(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の衛星（１２）によって構成され、ＡＬＯＨＡ型プロトコルの動作を行い、かつ各衛星（１２）が関連する少なくとも１つのアンテナ・ビーム（３５）を有する通信システムにおいて資源を節約するために加入者ユニット（２６）のアクセス要求を防止する方法であって、各加入者ユニット（２６）が関連するユーザ・クラスを有し、前記方法は：
ａ）プラニング期間中に過負荷を示しそうな地理的エリアを特定する段階（２０２）；
ｂ）前記通信システムにアクセスすることを禁止させたい、前記地理的エリアにおけるユーザの割合を算出する段階（２１０）；
ｃ）前記割合に基づいて、前記地理的エリアにおいて禁止すべき禁止ユーザ・クラスのセットを生成する段階（２１６）；
ｄ）禁止ユーザ・クラスの前記セットを含むパラメータ・セットを生成する段階；
ｅ）前記プラニング期間中に前記地理的エリアにサービスを提供する予定の、前記複数の衛星の少なくとも１つの衛星（１２）と関連アンテナ・ビーム（３５）を特定する段階（２１８）；
ｆ）前記パラメータ・セットを前記少なくとも１つの衛星に送信する段階（２２２）；および
ｇ）前記関連アンテナ・ビームにおける前記少なくとも１つの衛星（１２）によって、前記パラメータ・セットを放送チャネル（１８）上で放送する段階（３１８）であって、禁止ユーザ・クラスの前記セットの前記加入者ユニット（２６）が前記通信システムにアクセスを要求することが禁止される段階；
を具備することを特徴とする方法。
【請求項２】
複数の衛星（１２）によって構成され、かつＡＬＯＨＡ型プロトコルの動作を行う通信システムにおいて資源を節約するために加入者ユニット（２６）のアクセス要求を防止する方法であって、各加入者ユニット（２６）が複数のクラス識別子の内の１つの割当てられた関連するクラス識別子を格納して有し、前記方法は：
利用可能なトラヒック・チャネルの数が所定の閾値より小さい場合に、前記複数のクラス識別子の内一時的に禁止する少なくとも１つのクラス識別子を決定する段階；および
前記複数の衛星の内の１つの衛星によって、前記一時的に禁止されたクラス識別子を放送することにより、前記一時的に禁止されたクラス識別子が割当てられた加入者ユニットが、前記通信システムにアクセスを要求することが禁止される段階（３１４）；
を具備することを特徴とする方法。
【請求項３】
複数の衛星（１２）を有する通信システムにおいて資源を節約するために加入者ユニット（２６）のアクセス要求を防止するために前記衛星（１２）を運用する方法であって、前記通信システムはＡＬＯＨＡ型プロトコルの動作を行い、かつ前記衛星（１２）は関連する複数のアンテナ・ビーム（３５）を有し、各アンテナ・ビーム（３５）は関連する通信サービス需要を有し、前記アンテナ・ビーム（３５）は関連する放送チャネル（１８），トラヒック・チャネル（１７）および捕捉チャネル（１９）を有し、前記方法は：
１つのアンテナ・ビーム（３５）について禁止ユーザ・クラスのリストを含む、前記複数のアンテナ・ビームの少なくとも１つのアンテナ・ビームに関連するパラメータ・セットを、前記通信システムから受信する段階（３０１）；
前記少なくとも１つのアンテナ・ビームに関連する利用可能なトラヒック・チャネルの数が予約閾値以下かどうかを調べる段階（３１０）；
前記少なくとも１つのアンテナ・ビーム（３５）における前記利用可能なトラヒック・チャネル（１７）の数が前記予約閾値以下の場合に、正規ユーザ・クラスのリストを含むように前記パラメータ・セットを修正する段階；および
前記少なくとも１つのアンテナ・ビーム（３５）の関連放送チャネル（１８）において前記パラメータ・セットを放送する段階（３１４）であって、前記パラメータ・セットの放送により、前記禁止ユーザ・クラスの加入者ユニットが前記通信システムにアクセスを要求することが禁止される段階；
を具備することを特徴とする方法。
【請求項４】
加入者ユニット（２６）を介してアクセス可能な複数の衛星（１２）を有しかつＡＬＯＨＡ型プロトコルの動作を行う通信システムにおいて資源を節約するためにユーザのアクセス要求を防止する方法であって、前記加入者ユニットが関連するユーザ・クラスを有し、前記方法は：
ａ）複数のアンテナ・ビーム（３５）から最強アンテナ・ビーム（３５）を加入者ユニット（２６）によって選択する段階（１０４）であって、前記複数のアンテナ・ビームは前記通信システムの少なくとも１つの衛星（１２）と関連し、前記アンテナ・ビームは関連する放送チャネル（１８）を有する段階；
ｂ）前記最強アンテナ・ビームに関連する前記放送チャネル（１８）において、禁止ユーザ・クラスを含むパラメータ・セットを前記加入者ユニット（２６）で受信する段階（１０８）；
ｃ）前記加入者ユニット（２６）に関連する前記ユーザ・クラスが、前記パラメータ・セット内で受信された前記禁止ユーザ・クラスの１つであるかどうかを、前記加入者ユニット（２６）によって調べる段階（１１０）；および
ｄ）前記加入者ユニット（２６）に関連する前記ユーザ・クラスが前記禁止ユーザ・クラスの１つである場合に、サービスが現在利用できないことを前記加入者ユニット（２６）のユーザに通知する段階（１２０）；
を具備することを特徴とする方法。
【請求項５】
複数の衛星（１２）を有し、ＡＬＯＨＡ型プロトコルの動作を行い、かつ資源を節約するために加入者ユニット（２６）によるアクセス要求を防止することができる通信システムであって：
前記複数の衛星のうち１つの衛星（１２）に結合され、アンテナ・ビーム（３５）を生成するアンテナ（８２）；
前記アンテナ（８２）に結合され、前記アンテナ・ビーム（３５）において直交チャネル・セットを送受信できる多重チャネル・トランシーバ（８０）；
前記多重チャネル・トランシーバ（８０）に結合されたプロセッサ（８４）；および
前記プロセッサ（８４）に結合された保存媒体（８６）；
を具備し、
前記プロセッサ（８４）と前記保存媒体（８６）の組合せは：
ａ）プラニング期間中に過負荷を示しそうな地理的エリアを特定し（２０２）；
ｂ）前記通信システムにアクセスすることが禁止されるべき前記地理的エリアにおけるユーザの割合を算出し（２１０）；
ｃ）前記割合に基づいて、前記地理的エリアにおいて禁止すべき禁止ユーザ・クラスのセットを形成し（２１６）；
ｄ）禁止ユーザ・クラスの前記セットを含むパラメータ・セットを生成し；
ｅ）前記プラニング期間中に前記地理的エリアにサービスを提供する予定の、前記複数の衛星のうちの衛星（１２）および関連アンテナ・ビームを特定し（２１８）；および
ｆ）前記パラメータ・セットを前記衛星に送信（２２２）し、
前記多重チャネル・トランシーバ（８０）が前記関連アンテナ・ビームにおいて、放送チャネル（１８）上で前記パラメータ・セットを放送し、前記禁止ユーザ・クラスのセットの加入者ユニット（２６）が前記通信システムへのアクセスを開始することが防止されることを特徴とする通信システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般に、通信システムに関する。さらに詳しくは、本発明は、通信が行われるエリアをセルに分割し、かつ限られたスペクトル資源をセル内の各ユーザ間で分配するシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のセルラ通信システムは、加入者が通信システムにアクセスする方法を採用する。一般に、システム・アンテナは離間した位置に建てられる。各システム・アンテナは、送信電力，受信感度および地理的形状とともに、セルの位置および寸法を定める。セルとは、地表上の地理的エリアのことであり、このエリア内で、所定の動作特性を有する加入者ユニットを介しておよびセルのアンテナを介して通信を行うことができる。割り当てられたスペクトルを効率的に利用するセルラ・システムでは、システム・アンテナは、セル間の重複を最小限に抑え、かつセル間の隙間を低減するように配置される。
【０００３】
従来のセルラ・システムに割り当てられたスペクトルは、いくつかの離散的な部分、一般に周波数バンド（または「チャネル」ともいう。）に分割される。各セルには、スペクトルの１つまたはそれ以上の離散的な部分が割り当てられ、各セルは、好ましくは、スペクトルの他の離散的部分を利用するセルによって取り囲まれる。セル内の通信は、このセルに割り当てられた離散的な部分のみを利用し、他の近傍のセルで行われる通信間の干渉は、このような近傍セルにおける通信はスペクトルの異なる部分を利用するので、最小限に抑えられる。同一チャネル・セル(co-channel cell) とは、スペクトルの同じ離散的部分を再利用するセルのことである。干渉を最小限に抑えるため、周波数再利用方式は、同一チャネル・セルを所定の距離離して配置する。
