(57)【要約】【課題】チャネル切換の候補を評価する無線電気通信加入者ユニットを提供する。【解決手段】セルラ電気通信ネットワークは、地球の軌道を周回する衛星１２内に配置される基地局を備え、任意の数の加入者ユニットを備える。各衛星は、衛星が地球に向かって投影するセル２８に関して、所定の時間の間有効であるセル・クラスタ・リストを受信する。各セル・クラスタ・リストには、ローカル・セル２８内で動作する加入者ユニットがチャネル切換を要求するセルを識別する目標セル・エントリが含まれる。目標セル・エントリは、その目標セルに関連する通信チャネルを識別する。同一のセルに関して、これから起こる通信チャネルの変更が別の目標セル・エントリとして指示される。加入者ユニットは、セル・クラスタ・リストを受信し、ローカル・セルと目標セルとに関して通信チャネルを評価し、チャネル切換の決定を下す。【選択図】  図２
2007060719.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ローカル・セルから候補目標セルへのチャネル切換を要求するセルラ通信システムにおいて加入者ユニットを動作させるための方法であって、各セルは関連する同報チャネルを有し、前記同報チャネルは周波数及びタイムスロットを含み、前記セルの各々は、関連する同報チャネルの周波数及び／又は時間スロットを周期的に変更するものであり、
前記加入者ユニットにより音声通信中の瞬間的な無音期間の間に候補目標セルの第１のリストを受け取るステップと、前記第１のリストは各候補目標セル用のセル識別子（ＩＤ）及び同報チャネルを含み、
通常では、前記第１のリストの各候補目標セルに対して関連する同報チャネルの瞬間的な信号強度を測定するステップと、
音声通信中の続きの瞬間的な無音期間の間に候補目標セルの第２のリストを受け取るステップと、前記第２のリストは各候補目標セル用のセル識別子（ＩＤ）及び同報チャネルを含み、前記第２のリストの幾つかの候補目標セルは候補目標セルと同じセルＩＤを有しているが、異なる同報チャネルを有しており、幾つかの候補目標セルの同報チャネルは、候補目標セルの前記第１及び第２のリストを受け取るステップの間で変化するものであり、
同じセルＩＤ及び異なる同報チャネルを有する前記第１及び第２のリストの候補目標セルをリンク付けするステップと、
前記第２のリストの各候補目標セルに対して前記測定ステップを繰り返し、前記リンク付けされた候補目標セルに対して関連の異なる同報チャネルの瞬間的な信号強度を測定するステップと、
前記第１及び第２のリストの各候補目標セルに対して同報チャネルの平均信号強度を決定するステップと、前記平均信号強度は前記瞬間的な信号強度の測定の後に基づくものであり、
前記リンク付けされた候補目標セルに対して、前記平均化ステップにおいて使用するための瞬間的な信号強度の最大の強度を選択するステップと、を備える方法。
【請求項２】
前記各ステップは前記加入者ユニットがセルに接続されている間に行われ、方法は更に、
前記ローカル・セルに関連する同報チャネルの信号強度と前記候補目標セルの各平均信号強度とを比較するステップと、
前記１つの候補目標セルの前記平均信号強度が前記ローカル・セルの同報チャネルの信号強度を超える場合、前記候補目標セルの１つへのチャネル切換を要求するステップと、を備える請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記比較ステップに応答して前記セルがチャネル切換され得る所望の目標セルの１つを選択する工程を備え、前記選択する工程は、
前記加入者ユニットによって前記システムに対する前記加入者ユニットの現在の位置においてローカル・セルに向かって投影される第１の信号の強度を決定するステップと、
前記加入者ユニットによって前記システムに対する前記加入者ユニットのおおよその現在の位置において目標セルに向かって投影される第２の信号強度を決定するステップとを含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記加入者ユニットは１以上の無線受信機を含み、
候補目標セルの前記第１及び第２のリストは、前記目標セルに向かって投影される無線通信チャネルを特定するデータを含み、
前記測定ステップは、前記１以上の無線受信機を前記リストにおいて特定された前記無線通信チャネルに同調するステップを含む請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にセルラ無線通信の分野に関し、さらに詳しくは、呼がセル間でチャネルを切り換えられるセルラ電気通信システムで用いられる無線電気通信加入者ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
セルラ通信の分野においては、１つのセル内に位置する移動加入者ユニットが第１組の通信チャネルを介して基地局と通信を行う。隣接のセルでは、移動加入者ユニットは、異なる組の通信チャネルを介して基地局と通信する。呼の途中で、移動により移動加入者ユニットがセル間の境界を横切ると、その呼はあるセルに関わる通信チャネルから、他のセルに関わる通信チャネルへと「チャネル切換」される。チャネル切換動作には、基地局がその通信チャネル資源の割当を変更することが要求され、この動作によって移動加入者ユニットは、その送信機および受信機を呼の進行中に新しいチャネルに再同調することになる。望ましくは、これらの動作は呼が消失されずに、あるいは中断されず、乏しい通信チャネル資源を不必要に無駄にすることなく実行される。
