(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
選択呼出受信機のための方法であって、該選択呼出受信機は、軌道を周回する衛星がＲＦエネルギのビーム（１０４，１０６，１０８，１１０，１１２）を地表の一部に照射する通信システム内でその現在位置を決定するために以前の推定位置を識別する値を格納し、各ビーム（１０４，１０６，１０８，１１０，１１２）は該ビーム（１０４，１０６，１０８，１１０，１１２）によって照射されるべき基準配信領域を識別する情報によって符号化された信号を含み、前記方法は：
ａ）基準配信領域（１１６，１１８，１２０，１２２，１２４）を識別する情報を含む、複数のビーム（１０４，１０６，１０８，１１０，１１２）から受信された信号をデコードする段階；
ｂ）前記段階ａ）においてデコードされた複数の信号の各々の信号強度を測定する段階；および
ｃ）前記段階ａ）において識別された基準配信領域および前記段階ｂ）において測定された信号強度を使用して前記選択呼出受信機（５３）の推定位置を計算する計算段階であって、該計算段階は前記以前の推定位置と前記基準配信領域（１１６，１１８，１２０，１２２，１２４）の位置との間のオフセットを計算する段階、および前記オフセットを前記以前の推定位置を識別する値に加えて現在の推定位置を計算する段階；
を具備し、各ビーム（１０４，１０６，１０８，１１０，１１２）によって送信される信号は選択呼出受信機のためのスケジュール情報を含み、かつ前記選択呼出受信機（５３）は：
ｄ）前記段階ｃ）において計算された前記推定位置からどのビーム（１０４，１０６，１０８，１１０，１１２）が遠隔ビームであるかを以下の段階、すなわち：
ｄ１）前記選択呼出受信機（５３）の現在の推定位置と前記基準配信領域（１１６，１１８，１２０，１２２，１２４）との間の距離を前記現在の推定位置を使用して決定する段階；および
ｄ２）ビームの基準配信領域（１１６，１１８，１２０，１２２，１２４）が前記選択呼出受信機（５３）の現在の推定位置から少なくとも予め定められた距離以上隔たっているビームを遠隔ビームとして識別する段階；
によって決定する段階；および
ｅ）前記遠隔ビームによって送信されたスケジュール情報を無視する段階；
を行なうことによって消費電力を節約することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記段階ｄ）は前記選択呼出受信機（５３）の推定位置と各基準配信領域（１１６，１１８，１２０，１２２，１２４）との間の大円距離を決定する段階を含み、ビームの基準配信領域と前記選択呼出受信機の推定位置との間の大円距離が予め定められた距離を超える場合、そのビームは遠隔ビームであると判断されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記オフセットが前記段階ｂ）において測定された前記信号強度により重み付けされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
基準配信領域（１１６，１１８，１２０，１２２，１２４）が前記選択呼出受信機（５３）の前記推定位置から予め定められた距離以内に位置するビームのスケジュール情報を使用することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
産業上の利用可能性
本発明は一般に周回衛星から伝送される信号を受信することが可能な選択呼出受信機(以下、「SCR」(Selective Call Receiver)という。)に関する。
背景技術
衛星通信システムは低地軌道(low earth orbit)における複数の衛星を利用し、地表面上またはその近傍に位置するSCRにメッセージその他の信号を伝送する。各衛星は、複数のRF(無線周波数)エネルギ・ビームを伝送することが可能であり、各ビームは異なる地理的領域に向けられる。各ビームはスケジュール情報を搬送し、このスケジュール情報は、受信中の各SCRに、それらに対するメッセージを含み得るフレームをいつどこでデコードすべきかを知らせる。
