(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
初期電力レベルにおいて、各々が複数の情報ビットを有する複数のタイムスロットを有する通信リンクを送信機と受信機との問で設定する工程と、
情報信号を送信する工程であって、該情報信号は通信リンクを通して送信機から受信機へ複数回送信されるアルファニューメリックメッセージを含み、該アルファニューメリックメッセージは各々が１つ以上の情報ビットを含む複数のグループとされていて、各グループの各送信が、高くされた電力レベルにて同一タイムスロット内で複数回行われる、前記送信する工程と、
マージンレベルが高くされた信号を形成するよう、受信機にて各グループの送信信号を積分する工程と、を備えた、通信リンクのマージンを大きくするための方法。
【請求項２】
送信工程に先立ち、誤り検出符号化情報により各送信信号を符号化する工程を更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
積分工程前にソフトウェアの組み合わせにより情報ビットを復号化する工程を更に含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
送信信号の送信に成功したかどうかを判断する工程と、情報信号の送信に成功しなかった場合において受信機へのこれ以後の送信を行うための情報信号の情報ビットを記憶する工程とを更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
送信機が衛星であり、受信機が移動電話ユニットである、請求項１記載の方法。
【請求項６】
送信機が移動電話ユニットであり、受信機が衛星である、請求項１記載の方法。
【請求項７】
情報信号がアクノーレッジメント信号である、請求項６記載の方法。
【請求項８】
移動無線通信リンクのランダムアクセスチャンネルにて、アクノーレッジメント信号を送信する、請求項７記載の方法。
【請求項９】
通信リンクが双方向性リンクである、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
通信リンクがレイリー（Rayleigh）チャンネルである、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
情報信号を記憶中であることを受信機に通知する工程を更に含む、請求項４記載の方法。
【請求項１２】
第１の電力レベルより高い第２の電力レベルで１つの情報信号の一部として、それぞれが１以上の情報ビットを含む複数のグループとされたアルファニューメリックメッセージの前記複数のグループのそれぞれを複数回送信するための手段を含む、第１の電力レベルで情報信号を送信するための送信機と、
前記情報信号の一部を受信し、受信した部分を積分して、積分された情報信号を形成するための受信機とを備えた通信システム。
【請求項１３】
送信機が更に誤り検出符号化により情報信号を符号化するための符号化器を更に含み、受信機が受信した部分を復号化するための復号化器を含む、請求項１２記載の通信システム。
【請求項１４】
前記受信した各部分が情報信号のうちの１つ以上のビットを含む、請求項１３記載のシステム。
【請求項１５】
送信機が衛星であり、受信機が移動電話ユニットである、請求項１２記載の通信システム。
【請求項１６】
送信機が移動電話ユニットであり、受信機が衛星である、請求項１２記載の通信システム。
【請求項１７】
移動無線通信リンクのランダムアクセスチャンネルで情報信号を送信する、請求項１６記載の通信システム。
【請求項１８】
情報信号の送信に成功したかどうかを判断するよう送信機と受信機とが通信し、情報信号の送信に成功しなかった場合、記憶手段が後に受信機へ送信するための情報信号の情報ビットを記憶する、請求項１３記載の通信システム。
【請求項１９】
情報ビットが記憶手段により記憶されていることを送信機が受信機に通知する、請求項１８記載の通信システム。
【請求項２０】
送信機によって送信される部分の相関性をなくす、請求項１３記載の通信システム。
【請求項２１】
送信機が誤り訂正符号化により情報信号を符号化するための誤り訂正符号化器を更に含み、受信機が受信した部分を復号化するための誤り訂正復号化器を更に含む、請求項１３記載の通信システム。
【請求項２２】
データ符号ワードを形成するように誤り検出符号化により送信すべきデータを符号化する工程と、
データ符号ワードを各々１つ以上のデータビットのパケットに分割する工程と、
送信機と受信機との間に設定される移動通信チャンネルを通して第１の電力レベルで複数回、各パケットを送信する工程を備え、この通信チャンネルは第１電力レベルよりも小さい第２電力レベルで音声信号を搬送するようになっており、
受信機側でパケットをサンプリングする工程と、
パケットを復号化する工程と、
大きい信号マージンを有するデータ信号を形成するように、復号化されたパケットを積分する工程とを備えた、アルファニューメリックデータメッセージを送信するための方法。
【請求項２３】
ソフトウェアの組み合わせにより復号化する工程を実行する、請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
