(57)【要約】方法およびシステムが、無線信号を使用してメッセージを通信する。無線信号は、無線通信用の無線インターフェース規格に従って送信される。送信無線信号のベースバンド包絡線が、無線インターフェース規格への準拠を維持しつつ変調されて、無線信号のメッセージが符号化される。受信機が、ベースバンド包絡線を復調して、メッセージを復号する。送信機および受信機は、携帯電話および基地局を含むセルラー電話ネットワークの一部とすることができる。
2006504323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信用の無線インターフェース規格に従って無線信号を送信することと、
前記無線インターフェース規格に準拠した第１の受信機に第１のメッセージを送信するために、前記無線インターフェース規格への準拠を維持しつつ、前記送信する無線信号の搬送波を変調することと、
前記無線インターフェース規格への準拠を維持しつつ、前記送信する無線信号のベースバンド包絡線を変調することであって、それによって、第２のメッセージを第２の受信機に送信し、前記搬送波の変調が該ベースバンド包絡線の変調と同時に行われることと
を含み、無線信号を使用してメッセージを通信する方法。
【請求項２】
前記送信機は、携帯電話であり、前記第１の受信機は、基地局であり、前記第２の受信機は、ベースバンド包絡線検波器である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
送信機は、基地局であり、前記第１の受信機は、携帯電話であり、前記第２の受信機は、ベースバンド包絡線検波器である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記無線インターフェース規格は、時分割多元接続を使用する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記無線インターフェース規格は、符号分割多元接続を使用する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記無線信号のバーストの継続時間を変更することをさらに含み、それによって前記ベースバンド包絡線を変調する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記無線信号のバーストの発生時刻を変更することをさらに含み、それによって前記ベースバンド包絡線を変調する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記無線信号のバーストの振幅を変更することをさらに含み、それによって前記ベースバンド包絡線を変調する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記無線信号のバースト数を変更することをさらに含み、それによって前記ベースバンド包絡線を変調する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
第１の型のバーストおよび第２の型のバーストを含むバーストとして前記無線信号を送信することをさらに含み、それによって、前記ベースバンド包絡線を変調する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記無線信号の音声アクティビティをシミュレートすることをさらに含み、それによって、前記ベースバンド包絡線を変調する、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２の受信機は、前記送信機の上りリンクチャネルのパラメータを検出し、それによって、前記送信機の下りリンクチャネルを決定する、請求項３に記載の方法。
【請求項１３】
検出されたパラメータは、搬送波周波数および時分割多元接続のスロットを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
検出されたパラメータは、送信バーストの発生時刻を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
検出されたパラメータは、周波数ホッピングパターンを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
検出されたパラメータは、ウォルシュ符号を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２のメッセージは、前記送信機の識別情報を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２のメッセージは、前記携帯電話の識別情報を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項１９】
前記第２のメッセージは、一意のコードを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記一意のコードは、商取引用の認証コードである、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記一意のコードは、自動応答装置によって提供される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記第２の受信機の感度を調節することをさらに含み、それによって、前記送信機が該第２の受信機から所定の距離の範囲内に存在するように要求する、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記所定の距離は、１メートル未満である、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記所定の距離は、５センチメートル未満である、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記第２の受信機は、上りリンク受信機および下りリンク受信機を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
前記第２の受信機は、自動販売機に接続され、
