JP2003536284A

JP2003536284A - 衛星通信システムにおける往復遅延を測定するためのシステム及び方法

Info

Publication number: JP2003536284A
Application number: JP2000608526A
Authority: JP
Inventors: ミラー、デビッド・エス; レバノン、ナダフ; アグラワル、アブニーシュ
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 2000-03-30
Publication date: 2003-12-02
Anticipated expiration: 2020-03-30
Also published as: ATE539501T1; BR0009442A; JP4602562B2; TW548911B; KR100808043B1; EP1163744A1; KR20020005631A; CA2363330A1; HK1044240B; AU765290B2; HK1044240A1; EP1163744B1; RU2001129298A; CN1354923A; WO2000059137A1; AU4059100A; US6366762B1; CN100385828C

Abstract

(57)【要約】【課題】衛星通信システムにおける往復遅延を測定するためのシステム及び方法【手段】相対的に移動する、衛星（１０４）及び移動体電話機（１０８）のような、第１及び第２の対象物の間で送信された信号の往復遅延を決定するためのシステム及び方法。第１の信号は第１の対象物（１０４，１０８）から第２の対象物（１０８，１０４）に送信される。第１の信号は伝播遅延Ｄ₁ の後に第２の対象物で受信され（４０８）、遅延Ｄ₁ は第１の対象物から第２の対象物に伝搬するのに第１の信号によって必要とされる時間である。第１の信号の周波数は第２の対象物で測定される（４１２）。第２の対象物はその後測定された第１の周波数の報告を含む第２の信号を第１の対象物に送信する（４１６）。第２の信号は伝播遅延Ｄ₂ の後に第１の対象物で受信され、Ｄ₂ は第２の対象物から第１の対象物に伝搬するのに第２の信号によって必要とされる時間である。第１の対象物は第２の信号の周波数を測定する（４２４）。第１の対象物はその後測定された全体の遅延と、第１及び第２の信号の測定された周波数とから第１及び第２の対象物間のレンジを決定する（４２８）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は一般に無線通信システムに関し、そしてさらに明確には、地球軌道衛
星と通信するユーザ端末の位置を決定するためのシステム及び方法に関する。な
おさらに明確には、この発明はゲートウェイとユーザ端末との間のアクセスチャ
ネル上の往復遅延(round trip delay)を測定するためのシステム及び方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】

移動体電話機位置情報のための無線通信環境においてはますますふえる要求が
ある。例えば、衛星電話通信の将来性(capabilities)の出現で、順位付け(billi
ng) および／または地理的境界を含む種々の理由に関して、ユーザ端末（移動体
電話機）の位置を決定することは重要である。例えば、位置は適切な地上局また
は通信リンクを提供するためのサービスプロバイダ（例えば、電話会社）を選択
するために必要である。サービスプロバイダは典型的に特定の地理的区域を割り
当てられ、そしてその区域内に位置しているユーザとのすべての通信リンクまた
は呼出し(calls)を扱う。同様の考察は、呼出しが政治的境界または種々の契約
関係に基づいてサービスプロバイダに割り当てられねばならないときに発生する
。

【０００３】特に人が位置情報の重要性を見ることができる１つの産業は商業トラック輸送
(trucking)業である。商業トラック輸送業または配達事業では、車両位置決定の
効率的かつ正確な方法に対する需要がある(in demand) 。車両位置情報への間断
のない(steady)アクセスで、トラック輸送会社は幾つかの利益を獲得する。トラ
ック輸送会社は位置、ルート及び有料積載物(payloads)の推定到着時刻を通知さ
れた顧客を確保して(keep)おくことができる。トラック輸送会社はまた、最も経
済的に効率的な経由路(routing paths) 及び手順を決定する経路決定の有効性に
ついての経験的なデータと共に車両位置情報を使用することができる。従来(i
n the past) 、車両位置情報はトラック運転手自身によって、彼等が目的地及び
途中下車地に到着したとき、電話により、トラック輸送会社のホームベースに連
絡されていた。それらはトラックドライバが目的地または途中下車地に到着し、
そしてトラック輸送会社のホームベースに電話する時間がとれる時にのみ生じる
ので、これらの位置報告はよく見ても間欠的(intermittent at best)である。こ
れらの位置報告はまた、事実上(in effect) それらが貨物運送車両の実質的な中
断時間(down time) を引き起こすので、トラック輸送会社にとっては全く損失が
大きい(costly)。この中断時間は、位置報告を行うために、トラクタドライバが
彼の車両をルートから移動し、彼がホームベースに電話するために使用できる電
話機を見付けねばならず、そして位置報告を行うために時間を要するという事実
に帰する。位置報告のこの方法はまた本質的な誤り(inaccuracies)の余地(room)
を残す。例えば、トラックドライバは誤ってまたは故意のいずれかで不正確な情
報を報告するかもしれないし、または到着及び出発の時刻の誤った推定値を報告
するかもしれない。

【０００４】現在、商業トラック輸送業は彼等の貨物牽引トラクタ内での使用のため多方面
に(versatile) 移動通信端末を使用している。これらの端末はトラック輸送会社
のホームベースとトラックとの間の双方向通信を供給することができる。典型的
に、通信はトラックとネットワーク通信センタまたはハブ(hub) との間の衛星経
由である。

【０００５】車両位置決定を行うために各移動端末の無線通信能力を使用することは商業的
トラック輸送業に大きな利益を提供する。トラック輸送会社のホームベースは随
意に(at will) 車両を配置するので、位置報告書はもはや間欠的ではない。位置
を決定するために必要な通信はトラックが途中に(en route)いる間に起こるので
、いかなる貨物牽引車両の中断時間も必要がないであろう。また、トラック輸送
会社のホームベースはほとんど即時に正確な車両位置情報を確かめるので、位置
報告書における誤りは事実上除去されるであろう。

【０００６】しかしながら、衛星と車両との両方がそれらの位置を連続的に変更するときに
は、車両またはユーザ位置を供給するために移動体端末で無線通信能力を使用す
ることは困難である。それは、低または中地球軌道周回(orbiting)（ＬＥＯまた
はＭＥＯ）衛星が信号転送のために使用されるときであり、そしてユーザまたは
車両が急速にまたは頻繁に位置を変更するときである。衛星の軌道及び車両の動
きのために、それらの間の広がり(range) は連続的に変化する。これは衛星と移
動体電話機、そして結局地表上の電話機の位置との間の広がりを正確に測定する
ことを困難にする。この問題は下記の相互に通信する２つの対象物(objects) を
含む１例においてさらに検討される。

【０００７】一般に、相互に通信する２つの対象物間の広がりは、次の方法で決定すること
ができる。第１の対象物は第１の信号を送信して、送信の時刻を書き留める(not
es) 。第２の対象物は第１の信号を受信して、直ちに第２の信号を送信する。第
１の対象物は第２の信号を受信して、第１の信号の送信と第２の信号の受信との
間の総経過時間を書き留める。その後第１の対象物は往復遅延ＲＴＤを関係式Ｒ
ＴＤ＝ｃＤ／２から決定する、ここでｃは光速でありＤは第１の信号の送信と第
２の信号の受信との間の総経過時間である。２つの対象物間の広がりはその後Ｒ
ＴＤから決定することができる。

【０００８】不運にも、この単純な関係式（ＲＴＤ＝ｃＤ／２）は、もし（ａ）２つの対象
物が固定位置を有しており、そして（ｂ）送信及び受信の両ユニットの発振器が
既知で安定である時だけ正確なＲＴＤの値をもたらす。換言すれば、もしも対象
物の１つが他の対象物に対して相対的に移動しているか、および／または送信機
の１つの発振器が本質的に不安定であれば、単純な関係式は正確な結果をもたら
さない。このように、もしも第１の対象物が軌道周回通信衛星のような移動対象
物であり、そして第２の対象物が車載の移動体電話機のようなもう１つの移動対
象物であれば、この関係式は正確な結果をもたらさない。衛星の軌道及び移動体
電話機の移動のために、２つの間の広がりは時間周期Ｄの間に変化する。このシ
ナリオでは、Ｒ₁は衛星が第１の信号を送信する時の衛星と移動体電話機との間
の広がりであり、そしてＲ₂は衛星が第２の信号を受信する時の広がりである。
言うまでもなく、移動体電話機と衛星との間の現実の広がりＲ₁とＲ₂とを決定
することは困難である。広がりはゲートウェイと移動体電話機との間の信号の往
復遅延ＲＴＤの関数として決定することができる。したがってメカニズムはＲＴ
Ｄを正確に決定する必要がある。以前は、わずかに異なる２つの時間(time in
stances)にある衛星から移動体電話機への広がりであるＲ₁ またはＲ₂ のいずれ
かを、それらの合計を含む測定結果から正確に決定することができなかったので
、移動体電話機の位置を効果的に決定することは困難であった。もしもＲ₁ また
はＲ₂ を効果的に決定する方法が提供されるならば、移動体電話機の位置を決定
することはできるであろう。Ｒ₁（またはＲ₂ ）、及び広がり速度(range-rate)
と等しいところの絶対ドップラーを使用して移動体電話機の位置を決定すること
ができる。広がり速度を決定することに使用可能な、真実のドップラーを獲得す
ることは、１９９８年９月９日出願の関連特許出願番号０９／１５０，５００、
標題“衛星通信システムにおける正確な広がり及び広がり速度決定（Ａｃｃｕｒ
ａｔｅＲａｎｇｅａｎｄＲａｎｇｅＲａｔｅＤｅｔｅｒｍｉｎａｔｉ
ｏｎｉｎａＳａｔｅｌｌｉｔｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＳｙｓｔ
ｅｍ）”の主題であり、これは引用されてここに組み込まれる。その開示の技術
はこの中に（内部の式１８参照）簡単に記述されているだけである。このように
、Ｒ₁ 及びＲ₂ を決定することの重要な結論は、それから移動体電話機の位置を
得ることが可能であるだろうということである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