ハードウェアの判断復号化により復号化工程を実行する、請求項２２記載の方法。
【請求項２５】
送信機が衛星であり、受信機が移動電話ユニットである、請求項２２記載の方法。
【請求項２６】
送信機が移動電話ユニットであり、受信機が衛星である、請求項２２記載の方法。
【請求項２７】
データ信号がメッセージの受信をアクノーレッジするためのアクノーレッジメント信号である、請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
移動無線通信システムのランダムアクセスチャンネルでアクノーレッジメント信号を送信する、請求項２７記載の方法。
【請求項２９】
アルファニューメリックメッセージが誤りを含むかどうかを受信機で判断する工程と、
アルファニューメリックメッセージが誤りを含む場合、１つ以上のパケットの再送信をリクエストする工程と、
アルファニューメリックメッセージが誤りを含まない場合、受信機でアルファニューメリックメッセージをディスプレイする工程を更に含む、請求項２２記載の方法。
【請求項３０】
各パケットの送信信号の相関性をなくす、請求項２２記載の方法。
【請求項３１】
送信工程に先立ち、誤り訂正符号化により符号ワードを符号化する工程を更に含む、請求項２２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本発明は、一般的には無線通信システムに関し、より詳細には、理想的でない状態で無線通信信号を高信頼度で送信するためのシステムおよび方法に関する。
図１を参照すると、ここには代表的なセルラー移動無線通信システムが示されている。この代表的なシステムは基地局１１０に類似した多数の基地局および移動局１２０に類似した多数の移動ユニットまたは移動局を含む。これらデバイスまたはその等価物を使用して音声またはデータ通信を行うことができる。基地局は制御および処理ユニット１３０を含み、このユニットはＭＳＣ（移動交換センター）１４０に接続され、ＭＳＣは次に公衆交換電話ネットワーク（図示せず）に接続されている。
基地局１１０はセルにサービスをし、音声チャンネルトランシーバ１５０が扱う多数の音声チャンネルを含み、音声チャンネルトランシーバは制御および処理ユニット１３０によって制御される。更に、各基地局は制御チャンネルトランシーバ１６０を含み、このトランシーバ１６０は２つ以上の制御チャンネルを処理できる。制御チャンネルトランシーバ１６０は制御および処理ユニット１３０によって制御され、制御チャンネルトランシーバ１６０は基地局またはセルの制御チャンネルを通して、この制御チャンネルにロックされているセルまたは移動局に制御情報を一斉送信する。音声チャンネルトランシーバはデジタル制御チャンネルロケーション情報を含むことができるトラヒックまたは音声チャンネルに一斉送信する。
移動局１２０が、まずアイドルモードとなると、この移動局は移動局１２０に向けられたページングバーストが存在するかどうか、基地局１１０と同様な基地局の制御チャンネルを周期的にスキャンする。ぺージングバーストはどのセルにロックオンすなわちキャンプするかを移動局１２０に伝える。移動局は音声および制御チャンネルトランシーバ１７０で制御チャンネルに一斉送信された絶対的および相対的情報を受信し、次に処理ユニット１８０は候補セルの特性を含む、受信された制御チャンネル情報を評価し、移動局がどのセルにロックすべきかを決定する。受信された制御チャンネル情報は、この制御チャンネルが関連するセルに関する絶対情報を含むだけでなく、制御チャンネルが関連するセルに近い他のセルに関する相対的情報も含む。主な制御チャンネルをモニタしながら、これら隣接するチャンネルも定期的にスキャンされ、より適当な候補局が存在するかどうかを判断する。移動局および基地局の実現の詳細に関する更に別の情報については、本明細書にその開示全体を参照によって組み込む、１９９２年１０月２７日にピー・ケント氏およびビー・エックランド氏により出願された「マルチモード信号処理」を発明の名称とする米国特許出願第07/967,027号から得られる。
基地局は衛星を使った移動無線通信システムにおける１つ以上の衛星と置換できることが理解できよう。
無線通信システムの容量を増すためにデジタル通信およびマルチアクセス技術、例えば周波数分割マルチアクセス（ＦＤＭＡ）、時間分割マルチアクセス（ＴＤＭＡ）、および高度分割マルチアクセス（ＣＤＭＡ）を使用できる。これらマルチアクセス技術の各々の目的は、目的地において相互干渉を生じることなく、異なるチャンネルを分離できるように異なるソースからの信号を共通する送信媒体上で組み合わせることである。ＦＤＭＡシステムではユーザーは周波数領域における無線スペクトルを共用し、各ユーザーには通話全体にわたって使用される周波数バンドの一部が割り当てられる。ＴＤＭＡシステムではユーザーは時間領域における無線スペクトルを共用し、各無線チャンネルすなわち搬送波周波数は一連のタイムスロットに分割され、個々のユーザーには１つのタイムスロットが割り当てられ、このタイムスロットの間でユーザーはシステムに割り当てられた全周波数バンド（ワイドバンドＴＤＭＡ）またはバンドの一部（ナロウバンドＴＤＭＡ）のみにアクセスする。