【０００３】
チャネル切換過程は、従来、連続的に改善を重ねて来た高度な操作である。チャネル切換過程には、チャネル切換をいつ実行するかを決定する際に守るべき原則の作成および実行，どの通信チャネルがチャネル切換された呼を受信するかの選択および通信チャネル間に進行中の呼を首尾良く転送する段階が含まれる。連続的な改善の側面には、システムの性能を強化したいという現在の希望から生まれるものがある。
【０００４】
しかし、連続的な改善の側面には、セルラ・システム構造全体に時として起こる不可避な変更によるものもある。たとえば、周波数再利用計画がときによって変わり、通信チャネルのセルに対する既存の関係を再定義することがある。チャネル切換過程は、この変更を反映するために進化しなければならないことが多い。
【０００５】
改善に対する連続的な必要性と、一貫して良好なサービスを提供する必要性とにより、従来のセルラ・システムは、そのチャネル切換過程を、主に通信サービス・プロバイダの制御下で実行する。移動加入者ユニットは、通信サービス・プロバイダの制御下にはなく、チャネル切換決定の原則を進化させる情報を持っていない。そのため、移動加入者ユニットは、従来、チャネル切換過程において副次的な役割しか果たしていない。たとえば、移動加入者ユニットは、基地局に命令されると、信号強度測定を行い、測定値を基地局に報告することがある。しかし、基地局やその他のシステム構成要素は、チャネル切換決定の原則に従い、移動加入者ユニットに対してその送信機と受信機とを決定原則により決められたチャネルに一度に再同調することを命令する。
【０００６】
これから起ころうとするセルラ・システムの構造的な変更、たとえば周波数再利用計画の変更などを見据えて、システム構成要素と非移動加入者ユニットは、その変更に関して先見的知識を持ち、決定原則を修正して、古い原則により実行されるチャネル切換によって、修正しなければ起こるかも知れない呼の消失を最小限に抑えることができる。あるいは、このような変更が起こることが滅多にない場合は、セルラ・システムは、短期間の間は古い決定原則による動作を単に許容することもあるが、莫大な数の呼の消失が回避されるとき、たとえば真夜中などに変更が行われるよう予定を立てる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
残念ながら、従来の「中央集権型」チャネル切換技術は、基地局が地球の軌道を周回する衛星内にあるセルラ・システムには適さない。衛星を軌道上に配置するには莫大な費用がかかり、単純，軽量，信頼性が高く低電力ではない基地局は、商業的には引き合わない。従来の中央集権型チャネル切換技術では、基地局は、少なくとも部分的には、基地局が対応するすべてのチャネルに関してチャネル切換決定原則を組み込むだけの充分な処理電力を持つ必要があるので、このような特性を持つことができない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、衛星を基にしたセルラ通信または電気通信システムまたはネットワーク１０を示す。ネットワーク１０は、衛星１２内に位置する空中衛星の集団を利用して地球上に広がる。現在の好適な実施例においては、衛星１２は、極地低地球軌道１４を占有する。特にネットワーク１０の好適な実施例は、６つの極地軌道面を用いて、各軌道は１１個の衛星１２を保有し、合計で６６個の衛星１２がある。分かりやすくするために、図１にはこれらの衛星１２のうち数個だけを図示する。
【０００９】
軌道面１４と衛星１２は、地球の周囲に分配される。現在の好適な実施例においては、各軌道１４は、約７６５ｋｍの高度において地球を囲む。このように比較的低い軌道のため、任意の１つの衛星からの照準電磁送信は、いかなる時点においても地球の比較的小さい面積をカバーする。たとえば、衛星１２が地上約７６５ｋｍで軌道を占有すると、この送信は直径約５０００ｋｍの「影響地域（footprint）」の面積をカバーする。
【００１０】
軌道１４の低地球という特性のために、衛星１２は毎時約２５，０００ｋｍで地球を基準に航行する。この航行により、衛星１２は、最大で約９ないし１０分間の間、地表のある地点で視野内に入る。さらに、衛星１２が航行する極地軌道１４により、衛星１２は極地に向かうときは、互いに向かって経線方向に集まり、赤道に向かうときは互いに経線方向に離れる。
【００１１】
衛星１２は、多くの中央切り換えオフィス（ＣＳＯ：central switching office）２２−−図１では１つだけを図示−−と、いくつかの地上制御局（ＧＣＳ：ground control station）２４−−図１では１つだけを図示−−と、任意の数の無線通信または電気通信加入者ユニット（ＳＵ：subscriber unit）２６−−図１では１つだけを図示−−を介して地上の装置と通信する。ＣＳＯ２２，ＧＣＳ２４および加入者ユニット２６は、地表またはその付近の任意の場所に配置することができる。
【００１２】
ＧＣＳ２４は、好ましくは、衛星１２の集団のために遠隔測定，追跡および制御（ＴＴ＆Ｃ：telemetry, tracking and control）機能を実行する。好ましくは、ＣＳＯ２２は、ネットワーク１０内で通信ノードとして動作する。世界公衆交換電気通信網（図示せず）などの多様な地上準拠通信システムは、ＣＳＯ２２を介してネットワーク１０にアクセスすることができる。衛星１２の集団の構造のために、少なくとも１つの衛星１２は、一般に地表の各地点の視野内に常にある。従って、ネットワーク１０は、衛星１２の集団を介して、任意の２つの加入者ユニット２６間，任意の加入者ユニット２６とＣＳＯ２２との間または任意の２つのＣＳＯ２２間に通信回路を開設することができる。