SCRは一般にいくつかのビームから複数の信号を受信およびデコードするが、それらの内いくつかはSCRのサービス・エリア外の地理的領域に関するものであり、その特定のSCRに対する何らのメッセージも含んでいないのである。しかしながら、たとえ受信したビームの1以上のものがそのSCRに対するスケジュール情報を含んでいない場合であっても、SCRは受信したビームに含まれている総てのスケジュール情報をデコードしようとする。他のSCRに対するスケジュール情報をもデコードしてしまうことによって、SCRは他のものに対するメッセージを探すことになり、そのSCRのバッテリ寿命を浪費してしまうことになる。よって、SCRの位置から比較的離れた地理的領域に向けられたビームにより伝送されるスケジュール情報をそのSCRが無視し(disregard)、バッテリ寿命を改善することが望まれる。
【図面の簡単な説明】
図1は周回軌道から伝送される地表に及ぶ複数ビームのパターンを示す。
図2は本実施例における衛星通信システムで使用される信号プロトコルを示す。
図3は本発明により動作する選択呼出受信機(SCR)のブロック図を示す。
図4は図3中のプロセッサがどのようにプログラムされSCRを動作させるかを示すフローチャートを示す。
図5は本発明の好適実施例に従ってSCRが行う所定の距離計算を説明するためのビーム・パターン例を示す。
発明を実施するための最良の形態
衛星通信システム自体は例えば、”Satellite Based Cellular Messaging System and Method of Operation Thereof”と題する米国特許第5,613,194号に述べられており、本願でも利用可能である。以下に説明する選択呼出受信機(SCR)は、この種の衛星通信システムで動作し、後述する信号プロトコルを利用するものであるが、他の信号プロトコルを採用することも可能である。
この種の衛星通信システムでは、地表面が論理配信領域(Logical Delivery Area)と呼ばれる領域に分割され、以下これを「LDA」という。26,631個の連続番号の付されたLDAが存在し、その各々は約150km(kilometers)の直径を有する。所与の時点においてSCRはこのようなLDAの内の1つに属し、あるLDAから他のものへローミング(roaming)することが可能である。本発明においてSCRは、それが属するLDAすなわち現在地を調べることが可能である。
衛星通信システムでは、緯度の概念に類似する「行」(Row)と呼ばれる155個の仮想的な線によって地表面が包囲されている。各LDAの位置は、それが占有する行およびその行内のポジション(Position)によって特定される。例えば、LDA番号13,449は、行78ポジション266に位置する。
図1は地表に及ぶビーム10-22を示す。各ビーム形状は楕円で描かれているが、固定されたビーム境界が存在するものではない。これらの楕円ビーム・パターンは、各ビームが方向付けられそれらのエネルギの多くが存する各領域を区別する。しかしながら、これらのエネルギは、ビーム20および22で示すように楕円境界を越えて広がっている。たとえばビーム22では、信号強度の等高線24,26,28で示すように比較的広範囲にわたってそのエネルギが広がっている。同様にビーム20では信号強度の等高線30,32,34,36で示すように広範囲にわたってエネルギが広がっている。
各ビームは約96個のLDAを取り囲むサービス・エリアをカバーし、1つのサービス・エリアは約14,400平方キロメートルに等しい面積を有する。1つのLDA 38がビーム10の範囲内に示されている。LDA 38内に位置する1つのSCRは、ビーム10,12,14,16,18からの信号を受信するであろう。これらのビームは、各ビームが向けられたサービス領域に位置するSCRに対する情報を搬送する。ビーム20,22はLDA 38から遠方に位置しており、これらのビームはビーム20,22および他のビーム(図示せず)が向けられているサービス・エリア内に位置するSCRに対する情報を搬送する。
ビーム20,22からのエネルギの内のいくらかはLDA 38に届き、そのエネルギが充分なレベルであれば、LDA 38内に位置するSCRはビーム20,22から搬送される信号を受信しデコードするであろう。このことが問題を招いてしまう理由を図2を参照して説明する。図2はこの衛星通信システムで使用される信号プロトコルを示すものである。