各タイムスロットはデータソースからの情報のバースト、すなわち音声会話のデジタル式に符号化された部分を含む。これらタイムスロットは所定の長さを有する連続するＴＤＭＡフレームにグループ分けされ、各ＴＤＭＡフレームにおける時間スロットの数は無線チャンネルを同時に共用できる異なるユーザーの数に関連する。ＴＤＭＡフレームにおいて各スロットが異なるユーザーに割り当てられる場合、ＴＤＭＡフレームの長さは同じユーザーに割り当てられる連続するタイムスロットの間の最短の時間となる。ＣＤＭＡはＦＤＭＡとＴＤＭＡとを組み合わせたものである。ＣＤＭＡシステムでは周波数時間領域に一義的にアクセスするよう、各ユーザーには一義的な疑似ランダムユーザー符号が割り当てられる。ＣＤＭＡ技術の例としてはスペクトル拡散技術および周波数ホッピング技術がある。
ＴＤＭＡシステムでは同一ユーザーに割り当てられる連続するタイムスロットは、通常、無線搬送波上で連続するタイムスロットではなく、ユーザーのデジタルトラヒックチャンネルを構成する。このデジタルトラヒックチャンネルはユーザーに割り当てられた論理チャンネルと見なされる。図２に一例としてＧＳＭ規格を使用したＴＤＭＡチャンネルの構造が示されている。ＴＤＭＡチャンネルはトラヒックチャンネルＴＣＨおよび信号チャンネル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信するためのフルレートチャンネルおよびハーフレートチャンネルを含む。信号チャンネルＳＣは移動ユニットと衛星（または基地局）との間で信号情報を転送し、この信号チャンネルＳＣは３つのタイプの制御チャンネル、すなわち一斉送信制御チャンネル（ＢＣＣＨ）と、多数の加入者間で共用される共通制御チャンネル（ＣＣＣＨ）と、単一加入者に割り当てられる専用制御チャンネル（ＤＣＣＨ）とを含む。ＢＣＣＨは一般に周波数補正チャンネル（ＦＣＨ）および同期化チャンネル（ＳＣＨ）を含み、これら双方のチャンネルはダウンリンクチャンネルとなっている。共通制御チャンネル（ＣＣＣＨ）はダウンリンクページチャンネル（ＰＣＨ）およびアクセスグラントチャンネル（ＡＧＣＨ）のみならずアップリンクランダムアクセスチャンネル（ＲＡＣＨ）を含む。専用制御チャンネルＤＣＣＨは高速関連制御チャンネル（ＦＡＣＣＨ）と、低速関連制御チャンネル（ＳＡＣＣＨ）と、スタンドアローン専用制御チャンネル（ＳＤＣＣＨ）とを含む。低速関連制御チャンネルはトラヒック（音声またはデータ）チャンネルまたはスタンドアローン専用制御チャンネル（ＳＤＣＣＨ）に割り当てられ、ＳＡＣＣＨチャンネルは移動ユニットに電力およびフレーム調節および制御情報を与える。
ランダムアクセスチャンネルＲＡＣＨはシステムへのアクセスをリクエストするように移動局によって使用される。ＲＡＣＨ論理チャンネルは（移動局から基地局または衛星への）単一方向のアップリンクチャンネルであり、別個の移動ユニットによって使用される（ヘビー状態の使用時間中でも代表的なシステムではセル当たり１つのＲＡＣＨで充分である。移動ユニットはＲＡＣＨチャンネルのステータスを連続してモニタし、チャンネルが話中、またはアイドル状態であるかを判断する。ＲＡＣＨチャンネルがアイドル状態であれば、アクセスを望む移動ユニットはＲＡＣＨを通して基地局または衛星に希望する電話番号と共にその移動局の識別番号を送る。ＭＳＣは基地局または衛星からのこの情報を受信し、アイドル音声チャンネルを移動局に割り当て、移動局自身が新しいチャンネルに同調できるように基地局または衛星局を通して移動局にチャンネルの識別信号を送信する。コンテンションまたはリバース方法のいずれかで、移動局のアクセスのリクエストに対し、ＲＡＣＨアップリンクチャンネル上のすべてのタイムスロットが使用される。リバース方法のアクセスは１９９３年１０月２５日に出願された「移動無線システムにおいてランダムアクセスを実行する方法」を発明の名称とする米国特許出願第08/140,467号に記載されており、本願ではこの米国特許出願を参照によって本願に組み込む。ＲＡＣＨ作動の重要な特徴の１つは、移動局がアップリンクで送信するバーストごとに移動局がリアルタイムのフィードバックを受信するように、一部のダウンリンク情報を受信しなければならないことである。このことは、ＲＡＣＨにおけるレイヤー２のＡＲＱすなわち自動リピートリクエストとして知られている。このダウンリンク情報は２２ビットを含むことが好ましく、これら２２ビットはダウンリンクにおいてアップリンクに固有なレイヤー２情報を搬送するのに専用とされる別のダウンリンクサブチャンネルと見なすことができる。共用チャンネルフィードバックと称すことができるこのような情報のフローによりＲＡＣＨのスループット容量が増し、よって移動局はアクセスの試みの任意のバーストの受信に成功したかどうかを即座に判断できる。
図２に示されるように、このダウンリンク情報はチャンネルＡＧＣＨで送信される。