【００１３】
図２は、衛星基地局１２のうち６つの基地局により得られるセルラ・アンテナ・パターンの一例の静止レイアウト図である。ここでは、６つの衛星のうち３つが１つの軌道１４内に順に配置され、６つの衛星１２のうち残りの３つは隣接する軌道１４内に順に配置される。分かりやすくするために、図２では、６つの衛星１２のうち、１つの軌道１４内にある最初の３つの衛星だけを図示する。
【００１４】
各衛星１２には、方向性アンテナ２７のアレイが含まれる。各アンテナ・アレイ２７は、地表に向かって、多数多種の角度で、衛星１２から数多くの個別のアンテナ・パターンを投影する。図２は、衛星１２が地表に集合的に形成するセル２８の結果的に得られるパターンの概略図を示す。衛星１２が地球から７６５ｋｍ上方にあるとき、セル２８は、一般に４００ないし８００ｋｍ範囲の直径を有する。衛星１２が地球を基準に毎時２５，０００ｋｍまでの速度で航行すると、セル２８も地球上方をこの速度に近い速度で移動し、地表上の任意の地点が１つのセル２８内にあるのは数分未満の間である。ＳＵ２６（図１参照）の地球に相対する移動にも関わらず、ネットワーク１０は、衛星１２とセル２８の移動のために多数のチャネル切換を行うことになり、平均的な呼は少なくとも１回の、場合によってはさらに多くのチャネル切換を経験することになる。
【００１５】
１つの衛星１２が地表に投影するセル２８のパターンを、影響地域３０と呼ぶ。図２は、軌道１４の上記の経線方向の収束による重複部３２を図示する。重複部３２の寸法は、重複する影響地域３０の相対的な位置によって変わる。図１ないし図２を参照して判断することができるように、最大量の重複部３２は地球の極地で起こり、地球の赤道地域では、ほとんどまたは全然重複は起こらない。図２は、影響地域３０の静止スナップ像を表す。任意の２つの影響地域３０に関わる重複部３２の部分は、衛星１２が軌道１４内で移動するにつれ変化する。
【００１６】
各時点について、ネットワーク１０は、各セル２８がアクティブであるか非アクティブであるかを定義する。アクティブ・セルは、「オン」と見えるものであり、非アクティブ・セルは「オフ」と見えるものである。非アクティブ・セル２８は、重複領域３２内にあり、セル２８は、衛星１２が地球の軌道を周回すると動的にアクティブおよび非アクティブに切り替えられる。衛星１２は、非アクティブ・セル２８内では送信の放送を停止する。
【００１７】
便宜上、図２はセル２８および影響地域３０を、地球の極地付近の軌道１４の経線方向の収束と、地球の赤道領域付近の軌道１４の経線方向の分散とに帰するものとは別の、個別の一般的に六角形の重複または空隙のない形状とする。しかし、実際には、衛星１２のアンテナ２７から投影された等しい強度線は、六角形ではなく、より円形または楕円に近いこと、アンテナの副ローブがパターンを歪めること、また隣接セル２８間の好ましくは小さい重複部が予測されることが、当業者には理解頂けよう。
【００１８】
ここでは好適な軌道の幾何学的形状が説明されたが、衛星１２がネットワーク１０に関して提供する基地局は、ここで説明されたように精密に配置する必要はないことは、当業者には認識頂けよう。たとえば、このようなノードは地表にあっても、ここで説明されたもの以外の軌道内にあっても構わない。同様にノードの正確な数は、ネットワークによって変わることがある。
【００１９】
衛星１２は、限られた量の電磁スペクトルを用いてすべての加入者ユニット（図１参照）と通信を行う。このスペクトルの正確なパラメータは、本発明には重要ではなく、ネットワークによって変わることがある。本発明では、このスペクトルを個別の部分に分割する。これを以下チャネルまたは通信チャネルと呼ぶ。これらのチャネルは、互いに関連付けられチャネル・セットとなる。衛星１２は、各々のアクティブ・セルに割り当てられたチャネル・セットを用いて、アクティブ・セルとの間に信号を送受信する。このスペクトルを分割するための正確な方法も、本発明にとっては重要ではない。たとえば、スペクトルは、個別の無線周波数（ＲＦ）通信または電気通信チャネルまたは帯域，個別の時間スロット，個別の符号法またはこれらの組み合せに分割することができる。望ましくは、これらの個別のチャネル・セットは、すべての他のチャネル・セットに直交する。言い換えると、各チャネル・セットの各チャネル上の共通位置において、大きな干渉を起こさずに同時に通信を行うことができる。
【００２０】
図２は、アクティブ・セル２８に対して１２個の個別のチャネル・セットを割り当てる例を示す。図２は、１２個の個別のチャネル・セットを、文字「Ａ」，「Ｂ」，「Ｃ」，「Ｄ」，「Ｅ」，「Ｆ」，「Ｇ」，「Ｈ」，「Ｉ」，「Ｊ」，「Ｋ」，「Ｌ」を用いて参照する。しかし、スペクトルが分割される正確なチャネル・セットの数は本発明にとっては重要ではなく、当業者には、異なる数のチャネル・セットを用いることができること、また異なる数が用いられる場合には、その結果のアクティブ・セル２８に対するチャネル・セットの割当パターンは図２に示される割当パターンとは異なることが理解頂けよう。同様に、当業者には、各チャネル・セットに１つのチャネルまたは任意の数の直交チャネルが含まれること、また異なるチャネル・セットに同数のチャネルが含まれる必要がないことが認識頂けよう。
【００２１】