該第２の受信機において前記第２のメッセージを受信することに応答して、該自動販売機での取引を完了することをさらに含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
前記第２の受信機は、キャッシュレジスタに接続され、
該第２の受信機において前記第２のメッセージを受信することに応答して、該キャッシュレジスタでの取引を完了することをさらに含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
サーバにおいて前記第２のメッセージを検証することと、
該検証を前記第２の受信機に通知することと
をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項２９】
前記サーバは、前記基地局に接続される、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記送信機は、加入者情報モジュールカードを含み、それによって、前記変調を行う、
請求項１に記載の方法。
【請求項３１】
前記送信機と関連付けられた呼び出し側ＩＤ情報を検査することをさらに含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項３２】
前記搬送波を変調することは、デジタル位相シフトキーイングを使用する、
請求項１に記載の方法。
【請求項３３】
第１のメッセージを符号化するために、無線インターフェース規格への準拠を維持しつつ、送信する無線信号の搬送波を変調する手段と、第２のメッセージを符号化するために、前記無線インターフェース規格への準拠を維持しつつ、送信する無線信号のベースバンド包絡線を変調する手段とをさらに備え、かつ、該搬送波の変調は、前記ベースバンド包絡線の変調と同時に行われる、無線通信用の無線インターフェース規格に従って無線信号を送信するように構成された送信機と、
前記第２のメッセージを復号するために、受信した無線信号の前記ベースバンド包絡線を復調する手段をさらに備え、無線通信用の前記無線インターフェース規格に従って前記無線信号を受信するように構成された受信機と
を備える、無線信号を使用してメッセージを通信するシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、包括的には、無線通信システムに関し、詳細には、携帯電話の位置の特定および識別、ならびに識別された携帯電話により行われた取引の認証に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話は、さまざまな場所で通信できるという利便性のため、広く使用されている。図１は、代表的な従来技術の携帯電話通信システム１００を示している。このシステムは、携帯電話１１０を備える。この携帯電話１１０は、上りリンク無線信号１１１を基地局１２０に送信する。基地局１２０は、下りリンク無線信号１１２を携帯電話に送信する。また、基地局１２０は、通常、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）の一部である接続１２２を通じて電話機１３０にも接続されている。この電話機１３０は、どの型の電話であってもよく、別の携帯電話もしくは自動応答装置またはコンピュータに接続されたモデムが含まれる。このシステム１００は、携帯電話１１０と電話機１３０との間に、ポイントツーポイントの双方向接続を提供する。
【０００３】
公的サービスのように、携帯電話の位置の特定および識別を行う必要があることは既知である。携帯電話が無線サービスエリアのどの場所にいるかにかかわらず、緊急電話を行った携帯電話の位置を特定すべきという最近のＦＣＣ要求事項には、多くの注目が集まってきている。これについては、FCC E911 Rulemaking Docket No. 94-102を参照されたい。携帯電話は、その上りリンク無線送信を監視することにより、三角測量または従来技術において既知の他の方法によって位置を特定することができる。
【０００４】
民間サービスの場合、携帯電話により開始した取引を高い信頼度で完了できるようにし、かつ、携帯電話がなりすまし（spoofing）および不正を受けにくくなるように、サービスプロバイダまたは商品プロバイダの近くにいる携帯電話の位置の特定および識別ができることも有益である。有用な取引の代表的な例としては、クレジットカードの代わりに携帯電話を使用して支払いを行うことが挙げられる。
【０００５】
送信した送信無線信号の包絡線に比例した信号が検波可能であることは既知である。これについては、参照により本明細書に援用される米国特許第５，６４９，２９６号を参照されたい。この信号は、一般に、ベースバンド包絡線（baseband envelope）と呼ばれている。この発明の特に対象になるものは、移動通信用グローバルシステム（ＧＳＭ（global system for mobile communication））の電話などの広く使用されている無線インターフェース規格に従って送信される信号である。ＧＳＭサービスには、ＧＳＭ１８００が含まれる。ＧＳＭ１８００は、１８００ＭＨｚの周対数帯で動作し、ＰＣＮもしくはＰＣＮ１８００、またはＤＣＳ１８００とも呼ばれる。ＧＳＭ１９００は、１９００ＭＨｚの周波数帯で動作し、ＰＣＳ１９００およびＤＣＳ１９００とも呼ばれる。ＧＳＭ９００は、９００ＭＨｚの周波数帯で動作する。また、対象になるものは、大部分は、日本のパーソナルデジタル通信（ＰＤＣ）デバイスによって送信される信号である。
【０００６】
無線周波識別（ＲＦＩＤ）を行うのに、携帯電話によって送信された信号のベースバンド包絡線を使用することが望まれている。より具体的には、隠されている暗号化された無線信号を復号する必要なく、携帯電話の識別、認証、および位置の特定を行うことが望まれている。さらに好都合なことは、既存の携帯電話、無線ネットワーク、および無縁通信無線インターフェース規格を変更する必要なく、携帯電話の識別を行うことである。
【０００７】
無線信号の包絡線を情報の搬送に使用できることは既知である。これは、既知の振幅変調（ＡＭ）技法である。無線信号の瞬時振幅が、その包絡線と同じであることが分かっている。Mazur等に発行された米国特許第６，０７２，７９２号は、ＴＤＭＡ送信機用の電力制御装置を記載している。この米国特許に記載された技法は、送信信号の干渉を低減するのに使用される。これにより、受信機は、隣接するタイムスロットからＴＤＭＡ信号を抽出することが可能になる。
