JP2008544646A - 衛星及び地上の混成ｏｆｄｍ通信方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【解決手段】ＯＦＤＭ無線通信システムは、地上ベースの基地局と、衛星ベースの基地局とを含んでいる。移動体ノードは、２つのアップリンク動作モード、すなわち、地上基地局インタラクションのためのマルチトーンモードと、衛星基地局インタラクションのためのシングルトーンモードとをサポートする。シングルトーンモードでは、同じ電力増幅器で、より高い平均電力信号を送信することができ、もって、範囲を拡大し、静止軌道上の衛星に達することができるマルチトーンモードよりもピーク対平均電力比が低い。マルチトーンモードでは、移動体ノードは、ユーザデータのためにマルチトーンアップリンクトラフィックチャネルセグメントが一次的に割り当てられ、アップリンク制御信号のために専用制御チャネルが割り当てられ、トラフィックチャネルのためにスレーブＡｃｋ／Ｎａｋをサポートする。シングルトーンモードでは、移動体ノードは、ユーザデータと制御データとの両方を送信するために使用されるシングルの論理アップリンク専用トーンが割り当てられ、トラフィックチャネルのためにＡｃｋ／Ｎａｋメカニズムを使用しない。
【選択図】 図８

Description

本発明は、地上および／または衛星基地局にアップリンク信号を通信するためにＯＦＤＭトーンを使用するＯＦＤＭシステムを実施する際に使用されることが可能な方法および装置に関する。

広域で人物の位置に関係なく、ハンドヘルド通信装置（例えば、携帯電話）を使用して通信する能力は、大きな有用性がある。かかる装置の有用性は、軍事用途ならびに従来の消費者ベースの用途の場合に重要である。

地上基地局は、音声および／またはデータサービスをサポートするために様々な地球ベースの位置で設置されている。かかる基地局は、通常、多くても数マイルの有効範囲を有する。したがって、使用の間の従来のセル電話と基地局の間の距離は、通常、数マイルだけである。通常の使用の間のセル電話と地上基地局の間の比較的短い距離を考慮すると、ハンドヘルドセル電話は、通常、比較的広く、多くの場合、比較的高いデータ転送速度をサポートできる帯域幅を使用して、例えば、アップリンク上で、基地局に送信するための十分な電力を有する。

地上基地局の使用に基づく１つの知られているシステムの場合、ユーザデータを基地局に送信するために、複数のＯＦＤＭトーン（例えば、場合によっては、７つ以上のトーン）が無線端末によって並列で使用される。知られているシステムでは、アップリンクを経由して通信されることになるユーザデータと、アップリンクを経由して通信されることになる制御信号とは、通常、個別に符号化される。知られているシステムでは、無線端末は、地上基地局に送信される１つまたは複数のアップリンク要求に応答して割り当てられているトーンに対応するアップリンクトラヒックセグメントによるアップリンク制御シグナリングのための専用トーンが割り当てられる場合がある。知られているシステムでは、アップリンクトラヒックチャネルセグメントの割当て情報は、送信要求に応答してアップリンクトラヒックチャネルセグメントの割当てを示すことができる割当て信号を監視する無線端末にブロードキャストされる。繰返し（ｒｅｃｕｒｒｉｎｇ）ベースで、知られているシステムの基地局は、ビーコンスロットと呼ばれることがある期間にわたって繰り返す、ビーコン信号と呼ばれるタイミング同期信号によるタイミング同期に使用され得る信号もブロードキャストする。

地上基地局は、人口が地上基地局の費用を正当化するのに十分な領域で有用であるものの、地球上の多くの場所では、基地局を配備するために十分な商業的に正当な理由が存在しない、かつ／または地理的課題により、固定地上基地局を配備することは非現実的である。例えば、開かれた海、デザート地域および／または氷床によって覆われた地域など、物理的に人の住みにくい領域では、地上基地局を配備および維持することは困難または非現実的である場合がある。

一部の地理的領域における基地局の不足は、セル電話を使用して通信することが不可能な「不感地帯」をもたらす。セル電話の有効範囲が不足している領域の数をなくそうと試みるために、企業は新しい基地局を配備し続ける可能性が高いが、上で議論された理由により、見通しえる将来では、地上基地局からのセル電話の有効範囲が取得され得ない大きな地球領域が残存する可能性が高い。

地上基地局の代替は、衛星を基地局として使用することである。衛星の打ち上げ費用を考慮すると、衛星基地局は配備費用が非常にかさむ。加えて、地球上では、静止衛星が配置され得る空間が制限されている。地球静止軌道内の衛星は地球と相対的な固定位置にあるという利点を有するものの、より低い地球軌道衛星も配備されることも可能であるが、かかる衛星は依然として配備費用がかかり、その当初軌道は静止衛星よりも低いため、より短い期間、軌道上にとどまることになる。移動体電話が配置されることが可能である地球上の表面から静止軌道までの距離はかなりあるが（例えば、およそ２２、２２６マイル（３５、７６９ｋｍ））、一部の推定は２２、３００マイル（３５、８８８ｋｍ）がよりよい推定であることを示唆している。これを見通しに加えると、地球の直径はおよそ７、９２６マイル（１２、７５２ｋｍ）である。残念ながら、衛星基地局の場合、信号が移動しなければならない距離は、通常、多くても数マイルである、従来の地上基地局に達するために信号が移動する距離よりもかなり長い。

理解され得るように、静止軌道への距離を考慮すると、多くの場合、地上基地局に信号を送信するために要求されるよりもより高い電力レベルで信号を衛星に送信することが必要である。結果として、電池、電力増幅器およびセル電話を実施するために使用されているその他の回路のサイズにより、ほとんどの衛星電話は、従来のセル電話と比較して、通常、比較的大きく、かさばる。比較的大きく、したがって、多くの場合、かさばる電力増幅器の必要性は、一つには、多くの従来型の通信システムは、理想的なピーク対平均電力比に満たないピーク対平均電力比を有するという事実に起因する。比較的大きなピーク対平均電力比は、同じ平均電力出力であるが、ピーク対平均電力比がより低い場合に使用され得ることが可能なピーク電力出力をサポートするためにより大きな増幅器が含まれることを要求する。

地球上の基地局有効範囲が、当分の間カバーされる地理的領域の観点から、引き続き制限される可能性が高いことを考慮すると、方法及びシステムは、大きくてかさばる電話機である必要なく、及び／又は、システムが、衛星システムとして完全に実施される必要なく、衛星基地局の有効範囲領域の利点を与えるように開発されることが望ましいだろう。特に、地上基地局とのみ動作するが、地上基地局有効範囲が利用可能ではない場合には衛星基地局と動作するように設計されている従来式の通信装置と、例えば移動体電話のような通信デバイスが、同じサイズであるかほとんど同じサイズであるように開発されるのであれば、それが望ましいだろう。

本発明は、遠隔基地局および／またはより大きな有効範囲領域を有する基地局を含めて、通信システムに使用するのに適した通信方法および通信装置に関する。

大きな地理的領域をカバーするビームを備えた静止衛星の場合、ビームの中央と縁との間のラウンドトリップ時間に重要な違いがあるかもしれない。このＲＴＴあいまい性を解決するために、数ミリ秒のデルタＲＴＴを解決することが可能なレンジング方式（ｒａｎｇｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅ）が望ましい。

