JP2000502863A - Ｔｄｍａフレームを用いた高電力短メッセージ・サービス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 制御局に基づくＴＤＭＡ無線システムにおける短いデータ・メッセージを送信する方法及びシステム。実施例によれば、選択された複数のＴＤＭＡフレームは、複数のメッセージ・フレームとして割り付けられ、かつ各メッセージ・フレームからの１又はそれより多くのデータ・スロットは送信機／受信機に割り付けられる。データ・メッセージは、各メッセージ・フレームにおける適当な複数のデータ・スロットを介して制御局から送信機／受信機へ増加した電力レベルで多数回、送信可能とされる。前記選択された複数のＴＤＭＡフレームは、好ましくは、低速関連制御チャネル・フレームである。

Description

【発明の詳細な説明】 ＴＤＭＡフレームを用いた高電力短メッセージ・サービス 発明の分野 本発明は、概して無線通信システムに関し、特に非理想的な条件において無線 通信信号を介して英数字メッセージを信頼性をもって送信するシステム及び方法 に関する。 発明の背景 図１を参照すると、典型的なセルラ移動無線システムが示されている。典型的 なシステムは基地局１１０と同様の多数の基地局と、移動体１２０と同様の多数 の移動装置即ち移動局とを含む。音声及び／又はデータ通信はこれらの装置又は これらと同等なものを用いて実行可能とされる。基地局はＭＳＣ（移動交換局） １４０に接続されている制御及び処理装置１３０を含み、続いてＭＳＣは公衆交 換電話回線網（図示なし）に接続されている。 基地局１１０は、セルのサービスをし、かつ音声チャネル送受信機１５０によ り処理される複数の音声チャネルを含み、この音声チャネル送受信機１５０は制 御及び処理装置１３０により制御されている。更に、各基地局は、１以上の制御 チャネルを処理可能とされる制御チャネル送受信機１６０を含む。この制御チャ ネル送受信機１６０は制御及び処理装置１３０により制御されている。この制御 チャネル送受信機１６０は、制御情報を基地局即ちセルの制御チャネルを介して その制御チャネルにロックされた移動体に放送する。音声チャネル送受信機は、 ディジタルの制御チャネル位置情報を含み得るトラヒック又は音声チャネルを放 送する。 移動体１２０は、まずアイドル・モードに入ると基地局１１０のような複数の 基地局の複数の制御チャネルを、移動体１２０にアドレス指定されたページング ・バーストの存在について走査する。ページング・バーストは、ロック・オン又 はキャンプ（ｃａｍｐ）するのはどのセルかを移動体１２０に知らせる。移動体 １２０はその音声及び制御チャネル送受信機１７０において、制御チャネル上の 絶対及び相対情報の放送を受信する。次いで、処理装置１８０は、候補セルの特 性を含む受信した制御チャネル情報を評価して、移動体がロックすべきはどのセ ルかを判断する。受信した制御チャネル情報は、関連されているセルに関した絶 対情報を含むばかりでなく、その制御チャネルが関連するセルに近接した他のセ ルに関する相対情報も含む。一次制御チャネルを監視する間に、これらの隣接チ ャネルが周期的に走査されてより適当な候補があるか否かを判断する。移動体及 び基地局実施の詳細に関する付加的な情報は、「マルチモード信号処理 （Ｍｕｌｔｉ−Ｍｏｄｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）」と題し、１ ９９２年１０月２７日に出願されたデント（Ｐ．Ｄｅｎｔ）及びエケルント（Ｂ ．Ｅｋｅｌｕｎｄ）に対する米国特許出願第０７／９６７，０２７号に見出すこ とができ、ここではその全体が引用により関連される。基地局は、衛星に基づく 移動無線システムにおける１又はそれより多くの衛星により置換されてもよいこ とも理解されるべきである。 無線通信システムの容量を増加するために、ディジタル通信と、周波数分割多 重アクセス（ＦＤＭＡ）、時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）及び符号分割多重ア クセス（ＣＤＭＡ）のような多重アクセス技術とを用いることもできる。これら 多重アクセス技術におけるそれぞれの目的は、異なる複数のチャネルがそれらの 宛先において相互干渉なしに分離できるように、異なるソースからの複数の信号 を共通送信媒体上で組合わせることである。ＦＤＭＡシステムでは、複数のユー ザが周波数領域において無線スペクトルを共有する。各ユーザは通話の全般で用 いられる一部の周波数帯域が割り付けられる。ＴＤＭＡシステムでは、複数のユ ーザが時間領域において無線スペクトルを共有する。各無線チャネル又は搬送周 波数は一連のタイム・スロットに分割され、かつ個々のユーザはシステム用に割 り付けられた全周波数帯域（広帯域ＴＤＭＡ）又は帯域の一部のみ（狭帯域ＴＤ ＭＡ）に対するアクセスを有する。各タイム・スロットはデータ・ソースからの 「バースト」情報、例えば音声通話のディジタル的に符号化された一部を含む。 これらのタイム・スロットは所定の長さを有する連続的な時分割フレームにグル ープ分けされる。各ＴＤＭＡフレームにおけるタイム・スロット数は、無線チャ ネルを同時に共有できる異なるユーザ数に関連される。ＴＤＭＡフレームにおけ る各スロットが異なるユーザに割り付けられると、ＴＤＭＡフレームの長さは同 一ユーザに割り付けられた逐次的なタイム・スロット間の最小時間量となる。Ｃ ＤＭＡはＦＤＭＡとＴＤＭＡとを組合わせる。ＣＤＭＡシステムにおいて、各ユ ーザは固有の擬似ランダム・ユーザ・コードが割り付けられて周波数領域を固有 にアクセスする。