【０００８】
既存の携帯電話、無線ネットワーク、通信規格、および携帯電話の無線インターフェース標準を変更する必要なく、上述したＲＦＩＤを実現するのに使用することができる情報を搬送するために、携帯電話によって送信される包絡線を慎重に操作することが望まれている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この発明は、隠されている音声信号またはデータ信号の復調も復号も行うことなく、識別メッセージ、認証メッセージ、または他の種類のメッセージを携帯電話から無線受信機に搬送するシステムおよび方法を提供する。その代わり、この発明は、送信無線信号のベースバンド包絡線の変調を使用する。このような通信は、携帯電話の識別、および、識別された携帯電話によって開始される取引の認証に好都合に利用することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明によれば、携帯電話は、送信信号のベースバンド包絡線を変更して、メッセージを符号化すると同時に、例えばＧＳＭ規格などの携帯電話の広く使用されている無線インターフェース規格の要件を満たす無線信号を使用して、音声信号またはデータ信号を送信する。一実施の形態では、携帯電話は、通常の音声通話で発生するような「音声アクティビティ」パターンをシミュレートする。このような音声アクティビティパターンは、結果的に無線送信の対応するパターンになる。シミュレートされた音声アクティビティパターンは、対応する無線送信パターンの包絡線が識別メッセージまたは認証メッセージを搬送するように調節を受けることができる。この無線送信を受信するように適合され、かつ、包絡線を検波するように適合された無線受信機は、関連付けられたメッセージを復元する。識別メッセージは、携帯電話を識別するのに使用することができ、認証メッセージは、商取引の認証または完了に使用することができる。例えば、商品プロバイダまたはサービスプロバイダが運営する無線受信機は、購入を認証することができる。
【００１１】
携帯無線信号の包絡線を変調する目的で、シミュレートされた音声アクティビティを生成し、識別メッセージを運ぶ発明された技法は、非モバイル送信機からの無線送信にも適用することができる。例えば、携帯での音声通話中、携帯電話は、固定された基地局から下りリンク無線信号を受信する。この下りリンク無線信号は、電話による会話を可能にし、携帯電話を他方の電話機に接続するポイントツーポイント接続の一部である。他方の電話機の音声アクティビティは、下りリンク無線信号の無線送信のパターンを決定する。したがって、他方の電話機は、携帯電話の近くの商品プロバイダまたはサービスプロバイダが運営する無線受信機にメッセージを搬送することができる。
【００１２】
特に、携帯電話のユーザは、取引を行うために、所定の番号の自動応答装置に電話をかける。この通話の無線部分は、上りリンク無線信号を含み、この上りリンク無線信号は、固定された基地局および携帯電話の近くの無線信号検波器によって受信される。この検波器は、上りリンク無線信号のパラメータを計測する。このパラメータには、例えば、信号の周波数および時分割多元接続スロット（ＴＤＭＡ）が含まれる。これらのパラメータから、検波器は、基地局が送信して携帯電話が受信する下りリンク信号の対応するパラメータを求める。
【００１３】
自動応答装置は、携帯電話の「呼び出し側ＩＤ」情報を抽出する。自動応答装置は、シミュレートされた音声アクティビティを使用して、このＩＤ情報を、下りリンク信号で携帯電話に返信されるシミュレートされた音声信号に符号化する。無線信号検波器は、下りリンク信号のパラメータに応答する無線受信機を含む。この検波器は、下りリンク信号の包絡線を検波することができ、シミュレートされた音声アクティビティによって、符号化されたＩＤ情報を復元することができる。次に、検波器は、特定の取引を完了することができることを示すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
包絡線変調
図２は、携帯電話２１０が、無線インターフェース規格に準拠した上りリンク信号１１１を基地局１２０に送信している間、識別メッセージ、認証メッセージ、または他の種類のメッセージを携帯電話２１０から包絡線検波器２２０に搬送するシステム２００を示している。包絡線検波器２２０は、アンテナ２２１を通じて上りリンク信号１１１を受信するように適合されている。携帯電話２１０が、音声信号またはデータ信号を基地局１２０に送信している間、包絡線検波器２２０は、上りリンク信号１１１の包絡線を監視する。包絡線検波器は、携帯電話２１０のユーザが、取引を完了したい場所に配置することができ、例えば、商店で買い物をしたり商品を購入したりする場所や、例えば空港の自動チケットディスペンサなどの自動販売機からのサービスを受ける場所などに配置することできる。
【００１５】
複数の検波器を互いにかなり近接して配置できるように、包絡線検波器２２０の感度は、携帯電話２１０が検波器から所定の距離内にあることを保証するように調節することができる。例えば、この発明による包絡線検波器が、自動販売機に使用される場合、携帯電話２１０のユーザが携帯電話をアンテナ２２１の間近に隣接させなければならないように、検波器の感度は、例えば１センチメートル以下の非常に小さなものとなるように調節することができる。その結果、同様に検波器を備えた別の近くの自動販売機が、誤って起動されることはない。小売店のレジの場合、感度の距離は、おそらく１メートル以内に拡大される可能性がある。無線受信機の感度を正確な距離に調節する技法は、既知である。
【００１６】
基地局１２０は、例えば公衆サービス電話網（ＰＳＴＮ）やインターネットなどの有線通信ネットワークに、通常、接続される無線ネットワークの一部である。
【００１７】