【０００４】
従来のセルラ通信システムでは、加入者ユニットは、特定のカバー・エリア(area of coverage)、例えば、セル内のシステムによって提供されるいくつかの捕捉チャネル(acquisition channel) の１つをランダムに選択することによって、無線チャネルを捕捉する。通信システムへのアクセスを獲得するため、加入者は捕捉チャネルにおいてシステムとのプロトコルを開始する。プロトコルの例には、当技術分野で周知のＡＬＯＨＡ型プロトコルが含まれる。加入者ユニットは、プロトコルの一部として、通信を行うための、トラヒック・チャネルと呼ばれる特定のチャネルの割り当てを受ける。
【０００５】
一般に、ＡＬＯＨＡ方式は４つのモード、すなわち１）ユーザが捕捉要求メッセージをシステムに送信する、送信モード(Transmission Mode) ；２）捕捉要求メッセージを送信した後に、ユーザが通信システムからの捕捉肯定応答（ＡＣＫ）または否定応答（ＮＡＫ）を聴取する、聴取モード(Listening Mode)；３）ＮＡＫが受信された場合に、捕捉要求メッセージをシステムに再送信する、再送信モード(Re-transmission Mode)；および４）ユーザが指定の時間期間内にＡＣＫまたはＮＡＫを受信しなかった場合に、ユーザが捕捉要求メッセージを再送信するタイムアウト・モード(Timeout Mode)によって構成される。各ユーザからの送信が時間的に重複（すなわち衝突(collide) ）して、受信エラーを発生する場合に、ＡＬＯＨＡプロトコル方式では問題が生じる。この現象は、「スラッシング(thrashing) 」として知られている。
【０００６】
ＡＬＯＨＡ方式の主な問題点の１つは、通信システムにアクセスすることを同時に試みるユーザからの送信の衝突である。受信エラーを低減する、ＡＬＯＨＡプロトコルの例として、スロット式ＡＬＯＨＡ（Ｓ−ＡＬＯＨＡ）および予約(reservation) 式ＡＬＯＨＡ（Ｒ−ＡＬＯＨＡ）が含まれる。Ｓ−ＡＬＯＨＡプロトコルでは、一連の同期パルスがすべての局に放送され、ほとんどのＡＬＯＨＡ方式の場合と同様に、パケット長は一定である。ユーザは、同期パルス間のタイム・スロットでメッセージを送信する必要があり、タイム・スロットの開始でしか開始できない。Ｓ−ＡＬＯＨＡでは、同じタイム・スロット内で送信されたメッセージしか互いに干渉しないので、アクセスを要求するユーザ間の衝突の量は低減される。
【０００７】
Ｒ−ＡＬＯＨＡプロトコル方式は、２つの基本的なモード、すなわち、未予約(unreserved)モードおよび予約(reserved)モードを採用する。未予約モードでは、タイム・フレームが確立され、多数の小さい予約サブスロットに分割される。ユーザは、これらの小さいサブスロットを利用してメッセージ・スロットを予約する。予約を要求した後、ユーザは肯定応答およびスロット割り当てを聴取する。予約モードでは、タイム・フレームは、予約が行われる度に、Ｍ＋１スロットに分割される。最初のＭ個のスロットはメッセージ送信用に用いられ、最後のスロットは、予約要求用に用いられるサブスロットに分割される。ユーザは、Ｍスロットの各自割り当てられた部分においてのみメッセージ・パケットを送信する。
【０００８】
ランダム・アクセスを有する複数のユーザを抱えるシステムは、一般にコントローラを利用して秩序を保つ。コントローラは、ユーザ集合を周期的にポーリング(poll)して、ユーザのサービス要求を判定する。ユーザ集合が大きく（すなわち数千人）、トラヒックがバースト状態の場合、ポーリングに要する時間は過剰になることがある。「バイナリ・ツリー検索(Binary Tree Search)」および「ストレート・ポーリング(Straight Polling)」などのポーリング方法は、当技術分野で周知である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
多くのユーザを抱えるシステムにおける、かなりの負荷の場合のＳ−ＡＬＯＨＡおよびＲ−ＡＬＯＨＡでは、捕捉チャネル上で加入者ユニット間のかなりの干渉がありうる。その結果、比較的少数の加入者ユニットのみが実際にプロトコルを完了して、捕捉チャネルの割り当てを受信する。さらに、加入者ユニットが捕捉プロトコルの完了に成功しても、割り当てるためのトラヒック・チャネルがないことがありうる。これは、加入者ユニットおよび通信システムによる資源の浪費である。衛星方式の通信システムでは、例えば、衛星バッテリ・エネルギなど限られた宇宙船の資源を節約する必要性のため、この問題はさらに深刻になる。
従って、捕捉チャネル上で送信するユーザ間の干渉を低減する手段および方法が必要とされる。さらに、トラヒック・チャネルがない場合に、加入者ユニットまたはあるクラスの加入者ユニットへの捕捉チャネルの割り当てを防ぐことにより通信システムへの加入者ユニットのアクセスを制御する手段および方法が必要とされる。また、加入者ユニットが過剰な送信を行わずに、サービスが利用できないことを判断し、かつサービス容量が制限されている場合に、限られたクラスまたはクラス・セットに通信システムへの捕捉を制限することを可能にする手段および方法が必要とされる。よって、複数のユーザをサポートし、かつ失敗した捕捉試みの数を最小限に抑える改善された通信システムが必要とされる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の利点は、複数のノードによって構成される通信システムへの加入者ユニットのアクセスを制御する方法を提供することであり、ここで複数のノードの各ノードは、関連する少なくとも１つのアンテナ・ビームを有し、各加入者ユニットは関連するユーザ・クラスを有する。本方法は、プラニング期間中にオーバロードを示しそうな地理的エリアを特定し、通信システムへのアクセスを禁止したい地理的エリアにおけるユーザの割合を計算し、この割合に基づいて地理的エリアにおいて禁止すべき禁止ユーザ・クラス(inhibited user classes)のセットを形成することによって構成される。本方法はさらに、禁止ユーザ・クラスのセットを含むパラメータ・セットを生成し、プラニング期間中に地理的エリアにサービスを提供する予定の、複数のノードのうち少なくとも１つのノードと、関連するアンテナ・ビームとを特定し、パラメータ・セットを少なくとも１つのノードに送信することによって構成される。本方法はさらに、放送チャネル上で関連アンテナ・ビームにおいてパラメータ・セットをノードによって放送することによって構成され、禁止ユーザ・クラスのセットの加入者ユニットは、通信システムにアクセスすることが禁止される。
【００１１】
本発明の別の利点は、関連するユーザ・クラスを有する加入者ユニットによってアクセス可能な通信システムのユーザに対してアクセスを制限する方法を提供することである。本方法は、複数のアンテナ・ビームから最も強いアンテナ・ビームを加入者ユニットによって選択する段階によって構成され、複数のアンテナ・ビームは通信システムの少なくとも１つのノードと関連し、アンテナ・ビームは関連する放送チャネル，トラヒック・チャネルおよび捕捉チャネルを有する。また、本方法は、禁止ユーザ・クラスを含むパラメータ・セットを、最強アンテナ・ビームと関連する通信チャネルにおいて加入者ユニットで受信することを含む。本方法はさらに、加入者ユニットと関連するユーザ・クラスが、パラメータ・セットで受信された禁止ユーザ・クラスの１つであるかどうかを、加入者ユニットによって判定し、加入者ユニットと関連するユーザ・クラスが禁止ユーザ・クラスの１つである場合に、サービスが現在利用できないことを加入者ユニットのユーザに通知することを含む。
【００１２】
好適な実施例では、本方法は、加入者ユニットと関連するユーザ・クラスが禁止ユーザ・クラスの１つである場合に、複数のアンテナ・ビームの第２アンテナ・ビームが利用可能かどうかを、他のアンテナ・ビームの信号強度に基づいて判定する段階と、第２アンテナ・ビームが利用可能な場合に、この第２アンテナ・ビームを加入者ユニットによって選択する段階とによって構成される。本方法はさらに、禁止ユーザ・クラスの第２リストを含む第２パラメータ・セットを、第２アンテナ・ビームと関連する放送チャネルにおいて加入者ユニットで受信し、加入者ユニットと関連するユーザ・クラスが第２パラメータ・セットで受信された禁止ユーザ・クラスの１つであるかどうかを、加入者ユニットによって判定することを含む。
【００１３】
別の好適な実施例では、本方法は、加入者ユニットと関連するユーザ・クラスがパラメータ・セットで受信された禁止ユーザ・クラスの１つでない場合に、最強アンテナ・ビームと関連する捕捉チャネル上でアクセス・プロトコルを開始する段階と、アクセス・プロトコルの完了時に、最強アンテナ・ビームと関連するトラヒック・チャネルの割り当てを、捕捉チャネル上で受信する段階とによって構成される。
