割し、個々のユーザに１つのタイムスロットを割り当てる。その間はそのユーザはシステムに割り当てられた周波数帯域全体（広帯域ＴＤＭＡ）に、またはその帯域の一部だけ（狭帯域ＴＤＭＡ）に、アクセスすることができる。各タイムスロットはデータ源からの情報の「バースト」（例えばディジタル的に符号化された音声通話の部分）を含む。タイムスロットはグループ化されて所定の継続時間を有する連続したＴＤＭＡフレームになる。各ＴＤＭＡフレーム内のタイムスロットの数は、その無線チャンネルを同時に共用することのできる異なるユーザの数に関係する。ＴＤＭＡフレーム内の各スロットが別々のユーザに割り当てられた場合のＴＤＭＡフレームの継続時間は、同じユーザに割り当てられる連続的なタイムスロット間の最小時間である。ＣＤＭＡシステムでは、各ユーザは特有の疑似ランダムユーザコードを割り当てられて、周波数時間領域に一意的にアクセスする。ＣＤＭＡ法の例はスペクトル拡散および周波数ホッピングを含む。
ＴＤＭＡシステムでは、信号の送信はバッファ・バースト（すなわち不連続送信）モードで行われる。すなわち、各移動体装置はその移動体装置に割り当てられた周波数で、ＴＤＭＡフレーム内の割り当てられたタイムスロットの間だけ送信または受信する。例えばフルレートでは、移動局はスロット１の間は送信し、スロット２の間は受信し、スロット３の間は空き（idle）、スロット４の間は送信し、スロット５の間は受信し、スロット６の間は空き、というように、後に続くＴＤＭＡフレーム中はこのサイクルを繰り返す。電池駆動の移動体装置は、送信も受信もしないタイムスロットの間は電力を節約するために電源を切る（すなわち「スリープ」）ことができる。
ＴＤＭＡシステムでは、同じユーザに割り当てられる連続したタイムスロット（通常は無線搬送波上で連続したタイムスロットではない）はユーザのディジタル情報チャンネルを構成し、これはそのユーザに割り当てられる論理チャンネルと考えられる。例えばＧＳＭ標準を用いるＴＤＭＡのチャンネルの組織を図２に示す。ＴＤＭＡチャンネルは情報チャンネルＴＣＨと信号チャンネルＳＣを含む。ＴＣＨチャンネルは、音声および／またはデータ信号を送るためのフルレートチャンネルとハーフレートチャンネルを含む。信号チャンネルＳＣは移動体装置と衛星（または基地局）の間で信号情報を転送する。信号チャンネルＳＣは３種類の制御チャンネルを含む。すなわち、ブロードキャスト（報知）チャンネル（ＢＣＣＨ）と、多数の加入者間で共用する共通制御チャンネル（ＣＣＣＨ）と、単一の加入者に割り当てられる占有制御チャンネル（ＤＣＣＨ）である。ＢＣＣＨは一般に周波数訂正チャンネル（ＦＣＨ）と同期チャンネル（ＳＣＨ）を含み、どちらもダウンリンクのチャンネルである。共通制御チャンネル（ＣＣＣＨ）はダウンリンクのページング（一斉呼出）チャンネル（ＰＣＨ）とアクセス許可チャンネル（ＡＧＣＨ）の他に、アップリンクのランダムアクセスチャンネル（ＲＡＣＨ）を含む。占有制御チャンネルＤＣＣＨは高速付随（fast associated）制御チャンネル（ＳＡＣＣＨ）と、低速付随（slow associated）制御チャンネル（ＳＡＣＣＨ）と、独立占有（standalone dedicated）制御チャンネル（ＳＤＣＣＨ）を含む。低速付随制御チャンネルは情報（音声またはデータ）チャンネルまたは独立占有制御チャンネル（ＳＤＣＣＨ）に割り当て（assigne）られる。ＳＡＣＣＨチャンネルは、電力およびフレーム調整と移動体装置への制御情報を与える。
ランダムアクセスチャンネルＲＡＣＨは、移動局がシステムにアクセスを要求するのに用いる。ＲＡＣＨ論理チャンネルは片方向のアップリンクチャンネル（移動局から基地局または衛星へ）で、別々の移動体装置が共用する（一般のシステムでは、使用度が高い期間でもセル当たり１ＲＡＣＨで十分である）。移動体装置はＲＡＣＨチャンネルの状態を絶えず監視して、チャンネルが通話中か空きかを判定する。ＲＡＣＨチャンネルが空きの場合は、アクセスを希望する移動体装置は、例えば移動体の識別番号や、呼確立要件（call established cause）や、希望の電話番号などのアクセスデータを、基地局または衛星にＲＡＣＨで送る。ＭＳＣはこの情報を基地局または衛星から受けて、空いている音声チャンネルをその移動局に割り当て、基地局または衛星を通してアクセス許可チャンネルＡＧＣＨによりその移動局にチャンネル識別を送信する。これにより移動局は新しいチャンネルに同調することができる。