好ましい実施の形態では、携帯電話２１０は、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）無線インターフェース規格を使用する。ＴＤＭＡによると、通信できるデータ量を増加させるために、各無線チャネルは、複数のタイムスロットに分割される。ＴＤＭＡは、当初、ＥＩＡ／ＴＩＡ暫定規格５４（ＩＳ−５４）の規格として指定された。ＩＳ−５４の発展版であるＩＳ−１３６は、携帯電話の周波数（８５０ＭＨｚ）およびパーソナル通信サービスの周波数（１．９ＧＨｚ）の双方のためのＴＤＭＡ用米国規格である。ＴＤＭＡは、デジタルアメリカ携帯電話サービス（Ｄ−ＡＭＰＳ（digital-American mobile phone service））、パーソナルデジタルセルラー（ＰＤＣ（personal digital cellular））、日本デジタルコードレス（ＪＤＣ（Japanese digital cordless））、および移動通信用グローバルシステム（ＧＳＭ）によって使用されている。また、ＴＤＭＡは、デジタル拡張コードレス通信（ＤＥＣＴ（digital enhanced cordless telecommunications））用にも使用されている。移動通信用グローバルシステム（ＧＳＭ）規格。ＧＳＭサービスには、ＧＳＭ１８００が含まれる。ＧＳＭ１８００は、１８００ＭＨｚの周対数帯で動作し、ＰＣＮもしくはＰＣＮ１８００、またはＤＣＳ１８００とも呼ばれる。ＧＳＭ１９００は、１９００ＭＨｚの周波数帯で動作し、ＰＣＳ１９００およびＤＣＳ１９００とも呼ばれる。ＧＳＭ９００は、９００ＭＨｚの周波数帯で動作する。
【００１８】
この明細書本文は、ＴＤＭＡ規格およびＧＳＭの点から説明されている。しかしながら、他の同様の型の無線インターフェース規格、例えば、パーソナルハンディホン（ＰＨＰ（personal handy phone））やデジタルヨーロッパコードレス電話（ＤＥＣＴ（digital European cordless telephone））などのＣＴ−２システムやハイブリッドＴＤＭＡ／ＴＤＤシステムなども、使用することができる。この明細書本文の目的から、ＴＤＭＡシステム、ＴＤＤシステム、およびＴＤＭＡ／ＴＤＤシステムを、すべてＴＤＭＡシステムと呼ぶこととする。ＴＤＭＡベースでない規格についても、その一般的概念は適用可能である。この発明は、ほとんどの第２世代（２Ｇ）携帯電話およびすべての第３世代（３Ｇ）携帯電話に適用できることが理解されるべきである。
【００１９】
携帯電話２１０は、基地局１２０への送信を行っている間、上りリンク信号１１１の包絡線変調を通じて包絡線検波器２２０にメッセージを搬送する。この包絡線変調は、上りリンク信号１１１が、例えばＧＳＭ無線規格など割り当てられた無線インターフェース規格に準拠することを維持するように適用される。この発明は、多種多様の無線インターフェース規格に適用可能であることが理解されるべきである。
【００２０】
特に、この発明は、上述したすべての無線インターフェース規格に適用可能である。それらの規格では、無線搬送波は、携帯電話から基地局への第１のメッセージを符号化する目的で、デジタル位相シフトキーイングまたは他のデジタル変調方式を使用して変調されることが多い。この発明によれば、上りリンク信号１１１のベースバンド包絡線変調は、デジタル搬送波変調と同時に無線信号に適用される。近くの包絡線検波器用の第２のメッセージを符号化するための包絡線変調を選択することは、包絡線検波器の実施を簡単にするので好都合である。これは、第２のメッセージの符号化に使用されるビットレートが低い場合に特に当てはまる。
【００２１】
より安全なタイプのシステムでは、基地局１２０に接続された自動応答装置２４０が、携帯電話２１０の「呼び出し側ＩＤ」情報を抽出する。自動応答装置２４０は、オプション接続２４１を使用して、包絡線検波器２２０と情報を交換する。例えば、この情報は、携帯電話２１０が上りリンク信号１１１の包絡線変調を通じて包絡線検波器２２０に送信したメッセージの検証情報を含むことができる。このような検証情報は、取引の安全性を向上させ、詐欺の危険を低減するのに好都合である。オプション接続２４１は、既知の方法で実現することができ、例えば、インターネット接続や、有線電話接続または無線電話接続などとすることができる。
【００２２】
図３は、携帯電話２１０からの無線信号が時分割多元接続（ＴＤＭＡ）に基づく無線インターフェース規格に従って発生する場合の一例の無線信号３００を示している。この図は、送信無線信号の包絡線を示している。送信無線信号の包絡線の変調は、時間の関数である。送信は、一続きのショートバースト３１０として行われる。この送信では、各バースト３１０は、継続時間３１１および振幅３１２を有し、所定のタイムスロット３１４内の時刻３１３で開始する。
【００２３】
各送信バーストの開始時刻３１３、振幅３１２、および継続時間３１１は、例えばＧＳＭなどの無線インターフェース規格によって指定される。一方、無線インターフェース規格は、一般に、開始時刻パラメータ、振幅パラメータ、および継続時間パラメータの正確な値に対して一定の許容範囲を認めている。例えば、この規格は、各パラメータに対して公称値および許容範囲を指定することができる。すべてのパラメータが、指定された許容範囲内にある限り、送信機は、いずれかのバーストパラメータまたはすべてのバーストパラメータを必要に応じて自由に変化させることができる。例えば、ＧＳＭ無線インターフェース規格において、「スロット」の公称継続時間は、５７６．５２μｓであるが、最初の１１．０７μｓおよび最後の４１．４７μｓは、「ガードタイム」とみなされている。実際のバーストは、そのスロット内に留まらなければならず、５２３．９８μｓほどの短い時間が認められる。ＧＳＭ携帯電話は、送信バーストの実際の継続時間をこの認められた範囲内で変更することができ、それでも、ＧＳＭ規格に準拠しているとみなすことができる。また、この無線インターフェース規格によって規定されるように、例えば、携帯電話は、送信無線信号の電力を一定の範囲内に調節することができる。これにより、携帯電話は、許容範囲内において、バーストの振幅を調節することが可能になる。
【００２４】
この発明によれば、送信信号のパラメータを、それらの認められた許容範囲内において個別に、または、組み合わせて変化させることにより、メッセージは符号化される。例えば、パルス位置変調（ＰＰＭ）は、各バーストの開始時刻３１３を変化させ、パルス幅変調（ＰＷＭ）は、継続時間３１１を変化させる。振幅変調（ＡＭ）は、各バーストの振幅３１２を変化させる。信号の包絡線のこれらの変調は、包絡線検波器２２０によって検波される。