ＴＤＭＡシステムにおける信号の送信は、バッファーバーストモード、すなわち中断−送信モードで行われる。すなわち各移動ユニットは移動局に割り当てられた周波数においてＴＤＭＡフレーム内の割り当てられたタイムスロットの間でしか送受信しない。例えばフルレートでは、移動局はスロット１の間で送信し、スロット２の間で受信をし、スロット３の間でアイドル状態となり、スロット４の間で送信し、スロット５の間で受信し、スロット６の間でアイドル状態となり、連続するＴＤＭＡフレームの問でこのサイクルを繰り返す。バッテリー給電できる移動ユニットは送信も受信もしない時にタイムスロットの間で電力を節約するようにスイッチオフ（またはスリープ）状態にすることができる。
移動性および携帯性を増すために、無線通信加入者は大きな、または指向性アンテナを有する移動ユニットよりも、比較的小さい全方向（従って電力の少ない）アンテナを有するモービルユニットを好む傾向がある。このような好みのために、小さい全方向アンテナを有する代表的な移動ユニットと移動交換センター（ＭＳＣ）または衛星との間で、通信信号を交換するのに充分な信号強度とすることが困難となることが時々ある。このような問題は、特に衛星を使った移動無線通信で深刻となる。
衛星を使った移動無線通信システムは１つ以上の部分的に重なった衛星ビームを使用して地球の特定の地理的エリアに無線通信サービスを提供するものである。各衛星は約１０００ｋｍまでの半径を有する。衛星の電力の限界により各ビーム内に大きいリンクマージンを同時に提供することは実際的ではない。
移動局と衛星のリンクは電力が厳しく制限されているので、通信は一般にライシアン（Ｒｉｃｅａｎ）フェージングを伴う視線チャンネルに限られる。ライシアンフェージングとは、強力な視線パスと微弱なビル反射波を伴う地面反射波とが組み合わせられることから生じるものである。例えば移動局の無線電話ユニットのアンテナを正しく設置し、ユニットが障害物のない位置に位置されるような、理想的な、またはほぼ理想的な状態で音声通信を行うには、これらチャンネルは約８ｄＢ以下の通信リンクマージンを必要とする。これらほぼ理想的なチャンネルでは、移動ユニットは着信呼を検出するのにページングチャンネルのモニタに成功できる。理想的でない状態、例えば移動ユニットのアンテナが設置されないか、または移動ユニットが障害物のある位置（例えばビル内）に位置する場合、地面反射波およびビル反射波を含む反射波が圧倒的に強くなる。これら理想的でない状態におけるチャンネルは大きな減衰を伴うフラットなレイリー（Ｒａｙｌｅｉｇｈ）フェージング（最も厳しいタイプのフェージングである）を特徴とする。かかるチャンネルでは、音声通信を達成するには３０ｄＢ以上もの大きいリンクマージンが必要であり、移動ユニットは着信呼を検出するのにページングチャンネルをモニタすることが困難となり得る。音声通信が困難となるようなこのような理想的でない状態では、ショートメッセージサービス（ＳＭＳ）が望ましい。衛星の電力は限られているので移動局ユーザーに着信呼を警告するのに、理想的でない状態でこのＳＭＳを使用すると特に有効である。移動局ユーザーは次に発呼を受信または戻すのに位置を変えることがある。「リンクマージン」または「信号マージン」とは、理想的な状態、すなわち加算的白色ガウスノイズ（ＡＷＧＮ）以外の欠陥を有しないチャンネルで、必要とされる電力以上で適当なサービスを提供するのに必要な更なる電力を意味する。「欠陥」とは、信号振幅のフェージング、ドップラーシフト、位相変化、信号がシャドー内に入ることすなわちブロッキングされること、装置の損失およびアンテナ輻射パターンの異常点が挙げられる。
音声を送信するか、またはデータを送信するかにかかわらず、特に電力が制限された衛星を使用する場合に、無線通信の信頼性を保証するのに信号マージンを増すことが望ましいことが多い。信号のリンクマージンを増すための公知の方法として、チャンネルバンド幅を広げること、信号電力を増すこと、およびビットを繰り返す方法がある。これら方法のいずれも大きな限界がある。バンド幅を広げる方法は、一般に信号拡散および低ビットレート誤り訂正符号化のような公知の方法によって行われ、この結果、信号はフェージングを受けにくくなる。バンド幅を広げることにより割り当て効率は低下する。更にＳＭＳにおいて音声チャンネルの広げられたバンド幅がメッセージチャンネルのバンド幅から異なる場合、移動ユニットでは２つの別個の完全な無線チャンネル（各サービスに１つずつ）が必要となるので、設計が複雑となる。また遅延拡散を低減するのに、一般にコヒーレントなレーキ式受信機または等化器も必要となるので、これも移動ユニットの構造が複雑となる。バンド幅の拡大は音声またはデータメッセージ全体を繰り返して送信することによって行うこともできる。しかしながら当該理想的でない状態では、各繰り返しはノイズレベルよりも低い（すなわち充分なマージンを有しない）ので、誤り率が大きくなり、繰り返し信号をコヒーレントに積分することが不可能となることから、この方法は有効ではない。
例えば、国際出願第WO8１/00034号明細書に記載のように信号電力を大きくしてマージンを大きくすることも可能である。しかしながら衛星の電力は限られているので、この方法は実際的なやり方ではない。送信電力を増加することによりシステムのコストが高くなることに加え、特に再使用マージンの狭いＴＤＭＡシステムで同一チャンネルの干渉を制御することがより困難となる。従って、比較的使用量が少ない期間に限り、衛星から移動ユニットへの電力を増加することができる。移動ユニットでも、衛星より電力が更に制限されているので、このような技術は一般に衛星から移動ユニットへの一方向に限ってしか実用的でない。