【００１４】
本発明の別の利点は、通信システムにおいてノードを運用する方法を提供することであり、ノードは関連する複数のアンテナ・ビームを有し、複数のアンテナ・ビームの各アンテナ・ビームは、関連する通信サービス需要を有し、アンテナ・ビームは関連する放送チャネル，トラヒック・チャネルおよび捕捉チャネルを有する。本方法は、１つのアンテナ・ビームについて禁止ユーザ・クラスのリストを含む、複数のアンテナ・ビームのうち少なくとも１つのアンテナ・ビームと関連するパラメータ・セットを、通信システムから受信する段階と、このアンテナ・ビームと関連する利用可能なトラヒック・チャネル数が予約閾値(reserve threshold) 以下であるかどうかを判定する段階とによって構成される。本方法はさらに、少なくとも１つのアンテナ・ビームにおける利用可能トラヒック・チャネル数が予約閾値以下の場合に、パラメータ・セットを修正して、正規ユーザ・クラス(regular user classes)のリストを含める段階と、少なくとも１つのアンテナ・ビームの関連放送チャネルにおいてパラメータ・セットを放送する段階とを含む。
【００１５】
本発明の別の利点は、複数のノードを有する通信システムを提供することである。本システムは、複数のノードのうち１つのノードに結合され、アンテナ・ビームを生成するアンテナと、このアンテナに結合され、アンテナ・ビームにおいて直交チャネル・セットを送受信できる多重チャネル・トランシーバと、この多重チャネル・トランシーバに結合されたプロセッサとによって構成される。本システムはさらに、プロセッサに結合された保存媒体によって構成され、プロセッサと保存媒体との組合せは、プラニング期間中にオーバロードを示しそうな地理的エリアを特定し、通信システムにアクセスすることを禁止すべき地理的エリアにおけるユーザの割合を計算する。プロセッサと保存媒体との組合せはさらに、前記割合に基づいて、地理的エリアにおいて禁止すべき禁止ユーザ・クラスのセットを形成し、この禁止ユーザ・クラスのセットを含むパラメータ・セットを生成し、プラニング期間中に地理的エリアにサービスを提供する予定の複数のノードのうち１つのノードと関連するアンテナ・ビームとを特定する。また、プロセッサと保存媒体との組合せは、パラメータ・セットをノードに送信し、多重チャネル・トランシーバは放送チャネル上の関連アンテナ・ビームにおいてこのパラメータ・セットを放送する。その結果、禁止ユーザ・クラスのセットの加入者ユニットは、通信システムへのアクセスを行うことが防がれる。
【００１６】
【実施例】
「衛星(satellite) 」とは、本明細書では、天体（例えば、地球）を周回する人工の物体または飛行体を意味するものとする。地球(Earth) とは、通信衛星が周回できる任意の天体を含むものとする。「衛星群(constellation) 」とは、本明細書では、天体の一部またはすべての指定されたカバー（例えば、無線通信写真測量など）を行うため軌道上に配置された衛星の集合を意味するものと定義される。衛星群は一般に、複数の衛星の輪（または面）を含み、各面では等しい数の衛星を有してもよいが、これは不可欠ではない。本明細書では、「セル(cell および「アンテナ・パターン(antenna pattern) 」という用語は特定の発生モードに限定されず、地球または衛星セルラ通信システムおよび／またはその組合せによって生成されるものを含む。「衛星」という用語は、低軌道(low earth orbiting: ＬＥＯ) 衛星を含め、静止衛星および周回衛星および／またはその組合せを含む。
【００１７】
図１は、軌道１４を占める周回衛星１２を利用して天体（例えば、地球）上空でその周りに配置された衛星方式通信システム１０の極めて簡略化された図を示す。本発明は、低軌道(low-Earth) ，中軌道(medium-Earth)および同期(geosynchronous)軌道を有する衛星を含むシステムに適用できる。さらに、任意の傾斜角（例えば、極，赤道または他の軌道パターン）を有する軌道に適用できる。
【００１８】
一例としての通信システム１０は、６つの極軌道１４を利用し、各軌道１４は１１基の衛星を有し、全部で６６基の衛星１２がある。ただし、これは不可欠ではなく、より多くのまたは少ない衛星や、より多くのまたは少ない軌道を利用してもよい。本発明は、多くの衛星を用いる場合に有利に利用できるが、１つの衛星でも適用できる。わかりやすいように、図１は数基の衛星しか示していない。例えば、各軌道１４は、約７８０ｋｍの高度で地球を回っているが、より高いまたは低い軌道高度も利用できる。衛星１２の比較的低い軌道のため、任意の１つの衛星からの実質的に見通し線(line-of-sight) 電磁波（例えば、無線，光など）伝送または任意の１つの衛星による信号の受信は、任意の瞬間において地球の比較的小さいエリアをカバーする。
【００１９】
図示の例では、衛星１２は約２５，０００ｋｍ／時で地球に対して移動し、衛星１２は、約９分の最大期間で地球局に現れる。
【００２０】
衛星１２は、ある数の無線通信加入者ユニット（subscriber unit: ＳＵ）２６と、システム制御セグメント（system control segment: ＳＣＳ）２８に接続された地球端末（earth terminal: ＥＴ）２４とを含む地上局と通信する。ＥＴ２４は、公衆電話回線網（ＰＳＴＮ）または他の通信設備にアクセスするゲートウェイ（gateway: ＧＷ）２２に接続してもよい。わかりやすいように、図１ではそれぞれ１つのＧＷ２２，ＳＣＳ２８およびＳＵ２６のみが示されている。ＥＴ２４は、ＳＣＳ２８またはＧＷ２２と一緒にまたは別々に配置してもよい。ＳＣＳ２８と関連するＥＴ２４は、衛星１２の追跡(tracking)を記述するデータを受信し、制御情報のパケットを中継するが、ＧＷ２２と関連するＥＴ２４は、データ・パケット（例えば、通話中(call in progress)に関する）のみを中継する。
【００２１】
ＳＵ２６は、地球の表面上または地球の上空の大気中のどこにでも配置することができる。ＳＵ２６は、好ましくは、衛星１２にデータを送信し、衛星１２からデータを受信できる通信装置である。一例として、ＳＵ２６は衛星１２と通信するように適用されたハンドヘルド型携帯セルラ電話でもよい。一般に、ＳＵ２６は、通信システム１０について制御機能を実行する必要はない。
【００２２】
ネットワーク１０は、百万単位の任意の数の加入者ユニット２６を収容できる。本発明の好適な実施例では、加入者ユニット２６は加入者リンク１６を介して近傍の衛星１２と通信する。リンク１６は、多数のチャネルに分割された電磁スペクトルの限定された部分を含む。リンク１６は、好ましくは、Ｌバンド周波数チャネルの組合せであり、周波数分割多元接続（Frequency Division Multiple Access: ＦＤＭＡ）および／または時分割多元接続（Time Division Multiple Access: ＴＤＭＡ）通信（インフラ）またはその組合せでもよい。最小限でも、衛星１２は１つまたはそれ以上の放送チャネル１８上で連続的に送信する。加入者ユニット２６は放送チャネル１８に同期し、放送チャネル１８を監視して、自局に宛てられたデータ・メッセージを検出する。加入者ユニット２６は、１つまたはそれ以上の捕捉チャネル１９上で衛星１２にメッセージを送信できる。放送チャネル１８および捕捉チャネル１９は、１つの加入者ユニット２６に専用ではなく、衛星１２の視界内のすべての加入者ユニット２６によって共有される。
【００２３】
一方、トラヒック・チャネル１７は、衛星１２によって特定の加入者ユニットに随時割り当てられる２方向チャネルである。本発明の好適な実施例では、チャネル１７から９上でデータを通信するためにデジタル・フォーマットが利用され、トラヒック・チャネル１７はリアル・タイム通信をサポートする。少なくとも１つのトラヒック・チャネル１７は各呼について割り当てられ、各トラヒック・チャネル１７は、少なくとも、２方向音声通話をサポートする十分な帯域幅を有する。リアル・タイム通信をサポートするため、望ましくは時分割多元接続（ＴＤＭＡ）方式が用いられ、時間を、好ましくは６０〜９０ミリ秒の範囲のフレームに分割する。特定のトラヒック・チャネル１７には、特定の送信および受信タイム・スロットが割り当てられ、各フレーム内で好ましくは３〜１０ミリ秒の範囲の期間を有する。フレーム全体の信号が割り当てられたタイム・スロット中に１つの短い高速バーストで送受信されるように、アナログ音声信号はデジタル化される。好ましくは、各衛星１２が同様な数の独立した呼を同時に処理できるように、各衛星１２は最大１０００以上のトラヒック・チャネル１７をサポートする。
【００２４】