ＣＤＭＡ技術の例は、拡散スペクトル及び周波数ホッピングを 含む。 ＴＤＭＡシステムでは、同一ユーザに割り付けられた逐次的なタイム・スロッ ト（通常、無線搬送波上で非連続的なタイム・スロットである）がユーザのディ ジタル・トラヒック・チャネルを構成し、このチャネルがユーザに割り付けられ た論理チャネルであるとみなされる。例えば、ＧＳＭ標準を用いたＴＤＭＡチャ ネルの編成は、図２に示されている。ＴＤＭＡチャネルはトラヒック・チャネル ＴＣＨ及び信号チャネルＳＣを含む。ＴＣＨチャネルは音声及び／又はデータ信 号を送信する全速度チャネル及び半速度チャネルを含む。信号チャネルＳＣは移 動装置と衛星（即ち基地局）との間で信号情報を転送する。信号チャネルＳＣは ３形式の制御チャネル、即ち、複数の放送制御チャネル（ＢＣＣＨ）、多数の加 入者間で共有される複数の共通制御チャネル（ＣＣＣＨ）、及び単一加入者に割 り付けられる複数の専用制御チャネル（ＤＣＣＨ）を含む。ＢＣＣＨは、典型的 には、共にダウンリンク・チャネルである周波数補正チャネル（ＦＣＨ）及び同 期チャネル（ＳＣＨ）を含む。共通制御チャネル（ＣＣＣＨ）はアップリンク・ ランダム・アクセス・チャネル（ＲＡＣＨ）と共に、ダウンリンク・ページング ・チャネル（ＰＣＨ）及びアクセス許可チャネル（ＡＧＣＨ）を含む。専用制御 チャネルＤＣＣＨは高速関連制御チャネル（ＦＡＣＣＨ）、低速関連制御チャネ ル（ＳＡＣＣＨ）、及び単独形式専用制御チャネル（ＳＤＣＣＨ）を含む。低速 関連の制御チャネルは、トラヒック（音声又はデータ）チャネル、又は単独形式 専用制御チャネル（ＳＤＣＣＨ）に割り付けられる。ＳＡＣＣＨチャネルは、移 動装置に対して電力及びフレームの調整及び制御情報を提供する。 放送制御チャネルの周波数補正チャネルＦＣＨは、移動装置を基地局に正確に 同調できるようにする情報を搬送する。放送制御チャネルの同期チャネルＳＣＨ は、移動装置にフレーム同期データを提供する。 低速関連制御チャネルＳＡＣＣＨは、１例としてＧＳＭ形式のシステムを用い て、ＳＡＣＣＨ情報を搬送するように２６ ＴＤＭＡフレーム毎に割り付けるこ とにより形成され得る。各ＳＡＣＣＨフレームは、８タイム・スロット（フレー ムにおける各トラヒック・スロットに対して１ ＳＡＣＣＨスロット）を含み、 各移動通信リンクに対して１固有ＳＡＣＣＨチャネルを可能にする。基地局又は 衛星は、ＳＡＣＣＨチャネル上にコマンドを送出して移動装置の送信タイミング を進めて又は遅らせて基地局又は衛星で受信される異なる移動体バースト間の時 間調整を行う。 ランダム・アクセス・チャネルＲＡＣＨは、移動体により用いられてシステム に対してアクセスを要求する。ＲＡＣＨ論理チャネルは（移動体から基地局又は 衛星への）単方向アップリンク・チャネルであり、別個の移動装置により共有さ れる（１ＲＡＣＨ／セルは、典型的なシステムでは、重い使用期間中であっても 十分である）。移動装置は、ＲＡＣＨチャネルのステータスを連続的に監視して チャネルがビジーか又はアイドルかを判断する。ＲＡＣＨチャネルがアイドルで あれば、アクセスを希望している移動装置は、ＲＡＣＨを介して基地局又は衛星 に対して、所望の電話番号と共にその移動体識別番号を送出する。ＭＳＣは、基 地局又は衛星からこの情報を受信して移動局にアイドルの音声チャネルを割り付 け、かつ基地局又は衛星を介して移動体へチャネル識別を送信するので、移動局 が新しいチャネルに同調することができる。ＲＡＣＨアップリンク・チャネル上 の全てのタイム・スロットは、内容又は予約に基づいて、移動体アクセスの要求 に用いられる。予約に基づくアクセスは、「移動無線システムにおいてランダム ・アクセスを発効する方法（Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｅｆｆｅｃｔｉｎｇ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ ｉｎ ａ Ｍｏｂｉｌｅ Ｒａｄｉｏ Ｓｙｓｔｅｍ）」と題して１９９３年１０月２５日に出願された米国特許出願第 ０８／１４０，４６７号に説明されており、ここではこの出願を引用することに より関連される。ＲＡＣＨの動作の重要な１特徴は、何らかのダウンリンク情報 を受信する必要があり、これによって複数の移動局はアップリンク上に送出した バースト毎にリアルタイムのフィードバックを受信することである。これは、Ｒ ＡＣＨを介するレイヤ２ ＡＲＱ即ち自動反復要求として知られている。ダウン リンク情報は、好ましくは、２２ビットを備え、これらはダウンリンクにおいて アップリンクに固有なレイヤ２情報を搬送するように専用化した他のダウンリン ク・サブチャネルと考えてもよい。共有チャネル・フィードバックと呼ぶことが できるこの情報の流れは、ＲＡＣＨのスループット能力を増強するので、移動局 は、バーストのアクセス試行はうまく受信されたか否かを、速やかに判断するこ とができる。図２に示すように、このダウンリンク情報はチャネルＡＧＣＨ上を 送信される。 ＴＤＭＡシステムにおける信号の送信は、バッファ・アンド・バースト又は不 連続送信モードにより発生する。即ち、各移動装置は移動装置に割り付けられた 周波数上のＴＤＭＡフレーム内の割り付けられたタイム・スロットの期間でのみ 送信又は受信する。例えば、全速度において、移動局は、スロット１の期間で送 信し、スロット２の期間で受信し、スロット３の期間でアイドルとし、スロット ４の期間で送信し、スロット５の期間で受信し、かつスロット６の期間でアイド ルとなり、以下このサイクルを連続するＴＤＭＡフレームの期間で反復する。