【００２５】
符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）無線インターフェース規格も、その規格の送信無線信号の包絡線の変化を認めている。例えば、ＩＳ−９５  ＣＤＭＡ無線インターフェース規格によれば、携帯電話からの送信は、電力制御グループ（ＰＣＧ（power control group））として知られているショートバーストで行われる。したがって、ＩＳ−９５  ＣＤＭＡの携帯電話は、ＴＤＭＡ携帯電話について説明したのと同様の方法でメッセージを信号包絡線に符号化するために、ＰＣＧのパラメータを、それらパラメータに認められた許容範囲内で変調することができる。同様の技法が、他のＣＤＭＡ無線インターフェース規格および非ＣＤＭＡ無線インターフェース規格で可能である。
【００２６】
バースト選択を通じた包絡線変調およびシミュレートされた音声アクティビティ
現代のほとんどの無線インターフェースは、モバイル送信機が、通信のニーズに応じたさまざまな型のバーストを送信することを認めている。例えば、ＧＳＭ無線インターフェース規格において、携帯電話は、「同期シーケンス」の期間中は、規格である５４６．１２μｓのバーストの代わりに３２４．７２μｓのより短いバーストを送信する。したがって、この無線インターフェース規格が、より長いバーストまたはより短いバーストを送信するオプションを認めている場合に、それらのバーストを送信することにより、包絡線変調を行うことができる。例えば、携帯電話は、ビット値０を送るのにショート型のバーストを送信することができ、ビット値１を送るのにロング型のバーストを送信することができる。別の例として、携帯電話は、一斉呼び出しチャネルとしても知られている「ランダムアクセスチャネル」でバーストを送信することが認められている。これらのバーストのタイミングは、パルス位置変調技法によって変調することができる。バーストは、包絡線検波器２２０によって無視される情報を含んで、無線ネットワークに損害を引き起こさないように構成することができる一方、タイミングがＰＰＭ変調されたバーストは、包絡線検波器２２０によって検波可能なメッセージを符号化する。
【００２７】
通話中、携帯電話は、ＧＳＭ無線インターフェース規格においては、約２１７Ｈｚの速度で発生するタイムスロットでバーストを送信する。この規格によって認められる許容範囲のため、携帯電話は、規格に準拠することを維持しつつ、送信バーストの継続時間を少しだけ変化させることができる。例えば、携帯電話は、わずかに短いバーストを送信できる場合がある。便宜上、バーストを短くする量は、シンボル期間の倍数とすることができる。包絡線検波器２２０は電話２１０に比較的近いので、信号対雑音比（ＳＮＲ）は高い。したがって、１シンボル分だけ短くなったバーストを弁別するのに十分な正確さで、バーストのタイミングを判断することができる。例えば、１２０ｍｓごとのバーストは、標準的な長さまたは短い長さのいずれかを有することができ、したがって、毎秒約８ビットすなわち１バイトの速度で１ビットの情報を符号化することができる。
【００２８】
通話中、携帯電話は、割り当てられたすべてのタイムスロットでバーストを送信することが必要とされるとは限らない。例えば、ＧＳＭ無線インターフェース規格では、携帯電話は、「無音」期間中、すなわち、携帯電話のユーザが会話をしていない時間の間、ほとんどの送信を一時停止することが認められている。無音期間中、携帯電話は、不定期の数個のバーストのみを送信して、チャネルをオープン状態にしておく。包絡線検波器２２０は、特定のタイムスロットのバーストの存否を検波することができるので、電話ユーザの「音声アクティビティ」を検出することができる。携帯電話２１０は、この機能を使用して、包絡線検波器２２０用のメッセージを符号化することができる。音声アクティビティをシミュレートすることにより、携帯電話は、無線ネットワークの性能を損なうことなく、一定のスロットのバーストを省略したり、一定のスロットにバーストを含めたりして、例えば、正常な音声アクティビティとして見える一続きの情報ビットを符号化することができる。包絡線検波器２２０は、観測されたバーストパターンから情報ビットを復元することができる。
【００２９】
包絡線変調が、正常な音声アクティビティとして見える信号によって達成されるということは、この発明の重要な利点である。無線電話は、既存の無線ネットワークを使用しつつ、この発明を使用して包絡線検波器２２０と通信を行うことができる。無線ネットワークに変更を行う必要はなく、無線サービスプロバイダが介入する必要もない。
【００３０】
図４は、携帯電話が生成することができるバースト無線送信の一例を示している。縦軸は、無線信号の包絡線を時間の関数として表している。この具体的な例は、ＧＳＭ電話用のものである。ＧＳＭ規格では、ほとんどのバーストが、１／２ｍｓよりもわずかに長い。したがって、横軸が２秒の幅を有する図４の縮尺では、各バーストは、狭い縦の線として見える。図４は、いくつかの短いブロックのバースト４０１を明らかに示している。これらのバースト４０１は、音声信号が送信されていない通話設定中に発生し、その後の音声信号の送信中には、より定常的な一続きのバースト４０２が続く。その時点において、携帯電話は、約２１７Ｈｚの速度で無線周波（ＲＦ）信号のショートバーストを生成する。約２１７Ｈｚの速度は、ＧＳＭ用のＴＤＭＡフレームレートである。これは、音声チャネル割り当てが、ＴＤＭＡフレーム内の特定のスロットをその通話に割り当てることにより実施され、携帯電話が、ほとんどのＴＤＭＡフレームにおいてその割り当てられたスロットに無線エネルギーのバーストを送信することから起こるものである。図４は、異なる時刻における異なるパターンのバースト送信が、包絡線検波器によって容易に弁別可能であることを示している。確かに、包絡線検波器２２０は、バーストパターンを検出して計測することにより、どの型のアクティビティが実行中であるかを判断することができる。
【００３１】