例えば、国際出願第WO81/00034号明細書に記載のようにビット繰り返しを使ってマージンを大きくすることもできる。特に理想的でない条件でメッセージの繰り返しよりも低い誤り率でビット繰り返しを行うことができる。ビット繰り返しは送信の遅延を生じさせるが、このような送信の遅延は明らかな理由から音声信号に対しては好ましくない。しかしながら送信の遅延は遅延時間が妥当な最小値に維持されれば、ＳＭＳ方式のようなデータ送信に対して許容し得る。ビット繰り返しはすべての繰り返しが連続するＴＤＭＡフレームの同一タイムスロット内に含まれるように個々のビットまたは変調シンボル、もしくはビットのパケットもしくは変調シンボルを複数回送信することによって行うことができる。受信機は各繰り返しからのエネルギーを積分し、マージンのより大きい信号を発生する。上記のようにビット繰り返しはメッセージの長さに応じて大きな遅延を生じ得る。信号マージンを３０ｄＢとするには、各ビットを１０００回繰り返さなければならない。ＧＳＭシステムすなわち欧州デジタル規格では、３２〜６４キャラクタを有し、米国において現在使用されているＤＡＭＰＳ（高度デジタル移動電話サービス）システムでは２４５までのキャラクタを有し、ＤＥＣＴ（およびデジタルコードレス電話）システムでは１６０までのキャラクタを有する。フレーム当たり１６のスロットおよび１１４のデータビット／スロットを有する１８．６４ｍｓのＴＤＭＡフレームを有するＧＳＭシステムを仮定すると、伝搬時間を含まない６４キャラクタのメッセージを受けるための最小遅延時間は次のとおりである。
６４ビット×８ビット／キャラクタ×１０００の繰り返し／ビット×１８．６４ｍｓ／スロット×１／１１４スロット／データビット＝８４秒  データ伝送用でもかかる遅延時間は好ましくない。従って、大きく遅延せず、かつ電力を大幅に増加することなく大きな信号マージンで無線通信システムが信号の送信をできることが好ましい。
更に通信システムは、チャンネルのバンド幅を広げることなく、大きい信号マージンで信号を送信できることが好ましい。ＴＤＭＡ通信システムはＴＤＭＡフレームの構造すなわち構成を変えることなく、大きい信号マージンで信号を送信できるようにすることも好ましい。更に、移動無線通信システムは大きな信号マージンで移動ユニットまたは衛星または基地局から生じたデータメッセージを送信できることが更に好ましい。
更に通信システムはデータメッセージを送信できるよう、通信リンクの信号マージンを選択的に高めることが好ましい。
発明の概要
従来の通信システムおよび方法の上記およびそれ以外の制限は、ビット繰り返し方法と電力を比較的小さく増加する方法とを組み合わせることによって、信号マージンを高める高透過送信方法を提供する本発明によって克服される。実施例によればビット繰り返し方法と電力を比較的小さく増加する方法との組み合わせにより、信号マージンを高めるのに繰り返しのみに依存したシステムで許容できない遅延特性が解消される。同様に、繰り返し方法と比較的小さく電力を増加する方法とを組み合わせたことにより信号マージンを大きくするのに電力を大きくすることにのみ依存したシステムの同一チャンネルの干渉の問題が解消される。
本発明の実施例によれば、移動無線通信システムには移動ユニットとの間でアルファニューメリックメッセージを送信するためのショートメッセージサービス機能が与えられる。減衰量の大きいチャンネルすなわち通信システムを通して信頼性の高い送信を保証するには、誤り検出符号によりショートメッセージを符号化する。メッセージは一つ以上のビットのパケットすなわちグループに分割し、送信ごとに同じタイムスロットを使ってＴＤＭＡ通信チャンネルを通して多数回にわたり音声送信用の電力レベルよりも大きい電力で各パケットを送信し、受信機側で送信信号を積分し、誤りがあるかどうかをチェックし、マージンの大きい信号を形成する。
【図面の簡単な説明】
本発明の上記課題、特徴および利点は、図面と共に次の詳細な説明を読めば、より容易に理解できよう。
図１は、移動無線通信システムのブロック図である。
図２は、代表的なＧＳＭデジタル無線通信システムにおけるチャンネルの構造を示す図である。
図３は、本発明の信号送信方法を実現できる、衛星を使った移動無線通信システムの図である。
図４は、本発明にかかわるショートメッセージの送信を示すフローチャートである。
好ましい実施例の詳細な説明
次の説明は衛星を使った無線通信システムで実現されるショートメッセージサービスを参照するが、本発明は他のタイプの通信システムにも適用できることが理解できよう。
