(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルラーメッセージ通信ネットワークであって、
無線電話ネットワークに機能的に結合された交換制御器と、
前記交換制御器に機能的に結合された一つ以上の基地局マイクロ／ピコセル再送信機と、
前記一つ以上の基地局マイクロ／ピコセル再送信機に、ディジタル制御チャネルを介して機能的に結合された一つ以上の受信機と、
を備え、
各基地局マイクロ／ピコセル再送信機は、
前記交換制御器に接続し、被変調搬送波信号を前記交換制御器から受け取る手段と、
前記被変調搬送波信号を受け取るために結合された内部回路と、
を備え、前記内部回路は、
前記被変調搬送波信号を復調し、多重化ディジタル信号を生成する手段と、
前記多重化ディジタル信号中の音声チャネルの割り当てに関連する信号と、ショートメッセージ通信情報を含む他の信号と、を識別する手段と、
前記音声チャネルの割り当てに関連する前記信号を破棄する手段と、
ショートメッセージ通信情報を含む信号を再送信する手段と、
を備えることを特徴とするセルラーメッセージ通信ネットワーク。
【請求項２】
請求の範囲１に記載のネットワークにおいて、
前記多重化ディジタル信号は、一つ以上のフレームの列として表わされることを特徴とするネットワーク。
【請求項３】
請求の範囲１に記載のネットワークにおいて、
前記音声チャネル割り当てに関連する信号、および前記ショートメッセージ通信情報を含む他の信号は、前記多重化ディジタル信号内で時分割多重化されることを特徴とするネットワーク。
【請求項４】
請求の範囲１に記載のネットワークにおいて、
各受信機は携帯可能であることを特徴とするネットワーク。
【請求項５】
多重化ディジタル信号内のメッセージを求める信号処理方法であって、前記多重化ディジタル信号は、音声チャネル割り当て信号のための音声チャネル割り当てサブチャネルと、ショートメッセージ通信信号のためのショートメッセージ通信サブチャネルとを含み、前記方法は、
（Ａ）前記多重化ディジタル信号を受け取るステップと、
（Ｂ）前記多重化ディジタル信号を多重分離し、ショートメッセージ通信信号および音声チャネル割り当て信号を生成するステップと、
（Ｃ）前記音声チャネル割り当て信号を、それ以上の処理から遮蔽するステップと、
（Ｄ）前記ショートメッセージ通信信号からメッセージを求めるステップと、
（Ｅ）前記ショートメッセージ通信信号から求められたメッセージを再ブロードキャストするステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求の範囲５に記載の方法において、
前記多重化ディジタル信号は、ＴＤＭＡフォーマットで表わされることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求の範囲５に記載の方法において、
前記音声チャネル割り当てサブチャネルおよび前記ショートメッセージ通信サブチャネルは、前記多重化ディジタル信号内で時分割多重化されていることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求の範囲５に記載の方法において、
前記多重化ディジタル信号は、一つ以上のフレームの列を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、広くは、セルラー通信に関し、特に、セルラーメッセージ通信ネットワークに関する。
発明の背景
大都市地域における携帯電話需要は、顕著に増加してきた。しかし、アナログシステムは、携帯電話加入者の数の増加に対応することがますます不可能になりつつある。さらに、この増加を処理するために、米国において１９９３年に、商用ディジタルセルラー電話システムの営業が、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）システムの方式で開始された。そのＴＤＭＡディジタルセルラー電話システムによって、米国電気通信工業会（Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）（ＴＩＡ）が公表したＩＳ−５４Ｂ標準に基づくディジタル音声（デュアルモード）が実現された。ＩＳ−５４Ｂは、制御信号のためのアナログ制御チャネルならびに音声およびデータ信号のためのディジタルトラッフィックチャネルを規定している。そのデュアルモードディジタルシステムは、ＩＳ−５４Ｂ標準に基づいて、発信呼および着信呼をアナログ方式で制御し、音声およびデータ信号をディジタル方式で伝送する。ＩＳ−５４Ｂ  ＴＤＭＡセルラー電話システムの通信容量は、アナログ制御チャネルの容量によって制限される。