「シミュレートされた」音声アクティビティを生成する１つの方法は、人間の音声と同様のスペクトル構成を有する音響信号を生成することである。あるいは、この音響信号は、記録された音声信号とすることもできる。また、この音響信号は、音声符号化器による音声として解釈される任意の波長とすることもできる。音響信号を特定の時刻にオンおよびオフにすることにより、一続きのシミュレートされた有音部でメッセージを符号化することができる。次に、無線送信機は、シミュレートされた有音部に従うパターンで無線信号を送信する。
【００３２】
情報を運ぶ信号の連続したバーストは、連続したフレームの同じタイムスロットで送信される。システムのある送信機が、ある特定のタイムスロットで送信を行っている間、他の送信機は、同時に、そのフレーム内の他のタイムスロットを使用して同じ周波数で動作している。システム内の他の送信機は、同時に、他の搬送波周波数でも同様にして動作している。
【００３３】
この明細書本文は、ＧＳＭ無線イメージ規格の点から説明されている。しかしながら、他の多くの無線インターフェース規格において、音声アクティビティゲーティング（voice-activity gating）が認められている。特に、ほとんどの第２世代（２Ｇ）およびすべての第３世代（３Ｇ）の携帯電話では、音声アクティビティのゲーティングが可能である。この発明は、送信無線信号の音声アクティビティゲーティングを可能にするすべての無線インターフェース規格に適用することができることを理解すべきである。
【００３４】
下りリンクにおける包絡線変調
例えばＧＳＭやほとんどのＣＤＭＡベースの規格などのほとんどの無線インターフェース規格では、上りリンク１１１および下りリンク１１２の双方において、送信信号の音声アクティビティゲーティングを行うことができる。さらに、ほとんどの無線インターフェース規格は、上りリンクとその対応する下りリンクとの所定の周波数関係（例えば、米国におけるＧＳＭ規格の場合、一定の周波数差８０ＭＨｚおよび、ＴＤＭＡスロットの割り当てと割り当てとの間に２＋１／２のタイムスロットの分離）を規定している。したがって、一方のリンクのパラメータは、他方のリンクから求めることができる。周波数ホッピングを有するＧＳＭ規格では、一方のリンクの周波数ホッピングパターンを、他方のリンクの周波数ホッピングを監視することにより求めることができる。ＣＤＭＡベースのＩＳ−９５規格では、特定の無線チャネルが、特定の無線周波数の割り当ておよび特定の「ウォルシュコード（Walsh Code）」の割り当てを有する。一方のリンクの周波数の割り当ておよびウォルシュコードの割り当ては、他方のリンクの周波数の割り当ておよびウォルシュコードの割り当てから求めることができる。
【００３５】
上りリンク１１１の音声アクティビティは、携帯電話ユーザによって生成される。下りリンク１１２の音声アクティビティは、携帯電話が接続されている電話機１３０によって生成される。例えば、図２のシステム２００では、下りリンク１１２の音声アクティビティは、自動応答装置２４０によって生成される。したがって、下りリンクの包絡線変調は、携帯電話による特別な動作を何ら必要としない。
【００３６】
図５は、下りリンク１１２のシミュレートされた音声アクティビティを通じた包絡線通信を利用するシステムを示している。このシステム５００は、例えば携帯電話１１０などのモバイル送信機２１０、基地局１２０、および携帯電話識別装置（ＭＰＩ（mobile phone identifier））５１０を備える。携帯電話識別装置５１０は、上りリンク受信機５１１、下りリンク受信機５１２、およびアンテナ５２１を備える。携帯電話の通話中、携帯電話２１０のユーザは、例えばサーバ５２０などの電話機との双方向無線ポイントツーポイント接続を有する。例えば、この接続は、任意の無線サービスプロバイダが提供することができ、部分的には、上りリンクチャネル１１１および下りリンクチャネル１１２を通じて確立され、電話接続５２２を通じて完成される。電話接続５２２は、通常の通話を運ぶ公衆電話ネットワークの一部であってもよい。例えば、この接続は、サーバ５２０の電話番号をダイアルする携帯電話２１０によって、既知の方法で確立することができる。
【００３７】
上りリンク受信機５１１および下りリンク受信機５１２は、携帯電話２１０または基地局１２０のいずれかからの受信無線信号をアンテナ５２１から受け取るように適合されている。また、上りリンク受信機５１１は、上りリンク無線信号１１１で発生する無線送信のＴＤＭＡバーストの搬送波周波数および発生時刻を決定するようにも適合されている。使用される無線インターフェース規格に応じて、上りリンク受信機５１１は、例えば使用される周波数ホッピングパターンやウォルシュコードなどの上りリンク無線信号１１１の付加的パラメータを計測することができる。次いで、上りリンク受信機５１１は、上りリンク信号１１１の搬送波周波数、発生時刻、および他のあらゆる観測パラメータを下りリンク受信機５１２に接続５１４を介して提供する。
【００３８】
下りリンク受信機５１２は、上りリンク無線信号１１１の搬送波周波数、発生時刻、および他のパラメータを受け取って、対応する下りリンク無線信号１１２の搬送波周波数、発生時刻、および他のパラメータを決定するように適合されている。下りリンク受信機５１２は、さらに、アンテナ５２１からの受信無線信号を受け取るようにも適合され、基地局１２０が送信した下りリンク無線信号１１２を検波するようにも適合されている。下りリンク受信機５１２は、基地局１２０が送信した多数の下りリンク無線信号の中から特定の下りリンク無線信号を抽出することができる。この抽出は、当技術分野において既知の技法により接続５１４を通じて得られた、計算した搬送波周波数、計算した発生時刻、および計算した他のパラメータに基づいて行われる。最終的に、下りリンク受信機は、下りリンク無線信号１１２のアクティビティを監視する。上述したように、下りリンク無線信号１１２のアクティビティは、サーバ５２０の音声アクティビティ（実際のものまたはシミュレートされたもの）を反映している。したがって、サーバ５２０は、この発明による音声アクティビティ包絡線変調技法を使用して、シミュレートされた音声アクティビティを通じ、携帯電話識別装置５１０用のメッセージを符号化することができる。
【００３９】