図３は、地上制御局２４（図１参照）またはネットワーク１０の他のノードにより実行される地上制御局（ＧＣＳ）過程３４の一例の流れ図である。簡単にするために、ＧＣＳ２４を、基本的に、ネットワーク１０上でデータを送受信する能力を有する汎用コンピュータ（図示せず）と見なすことにする。しかし、ＧＣＳ２４は、汎用コンピュータに限らず、遠隔測定，追跡およびネットワーク１０の制御機能を提供する目的のために特に構築され、それに専念するものであってもよい。
【００２２】
一般に、ＧＣＳ過程３４は、セル２８（図２参照）のアクティブ／非アクティブ状況を定義し、チャネルをセル２８に割り当て、チャネル切換を決定する際にＳＵ２６（図１参照）が評価する候補目標のセルのリストを作成する。さらに詳しくは、ＧＣＳ過程３４は、一連の入れ子型プログラミング・ループとして動作する。流れの戻り線３６で示される外側のエポック・ループは、より大きなエポック内の数多くの個別の短い時間間隔を処理する。流れの戻り線３８で示される中間ローカル・セル・ループは、各時間間隔毎に個別のアクティブ・セルを処理する。流れの戻り線４０で示される内側のセル・クラスタ・ループは、各々に１つのローカル・セルが含まれるセル・クラスタにグループ分けされたセルを処理する。
【００２３】
過程３４は、衛星１２の位置決め，その影響地域３０およびセル２８（図２参照）がシミュレーションされる次の時間間隔を識別するためのタスク４２を実行する。この時間間隔は、望ましくは数秒未満の間続く。タスク４２の後で、タスク４４により、識別された時間間隔の間、セル２８の位置決めがシミュレーションされ、セルの重複部３２（図２参照）が評価されて、アクティブ・セルおよび非アクティブ・セルを識別する。一般的に言って、２つのセル２８の面積の少なくとも所定の部分だけが重複するときは、タスク４４により２つのセルのうち１つがアクティブ、もう１つが非アクティブと定義される。
【００２４】
次に、タスク４６は、通信チャネルをアクティブ・セルのみに割り当てる。従来の周波数再利用計画法を行って、隣接チャネル２８内で用いられるチャネル間の干渉の可能性を最小限に抑える。
【００２５】
タスク４６の後で、タスク４８は、ローカル・セル・ループ３８を開始して、アクティブ・セル２８のそれぞれを個別に処理する。タスク４８は、その後の処理に関して「ローカル」セルと見なされる次のアクティブ・セル２８を識別する。タスク４８の後で、タスク５０が、アクティブ／ローカル・セル２８内の進行中の呼をチャネル切換する目標のセル２８を識別する。一般的に言って、目標セルはローカル・セルに隣接する。ある好適な実施例においては、目標セルは、セル２８がＳＵ２６（図１参照）に対して近づく方向にあるものに限られる。次に、タスク５２が、セル・クラスタ・リスト５４を作成する。このリストの一例のブロック図を図４に示す。
【００２６】
図４を参照して、セル・クラスタ・リスト５４には、ローカル・セル・エントリ５６を定義するデータと候補目標セル・リスト５８とが含まれる。ローカル・セル・エントリ５６は、タスク５２（図３参照）でローカル・セルを特徴化する。候補目標セル・リスト５８には、複数の目標セル・エントリ６０が含まれる。目標セル・エントリ６０は、タスク５０（図３参照）で識別された種々の目標セルを特徴化する。セル・エントリ５６，６０の各々には、好適な実施例では、少なくとも衛星ＩＤ，セルまたはビームＩＤ，周波数および時間スロットが含まれる。衛星ＩＤおよびビームＩＤは、ネットワーク１０内のセル２８を一意的に識別し、周波数および時間スロットは、関連するセル２８内で送信される同報チャネルを特徴化するパラメータを表す。
【００２７】
図３を再び参照して、タスク５２の後で、タスク６２がセル・クラスタ・ループ４０を開始する。特に、タスク６２は、上記タスク４２で識別された現在の時間間隔に相対する別の過去の時間間隔を識別する。望ましくは、ループ４０は現在の時間間隔の前の数秒間に時間間隔を評価する。
【００２８】
タスク６２の後で、照会タスク６４は、セル・クラスタ・リスト５４（図４参照）内の通信チャネルのうち現在と過去の時間間隔の間に変更を経験したものがあるか否かを判断する。タスク６４により評価されるセル・クラスタは、同じローカル・セルを有するが、異なる時間間隔中に起こる。ローカルおよび目標セル・エントリ５６，６０（図４参照）により伝えられる周波数および時間スロット情報を検証することにより、現在と過去の時間間隔における対応セル２８に関して通信チャネルの変更を識別することができる。チャネルは、たとえば、異なる時点でセル２８を非アクティブにする、あるいはアクティブにすること、またその後で結果的にアクティブになったセルに通信チャネルを再割り当てすることなどにより変わることがある。
【００２９】
タスク６４がチャネル変更を検出すると、タスク６６が実行されて、最新の（現在の）セル・エントリを過去のセル・クラスタ・リスト５４に追加する。これにより、過去の時間間隔のセル・クラスタ・リスト５４には、過去の時間間隔と現在の時間間隔の間にチャネルの変更がある場合には、両時間間隔に関してセル・エントリ５６または６０が含まれることになる。過去の時間間隔に関して、セル・クラスタ・リスト５４には、そのときは使用可能でないが、変更後には使用可能になる通信チャネルを記述するエントリが含まれることになる。
【００３０】
タスク６６の後で、タスク６４がチャネル変更がないと判断すると、照会タスク６８がセル・クラスタ・ループ４０を終了するか否かを決定する。現在の時間間隔の前の数秒間のすべての時間間隔が評価されると、セル・クラスタ・ループ４０は終了する。セル・クラスタ・ループ４０がまだ終了しないときは、プログラム制御はタスク６２にループで戻り、現在の時間間隔に相対する別の過去の時間間隔を評価する。