バ ッテリ駆動が可能とされる移動装置は、電力を節約するために送信も受信もしな いタイム・スロット期間でスイッチ・オフ（即ち「スリープ（ｓｌｅｅｐ）」が 可能とされる。 無線通信加入者は、移動性及び可搬性を増加させるため、大型の又は方向性ア ンテナを有する移動装置よりも比較的に小さな全方向性（従ってより低電力の） アンテナを有する移動装置を好む傾向がある。このような好みのために、時とし て小型の全方向性アンテナを有する典型的な移動装置と移動交換局（ＭＳＣ）即 ち衛星との間で通信信号の交換をするのに十分な信号強度が得られないという困 難がある。この問題は衛星に基づく移動無線通信において特に重大となる。 衛星に基づく移動無線通信システムは、１衛星ビーム又はそれより多くの部分 的に重なり合う衛星ビームを用いて地球の特定の地理的領域に対して無線通信サ ービスを提供する。各衛星ビームは約１０００ｋｍに達する半径を有する。衛星 の電力制限のために、あらゆるビームに同時的に高いリンク・マージンを設ける ことは実際的ではない。 移動衛星リンクは極端に電力が制限されているので、通信はライス・フェージ ング（Ｒｉｃｅａｎ ｆａｄｉｎｇ）を有する見通しチャネルに典型的に限定さ れる。ライス・フェージングは、複数の弱い建物反射波と共に、強力な見通しパ スと大地反射波との組合わせにより発生する。これらのチャネルは、移動無線電 話装置のアンテナが正しく配置され、かつ装置が障害物のない位置にあるときの ように、理想的な条件又はほぼ理想的な条件において、音声通信を行うために約 １０ｄＢ又はそれより多くの通信リンク・マージンを必要とする。これらのほぼ 理想的なチャネルでは、移動装置が着呼を検出するようにページング・チャネル をうまく監視することができる。移動装置のアンテナが配置されず、又は移動装 置が障害のある位置（例えば、建物内）にあるときのように、非理想的な条件で は、大地反射波及び建物反射波を含む反射波が優勢となる。これらの非理想的な 条件におけるチャネルは、激しい減衰を有する平坦なレイリー・フェージング（ 最も激しい形式のフェージング）により特徴付けられる。このようなチャネルに おいて、信頼性のある音声又はデータ通信を行うためには３０ｄＢ程度又はそれ を超えるリンク・マージンが必要とされ、かつこの場合における移動装置はペー ジング・チャネルを監視して着呼を検出することができない。これらの非理想的 な条件では、短メッセージ・サービス（ＳＭＳ）が望ましい。衛星の電力制限の ため、ＳＭＳは、非理想的な条件において移動局ユーザに着呼について喚起する ために用いられるときに、特に効果的である。そのときは、移動局は呼を受信又 は返送するように位置を変更することができる。用語「リンク・マージン（ｌｉ ｎｋ ｍａｒｇｉｎ）」又は「信号マージン」とは、理想的な条件、即ち、チャ ネルが付加的な白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ）以外に劣化のない条件において、必 要とされる電力上で及びこれを超えて適当なサービスを提供するために必要とさ れる付加的な電力を云う。「劣化」は、信号振幅のフェージング、ドップラー・ シフト、位相変動、信号のシャドウイング又はブロッキング、導入損失、及びア ンテナ放射パターンにおける偏差を含む。 送信するのが音声であろうがデータであろうが、特に電力制限された衛星応用 においては、信頼性のある無線通信パフォーマンスを確保するために、しばしば 、信号マージンを増加するのが望まれる。信号のリンク・マージンを増加させる 公知の方法は、周波数選択度を得るために又は（畳込み符号化のような）順方向 誤 り訂正符号を用いるためにチャネル帯域幅を拡張すること、信号電力を増加する こと、及びビット反復（順方向誤り訂正コーディングの１形式とみなされてもよ い）を含む。これらの方法はそれぞれ重大な限界を有する。帯域幅拡張は、典型 的には、信号拡散及び低ビット速度誤り訂正符号化のような公知の方法により行 われ、フェージングに対してより不感な信号に帰結する。帯域幅拡張はスペクト ル割り付け効率を低下させる。更に、ＳＭＳ応用では、拡張した音声チャネル帯 域幅がメッセージ・チャネルの帯域幅と異なるのであれば、移動装置に２つの個 別的かつ完全な無線受信機（各サービスにつき一機）が必要とされるので、その 設計を複雑化する。更に、コヒーレントなラーケ（Ｒａｋｅ）受信機又は等化器 は、典型的には、遅延拡散を減少させることが必要とされており、更に移動装置 の設計を複雑にする。更に、帯域幅拡張が音声又はデータ・メッセージ全体の反 復送信により実施可能とされる。しかし、関心の非理想的な条件では、各反復が 、典型的には、雑音フローアより低い（即ち、十分なマージンを有していない） ので、この方法は、効果的でなく、高い誤り率に帰結し、かつ反復のコヒーレン トな積分を阻止する。 更に、信号電力の増加は高いマージンを得るために利用されてもよい。衛星の 電力制限のために、これは、典型的には、実際的な取り組み方法ではない。送信 電力の増加は、システムのコストを増加させることに加えて、特に狭い再使用マ ージンを有するＴＤＭＡシステムにおける同一チャネル干渉を制御するのを更に 困難にする。従って、衛星から移動装置への大きな電力増加は、比較的に軽使用 の期間中でのみ提供可能とされる。更に、移動装置は衛星よりも一層電力制限さ れるので、この技術は典型的に衛星から移動装置への１方向のみで実用的である 。 更に、ビット反復はマージンを増加させるために利用されてもよい。