図２のシステム２００と同様に、オプション接続２４１を使用して、安全性および性能を向上できることは好都合である。例えば、携帯電話識別装置５１０は、サーバ５２０にメッセージを送信し、下りリンク１１２を介して受信された識別メッセージの正確さを包絡線検波を通じて検証することができる。
【００４０】
同じ結果を実現する代替的な実施態様も可能である。例えば、２つの受信機５１１および５１２に別々のアンテナを使用することもできるし、２つの受信機５１１、５１２を結合することもできる。
【００４１】
モバイルトランシーバの識別および認証を行うシステム
図６は、この発明によるモバイルトランシーバを識別するシステム６００を示している。このシステム６００は、モバイルトランシーバ２１０、基地局１２０、および携帯電話識別装置（ＭＰＩ）５１０を備える。ＭＰＩは、モバイルトランシーバ２１０のユーザが取引を完了したい場所に配置することができ、例えば、商店で買い物をしたり、自動販売機から商品を購入したりサービスを受けたりする場所などに配置することできる。ＭＰＩ５１０は、例えば空港の自動チケットディスペンサなどの自動販売機６１０に接続６１１を介して接続される。
【００４２】
基地局１２０は、通常、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）の一部である接続１２２を通じて認証サービスプロバイダ（ＡＳＰ）６２０に接続されている。ＭＰＩ５１０およびＡＳＰ６２０は、接続２４１を介して相互接続することができる。
【００４３】
この発明の一実施の形態では、モバイルトランシーバ２１０は、上述したベースバンド包絡線変調技法の１つまたは２つ以上のものに従って送信上りリンク信号１１１の包絡線を変調する機能を有する携帯電話である。このような実施の形態では、携帯電話は、このような変調技法を使用して、携帯電話識別装置５２１向けの識別メッセージを符号化する。携帯電話識別装置は、クレジットカードで買い物をしたときのクレジットカード番号の正当性を確認するために使用される技法など、当技術分野において既知の技法を通じて、識別メッセージにより符号化された識別情報を検証する。例えば、携帯電話識別装置は、接続２４１を使用して、ＡＳＰ６２０から認証を得ることができる。検証された識別情報が、買い物を行うことに認証されると、携帯電話識別装置５１０は、自動販売機６１０に商品を分配するように指示する。
【００４４】
携帯電話２１０が送信上りリンクのベースバンド包絡線を変調する機能は、その電話自体の変更されたファームウェアまたはハードウェアを通じて実現することができる。あるいは、この機能は、スマートカードとしても知られている加入者情報モジュール（ＳＩＭ）カードのソフトウェアを変更することによって実現することもできる。ＳＩＭカードを使用することは、ＧＳＭ無線インターフェース規格の特徴である。ＳＩＭカードは、携帯電話に挿入されて、その機能を制御する。ＳＩＭカードは、加入者の個人情報および電話設定のすべてを保持する。本質的には、ＳＩＭカードは、ネットワークを使用するための加入者の認証情報である。また、ＳＩＭカードは、電話番号、個人セキュリティキー、および携帯電話が機能するのに必要な他のデータも保持する。このカードは、どの携帯電話にも挿入することができ、それによって、特定の電話に、その加入者番号にかかったすべての通話を受信させることができる。所望の結果を実現するようにＳＩＭカードのソフトウェアを適合させる方法は、当技術分野において既知である。
【００４５】
この発明の別の実施の形態では、モバイルトランシーバ２１０は、従来技術の携帯電話である。このような実施の形態では、携帯電話のユーザは、携帯電話を使用して所定の番号に電話をかけることにより取引を行う。この所定の番号は、認証者サービスプロバイダ６２０に割り当てられる。例えば、ＧＳＭネットワークなどの無線ネットワークは、無線電話接続をＡＳＰに設定する。この無線ネットワークは、特定の無線チャネルをその通話に割り当てる。ＧＳＭ規格によれば、このようなチャネルは、ＧＳＭの８スロットＴＤＭＡフレーム内の特定のスロット割り当てに対応し、無線サービスプロバイダに割り当てられた無線帯域幅の範囲内の特定の周波数割り当てに対応する。周波数ホッピングが使用される場合、この「周波数割り当て」は、実際には、所定のシーケンスの周波数パターンになる。しかしながら、基本概念は同じである。
【００４６】
いずれにしても、ＭＰＩ５１０は、近くの携帯電話が通話中に送信した上りリンク信号１１１のベースバンド包絡線パターンを検出することにより、その近くの携帯電話が、携帯電話で電話をかけたことを判断する。ＭＰＩ５１０は、上りリンク信号１１１の暗号化された情報を解読することはできないが、上りリンク信号１１１のいくつかのパラメータを決定することができる。特に、ＭＰＩ５１０は、通話の発生時刻を記録し、無線送信のバーストの時間内の位置を監視し、かつ、その周波数または周波数パターンを計測することにより、携帯電話に割り当てられた無線ＧＳＭチャネルを求める。この時点で、ＭＰＩは、携帯電話が近くにいると判断しており、その携帯電話がどのチャネルを使用しているかを求めている。同時に、ＡＳＰ６１０は、携帯電話からの通話を受信する。
【００４７】
図７は、ＡＳＰ６２０の可能な実施態様のブロック図を示している。ＡＳＰは、コンピュータ７１０と、呼び出し側ＩＤ検出機能付き音声モデム７２０とを備える。コンピュータ７１０および呼び出し側ＩＤ検出機能付き音声モデム７２０は、接続７１１によって相互接続されている。呼び出し側ＩＤ検出機能付き音声モデムは、既知の音声帯域コンピュータモデムの機能を有する市販のデバイスである。しかしながら、呼び出し側ＩＤ検出機能付き音声モデムは、電話接続１２２に入来する通話に応答できることに加えて、入来する通話に付随する呼び出し側ＩＤ情報を検出することもできる。さらに、呼び出し側ＩＤ検出機能付き音声モデムは、接続７１１を通じたコンピュータ７１０による制御の下で、音声信号を生成して、この音声信号を電話接続１２２に挿入することもできる。
【００４８】
通話に付随した呼び出し側ＩＤ情報を検査することにより、ＡＳＰ６１０は、携帯電話の識別情報を判断する。これにより、詐欺の危険が低減される。
【００４９】