【００３１】
セル・クラスタ・ループ４０が終了すると、照会タスク７０が、ローカル・セル・ループ３８を終了するか否かを決定する。ローカル・セル・ループ３８は、すべてのアクティブ・セルがローカル・セルであると評価されると終了する。ローカル・セル・ループ３８がまだ完了しない場合は、プログラム制御は、タスク４８にループで戻り、セル・クラスタ・リスト５４（図４参照）を構築する目的でローカル・セルとして別のアクティブ・セルを評価する。ローカル・セル・ループ３８が続くと、現在の時間間隔に関して別のセル・クラスタ・リスト５４が形成され、過去の時間間隔に関するセル・クラスタ・リスト５４は、これから起こるチャネル変更を反映するように改変される。
【００３２】
ローカル・セル・ループ３８が終了すると、照会タスク７２は、エポック・ループ３６を終了するか否かを決定する。あるエポック内のすべての時間間隔が評価されると、エポック・ループ３６は終了する。好適な実施例においては、エポックは、２４ないし３６時間の間の時間の長さを表す。時間間隔がまだ評価されているときは、プログラム制御はタスク４２にループで戻り、次の時間間隔にネットワーク１０を評価する。エポック・ループ３６が続くと、エポック全体の周波数割当テーブルが構築されるまで、別の時間間隔内のアクティブ・セルに関して別のセル・クラスタ・リスト５４が形成される。
【００３３】
最終的にエポック・ループ３６が終了すると、タスク７４は、必要に応じて衛星ＩＤにより周波数割当テーブルを分類し、タスク７６が衛星周波数割当データを各々の衛星１２に送る。望ましくは、タスク７６は、ＧＣＳ過程３４が実行されたエポックの第１時間間隔の前に行われる。各衛星１２は、このデータをセーブする。これにより衛星１２は、周波数割当データとセル・クラスタ・リスト５４（図４参照）とをその中に格納して、エポックが実際に起こるとそれを用いる。
【００３４】
タスク７６の後で、プログラム制御はＧＣＳ過程３４を出る。しかし、望ましくは、過程３４はシミュレーションが行われたばかりのエポックが終了する前にもう一度実行される。
【００３５】
図５は、衛星基地局１２のブロック図を示す。好適な実施例においては、すべての衛星１２は、実質的に同じ構造を有する。衛星１２は、アンテナ・アレイ２７を備え、これが任意の数の受信機７８と任意の数の送信機８０とに結合する。受信機７８と送信機８０は、バッファ部８２に結合する。受信機７８で受信された情報パケットは、バッファ８２に入れられる。一般に、パケットはバッファ８２内でインデックスを付けられるので、バッファ８２から引き出して、意図された宛先に向かって衛星１２から送信することができる。もちろん、タスク７６（図３参照）に関して上述された周波数割当データなど一部のデータは衛星１２のためのものなので、衛星１２から外に送信されることはない。同様にネットワーク制御メッセージなどの他のデータは、衛星１２で受信されたのではなく、衛星１２を起源とすることもある。
【００３６】
コントローラ８４は、受信機７８，送信機８０，バッファ８２，タイマ８６およびメモリ８８に結合する。コントローラ８４は、望ましくは、マイクロプロセッサなど、メモリ８８に格納されるソフトウェア命令により定義される動作を実行するプログラミング可能な装置である。タイマ８６は、従来の方法で動作して、コントローラ８４が時間の経過を追跡するのを助ける。コントローラ８４は、タイマ８６とメモリ８８に格納されたプログラミング命令との指示のもとで、受信機７８，送信機８０およびバッファ８２の動作を制御する。図５には図示されないが、衛星１２は、追加のコントローラ，バッテリ，ソーラー・パネルなど追加の構成要素を具備することもある。
【００３７】
図６は、衛星基地局１２により実行される衛星出力過程９０の一例の流れ図である。好適な実施例においては、実質的にすべての衛星１２が過程９０を実行する。一般に、過程９０は、衛星１２によりサービスを提供される進行中の呼に関わるＳＵ２６に、データ・パケットを送付するために実行される。もちろん、衛星１２は、過程９０またはそれと同等の過程を任意の数のＳＵ２６に関して同時に実行することもあり、また衛星１２は、さらに他の過程（図示せず）を実行することもできるが、この過程は本発明にとっては重要ではない。メモリ８８（図５参照）に格納されたソフトウェア・プログラミングにより衛星１２が過程９０を実行することは、当業者には理解頂けよう。
【００３８】
図７は、衛星１２からＳＵ２６に対して、過程９０（図６参照）の指示下で転送されるデータ・パケット９２の一例のデータ・フォーマット図である。パケット９２には、リンク制御ワード９４とペイロード・データ９６が含まれる。ペイロード・データ９６は、デジタル化された音声信号でもよいが、それである必要もない。リンク制御ワード９４は、ＳＵ２６および衛星１２が、ペイロード・データ９６の伝達を支援する情報を通信できるようにするオーバーヘッド・データを伝える。
【００３９】
図６を再び参照して、過程９０には、ＳＵ２６に対して流れる呼データのストリームを一瞬の間無音にするか否かを決定する照会タスク９８が含まれる。ＳＵ２６用に割り当てられた通信チャネルでの送信に関して、バッファ８２内にペイロード・データがない場合は無音が検出される。
【００４０】