そのようなスキームは、逆方向リンク伝送が関連しているのがどの順方向リンクスーパスロットであるかを示すように設定されたアクセストーンに関する追加の時間変動符合化とともに、ＯＦＤＭにおける既存のアクセス間隔を用いることができる。この符合化は、スーパスロットレベルに対するあいまい性を解決することができる。端末は、サブスーパスロット（＜１１．４ミリ秒）あいまい性をカバーするために、時間オフセットを変える際に、繰り返されたアクセス試行を試みる必要があるかもしれない。地上及び衛星の混成ネットワークでは、端末は、検知された直近の地上基地局の位置に関する情報を用いて、初期ＲＴＴ推定値を生成し、あいまいさを、通常のアクセスプロトコルによってサポートされている範囲内に押し込めることができる。

幾つかの実施形態では、本発明のシステムは、混成システムとして実現される。ここでは、衛星基地局と地上基地局とが組み合わせて使用され、移動体が、何れかのタイプの基地局との通信リンクを確立することができる。これを行うために、２つの異なるモードのタイミング同期がＷＴにおいてサポートされる。例えば衛星基地局のような遠隔基地局のために使用される１つのモードでは、基地局から受信される、例えばタイミング同期目的のために使用可能なビーコン信号やその他の高電力信号のような信号に関し、多数のアクセスプローブ信号が、異なる符合化及び／又はタイミングオフセットで送られる。遠隔基地局は、繰り返しベースで生じるアクセス間隔内で受信されたプローブ信号を受け取って復号し、このプローブ信号を受け取って復号することができると考えていると応答する。この応答は、基地局が割り当てられた無線端末の識別子と、例えばタイミング訂正値のようなタイミング同期情報とを含む。この応答はまた、どの特定のプローブが応答されているのかをも示す。ＷＴは、プローブに対する応答を監視し、受け取った応答に関するタイミング訂正動作をベースとする。

本発明のタイミング機能には必要でないが、本タイミング方法及び装置は、遠隔基地局に対するアップリングシグナリングのためにシングルトーンが使用されるシングルトーン動作モードとともに使用することができる。

様々な実施形態で、遠隔基地局は、使用の間、何十マイル、何百マイル、またはさらに何千マイルという形で測定される、無線端末からの最低距離を有する基地局である。静止衛星基地局は、遠隔基地局の１つの例である。静止衛星基地局は、地表の上方、何千マイルの位置に配置され、その場合、地球の表面上の通信装置までの最低距離、または民間飛行機内の通信装置までの最低距離ですらも、何千マイルの単位で測定される。これは、通常の使用の間、例えば、無線端末の最大５０マイル（８０ｋｍ）、しかし、より一般的には最大５マイル（８ｋｍ）の範囲内に位置する地上基地局である可能性がある近傍の基地局と対照的である。

本発明のセル電話を含めて、本発明の方法および装置は、地上基地局および衛星基地局の両方を有する通信システムでの使用に大変適していると同時に、本発明の方法および装置は、固定帯域幅量に関して出力の量に大きな差が要求される広範囲の通信用途に大変適している。衛星例では、衛星基地局に対する奏功するアップリンクシグナリングには、地上基地局に対して同じ量の伝送帯域幅を使用した奏功するアップリンクシグナリングに要求されるよりも、通常、固定帯域幅量に関してよりはるかに大きな出力量が要求される点を理解されたい。

本発明の様々な機能は、遠隔基地局および比較的近傍の基地局（例えば、衛星基地局および地上基地局）の両方との通信が可能な携帯通信装置を実施するために使用されることが可能な方法および装置に関する。本発明に従って実施されるシステムは、複数の近傍基地局と遠隔基地局とを含んでよい。１つのかかるシステムでは、地上基地局は、地上基地局の配備を正当化するに足る通信トラヒックを有する通信有効範囲を提供するために使用され得る。衛星基地局は、例えば、物理的環境の性質、基地局用の現場の不足、またはその他の理由により、地上基地局が配備されない領域で穴埋め（ｆｉｌｌ ｉｎ）有効範囲を提供するために使用される。例示的システムにおける携帯通信装置は、例えば、異なる動作モード間を切り替えることによって、地上基地局および衛星基地局の両方と通信することが可能である。

下に議論されるように、様々な実施形態で、システムはＯＦＤＭシステムとして実施される。いくつかの実施形態では、ＯＦＤＭシグナリングは、アップリンクシグナリングならびにダウンリンクシグナリングのために使用される。ＯＦＤＭアップリンク動作の第１および第２のモードがサポートされる。

地上基地局との通常の動作の間、無線端末は、複数のトーン上でユーザデータを基地局に同時に送信するために、アップリンク内で複数のトーンを並列で使用する。これは、比較的高いデータ転送速度がサポートされることを可能にする。マルチトーンモードで動作する場合、ユーザデータが複数のトーン上で送信される時間の部分の間、平均ピーク対平均電力比は第１の比率（ｆｉｒｓｔ ｒａｔｉｏ）である。下で議論されるように、例えば、衛星基地局との通信のために使用されるシングルトーン動作モードで動作する場合、第２の、より低いピーク対平均電力比が実現される。したがって、シングルトーンモードで動作する場合、電力増幅器はより効率的な方法で使用されることが可能である。様々な実施形態で、ピーク対平均電力比において、マルチトーン動作モードと、いくつかのシンボル時間の期間に対して実現されるシングルトーン動作モードの間の差は４ｄｂ以上であり、通常、６ｄｂである。

シングルトーンモードは、地上基地局と通信している場合、遭遇した一般的な伝送パワーバジェット制約の下において、有効範囲領域を最大にするために、ＯＦＤＭ無線端末を操作する方法である。これによって、一般的な伝送パワーバジェット制約内にとどまりながら、衛星通信をサポートすることができる。このモードは、音声リンクの低レートデータに対して良く適している。この場合、マルチトーンアップリンクチャネル及びＡＣＫはサポートされないかもしれないが、幾つかの実施形態ではそうではないかもしれない。シングルトーンモードでは、端末はＯＦＤＭシングルトーン上で一度に送信することになる。このトーンは、シングル固定論理トーン（ｃｏｎｓｔａｎｔ ｌｏｇｉｃａｌ ｔｏｎｅ）として表される。しかし、このトーンは、いくつかのシステム内で使用されるその他のＯＦＤＭチャネルと一致するため、滞留境界（ｄｗｅｌｌ ｂｏｕｎｄａｒｉｅｓ）上で物理トーンから物理トーンへホップすることが可能であり、また様々な実施形態においてこれを実行する。一実施形態では、この論理トーンは、地上基地局と通信するために使用されるＵＬ−ＤＣＣＨチャネルに取って代わり、それにより、標準のマルチトーンモードで動作するその他のＯＦＤＭユーザとの互換性を維持する。

無線端末によって使用されるシングルトーンアップリンクチャネルのコンテンツは、いくつかの実施形態では、制御データとユーザデータの多重を含む。この多重は、符号語（ｃｏｒｄ ｗｏｒｄ）内のフィールドレベルであってよい、すなわち、通信路符号化ブロックからのいくつかのビットは制御データを表すために使用され、残りはユーザデータを表す。しかし、その他の実施形態では、シングルトーンアップリンクチャネル内での多重化は符号語レベルである。例えば、制御データは通信路符号化ブロック内で符号化され、ユーザデータは通信路符号化ブロック内で符号化され、これらのブロックはシングルトーンアップリンクチャネル内での伝送のために一緒に多重化される。一実施形態では、シングルトーンチャネルがユーザデータによって完全に占有されていない場合（例えば、音声呼出の無音抑止（ｓｉｌｅｎｃｅ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ）の間）、不要な送信シンボルの間に送信機をブランクにすることが可能であり、この期間中、信号は送信される必要がないため、それにより、送信機電力を保存する。ユーザデータは、多重化パケットデータもしくは定期的に予定された音声データ、またはこれら２つの混合であってよい。