ビット反 復は、特に非理想的な条件においてメッセージ反復より低い誤り率に帰結する。 ビット反復は、明らかに、音声信号にとって好ましくない送信遅延の原因となる 。しかし、送信遅延は、この遅延が合理的な最小値に保持される限り、ＳＭＳの 特徴のようなデータ通信にとって許容できる。ビット反復は、全ての反復が連続 的であり、かつ逐次的なＴＤＭＡフレームの同一タイム・スロット又は複数スロ ッ ト内に含まれるように、複数回、個々のビット若しくは変調シンボル、又はビッ トのパケット若しくは変調シンボルを送信することにより行われる。受信機は各 反復からエネルギを積分してより高いマージンを有する信号を作成する。以上で 述べたように、ビット反復はメッセージの長さに従ってかなりの遅延の原因とな り得る。３０ｄＢ信号マージンを達成するために、各ビットは１０００回反復さ れる必要がある。典型的な短メッセージは、ＧＳＭシステム（ヨーロッパ・ディ ジタル標準）において３２キャラクタと６４キャラクタとの間、米国において現 在用いられているＤＡＭＰＳ（ディジタル・アドバンスド・モービル・フォーン ・サービス（Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍｏｂｉｌｅ Ｐｈｏｎｅ Ｓｅｒｖｉｃｅ）において最大２５４キャラクタ、ＤＥＣＴ（ディジタル・ヨー ロピアン・コードレス・テレホン（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｒ ｄｌｅｓｓ Ｔｅｌｅｐｈｏｎ）システムにおいて最大１６０キャラクタを有す る。１６スロット／フレーム及び１１４データ・ビット／スロットによる１８． ４ｍｓのＴＤＭＡフレームを有するＧＳＭシステムを仮定すると、伝搬遅延を除 き、６４キャラクタ・メッセージを受信するための最小遅延は、以下のようにな る。 ６４ビット×８ビット／キャラクタ×１０００反復／ビット×１８．６４ｍｓ ／スロット×１／１１４スロット／データ・ビット＝８４秒。 このような遅延はデータ送信であっても非常に好ましくない。従って、無線シ ステムにとって、大きな遅延がなく、かつ電力を大きく増加させることなく、増 加した信号マージンで信号の送信が可能なことが望ましいことになる。 また、通信システムにとって、チャネル帯域幅の拡大を必要とすることなく、 増加した信号マージンにより、信号の送信が可能なことが好ましいことになる。 また、ＴＤＭＡ通信システムにとって、ＴＤＭＡフレームの構造及び編成に変 更を必要とすることなく、増加した信号マージンにより、信号の送信が可能なこ とが望ましいことになる。 更に、移動無線システムにとって、増加した信号マージンにより、移動装置か ら又は衛星若しくは基地局から生起するデータ・メッセージの送信が可能なこと が望ましいことになる。 更に、通信システムにとって、データ・メッセージを送信するための通信リン クの信号マージンを選択的に増加させることが望ましいことになる。 ＴＤＭＡ通信システムに対する多数の強化が提案されたが、これらは以上で述 べた問題を適切に対処しない。例えば、ＷＯ９５／３１８７８号はＴＤＭＡシス テムにおいてデータの送信速度を増加する方法を開示している。この開示された 方法によれば、高速のデータ信号は多数の低速の信号に分割され、移動局が各Ｔ ＤＭＡフレームからの対応する多数のタイム・スロットに割り付けられ、かつ各 低速の信号が割り付けられたタイム・スロットのうちの異なる一つ上へ送信され る。しかし、この文書は増加した電力レベルでデータ・メッセージの送信に対処 することはない。更に、この文献は電力限定の（例えば、衛星に基づく）通信シ ステムにおいてシャドウイングされた移動装置に対してメッセージを送出する問 題に対処していない。 ＷＯ９５／１２９３１号は、複数のスパーフレームにタイム・スロットをグル ープ分けすることにより情報を遠方局に通信する方法であって、各スパーフレー ムが複数のページング・スロットを含む方法を開示している。複数ページング・ スロットは連続的するハイパーフレームにメッセージを送出する複数のページン グ・フレームにグループ分けされる。各スパーフレームは論理ページング・チャ ネルを備えた複数のタイム・スロットを含むことができる。しかし、この文献は 増加した電力レベルでのデータ・メッセージの送信に対処していない。更に、こ の文献は電力が限定された（例えば、衛星に基づく）通信システムにおいてシャ ドウイングされた移動装置に対してメッセージを送出する問題にも対処していな い。 ＥＰ０ ６７１ ８２４ Ａ１ （ジーメンス）はディジタル電気通信システ ムにおける送信速度を増加させる方法を述べている。この方法によれば、より高 い送信速度が必要とされるときに、２又はそれより多くのチャネルを組合わせて １多重チャネルを形成し、これが増加した送信速度を必要とする加入者に割り付 けられる。この文献は電力が限定された（例えば、衛星に基づく）通信システム におけるシャドウイングされた移動装置に対してメッセージを送出する問題に対 処していない。 従って、これら文書のいずれもが本発明により対処される問題を適切に対処し ていない。 発明の要約 通常の通信システム及び方法の前述の及び他の欠点は、ビット反復と電力にお ける比較的に僅かな増加との組合わせにより信号マージンが増加される短い英数 字メッセージを送信する高い浸透度（ｈｉｇｈ−ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ）送信 方法を提供する本発明により克服される。実施例によれば、ビット反復と電力に おける比較的に僅かな増加との組合わせが反復のみに依存し、許容できないシス テムの遅延特性を回避して信号マージンを増加させる。