タスク９８が無音を識別すると、タスク１００は、すべてのセル・エントリ５６，６０を含めて、最新のセル・クラスタ・リスト５４（図４参照）全体を含むペイロード・データ・メッセージを構築する。上述のように、セル・クラスタ・リスト５４は、タスク７６（図３参照）に従ってＧＣＳ２４から衛星１２に分配された。最新のセル・クラスタ・リスト５４は、現時点のために準備されていたものである。タスク１００の後で、タスク１０２により、リンク制御ワード（ＬＣＷ：link control word）９４（図７参照）内にリンク保守データが挿入される。一般に、リンク保守データは、ＳＵ２６に対して、電力，周波数，タイミングなどを調整することを命令する。リンク保守データを各パケット９２（図７参照）に入れる必要はないが、ＳＵ２６が衛星１２とＳＵ２６との間の通信リンク内の変更を追跡できる程度の充分な頻度をもってＳＵ２６に送る必要がある。
【００４１】
次に、タスク１０４が、リンク制御ワード（ＬＣＳ）９４をパケット９２に追加し、タスク１０６がパケット９２をＳＵ２６に送信する。タスク１０６の後で、過程９０は、図６内に楕円で示される任意の数の追加タスクを実行することができ、その後プログラム制御は、最終的にタスク９８に戻って、ＳＵ２６に送信されている呼データ・ストリームの処理を続ける。
【００４２】
タスク９８が、この呼データ・ストリームは瞬間的に無音を伝えていないと判断すると、過程９０は照会タスク１０８を実行する。タスク１０８は、リンク制御ワード（ＬＣＷ）９４がリンク保守データを伝える必要があるか否かを決定する。リンク保守データが必要な場合は、無音でないペイロード・データがパケット９２内に挿入され、プログラム制御は上記のタスク１０２に進む。
【００４３】
タスク１０８が、リンク制御ワードをリンク保守データの伝播専用にする必要がないと判断すると、タスク１１０は最新のセル・クラスタ・リスト５４（図４参照）内の次のセル・エントリ５６または６０を指摘する。普通は、次のセル・エントリ５０または６０とは、最新のリスト５４内で以前伝えられたエントリの次のものである。しかし、以前のエントリが目標セル・エントリ６０の最後のものである場合は、次のセル・エントリはローカル・セル・エントリ５６から始まる。
【００４４】
タスク１１０の後で、タスク１１２は、セル・エントリ５６または６０のどちらが選択されたかを識別する連続番号を挿入し、選択されたセル・エントリ５６または６０をリンク制御ワード（ＬＣＷ）９４に挿入する。次に、プログラム制御は上記のタスク１０４に進み、パケット９２がＳＵ２６に送信される。
【００４５】
図８は、加入者ユニット（ＳＵ）２６のブロック図である。ＳＵ２６は、アンテナ１１４を通じて衛星１２と通信する。アンテナ１１４は、送信機１１６と、受信機１１８，１２０とに結合する。受信機１１８および送信機１１６は、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）１２２に結合する。ＤＳＰ１２２は、受信機１１８で検出された信号からデータを引き出し、ＳＵ２６から送信されたデータを送信機１１６を制御する変調信号に変換する。
【００４６】
コントローラ１２４は、送信機１１６と、受信機１１８，１２０と、ＤＳＰ１２２と、メモリ１２６とに結合する。コントローラ１２４は、望ましくは、メモリ１２６に格納されるソフトウェア命令により定義される動作を実行するマイクロプロセッサなどのプログラミング可能な装置である。コントローラ１２４は、メモリ１２６に格納されたプログラミング命令の指示下で、送信機１１６と、受信機１１８，１２０と、ＤＳＰ１２２との動作を制御する。図８には図示されないが、ＳＵ２６は、追加のコントローラ，バッテリ，ボコーダ，ディスプレイ，キーパッド，マイクロホン，ラウドスピーカなど追加の構成要素を具備することがある。
【００４７】
図９は、ＳＵ２６により実行される加入者ユニットの呼パケット受信過程１２８の流れ図である。望ましくは、実質的にすべてのＳＵ２６が過程１２８と同様の過程を実行する。ＳＵ２６は、過程１２８を通じて進行中の呼の途中でパケット９２（図７参照）の受信に応答する。メモリ１２６に格納された適切なソフトウェア・プログラミングによりＳＵ２６が、過程１２８と下記に説明されるその他の過程とを実行することは、当業者には理解頂けよう。
【００４８】
過程１２８には、受信されたばかりのパケット９２（図７参照）がセル・クラスタ・リスト５４（図４参照）からのデータを備えるか否かを判断する照会タスク１３０が含まれる。図６および図７に関して上述されたように、このようなデータはペイロード・データ９６として、あるいはリンク制御ワード９４内に含まれることがある。
【００４９】
あるいは、パケット９２はこのようなデータを省略することができる。タスク１３０が、パケット９２がセル・クラスタ・リスト５４からのデータを持たないと判断すると、過程１２８は、図９の楕円により示される他のタスクを実行して終了する。その他のタスクには、ペイロード・データを処理してＳＵ２６のユーザのための音声信号を提供するタスクがある。終了後、プログラム制御は、次のパケット９２が受信されると過程１２８に戻る。
【００５０】
タスク１３０が、受信されたばかりのパケット９２（図７参照）にセル・クラスタ・リスト５４からのデータが含まれると判断すると、タスク１３２がそのデータを、ＳＵ２６に維持されるセル・クラスタ・リスト１３４に追加する。
【００５１】