ＩＳ−５４Ｂ  ＴＤＭＡシステムのアナログ制御チャネルによって通信容量が制限されるので、完全なディジタルシステム（たとえば、ディジタル制御チャネルを有する）が開発され、周波数がさらに有効に利用されるようになった。１９９４年に、ＴＩＡは、ディジタル制御チャネルおよび一つ以上のディジタルトラフィックチャネルを有する完全なディジタルＴＤＭＡシステムを標準化した。完全なディジタルＴＤＭＡシステムは、ＩＳ−１３６標準と呼ばれる。ＩＳ−１３６プロトコルに従うＴＤＭＡシステムの制御チャネルのディジタル化は、制御チャネルの容量をアナログ容量の１０倍に増加させ、たとえば、プライベート（構内）ネットワークサービスなどの新アプリケーションを提供し、ショートメッセージサービスを提供し、さらに、携帯電話のページングを支援することによって携帯セルラー電話の電力消費を減少させることにより携帯セルラー電話が休止モードから脱することを促進する。
携帯セルラー電話は、従来のＩＳ−１３６  ＴＤＭＡシステムによって、ディジタル制御チャネルおよびすべてのディジタルトラフィックチャネルを送信および受信する。ディジタル制御チャネルは、現在は、セットアップおよびモニタリング機能のために使用されるが、多くの場合、利用可能であるが使用されていないまたは最小限度にしか使用されていない通信容量を有する。
メッセージ通信サービスは、ますます、商業上重要になりつつある。メッセージ通信サービスを成功させるためには、たとえば、フェージングなどによるメッセージ紛失を最小とする必要がある。メッセージ通信サービスは、１００％信頼できる状態に限りなく近づく必要がある。ローカルエリア内でメッセージ通信を実現するために、セルの局所部分領域内におけるブロードキャストメッセージ通信信号の再送信によって、信頼性を改良することができる（セルの局所部分領域はマイクロ／ピコセルと呼ばれる場合がある）。しかし、通常のＩＳ−１３６のインフラストラクチャを使用し、マイクロ／ピコセル内においてメッセージ通信信号を再ブロードキャストすることは、結果的に相当の費用と複雑さを招く。
発明の概要
本発明によって、ＩＳ−１３６ディジタル制御チャネルの通信容量を一層効果的に使用する、セルラーメッセージ通信ネットワークの受信機および基地局マイクロ／ピコセル再送信機が提供される。本発明によれば、セルラーショートメッセージネットワークの基地局マイクロ／ピコセル再送信器は、現在、ＩＳ−１３６プロトコルに従っているネットワークおよび通信機器の費用および複雑さの大部分を回避するように設計される。この回避は、ディジタルトラフィックチャネルをサポートするインフラストラクチャを省略することによって実現される。マイクロ／ピコセル再送信機によるディジタルトラフィックチャネルの送信および受信をサポートするインフラストラクチャを削除することによって、そのようなネットワークを構築する費用を削減することができる。
本発明の原理によれば、セルラーメッセージ通信ネットワークは、ディジタル制御チャネル中の使用されていないまたは最小限度しか使用されていないタイムスロットを最大限に利用する。この利用は、ＩＳ−１３６プロトコルによるショートメッセージ通信情報専用のディジタル制御チャネルの特定のタイムスロットにおいてメッセージ通信をサポートすること、およびＩＳ−１３６プロトコルに現在規定されている他のタイムスロット、たとえば音声チャネルの割り当てに関する信号のためのスロットなど、を破棄することによって実現される。例示した実施形態において、音声チャネルの割り当てに関するこれらの信号は、破棄することが可能である。