本発明は、相対的に移動する、衛星及び移動体電話機のような、第１及び第２
の対象物の間で送信された信号の往復遅延を決定するためのシステム及び方法に
向けられる。この発明の１局面では、第１の信号は第１の対象物から第２の対象
物に送信される。第１の信号は伝播遅延Ｄ₁ の後に第２の対象物において受信さ
れ、遅延Ｄ₁ は第１の信号が第１の対象物から第２の対象物に伝搬する(travers
e)のに必要とされる時間である。第１の信号の周波数は第２の対象物で測定され
る。第２の対象物はその後測定された第１の周波数の報告を含む第２の信号を第
１の対象物に送信する。第２の信号は伝播遅延Ｄ₂ の後に第１の対象物において
受信され、Ｄ₂ は第２の信号が第２の対象物から第１の対象物に伝搬するのに必
要とされる時間である。第１の対象物は第２の信号の周波数を測定する。第１の
対象物はその後測定された遅延と第１及び第２の信号の測定された周波数とから
往復遅延を決定する。

【００１０】もう１つの局面では、この発明は、第１の信号が第１の対象物から送信される
ところの相対的に移動する、第１及び第２の対象物の間で送信された信号の往復
遅延を決定することに向けられる。第１の信号は伝播遅延Ｄ₁ の後に第２の対象
物において受信される。第２の対象物はその後第２の信号を第１の対象物に送信
し、それは伝播遅延Ｄ₂ の後に第１の対象物において受信される。第２の信号の
周波数は第１の対象物において測定される。第１の対象物はその後測定された遅
延と第１の信号周波数とから往復遅延を決定し、この往復遅延は第２の信号によ
って伝搬された広がりの関数である。

【００１１】なお先の局面では、この発明は、第１の信号が第１の対象物から送信されそし
て伝播遅延Ｄ₁ の後に第２の対象物で受信されるところの相対的に移動する、第
１及び第２の対象物の間で送信された信号の往復遅延を決定することに向けられ
る。第２の対象物は第１の信号から周波数を測定しそして測定された第１の信号
周波数の報告を含む第２の信号を第１の対象物に送信する。第２の信号は伝播遅
延Ｄ₂の後に第１の対象物で受信される。第１の対象物はその後第１の信号周波
数から往復遅延を決定し、この往復遅延は第２の対象物から第１の対象物への第
２の信号の伝播の間に経験された遅延の関数である。

【００１２】この発明の種々の実施例の構成(structure) 及び動作はもちろん、本発明のさ
らなる特徴及び長所は、添付の図面を参照して下に詳細に記述される。

【００１３】

【発明の実施の形態】

本発明は添付の図面を参照して記述されるであろう。図面では、類似の参照番
号は通常同一の、機能的に同様な、および／または機構的に同様な要素を示す。
１つの要素が最初に現れる図面は参照番号において最も左の数字(leftmost digi
t(s)) によって示される。

【００１４】１．概論及び発明の検討移動体電話通信システムでは、そして特に衛星電話システムでは、移動体電話
機ユニット（またはユーザ端末）の位置を決定することが望ましくそして重要で
ある。ユーザ端末位置情報についての要望は幾つかの考察から生ずる(stems) 。
まず、ユーザ端末の位置は、そのユーザが位置する地理的領域を決定し、そして
それはどのサービス会社がその領域内のユーザに通信サービスを供給するかを決
定する。このように、ユーザ端末の位置を決定することは、適切なサービスプロ
バイダがユーザに通信サービスを提供することについての順位付けクレジット(b
illing credit)を受け取ること、契約したサービスまたは特徴(features)が供給
されること、あるいは最も適切な地上局が使用されることを保証するために(to
ensuring) 欠くことができない(pre-requisite) 。

【００１５】政治上の境界に基づく地政学上の問題(issues)も存在する状況では考慮に入れ
なければならない。国＃１と国＃２とが敵意のある隣人である下記のシナリオを
考慮されたい。ユーザ端末はサービスプロバイダが通信サービスを提供する国＃
１内で動作する。もしも、国＃２内のサービスプロバイダがサービスについての
順位付けクレジットを誤って受け取ると、誤って記入された(credited)金額を国
＃２から国＃１に移すことは困難であるかもしれない。もしも２国間を旅行する
ユーザのためのサービスについて種々の契約関係があれば、適切なサービスレベ
ル、ユーザの現在位置等を提供することもまた困難であるかもしれない。

【００１６】位置決定への１つの従前のアプローチは米国海軍のトランジット・システム(T
RANSIT system)によって使用されたものである。このシステムでは、ユーザ端末
は低地球軌道（ＬＥＯ）衛星によって報知された信号の連続ドップラー測定を実
行する。測定は数分間続く。システムは通常、１００分以上の待ち合わせを要し
て、衛星の２度の通過を必要とする。さらに、位置計算がユーザ端末によって実
行されるので、衛星はそれの位置（また“天体暦(ephemeris) ”としても知られ
ている）に関する情報を報知しなければならない。トランジット・システムは（
１メートルのオーダでの）高精度が可能であるが、位置を確立するのに必要な遅
延は商業衛星通信システム内での使用にとっては受け入れられない。

【００１７】もう１つの従前のアプローチはアルゴス(ARGOS) 及びサルサット(SARSAT)（捜
索救助衛星(Search and Rescue Satellite) ）・システムによって使用されたも
のである。このアプローチでは、ユーザ端末は間欠ビーコン信号を衛星上の受信
機に送信し、この受信機は信号の周波数測定を行う。もしも衛星が４ビーコン信
号以上をユーザ端末から受信すると、それは通常ユーザ端末の位置について解決
する(solve) ことができる。ビーコン信号は間欠的であるので、ＴＲＡＮＳＩＴ
システムによって実行されたもののような、拡張ドップラー測定は利用できない
。

【００１８】もう１つの従前のアプローチはグローバル・ポジショニング・システム(Globa
l Positioning System) （ＧＰＳ）によって使用されたものである。このアプロ
ーチでは、各衛星は衛星の天体暦を含む時―刻印(time-stamped)信号を報知する
。ユーザ端末がＧＰＳ信号を受信すると、ユーザ端末はそれ自身のクロックに関
係のある送信遅延を測定しそして送信衛星の位置への疑似の広がり(pseudo-rang
e)を決定する。ＧＰＳシステムは２次元測位(two-dimentional positioning) 用
の３つの衛星、及び３次元測位用の第４の衛星を必要とする。

【００１９】ＧＰＳアプローチの１つの不便なこと(disadvantage)は少なくとも３つの衛星
が位置決定のために必要なことである。ＧＰＳアプローチのもう１つの不便なこ
とは、計算がユーザ端末により実行されるので、ＧＰＳ衛星はそれらの天体暦情
報を報知しなければならず、そしてユーザ端末は必要な計算を行うために計算資
源を所有しなければならないことである。

【００２０】上述したすべてのアプローチの不便なことは、これらのアプローチを使用する
ために、通信システムよって要求されるもののほかに、ユーザ端末は別々の送信
機または受信機を持たねばならないことである。これらの理由により、衛星通信
環境内の多くは急速な位置決定ができる位置決定システムの必要性が認められて
いた。また、衛星及びユーザ端末で最小の追加資源を有してユーザ端末の位置を
正確に決定する低コストの位置決定システムの必要がある。

【００２１】衛星通信システムでは、移動体ユーザ端末の位置は衛星と移動体ユーザ端末と
の間の広がり及びその広がりの変化率(rate of change)の関数として決定するこ
とができる。両者はゲートウェイ（固定地上局トランシーバ）から衛星インター
フェイス経由で移動体ユーザ端末に送信されそしてゲートウェイに返送された信
号の往復遅延、移動体ユーザ端末で行われた周波数測定値、及びゲートウェイで
行われた周波数測定値の関数である。地球周囲の軌道内の衛星の動き及び地表上
の移動体電話機の動きのため、２つの間の距離または広がりは連続的に変化する
。