同じように、ビット反復 と電力における比較的に僅かな増加との組合わせが増加した電力のみに依存した システムの同一チャネル干渉の問題を回避して信号マージンを増加させる。 本発明の一実施例によれば、衛星のような制御局と、移動装置のような送信機 ／受信機との間で英数字メッセージを送信する短メッセージのサービス特性を有 する無線システムが提供される。ＴＤＭＡフレームから選択された複数のフレー ムは複数のメッセージ・フレームとして割り付けられ、かつ各メッセージ・フレ ームはデータ・メッセージを送信するための多数のデータ・スロットを含む。大 きな減衰を有するチャネルを介して信頼性のある送信を保証するために、データ ・メッセージは符号化される。即ち、符号化されたメッセージは、それぞれ１又 はそれより多くのビットのパケット又はグループに分割される。各パケットは、 特定の加入者に対する各送信用の同一タイム・スロット又は複数のタイム・スロ ットを用いた、複数のメッセージ・フレームの複数のデータ・スロットを介して 多数回、音声送信用の電力レベルよりも高い電力レベルで、送信される。そして 、送信は、受信機において積分され、かつ誤りについてチェックされて増加した マージンを有する信号を形成する。 図面の簡単な説明 本発明の以上目的、特徴及び効果的は、図面に関連して以下の詳細な説明を読 むことにより更に容易に理解される。 図１は例示的な移動通信システムのブロック図である。 図２は典型的なＧＳＭディジタル無線通信システムにおけるチャネルの編成を 示す図である。 図３は本発明の信号送信方法が実施可能とされる衛星に基づく移動無線通信シ ステムのブロック図である。 図４は本発明の一実施例による短メッセージの送信を説明するフローチャート である。 図５は本発明の一実施例によるＳＭＳフレームのフォーマットを示す図である 。 好ましい実施例の詳細な説明 以下の説明は衛星及び移動無線通信装置に関連した衛星に基づく無線通信シス テムに実施される短メッセージ・サービスについて説明されているが、本発明は 適当な送信機／受信機装置を含む他の形式の通信システムにも適用可能とされる ことを理解すべきである。 衛星に基づく移動無線通信システムでは、移動局と、標準的な電話か、１衛星 、多数の衛星、１若しくはそれより多くの衛星及びＰＳＴＮ（公衆交換電話回線 網）の組合わせを介する第２の移動局かとの間に、音声又はデータを送信する通 信リンクが確立可能とされる。このようなシステムは、図３に示すように、少数 の基地局が存在する又は基地局が存在しない広い地理的な範囲を得るのが望まし いと思われ、また付加的な基地局は、例えば田園地帯においては実際的でない。 衛星に固有な電力制限のために、衛星と移動局との間の音声通信リンクは理想的 な又はほぼ理想的な条件、即ち、正しく配置された移動局のアンテナによる見通 し通信のような条件を必要とする。移動局がシャドウイングされているとき（例 えば、建物内等）、又は移動局が正しく配置されていないときのような非理想的 な条件では、チャネルにおいて増加した減衰のために、通信に対する信号マージ ンの要求量がかなり増加する。このように状況では（図３にＭＵとして示すよう に）、レイリー・フェージングはしばしば満足すべき通信を阻害し、従って移動 局に対して短い英数字メッセージを送出することが望ましい。例えば、これらの メッセージは加入者に着呼を知らせるために用いられてもよい。本発明は、大き な遅延、電力の増加、又は同一チャネル干渉なしに、信号マージンを増加させる 効果的な技術を提供することにより、信頼性のあるメッセージ送信を保証する。 本発明の範囲を限定することなく、説明だけのために、ＴＤＭＡチャネルを用 いた衛星に基づくＧＳＭ無線通信システムは、以下の条件を示すように仮定可能 とされる。この通信チャネルは見通し成分を有しておらず、かつ激しい減衰を有 するレイリー・フェージングを平坦にするようにされる。当該技術分野に習熟す る者により理解されるように、レイリー（又はマルチパス）フェージングは、サ ービス・エリアにおける物理的な構造物からの反射のためにマルチパス波が定常 波対を形成するときに、発生する現象である。一緒に加算された定常波対は、一 つの不規則波フェージング構造物を形成する。移動装置が静止しているときは、 移動装置は一定信号を受信する。しかし、移動装置が移動しているときは、この フェージング構造物は移動装置が速く移動するに従って増大するフェージングを 発生させる。非理想的なレイリー・チャネルの平均信号レベルは、ほぼ理想的な 見通しチャネルの信号レベルより約２０〜３０ｄＢ低い。 非理想的な条件にある移動装置に対して信頼性のある短メッセージの送信を保 証するためには、信号マージンを増加させる必要がある。本発明によれば、大き な遅延なしに増加した信号マージンが得られるように、ビット反復及び電力増加 を組合わせることができる。 デシベル（ｄＢ）は電力、電流又は電圧の比を表すために用いられる単位であ ることを理解すべきである。特に、電力比（Ｐ１／Ｐ２）は、デシベルでは、式 ｄＢ＝１０ ｌｏｇ（Ｐ２／Ｐ１）により表され得る。１０ ｌｏｇ １０００ ＝３０であるから、３０ｄＢの信号マージンは１０００の電力比を必要とする。 従って、ビット反復によってのみこの信号マージンを得るためには、各ビットは １０００回反復される必要があり、また各反復による信号マージンは受信機にお いて積分される必要があり、以上で計算した８２秒遅延に帰結する。しかし、１ ５ｄＢマージンを得るために、１０ ｌｏｇ ３１．