衛星１２は、クロスリンク２３を介して他の近傍の衛星１２と通信する。従って、地球の表面上または付近の任意の点に位置する加入者ユニット２６からの通信は、地球の表面上の実質的に任意の他の点の範囲内に衛星１２の衛星群を介して送られる。通信は、加入者リンク１６を利用して、衛星１２から地球の表面上または付近の加入者ユニット２６に送ることができる。あるいは、通信は、図１では２つのみを示す、多くのＥＴ２４のいずれかに対してまたはそこから、地球リンク１５を介して送ることができる。ＥＴ２４は、好ましくは、地勢学的境界に基づいて地球の表面上で分散される。好適な実施例では、各衛星１２は、任意の瞬間に、最大４つのＥＴ２４および１０００以上の加入者ユニット２６と通信できる。
【００２５】
ＳＣＳ２８は、システム通信ノード（例えば、ＧＷ２２，ＥＴ２４および衛星１２）の健全性および状態を監視し、望ましくは、通信システム１０の動作を管理する。１つまたはそれ以上のＥＴ２４は、ＳＣＳ２８と衛星１２との間で主通信インタフェースを提供する。ＥＴ２４は、アンテナおよびＲＦトランシーバを含み、好ましくは、衛星１２の衛星群に対して遠隔測定(telemetry) ，追跡(tracking)および制御機能を行う。
【００２６】
ＧＷ２２は衛星１２とともに呼処理機能を行うことができ、あるいはＧＷ２２は通信システム１０内で呼処理および呼処理容量の割り当てを専門的に行ってもよい。ＰＳＴＮなどさまざまな地上方式の通信システムは、ＧＷ２２を介して通信システム１０にアクセスできる。
【００２７】
６６基の衛星１２の衛星群の例では、少なくとも１つの衛星１２は、あらゆる時間において地表の各点の視界内にある（すなわち、地表の完全な網羅が得られる）。理論的には、任意の衛星１２は、衛星１２の衛星群を介してデータを送出することにより、任意の時間に任意のＳＵ２６またはＥＴ２４と直接または間接的にデータ通信を行うことができる。従って、通信システム１０は、衛星１２の衛星群を介してデータを中継するための通信経路を、任意の２つのＳＵ２６の間，ＳＣＳ２８とＧＷ２２との間，任意の２つのＧＷ２２の間またはＳＵ２６とＧＷ２２との間で確立することができる。
【００２８】
本発明は、地球の完全な網羅が得られない場合（すなわち、衛星群によって提供される通信カバーに「穴」がある場合）の衛星群や、地球の部分の複数の網羅が生じる場合（すなわち、２つ以上の衛星が地表上のある点の視界内となる場合）の衛星群にも適用できる。
【００２９】
前述のように、好適な実施例における通信は、デジタル・フォーマットに構成される。図２は、通信を加入者ユニットに転送するために利用できる一例としてのデータ・パケット３０のブロック図を示す。パケット３０は、パケット３０と関連するタイプ特性(type characterization) を識別するデータと、パケット３０と関連する長さと、データ・パケット・ヘッダに従来含まれる他の情報とを伝達するヘッダ３２を含む。タイプ特性は、パケット３０がシステム制御メッセージを専門に伝達するかどうか、または加入者トラヒックを伝達するかどうかを示すことができる。ルーティング・コード(routing code)３４は、どこにパケット３０を送出すべきかをネットワーク１０（図１）に対し指示するために含まれる。
【００３０】
加入者ＩＤ３６は、加入者ユニット２６を固有に識別し、かつ識別された加入者ユニットと、トラヒック・チャネル１７（図１）を加入者ユニット２６に与える任意の衛星１２（図１）とに知らされたコードを表す。加入者ユニット２６は、放送チャネル１８（図１）上で送信された加入者ＩＤ３６を監視して、パケット３０が自局に宛てられているかどうか調べる。衛星１２は、加入者ユニット・トラヒックを伝達するパケット３０の加入者ＩＤ３６を利用して、このパケット３０を、識別された加入者ユニット２６に割り当てられたトラヒック・チャネル１７に送出する。
【００３１】
ヘッダ３２，ルーティング・コード３４および加入者ＩＤ３６は、パケット３０をその宛先に届けるためのオーバヘッド・データを表す。パケットの宛先では、ペイロード・データ３８が用いられる。つまり、パケット３０を宛先に送る目的は、一般に、ヘッダ３２，ルーティング・コード３４または加入者ＩＤ３６ではなく、ペイロード・データ３８を伝達することである。ペイロード・データ３８は、システム制御データ４０またはシステム制御データ４０と加入者トラヒック４２（例えば、音声および／またはデータ）のいずれかを含む。システム制御データは、加入者ユニット２６によって解析され、処理されるコマンドまたはメッセージである。これらのコマンドは、一般に極めて短い。システム制御データが放送チャネル１８上で送出されると、加入者トラヒック４２は省略され、その結果、パケットは極めて短くなり、できるだけ多くのメッセージを放送チャネル１８上で放送できる。加入者トラヒック４２は、呼の最中に転送されるすべての加入者データを表す。パケット３０がトラヒック・チャネル１７上で送出される場合、かなりの量の加入者トラヒックが添付される。前述のように、通話音声のフレーム全体のデジタル・バージョンが加入者トラヒック４２によって伝達できる。
【００３２】
加入者トラヒック４２の大きさに比較して、システム制御データ４０の長さは重要でない。従って、システム制御データ４０は、呼の進行中に加入者トラヒック４２とともに加入者ユニット２６に伝達できる。トラヒック・チャネル１７を介して加入者トラヒック４２とともに伝達できるシステム制御メッセージの例として、呼の相手が「ハングアップ」したこと，別の呼が加入者ユニット２６を待っていること，および音声メッセージまたは他の形式の報知となる任意の数の報知データ・メッセージが加入者ユニット２６のユーザに提示されていることを加入者ユニット２６に通知するメッセージが含まれる。呼の最中にユーザに提示できる報知は、例えば、通信サービスがまもなく利用できなくなることや、サービス状態が保証することをユーザに警告することができる。また、この報知は、望ましくは、ユーザの特定のクラスが以下で説明するように禁止されることをユーザに警告できる。
【００３３】
図３は、衛星１２によって天体に投影されるセルラ・アンテナ・パターンの一般的な配置図を示す。各衛星１２は、指向性アンテナのアレイ（図示せず）を含む。各アレイは、衛星１２からさまざまな角度で、地表に多数の離散的なアンテナ・ビーム３５を投影する。図３は、衛星１２が地表に形成するセル３４のパターンの図を示す。図３において二重線によって囲まれたアンテナ圏(footprint region)３６は、１つの衛星１２のアンテナ・アレイによって生成されるアンテナ・ビーム３５によって得られる。アンテナ圏３６外のセル３４は、他の衛星１２からのアンテナ・アレイによって生成される。
【００３４】
衛星１２によって利用されるスペクトルが分割されるチャネル・セットの厳密な数は、本発明にとって重要ではない。図３は、本発明により、スペクトルの７つの離散的なチャネル・セットへの分割に基づいて、セル３４に対するチャネル・セットの一例としての割り当てを示す。図３は、参照記号「Ａ」，「Ｂ」，「Ｃ」、「Ｄ」，「Ｅ」，「Ｆ」，「Ｇ」を用いて７つの離散的なチャネル・セットに言及する。当業者であれば、例えば、１２個など異なる数のチャネル・セットを利用でき、また異なる数を用いれば、セル３４に対するチャネル・セットの割り当ては図３に示す割り当てパターンと異なることが理解される。同様に、当業者であれば、各チャネル・セットは１つのチャネルまたは任意の数の直交チャネルを含むことができることが理解される。図３に示すように、セル３４に対するチャネル・セットの割り当てにより、地理的に離間したセル３４において限られたスペクトルを再利用できる。つまり、非直交チャネル・セットが用いられるセル３４は、互いに離間し重複しないので、非直交チャネル・セットは、干渉せずに通信を同時に伝達する。さらに、各加入者ユニット２６は、任意の離散的チャネル・セットと動作でき、特定の時間に特定の加入者ユニット２６によって用いられる特定のチャネル・セットは、通信システム１０によって制御される。
【００３５】
一般に、セルラ通信システムは、各セルで利用可能な限られた電磁スペクトルを割り当てるため、さまざまな方法をを利用する。周波数分割多重化（Frequency Division Multiplexing: ＦＤＭ）または周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）システムでは、周波数の指定されたサブバンドが通信資源（すなわち、使用するために割り当てられた限られた電磁スペクトル）から割り当てられる。ＦＤＭ／ＦＤＭＡセルラ通信システムでは、各セルは、隣接または近傍のセルと干渉しないように、これらの周波数グループの１つに割り当てられる。例えば、図３のような７周波数再利用方式では、周波数割り当ては、前述の参照記号「Ａ」，「Ｂ」，「Ｃ」、「Ｄ」，「Ｅ」，「Ｆ」，「Ｇ」として記された７つの離散的なチャネル・セットに固定される。セルの７周波数再利用方式は、これらのセルを異なる周波数割り当ての少なくとも２つのセルで分離することによって、同一周波数割り当てを有するセル（すなわち、同一チャネル・セル(co-channel cell) ）間の干渉を防ぐのに役立つが、同一チャネル・セルを分離する１つのセルのみを設けることがさらに望ましい。