【００２２】ユーザ端末と衛星との間の幾何学的関係における変化への最大の寄与は衛星の
運動のためである。ＬＥＯ衛星は時速１６，０００マイルまたは秒速約４．４マ
イルのオーダの軌道速度で進行する。これとは対照的に、ユーザ端末は時速６０
マイル以下（秒速約８８フィート）の代表的地上速度で進行する。ユーザ端末の
位置の変化は衛星位置における変化と対比して非常に小さいのでユーザ端末の位
置の変化は実際上無視できる。しかしながら、この相対運動のため、移動体電話
機（またはユーザ端末）と衛星との間の距離を正確に測定することは困難である
。その結果として、移動体電話機の位置を決定することは困難である。これは移
動体電話機の位置を正確に決定する必要性がある無線通信システムに１つの問題
を引き起こす。

【００２３】本発明はこの問題への１つの解を提供する。本発明はゲートウェイと移動体電
話機との間で送信された信号の往復遅延を決定するための方法を提供する。この
情報から移動体電話機と衛星との間の距離または広がりを決定することができる
。本発明の重要な結論は、それが移動体電話機の位置を続けて(subsequently)正
確に決定するための方法も提供することである。

【００２４】本発明の効用が衛星及び移動体電話機に限定されないことは注意されなければ
ならない。実際、広い意味で、本発明は相互に通信するいかなる２つの移動対象
物の間の広がりを決定するためにも使用することができる。

【００２５】２．実例環境この発明を詳細に記述する前に、この発明が実施できる実例環境を記述するこ
とは有用である。広い意味で、この発明は種々様々な通信システムで実施するこ
とができる。１つのそのような通信システム１００が図１に示される。特に、図
１は軌道パスＯ内を動いている衛星１０４を示す。移動局、電話機、またはユー
ザ端末１０８は地球Ｅの表面にまたはその近くに実際上位置している。移動体電
話機１０８はセルラ電話機、あるいはデータまたは位置決定トランシーバのよう
な、しかしそれに限定されない、そして望まれるように手持ちまたは車載される
、無線通信装置を含む。しかしながら、この発明の教えは位置決定が望まれる固
定ユニットに適用されてよいこともまた理解される。衛星は、ゲートウェイ（Ｇ
Ｗ）と呼ばれる固定地上局１１２を通して、ユーザ端末（ＵＴ）と呼ばれる移動
体電話機１０８へ信号を送信し、そして移動体電話機から信号を受信する。

【００２６】図１は動的環境での衛星１０４と移動体電話機１０８との間の距離を測定する
ことに関連する難しさを説明するために示される。この動的環境は衛星１０４の
それの軌道Ｏ内の動きとＵＴ１０８の地表上の動きとによって引き起こされ、そ
こでは衛星１０４とＵＴ１０８との間の距離は連続的に変化する。これはそれら
の間の距離及び結局ＵＴ１０８の位置を正確に測定することを困難にする。

【００２７】この実例環境及び下文では、ゲートウェイ１１２は衛星１０４経由でＵＴ１０
８と通信する。時刻ｔ_-1で、ゲートウェイ１１２は順方向アップリンク(uplink)
ページング信号Ｓ_fuを衛星１０４に送信する。この時刻をｔ_-1と呼ぶ理由は下で
明確になるであろう。時刻ｔ₀ で、衛星１０４内の回路は信号Ｓ_fuを順方向ダウ
ンリンク(downlink)信号Ｓ_fdに変換し、そしてそれをＵＴ１０８に送信する。Ｕ
Ｔ１０８は信号Ｓ_fdを時刻ｔ₁ で受信する。ＵＴ１０８は衛星１０４によって時
刻ｔ₂ で受信されるところの逆方向アップリンク信号Ｓ_ruを直ちに送信する。衛
星１０４は信号Ｓ_ruをその後ゲートウェイ１１２に送信し、それがゲートウェイ
１１２によって時刻ｔ₃ で受信されるところの逆方向ダウンリンク信号Ｓ_rdに変
換する。信号Ｓ_fuとＳ_fdとは１またはそれ以上のページングチャネル上に送信さ
れる。信号Ｓ_ruとＳ_rdはユーザ端末がゲートウェイに“アクセス”するためにり
使用されるアクセスチャネル上を送信される。ユーザ端末はゲートウエイにアク
セスしシステムに登録し、呼び出しを行い(place a call)、あるいはアクセスメ
ッセージを含むデータをアクセスチャネル上で送信することにより、ゲートウェ
イによって送られたページング要求を承認する。

【００２８】時刻ｔ₀ とｔ₂ との間の経過時間周期の間、すなわちｔ₂ −ｔ₀ の間、衛星１
０４はその位置を変更した。ＵＴ１０８もまたその位置を変更したかもしれない
。しかしながら、上述した理由によって、ＵＴ１０８の位置変更は無視されるか
もしれない。結果として、ＵＴ１０８と衛星１０４との間の広がりはＲ₁ からＲ₂ に変化する。上に注意したように、位置の変更に関する最大の寄与は軌道内の
衛星の動きに帰される。

【００２９】本発明はこの実例環境との関係で(in term of)記述される。この関係における
記述は便宜上のものである。この発明がこの実例環境における適用に限定される
ものではない。実際、次の記述を読んだ後には、関連技術における熟練者には代
替環境におけるこの発明の実施の仕方が明確になるであろう。

【００３０】３．本発明この発明では、ゲートウェイ１１２はページング信号Ｓ_fuを周期的な間隔で送
信する。この発明の目的上、信号Ｓ_fuはゲートウェイ１１２によって時刻ｔ_-1で
送信されそして衛星１０４によって時刻ｔ₀ で受信されるものと考える。ゲート
ウェイ１１２にある(located) 送信機は衛星１０４とゲートウェイ１１２との間
の相対運動によるドップラーシフトを補償するために順方向リンク信号Ｓ_fuの周
波数を事前補正する(pre-corrects)。ゲートウェイ１１２に対する衛星１０４の
相対運動はよく知られているために、信号が衛星１０４に到達したときその信号
が相対運動により何かのドップラーシフトを経験したことを表わしていない(not
appear)ように、信号は補償される。言い換えれば、信号Ｓ_fuはこのドップラー
シフトを補償するために送信機によって事前補正される。

【００３１】さらに、ゲートウェイ１１２で送信機は信号Ｓ_fuのタイミングを事前補正する
。５乃至１５ｍｓのオーダの信号遅延は、ゲートウェイ１１２からの送信時刻と
衛星１０４による受信時刻との間間で起こり得る。同様の遅延は衛星１０４とＵ
Ｔ１０８との間で送信される信号において発生する。順方向リンクでは、信号Ｓ_fu のタイミングのみが事前補正される。信号Ｓ_fuのタイミングは、信号が既知の
タイミングを有しまたは衛星時刻(satellite time)と呼ばれる既知の時刻に衛星
に到着するように、連続的に調節される。このように、ゲートウェイ送信機は、
信号がゲートウェイと衛星との間の距離には無関係な所定の時刻に衛星において
同期されるように、衛星１０４に送信される信号Ｓ_fuのタイミングを調節する。

【００３２】タイミングを事前補正することの１つの結果は、伝播遅延内の変動によるユー
ザ端末でのタイミングの不確定性(uncertainty) が減少されることである。順方
向リンク信号のアップリンク部のタイミングは既知であるので、伝播遅延による
不確定性のみが順方向リンクのダウンリンク部で発生する。このように、タイミ
ングを事前補正することによって、順方向リンク信号内のタイミングの不確定性
はおよそ半分まで減少される。

【００３３】周波数およびタイミングへの類似の事後補正(post-correction) の調節が、衛
星１０４からゲートウェイ１１２に送信される信号Ｓ_rdになされる。しかしなが
ら、衛星１０４とＵＴ１０８との間の広がりが既知ではないので、システムは信
号Ｓ_fdまたはＳ_rdを事前補正できない。

【００３４】ＣＤＭＡシステムにおいて、信号のタイミングを連続的に事前補正及び事後補
正することは、ＰＮ拡散符号シーケンス内の各符号がゲートウェイと衛星との間
の距離には無関係に他の衛星またはゲートウェイと同時にいかなる特定の衛星ま
たはゲートウェイにも到着する結果となる。言い換えれば、衛星での順方向リン
ク信号のアップリンク部及びゲートウェイでの逆方向リンク信号のダウンリンク
部はいかなる符号ドップラーも示さない。したがって、望ましくは、衛星１０４
で受信される信号は、恰もそれがゲートウェイ１１２から同時に送信されたかの
ように(as though) 衛星１０４によって実際上見られるように、信号Ｓ_fuはドッ
プラー及び時刻について事前補正される。このように衛星１０４が信号Ｓ_fuを受
信する時刻は時刻ｔ₀として示される。