シングルトーンモードで動作する端末の場合、ダウンリンク肯定応答信号は、マルチトーンモードで行われるように個別のチャネル内で送信されることができず、したがって、ダウンリンク肯定応答は、論理シングルトーンアップリンクチャネルトーンに多重化されるか、またはＡＣＫは使用されない。このような場合、基地局は、必要に応じて、無線端末が明示的に再伝送を要求することにより、ダウンリンクトラヒックチャネルセグメントは首尾よく受信されていると想定することが可能である。

本発明によれば、シングルトーンモードで動作する無線端末は、送信機を実施するために標準ＯＦＤＭ成分を使用すると同時に、送信電力の利点を得ることが可能である。標準モードでは、送信される平均電力は、通常、ピーク対平均比（ＰＡＲ）（一般的に９ｄＢ）を可能にして、過剰な帯域外放射（ｏｕｔ−ｏｆ−ｂａｎｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ）を引き起こす可能性のあるピーククリッピング（ｐｅａｋ ｃｌｉｐｐｉｎｇ）を避けるために、送信機の電力増幅器のピーク電力容量未満に制限される。シングルトーンモードでは、様々な実施形態で、ＰＡＲはおよそ３ｄＢに制限され、それにより、平均送信電力は、クリッピングの確率を高めずに大体６ｄＢまで増加され得る。

（シングル論理トーンに対応する物理トーン内の変化が滞留境界で生じる）頻繁なホップで、周波数の全域で連続位相（ｐｈａｓｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ）となるように送信波形の位相が制御されることが可能である。これは、シンボルの終りの信号位相が、後続のシンボルの開始位相に等しい所望される値となるように、ＯＦＤＭシンボルの巡回拡張の間にトーンの搬送周波数をアップリンク内で送信される１つのシンボルから次のシンボルに変更することによって可能であり、またいくつかの実施形態で実現されるが、必ずしもすべての実施形態で実施されるとは限らない。この連続位相動作は、信号のＲＡＰが３ｄＢで制限されることを可能にすることになる。

静止衛星上のＯＦＤＭは、基本的な既存の基本ＯＦＤＭ通信プロトコルの少数の変更により可能である。極めて長いラウンドトリップ時間（ＲＴＴ）により、トラヒックチャネル用のスレーブされた（ｓｌａｖｅｄ）肯定応答の値はわずかしか存在しないか、または全く存在しない。したがって、本発明のいくつかの実施形態では、シングルトーンアップリンクモードで動作する場合、ダウンリンク肯定応答は送信されない。いくつかのかかる実施形態では、ダウンリンク肯定応答は、首尾よく受信されなかったデータの再伝送のために要求がＵＬ内で送信される再送要求機構に置き換えられる。

本発明の多数の機能、利点および実施形態が、続く詳細な説明で議論される。

図１は、本発明の方法に従って、かつ本発明の方法を使用して実施される例示的な無線通信システム１００の図である。例示的システム１００は、例示的な直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）多元接続のスペクトル拡散無線通信システムである。例示的なシステム１００は、複数の基地局（１０２、１０４）と、複数の無線端末（１０６、１０８）（例えば、移動体ノード）とを含む。様々な基地局（１０２、１０４）は、バックホールネットワークを経由して共に結合されてよい。移動体ノード（ＭＮ１ １０６、ＭＮ Ｎ１０８）は、システムの全体にわたって移動して、そのネットワーク接続機構（ｎｅｔｗｏｒｋ ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ）地点として、その有効範囲領域でその移動体ノードが現在配置される基地局を利用することが可能である。基地局のいくつかは、地上ベースの基地局（例えば、ＢＳ１０２）であり、基地局のいくつかは衛星ベースの基地局（例えば、ＢＳ１０４）である。ＭＮ（１０６、１０８）の観点から、地上基地局は近隣の基地局（１０２）と見なされ、一方、衛星ベースの基地局は遠隔基地局（１０４）と見なされる。ＭＮ（１０６、１０８）は、２つの異なる動作モード（例えば、近隣の（例えば、地上）基地局１０２との通信の電力およびタイミングの考慮事項に合わせて調整されたアップリンクマルチトーン動作モード、および遠隔の（例えば、衛星）基地局１０４との通信の電力およびタイミングの考慮事項に合わせて調整されたアップリンクシングルトーン動作モード）で動作するための能力を含む。場合によっては、ＭＮ１ １０６は、無線リンク１１４を経由して衛星ＢＳ１０４に結合されてよく、アップリンクシングルトーン動作モードで動作してよい。その他の場合、ＭＮ１ １０６は、無線リンク１１０を経由して地上基地局１０２に結合されてよく、より従来型のマルチトーンアップリンク動作モードで動作してもよい。同様に、場合によっては、ＭＮ Ｎ１０８は、無線リンク１１６を経由して衛星ＢＳ１０４に結合されてよく、アップリンクシングルトーン動作モードで動作してもよい。その他の場合、ＭＮ Ｎ１０８は、無線リンク１１２を経由して地上基地局１０２に結合されてよく、より従来型のマルチトーンアップリンク動作モードで動作してもよい。

その他のＭＮが１つの種類の基地局（例えば、地上基地局１０２）との通信をサポートするが、他の種類の基地局（例えば、衛星基地局１０４）との通信をサポートしないシステム内に存在してよい。

図２は、本発明に従って、かつ本発明の方法を使用して実施される例示的な基地局２００（例えば、地上ベースの基地局）の図である。例示的な基地局２００は、図１の例示的システム１００の近隣の（例えば、地上）基地局１０２であってよい。基地局２００はＷＴにネットワーク接続を提供するため、基地局２００はアクセスノードと呼ばれることがある。基地局２００は、その上で様々な要素がデータと情報とを交換できるバス２１２を経由して共に結合される受信機２０２と、送信機２０４と、プロセッサ２０６と、Ｉ／Ｏインターフェース２０８と、メモリ２１０とを含む。受信機２０２は、ＷＴから受信されたアップリンク信号を復号化するための復号器２１４を含む。送信機２０４は、ＷＴに送信されることになるダウンリンク信号を符号化するための符号器２１６を含む。受信機２０２および送信機２０４は、各々、それを経て、それぞれ、アップリンク信号がＷＴから受信され、ダウンリンク信号がＷＴに送信されるアンテナ（２１８、２２０）に結合される。いくつかの実施形態では、受信機２０２と送信機２０４とに同じアンテナが使用される。Ｉ／Ｏインターフェース２０８は、基地局２００をインターネット／その他のネットワークノードに結合する。メモリ２１０は、ルーチン２２２とデータ／情報２２４とを含む。プロセッサ２０６（例えば、ＣＰＵ）は、基地局２００の動作を制御して、本発明の方法を実施するために、ルーチン２２２を実行して、メモリ２１０内のデータ／情報２２４を使用する。ルーチン２２２は、通信ルーチン２２６と、基地局制御ルーチン２２８とを含む。通信ルーチン２２６は、基地局２００によって使用される様々な通信プロトコルを実施する。基地局制御ルーチン２２８は、アップリンクトラヒックチャネルセグメントを含めて、アップリンクセグメントとダウンリンクセグメントとをＷＴに割り当てるスケジューラモジュール２３０と、ダウンリンク制御モジュール２３２と、アップリンクマルチトーンユーザ制御モジュール２３４とを含む。ダウンリンク制御モジュール２３２は、ビーコンシグナリング、パイロットシグナリング、割当てシグナリング、およびダウンリンクトラヒックチャネルセグメントシグナリングを含む、ＷＴに対するダウンリンクシグナリングと、受信されたａｃｋ／ｎａｋに従ってダウンリンクトラヒックチャネルセグメントに関して自動再伝送機構とを制御する。アップリンクマルチトーンユーザ制御モジュール２３４は、マルチトーンアップリンクモードで動作するＷＴに関する動作（例えば、アクセス動作）と、経時的に異なるＷＴ間の割当て変更により、割り当てられたアップリンクトラヒックチャネルセグメント内で複数の（例えば７つの）トーンにわたって同時に通信されるＷＴからのアップリンクトラヒックチャネルユーザデータの受信動作および処理動作と、タイミング同期動作と、専用の論理トーンを使用して専用の制御チャネル上で通信されるＷＴからの制御情報を処理することとを制御する。