【００３６】
また、セルラ通信システムは、特定ユーザのメッセージ情報が送信／受信される周期的に反復するタイムフレームが存在する時分割多重化（Time Division Multiplexing: ＴＤＭ）または時分割多元接続（ＴＤＭＡ）を利用する。ユーザは、マスタ・クロックによって同期されたマスタ・コントローラによって制御される特定のタイム・スロットに割り当てられる。図３において、参照記号「Ａ」，「Ｂ」，「Ｃ」、「Ｄ」，「Ｅ」，「Ｆ」，「Ｇ」として記された各離散的チャネル・セットには１つのタイム・スロットを割り当てることができる。各セルのユーザは各自の割り当てられたタイム・スロット中にのみ情報を受信または送信するので、各セルは干渉せずに同じ周波数チャネルまたはチャネル・セットを利用できる。各タイム・スロットは、１つのメッセージ・パケットを格納（すなわち、単一メッセージ・タイム・スロット）でき、あるいは多重メッセージ・パケットを格納（すなわち、それぞれが単一メッセージを格納する多重サブタイム・スロット）できる。
【００３７】
ある用途では、ＦＤＭＡおよびＴＤＭＡの組合せを利用することが望ましい。例えば、ネットワークで同一周波数チャネルまたはチャネル・セットを利用し、異なるセルに異なるタイム・スロットを割り当てる代わりに、セル間で周波数を回転させ、セルごとに同一または異なるタイム・スロットを割り当てることが可能である。ＦＤＭＡおよびＴＤＭＡでは、ある周波数またはタイム・スロットは一般に、アクセス信号および／または制御用に確保され、従来の通話および／またはユーザ・データ転送（すなわちアクセス・プロトコル）用に一般に利用できない。本発明の好適な実施例のＦＤＭＡ／ＴＤＭＭＡ兼用システムのあるチャネルおよび／またはタイム・スロットも、望ましくは、同じ目的のために確保される。ＦＤＭＡおよびＴＤＭＡ通信方式およびその組合せは、当業者に周知である。
【００３８】
通信資源（すなわち、限られた電磁スペクトル）も、当技術分野で符号分割多重化（Code Division Multiplexing: ＣＤＭ）または符号分割多元接続（Code Division MUltiple Access: ＣＤＭＡ）というＦＤＭＡおよびＴＤＭＡのハイブリッドな組合せを利用して分割できる。ＣＤＭＡは、直交または近直交スペクトル拡散コードのセットの指定された要素が割り当てられ、各要素が全チャネル帯域幅を利用するスペクトル拡散(spread spectrum) 方式である。２つの一般的なスペクトル拡散方式として、直接シーケンス(direct-sequence) 法および周波数ホッピング(frequency hopping) 法がある。これらの通信方式は当技術分野で周知である。
【００３９】
通信リソースの割り当てのための当技術における他の方法として、スペース・ダイバーシチ（Space Diversity: ＳＤ）および偏波ダイバーシチ（Polarization Diversity: ＰＤ）がある。ＳＤシステムでは、異なる方向に向けることにより無線信号を分割するため、スポット・ビーム・アンテナを利用できる。また、これにより、同一周波数バンドを再利用できる。ＰＤ通信システムでは、直交偏波を利用して信号を分割し、それにより同一周波数バンドの再利用が可能になる。これらの通信方法も当技術分野で周知である。
【００４０】
特定の通信方法（すなわち、通信資源を割り当てる方法）は本発明にとって重要でないが、当業者であれば、上記の通信方法の任意の１つまたはその組合せを本発明で利用できることが理解される。
【００４１】
図４は、衛星１２によって提供される無線通信局のブロック図を示す。好ましくは、環境１０（図１参照）内のすべての衛星１２は、図４のブロック図に示されるような機器を含む。衛星１２は、クロスリンク・トランシーバ７２および関連するアンテナ７４を含む。トランシーバ７２およびアンテナ７４は、他の近傍の衛星１２に対するクロスリンクをサポートする。地球リンク・トランシーバ７６および関連アンテナ７８は、地球端末２４（図１）と通信するため地球リンクをサポートする。さらに、加入者ユニット・トランシーバ８０および関連アンテナ８２は、加入者ユニット２６（図１）をサポートする。好ましくは、各衛星１２は、最大７０００以上の加入者ユニット２６（図１）のためのリンクを同時にサポートできる。もちろん、当業者であれば、アンテナ７４，７８，８２は単一多指向性アンテナとして、または個別アンテナのバンクとして構成できることが理解される。加入者ユニット・アンテナは、多くのセル３４（図１）を同時にアクセスできる位相調整アレイ・アンテナ(phased array antenna)であることが望ましい。
【００４２】
コントローラ８４は、各トランシーバ７２，７６，８０と、メモリ８６およびタイマ８８とに結合する。コントローラ８４は、１つまたはそれ以上のプロセッサを利用して構成できる。コントローラ８４は、現在日付および時間などを維持するためタイマ８８を用いる。メモリ８６は、コントローラ８４に対する命令として機能するデータを格納し、この命令は、コントローラ８４によって実行されると、以下で説明する手順を衛星１２に実行させる。さらに、メモリ８６は、衛星１２の動作によって処理される変数，テーブルおよびデータベースを含む。
【００４３】
加入者ユニット・トランシーバ８０は、望ましくは、コントローラ８４によって指示されるように、特定の選択可能なタイム・スロット中に、すべての異なる選択可能な周波数において送受信できる多重チャネルＦＤＭＡ／ＴＤＭＡトランシーバである。加入者ユニット・トランシーバ８０は、信号アクセスおよび制御のため、ならびにユーザ音声および／データのために十分な数の送信および受信周波数を提供するため十分な数のチャネルを有する多重チャネル無線装置を内蔵する。コントローラ８４は、周波数およびタイム・スロット割り当て，セル間ハンドオフおよび他のオーバヘッド，管理ならびに御機能を提供する。加入者ユニット・トランシーバ８０は、望ましくは、任意の周波数チャネル・セット上で送信および受信を行い、各加入者ユニット・トランシーバ８０は、すべての周波数およびタイム・スロット割り当てを処理する機能を有することにより、必要に応じて、すべての周波数チャネル・セットの全スペクトル容量を利用できる。
【００４４】
図５は、本発明による制御局６５の一部と、地球局６８の一部の簡略構成図である。制御局６５および地球局６８は、ＳＣＳ（図１）およびＥＴ（図１）のぞれぞれ望ましい一部である。制御局６５は、リンク６１によって関連した保存媒体６２（例えば、ランダム・アクセス・メモリすなわちＲＡＭ，他の半導体または磁気リード・ライト・メモリ・デバイス，光ディスク，磁気テープ，フロッピ・ディスク，ハード・ディスクなど）に結合されたプロセッサ６０によって構成される。地球局６８は、リンク６９を介して送信機６５および受信機６７に結合されたアンテナ７０を含む。送信機６５および受信機６７は、リンク６４および６６をそれぞれ介してプロセッサ６０に結合される。プロセッサ６０は、望ましくは、以下で例示し関連テキストで説明する手順を実行する。例えば、他のタスクを適宜実行するだけでなく、プロセッサ６０は、望ましくは、そのような手順の結果を保存媒体６２に格納する。送信機６５および／または受信機６７は、メッセージを衛星１２に送信し、および／または衛星１２からメッセージを受信する。
【００４５】
従来のセルラ無線ユニットおよびシステムについては、例えば、米国特許第４，７８３，７７９号，第４，１４４，４１２号および第５，０９７，４９９号において説明され、また衛星通信システムについては、例えば、米国特許第４，７２２，０８３号および第４，８１９，２２７号において説明されている。これらの特許は、参考として本明細書に含まれる。加入者ユニット・アンテナ８２（図４），加入者ユニット・トランシーバ８０（図４），制御局８（図１）および地球端末２４（図１）は、これらの機能を実行し、地球または衛星セルラ交換通信システムに従来関連する少なくともこれらの機器と、以下で詳細に説明する追加機能および機器を内蔵する。
【００４６】