図１０は、ＳＵ２６のメモリ１２６（図８参照）に保持されるセル・クラスタ・リスト１３４の一例のブロック図である。リスト１３４には、所定の順序、またはインデックス番号１３６に基づいて格納される複数の項目が含まれる。各項目には、リンク１３８に関するローカル・セルまたは目標セル・エントリ５６または６０と、瞬間被受信信号強度（ＩＲＳＳ：instantaneous received signal strength）指標１４０と、平均被受信信号強度（ＡＲＳＳ：average received signal strength）指標１４２とが含まれる。タスク１３２は、以前格納されたセル・エントリ５０または６０を書き替えることにより、リスト１３４内の１つ以上の項目を更新する。
【００５２】
図９を再び参照して、タスク１３２の後で、照会タスク１４４は、新たに獲得されたセル・エントリまたはエントリ群５６または６０（図４参照）の衛星（ＳＶ）ＩＤおよびビームＩＤ部分がリスト１３４内の他のエントリの衛星ＩＤおよびビームＩＤと等しいか否かを判断する。タスク１４４が一致を検出すると、リスト１３４内の２つのエントリは同じセル２８（図２参照）に送られる。言い換えると、セル・エントリが二重に記載されており、タスク１４６が各エントリに対応するリンク・データ１３８を調整して、他のエントリと二重に記載された状況とを示す。
【００５３】
タスク１４４が新たに獲得されたデータに関する衛星ＩＤおよびビームＩＤと、リスト１３４内の他の項目との一致を検出できない場合は、タスク１４８が新たに獲得されたエントリに関してリンク・データ１３８を調整し、リスト１３４内の他の項目との関連性またはリンクがないことを示す。タスク１４６または１４８の後で、過程１２８は、楕円で示されるその他のタスクを実行し、終了する。しかし、過程１２８は、他のパケットが受信されると再び実行されることがある。
【００５４】
図１１は、ＳＵ２６により実行される第１加入者ユニット・バックグラウンド過程１５０の流れ図を示す。望ましくは、実質的にすべてのＳＵ２６が、過程１５０と同様の過程を実行する。ＳＵ２６は、呼の進行中にバックグラウンド・モードで過程１５０を連続して実行する。これにより、過程１５０は、過程１２８（図９参照）と同時に実行される。
【００５５】
過程１５０には、ＳＵ２６がその受信機１１８または１２０（図８参照）のうち１つをセル・クラスタ・リスト１３４（図１０参照）内の次のセルに同調するタスク１５２が含まれる。特に、タスク１５２は、受信機１１８または１２０を次のセル・エントリ５６または６０（図４および図１０参照）に示される周波数および時間スロットに同調するよう制御する。過程１５０のためには、パケット９２（図７参照）の受信など、他の目的に用いられていなければ、受信機１１８または１２０のいずれも認められる。好適な実施例においては、過程１５０は、セル・クラスタ・リスト１３４（図１０参照）内のすべての項目を一度に１つずつ配列し、この配列を連続して繰り返す。
【００５６】
タスク１５２の後で、タスク１５４は受信機１１８または１２０が上記のタスク１５２で同調された通信チャネルにおいて、瞬間被受信信号強度（ＩＲＳＳ）測定値１４０（図１０参照）を収集およびセーブする。ＩＲＳＳ測定値１４０は、リスト１３４（図１０参照）内にセーブされる。次に、照会タスク１５６が、ＩＲＳＳ測定が行われたばかりの通信チャネルがリスト１３４（図１０参照）に二重に記載されているか否かを判断する。タスク１５６は、リスト１３４内の最新の項目に関してリンク１３８を評価することにより決定を下すことができる。タスク１５６が、セルが二重に記載されていると判断すると、タスク１５８は、リスト１３４から二重記載されたＩＲＳＳ値のうち最大のものを得る。最大ＩＲＳＳ値は、リスト１３４内の２つの二重記載項目に関してＩＲＳＳ１４０値を評価することにより識別される。言い換えると、二重記載された項目の別のものがより大きなＩＲＳＳ値を有する場合は、タスク１５８が、そのより大きなＩＲＳＳ値を上記のタスク１５４で収集されたＩＲＳＳ値と置き換える。
【００５７】
タスク１５８の後で、タスク１５６がセルが二重記載されていないと判断すると、過程１５０はタスク１６０を実行する。タスク１６０は、上記のタスク１５４で収集され、タスク１５８で改訂された可能性のあるＩＲＳＳ値を用いて、対象となるセルのために、ソフトウェア信号強度フィルタを動作させる。フィルタの正確な種類は重要ではない。しかし、タスク１６０は、最新のＩＲＳＳ値と以前のＩＲＳＳ値とを合成して、ある時間間隔にわたり集合的なＩＲＳＳ値を表す平均被受信信号強度またはその他のＡＲＳＳ値を生成する。タスク１６０の後で、過程１５０は、楕円で示されるその他のタスクを実行することができ、プログラム制御は、最終的にタスク１５２にループで戻って、他のセル２８に投影された通信チャネルに関して信号強度を評価する。呼が進行中は、過程１５０はアクティブのままである。
【００５８】
過程１５０を動作させた結果として、リスト１３４内のセル・エントリ５６または６０に関連する平均被受信信号強度（ＡＲＳＳ）値１４２は最新のままになる。さらに、通信チャネルが変わると、変更直後のＡＲＳＳ値は、変更直前に有効であったほぼ同じＡＲＳＳ値を反映する。これにより、ＡＲＳＳ値に基づくチャネル切換決定は、実質的に通信チャネルの変更に影響を受けない。
【００５９】
図１２は、第２加入者ユニット・バックグラウンド過程１６２の流れ図である。望ましくは、実質的にすべてのＳＵ２６が、過程１６２と同様の過程を実行する。ＳＵ２６は、呼の進行中にバックグラウンド・モードで過程１６２を連続して実行する。これにより、過程１５０は、過程１２８（図９参照）および１５０（図１１参照）と同時に実行される。過程１６２を通じて、ＳＵ２６は、少なくとも部分的にＡＲＳＳ値に基づいてチャネル切換決定を行う。
【００６０】