図示しているプロトコルは4レベルのタイミング階層を有するフレーム構造を使用する。この階層の内最高レベルのものは、194.4秒(2160フレーム)のスーパー・フレーム40を形成する。スーパー・フレーム40は各々21.6秒(240フレーム)の9個のブロック42より成る。各ブロック42は、4.32秒(48フレーム)の5つのグループ44より成る。各ブロック42の内の第1グループは捕捉グループ(Acquisition Group)であり、サービスが提供されている領域内に位置している既知のSCRに対するスケジュール情報を含む。このスケジュール情報は、各SCRが4つの連続したメッセージ・グループのうちメッセージを探す場所を知らせる。各グループ44は48個の90ms Lバンド・フレーム46より成る。単一のメッセージ・タイム・スロット48は90ms Lバンド・フレーム46の20.48msを占有する。
各SCRはブロック42中の1つの間で作動する(アクティブになる)。あるSCRがアクティブになると、その信号プロトコルに対して自ら同期し、捕捉グループをデコードし、(同一ブロック内で)どのメッセージ・グループがそのSCRに対するメッセージを有するかを調べる。特定のブロック42の間にアクティブである総てのSCRは、そのブロック内の捕捉グループをデコードしようとし、もしそのように指図されると、ブロック内のメッセージ・グループ内でメッセージを探索しようとする。
情報の複数ブロックを伝送する場合、各ビームは、そのビームが供給する領域内に位置する既知のSCRに対する情報を含む。(SCRがローミングする場合、その新しいロケーションをシステムに通知し、システムはその情報を格納する。)たとえば、あるメッセージが、LDA 38を含むサービス・エリア内に位置する既知のSCRに対するものである場合、そのSCRに対するメッセージはビーム10-18の内の1つまたはそれ以上のものによって伝送されるフレームに含まれる。対応する捕捉グループを構成する各フレームは、そのSCRに対する情報を適切なメッセージ・グループに関連させ、そのメッセージを発見させる。
SCRがLDA 38内に位置する場合、他の捕捉グループ・フレームがビーム20,22(および図示されていない他のビーム)により伝送される。これら遠方からのビームのエネルギはLDA 38にも及び得るので、そこに位置するSCRはビーム20,22により伝送される捕捉グループ・フレームに含まれている命令を受信しデコードするであろう。このため、SCRはそれらのビームにより伝送される後続のメッセージ・グループ内のフレーム内の情報をデコードしようとする(メッセージを探索する)。当然ながらビーム20,22はLDA 38に位置するSCRに対するメッセージを含んではいない。そのSCRに対するものではないデータをデコードすることによって、SCRはバッテリ寿命を短くしてしまう。
本発明により動作するSCRは、その位置を調べ、その位置に対して遠方からのビームにより伝送されるスケジュール情報を無視する。このため、LDA 38に位置する本発明によるSCRは、SCRがLDA 38に位置していることを調べ、近辺からのビーム10-18により伝送されるメッセージ情報をデコードする一方、遠方からのビーム20,22により伝送される信号を無視し、これによりバッテリ寿命を引き伸ばす。
SCRの位置を計算するために使用される情報の1つは、基準LDAまたは基準配信領域(reference delivery area)と呼ばれる。伝送される各ビームは特定の地理的領域(衛星が地面に対して移動するにつれて変化する)に向かって方向付けられ、各ビームは基準LDAを識別する情報を伝送する。ビームの基準LDAは、地表面へのビーム照射の中心に最も近接したLDAである。したがって、図1においてビーム12に対する基準LDAはLDA 50であり、ビーム22に対する基準LDAはLDA 52である。
本発明にしたがって現在位置を調べるため、SCRは複数のビームから受信した信号をデコードし、この信号は基準LDAを識別する情報を含む。例えば図1では、LDA 38で動作するSCRは、総てのビーム10-18,20,22から受信した信号を受信し、各ビームの基準LDAを求める。
SCRは複数のデコードされた各信号の信号強度も測定し、SCRのメモリにこの情報を格納する。SCRは受信した総てのビームの信号強度を測定することが好ましい。格納される信号強度の測定数はSCRのメモリ容量およびSCRの動作電力に依存する。複数ビームの各々について、信号強度測定値および対応する格納された基準LDAが存在する。