衛星を使った移動無線通信システムでは、１つの衛星、多数の衛星、または１つ以上の衛星とＰＳＴＮ（公衆交換電話ネットワーク）との組み合わせを介した移動局と標準電話機または第２移動局との間の音声またはデータを送信するための通信リンクを設定できる。図３に示されるようなかかるシステムは、数局の基地局または全く基地局が存在せず付加的基地局が実用的でない、例えば地方の領域における広範な地域をカバーするのに好ましい。衛星の電力には固有の限界があるので、衛星と移動局との間を音声通信でリンクするには、理想的またはほぼ理想的な条件が必要である。すなわち移動局のアンテナが正しく設置された状態で視線状態のような状態が必要である。理想的でない状態、例えば移動局が陰に入る、例えばビル等の中に入ったり、移動局のアンテナが正しく設置されないような理想的でない状態では、チャンネル内での減衰が大きくなるので、通信のための電力または信号マージン条件は大幅に増す。（図３においてＭＵで示されるような）かかる状況では、レイリーフェージングは満足できる通信を阻害することが多く、よって移動局には短いアルファニューメリックメッセージを送ることが好ましい。例えば着信呼を加入者に伝えるのにこのメッセージを使用できる。本発明は長い遅延時間を生じたり、電力を増加したり、また同一チャンネルでの干渉を生じることなく信号マージンを高めるための効率的な技術を提供することにより、メッセージの信頼できる送信を保証するものである。
単なる図解のため、かつ本発明の範囲を限定することなく、ＴＤＭＡチャンネルを使用し、衛星を使ったＧＳＭ無線通信システムが次の条件を示すものと仮定できる。通信チャンネルは視線成分を有せず、かなりの減衰を伴うフラットなレイリーフェージングを受けるものとする。当業者であれば理解できるように、レイリー（またはマルチパス）フェージングは、サービスエリア内の物理的構造物からの反射によりマルチパス波が定在波の対を形成する際に生じる現象である。加算された定在波の対は波のフェージング構造を不規則にする。移動ユニットが静止している時、このユニットは一定の信号を受信する。しかしながら移動ユニットが移動する時は、移動ユニットが高速で移動するにつれ、フェージングを増加させるような構造となる。理想的でないレイリーチャンネルの平均的信号レベルは理想的に近い視線チャンネルの信号レベルよりも約２０〜３０ｄＢ低い。
理想的でない状態において移動ユニットに高信頼度でショートメッセージを送信できるように保証するためには、信号マージンを大きくしなければならない。
本発明によれば、長い遅延時間を生じることなく信号マージンを大きくするために、ビット繰り返し方法と電力を増加する方法とを組み合わせることができる。
デシベル（ｄＢ）とは電力、電流または電圧の比を示すのに使用される単位であることが理解できよう。特に電力比（Ｐ２／Ｐ１）は式ｄＢ＝１０ｌｏｇ（Ｐ２／Ｐ１）によりデシベルを単位として表示できる。３０ｄＢの信号マージンは１０ｌｏｇ１０００＝３０であるので、電力比を１０００としなければならない。従って、ビット繰り返しのみによりこのような信号マージンを得るには、各ビットを１０００回繰り返さなければならず、その結果、受信機では各繰り返しからの信号マージンを積分し、上記のように計算した８２秒の遅延が生じる。しかしながら１５ｄＢのマージンを得るには、１０ｌｏｇ３１．６２３＝１５であるので、必要な電力比はわずか３１．６２３でよい。従って、電力を１５ｄＢ増加し、各ビットを約３１回繰り返すことにより、３０ｄＢの信号マージンが得られる。このような技術を利用することにより、６４キャラクタメッセージに対するビット繰り返し遅延時間は、（６４キャラクタ×８ビット／キャラクタ×３１の繰り返し／ビット×１８．６４ｍｓ／スロット×１／１１４スロット／ビット）、すなわち約２．５秒となる。この結果、ビット繰り返し遅延時間は妥当なレベルに維持され、電力増加量も妥当なレベルに維持されるので、同一チャンネルでの干渉は防止できる。長い遅延時間を生じることなく、レイリーフェージングが生じる環境下で満足できる通信を行うのに、繰り返しと電力を増加することとの多くの異なる組み合わせが可能であることが理解できよう。更に、デジタル信号の個々のビットを繰り返す代わりに、ビットのグループを繰り返してもよい。
本発明の技術を実現するために、多数のユーザー間の電力負荷を平均化することにより、衛星から移動局への電力を増加してもよい。すなわち理想的に近い状態で移動ユニットによって使用される通信チャンネルは、理想的でない状態における移動ユニットに対する給電量を増加するように、その電力を低下させてもよい。連続するＴＤＭＡフレーム内の個々のスロットを大きな電力レベルで送信する。時間平均による電力を増加することもできる。当業者に知られている他の技術によって衛星から移動局への電力を増加することもできると理解できよう。
移動ユニットの電力の限界は衛星の電力限界よりもかなり深刻である。従って、移動局から衛星への通信を行うために電力を増加することは、より困難である。かかる通信はメッセージまたはメッセージのアクノーレッジ受信信号を送るのに必要である。本発明の一実施例によれば、移動ユニットから衛星への電力を増加することはランダムアクセスチャンネルＲＡＣＨのすべてのタイムスロットで移動ユニットが送信できるようにすることにより、移動ユニットから衛星への電力を増加できる。衛星に送信する信号のマージンを更に効果的に高めるために、移動ユニットによってビット繰り返しを行うこともできる。ＲＡＣＨチャンネルを通した移動ユニットによるアクノーレッジメントは、低情報レートの信号によって行うことができるので、順方向チャンネルに対するより多数の同期ビットおよびより多数のビットとメッセージの繰り返しを使用することにより、移動ユニットの小送信電力を保証できる。繰り返し信号の相関性をなくすには、移動ユニットは別個の搬送波周波数で連続する繰り返し信号を送信することが好ましい。メッセージは短いので送信時間は短く、このシステムを使って平均的な送信電力は受け入れ可能なものとなる。