プロセッサ６０は、一般に、ユーザ・アクセス，メッセージ送受信，チャネル設定，無線同調，周波数およびタイム・スロット割り当て，ならびにコントローラ８４（図４）によって管理されないまたは提供されない他のセルラ無線通信および制御機能を制御・管理する。とりわけ、プロセッサおよび／またはコントローラ８４（図４）は、望ましくは、通信システム１０へのユーザ・アクセスを可能にするための手順を実行する。これには、チャネル設定のためのプロトコルや、以下で説明する他の機能のための手順が含まれる。
【００４７】
図６は、通信システム１０と通信する一般的な加入者ユニット（ＳＵ）２６（図１の加入者ユニット２６と同様）のブロック図である。ＳＵ２６は、通信システム１０を介して他のＳＵ２６または別の通信装置とも通信できる。加入者ユニット２６は、アンテナ４１を用いて通信システム１０に信号を送信し通信システムから信号を受信するトランシーバ４２を含む。トランシーバ４２は、望ましくは、通信システム１０によって必要とされるように、指定されたタイム・スロットにおいてすべての周波数チャネル上で送受信できる多重チャネル・トランシーバである。
【００４８】
トランシーバ４２は、望ましくは、捕捉チャネル・トランシーバ部，放送チャネル受信部およびトラヒック・チャネル・トランシーバ部によって構成される。捕捉チャネル・トランシーバ部は、衛星１２によって決定されるように、いくつかの捕捉チャネルの１つで通信し、前述のように加入者が通信システム１０へのアクセスを望む場合に、アクセス・プロトコル中に主に用いられる。トラヒック・チャネル・トランシーバ部は、衛星１２によって割り当てられたトラヒック・チャネル上で通信システム１０と通信する。当業者であれば、捕捉チャネル・トランシーバ部，放送チャネル受信部およびトラヒック・チャネル・トランシーバ部は、両方の機能が可能な１つのユニット内に内蔵できることが理解される。トランシーバ４２はプロセッサ４４に結合し、このプロセッサ４４は、トランシーバ４２が動作する周波数およびタイミング・パラメータを制御する。さらに、プロセッサ４４は、好ましくは、トランシーバ４２が信号を送信する電力レベルを制御する。また、プロセッサ４４は、望ましくは、入力／出力（Ｉ／Ｏ）部４６，タイマ４８およびメモリ４３に結合する。プロセッサ４４は、現在日付および時間を維持するためタイマ４８を用いる。メモリ４３は、プロセッサ４４に対して命令として機能し、プロセッサ４４によって実行されると、加入者ユニット２６に以下で説明する手順を実行させるデータを格納するための半導体，磁気および他の保存装置を含む。さらに、メモリ４３は、加入者ユニット２６の動作によって処理される変数，テーブルおよびデータベースを含む。
【００４９】
加入者ユニット２６は入力／出力（Ｉ／Ｏ）部４６は、加入者ユニット２６のユーザから入力を収集し、ユーザが知覚する出力を与えるために用いられる。Ｉ／Ｏ部４６は、望ましくは、例えば、呼が宛てられた相手を識別する番号を収集するためのキーパッド４５，加入者ユニット２６の付勢および除勢を制御する電源スイッチ４７，被呼側の番号が入力されたことを示す送信キー(send key)４９，およびフック・スイッチ５１を含む。ディスプレイ５２は、望ましくは、ユーザに視覚情報を提示するために利用でき、アラームまたはビーパ(beeper)５３は、望ましくは、可聴報知をユーザに与えるために利用できる。ハンドセットまたはマルチトーン５０は、望ましくは、可聴信号を電気信号に変換し、電気信号を可聴信号に変換する。
【００５０】
通信システム１０をアクセスする場合、加入者ユニット２６にはトラヒック・チャネル１７を割り当てなければならない。トラヒック・チャネル１７は、前述のように、周波数チャネルおよび／またはタイム・スロットの任意の組合せでもよい。これを実現するためには、加入者ユニット２６は、衛星１２によって与えられる捕捉チャネル１９を選択する。衛星１２は、望ましくは、いくつかの捕捉チャネルを提供し、好適な実施例では、少なくとも６本以上の捕捉チャネル１９を提供する。加入者ユニット２６による特定の捕捉チャネル１９の選択はランダムでも、あるいはある所定の方法で選択してもよい。捕捉チャネル１９が選択されると、加入者ユニット２６はこの捕捉チャネル上で衛星１２とのプロトコルを開始する。望ましくは、加入者ユニット２６はＡＬＯＨＡプロトコルを開始でき、好ましくは、当技術分野で周知のスロット式ＡＬＯＨＡプロトコルを開始できる。このプロトコルの一部として、加入者ユニット２６は、前述のようにトラヒック・チャネル１７の割り当てを受信する。
【００５１】
重負荷の場合には、加入者ユニット２６は、捕捉チャネル１９上で送信する際に互いに干渉することがあり、その結果、比較的少ない加入者ユニット２６しか実際にプロトコルを完了して、送信チャネル１７の割り当てを受信できない。この現象は、「スラッシング(thrashing) 」として知られている。
【００５２】
アクセス・プロトコル中に競合する加入者ユニット２６間の「スラッシング」を低減または防ぐため、加入者ユニット２６にクラス識別子(class identifier)が割り当てられる。表Ｉは、さまざまなユーザ・クラスに割り当てることができるいくつかのクラス識別子の例を示す。クラス識別子は、システム・メンテナンス・ユーザ，緊急サービスまたは企業重役の場合のような特殊または特権ユーザを示すことができる。また、クラス識別子は、正規(regular) 加入者クラスの場合のように、ランダムに割り当てることもできる。クラスの厳密な数は、衛星ビーム３５（図３）内の単一クラスのメンバの数が過負荷状態が発生する可能性を低減する限り、本発明にとって重要ではない。
0003880080.tif 000002
クラス識別子を加入者ユニットに割り当てるためには、クラス識別子は各加入者ユニットに組み込まれる。望ましくは、クラス識別子は、加入者ユニット２６のメモリ４３（図６）に格納され、加入者ユニットの初期起動時に実行される。クラス識別子は、個別ユーザによって変更されず、加入者ユニット２６が特定のユーザまたはユーザ・グループに割り当てられる際に固定されたままであることが望ましい。
【００５３】
図１を参照して、前述のように、ＳＣＳ２８は衛星１２によって提供される通信機器（例えば、図４）の動作を制御するため、パラメータを衛星１２に与える。これらのパラメータは、望ましくは、禁止ユーザ・クラスのセット（すなわち、例えば、表Ｉのユーザ・クラス７，９，１１）を含む。衛星の捕捉をある限定されたクラスまたはユーザのセットに制限することが望ましい期間中に、衛星１２は禁止クラス識別子のセットを放送チャネル１８上で放送する。禁止ユーザ・クラスの１つを有する加入者ユニット２６は、捕捉チャネル１９上でアクセス・プロトコルを開始することが禁止され、それにより衛星１２をアクセスすることが防がれる。加入者ユニットが捕捉チャネル１９を停止(tie up)させずに、トラヒック・チャネル１７がないこと知ることができることが利点である。従って、加入者ユニット２６にはトラヒック・チャネル１７が割り当てられず、システム１０と通信できない。
【００５４】
禁止ユーザ・クラスのセットは、望ましくは、時間的に変更して、すべてのユーザに衛星１２へのアクセスを許すことができる。さらに、自然災害などの非常事態では、すべてのユーザ・クラスは、緊急サービス（例えば、２）およびシステム・テストおよびメンテナンス（例えば、２）用クラス識別子が組み込まれたユーザを除いて、アクセスが禁止される。
【００５５】
アンテナ圏３６（図３）または単一セル３４（図３）における多くの加入者ユニットが衛星１２へのアクセスを希望する他の状況では、クラス識別子は優先ランキングとして機能し、ここで低い数値のクラス識別子の加入者ユニットは、高い数値のクラス識別子の加入者ユーザよりも、アクセス・プロトコルにおいて優先権を受ける。例えば、クラス識別子「２」を割り当てられた加入者ユニット２６は、クラス識別子「４」の加入者ユニットよりも優先権を受け、同様に、クラス識別子「１４」が割り当てられた加入者ユニットは、クラス識別子「１５」の加入者ユニットよりも優先権を受けることができる。また、割り当ての優先権は、正規加入者のクラスの間で回転でき、例えば、より高い数値のユーザ・クラスは、より高い数値のユーザ・クラスよりも低い優先権が必ずしも与えられるとは限らない。例えば、クラス識別子「１５」のユーザは、クラス識別子「１３」のユーザよりも優先権を有する場合がある。
【００５６】
衛星が互いに対して移動する衛星方式通信システム１０（図１）では、各衛星１２によって生成されるアンテナ・ビーム３５の相対的な位置は変化する。例えば、衛星が極軌道１４上にある場合、衛星１２が地球の赤道から極に向かって移動すると、隣接衛星のエッジ部のビームは重複し始め、最終的には重複ビームはオフされる。加入者ユニット２６は、オフされようとする衛星ビームの捕捉を試みることが防がれることが望ましい。衛星１２がビームをオフするこの状況では、衛星１２は増加する数の禁止ユーザ・クラスを含むパラメータを放送する。例えば、衛星ビームがオフされる予定の１５秒内で、すべてのクラスを禁止できる。