ＲＡＣＨアップリンクチャンネル上の全てのタイムスロットは、競争方式（contension basis）または予約方式（reserved basis）により、移動局のアクセス要求に用いられる。競争方式のアクセス法はＡＬＯＨＡ、ＣＳＭＡ、ＣＳＭＡ−ＣＤ、その他のアクセスプロトコルを含む。予約方式のアクセス法は、米国特許第５，４２０，８６４号、「移動体無線システムにおいてランダムアクセスを行う方法（Method of Effecting Random Access in a Mobile Radio System）」に述べられている。ＲＡＣＨ動作の１つの重要な特徴はダウンリンク情報の受領が必要なことで、これにより移動局はアップリンクで送るバースト毎に実時間フィードバックを受ける。これはＲＡＣＨのレイヤ２ＡＲＱ、即ち自動繰返し要求（automatic repeat request）として知られている。好ましくはダウンリンク情報は２２ビットから成る。これはアップリンクに特有のレイヤ２情報をダウンリンクで運ぶための専用の別のダウンリンクサブチャンネルと考えてよい。この情報の流れは共有チャンネルフィードバックと呼んでよいものであって、ＲＡＣＨの処理能力を向上させるので、移動局はアクセス要求の任意のバーストがうまく受信されたかどうかを迅速に判定することができる。
ＧＳＭなどの従来の地上セルラ通信システムでは、ランダムアクセスチャンネル（ＲＡＣＨ）バーストは、隣接のタイムスロット上のトラフィックバーストとの衝突を避けるための保護時間として６８．２５ビットを含む。この保護ビットにより、関連する基地局から３５Ｋｍ以内にいる移動局は、予測タイムスロット内にランダムアクセスバーストを基地局で受信することができる。特に、移動電話は報知制御チャンネル（ＢＣＣＨ）などのダウンリンクチャンネルから同期を捕捉する。次に、移動体は最初の同期情報から或る数のタイムスロットの後で、ＲＡＣＨチャンネルにより１タイムスロットで信号を送信する。ＲＡＣＨ信号を送信するオフセットはランダムオフセットでも特定の固定オフセットでもよい。基地局と移動体の間の距離が上に指定した通りであれば、基地局は送信されたＲＡＣＨバーストを予測タイムスロット内に受信する。保護ビットが必要な理由は、移動体が基地局から時間進み命令（time advance command）を受ける前にＲＡＣＨバーストが送られるからである。
移動体衛星通信では、１つの衛星からのビームは地上システムのセルに類似したカバレージエリアである。一般に各衛星は１４０ビームを有し、各ビームは直径約５００Ｋｍ以上のカバレージエリアを与える。ビームに大きさがあるため、１ビーム内の端から端までに約６ｍｓの遅れがあり、そのため１ビーム内に±３ｍｓの時間の不確実さ（time ambiguity）を生じる。したがって、従来のシステムのように保護ビットを用いても、衛星システム内のスロット化されたＲＡＣＨは非常に長い保護時間を必要とするので、衝突と不確実性の問題を解決することはできない。
発明の概要
この発明は、衛星移動体通信システム内でランダムアクセス情報を送信する方法を提供する。この方法では移動体装置は、高電力短メッセージサービス（ＨＰ−ＳＭＳ）バーストまたは他の適当な信号を用いて、衛星または他の制御局から同期を捕捉する。固定されたまたはランダムな時間オフセットの後、移動体装置は、所望のフレームおよびスロット番号を含む必要なランダムアクセス情報を占有のＲＡＣＨ搬送波で送信する。移動体から受信した情報に基づいて、衛星または制御局はユーザ間の差分遅延を計算して、適当な時間進みまたは遅れ情報を特定のユーザに送る。
【図面の簡単な説明】
この発明の上記の目的と機能と利点は、図面を参照して以下の詳細な説明を読めば容易に理解できる。
図１は、例示の移動体無線通信システムのブロック図である。
図２は、一般的なＧＳＭディジタル無線通信システムにおけるチャンネルの組織を示す図である。
図３は、この発明の信号送信法を実現することのできる、衛星を用いた移動体無線通信システムの図である。
図４は、この発明のある実施の形態におけるランダムアクセス方法を説明する流れ図である。
図５は、この発明の別の実施の形態におけるランダムアクセス方法を説明する流れ図である。
好ましい実施の形態の詳細な説明
以下の説明は衛星を用いた無線通信システムで実現される短メッセージサービスに関して行うが、この発明は他の種類の通信システムにも適用できるものである。