データ／情報２２４は、そのネットワーク接続機構地点として基地局２００を使用する無線端末に対応する複数の情報のセット（ユーザ１／ＭＮセッションＡセッションＢデータ／情報２３８、ユーザＮ／ＭＮセッションＸデータ／情報２４０）を含むユーザデータ／情報２３６を含む。かかるＷＴユーザデータ／情報は、例えば、ＷＴ識別子と、ルーティング情報と、セグメント割当て情報と、ユーザデータ／情報（例えば、音声情報、テキストのデータパケット、ビデオ、音楽など）と、情報の符号化ブロックとを含んでよい。データ／情報２２４は、マルチトーンＵＬユーザ周波数／タイミング／電源／トーンホッピング／符号化構造情報２４４を含むシステム情報２４２も含む。

図２Ａは、本発明に従って、かつ本発明の方法を使用して実施される例示的な基地局３００（例えば、衛星ベースの基地局）の図である。例示的な基地局３００は、図１の例示的システム１００のＢＳ１０４であってよい。基地局はＷＴにネットワーク接続を提供するため、基地局３００はアクセスノードと呼ばれることがある。基地局３００は、その上で様々な要素がデータと情報とを交換できるバス３１０を経由して共に結合される受信機３０２と、送信機３０４と、プロセッサ３０６と、メモリ３０８とを含む。受信機３０２は、ＷＴから受信されたアップリンク信号を復号化するための復号器３１２を含む。送信機３０４は、ＷＴに送信されることになるダウンリンク信号を符号化するための符号器３１４を含む。受信機３０２および送信機３０４は、各々、それを経て、それぞれ、アップリンク信号がＷＴから受信され、ダウンリンク信号がＷＴに送信されるアンテナ（３１６、３１８）に結合される。いくつかの実施形態では、受信機３０２と送信機３０４とに同じアンテナが使用される。ＷＴと通信することに加えて、基地局３００はその他のネットワークノード（例えば、方向性アンテナと大容量リンクとを有する地上局）と通信することが可能であり、地上局はその他のネットワークノード（例えば、その他の基地局、ルータ、ＡＡＡサーバ、ホームエージェントノードおよびインターネット）に結合される。いくつかの実施形態では、ＢＳ−ＷＴ通信リンクを用いて予め説明されたものと同じ受信機３０２、送信機３０４、および／またはアンテナがＢＳ−ネットワークノードの基地局リンクに使用され、一方、その他の実施形態では、異なる機能に関して個別の要素が使用される。メモリ３０８は、ルーチン３２０とデータ／情報３２２とを含む。プロセッサ３０６（例えば、ＣＰＵ）は、基地局３００の動作を制御して、本発明の方法を実施するために、ルーチン３２０を実行して、メモリ３０８内のデータ／情報３２２を使用する。メモリ３０８は、通信ルーチン３２４と基地局制御ルーチン３２６とを含む。通信ルーチン３２４は、基地局３００によって使用される様々な通信プロトコルを実施する。基地局制御ルーチン３２６は、ダウンリンクセグメントをＷＴに割り当て、受信された再伝送要求に応答して、ＷＴに対してダウンリンクセグメントの予定を変更するスケジューラモジュール３２８と、ダウンリンク制御モジュール３３０と、シングルアップリンクトーンユーザ制御モジュール３３２と、ネットワークモジュール３３４とを含む。ダウンリンク制御モジュール３３０は、ビーコンシグナリングと、パイロットシグナリングと、ダウンリンクセグメント割当てシグナリングと、ダウンリンクトラヒックチャネルセグメントシグナリングとを含めて、ＷＴへのダウンリンクシグナリングを制御する。シングルＵＬトーンユーザ制御モジュール３３２は、ユーザデータおよび制御情報の両方を含めて、アップリンクシグナリングに使用されるようにシングル専用論理トーンをＷＴユーザに割り当てることと、そのネットワーク接続機構地点としてＢＳを使用することを求めるＷＴとのタイミング同期動作とを含む動作を実行する。ネットワークモジュール３３４は、ネットワークノードの地上局リンクによりＩ／Ｏインターフェースに関する動作を制御する。

データ／情報３２２は、そのネットワーク接続機構地点として基地局３００を使用する無線端末に対応する複数の情報のセット（ユーザ１／ＭＮセッションＡセッションＢデータ／情報３３８、ユーザＮ／ＭＮセッションＸデータ／情報３４０）を含むユーザデータ／情報３３６を含む。かかるＷＴ情報は、例えば、ＷＴ識別子と、ルーティング情報と、割当てアップリンクシングル論理トーンと、ダウンリンクセグメント割当て情報と、ユーザデータ／情報（例えば、音声情報、テキストのデータパケット、ビデオ、音楽など）と、情報の符号化ブロックとを含んでよい。データ／情報３２２はまた、シングルトーンＵＬユーザ周波数／タイミング／電源／トーンホッピング／符号化構造情報３４４を含むシステム情報３４２も含む。

図３は、本発明に従って、かつ本発明の方法を使用して実施される例示的な無線端末４００（例えば、移動体ノード）の図である。例示的なＷＴ４００は、図１の例示的なシステム１００のＭＮ１０６、１０８のいずれかであってよい。例示的な無線端末４００は、その上で様々な要素がデータ／情報を交換できるバス４１０を経由して共に結合される受信機４０２と、送信機４０４と、プロセッサ４０６と、メモリ４０８とを含む。受信アンテナ４１２に結合された受信機４０２は、ＢＳから受信されたダウンリンク信号を復号化するための復号器４１４を含む。送信アンテナ４１６に結合された送信機４０４は、ＢＳに送信されているアップリンク信号を符号化するための符号器を含む。いくつかの実施形態では、受信機４０２と送信機４０４とに同じアンテナが使用される。いくつかの実施形態では、全方向性アンテナが使用される。

送信機４０４は、電力増幅器４０５も含む。同じ電力増幅器４０５は、マルチトーンアップリンク動作モードとシングルトーンアップリンク動作モードの両方のためにＷＴ４００によって使用される。例えば、アップリンクトラヒックチャネルセグメントが、一般に７個、１４個、または２８個のトーンを同時に使用できるマルチモードアップリンク動作モードでは、電力増幅器は、２８個のトーンに対応する２８個の信号が同時に建設的に同期する（ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅｌｙ ａｌｉｇｎ）ピーク条件に対応する必要がある。これは平均出力レベルを制限する傾向がある。しかし、ＷＴ４００が同じ電力増幅器を使用してシングルアップリンクトーン動作モードで動作する場合、異なるトーンからの信号間の建設的な同期に対する懸念は問題ではなく、増幅器のための平均電力出力レベルはマルチトーン動作モードにわたって相当に増加され得る。この手法は、本発明によれば、従来型の地上移動体ノードが、些少な修正により適合され、実質的に増大された距離でアップリンク信号を衛星基地局に通信するために使用されることを可能にする。