その理由は、セルラーメッセージ通信ネットワークは、ディジタルトラフィックチャネルをサポートしないからである。セルラーメッセージ通信ネットワークは、たとえば、無線電話ネットワークに接続される交換制御器を含み、この交換制御器は、一般加入電話網（ＰＳＴＮ）に接続することができる。一つ以上の無線基地局マイクロ／ピコセル再送信機が、有線または無線インタフェースによって、交換制御器に接続される。一つ以上の受信機が、ＩＳ−１３６プロトコルディジタル制御チャネルを経由して、基地局マイクロ／ピコセル再送信機に接続される。基地局マイクロ／ピコセル再送信機は、ディジタルトラフィックチャネルを破棄し、ディジタル制御チャネルのみを再送信する。各基地局マイクロ／ピコセルは、ＩＳ−１３６に従う被変調搬送波を交換制御器から受け取るための接続、および被変調搬送波信号を処理するための内部回路を備える。内部回路は、被変調搬送波信号を復調して時分割多重ディジタル信号を生成し、音声チャネルの割り当てに関連する信号と、他の信号、たとえば、多重ディジタル信号中のショートメッセージ通信情報に関連する信号などとを識別し、音声チャネルの割り当てに関連する信号を破棄する。本発明の文脈において、このような破棄は、それ以上の処理が行われないことを含んでもよい。類似の回路構成を受信機に設け、前述した機能を実行することもできる。
ピコセルセルラーメッセージ通信ネットワークの基地局マイクロ／ピコセル再送信機は、トラフィック（すなわち、音声またはデータ）チャネル機能を有しない簡単な制御機器を使用することができる。基地局マイクロ／ピコセル再送信機は、ツイストペア電話線によって交換制御器に接続することもできる。
本発明の他の特徴および利点は、例として本発明の特徴を示す添付図面を参照して、以下の詳細な説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の原理によるセルラーメッセージ通信ネットワークの例を示す図である。
図２は、本発明の原理によるディジタル制御チャネルのフレームの例を示す図である。
図３は、図１に示すセルラーメッセージ通信ネットワークにおいて使用するための基地局マイクロ／ピコセル再送信機の処理プロセスの例を示す流れ図である。
図４は、本発明の原理による、図１に示すセルラーメッセージ通信ネットワークにおいて使用するための基地局マイクロ／ピコセル再送信機の例を示す図である。
好適な実施の形態の詳細な説明
説明のために図に示すように、本発明は、ＩＳ−１３６ＴＤＭＡシステムのトラフィック（すなわち、音声およびデータ）チャネルをサポートするインフラストラクチャを省略し、信頼性のある費用効率の高いメッセージ通信サービスを提供するセルラーメッセージ通信ネットワークおよびその通信機器として実現される。地理的に比較的大きなセルは、比較的小さなマイクロ／ピコセルにさらに分割され、各マイクロ／ピコセルは基地局マイクロ／ピコセル再送信機を備え、セル全域においてメッセージ紛失を防止する。基地局マイクロ／ピコセル再送信機により、ディジタルトラフィックチャネルをサポートするインフラストラクチャを省略できるので、セルラーメッセージ通信ネットワークは商業的に実行可能である。
図１について述べると、複数の地理的に隣接するマイクロ／ピコセル（セル群）のためのセルラーメッセージ通信ネットワーク１０は、ディジタル交換制御器（ＳＣ）１２を備える。交換制御器１２は、無線電話ネットワーク（ＷＴＮ）１４に接続され、さらに、一般加入電話網（ＰＳＴＮ）１５に接続されることができる。複数の無線基地局マイクロ／ピコセル送信機１６が、それぞれ、陸上通信線または無線インタフェースのいずれかによって、ディジタル交換制御器１２に接続される。複数の携帯用トランシーバ１８が、一つ以上のＩＳ−１３６ディジタル制御チャネル２０を経由して、複数の基地局マイクロ／ピコセル再送信機１６に接続される。本明細書において使用されるように、「携帯用トランシーバ」は、ＴＤＭＡポケットベル、ＴＤＭＡおよびＣＤＭＡ受信機、携帯用セルラー電話、自動車電話、および、他の、おそらくは大型の、音声およびデータメッセージ通信装置を含むものとして定義される。