【００５７】
図４を参照して、好適な実施例では、コントローラ８４は、望ましくは、ＳＵ２６によるサービスに対する現在の要求および待ち要求(queued requests) の数を測定することにより、各セル３４（図３）の需要を測定し、また現在サービスが提供されているＳＵ２６の数を測定することにより、負荷を測定する。コントローラ８４は、望ましくは、プラニング期間(planning interval) という所定の間隔で、各セル３４の需要傾向を計算する。好適な実施例では、コントローラ８４は、全プラニング期間で測定された需要および負荷情報を利用する。プラニング期間の長さは、特に、衛星負荷および軌道に依存する。好適な実施例では、この期間の長さは、１５秒から１分の範囲である。コントローラ８４は、現在の負荷および需要情報を、メモリ８６におけるセル容量情報と比較して、容量がどれだけ未使用で残っているかを調べる。
【００５８】
別の好適な実施例では、プロセッサ６０（図５）は、望ましくは、現在のセル負荷，需要および需要傾向を、経時的(historical)セル需要と比較する。また、プロセッサ６０は、望ましくは、セル容量が近い将来の需要に十分かどうかを、各セルについて予測する。この予測は、好ましくは、需要傾向，経時データおよび／またはその組合せに基づく。経時データは、ＳＣＳ６５の保存媒体６２に格納される。
【００５９】
サービス需要が所定のレベルに近づくと、あるいは所定のレベル（例えば、セル容量の９０％）に近づくと予想されると、プロセッサ６０は衛星１２に禁止クラスのユーザを放送するように指示する。ＳＣＳ２８は、望ましくは、どのクラスのユーザを禁止するかを決定する。
【００６０】
ＳＣＳ６５の保存媒体６２に格納された経時情報は、一般に、システム・アクセスに対するユーザ要求の実経験と、システム負荷が日，週，月，暦日，休日または他の特殊行事日などによってどのように変化するかに基づいている。経時情報は、プロセッサ６０またはコントローラ８４によって生成でき、また衛星１２のメモリ８６にも格納できる。保存媒体６２内の経時データは、システム・オペレータによっても供給できる。経時情報は、望ましくは、特定の地理的位置を基準にし、好ましくは、サービス需要が変化する特定の日，週，月などの特定の時を基準にされる。例えば、衛星１２がラッシュ・アワー時に高需要エリア上を通過する場合、サービス需要は、深夜の過疎エリアに比べてかなり高い。保存媒体６２内のテーブルは、望ましくは、このような予測に基づくサービス需要を格納する。
【００６１】
システム・オペレータが望む場合、コントローラ８４および／またはプロセッサ６０は、新たな経験が蓄積されるにつれて、保存媒体６２内の経時データを更新できる。ほとんどの過負荷および高需要状態は反復的、すなわち、週および／または月の同じ日の同じ時間で生じる可能性が高いので、サービス需要を予測するため経時データを用いることは、いつユーザ・クラスを禁止するか、およびどれだけ多くが禁止を必要とするかを管理する上で大いに役立つ。
【００６２】
コントローラ８４およびメモリ８６は衛星１２内に内蔵されて示されているが、これは不可欠ではない。コントローラの機能は、ＳＣＳ２８によって地上で行うこともできる。さらに、プロセッサ６０および保存媒体６２はＳＣＳ２８内に内蔵されることが好ましいが、これは不可欠ではない。中央プロセッサ機能およびメモリ機能は、システム内のどこかに分散させても、集中させてもよい。例えば、マスタ制御局を利用でき、前述の監視および管理機能の一部またはすべてをそこに集中させてもよい。あるいは、これらの監視および／または管理機能は、階層ネットワーク内のシステムの各レベルに分散させることができ、各レベルが下層レベル（すなわち、下位(subordinates)）に対する容量割り当ての監視・管理を担当し、対等レベル(peers) との協調データ(coordination data) およびユーザ・アクセス予測データを上層レベル（すなわち上位(supervisor)）から仰ぐ。
【００６３】
時計およびカレンダに入力された経時需要情報がある場合、衛星１２および／またはＳＣＳ２８は、実需要および需要傾向が監視されないときに、需要の時間単位，日単位，週単位および／または月単位の変動に合わせて、禁止ユーザのクラスを変更できる。経時データを需要傾向のみに合わせる手順は、セル負荷を絶えず監視しなくても、改善されたサービスを提供するのに十分である。しかし、実時間セル負荷監視は、経時傾向に基づく予測の精度に対する点検として機能し、かつ経時的傾向を絶えず更新できるので、好ましい。
【００６４】
さらに、格納媒体６２は、禁止ユーザ・クラスの所定のリストを、高人口密度エリアなど、ユーザ・サービス需要が通常高い特定のセルに対して提供するため、テーブルまたは割り当てを格納できる。例えば、沿岸地域に沿って高人口密度エリアがあり、中央砂漠や奥地に比較的近い低人口密度エリアがあるオーストラリアでは、禁止ユーザ・クラスはあらかじめ決定できる。別の例として、米国の東海岸沿いの高人口密度地域がある。衛星通信システム１０は、まず陸上エリアに投影されたセル／アンテナ圏から禁止ユーザ・クラスを決定できる。
【００６５】
図７は、システム１０に対するアクセスが希望される度に加入者ユニット２６７によって実行される捕捉手順１００を示す。ユーザが通信開始を希望するとき、ユーザはサービス要求を開始できる１０２。これは、加入者ユニットをスイッチ・オンするか、あるいは所望の電話番号をダイアルすることによって行うことができる。タスク１０４は、加入者ユニット２６に、最も強いＲＦ信号の衛星１２のアンテナ・ビーム３５（図３）を選択するように命令する。要求されるサービスの種類に応じて、加入者ユニット２６は、タスク１０６に基づいてそのクラス識別子を一時的に変更できる。例えば、クラス識別子「１５」（表Ｉ参照）の加入者が例えば９１１をダイアルすることによって緊急サービス１０７を要求すると、加入者ユニットのクラス識別子は「１５」から「３」に一時的に変更できる。この一時的なユーザ・クラスの変更は、より高いユーザ・クラス識別子を有する他のすべての加入者ユニットよりも優先権をこの加入者ユニットに与える。アンテナ・ビーム３５が選択されると、タスク１０８は放送チャネル１８を監視して、特に、選択されたアンテナ・ビーム３５において現在禁止されているユーザ・クラスのリストを衛星１２から受信する。また、加入者ユニット２６は、どのチャネルが捕捉チャネルとして割り当てられているかを記述する情報を衛星１２から受信する。タスク１１０において決定された禁止クラス識別子がない場合、タスク１１２は現在のアンテナ・ビームを選択する。禁止クラスがある場合、タスク１１４は禁止クラスのリストを、加入者ユニットに割り当てられたユーザ・クラスと比較して、加入者が禁止クラスの１つを含んでいるかどうかを調べる。加入者ユニットが禁止クラスの１つでない場合、タスク１１２は現在のアンテナ・ビームを選択する。
【００６６】
加入者ユニットのクラスが禁止クラスのセットの１つである場合、タスク１１６は衛星１２から他のアンテナ・ビームが利用可能かどうか調べる。タスク１１６は、他のアンテナ・ビームの信号強度の程度に基づいてこの判断を行う。他のアンテナ・ビームが利用できない場合、タスク１２０は後で通信を開始するようにユーザにメッセージを表示する。このようなメッセージの例として、「システム・ビジー(system busy) 」メッセージおよび「後でおかけください(try again later) 」メッセージが含まれる。他のアンテナ・ビームが利用可能であり、かつ加入者ユニット２６によって受信できる場合、タスク１１８は衛星１２から別の利用可能なアンテナ・ビームを選択する。タスク１０８ないしタスク１２０は、各利用可能なアンテナ・ビームについて繰り返される。
【００６７】
タスク１１２によってアンテナ・ビームが最終的に選択されると、タスク１２２は捕捉チャネル１９を選択し、選択された捕捉チャネル上でアクセス・プロトコルを開始する。衛星１２は、望ましくは、特定のアンテナ・ビームに関連する放送チャネル上で放送された情報の一部として、特定のアンテナ・ビームについてどの周波数および／または周波数チャネルがあるかに関する情報を提供する。好適な実施例では、加入者ユニットは、選択された捕捉チャネル上でスロット式ＡＬＯＨＡプロトコルを開始する。アクセス・プロトコルに成功すると、タスク１２６において衛星１２は加入者ユニット２６に（トラヒック・チャネルがあれば）トラヒック・チャネル１７を割り当て、このトラヒック・チャネル上で加入者ユニット２６はシステム１０と通信を行う。
【００６８】