メモリ４０８は、ルーチン４２０とデータ／情報４２２とを含む。プロセッサ４０６（例えば、ＣＰＵ）は、無線端末４００の動作を制御して、本発明の方法を実施するために、ルーチン４２０を実行して、メモリ４０８内のデータ／情報４２２を使用する。ルーチン４２０は、通信ルーチン４２４と、無線端末制御ルーチン４２６とを含む。通信ルーチン４２４は、無線端末４００によって使用される様々な通信プロトコルを実施する。無線端末制御ルーチン４２６は、初期化モジュール４２７と、ハンドオフモジュール４２８と、アップリンクモード交換制御モジュール４３０と、アップリンクシングルトーンモードモジュール４３２と、アップリンクマルチトーンモードモジュール４３４と、アップリンクトーンホッピングモジュール４３６と、符号化モジュール４３８と、変調モジュール４４０とを含む。

初期化モジュール４２７は、無線端末の始動（例えば、動作のパワーオフ状態からパワーオン状態への始動）に関する動作と、基地局と無線通信リンクを確立することを求める無線端末４００に関する動作とを制御する。ハンドオフモジュール４２８は、１つの基地局から別の基地局へのハンドオフに関する動作を制御する。例えば、ＷＴ４００は、現在、地上基地局と接続しているが、衛星基地局へのハンドオフに関与することが可能である。アップリンク交換制御モジュール４３０は、異なる動作モード間の交換（例えば、無線端末が地上基地局から衛星基地局に通信を交換する場合、マルチトーンアップリンク動作モードからシングルトーンアップリンク動作モードへの交換）を制御する。アップリンクシングルトーンモードモジュール４３２は、衛星基地局に対してシングルトーン動作モードで使用されるモジュールを含み、一方、ＵＬマルチトーンモードモジュール４３４は、地上基地局に対してマルチトーン動作モードで使用されるモジュールを含む。

アップリンクシングルトーンモードモジュール４３２は、ユーザデータ伝送制御モジュール４２２と、伝送電力制御モジュール４４４と、制御シグナリングモジュール４４６と、ＵＬシングルトーン決定モジュール４４８と、制御データ／ユーザデータ多重モジュール４５０と、ＤＬトラヒックチャネル再伝送要求モジュール４５２と、滞留境界および／または符号間境界キャリア調整モジュール４５４と、アクセスモジュール４５６とを含む。ユーザデータ伝送モジュール４４２は、シングルトーン動作モードの間、アップリンクユーザデータに関する動作を制御する。伝送電力制御モジュール４４４は、シングルトーンアップリンクモードの間、前記マルチトーンアップリンク動作モードの間に維持されるピーク対平均電力比よりも少なくとも４ｄＢ低い平均ピーク対平均電力比を維持するために電力の伝送を制御する。制御シグナリングモジュール４４６は、シングルトーン動作モードの間にシグナリングを制御し、かかる制御動作は、動作が、マルチトーン動作モードからシングルトーン動作モードに交換する場合、ＷＴ４００から送信されるアップリンク制御信号の周波数および／または数を削減することを含む。アップリンクシングルトーン決定モジュール４４８は、例えば、基地局割り当てされたＷＴ識別子との関連によって、アップリンクシグナリングに使用されるようにＴＷに割り当てられているアップリンクタイミング構造内のシングル論理トーンを決定する。制御データ／ユーザデータ多重モジュール４５０は、制御データビットを用いてユーザデータ情報ビットを多重化して、ブロックとして符号化され得る組み合わされたインプットを提供する。ダウンリンクトラヒックチャネル再伝送要求モジュール４５２は、例えば、長いラウンドトリップシグナリング時間により大きな遅延が伴うことを考慮して、ＷＴがデータは依然として有効であると見なす場合、首尾よく復号化されなかったダウンリンクトラヒックチャネルセグメントの再伝送の要求を発行する。滞留境界キャリア調整モジュール４５４は、シンボルの終りで信号位相が後続のシンボルの開始位相に等しい所望となる値であるように、滞留を終了するＯＦＤＭシンボルの巡回拡張の間にトーンの搬送周波数をわずかに変更する。このようにして、本発明のいくつかの実施形態の機能によれば、周波数ホップで、送信波形の位相は、周波数の全域で連続位相となるように制御されることが可能である。いくつかの実施形態では、周波数調整は、シングルＵＬトーン動作モードの間にアップリンク上でＷＴによって送信される連続アップリンクＯＦＤＭシンボル間に連続性を提供するために、例えば、連続ＯＦＤＭシンボルの各々内に含まれるマルチパート（ｍｕｌｔｉ−ｐａｒｔ）巡回プレフィックスの一部として実行される。信号のシンボル間のこの連続性は、シングルトーン動作モードの間に電力増幅器４０５が駆動され得るレベルに影響を及ぼすピーク電力レベル制御を維持する際に有利である。

アクセスモジュール４５６は、衛星基地局との新しい無線リンクの確立に関する動作を制御する。かかる動作は、例えば、本発明のいくつかの実施形態の様々な機能によるアクセスプローブシグナリングを含むタイミング同期動作を含む。大きな地理的領域を網羅するビームを有する静止衛星の場合、ビームの中央と縁の間のラウンドトリップ時間には著しい差が存在する可能性がある。このＲＴＴあいまい性を解決するために、数ミリ秒のデルタＲＴＴを解決することが可能なレンジング方式（ｒａｎｇｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅ）が使用される。例えば、タイミング構造は、異なる時間セグメント、例えば、スーパースロットなどに分割されてよく、スーパースロットは１１４個の連続ＯＦＤＭシンボル伝送時間間隔を表し、アクセスプローブ信号の異なる符号化が異なるスーパースロットのために使用されてよい。これは、スーパースロット内でＷＴと衛星ＢＳの間のタイミングあいまい性が解決されることを可能にするために使用され得る。加えて、様々な時間オフセットで繰り返されるアクセスの試みは、スーパースロットあいまい性をカバーするために繰返し（例えば、＜１１．４ミリ秒）試みられてよい。いくつかの実施形態では、検出された最後の地上ＢＳに関する位置は、初期のラウンドトリップ時間推定（ＷＴ−ＳＡＴ ＢＳ―ＷＴ）を形成するために使用されてよく、この推定は、一般に地上基地局に対して使用されるアクセスシグナリングによってサポートされる範囲内で使用される範囲を圧縮することが可能である。

アップリンクマルチトーンモジュール４３４は、ユーザデータ伝送制御モジュール４５８と、伝送電力制御モジュール４６０と、制御シグナリングモジュール４６２と、アップリンクトラヒックチャネル要求モジュール４６４と、アップリンクトラヒックチャネルトーンセット決定モジュール４６６と、アップリンクトラヒックチャネル変調／符号化選択モジュール４６８と、ダウンリンクトラヒックチャネルａｃｋ／ｎａｋモジュール４７０と、アクセスモジュール４７２とを含む。ユーザデータ伝送制御モジュール４５８は、ＷＴに割り当てられたアップリンクトラヒックチャネルセグメントの伝送を制御することを含む動作を含む。