６２３＝１５であるので、 必要とする電力比は３１．６２３となるに過ぎない。従って、３０ｄＢ信号マー ジンは電力を１５ｄＢ増加し、かつ各ビットを約３１回反復すことにより得られ る。この技術を用いて、６４キャラクタ・メッセージに関するビット反復遅延は （６４キャラクタ×８ビット／キャラクタ×３１反復／ビット×１８．６４ｍｓ ／スロット×１／１１４スロット／ビット）約２．５秒である。その結果、ビッ ト反復遅延は合理的なレベルに保持され、かつ電力増加も適正なレベルに保持さ れ、これによって同一チャネル干渉を回避する。大きな遅延なしに、レイリー・ フェージング環境においてうまく通信を行うために、反復と電力増加との多くの 異なる組合わせが可能であるということは、理解されるべきである。更に、ディ ジタル信号の個々のビットを反復すことよりも、複数グループのビットを反復し てもよい。 本発明の技術を実施するために、衛星から移動局への電力増加は多 数のユーザにわたる電力負荷を平均化することにより提供されてもよい。即ち、 ほぼ理想条件にある複数の移動装置により用いられる複数の通信チャネルは、こ れらの電力を減少させて非理想的な条件にある１移動装置又は複数の移動装置に 対する電力供給を増加させることがある。更に、電力増加は、連続するＴＤＭＡ フレームにおける個々のスロットが増加した電力レベルで送信されている時間平 均により、提供されてもよい。更に、衛星から移動局への電力増加は、当該技術 分野において知られた他の技術により達成されてもよいことも理解されるべきで ある。 移動装置の電力制限は衛星の電力制限より一段と厳しい。従って、移動体から 衛星へ通信するための電力を増加することは、より一段と困難となる。このよう な通信はメッセージ、又はメッセージの肯定応答を送出するために必要である。 本発明の一実施例によれば、移動体から衛星への電力増加は、移動装置がランダ ム・アクセス・チャネルＲＡＣＨの全てのタイム・スロット上に送信できるよう にすることにより、達成されてもよい。更に、ビット反復は、衛星に送信された 信号のマージンを更に効果的に増加するように移動装置により実施されてもよい 。ＲＡＣＨチャネルを介しての移動装置による肯定応答は、低情報速度を有する 信号により行われてもよいので、移動装置の低送信電力を補償するために、大き な数の同期ビットと、順方向チャネルに相対する大きな数のビット及びメッセー ジ反復とを用いてもよい。好ましくは、移動装置は、反復を非相関にするために 、別個の複数の搬送周波数上で連続的な反復を送信する。メッセージは短いので 、送信時間は短くなり、またこのシステムを用いる平均送信電力は許容し得るも のとなる。 ここで図４を参照すると、本発明の送信方法を用いた短メッセージの送信を説 明するフローチャートが示されている。ここで、図４を参照すると、本発明の送 信方法を用いた短メッセージの送信を説明するフローチャートが示されている。 ステップ１００において、送出パーティは受信する加入者に送信されるべきメッ セージを入力する。このメッセージは、送出パーティによって移動装置、標準的 な電話、コンピュータ端末又は同等の装置を介して通信システムに直接、入力さ れてもよく、又はこのメッセージは、サービス・センタにおけるオペレータを呼 び出し、オペレータがこのメッセージをシステムに入力することにより、直接入 力されてもよい。ステップ１０２において、短メッセージを備えた情報ビットは 、ＣＲＣのような誤り検出符号と共に、送信機に配置されたエンコーダにより符 号化される。符号化されたメッセージは、それぞれ符号ワード・ビット又はシン ボルを含む１又はそれより多くの符号ワードを構成している。送信機は、衛星、 基地局又は移動装置であり得ることを認識すべきである。ステップ１０４におい て、符号化手段により出力される符号ワード・ビット又はシンボルのそれぞれが Ｎ回反復されてＮビットを含む１パケットを形成するように、ビット反復が採用 されてもよい。更に、個々のビット又はシンボルを反復す代わりに、複数グルー プの２又はそれより多くのビット若しくはシンボル、又は１符号ワード若しくは 複数符号ワードの全てが反復されてもよいことは明らかであろう。次いで、ＴＤ ＭＡフレーム内の各スロットが１又はそれより多くのパケットの反復ビット、誤 り検出コーディング・ビット、及び同期バーストを含み、受信機がチャネル品質 を予測できるように、複数のパケットが送信される。このようにして、符号化さ れた短メッセージを備えた全てのビットが送信される。ビット反復及びメッセー ジ反復が採用されたのであれば、一旦符号化メッセージが送信されると、所望の 信号マージンを得るためにメッセージ（Ｎ符号ワード・ビットの複数パケット形 式にある）の送信をＭ回反復することができる。衛星、基地局又は移動局から短 メッセージが送信されることがあるので、これら装置のそれぞれには符号化機能 及び送信機能が設けられることを理解すべきである。更に、本発明の技術を実施 するために、送信機には、ビット反復数Ｎと、メッセージ反復Ｍと、メッセージ の送信成功に必要とされる信号マージンを得るために必要な電力増加とを決定す る手段が含まれることも理解すべきである。 ステップ１０８において、受信装置（即ち、移動装置、衛星、基地局又は同等 装置）は、反復符号化メッセージ・ビット、誤り検出ビット、及びチャネル品質 距離和を発生する。ただし、ｒ_ijはパケット反復ｊにおける情報ビット又はシン ボルＳのｉ番目反復に対応する、サンプリングされた受信信号であり、Ｃ_jは対 応するチャネル品質の予測である。