次に図４を参照する。ここには本発明に係わる送信方法を利用したショートメッセージの送信を説明したフローチャートが示されている。ステップ１００では送信側で受信加入者へ送信すべきメッセージを入力する。このメッセージは移動ユニット、標準的な電話機、コンピュータターミナルまたは送信等価的デバイスを通して送信側から直接このメッセージを通信システムに入力したり、またはシステムへメッセージを入力するサービスセンターのオペレータを呼ぶことにより、直接メッセージを入力してもよい。ステップ１０２では、送信機に設けられた符号化器により誤り検出符号、例えばＣＲＣにより、ショートメッセージを含む情報ビットを符号化する。符号化されたメッセージは或るＸ個の符号ワードビットまたはシンボルからなる１つの符号ワードを構成する。送信機は衛星、基地局または移動ユニットのいずれでもよいと認識すべきである。ステップ１０４では、符号化手段によって出力されるＸ個の符号ワードビットまたはシンボルの各々がＮ回繰り返され、Ｎ個のビットを含む１つのパケットを形成する。個々のビットまたはシンボルを繰り返す代わりに２つ以上のビットまたはシンボルのグループを繰り返すことも可能である。ＴＤＭＡフレーム内の各スロットが繰り返しビット、誤り検出符号化ビットおよび同期バーストの１つ以上のパケットを含み、受信機がチャンネルの質を評価できるようにパケットを送信する。符号化されたショートメッセージを含むすべてのビットがこのように送信される。符号化されたメッセージ全体が送信されると、所望の信号マージンが得られるように（Ｎ個の符号ワードビットのパケット状をした）メッセージの送信がＭ回繰り返される。衛星、基地局または移動局からショートメッセージを送信できるので、これらデバイスの各各に符号化機能および送信機能が提供されることが理解できよう。また、本発明の技術を実施するために、メッセージの送信に成功するのに必要な信号マージンを得るのに必要なビット繰り返しの回数Ｎ、メッセージの繰り返し回数Ｍおよび電力増加量を決定するための手段が送信機に含まれることも理解できよう。
ステップ１０８では受信デバイス（すなわち移動ユニット、衛星、基地局または等価的なデバイス）は、符号化され、繰り返されたメッセージビット、誤り検出ビットおよびチャンネル品質評価ビットを含む受信信号をサンプリングし、式
0003879867.tif 000002
（ここでrijはパケットの繰り返しｊにおける情報ビットすなわちシンボルＳのｉ番目の繰り返しに対応する、受信され、サンプリングされた信号であり、Ｃｊはチャンネルの品質の対応する評価値である）の数値合計を発生する。ステップ１１０では受信デバイス内に含まれる復号器がソフトウェアの組み合わせ方法または論理多数決方法、もしくは他の適当な復号化方法を使用して、数値合計からＴＤＭＡ内の各符号化されたビットまたはシンボルを復号化する。ソフトウェアの組み合わせ方法を実施するには復号器は
0003879867.tif 000003
として数値合計を加算し、この合計値に基づき、ビットまたはシンボル判断を行う。論理多数決方法を実施するには復号器は各数値yjに対する予備的なビットまたはシンボル判断を行い、予備的判断のすべてを比較することにより最終ビットまたはシンボル判断を行う。従って、復号器がＭ個の予備的判断を行う場合、復号器は予備的判断の半分より多数が１であれば、対応する情報ビットを１と判断し、それ以外では復号器は対応する情報ビットを０であると判断する。同じ論理を使用して０となるビットを復号化する。予備的判断のちょうど半分が０であり、予備的判断のちょうど半分が１である場合の誤りを防止するために、Ｍは奇数に選択する。復号化されたビットをコヒーレントに組み合わせ、メッセージの多数の送信信号をコヒーレントに組み合わせてマージンの大きいメッセージ信号を発生する。
ステップ１１２では受信装置に含まれる誤り検出器は送信装置に設けられたＣＲＣ誤り検出符号化プログラムに基づき、誤りを検出する。誤りが検出されなければステップ１１４において受信側の加入者の移動ユニットにメッセージをディスプレイする。誤りが検出されれば受信装置にメッセージをディスプレイせず、ディスプレイする誤りメッセージまたはオーディオ信号により誤り状態のメッセージをユーザーに通知し、受信機は後により詳細に説明する双方向無線プロトコルに従ってメッセージまたはメッセージのうちの誤り部分を再送信することを送信機に求める。
本発明によれば、メッセージの個々の部分の繰り返しと組み合わせて、メッセージの繰り返し送信を行うことができる。すなわちメッセージの個々の部分を多数回送信し、メッセージ部分の繰り返し送信によりメッセージ全体が送信されると、再びメッセージ全体を送信することができる。
本発明の別の特徴によれば、異なる周波数、異なる極性または適当な時間遅延をさせて、メッセージまたはメッセージ部分を送信することにより、メッセージの繰り返しの相関性をなくしている。