ユーザデータ伝送制御モジュール４５８は、マルチトーン動作モードでユーザデータのアップリンク伝送関連動作を制御し、ユーザデータは、一時的にＷＴに割り当てられたアップリンクトラヒックチャネルセグメント内で通信され、複数のトーンを使用して同時に送信されることになる信号を含む。伝送電力制御モジュール４６０は、アップリンク動作のマルチトーンモードでアップリンク伝送電力レベルを制御する。例えば、受信された基地局のアップリンク電力制御信号に従って、電力増幅器の能力範囲内で（例えば、電力増幅器のピーク電力出力能力を超えない形で）出力電力レベルを調整する。制御シグナリングモジュール４６２は、マルチトーンアップリンク動作モードの間、電力とタイミング制御シグナリング動作を制御し、制御シグナリングのレートはシングルトーンアップリンク動作モードのレートよりも高い。いくつかの実施形態では、制御シグナリングモジュール４６２は、アップリンク制御シグナリング内の使用のために、（例えば、ＢＳ割り当てされたＷＴ識別子に対応する）ＢＳによってＷＴのために設けられた専用の制御チャネル論理トーンの使用を含む。制御シグナリングモジュール４６２は、ユーザデータを含まない、アップリンク制御チャネルセグメント内の伝送用の制御情報を符号化することが可能である。ＵＬトラヒックチャネル要求モジュール４６４は、例えば、ＷＴ４００がアップリンク上で通信するためのユーザデータを有する場合、割り当てられることになるトラヒックチャネルセグメントに対して要求を生成する。ＵＬトラヒックチャネルトーンセット決定モジュール４６６は、割り当てられたアップリンクトラヒックチャネルセグメントに対応して使用するためのトーンのセットを決定する。トーンのセットは、同時に使用されることになる複数のトーンを含む。マルチトーン動作モードでは、ＷＴが同じＢＳによって同じＷＴ識別子を割り当てられている可能性があるとしても、ある時にアップリンクトラヒックチャネルユーザデータを通信するためにＷＴに割り当てられた論理トーンセットは、異なる時にアップリンクトラヒックチャネルユーザーデータを通信するためにＷＴに割り当てられた論理トーンと異なる場合がある。モジュール４６６は、論理トーンに対応する物理トーンを決定するためにトーンホッピング情報を使用することもできる。ＵＬトラヒックチャネル変調／符号化選択モジュール４６８は、アップリンクトラヒックチャネルセグメントに使用されることになるアップリンク符号化レートと、変調方法とを選択および実施する。例えば、ＵＬマルチトーンモードで、ＷＴは、異なる符号化レートおよび／または異なる変調方法（例えば、ＱＰＳＫ、ＱＡＭ１６）を使用して実施される複数のユーザデータ転送速度をサポートすることが可能である。ＤＬトラヒックチャネルＡｃｋ／Ｎａｋモジュール４７０は、アップリンクマルチトーン動作モードの間、Ａｃｋ／Ｎａｋ決定と、受信されたダウンリンクトラヒックチャネルセグメントの応答シグナリングとを制御する。例えば、ダウンリンクタイミング構造内の各ダウンリンクトラヒックチャネルセグメントの場合、ＵＬマルチトーン動作モードのためにアップリンクタイミング構造内に対応するＡｃｋ／Ｎａｋアップリンクセグメントが存在する可能性があり、ＷＴは、ダウンリンクトラヒックチャネルセグメントを割り当てられている場合、例えば、自動再伝送機構で使用されるように、伝送の結果を伝えるＡｃｋ／ＮａｋをＢＳに返送する。アクセスモジュール４７２は、マルチトーン動作モードの間にアクセス動作、例えば、近傍の（例えば、地上）基地局と無線リンクを確立して、タイミング同期を実現するためにアクセス動作を制御する。いくつかの実施形態では、マルチトーンモードのアクセスモジュール４７２は、シングルトーンモジュールのアクセスモジュール４５６よりもより低い複雑性レベルを有する。

データ／情報４２２は、アップリンク動作モード４７４と、基地局識別子４７６と、基地局システム情報４７５と、基地局割り当てされた無線端末識別子４７７と、ユーザ／装置／セッション／リソース情報４７８と、アップリンクユーザ音声データ情報ビット４７９と、アップリンクユーザ多重化パケットデータ情報ビット４８０と、アップリンク制御データ情報ビット４８１と、アップリンクユーザデータと制御データとを含む符号化ブロック４８２と、符号化ユーザデータブロックと、符号化制御データブロック４８４と、周波数およびタイミング構造情報４８５と、シングルトーンモード符号化ブロック情報４８８と、マルチトーンモード符号化ブロック情報４８９と、シングルトーンモード送信機ブランキング（ｂｌａｎｋｉｎｇ）基準／情報４９０と、シングルトーンモード送信機電力調整情報４９１と、マルチトーンモード送信機電力調整情報４９２と、シングルトーンモード搬送周波数／巡回拡張調整情報４９３とを含む。アップリンク動作モード４７４は、ＷＴ４００が、現在、例えば、地上基地局との通信のためにマルチトーンアップリンクモードであるか、または例えば、衛星基地局との通信のためにシングルトーンアップリンクモードであるかどうかを識別する情報を含む。ＢＳシステム情報４７５は、システム内の基地局の各々に関連する情報（例えば、基地局の種類（衛星もしくは地上）、搬送周波数または基地局によって使用される周波数、基地局識別子情報、基地局内のセクタ、基地局によって使用されるタイミングおよび周波数のアップリンク構造とダウンリンク構造などを含む。

ＢＳ識別子４７６は、（例えば、システム全体内でＢＳをその他のＢＳと区別する）ＷＴ４００がその現在のネットワーク接続機構地点として使用しているＢＳの識別子を含む。ＢＳ割り当てされたＷＴ識別子４７７は、ＷＴのネットワーク接続機構地点として使用されているＢＳによって割り当てられた識別子（例えば、範囲０．．．３１内の値）であってよい。シングルトーン−トーンアップリンク動作モードでは、識別子４７７は、ユーザデータおよび制御データの両方を含めて、アップリンクシグナリングのためにＷＴによって使用されることになるアップリンクタイミング構造内のシングル専用論理トーンに関連付けられてよい。マルチトーンアップリンク動作モードでは、識別子４７７は、アップリンク制御データ用の専用の制御チャネルのためにＷＴによって使用されることになるアップリンクタイミング構造内の論理トーンに関連付けられてよい。ＢＳ割り当てされたＷＴ識別子４７７はまた、例えば、マルチトーンアップリンク動作モードでアップリンクトラヒックチャネルセグメントのセグメント割当てを行う場合、ＢＳによって使用されることが可能である。