手順１００の好適な実施例では、加入者ユニット２６は、アンテナ・ビーム３５の放送チャネルを連続的に監視することによって、タスク１０６〜１２０を連続的に実行し、加入者ユニット２６がシステム１０にアクセスすることを禁止されているか禁止されていないかをユーザに通知する。
【００６９】
図８は、本発明の好適な実施例において用いるのに適した制御局６５（図５）によって実行される手順２００を示す。望ましくは、手順２００は定期的に制御局６５によって実行され、好ましくは、プラニング期間ごとに繰り返される。プラニング期間は、短くて数秒から、長くて数時間までの範囲であり、望ましくは、１５秒から５分の間で、好ましくは、約３０秒である。タスク２０２は、経時負荷情報(historical loading information)２０４を利用して、過負荷を示しそうな地理的エリアを決定する。好ましくは、タスク２０２は、現在のプラニング期間についてこの決定を行う。経時負荷情報は、保存媒体６２（図５）に格納してもよい。タスク２０６は、システム・オペレータ２０８からの入力に基づいて、過負荷を示す予定の地理的エリアを追加する。このような入力には、自然災害，大規模な行事（例えば、オリンピック）など異例の事象についての人知が含まれる。次に、タスク２１０は、システム１０に捕捉する試みを禁止すべき、過負荷を示す予定の地理的エリアにおける加入者ユニットの割合を決定する。この決定は、望ましくは、特定の地理的位置についての加入者データベース情報を利用する。
【００７０】
タスク２１６は、現在のプラニング期間中に禁止すべきクラス識別子（表Ｉ参照）の特定のセットを決定する。禁止すべきクラス識別子の選択は、望ましくは、いくつかのプラニング期間においてすべての加入者クラス間で公平に共有される。例えば、正規加入者の１つのユーザ・クラスのみを禁止する必要がある場合、クラス識別子「１３」を割り当てられた加入者は、１プラニング期間で禁止され、次のプラニング期間では、クラス識別子「１４」が割り当てられた加入者が禁止され、再びクラス「１３」を禁止するまですべての正規加入者ユニット・クラスが禁止される。
【００７１】
タスク２１８は、プラニング期間中に過負荷エリアにサービスを提供する予定の特定の衛星１２（図２）および関連アンテナ・ビーム３５（図３）を決定する。タスク２２０は、関連アンテナ・ビームについてパラメータ・リストに加えられる禁止クラスのリストを生成する。タスク２２２は、禁止ユーザ・クラスのリストを、プラニング期間中に関連アンテナ・ビームにおいて放送するため特定の衛星１２に送信する。タスク２２４は、望ましくは、次のプラニング期間が手順２００を反復するまで待つ。
【００７２】
図９は、本発明の好適な実施例における通信ノード（例えば、図１の衛星１２）によって実行される手順３００を示す。望ましくは、手順３００は、前述のように各プラニング期間ごとに一回実行される。タスク３０１において、通信ノードは通信システムからパラメータ・セットを受信する。このパラメータ・セットは、望ましくは、禁止ユーザ・クラスのリストを含む。好適な実施例では、パラメータ・セットは、少なくとも部分的に手順２００（図８）によって生成される。タスク３０２は、衛星１２がメンテナンス・モード（例えば、加入者ユニットからの呼を受け付けない）かどうかを調べ、もしメンテナンス・モードならば、タスク３０４は、システム・テストおよびメンテナンス（表Ｉ参照）のユーザ・クラスが割り当てられたものを除くすべてのユーザ・クラスを含むようにパラメータ・セットを修正する。メンテナンス・モードは、ＳＣＳ２８によって特定のパラメータ・セットを衛星１２に送信することによって開始できる。メンテナンス・モードでは、すべてのユーザは、望ましくは、衛星１２にアクセスすることが禁止される。衛星１２がメンテナンス・モードでない場合、タスク３０６は、アンテナ・ビーム３５（図３）がターンオフする予定かどうかを調べる。ターンオフする予定である場合、タスク３０８はすべてのユーザ・クラスを含むようにパラメータ・セットを修正する。好ましくは、タスク３０６は、アンテナ・ビームが１５秒内にターンオフする予定かどうかを調べる。アンテナ・ビームがターンオフする予定でない場合、タスク３１０は利用可能なトラヒック・チャネル数が所定の閾値（例えば、１０％）以下かどうかを調べる。閾値以下の場合、タスク３１２はすべての加入者クラスを含むようにパラメータ・セットを修正する。タスク３１４は、アンテナ・ビームに関連する放送チャネルの少なくとも１つでパラメータ・セットを放送する。パラメータ・セットは、タスク３０４，３０８または３１２で修正されない限り、タスク３０１で受信された元のパラメータ・セットである。パラメータ・セットに記載されたユーザ・クラスは、捕捉チャネル上で捕捉プロトコルを開始することが禁止される。好適な実施例では、手順３００は、衛星１２の各ビーム３５で繰り返される。
【００７３】
特定の例について、特定の好適な実施例とともに本発明を説明してきたが、本明細書の説明に基づいて多くの変更や変形が当業者に明白であり、このような変形や変更は特許請求の範囲に含まれることが明らかである。
【００７４】
本明細書で説明したように、本発明の利点は当業者に明らかであり、通信システムのさまざまな部分を運用する改善された方法を提供する。これらの利点には、ユーザ・アクセスを防ぎ、かつ捕捉プロトコル中に衝突を低減するため、衛星負荷の局所的な知識の他に、利用される特定の衛星について予測される負荷の全体的な知識が含まれる。別の利点として、衛星によって得られる局所負荷情報を利用して、全体情報を更新できるという事実がある。本発明の別の利点は、サービスが利用できないことを判断するために、加入者ユニットによって送信する必要がないことである。これは、携帯ハンドヘルド型装置でもよい加入者ユニットの電力消費を節減し、限られた容量しかない捕捉チャネル上の過剰トラヒックを低減する。本発明は、負荷管理およびユーザ優先権の両方についての方法および装置を提供する。本発明の別の利点は、加入者ユニットは、例えば非常事態などにおいて、要求されるサービスの種類に基づいてその優先権を一時的に調整できることである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  衛星方式通信システムの極めて簡略化された図である。
【図２】本発明の好適な実施例において通信を転送するために用いられるデータ・パケットの例である。
【図３】図１の通信システム用の衛星によって地球の表面に形成されるセルラ・パターンの一部の簡略配置図である。
【図４】本発明の好適な実施例において用いるのに適した衛星無線通信局の簡略ブロック図である。
【図５】本発明の好適な実施例において用いるのに適したシステム制御局および地球端末の簡略ブロック図である。
【図６】本発明の好適な実施例において用いるのに適した加入者ユニットの簡略ブロック図である。
【図７】本発明の好適な実施例において用いるのに適した加入者ユニットによって実行される手順のフローチャートである。
【図８】本発明の好適な実施例において用いるのに適した制御局によって実行される手順のフローチャートである。
【図９】本発明の好適な実施例において用いるのに適した通信ノードによって実行される手順のフローチャートである。
【符号の説明】
１０  衛星方式通信システム
１２  周回衛星
１４  軌道
１５  地球リンク
１６  加入者リンク
１７  トラヒック・チャネル
１８  放送チャネル
１９  捕捉チャネル
２２  ゲートウェイ（ＧＷ）
２３  クロスリンク
２４  地球端末（ＥＴ）
２６  無線通信加入者ユニット（ＳＵ）
２８  システム制御セグメント（ＳＣＳ）
３０  データ・パケット
３２  ヘッダ
３４  ルーティング・コード
３６  加入者ＩＤ
３８  ペイロード
４０  システム制御データ
４２  加入者トラヒック
３４  セル
３５  アンテナ・ビーム
３６  アンテナ圏
７２  クロスリンク・トランシーバ
７４，７８，８２  アンテナ
７６  地球リンク・トランシーバ
８０  加入者ユニット・トランシーバ
８４  コントローラ
８６  メモリ
８８  タイマ
６０  プロセッサ
６１  リンク
６２  保存媒体
６４  リンク
６５  制御局
６５  送信機
６６  リンク
６７  受信機
６８  地球局
６９  リンク
７０  アンテナ
４１  アンテナ
４２  トランシーバ
４３  メモリ
４４  プロセッサ
４５  キーパッド
４６  入力／出力（Ｉ／Ｏ）
４７  電源スイッチ
４８  タイマ
４９  送信キー
５０  ハンドセット（マルチトーン）
５１  フック・スイッチ
５２  ディスプレイ
５３  アラーム（ビーパ）
【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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