SCRは最新の既知の(または推定される)位置情報、以前測定した信号強度および格納された基準LDAを利用して現在地を計算する。この計算については以下に詳述する。SCRが現在地を知ると、そのSCRの現在地から少なくとも所定の距離以上離れた基準LDAを有するビームにより伝送された捕捉グループ・フレームに含まれている後続のスケジュール情報を無視する。例えば、現在地を調べたSCRは、そのSCRの現在地から半径約450km以上離れて位置する基準LDAを有するビームから受信した信号を無視することが可能である。図1にあっては、基準LDAを調べるために総てのビームから受信した信号をデコードし、現在位置がLDA 38内にあることを調べたSCRは、遠方からのビーム20,22により搬送されたメッセージ・グループを含む信号を無視するであろう。こうして、SCRのバッテリを節約することが可能になる。
図3は本発明によりその位置を計算することが可能なSCRを示す。図示されているSCR 53は、衛星の送信機との通信リンク55を確立するためのアンテナ54を備える。アンテナ54は受信機56に結合され、この受信機はRF信号をベースバンド信号に変換するために必要なRF部、ミキサおよび中間周波数段(図示せず)を備える。受信機56はベースバンド信号をディジタル化するアナログ−ディジタル(A/D)変換器58に結合され、A/D変換器58はディジタル化されたベースバンド信号からディジタル・データを抽出するディジタル復調器60に結合される。
復調器60はリンク55からの伝送に含まれた4位相シフト・キーイング符号化データ(Quaternary phase shift keying data)を復元する。復調器60は発振器62を制御するためのフィードバック信号を供給する。発振器62は、受信機56がRF信号をベースバンド信号に変換する際に使用する発振信号を提供する。
復調器60はそのディジタル・データ出力をプロセッサ64に供給する。プロセッサ64はメモリ66に結合され、このメモリは、SCR 53に様々な処理を実行させるコンピュータ・プログラム、および現在位置を計算するための情報を含む所定のデータを永久的に格納する。
メモリ66はSCRの動作結果によって変化するデータを一時的に格納する。メモリ66に格納されたプログラム制御の下、SCR 53の動作を制御するのはプロセッサ64である。
プロセッサ64は、ディスプレイ68、報知器(アラーム)70、ユーザ入力インタフェース72およびタイマ74のような様々な周辺装置に結合される。プロセッサ64はディスプレイ68を制御して、SCR 53のユーザにデータを示す。プロセッサ64はアラーム70を制御して、SCR 53宛てのメッセージの受領を可聴および／または視覚的に示す。プロセッサ64はユーザ入力を受信するが、インタフェース72によるキーまたはボタン(図示せず)の操作を通じて受信するのが好ましい。プロセッサ64はタイマ74を利用して、その動作をシステム・タイミングに同期し、適切な日時に追従する。
SCR 53はバッテリ76により電力供給され、このバッテリは電力スイッチ78を介して端子80および電力制御部82に結合される。電力制御部82は、プロセッサ64から受信したコマンドにしたがって、電力を複数の端子84に切り替える。端子80は少なくともタイマ74に電力を供給する一方、端子84はSCR 53の他の周辺素子に電力を供給する。
スイッチ78が開くとSCR 53への電力供給は中断し、スイッチ78が閉じて端子84の総てに電力が行きわたると完全に電力が供給され動作可能になる。電力が供給されてはいるが、電力が1以上の端子84に行き届いていない低電力スリープ・モードである場合にもSCR 53は動作可能であるが、この場合端子84を介して少なくともタイマ74に電力供給するためにスイッチ78が閉じている必要がある。
SCR 53に関する更なる説明については、先に紹介した米国特許を参照されたい。本発明に関し付言すべきことは、メモリ66に格納された本発明を利用するコンピュータ・プログラムによりプロセッサ64がSCR 53を動作させることである。このコンピュータ・プログラムによる動作について以下説明する。
図4を参照すると、先ずSCR 53が従来同様信号プロトコルに同期し、図2に示すブロック42の一部を形成する捕捉グループのような、次の捕捉グループの開始点を調べる(ステップ86)。SCRは捕捉グループの第1フレームをデコードする処理を行う(ステップ88)。捕捉グループに含まれる他の情報に加えて、捕捉グループは受信したビームの基準LDAのポジションを識別する情報をも含み、ステップ90において、SCRはその基準LDAの行およびポジションの値を格納する。