【００３５】信号の事前補正及び事後補正は米国特許出願番号０８／７２３，４９０、標題
“非静止衛星通信システムのための時刻及び周波数補正（Ｔｉｍｅａｎｄ
ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＣｏｒｒｅｃｔｉｏｎＦｏｒＮｏｎ−Ｇｅｏｓｔａｔ
ｉｏｎａｒｙＳａｔｅｌｌｉｔｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＳｙｓｔｅ
ｍ）”、１９９６年９月３０日、エス・クレム（Ｓ．Ｋｒｅｍｍ）名で出願、に
詳細に記述され、その開示は引用されてそのままここに組み込まれる。

【００３６】上に注意したように、ゲートウェイ１１２は搬送波変調信号Ｓ_fuとしてのメッ
セージを衛星通信システムのページングチャネル上に時刻ｔ_-1で送信する。この
メッセージは少なくともゲートウェイ１１２によって実行された事前補正につい
て調節されたメッセージの送信時刻を含む。衛星１０４は搬送波変調信号Ｓ_fdを
時刻ｔ₀ で送信する。信号Ｓ_fdはＵＴ１０８により時刻ｔ₁ で受信される。信号
Ｓ_fdの受信で、ＵＴ１０８は直ちに搬送波変調応答メッセージを信号Ｓ_ruとして
送信する。応答メッセージはゲートウェイ１１２によって往復遅延を決定するた
めに使用されるべき情報を含む。応答メッセージに含まれる情報の重要な一部は
ＵＴ１０８によって認められた(perceived)ような信号Ｓ_fdの受信時刻である。
しかしながら、この時刻情報はゲートウェイ１１２によって直接使用することは
できない。ＵＴ１０８での信号Ｓ_fdの受信時刻はＵＴ１０８内の局部発振器によ
り供給される信号に基づいたローカルユーザ端末時刻に従って測定される。問題
はＵＴ１０８内の局部発振器が本質的(inherently)に不安定または変化しやすい
ことである。すなわち、コストを下げそして回路を簡単にするために、ＵＴ発振
器は比較的安く、そして出力信号内に及びそのような信号に基づいていかなる時
刻測定にもエラーを生じ、それらを不正確にするドリフト(drift) 及び他の変動
を受ける傾向がある。ＵＴ１０８内の水晶発振器は１０ｐｐｍのオーダの周波数
エラーを有するかもしれない。これは時刻測定に重要なエラーを持ち込み得る。

【００３７】ＵＴ１０８によって信号Ｓ_ru上で送信された応答メッセージは衛星１０４で時
刻ｔ₂ に受信され、そしてゲートウェイ１１２で信号Ｓ_rdとして時刻ｔ₃ に受信
される。応答メッセージは、、ＵＴ１０８がゲートウェイ１１２により送られた
送信メッセージを受信した時刻についての情報を含む。その時刻はＵＴ１０８に
より感知される。。ゲートウェイ１１２は、それが信号Ｓ_rd内に含まれる情報の
測定結果を時刻ｔ₄ に取る前に、信号Ｓ_rdを受信し始めた後の１周期の時間の間
待機する。ゴールはメッセージの開始後にできるだけ長く待つことである。時刻
追跡回路は待ち合わせが長ければ長いほどより堅実に(solidly) ロック(locks)
するので、より正確な測定を保証する。

【００３８】信号Ｓ_rd内のメッセージのタイミングを測定し始めるのに余りに長く待機する
ことには問題がある。ＵＴ１０８はＵＴ１０８が時刻を感知する時点でその送信
を開始できる。しかしながら、ＵＴ１０８はそれのメッセージを組み立て、そし
てこのメッセージ内に信号Ｓ_fd内のメッセージを受信した時刻と信号Ｓ_rd上の応
答メッセージの送信を開始する時刻とを設定しなければならない。応答メッセー
ジに入れられるものはＵＴ１０８が信号Ｓ_rd上のメッセージを受信した時刻Ｔ_RX である。これはＵＴ１０８が信号Ｓ_ru上にそのメッセージを送信する時刻Ｔ_TXに
等しい。

【００３９】ＵＴ１０８によって発生される応答メッセージはある複数の特性を有する。１
つはデータがあるレート(rate)でクロックアウト(clocked out) されることであ
る。もう１つの特性は情報信号が搬送波周波数上で変調されることである。両特
性はＵＴ１０８内の同じ本質的にエラーしやすい水晶発振器から導き出される。
もしゲートウェイ１１２がＵＴ１０８によって発生された信号の周波数を測定で
き、そしてその周波数が何であるべきかを決定でき、そして測定によってその周
波数が実際に存在することをゲートウェイ１１２が知るならば、その後ゲートウ
ェイ１１２は周波数測定値の差に基づいてＵＴ１０８の局部発振器の特性を決定
することができる。今、信号Ｓ_ruとＳ_rd上に送信されたデータをクロックするた
めにも使用されているところのＵＴ１０８の局部発振器についての情報を知って
、ゲートウェイ１１２はその情報をＵＴ１０８によって送信されたメッセージの
真実の長さを決定するために使用することができる。この情報から、ゲートウェ
イ１１２はその後ＵＴ１０８によって送信されたメッセージの実際の開始のより
良い推定(estimate)を決定することができる。

【００４０】本発明の特徴は、ＵＴ１０８から受信した信号上で作られる周波数測定値をゲ
ートウェイ１１２が使用でき、そしてＵＴ１０８がそのメッセージを送信し始め
た実際の時刻の最良の推定を決定するために測定された周波数を理論的搬送波周
波数と比較できるという認識である。しかしながら、それだけでは、この測定は
ＵＴ１０８の位置を正確に決定するために必要な情報を提供しない。ＵＴ１０８
によって送信された信号の周波数を単に測定することは、その軌道内の衛星１０
４の運動によって引き起こされるドップラー効果を考慮に入れていない。ドップ
ラー効果は送信信号の周波数とは異なる受信信号の周波数を引き起こす。その上
、信号Ｓ_fd，Ｓ_ru及びＳ_rdのそれぞれはドップラーによる影響を受ける。ドップ
ラー自身は変化する。これはこの発明のアルゴリズムまたは方法工程を満すこと
ができるか、または無視することができるかのいずれかの２次的効果を形成する
。本発明の方法及びシステムは、位置決定のために必要な１組の測定値を作成す
る。本発明はある瞬間時でのＵＴ１０８と衛星１０４との間の距離を決定するた
めにＵＴ１０８の内部クロックタイミングにおけるエラーを補償する。このこと
から、ＵＴ１０８の位置をその後決定することができる。ゲートウェイ１１２は
時刻ｔ₄ にＵＴ１０８から受信された信号を測定し始める。ゲートウェイ１１２
はその後ＵＴ１０８から受信されたメッセージの長さを測定する。ゲートウェイ
１１２はその後受信メッセージの開始時刻を決定するために測定値の時刻からメ
ッセージの長さを減算する。この測定値は受信信号の正確な開始／受信時刻ｔ₃ を供給する。この情報から、衛星１０４とＵＴ１０８との間の距離を計算するこ
とができる。

【００４１】行われるもう１つの測定はゲートウェイ１１２で受信された信号の搬送波周波
数である。ドップラーについての補正によって、ＵＴ１０８の送信周波数はその
後決定することができる。

【００４２】要約して、下記の情報は既知であるかあるいは計算または推定可能かのいずれ
かである：１．ゲートウェイ１１２で受信された信号Ｓ_rdの周波数は測定可能である。

【００４３】２．ゲートウェイ１１２と衛星１０４との間の距離は良好な近似値で既知であ
る。

【００４４】３．ゲートウェイ１１２から衛星１０４への信号Ｓ_fuの周波数は既知である。

【００４５】４．ゲートウェイ１１２と衛星１０４との間のドップラーは既知である。

【００４６】５．衛星１０４での信号Ｓ_ruの周波数は上の既知または測定された情報から計
算可能である。

【００４７】６．衛星１０４からＵＴ１０８への信号Ｓ_fdのドップラーは合理的に推定可能
である。

【００４８】前述の既知の、測定できるまたは合理的に推定できる情報から、それはＵＴ１
０８の送信周波数を推定するために補正し戻す(correct back)ことができる。

【００４９】衛星１０４は順方向アップリンク周波数を順方向ダウンリンク周波数に翻訳す
るための、そして逆方向アップリンク周波数を逆方向ダウンリンク周波数に翻訳
するためのトランスレータを含む。これらの周波数は本例のシステムでは異なる
ものであると仮定される一方で、なおドップラーを受けるあろう翻訳処理を簡単
化するある通信システムの設計ではそれらは同じであることができる。衛星では
トランスレータは名目上の周波数ばかりでなく、それはドップラー周波数をも翻
訳する。このように、翻訳される実際の周波数は名目上プラスドップラーの（ｆ_n ＋ｆ_d ）である。