ユーザ／装置セッション／リソース情報４７８は、ユーザおよび装置識別情報と、ルーティング情報と、セキュリティ情報と、進行中のセッション情報と、エアリンクリソース情報とを含む。アップリンクユーザ音声データ情報ビット４７９は、音声呼出に対応するインプットユーザデータを含む。アップリンクユーザ多重化パケットデータ情報ビット４８０は、例えば、テキスト、音声、音楽、データファイルなどに対応するインプットユーザデータを含む。アップリンク制御データ情報ビット４８１は、ＷＴ４００がＢＳに通信することを所望する電力およびタイミング制御情報を含む。アップリンクユーザデータと制御ビットとを含む符号化ブロック４８２は、いくつかの実施形態では、ＵＬシングルトーン動作モードの間に形成される、制御情報ビット４８１と組み合わせてユーザ情報ビット４７８および／または４７９の混合に対応する符号化されたアウトプットブロックである。符号化されたユーザデータブロック４８３は、ユーザ情報ビット４７８および／または４７９の符号化ブロックであり、一方、符号化制御データブロック４８４は、制御情報ビット４８１の符号化ブロックである。データおよび制御情報は、ＵＬマルチトーン動作モードで、またいくつかの実施形態では、ＵＬシングルトーン動作モードの個別に符号化される。アップリンクユーザデータとアップリンク制御データの間の符号化が個別であるシングルトーン動作モードのいくつかの実施形態では、通信するためのユーザデータが存在しない場合、送信機をブランクにする能力が円滑にされる。シングルトーンモード送信機ブランキング基準／情報４９０は、ブランキング決定（例えば、（例えば、進行中の会話での一時休止により）通信するためのデータが存在しない場合、ユーザデータのために設けられるいくつかの間隔の間、シングルアップリンクトーンにわたって出力送信機電力を加えないこと）で使用される。送信機ブランキングのこの手法は、結果として、無線端末に電力節約をもたらす。これは、静止軌道内の衛星との通信を円滑にするための平均電力出力が比較的高い場合に重要な考慮事項である。加えて、干渉レベルが削減され得る。

シングルトーンモード符号化ブロック情報４８８は、シングルトーン動作モード（例えば、（例えば、少なくとも４．８Ｋビット／秒でサポートする）ＱＰＳＫ変調を使用する低符号化レート）でアップリンクのために使用される符号化レートと変調方法とを識別する情報を含む。マルチトーンモード符号化ブロック情報４８９は、シングルトーンモードでのように少なくとも同じ符号化レートと、さらにいくつかの追加的なより高いデータ転送速度とをサポートするためなど、マルチトーン動作モード（例えば、様々な符号化レートとＱＡＭ４（例えば、ＱＰＳＫ）とＱＡＭ１６とを含む変調方式）の間にアップリンク内のアップリンクトラヒックチャネルセグメントのためにサポートされる複数の異なるデータ転送速度の選択肢を含む。

周波数およびタイミング構造情報４８５は、滞留境界情報４８６と、ネットワーク接続機構地点として使用されているＢＳに対応するトーンホッピング情報４８７とを含む。周波数およびタイミング構造機構４８５はまた、タイミングおよび周波数構造内の論理トーンを識別する情報も含む。

シングルトーンモード送信機電力調整情報４９１と、マルチトーンモード電力調整情報４９２とは、それぞれ、シングルトーン動作モードおよびマルチトーン動作モードの場合、電力増幅器４０５の動作および制御のためのピーク電力、平均電力、ピーク対平均電力比、最大電力レベルなどの情報を含む。シングルトーンモード搬送周波数巡回拡張調整情報４９３は、シングルトーン動作モードの間に（例えば、特に、滞留境界での１つの物理トーンから別の物理トーンへのホップの間に）アップリンク内でシンボル境界で信号間の連続性を実施するために、滞留境界および／またはシンボル間境界キャリア調整モジュール４５４によって使用される情報を含む。

図４は、本発明の様々な実施形態に従って、シングルトーンアップリンク動作モードで動作する例示的なＷＴ（例えば、ＭＮ）のための例示的なアップリンク情報ビット符号化を例示する図５００である。アップリンク周波数構造内で、論理トーンは、例えば、基地局によって直接的または間接的にＷＴに割り当てられる。例えば、ＢＳは、シングルトーンモードＷＴに特定の専用の論理トーンに関連する可能性のあるユーザ識別子を割り当てる。例えば、論理トーンは、ＷＴがマルチトーン動作モードである場合（例えば、ＷＴが、通常、７個以上のトーンを同時に使用してアップリンクトラヒックチャネル情報を通信する場合）、専用の制御チャネル（ＤＣＣＨ）トーンとして使用されるものと同じ論理トーンであってよい。論理トーンは、基地局およびＷＴの両方に知られているトーンホッピング情報に従って物理トーンにマップされてよい。異なる物理トーン間のトーンホッピングは、滞留がアップリンク内で使用されるタイミング構造内の連続ＯＦＤＭシンボル伝送時間間隔の固定数（例えば、７個）であり得る場合、滞留境界上で生じる場合がある。アップリンク周波数構造内の同じ論理トーンは、制御情報ビット５０２およびユーザデータ情報ビット５０４の両方を伝えるために、シングルトーン動作モードで使用される。制御情報ビット５０２は、例えば、電力およびタイミング制御情報を含んでよい。ユーザデータビット５０４は、音声ユーザデータ情報ビット５０６および／または多重化パケットユーザデータビット５０８を含んでよい。多重化装置５１０は、制御データ情報ビット５０２と、ユーザデータ情報ビット５０４とを受信するために使用される。多重化装置５１０のアウトプット５１２は、制御情報ビットおよびユーザ情報ビットの組合せを符号化し、符号化ビットの符号化ブロック５１６を出力するアップリンクブロック符号化モジュール５１４へのインプットである。符号化ビットは、使用されるアップリンク変調方式（例えば、ＱＳＰＫ変調方式）に従って変調シンボル上にマップされ、変調シンボルは、割り当てられた論理トーンに対応する物理トーンを使用して送信される。アップリンクレートは、少なくとも１つのシングル音声呼出をサポートするためのようなものである。いくつかの実施形態では、アップリンクユーザ情報レートは、少なくとも４．８Ｋビット／秒である。

図５は、本発明の様々な実施形態に従って、地上ベースおよび宇宙ベースの両方である基地局の混成を含む例示的なＯＦＤＭ無線多元接続通信システム６００を示す図である。各衛星（衛星１ ６０２、衛星２ ６０４、衛星Ｎ ６０６）は、本発明に従って、かつ本発明の情報を使用して実施される基地局（衛星基地局１ ６０８、衛星基地局２ ６１０、衛星基地局Ｎ ６１２）を含む。衛星（６０２、６０４、６０８）は、地球６０３の赤道周囲のおよそ２２、３００マイル（３５、８８０ｋｍ）の高い地球軌道の宇宙空間６０１内に配置される、例えば、静止衛星であってよい。衛星（６０２、６０４、６０６）は、それぞれ、地球の表面上に対応するセルラ有効範囲領域（セル１ ６１４、セル２ ６１６、セルＮ ６１８）を有してよい。例示的な混成通信システム６００は、各々、対応するセルラ有効範囲領域（セル１’６２６、セル２’６２８、セルＮ’６３０）をそれぞれ有する複数の地上基地局（地上ＢＳ１’６２０、地上ＢＳ２’６２２、地上ＢＳＮ’６２４）も含む。異なるセルまたは異なるセルの部分は、互いに、部分的にまたは完全に重複してよく、または重複しなくてもよい。一般に、地上基地局セルのサイズは、衛星のセルのサイズより小さい。一般に、地上基地局の数は、衛星基地局の数を超える。いくつかの実施形態では、多くの比較的小さな地上ＢＳセルが衛星の比較的大きなセル内に配置される。例えば、いくつかの実施形態では、地上セルは１〜５マイル（１．６〜８ｋｍ）の典型的半径を有するが、衛星セルは一般に１００〜５００マイル（１６０〜８０４ｋｍ）の半径を有する。本発明に従って、かつ本発明の方法を使用して実施される複数の無線端末（例えば、セル電話、ＰＤＡ、データ端末などのユーザ通信装置）がシステム内に存在する。無線端末のセットは、静止ノードと移動体ノードとを含んでよく、移動体ノードはシステムの全体にわたって移動することが可能である。移動体ノードは、そのネットワーク接続機構地点として、そのセル内にその移動体ノードが現在存在する基地局を使用することが可能である。いくつかの実施形態では、衛星基地局が地上基地局によって網羅されないそれらの領域でアクセスを提供するために主に使用されている場合、地上ＢＳは、まず、地上基地局または衛星基地局によってアクセスが提供され得る位置で使用を試みるために、基地局の省略タイプとしてＷＴによって使用される。例えば、ある領域では、経済的、環境的、および／または地形的な理由（例えば、低人口密度のため、険しく人の住みにくい地形のためなど）で地上基地局を設置することは現実的でない場合がある。いくつかの地上基地局セルでは、例えば、山、高層ビルなどの障害によりデッドスポットが存在する場合がある。かかるデッドスポット位置では、より継ぎ目のない全体的な有効範囲をＷＴユーザに提供する目的で、有効範囲内でギャップを埋めるために衛星基地局が使用される場合がある。加えて、いくつかの実施形態では、衛星基地局へのアクセスを決定するために、優先考慮事項と、ユーザ加入されたティアレベル（ｔｉｅｒ ｌｅｖｅｌｓ）とが使用される。基地局は、例えば、バックホールネットワークを経由して共に結合され、異なるセル内に配置されたＭＮに相互接続性を提供する。