次のステップ92において、SCRはデコードされたフレームに含まれたスケジュール情報を格納する。SCRは既存の技術を利用して受信信号の信号強度を判定または推定する(ステップ94)。これは、受信信号をサンプリングし、それを高速フーリエ変換を利用して周波数領域の表現に変換することによって行うことが可能である。信号強度のピークはデータ・バーストの遅れにわたって平均化される(データ・バーストは、SCRのメッセージを表わす情報の信号フレームに対して1秒当たり50キロビットで伝送されたデータの1016ビットである。)。この平均値は、そのデータ・バーストに対する信号強度のnビット表現に量子化され、その信号強度値はSCRのメモリ66に格納される。
SCRが捕捉グループ内のフレーム総てをデコードすると(ステップ96)ステップ98に進み、もしそうでなければプログラムはステップ88-96の間を繰り返し実行し、捕捉グループの総てがデコードされるまで一度に1つのフレームをデコードし、それに含まれている情報が格納される。
ステップ98において、SCRは、そのホームLDA(home LDA)(すなわちそれが通常動作するLDA)の推定値、あるいはもし移動したならばその最新の知られている位置を以前に格納したか否かを調べる。もしそのような推定値を有していない場合は、プログラムはステップ100に進み、SCRは初期ホームLDA推定値を選択する。この推定値は、ステップ94において判定した最強の信号強度を有するビームの基準LDAであることが好ましい。
次のステップ102では、推定ホームLDAと各基準LDAとの間の距離を計算する。図5にこの例が示されている。
5つのビーム104,106,108,110,112が、推定ホームLDA 114に位置するSCRにより受信される。これらのビームはそれぞれ基準LDA 116,118,120,122,124を有する。ステップ102において、SCRは推定ホームLDA 114と各規準LDAとの間の距離を計算する。3つの例示した距離d1,d2,d3が図示されているが、SCRは基準LDA 116,124に対する距離も計算される。
ホームLDA 114と各基準LDAとの間の距離は以下に説明するようにして計算される。
2つのLDA間の距離を計算するため、SCRはメモリ66内に次の情報を格納する。
1)  155行の各々における行番号および各LDAのポジション番号を含むルックアップ・テーブル(RowModi=行iにおけるポジション番号)；
2)  東西分離パラメータDθ(隣接するLDAの中心間の縦方向距離であり、約150km)；
3)  南北分離パラメータDφ(隣接するLDAの中心間の横方向距離であり、約130km)。
各衛星ビームは、上述したルックアップ・テーブルを利用してSCRが特定の行およびポジション値に移行する(translate)数によって基準LDAを識別する。
上述した所与の情報により、2つのLDA間の近似的な距離(キロメートル)は、以下の手順を実行することにより求められる。
1)  (行1，ポジション1)がホームLDA 114を表現し、(行2，ポジション2)が基準LDA 118の位置を表現するものとする。
2)  赤道(equator)からの各LDAを分離する角度のコサイン(cosine)を計算する。これらは2つのLDA間の縦方向距離における隔たりを近似するために使用可能である。
0004215829.tif 000002
(67.5<行・横方向または行・横方向<-67.5である場合):
0004215829.tif 000003
3)  2つのLDA間の近似的な縦方向距離(=360★Δpos)(度)を計算する。
Δpos=min{｜(pos2/RowMod2)-(pos1/RowMod1)｜,
1-｜(pos2/RowMod2)-(pos1/RowMod1)｜}
4)  2つのLDA間の大円距離(GCD: Great Circle Distance)を計算する。
(縦方向距離<107度である場合):
Δrow=(row2-row1)Dφ/Dθ
(横方向距離が-45度および45度の間にある場合)
0004215829.tif 000004
(横方向距離が-45度および45度の間にない場合)
0004215829.tif 000005
(縦方向距離>=107度である場合):