ステップ１１０において、受信装置に含まれ ているデコーダは、ソフト組合わせ若しくは多数決論理投票、又は他の適当なデ コード方法を用いて、前記距離和からＴＤＭＡスロットにおける各符号化ビット 又はシンボルをデコードする。ソフト組合わせを実施するために、デコーダは距 多数決論理投票を実施するために、デコーダは各距離ｙ_iに対する予備ビット又 はシンボル判断を行い、次いで全ての予備判断を比較することにより最終ビット 又はシンボル判断を行う。従って、デコーダがＭ予備判断を行ったときに、予備 判断の半数より多くが１であれば、デコーダは、対応する情報ビットは１である と判断する。そうでなければ、デコーダは、対応する情報ビットは０であると判 断することになる。同一の論理は、０であるビットをデコードするために用いら れる。予備判断の丁度半分が０となり、かつ予備判断の丁度半分が１となるとき に起きる誤りを防止するために、Ｍは奇数となるように選択される。デコードさ れたビットはコヒーレント的に組合わせられ、また多数のメッセージ送信はコヒ ーレント的に組合わせられて増加したマージンを有するメッセージ信号を発生す る。 ステップ１１２において、受信装置に含まれている誤り検出器は、送信装置に 設けられたＣＲＣ誤り検出コーディングに基づいて誤りを検出する。誤りが検出 されないときは、ステップ１１４において受信加入者の移動装置上にメッセージ が表示される。誤りが検出されるときは、メッセージは受信装置に表示されず、 ユーザは表示された誤りメッセージ、又は音声信号により、誤りのあるメッセー ジについて通告され、また受信機は以下で更に詳細に説明される双方向無線プロ トコルに従ってメッセージ又はメッセージの誤りのある部分を再送するように送 信機に要求する。 本発明によれば、反復送信のメッセージはメッセージの個々の部分の反復との 組合わせで用いられてもよい。即ち、メッセージの個々の部分は多数回送信され てもよく、またメッセージ全体が複数のメッセージ部分の反復送信により送信さ れたときは、メッセージ全体が再送されてもよい。 本発明によりＳＭＳ特性を有する衛星に基づく移動無線通信を実施するために 、低速関連制御チャネルＳＡＣＣＨからの「スチーリング（ｓｔｅａｌｉｎｇ） 」即ち借用フレームにより、メッセージ・チャネルが形成される。例えば、送信 機は、ＳＭＳ情報を搬送するためにメッセージ・フレームとして用いるＳＡＣＣ Ｈチャネルの８フレーム毎に割り付けることができる。この実施は、各１０４通 常ＴＤＭＡフレームについて１ＳＭＳフレーム、又は約１．９２秒毎に１ＳＭＳ フレームを設ける。８ＳＡＣＣＨフレーム毎に用いることにより、ＳＡＣＣＨデ ータ速度がシステムに逆作用しない１／８に減少されることは理解されるべきで ある。ＳＭＳチャネルでは、例示のフレーム・フォーマットが図５に示されてお り、各ＳＭＳフレームにおける総計３２スロットについて、２順方向訂正チャネ ル（ＦＣＨ）スロット、２アイドル・スロット、２同期チャネル（ＳＣＨ）スロ ット、２付加アイドル・スロット、及び２４データ・スロットを含む。２４デー タ・スロットはメッセージ情報を送信するために用いられる。各加入者が１デー タ・スロット／ＳＭＳフレームを受信するように、対応する移動装置に対してそ れぞれ２４データ・スロットのうちの一つが割り付けられる。従って、特定加入 者の移動装置に割り付けられた各メッセージ・フレームにおけるデータ・スロッ ト又は複数のデータ・スロットは、その加入者用の１メッセージ・チャネルを構 成する。他のフレーム・フォーマットが用いられてもよいこと、及び各移動装置 に対して多数のデータ・スロットが割り付けられてもよいことは、理解されるべ きである。更に、ＳＡＣＣＨフレーム以外のフレームは、メッセージ・フレーム として用いられてもよい。 衛星内のエンコーダはメッセージ・データを適当に符号化する。更に、ビット 及び／又はメッセージ反復は、増加した送信電力との組合わせにより、前述のよ うに、送信機により実施されてもよい。このＳＭＳ実施では、好ましくは、各ビ ットが３回送信され、各メッセージ又はその複数部分が３回送信され、またＳＭ Ｓフレームは、ＴＤＭＡ通信リンクの音声フレーム及び複数スロットより約 ６ｄＢ高い電力により送信される。この実施例では同期のために１０４フレーム 、即ち約１．９２秒が必要とされる。この実施例では、各１０４ＴＤＭＡフレー ムに対して１活性ＳＭＳフレームが発生するので、デューティ・サイクルは約１ ％である。 短メッセージ・サービスはフレームの比較的に頻繁でないスチーリング又は借 りを用いることにより実施されるので、衛星又はセルラ・システムは逆方向には 大きく影響されないことを理解するべきである。 以上の説明は非常に多くの詳細及び限定性を含むが、これらは本発明の特徴及 び原理の単なる説明であって、限定として解釈されるべきでないことを理解すベ きである。以下の請求の範囲及びそれらの法的な同等物により定義されるように 、発明の精神及び範囲から逸脱しない多くの変形は、当該技術分野に習熟する者 に容易に明らかとなる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ， ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，Ｇ Ｅ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ， ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，Ｐ Ｌ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 リドベック，ニルス アメリカ合衆国27511 ノース カロライ ナ州ケイリイ，クイーンズフェリー ロー ド 207 (72)発明者 ハッサン，アマー，エイ. アメリカ合衆国27513 ノース カロライ ナ州ケイリイ，キイ ウエスト ミューズ 412 (72)発明者 デント，ポール，ダブリュ. スウェーデン国 エス―240 36 ステハ グ，ステハグス プラストガルド