【００５０】本発明は主として、衛星が周波数トランスレータを有する“ベントパイプ(ben
t pipe) ”としてのみ働く環境で動作することを意図する。この発明と共に使用
を期待される衛星は、ドップラーに対する補正のようなタスクを達成するために
それらの中に構築された知能を持たない。さらに、逆方向アップリンク及び順方
向ダウンリンク周波数上でドップラーを補正することは衛星にとって困難である
。これは衛星がユーザ端末の位置を知らないからである。その上、衛星は複数の
ユーザ端末から信号を受信しそして同時にそれらに信号を送信している。たとえ
ユーザ端末の位置が既知であったとしても、衛星は複数のユーザ端末へ及びそれ
らからの各同時送信(concurrent transmission) に関してドップラーを補正しな
い。アップリンク及びダウンリンク信号の１つまたは両方でのドップラーに対し
て補正するために知能を有する衛星システム内に本発明の技術を使用することが
望まれる関連したアルゴリズム内で適切な変更を行うことは、関連技術分野の熟
練技術者には明白であるだろう。

【００５１】図２は順方向ダウンリンク及び逆方向アップリンク信号のタイミング図である
。図において、点ｔ_a は順方向ダウンリンク信号のタイミング点を示し、この信
号は、往復信号遅延を決定するためにゲートウェイ１１２によって使用されるべ
き応答信号のその送信をＵＴ１０８が始めるマーカとして、ＵＴ１０８によって
選択される。タイムマーカｔ_a はゲートウェイ１１２によって発生され、そして
信号Ｓ_fu及びＳ_fd内のその時間位置(temporal position）はゲートウェイによっ
て既知である。マーカｔ_a は信号Ｓ_fdの部分として衛星１０４から送信され、そ
して遅延Ｄ₁ の後ＵＴ１０８で受信される。遅延Ｄ₁ は衛星１０４とＵＴ１０８
との間の距離の関数である。ＵＴ１０８によるマーカｔ_a の受信で直ちに、そし
て異なるＵＴからの信号間の衝突を避けるために約２００ミリ秒以上でないオー
ダで小ビルトイン(built in)遅延Ｄ_r を受けさせ(subject) 、ＵＴ１０８は応答
信号をその逆方向アップリンクチャネルに送信し始める。

【００５２】種々のアクセス信号フォーマットが使用可能である一方で、ＵＴ１０８によっ
て送信されたアクセス信号のための望ましい構造は３部分：予備プリアンブル（
ブロックＡ）、主プリアンブル（ブロックＢ）、及びデータブロック（ブロック
Ｃ）を含む。従って、各アクセスメッセージはプリアンブルアドレス部（図２内
のブロックＡ及びＢ）とデータ部（図２内のデータブロックＣ）に分割される。
各メッセージプリアンブル部の送信は、ゲートウェイにそれの追跡回路を調整さ
せ、そしてデータ部の到着前に受信信号と同期させるために所定の時間周期によ
るデータ部の送信の先に起こる。このタイプの信号の使用は、米国特許出願番号
０９／０９８，６３１、標題“アクセス送信のための迅速な信号の獲得及び同期
（ＲａｐｉｄＳｉｇｎａｌＡｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎＡｎｄＳｙｎｃｈｒ
ｏｎｉｚａｔｉｏｎＦｏｒＡｃｃｅｓｓＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）”、
１９９８年６月１６日出願、において詳細に検討され、その開示は引用されてそ
のままここに組み込まれる。

【００５３】信号Ｓ_ruは衛星１０４で時刻ｔ_m に受信される。これはプリアンブル（ブロッ
クＡ及びＢ）の末尾が衛星１０４によって受信される点である。遅延周期Ｄ₂ は
時刻ｔ_m での衛星パス遅延に等しく、これはＵＴ１０８と衛星１０４との間の距
離による送信時間における遅延である。プリアンブルブロックＡ及びＢとデータ
ブロックＣとから成る信号は実際にゲートウェイ１１２で受信される。しかしな
がら、ゲートウェイ１１２はいつでも(at any one time) 衛星の正確な位置を知
っているので、ゲートウェイ回路は信号Ｓ_ruのプリアンブルブロックＡ及びＢの
末尾が衛星１０４で受信された時を決定するために逆方向ダウンリンク信号Ｓ_rd 上で事後補正を行うことができる。データブロックＣはタイムマーカｔ_a につい
ての情報を含む。ゲートウェイ１１２もまたブロックＡ及びＢの長さを知ってい
る。ゲートウェイ１１２はギャップＤ₁ またはＤ₂ の長さあるいはＵＴ１０８に
よって送信された信号の周波数を知らない。

【００５４】さらに、ゲートウェイ１１２はドップラー周波数を考慮に入れなければならな
い。ＵＴ１０８から衛星１０４への送信コースに渡ってドップラーは意味のある
変化はしないと仮定してよい。

【００５５】本発明に従って、ゲートウェイ１１２はページングチャネルに信号を送信する
。この信号は伝播遅延Ｄ₁ の後にＵＴ１０８によって受信される。ゲートウェイ
１１２とＵＴ１０８との間の信号によって伝搬される(traversed) 距離は順方向
距離と呼ばれる。

【００５６】ＵＴはアクセスメッセージのプリアンブル部を、アクセス信号の衝突を避ける
ために所定のガードインターバルＤ′_r の後に送信する。プリアンブル部は伝播
遅延Ｄ₂ の後にゲートウェイ１１２によって受信される。ＵＴ１０８と衛星１０
４との間のプリアンブル部によって伝搬される距離は逆方向距離と呼ばれる。

【００５７】ＵＴ１０８がゲートウェイによって送信された信号を受信すると、それは送信
されたゲートウェイ信号から第１の周波数を測定し、その測定値をアクセスメッ
セージのデータ部内のゲートウェイ１１２に中継し返す。あるいはまた、複雑
さを減らして処理を簡単化するために、ＵＴは内部発振器周波数から受信信号の
相対オフセットを測定し、この測定されたオフセットをデータとしてゲートウェ
イに供給する。ゲートウェイ１１２はデータ部から第２の周波数を測定する。

【００５８】１つのゴールはＤ_measについて解決することであり、Ｄ_measはプリアンブル部
の末尾が受信されると期待される時刻ｔ_b とプリアンブル部の末尾が衛星１０４
で実際に受信されるときの時刻ｔ_m との間の測定された遅延である。

【００５９】本発明は４つの別々ではあるが関連のある方法に分類できる。方法１はＵＴと
ゲートウェイの両方で周波数測定を要する高精密度の実施であり、ゲートウェイ
でのアクセススロットの開始に相当する時間値で衛星をＵＴレンジに与える(yie
lds)。方法２は方法１の、より低い精度での近似である。方法２は周波数測定を
ゲートウェイにのみ要求する。方法３はＵＴとゲートウェイの両方で周波数測定
を要する高精密度の実施であり、プリアンブル部（ｔ_m ）の末尾がゲートウェイ
で受信される時間値で衛星をＵＴレンジに与える。方法４は方法３の、よ低い精
度のバージョンである。方法４は周波数測定をＵＴにのみ要求する。これらの方
法は、下記のインデックスを引用して、下で詳細に検討される：ｔ_a ＝衛星１０４での（そして事前補正の結果として、ゲートウェイ１１２で
の）ページングチャネル上のアクセスプローブの開始。

【００６０】ｔ_b ＝ｔ_a ＋Ｄ_ba ｔ_m ＝衛星１０４での（そして事後補正の結果として、ゲートウェイ１１２で
の）測定値。

【００６１】Ｄ_ba＝信号Ｓ_ruのプリアンブルの所定の期間(duration)（例えば、アクセスプ
ローブのプリアンブルブロックＡ及びＢの名目上の長さ）。

【００６２】Ｄ′_ba＝ＵＴクロックエラーによるエラーと共に発生されたような信号Ｓ_ruの
プリアンブルの所定の期間。

【００６３】Ｄ_r ＝（衝突回避のための）ＵＴ１０８での信号Ｓ_fdの受信と信号Ｓ_ruの送信
開始との間のランダム遅延。

【００６４】Ｄ′_r ＝クロックエラーのためＵＴ１０８により実際に発生されたようなラン
ダム遅延。

【００６５】Ｄ₁ ＝ｔ_a での衛星−ＵＴパス(path)遅延Ｄ₂ ＝ｔ_m でのＵＴ−衛星パス(path)遅延（衛星−ゲートウェイ遅延は既知で
事前補正される）。