0004215829.tif 000006
ただし、
Σrow=(NumRows-1-｜row1+row2-NumRows-1｜)★Dφ/Dθ
GCDはd1の近似的な距離(キロメートル)を与え、これは推定ホームLDA 114および基準LDA 118間の距離である。推定ホームLDA 114および各基準LDA間のGCDを計算する際に同様の手順が実行される。
計算されたGCDを使用し、SCRから遠方にあるビームを見分け、そのような遠方からのビームによるスケジュール情報を無視することが可能になる。基準LDAおよびSCRのホームLDA間の距離が所定の距離、例えば450kmを越える場合に、そのビームは遠方からのものであると判断される。その所定の距離が450kmである場合、基準LDAがホームLDAから450km以上であるビームにより得られ、以前に格納されていたスケジュール情報は、無視されるであろう(ステップ104)。無視されたスケジュール情報はそのSCRのために向けられたものではないので、その無視されたスケジュール情報に付随するメッセージを探索しないことによってバッテリを節約することが可能になる。
次のステップ106において、SCRは行およびポジションのオフセット(offset)を調べ、これらは本質的にはSCRの新しい位置を示すベクトルの成分である。これらのオフセットは、各基準LDAに付随する信号強度推定値に加えて、上述したGCDの計算により求められたΔrowおよびΔposの値を利用して計算される。
ステップ106における計算は次のとおりである。
1)  「n」ビームの集合に対して、現在のホームLDA推定値を得るために必要な行およびポジションのオフセットまたは調整値を計算する。これらのオフセットは以前に測定した信号強度により重み付けされる。
RowAdjust(行調整値)=Σwi★Δrowi
PosAdjust(ポジション調整値)=Σwi★Δposi
ここで、wiは基準LDA iに対する信号強度推定値であり、ΔrowiおよびΔposiは、基準LDA iに対して以前計算したΔrowおよびΔposの値である。
2)  受信したビーム(サンプル)数にしたがって調整値をスケール化し、LDAのサイズで除算し、新たなポジション調整値(NewPosAdjust)および行調整値(New Row Adjust)を求める。すなわち、
0004215829.tif 000007
0004215829.tif 000008
であり、その結果に最も近い整数値を選択する。
次のステップ108では、SCRの現在のホームLDA、すなわちSCRが現在位置しているLDAを計算する。以前の推定されたホームLDAからその現在のLDAに伸びるベクトルが形成される。これは、上記の2)による行およびポジションの調整値を以前推定したLDAの行およびポジションの値に加えることにより行われる。
現在のホームLDA行=以前推定したホームLDA行+新たな行調整値
現在のホームLDAポジション=以前推定したホームLDAポジション+新たなポジション調整値
現在のホームLDAに対する行およびポジション値により、SCRの現在の推定されたポジションを区別する。次のステップ110では、ホームLDA推定値が、現在のホームLDAに対して計算された値に設定される。こうして、現在の推定されたポジションは、プログラムの次のループにおけるステップ98,102で使用される。各付加的なフレームがデコードされるので、現在のホームLDAの推定値はSCRの実際のポジション付近に移動する。
上述したように位置を識別することが可能であり、遠方からのビームにより搬送されたスケジュール情報を無視するSCRは、エネルギ消費が少なく、そのバッテリ寿命を延ばすことが可能である。
以上本発明を特定の実施例に基づいて説明してきたが、当業者であれば本発明の精神から逸脱すること無く様々な変形および変更を行うことが可能であろう。したがって、本発明はそのような変形および変更の総てを包含するものであることを意図する。
【図１】
0004215829.tif 000009
【図２】
0004215829.tif 000010
【図３】
0004215829.tif 000011
【図５】
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【図４】
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