過程１６２には、ローカル・セル２８に関するＡＲＳＳ値１４２（図１０参照）を得るタスク１６４が含まれる。ここで説明される実施例においては、ローカル・セル２８は、ＳＵ２６が現在位置し、セル・クラスタ・リスト１３４（図１０参照）内の第１項目（インデックス＝０）により記述されるセルを表す。次に、タスク１６６は、最大ＡＲＳＳ値を有する候補目標セル・エントリ６０（図４および図１０参照）を発見する。
【００６１】
タスク１６６の後で、タスク１６８は、上記のタスク１６６で識別された目標セルに対するチャネル切換を要求するか否かに関する決定を行う。たとえば、タスク１６８は、目標セルのほうが大きいＡＲＳＳを有するときに、チャネル切換を要求することを決定する。しかし、タスク１６８は、この基準だけをチャネル切換決定の基盤とする必要はない。たとえば、タスク１６８は、ローカル・セルおよび目標セルに関するＡＲＳＳ値の絶対強度，以前のチャネル切換要求からの時間の長さ，地理的位置データなどを考慮することもある。さらに、タスク１６８は、最大ＡＲＳＳ値を有する目標セルだけでなく、他の目標セルのＡＲＳＳ値も同様に考慮する。
【００６２】
タスク１６８が、チャネル切換は必要ないと判断すると、プログラム制御はタスク１６４にループで戻る。呼が進行している限り、タスク１６８がチャネル切換が必要であると判断するまで、プログラム制御は、タスク１６４，１６６，１６８を含むプログラミング・ループ内に留まる。
【００６３】
タスク１６８が、チャネル切換が必要であると判断すると、タスク１７０がＳＵ２６にサービスを提供している衛星１２に対し、メッセージを構築して送付する。このメッセージは、上記のタスク１６６で識別された１つ以上の目標セルに対するチャネル切換を要求する。タスク１７０の後で、プログラム制御は過程１７２に進み、チャネル切換要求を処理する。過程１７２の間、ＳＵ２６は、要求された目標セルと関連する新しい通信チャネルをＳＵ２６に通知する衛星１２からの命令を待機する。また、過程１７２は、望ましくは、要求メッセージが衛星１２に受信されたことを確認し、要求が拒否されたり、あるいは受信されなかったように見える場合には、この要求を時に応じて再送付するための装備を備える。過程１７２は、チャネル切換が行われると終了する。過程１７２の後で、プログラム制御はタスク１６４にループで戻り、新しいローカル・セルについて過程を反復する。
【００６４】
概要
加入者ユニットがチャネル切換候補を評価するチャネル切換を実行するための改善された装置の概念、ならびに好適な実施例を含むいくつかの実施例がここに説明された。本発明は、軌道周回衛星内に位置する簡単，軽量，低電力で信頼性の高い基地局の使用と互換性をもつチャネル切換過程を実行する。チャネル切換決定は加入者ユニット内で行われ、基地局は基地局が支援する加入者ユニット全体に関してチャネル切換決定を行うために必要とされる複雑な処理要素を具備する必要がない。セルに関して採用される周波数再利用計画の頻繁な変更に対応するチャネル切換過程が実現される。加入者ユニットには、これから起こる通信チャネルの変更が通知され、ユニットは起こるべき変化を検索し、変更に左右されないように平均被受信信号強度指標を設定する。
【００６５】
本発明は、上記に好適な実施例に関して説明された。しかし、本発明の範囲から逸脱することなく、これらの好適な実施例の変更および修正を行うことができることを当業者には認識頂けよう。たとえば、ここで説明された正確な過程、タスクおよびタスクの配列は、同等の機能を果たしながら大きく可変することができることは、当業者には理解頂けよう。当業者には明白な、これらとその他の変更および修正も、本発明の範囲内に含まれるものである。
【００６６】
従って、添付の請求項は、本発明の精神と範囲に入る本発明のすべての修正を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】セルラ電気通信システムが組み込まれる環境を示す図である。
【図２】衛星内に位置するいくつかの基地局から地球の表面に向けて投影されるセルの重複パターンの概略図である。
【図３】地上制御局により実行される地上制御局（ＧＣＳ）過程のフロ−チャ−トである。
【図４】任意の数のセル・クラスタ・リストを含むよう編成されたテーブルのブロック図である。
【図５】衛星内に位置する基地局のブロック図である。
【図６】衛星内に位置する基地局により実行される衛星出力過程のフローチャートである。
【図７】発信ノードと宛先ノードとの間にセルラ電気通信システムが伝えるデータを編成するためにこのシステムが用いるパケットの一例のデータ・フォーマット図である。
【図８】加入者ユニット（ＳＵ）のブロック図である。
【図９】加入者ユニットの呼パケット受信過程のフロチャ−トーである。
【図１０】加入者ユニットのメモリ内に維持されるセル・クラスタ・リストの一例のブロック図である。
【図１１】第１加入者ユニット・バックグラウンド過程のフロチャ−トーである。
【図１２】第２加入者ユニット・バックグラウンド過程のフローチャートである。
【符号の説明】
【００６８】
２６  加入者ユニット
１１４  アンテナ
１１６  送信機
１１８，１２０  受信機
１２２  デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）
１２４  コントローラ
１２６  メモリ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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