【００６６】ｆ_F ＝衛星からＵＴに送信された名目上の搬送波周波数（“順方向周波数”と
して知られる）ｆ_R ＝ＵＴから衛星に送信された名目上の搬送波周波数（“逆方向周波数”と
して知られる）ｆ_offset＝周波数ｆ_F でのＵＴの周波数オフセットｆ_D ＝周波数ｆ_F のドップラーシフトｆ_D ／ｆ₀ ＝正規化されたドップラー周波数Ｄ_meas＝プリアンブル部の予期された末尾とプリアンブル部の実際に受信され
た末尾との間で測定された遅延。

【００６７】Ｒ₁ ＝Ｒ_sat-UT（ｔ_a ）、（ｔ_a ）はゲートウェイ１１２でよく定義される時
間値である。

【００６８】Ｒ₂ ＝Ｒ_sat-UT（ｔ_m ）、ゲートウェイ１１２が受信したプリアンブル部の末
尾を確認するとき、（ｔ_m ）もまたゲートウェイ１１２でよく定義される時間値
である。

【００６９】

【数１】（レンジレートは一定と推定される）ｃ＝光速方法１今図２を参照して、時刻ｔ_a で、衛星１０４は信号Ｓ_fdをページングチャネル
上に送信する。ＵＴ１０８は信号Ｓ_fdを遅延周期Ｄ₁ の後に受信する。衛星−電
話器パス遅延としても知られる、Ｄ₁ は関係Ｄ₁ ＝Ｒ₁ ／ｃここでＲ₁ ＝信号Ｓ_fdの送信時刻での衛星１０４とＵＴ１０８との間の距離ま
たは広がり。

【００７０】ＵＴ１０８は受信された信号Ｓ_fdの周波数を測定する。この測定値は２つのフ
ァクタ：ＵＴの内部クロックの局部発振器エラー、及び衛星１０４とＵＴ１０８
との間の相対運動によって引き起こされるドップラー効果、による実際の送信周
波数からのオフセットである。ＵＴ１０８によって認められたような信号Ｓ_fdの
周波数の測定値は信号Ｓ_ruのデータ部内に符号化され、そしてゲートウェイ１１
２に返送される。信号Ｓ_ruはタイムマーカｔ_aがＵＴ１０８のアンテナで受信さ
れる正確な瞬間、プラス、上で注意したように、信号の衝突を避けるために短い
遅延Ｄ_r で送信される。

【００７１】アクセスメッセージのプリアンブル部及びデータ部から成る信号Ｓ_ruは、時刻
ｔ_m にゲートウェイ１１２で受信される。信号Ｓ_ruに含まれる情報から、ゲート
ウェイ１１２はプリアンブル部の末尾がゲートウェイ１１２（時刻ｔ_b ）に到着
すると予期された時刻を決定することができ、そしてこれからゲートウェイ１１
２は往復遅延（ＲＴＤ）を決定することができる。

【００７２】ｔ_a とｔ_b との間の時間周期の間、軌道内の衛星１０４の運動と、またＵＴ１
０８の運動とのため、衛星１０４及びＵＴ１０８は共にそれらの位置を変更する
ことに注意されたい。結局、衛星１０４とＵＴ１０８との間のレンジはＲ₁ から
Ｒ₂ に変化する。

【００７３】時刻ｔ_m で、衛星１０４はプリアンブル部の末尾を受信する。ＵＴ−衛星パス
遅延は関係Ｄ₂ ＝Ｒ₂ ／ｃによって与えられるＤ₂ である。また時刻ｔ_m で、衛
星１０４は信号Ｓ_ruから（ｆ_D ＋ｆ_offset）を測定する。

【００７４】以前に注意したように、本発明は衛星１０４及びＵＴ１０８の運動によって引
き起こされる動的環境でアクセスチャネル信号の往復遅延を決定するために１つ
の方法を提供する。衛星１０４とＵＴ１０８とのこの運動は信号Ｓ_fdと信号Ｓ_ru とにドップラー周波数ｆ_D を持ち込む。ドップラー周波数ｆ_Dは下記の関係によ
って与えられる：

【数２】または、

【数３】ここで

【数４】、ｆ_Fは衛星１０４での発振器周波数そしてｃは光速である。

【００７５】分析を簡単化するために、Ｒ₁ 及びＲ₂ の変化率は一定、すなわち、

【数５】という仮定がなされる。これはドップラー周波数ｆ_D も一定であることを意味す
る。さて、図２からわれわれは

【数６】を得る。

【００７６】次に、我々は（ｔ_m −ｔ_a ）＝（Ｄ′_ba＋Ｄ′_r ＋Ｄ₁ ＋Ｄ₂ ）を式（１）に
代入しそして

【数７】を得る。

【００７７】次に、我々は−ｃｆ_D ／ｆ_F を式（２）に代入しそしてＲ₂ ＝Ｒ₁ −ｃ（ｆ_D ／ｆ_F ）（Ｄ′_ba＋Ｄ′_r ＋Ｄ₁ ＋Ｄ₂ ）（３）Ｄ_meas＝Ｄ₁ ＋Ｄ′_ba＋Ｄ′_r ＋Ｄ₂ −Ｄ_ba （４）を得る。

【００７８】次に、我々はＤ′_ba＝Ｄ_ba（１−ｆ_offset／ｆ_F ）及びＤ′_r ＝Ｄ_r （１−ｆ_offset ／ｆ_F ）を式（４）に代入しそして

【数８】または、

【数９】または、

【数１０】を得る。

【００７９】式（７）をさらに簡単化するために、われわれは下記の近似を行う。局部発振
器エラー周波数ｆ_offset及びドップラー周波数ｆ_D は両者とも非常に小さいので
、われわれはｆ_offset／ｆ₀ ² によって、またはｆ₀ ² ／ｆ₀ によって掛け算さ
れた項を省略する。結果として、われわれは

【数１１】を得る。

【００８０】次に、われわれは式（８）を再調整しそして

【数１２】を得る。

【００８１】方法１を表す式（９）において、Ｒ₁ はｆ_D 、ｆ_offset、Ｄ_r 及びＤ_baの関数
として与えられることに注意されたい。ゲートウェイ１１２及びＵＴ１０８で測
定されるｆ_D 及びｆ_offsetを除き、他の項は既知である。特に、方法１は（ｆ_D ＋ｆ_offset）及びｆ_D を必要とする。（ｆ_D ＋ｆ_offset）はゲートウェイ１１２
で測定されるので、それはゲートウェイ１１２で容易に(readily) 利用可能であ
る。しかしながら、それ自身によるｆ_D はゲートウェイ１１２で容易に利用可能
ではない。ｆ_D を得るために、ＵＴ１０８は（ｆ_D −ｆ_offset）を測定しそして
その測定値をゲートウェイ１１２に報告しなければならない。その後、（ｆ_D ＋
ｆ_offset）及び（ｆ_D −ｆ_offset）から、ｆ_D が決定される。

【００８２】方法１の主な利点はそれがＲ₁ について正確な結果を供給するということであ
る。しかしながら、方法１はｆ_D と（ｆ_D ＋ｆ_offset）との両方を必要とするの
で、それはゲートウェイ１１２とＵＴ１０８との両方での測定値を要求する。

【００８３】式（９）の強さ(robustness)は２つの対象物が固定位置を有するときそれが正
確な式を供給するかどうかをテストによって容易に確かめることができることで
ある。衛星１０４とＵＴ１０８とが固定位置を有するとき、ｆ_D とｆ_offsetとは
両方ともゼロである。このシナリオでは、式（９）は下記の式に縮小される：Ｒ₁ ＝ｃ（Ｄ_mean−Ｄ_r ）／２（１０）このよう
に、式（１０）は２つの対象物が固定位置を有するとき正確な式を供給する。し
かしながら、実際に、式（１０）は衛星１０４とＵＴ１０８とが固定位置を有さ
ないので、式（９）への到着において行われた種々の仮定を確かめるためにのみ
使用される。

【００８４】方法２最大正規化ドップラーシフト（ほぼ２０ｐｐｍ）は正規化オフセット周波数よ
りもかなり大きいので、われわれは

【数１３】を得るために方法１において（ｆ_D ＋ｆ_offset）／ｆ_F によってｆ_D ／ｆ_F を近
似することができる。

【００８５】式（１１）によって与えられる方法２は、ゲートウェイ１１２での１つの測定
のみを必要とすることに注意されたい。このように、方法２はＵＴ１０８での追
加の測定を削除する。しかしながら、方法２は方法１よりも低い正確さであり、
そして最悪の場合方法２における正規化エラーはｆ_offset／ｆ_F である。

【００８６】方法３前に注意したように、方法３はＲ₂ について解を提供する。方法３はＲ₂ の関
数としてＲ₁ を表現することによって方法１とは異なる。式（１）から、われわ
れは