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ＴＤＭＡ通信システムにおける制御局と送信機／受信機との間でデータ・ メッセージを送信する方法であって、ＴＤＭＡ通信チャネルが前記制御局と前記 送信機／前記受信機との間に第１の電力レベルで確立される前記方法において、 前記ＴＤＭＡ通信システムからの１又はそれより多くのフレームを複数のメッ セージ・フレームとして割り付けるステップであって、各メッセージ・フレーム が複数のデータ・スロットを含む前記ステップと、 前記複数のメッセージ・フレームのそれぞれにおける１又はそれより多くのデ ータ・スロットを介して第１の電力レベルより高い第２の電力レベルで前記送信 機／前記受信機にデータ・メッセージを送信するステップと を備えた方法。 ２．各メッセージ・フレームは、更に、複数の順方向訂正チャネル・スロット 、複数の同期チャネル・スロット及び複数のアイドル・スロットを含む請求項１ 記載の方法。 ３．各メッセージ・フレームは前記ＴＤＭＡ通信システムの低速関連チャネル ・フレームである請求項１記載の方法。 ４．前記送信するステップは、複数回実行される請求項１記載の方法。 ５．前記送信するステップは、３回実行される請求項４記載の方法。 ６．各メッセージ・フレームにおける各データ・スロットは、異なる送信機／ 受信機に割り付けられる請求項１記載の方法。 ７．各データ・スロットは複数のデータ・ビットを含み、前記データ制御ワー ドはメッセージ・ビットを含み、各メッセージ・ビットは複数のデータ・ビット により指定される請求項１記載の方法。 ８．更に、前記送信するステップの前に、誤り検出コーディングにより前記デ ータ・メッセージを符号化するステップを備えた請求項１記載の方法。 ９．ＴＤＭＡ通信システムにおいて、 制御局と送信機／受信機との間に第１の電力レベルでＴＤＭＡ通信チャネルを 確立する手段であって、前記ＴＤＭＡ通信チャネルが１又はそれより多くのＴＤ ＭＡフレームからの１又はそれより多くのタイム・スロットを含む前記手段と、 選択された複数のＴＤＭＡフレームを複数のメッセージ・フレームとして割り 付ける手段であって、各メッセージ・フレームが複数のメッセージ・スロットを 含む前記手段と、 各メッセージ・フレームにおける１又はそれより多くのメッセージ・スロット を介して前記第１の電力レベルより高い第２の電力レベルで前記送信機／前記受 信機にデータ・メッセージを送信する手段と を備えたＴＤＭＡ通信システム。 １０．各メッセージ・フレームは、更に、複数の順方向訂正チャネル・スロッ ト、複数の同期チャネル・スロット及び複数のアイドル・スロットを含む請求項 ９記載のシステム。 １１．選択された各メッセージ・フレームは、低速関連チャネル・フレームで ある請求項９記載のシステム。 １２．前記データ・メッセージは複数回送信される請求項９記載のシステム。 １３．前記データ・メッセージは３回送信される請求項１２記載のシステム。 １４．各メッセージ・フレームにおける各データ・スロットは、異なる送信機 ／受信機に割り付けられる請求項９記載のシステム。 １５．各データ・スロットは複数のデータ・ビットを含み、前記データ・メッ セージは複数のメッセージ・ビットを含み、各メッセージ・ビットは複数のデー タ・ビットにより指定される請求項９記載のシステム。 １６．前記データ・メッセージは符号化されている請求項９記載のシステム。 １７．前記データ・メッセージはＣＲＣ誤り検出コーディングにより符号化さ れている請求項１６記載のシステム。 １８．ＴＤＭＡ通信システムにおけるデータ・メッセージを送信する方法にお いて、 複数のＴＤＭＡフレームを複数のメッセージ・フレームとして割り付けるステ ップであって、各メッセージ・フレームが複数のデータ・スロットを含み、各メ ッセージ・フレームからの１又はそれより多くのデータ・スロットが複数の送信 機／受信機のそれぞれに対する個別的な通信チャネルとして割り付けられ、かつ 各フレームの残りのデータ・スロットは第１の電力レベルで送信された通信情報 を搬送する前記ステップと、 前記第１の電力レベルより高い第２の電力レベルでそれぞれ個別的な通信チャ ネルを介してデータ・メッセージを送信するステップと を備えた方法。 １９．各メッセージ・フレームは、更に、複数の順方向訂正チャネル・スロッ ト、複数の同期チャネル・スロット、及び複数のアイドル・スロットを含む請求 項１８記載の方法。 ２０．各メッセージ・フレームは低速関連チャネル・フレームである請求項１ ８記載の方法。 ２１．前記送信するステップは、複数回実行される請求項１８記載の方法。 ２２．前記送信するステップは、３回実行される請求項２１記載の方法。 ２３．各メッセージ・フレームにおける各データ・スロットは、異なる送信機 ／受信機に割り付けられる請求項１８記載の方法。 ２４．各データ・スロットは複数のデータ・ビットを含み、前記データ・メッ セージは複数のメッセージ・ビットを含み、かつ各メッセージ・ビットは複数の データ・ビットにより指定される請求項１８記載の方法。 ２５．更に、誤り検出コーディングにより各データ・メッセージを符号化する ステップを備えた請求項１８記載の方法。