ＭＰＩ５１０が、上りリンク信号１１１における復号可能なベースバンド包絡線変調されたメッセージのユーザＩＤまたは他の一意のコードを受信すると、そのＩＤは、ＡＳＰ６２０との接続２４１を介して肯定的な認証を受けることができる。あるいは、無線リンクの下りリンク信号と上りリンク信号との間には、明確に定義された所定の関係が存在するので、ＭＰＩは、下りリンク１１２に同調することもでき、関連付けられたベースバンド包絡線変調を監視して、ユーザＩＤ、または、認証コードなどの他の一意のコードを含むメッセージを検出することができる。これは、上述したように、下りリンク受信機５１２により、上りリンク信号１１１の観測されたパラメータに基づいて達成される。
【００５０】
ＡＳＰ６１０は、あるパターンの音声アクティビティを含むシミュレートされた音声信号を生成する。このパターンは、下りリンク受信機５１２を使用してＭＰＩ５１０により検出されたメッセージを符号化するように構造化される。このメッセージは、下りリンク無線信号１１２のベースバンド包絡線変調によって運ばれる。下りリンク無線信号１１２の上りリンク無線信号１１１との関連付けの一意性は、例えばＧＳＭ規格などの無線インターフェース規格によって保証される。この関連付けの一意性により、詐欺の危険性および誤って識別されることが低減される。メッセージは、呼び出し側ＩＤ情報と、携帯電話のユーザについて利用可能となり得る他の情報とに基づいて、ＡＳＰにより生成される。ＭＰＩは、上述したように、下りリンク無線信号１１２によって運ばれるメッセージから、携帯電話２１０の識別情報を知る。
【００５１】
接続２４１は、取引を完了する場合のオプションである。例えば、ＡＳＰは、下りリンク信号１１２のベースバンド包絡線変調を通じて、必要なすべての情報をＭＰＩに搬送することができる。しかしながら、接続２４１が利用可能である場合、取引の信頼性、速度、プライバシー、および安全性が向上する。例えば、複数のＭＰＩが、互いに近くに存在する状況において、携帯電話２１０が、電話をかけると、上りリンク無線信号１１１は、複数のＭＰＩが同時に検出することができる。各ＭＰＩが、ＡＳＰへの接続２４１を有する場合、各ＭＰＩは、無線信号を検出したことをＡＳＰに報告することができる。また、各ＭＰＩは、検出した信号に関する利用可能な情報をＡＳＰに報告することもできる。報告する情報には、検出した信号の強度を含めることができる。
【００５２】
ＡＳＰは、複数のＭＰＩから受信した情報を検査し、最大信号強度を報告したＭＰＩを選択する。次いで、ＡＳＰは、接続２４１を使用して、選択したＭＰＩにコマンドを送信し、下りリンク信号１１２のベースバンド包絡線変調の特定のコードを探すように、選択したＭＰＩに指示する。指定されたコードは、ランダムに選んだ値とすることができる。異なるランダム値が、その時々に選ばれると、詐欺の危険性または誤って識別されることが低減される。選択したＭＰＩが、下りリンク信号１１２のベースバンド包絡線変調の指定されたコードを検出すると、携帯電話２１０の識別情報は、肯定的に確認される。
【００５３】
ＭＰＩ５１０が、上述した技法の１つを通じて、携帯電話２１０の信頼性のある識別を行い、適切な認証を得た後、ＭＰＩは、商品を分配するように自動販売機６１０に指令する。
【００５４】
図８は、この発明による携帯電話の識別および認証を行う方法８００のステップおよびイベントを示している。このイベントのチェーンは、携帯電話２１０がＡＳＰ６２０に電話をかけること（８１０）によって開始される。ステップ８２０、８３０、８４０、８５０、８６０、８７０、および８８０は、ＭＰＩ５１０が行う動作を示している。ステップ８２５、８３５、８４５、８５５、８６５、８７５、および８８５は、ＡＳＰ６２０が行う動作を示している。図８の矢印は、因果関係を示している。特に、矢印８１１は、上りリンク無線信号１１１のベースバンド包絡線検波を通じた通信によってサポートされる。矢印８１２は、例えばＧＳＭ規格などの無線インターフェースに従った無線通話を通じた通信によってサポートされる。矢印８６１は、下りリンク無線信号１１２のシミュレートされた音声アクティビティのベースバンド包絡線検波を通じた通信によってサポートされる。矢印８７１および８８１は、オプション接続２４１を通じた通信によってサポートされる。それ以外のすべての矢印は、ＭＰＩの内部通信またはＡＳＰの内部通信によってサポートされる。ボックス内のテキストは、一目瞭然であり、さまざまなボックスによって実行される機能を記載している。
【００５５】
この発明の説明は、携帯電話について言及しているが、これらの技法の多くは、他の種類の無線端末にも適用することができる。具体的には、一続きのバーストとして無線信号を送信するデータ端末が、それらのバーストのパラメータを必要に応じて変化させ、メッセージを符号化することができる。データ端末が、一続きの１つまたは２つ以上のバーストとして配列された無線信号によりデータを受信する場合、データの送信元は、後にメッセージを搬送できる特定のパターンの包絡線の変形を行うような方法で、データのタイミングおよび量を操作することが可能となり得る。
【００５６】
この発明について、好ましい実施の形態の例によって説明してきたが、この発明の精神および範囲内において、他のさまざまな適応および変更を行い得ることが理解されるべきである。したがって、添付した特許請求の範囲の目的は、この発明の真の精神および範囲内に入るすべての変形および変更をカバーすることである。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】従来技術の携帯電話通信システムの図である。
【図２】この発明によるベースバンド包絡線変調を使用する携帯電話通信システムの図である。
【図３】ＴＤＭＡ無線信号のバーストのタイミング図である。
【図４】ＧＳＭ無線信号のバーストのタイミング図である。
【図５】この発明によるシミュレートされた音声アクティビティを通じたベースバンド包絡線変調を使用する携帯電話通信システムの図である。
【図６】この発明による携帯電話の識別および認証を行うシステムの図である。
【図７】認証サービスプロバイダのブロック図である。
【図８】この発明による携帯電話の識別および認証を行う方法のフローチャートである。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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