本発明の送信システムは、更に順方向の誤り訂正（ＦＥＣ）手段を含むことができる。かかる構造ではステップ１０２で誤り検出符号により情報ビットを符号化した後に、誤り訂正符号によりショートメッセージの情報ビットを符号化するための第２符号化器が送信機に設けられている。こうしてメッセージが送信され、上記のように受信されたメッセージが復号化される。論理多数決をする場合、ハードウェアによる判断復号器が使用され、（例えばチャンネルから予測されるビット信頼性情報のような）追加情報を伴わず、チャンネル復号器へ論理多数決投票機の出力におけるビットが送られる。ソフトウェアの組み合わせを使用する場合、誤り訂正符号を復号化するのにソフトウェアによる判断復号器が使用され、ソフトウェアの判断復号器出力に数値合計ｙｊが加算され、この合計が誤り訂正復号器へ送られる。送信ストリームにおいて連続する出力ビットをできるだけ分離することにより、誤り訂正符号化器の異なる出力をインターリーブすれば、誤り訂正符号化はより効果的となる。
ビットおよびメッセージ繰り返しの数が多くなればなるほどシステムの性能もよくなるが、遅延時間はより長くなることが理解できよう。ＴＤＭＡスロットは同期情報またはデータのいずれかとして使用できる有限の数のビットを有する。
パケットにおけるビットの繰り返し数（Ｎ）を増すには、かならず同期ビットの数を減らさなければならない。数値合計は予測されるチャンネルの品質に応じて決まり、チャンネルの品質は同期ビットの数に応じて決まる。ＴＤＭＡスロットがＮt個のビットを有し、Ｎs個の同期ビット／スロット、およびＮt−Ｎs個のデータビット／スロットがある場合、繰り返しによるビット当たりの信号対ノイズ比の利得は、約（Ｎt Ｎs−Ｎs ２）／Ｎtとなる。従って、Ｎs＝Ｎt／２の時に信号対ノイズ比の最適利得が生じる。しかしながら、所定のスロットにおける同期ビットおよびデータビットの数の選択は、実現すべき特定の送信方式によって決まることが理解されよう。
上記のように、衛星と移動局との間でメッセージを伝送するのに設定されるリンクは双方向リンクである。従って、ショートメッセージシステムの利用率を高めるのに、衛星と移動局との間で使用するための無線プロトコルを選択できる。
例えばメッセージを正しく受信したかどうかを表示する「YES」または「NO」により、メッセージを受信した移動局が衛星に応答するような簡単なプロトコルを実施できる。これとは異なり、パケットまたはパケットのグループをグループＩＤで識別し、ＣＲＣ誤り検出コードにより保護する、より複雑なプロトコルを実施することが可能である。ＣＲＣがメッセージを正しく受信しなかったと表示する場合、衛星は誤りの生じたグループを含むパケットを再送信できる。このようにメッセージ全体を再送信するのと異なり、誤りの生じたパケットだけを再送信すればよい。従って、このプロトコルは繰り返し回数を最適にし、よって遅延時間および消費する衛星の電力を最小にするように使用できる。
本発明に係わるＳＭＳの双方向リンクは課金に関する利点も提供する。単一方向リンクではメッセージが正しく受信されたかどうかの証明がないので、ショートメッセージ送信料金を送り手または受け手に課金できない。従って、単一方向リンクのＳＭＳサービスは高い加入料金で加入者に提供できる。これと対照的に、双方向リンクはメッセージが正しく受信されたかどうかを、メッセージの送り手またはサービス運用者が判断できるので、サービス運用者は正しく受信された各メッセージに限って送信料金をＳＭＳサービスに課することができる。
上記のように、より長いメッセージに対し、音声通信すなわち３０〜４０ｄＢより大きいリンクマージンおよび受け入れ不能な長い遅延時間を必要とする条件の結果、本発明の技術が得られた。かかる場合、衛星または対応するセルラー移動交換センター（ＭＳＣ）にメッセージを記憶してもよい。移動ユニットが、より好ましい通信チャンネルの一斉送信制御チャンネル（ＢＣＣＨ）を読み出すことができる場合、この移動ユニットに、例えば一斉送信された制御チャンネル上のフラグにより記憶されたメッセージを警告してもよい。
本発明の技術を使用することにより、バンド幅を広げることなく、よって移動局の構造を複雑にすることなく、大きい信号マージンが提供できる。更にメッセージコンテンション以外のＴＤＭＡフレーム構造または組織において変更は必要でない。本発明の方法は移動局との問で信号を送信できるようにするものであり、この方法は双方向性であるので、当業者であればこのシステムはＴＤＭＡシステムにおける信号制御チャンネルの一部として実現できることが理解できよう。
上記説明は多数の特定した事項を含むが、ここに開示した実施例は単に説明のためのものに過ぎず、本発明を限定するものではない。当業者にとって、添付した請求の範囲およびそれらの法律的な均等物によって定義される本発明の要旨および範囲から逸脱しない多数の変形例が、容易に明らかとなろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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