【数１４】を得る。

【００８７】方法１において実行されたものと同様な分析に従って、われわれは：

【数１５】を得る。

【００８８】式（１３）が（ｆ_D −ｆ_offset）とｆ_D との両方を必要とすることに注意され
たい。（ｆ_D −ｆ_offset）はＵＴで測定されるので、それはＵＴで容易に利用可
能である。しかしながら、ｆ_D はＵＴでの測定のほかに、もしもゲートウェイが
それ自身の測定を実行するだけならば使用可能である。方法３の主な利点はそれ
がＲ₂ について正確な結果を供給することである。しかしながら、方法３はゲー
トウェイとＵＴとの両方での測定を必要とする。

【００８９】方法３の強さもまた衛星１０４とＵＴ１０８とが固定位置を有することを仮定
することによって確かめることができる。衛星１０４とＵＴ１０８とが固定位置
を有すると仮定されるとき、われわれは：Ｒ₂ ＝ｃ（Ｄ_meas−Ｄ_r ）／２（１４）方法４最大正規化ドップラーシフト（ほぼ２０ｐｐｍ）は正規化オフセット周波数よ
りも大きいので、われわれは

【数１６】を得るために方法３において（ｆ_D −ｆ_offset）／ｆ_F によってｆ_D ／ｆ_F を近
似することができる。

【００９０】方法４は、ＵＴでの１つの測定のみを必要とすることに注意されたい。このよ
うに、方法４はゲートウェイでの追加の測定を削除する。下記のように、２つ
の測定された周波数はゲートウェイ１１２で利用できる：１）ＵＴから報告された測定値：

【数１７】ここでｆ_F ＝順方向リンク搬送波周波数（２５００ＭＨｚ）。

【００９１】２）ＧＷ自身で実行された測定値：

【数１８】ここでｆ_R ＝逆方向リンク搬送波周波数（１６００ＭＨｚ）。

【００９２】（１６）及び（１７）を加算及び減算してＵＴオフセットとレンジレートの両
方を生ずる：

【数１９】順方向周波数でのドップラー及びオフセット周波数は

【数２０】

【数２１】である：ＧＷとＵＴとの時間測定値間の差は次のとおり説明される：

【数２２】図３は両方法１及び３を示すフロー図である。今図３を参照して、ステップ４
０４で、ゲートウェイ１１２は時刻ｔ_a に信号Ｓ_fdを送信する。次に、ステップ
４０８でＵＴ１０８は伝播遅延Ｄ₁ の後に信号Ｓ_fdを受信する。次に、ステップ
４１２でＵＴ１０８は信号Ｓ_fdから（ｆ_D −ｆ_offset）を測定しそしてその測定
値をゲートウェイに報告する。ステップ４１６で、ＵＴ１０８は遅延Ｄ′_r の後
に信号Ｓ_ruを送信する。ステップ４２０で、ゲートウェイ１１２は伝播遅延Ｄ₂ の後に信号Ｓ_ruを受信する。ステップ４２４で、ゲートウェイ１１２は信号Ｓ_ru から（ｆ_D ＋ｆ_offset）を測定する。最後に、ステップ４２８で、ゲートウェイ
１１２は測定値からＲ₁ 及びＲ₂ を決定する。

【００９３】図４は方法２に含まれるステップを示すフロー図であり、そして図５は方法４
に含まれるステップを示すフロー図である。方法２及び４に含まれるステップは
方法１及び３内のステップと非常に類似しているので、それらはこの中で別々に
記述されないであろう。

【００９４】本発明は広がりＲ₁ とＲ₂ 及びＵＴ１０８の位置もＵＴで決定できることを企
図する。本発明の１つの代替実施例では、ＵＴ１０８はＤ_baから（ｆ_D −ｆ_offs _et ）を測定する。ゲートウェイ１１２はＤ′_baから（ｆ_D −ｆ_offset）を測定し
、そしてこの測定値をＵＴ１０８に報告する。これら２つの測定値を使用して、
ＵＴ１０８はＲ₁ とＲ₂とを決定する。最後に、ＵＴ１０８は前に記述された方
法を使用してそれ自身の位置を決定する。

【００９５】要約して、本発明はＲ₁ またはＲ₂ を決定するための４つの異なる方法を供給
する。方法１及び２はＲ₁ のための解を供給する。方法１はＲ₁ のための高度に
正確な解を供給するが、それは２つの周波数測定値を必要とする。方法２は１つ
の周波数測定値のみを必要とするが、しかし方法１よりも少ない正確さである。
方法３及び４はＲ₂ のための解を供給する。方法３はＲ₂ のための高度に正確な
解を供給するが、それもまた２つの周波数測定値を必要とする。方法４は１つの
周波数測定値のみを必要とするが、しかし方法３よりも少ない正確さである。
本発明はまた衛星とＵＴとの間のレンジレートを決定する１方法を供給する（式
８）。ＲＴＤ及びレンジレートの情報は地表上のＵＴの位置を決定するのに十分
である。

【００９６】本発明の種々の実施例が前述された一方で、それらが実例の方法によってのみ
、そして限定無く示されたことは理解されるべきである。このように、本発明の
広さ及び範囲は上述の例示的実施例によって制限されないが、しかし下記のクレ
ーム及びそれらの同等物によってのみ定義されるべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】衛星通信システムを示す。