図３に、この発明の方法を実現することのできる、衛星を用いた移動体通信システムを示す。このシステムは１個以上の衛星１０と、１個以上の衛星と通信信号を交換しかつＰＳＴＮ（公衆加入電話網、図示せず）に接続する移動通信交換局ＭＳＣと、任意の数の移動体装置ＭＵnを含む。このシステムでは、移動体装置と標準電話または第２移動体装置との間に、１個の衛星や多数の衛星や１個以上の衛星およびＰＳＴＮの組合わせを通して、音声またはデータを交換するための通信リンクを確立することができる。このようなシステムは、基地局が殆どまたは全く存在せずまた基地局を追加することが実際的でない、地方エリアなどの広い地理的範囲（カバレージ）に望ましいものである。
次に図４に、この発明の例示の方法のステップを説明するフローチャートを示す。フローチャートはステップ１００から始まり、ここで移動体装置は衛星から同期情報を捕捉する。同期情報は衛星から送信される各種のソース信号、例えば高電力短メッセージサービス（ＨＰ−ＳＭＳ）バーストから捕捉する。この送信については同一出願人の米国特許出願第０８／５５９，６９２号、「無線通信システム用の高侵透送信法（High Penetration Transmission Method For A Radiocommunication System）」に記述されている。次にステップ１０２で、移動体装置はアップリンクＲＡＣＨチャンネルにより１つ以上のＲＡＣＨバーストを送信する。このＲＡＣＨバーストは好ましくは、コード化メッセージデータ（情報および冗長ビットを含む）や、（或ランダムな数のフレームの後で）移動体装置が送信する予測フレームを識別するコード化フレーム情報や、（或ランダムな数のスロットの後で）移動体装置が送信する予測スロットを識別するコード化スロット情報を含む。ステップ１０４で、衛星は時間調整を計算するための任意の適当な方法を用いて、コード化フレーム情報とコード化スロット情報から必要な時間調整を計算する。
または、移動体装置はそのフレーム番号が奇数フレームか偶数フレームかを示す単一フレームビットだけを送信してよい。ＴＤＭＡフレームの長さの２倍より小さい差分遅延（differential delay）に必要な時間調整を衛星が決定するには単一ビット情報で十分である。これはほとんどの地域（regional）移動体衛星システムの特長である。
しかし寸法が比較的小さくて差分遅延の小さい衛星ビームでは、この方式を用いると衝突が起こる確率が高くなる。これを避けるため、移動体装置は特定のタイムスロットを選んで、移動体自体の識別番号（例えば一時的移動局識別子（ＴＭＳＩ）または国際移動局識別子（ＩＭＳＩ））を用いてＲＡＣＨバーストを送信してよい。この方法により、ＲＡＣＨトラフィックを１フレームの継続時間中に平均に分散させて、衝突の確率を減らすことができる。移動体装置の識別番号は基地局に分かっているので、衛星または基地局は移動体装置がどのタイムスロットでＲＡＣＨバーストを送信しているかを知って、その移動体装置に必要な時間調整を決定することができる。
全システムのビーム内の最大差分遅延が常に１フレームより小さい場合は、移動体装置は送信を希望する予測フレームまたはスロット番号を示す必要はない。
特定の移動体装置からの全ての送信が所定のフレームの所定のスロットで起こると予め定めておくと、ランダムアクセス送信方式を更に簡単にすることができる。送信スロットおよびフレーム番号を予め定めることにより、ランダムアクセスチャンネル情報はコード化タイムスロット情報を含む必要がなく、ＲＡＣＨバースト内の必要な情報を更に減らすことができる。所望のフレームの偶数または奇数の状態だけを送信しまた各移動体装置にスロット番号を予め割り当てることにより、ランダムアクセスチャンネル情報（コード化フレームおよびスロット番号）を減らして単一の情報ビットにすることができる。したがってこの発明の方法により保護ビットの必要がなくなりまた実質的に減るので、送信効率が向上する。
図５は、この発明の方法の別の実施の形態のステップを示す流れ図である。図５と図４の実施の形態の違いは、図５の実施の形態は、ステップ１０２で衛星にランダムアクセス情報を送信する前に一斉呼出を受信するステップ１０１を含むことである。
上述の説明には種々の詳細と仕様を含まれているが、これらは単に説明のためのものであってこの発明を制限するものではない。特許請求の範囲に規定されたこの発明の精神と範囲から逸れることなく、当業者はここに説明した例を容易に修正することができるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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