携帯用トランシーバは、たとえば受信信号に応じて通知する以外の処理を実行しない、簡単な設計及び機能を持つものとすることができる。代わりの態様においては、携帯用トランシーバ１８が一つのセルから別のセルに移動するとき、交換制御器１２は、携帯用トランシーバ１８の無線電話ネットワーク１４との接触が連続して維持されるよう、各セルに関連する各基地局マイクロ／ピコセル再送信機への接続を自動的に切り替える。携帯用トランシーバ１８が作動しているときは、携帯用トランシーバ１８は、ディジタル制御チャネル２０を使用し、セルラーメッセージ通信ネットワーク１０に登録する。初期化処理の後、交換制御器１２は、ディジタル制御チャネル２０による携帯用トランシーバ１８からの信号をモニタし、それによって携帯用トランシーバ１８の処理を制御する。携帯用トランシーバ１８にメッセージを送信するために、交換制御器１２は、宛先の携帯用トランシーバ１８（休止モードの場合がある）にページングを行い、次に、ディジタル制御チャネル２０を使用してメッセージを送信する。
時分割多元接続（ＴＤＭＡ）は、伝送媒体を共用するための多重化技術である。伝送媒体の帯域は、一連のタイムスロット（サブチャネル）を確立することによって共用され、タイムスロットの中では、個々の発信源が信号を伝送することができる。伝送媒体の全帯域は、制限された時間間隔中、各利用者が周期的に使用できる。通常、ＴＤＭＡシステムのタイムスロットは、長さが等しく、フレーム間隔と呼ばれる共通の繰り返し周期を有する。各サブチャネルは、タイムスロット期間および繰り返しレートによって決定される伝送容量を割り当てられる。標準的なディジタルＴＤＭＡ階層構造において、高いレベル信号は、低いレベル信号の組み合わせによって実現することができる。ＩＳ−１３６プロトコルによる通信は、ＴＩＡによって公表されるように、下記の４つのレイヤを使用する。
上位レイヤ群：ショートメッセージサービス（ＳＭＳ）のためのメッセージ送信サービス、およびページングサービスを実行する。ＳＭＳ通信構成は、ポイント・ツー・ポイント通信モードおよびマルチプルアドレス通信モードを含む。
レイヤ３：携帯用トランシーバ、たとえば、発信および着信呼、および位置登録を制御する。
レイヤ２：無線基地局マイクロ／ピコセル再送信機とのデータリンクによって、レイヤ３メッセージの分割（dissembly）、組立、および再送信制御を実行する。
レイヤ１：フレーム同期を確立し、コーディングを処理し、ＴＤＭＡを制御する。
ＩＳ−１３６標準は、ディジタル制御チャネルに関して、８００ＭＨｚの周波数帯域、３０ｋＨｚのチャネル間隔、ＶＳＥＬＰ音声符号化システム、およびＱＰＳＫ変調を規定する。
ＩＳ−１３６  ＴＤＭＡシステムにおけるディジタル制御チャネルは、図２に示すように、一つ以上のフレームの列として構成される。各フレーム２２は、たとえば、同期（ＳＹＮＣ）スロット２４、オーバーヘッド（ＯＨ）スロット２６、音声チャネル割り当てに関する信号（ＶＣＡ）のためのスロット２８、および特定の携帯用トランシーバに向けられるショートメッセージ通信サービス（ＳＭＳ）情報を有する信号のためのスロット３０、３２、３４を含む。
セルラーメッセージ通信ネットワーク１０の無線基地局マイクロ／ピコセル再送信機１６（図１）は、ディジタル制御チャネルおよび一つ以上のディジタルトラフィック（すなわち、音声およびデータ）チャネルを受信し、ディジタルトラフィックチャネルを破棄する。基地局マイクロ／ピコセル再送信機１６は、音声チャネル割り当ておよびショートメッセージ通信情報に関する信号を、ディジタル制御チャネル２０によって、各携帯用トランシーバ１８に再ブロードキャストする。ある態様では、基地局マイクロ／ピコセル再送信機は、再ブロードキャストの前に、音声チャネル割り当てに関する信号を能動的に遮蔽し破棄する。セルラーメッセージ通信ネットワークにおいて、携帯用トランシーバは、メッセージを求めてディジタル制御チャネルをモニタする。携帯用トランシーバがそのトランシーバに向けて送信される信号を検出した場合、その携帯用トランシーバは、例えば最強の信号を送信する無線基地局マイクロ／ピコセル再送信機を選択する。携帯用トランシーバは、ディジタル制御チャネル経由で、交換制御器１２に対し、携帯用トランシーバとさらにメッセージ通信するためにどの基地局マイクロ／ピコセル再送信機を使用するかを示す確認メッセージを送信することができる。