【図２】本発明に従って衛星と移動体電話機との間の距離を決定するための方法を示す
動作図である。

【図３】本発明に従って方法１及び３を示すフロー図である。

【図４】本発明に従って方法２を示すフロー図である。

【図５】本発明に従って方法４を示すフロー図である。

【符号の説明】

１００…通信システム，１０４…衛星，１０８…移動体電話機，１１２…固定電
話機。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者レバノン、ナダフイスラエル国、52651 ラマット・ガン、ハメイリ・ストリート、ナンバー 10 (72)発明者アグラワル、アブニーシュアメリカ合衆国、カリフォルニア州 94086 サニーベイル、ナンバーエフ109、サウス・フェアー・オークス・アベニュー 655 Ｆターム(参考） 5K072 AA21 BB13 BB22 CC03 DD03 DD11 DD15 EE31 FF20 FF22 GG25 HH08 【要約の続き】ら第１及び第２の対象物間のレンジを決定する（４２８）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下記工程を具備する、相対的に移動する第１及び第２の対象
物の間で送信された信号の往復遅延を決定するための方法：前記第１の対象物から前記第２の対象物へ第１の信号を送信する；前記第１の信号を伝播遅延Ｄ₁ の後に前記第２の対象物において受信する、前
記遅延Ｄ₁は前記第１の信号が前記第１の対象物から前記第２の対象物へ伝搬す
るために必要とされる時間である；前記第２の対象物において、前記第１の信号から第１の周波数を測定する；前
記第２の対象物から前記第１の対象物へ、該測定された第１の周波数の報告を含
む第２の信号を送信する；前記第２の信号を伝播遅延Ｄ₂ の後に前記第１の対象物において受信する、Ｄ₂ は前記第２の信号が前記第２の対象物から前記第１の対象物へ伝搬するために
必要とされる時間である；前記第１の対象物おいて、前記第２の信号から第２の周波数を測定する；及び前記第１の対象物において、前記第１及び第２の周波数から前記往復遅延を決
定する。
【請求項２】前記第１の対象物は無線電話システム軌道周回衛星でありそ
して前記第２の対象物は無線電話システムユーザ端末（ＵＴ）である、請求項１
の方法。
【請求項３】前記第１の対象物は無線電話システムゲートウェイであり、
そして前記第２の対象物は無線電話システムユーザ端末（ＵＴ）である、請求項
１の方法。
【請求項４】前記第１の周波数は（ｆ_D −ｆ_offset）である、ここでｆ_D は前記第１の対象物と前記第２の対象物との間で送信された該第１の信号の該ド
ップラー周波数でありそしてｆ_offsetは該第２の対象物の局部発振器エラー周波
数である、請求項１の方法。
【請求項５】前記第２の周波数は（ｆ_D ＋ｆ_offset）であり、ここでｆ_D は前記第２の対象物と前記第１の対象物との間で送信された該第２の信号の該ド
ップラー周波数でありそしてｆ_offsetは該第２の対象物の局部発振器エラー周波
数である、請求項１の方法。
【請求項６】下記工程を具備する、相対的に移動する第１及び第２の対象
物の間で送信された信号の往復遅延を決定するための方法：前記第１の対象物から第１の信号を送信する；前記第１の信号を伝播遅延Ｄ₁の後に前記第２の対象物おいて受信する；前記第１の信号の受信時に前記第２の対象物から前記第１の対象物へ第２の信
号を送信する；前記第２の信号を伝播遅延Ｄ₂ の後に前記第１の対象物で受信する；前記第１の対象物において、前記第２の信号から周波数を測定する；及び前記第１の対象物において、前記周波数から前記往復遅延を決定する、前記往
復遅延は前記第１の対象物から前記第２の対象物への伝搬する間に前記第１の信
号によって経験された遅延の関数である。
【請求項７】前記測定された周波数は（ｆ_D＋ｆ_offset）であり、ここで
ｆ_D は該第２の信号のドップラー周波数でありそしてｆ_offsetは該第２の対象物
の局部発振器エラー周波数である、請求項６による方法。
【請求項８】前記第１の対象物は無線電話システム軌道周回衛星でありそ
して前記第２の対象物は無線電話システムユーザ端末（ＵＴ）である、請求項６
の方法。
【請求項９】前記第１の対象物は無線電話システムゲートウェイでありそ
して前記第２の対象物は無線電話システムユーザ端末（ＵＴ）である、請求項６
の方法。
【請求項１０】下記工程を具備する、相対的に移動する第１及び第２の対
象物の間で送信された信号の往復遅延を決定するための方法：前記第１の対象物から第１の信号を送信する；前記第１の信号を伝播遅延Ｄ₁ の後に前記第２の対象物において受信する；前記第２の対象物において、前記第１の信号から周波数を測定する；前記第２の対象物から前記第１の対象物へ、該測定された第１の信号周波数の
報告を含む第２の信号を送信する；前記第１の対象物において、前記第２の信号を伝播遅延Ｄ₂ の後に受信する、
及び前記第１の対象物において、前記第１の信号周波数から前記往復遅延を決定す
る、前記往復遅延は前記第２の対象物から前記第１の対象物への前記第２の信号
の伝播の間に経験された該遅延の関数である。
【請求項１１】前記周波数は（ｆ_D −ｆ_offset）であり、ここでｆ_D は該
第１の信号の該ドップラー周波数でありそしてｆ_offsetは該第２の対象物の局部
発振器エラー周波数である、請求項１０の方法。
【請求項１２】前記第１の対象物は無線電話システム軌道周回衛星であり
そして前記第２の対象物は無線電話システムユーザ端末（ＵＴ）である、請求項
１０の方法。
【請求項１３】前記第１の対象物は無線電話システムゲートウェイであり
そして前記第２の対象物は無線電話システムユーザ端末（ＵＴ）である、請求項
１０の方法。
【請求項１４】下記を具備する、相対的に移動する第１及び第２の対象物
の間で送信された信号の往復遅延を決定するためのシステム：前記第１の対象物から第１の信号を送信するための手段；前記第１の信号を伝播遅延Ｄ₁の後に前記第２の対象物において受信するため
の手段、前記遅延Ｄ₁は前記第１の信号が前記第１の対象物から前記第２の対象
物へと伝搬するために必要とされる時間である；前記第２の対象物において、前記第１の信号から第１の周波数を測定するため
の手段；前記第２の対象物から前記第１の対象物へ、該測定された第１の周波数の報告
を含む第２の信号を送信するための手段；前記第２の信号を伝播遅延Ｄ₂の後に前記第１の対象物において受信するため
の手段、Ｄ₂は前記第２の対象物から前記第１の対象物へ前記第２の信号が伝搬
するために必要とされる時間である；前記第１の対象物において、前記第２の信号から第２の周波数を測定するため
の手段；及び前記第１の対象物において、前記第１及び第２の周波数から前記往復遅延を決
定するための手段、前記往復遅延は前記第１の対象物から前記第２の対象物への
前記第１の信号の伝播の間に経験された該遅延の関数である。
【請求項１５】前記第１の周波数は（ｆ_D −ｆ_offset）であり、ここでｆ_D は第１の信号の該ドップラー周波数であり、そしてｆ_offsetは該第２の対象物
の局部発振器エラー周波数である、請求項１４によるシステム。
【請求項１６】前記第２の周波数は（ｆ_D ＋ｆ_offset）であり、ここでｆ_D は該ドップラー周波数であり、そしてｆ_offsetは該第２の対象物の局部発振器
エラー周波数である、請求項１５によるシステム。
【請求項１７】前記第１の対象物は無線電話システム軌道周回衛星であり
、そして前記第２の対象物は無線電話システムユーザ端末（ＵＴ）である、請求
項１４によるシステム。
【請求項１８】前記第１の対象物は無線電話システムゲートウェイであり
そして前記第２の対象物は無線電話システムユーザ端末（ＵＴ）である、請求項
１４によるシステム。
【請求項１９】下記を具備する、相対的に移動する第１及び第２の対象物
の間で送信された信号の往復遅延を決定するためのシステム：前記第１の対象物から第１の信号を送信するための手段；前記第１の信号を伝播遅延Ｄ₁ の後に前記第２の対象物において受信するため
の手段；前記第２の対象物において、前記第１の信号から第１の周波数を測定するため
の手段；前記第２の対象物から前記第１の対象物へ、該測定された第１の周波数の報告
を含む第２の信号を送信するための手段；前記第２の信号を伝播遅延Ｄ₂ の後に前記第１の対象物において受信するため
の手段；前記第１の対象物で、前記第２の信号から第２の周波数を測定するための手段
；及び前記第１の対象物で、前記第１及び前記第２の周波数から前記往復遅延を決定
するための手段、前記往復遅延は前記第２の対象物から前記第１の対象物への前
記第２の信号の伝播の間に経験された該遅延の関数である。
【請求項２０】前記第１の周波数は（ｆ_D −ｆ_offset）であり、ここでｆ_D は前記第１の信号の該ドップラー周波数でありそしてｆ_offsetは該第２の対象
物の局部発振器エラー周波数である、請求項１９によるシステム。
【請求項２１】前記第２の周波数は（ｆ_D ＋ｆ_offset）であり、ここでｆ_D は前記第２の信号の該ドップラー周波数であり、そしてｆ_offsetは該第２の対
象物の局部発振器エラー周波数である、請求項２０によるシステム。
【請求項２２】前記第１の対象物は無線電話システム軌道周回衛星であり
そして前記第２の対象物は無線電話システムユーザ端末（ＵＴ）である、請求項
１９によるシステム。
【請求項２３】前記第１の対象物は無線電話システムゲートウェイであり
そして前記第２の対象物は無線電話システムユーザ端末（ＵＴ）である、請求項
１９によるシステム。
【請求項２４】下記を具備する、相対的に移動する第１及び第２の対象物
の間で送信された信号の往復遅延を決定するためのシステム：前記第１の対象物から第１の信号を送信するための手段；前記第１の信号を伝播遅延Ｄ₁ の後に前記第２の対象物において受信するため
の手段；前記第１の信号の前記第２の対象物による受信において前記第２の対象物から
前記第１の対象物へ第２の信号を送信するための手段；前記第２の信号を伝播遅延Ｄ₂ の後に前記第１の対象物において受信するため
の手段；前記第１の対象物において、前記第２の信号から周波数を測定するための手段
；及び前記第１の対象物において、前記第１及び第２の周波数から前記往復遅延を決
定するための手段、前記往復遅延は前記第１の対象物から前記第２の対象物への
前記第１の信号の伝播の間に経験された該遅延の関数である。
【請求項２５】前記周波数は（ｆ_D＋ｆ_offset）であり、ここでｆ_D は前
記第２の信号の該ドップラー周波数でありそしてｆ_offsetは該第２の対象物の局
部発振器エラー周波数である、請求項２４によるシステム。
【請求項２６】前記第１の対象物は無線電話システム軌道周回衛星であり
そして前記第２の対象物は無線電話システムユーザ端末（ＵＴ）である、請求項
２４によるシステム。
【請求項２７】前記第１の対象物は無線電話システムゲートウェイであり
そして前記第２の対象物は無線電話システムユーザ端末（ＵＴ）である、請求項
２４によるシステム。
【請求項２８】下記を具備する、相対的に移動する第１及び第２の対象物
の間で送信された信号の往復遅延を決定するためのシステム：前記第１の対象物から第１の信号を送信するための手段；前記第１の信号を伝播遅延Ｄ₁ の後に前記第２の対象物で受信するための手段
；前記第２の対象物で、前記第１の信号から周波数を測定するための手段；前記第２の対象物から前記第１の対象物へ、該測定された第１の信号周波数の
報告を含む第２の信号を送信するための手段；前記第１の対象物で、前記第２の信号を伝播遅延Ｄ₂ の後に受信するための手
段；及び前記第１の対象物で、前記測定された第１の信号周波数から前記往復遅延を決
定するための手段、前記往復遅延は前記第２の対象物から前記第１の対象物への
前記第２の信号の伝播の間に経験された該遅延の関数である。
【請求項２９】前記周波数は（ｆ_D −ｆ_offset）であり、ここでｆ_D は該
ドップラー周波数でありそしてｆ_offsetは該第２の対象物の局部発振器エラー周
波数である、請求項２８によるシステム。
【請求項３０】前記第１の対象物は無線電話システム軌道周回衛星であり
そして前記第２の対象物は無線電話システムユーザ端末（ＵＴ）である、請求項
２８によるシステム。
【請求項３１】前記第１の対象物は無線電話システムゲートウェイであり
そして前記第２の対象物は無線電話システムユーザ端末（ＵＴ）である、請求項
２８によるシステム。