本発明によれば、セルラーメッセージ通信ネットワークによる携帯用トランシーバと無線基地局マイクロ／ピコセル再送信機との通信は、ＩＳ−１３６ディジタル制御チャネルプロトコルを使用する。しかし、重要なことは、ディジタルトラフィックチャネル（ディジタル制御チャネルとは分離され区別される）をサポートするインフラストラクチャが、基地局マイクロ／ピコセル再送信機およびネットワーク機器から削除され、費用および複雑さが低減されることである。基地局マイクロ／ピコセル再送信機の内部回路構成によって、音声およびデータトラフィックチャネルの割り当てに関するディジタル制御チャネルの信号を能動的に遮蔽し削除することが可能である。なぜなら、これらの信号は本明細書に述べるようにセルラーネットワークによるメッセージ通信に必要でないからである。
例示した実施形態においては、基地局マイクロ／ピコセル再送信機１６は、ＩＳ−１３６プロトコルに従うディジタル制御チャネルによって、ショートメッセージを受信し送信することができる。図３について述べると、ステップ３６において、基地局マイクロ／ピコセル再送信機１６は、音声チャネルの割り当てに関する音声チャネル割り当て信号およびショートメッセージに基づくショートメッセージ通信信号を、ディジタル制御チャネルから得る。ステップ３８において、基地局マイクロ／ピコセル再送信機は、音声チャネル割り当て信号とショートメッセージ通信信号とを識別する。ステップ４０において、基地局マイクロ／ピコセル再送信機は、音声チャネル割り当て信号をその後の処理から遮蔽する。その後、ステップ４２において、ショートメッセージ通信信号が携帯用トランシーバ１８に対して再ブロードキャストされる。
図４について述べると、別の実施形態において、音声チャネル割り当てに関する信号の識別およびスクリーニング（遮蔽）は、本発明による基地局マイクロ／ピコセル再送信機によって実行することができる。基地局マイクロ／ピコセル再送信機１６は、ＩＳ−１３６プロトコルに従う被変調搬送波信号を交換制御器１２から受信するアンテナ４６、電磁気遮蔽材料からなりアンテナ４６がその上に取り付けられるハウジング４８、およびハウジング４８を介してアンテナ４６に接続され被変調搬送波信号を受信する内部回路５０を備える。内部回路５０は、アンテナ４６に結合され被変調搬送波信号を復調し、ベースバンドディジタル信号のオーバーサンプリング版を生成する受信フロントエンド５２を含む。ディジタル信号は、ＴＤＭＡフォーマットで時分割多重化されている。多重化ディジタル信号は、音声チャネルの割り当てに関連する信号及びショートメッセージ通信情報を含む他の信号にそれぞれ対応する各サブチャネルで表される。多重化ディジタル信号のオーバーサンプリング版は、バッファメモリ５４に送られる。タイミング再生回路５６は、バッファメモリ５４に結合され、タイミング再生信号を生成し、オーバーサンプリングされた多重化ディジタル信号のサンプルを、適切なタイミングで、バッファメモリ５４から選択する。多重化ディジタル信号は、デマルチプレクサ５８に送られる。デマルチプレクサ５８は、音声チャネルの割り当てに関連する信号と、ショートメッセージ通信情報を含む他の情報とを、多重化ディジタル信号から分離する。音声チャネルの割り当てに関連する信号と、ショートメッセージ通信情報を含む他の信号とは、スクリーニング回路６０に送られる。スクリーニング回路６０は、音声チャネルの割り当てに関連する信号を破棄する。ショートメッセージ通信情報を含む他の信号は、その後デコードされる。
前述した機能を実行する類似の回路構成を、携帯用トランシーバにおいて実現することが可能である。
本発明による幾つかの特定の形態を示し述べたが、本発明の思想および範囲から逸脱することなく、種々の変形を実行できることは明らかであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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