衛星基地局と通信するＭＮは、シングルトーンが、例えば、音声チャネルをサポートするアップリンクのために使用される場合、シングルトーン動作モードで動作してよい。ダウンリンクでは、より大きなトーンのセット、例えば、ＷＴによって受信および処理される１１３個のダウンリンクトーンが使用され得る。例えば、ダウンリンクで、ＷＴは、必要に応じて、複数のトーンを同時に使用するダウンリンクトラヒックチャネルセグメントを一時的に割り当てられてよい。加えて、ＷＴは、異なるトーンにわたって同時に制御シグナリングを受信することが可能である。セル１ ６１４は、それぞれ、無線リンク（６４４、６４６）を経由して衛星ＢＳ１ ６０８と通信する（ＭＮ１ ６３２、ＭＮ Ｎ６３４）を含む。セル２ ６１６は、それぞれ、無線リンク（６４８、６５０）を経由して衛星ＢＳ２ ６１０と通信する（ＭＮ１’６３６、ＭＮ Ｎ’６３８）を含む。セルＮ６１８は、それぞれ、無線リンク（６５２、６５４）を経由して衛星ＢＳ Ｎ６１２と通信する（ＭＮ１''６４０、ＭＮ Ｎ’６４２）を含む。いくつかの実施形態では、衛星ＢＳとＭＮの間のダウンリンクは、対応するアップリンクよりも、より高いユーザ情報レートをサポートする（例えば、ダウンリンク内で音声、データ、および／またはデジタルビデオブロードキャストをサポートする）。いくつかの実施形態では、そのネットワーク接続機構地点として衛星ＢＳを使用して、ダウンリンクユーザデータ転送速度はＷＴを提供したは、およそアップリンクユーザデータ転送速度（例えば、４．８Ｋビット／秒）と同じであり、したがって、シングル音声呼出をサポートするが、衛星基地局の電力源を保存しやすい。

地上基地局と通信するＭＮは、例えば、アップリンクトラヒックチャネルセグメントのために複数のトーン（例えば、７個以上）が同時に使用される場合、従来型の動作モードで動作してよい。セル１’６２６は、それぞれ、無線リンク（６６６、６６８）を経由して地上ＢＳ１’６２０と通信する（ＭＮ’''６５４、ＭＮ Ｎ'''６５６）を含む。セル２’６２８は、それぞれ、無線リンク（６７０、６７２）を経由して地上ＢＳ２ ６２２と通信する（ＭＮ１''''６５８、ＭＮ Ｎ''''６６０）を含む。セル Ｎ’６３０は、それぞれ、無線リンク（６７４、６７６）を経由して地上ＢＳ Ｎ’ ６２４と通信する（ＭＮ１'''''６６２、ＭＮ Ｎ'''''６６４）を含む。

図６は、図５の様々な衛星ベースおよび地上ベースの基地局間の例示的なバックホール相互接続性を示す図である。様々なネットワークノード（７０２、７０４、７０６，７０８、７１０、７１２）は、例えば、ルータと、ホームエージェントノードと、外部エージェントノードと、ＡＡＡサーバノードと、バックホールネットワークにわたって衛星をサポートして、衛星と通信するための衛星追跡／高通信データ転送速度容量地上局とを含んでよい。地上局として機能するネットワークノード（７０２、７１６、７１８）と衛星基地局（６０８、６１０、６１２）の間のリンク（７１４、７１６、７１８）は、方向性アンテナを使用する無線リンクであってよく、一方、地上ノード間のリンク（７２０、７２２、７２４、７２６、７２８、７３０、７３２、７３４、７３６、７３８）は、有線および／または無線リンク（例えば、光ファイバケーブル、広帯域ケーブル、マイクロ波リンクなど）であってよい。

図７は、本発明に従って、例えば移動体ノードのような無線端末を動作させる典型的な方法のフローチャート１２００である。無線端末は、複数の基地局を含む典型的な無線ＯＦＤＭ多元接続スペクトル拡散通信システムにおける第１のタイプの複数の無線端末のうちの１つでありうる。うち幾つかの基地局は地上ベースであり、幾つかの基地局は衛星ベースである。また、第１のタイプの無線端末は、地上基地局と衛星基地局との両方と通信することができる。典型的な通信システムはまた、地上基地局と通信することができるが衛星基地局と通信できない典型的な第２のタイプの無線端末を含みうる。

フローチャート１２００に示す方法の動作は、無線端末に電源が投入されたことに応じて、あるいは、ハンドオフ動作に応じて、ステップ１２０２で始まる。動作は、開始ステップ１２０２からステップ１２０４に進む。ステップ１２０４では、無線端末が、新たなネットワーク接続機構地点として使用することを意図しているネットワーク接続機構地点が、地上基地局であるか衛星基地局であるかを判定する。ステップ１２０４において、この新たなネットワーク接続機構地点が地上基地局であると判定されると、動作はステップ１２０６に進み、無線端末が、その動作モードを、例えば、多数のトーンアップリンク動作モードである第１の動作モードに設定する。一方、ステップ１２０４において、新たなネットワーク接続機構点が衛星基地局であると判定されると、動作はステップ１２０８に進み、無線端末が、その動作モードを、例えば、シングルトーンアップリンク動作モードである第２の動作モードに設定する。

ステップ１２０６に戻って、動作はステップ１２０６からステップ１２１０へ進み、新たな地上基地局によって許可されたＷＴが、基地局によって割り当てられた無線端末ユーザ識別子を受信する。動作は、ステップ１２１０からステップ１２１２，１２１４，１２１６に進む。ステップ１２１２では、ＷＴが、ダウンリンクユーザデータを伝送するダウンリンクトラフィックチャネルセグメントに対応する信号を、地上基地局から受信するように動作がなされる。動作１２１８では、ＷＴが、基地局へ、アクノレッジメント／否定的なアクノレッジメント（Ａｃｋ／Ｎａｋ）応答信号を送る。

ステップ１２１４へ戻って、ステップ１２１４では、ＷＴが、ステップ１２１２で受け取ったＷＴユーザＩＤから、専用制御チャネル論理トーンを判定する。動作は、ステップ１２１４からステップ１２２０へ進む。ステップ１２２０では、ＷＴが、論理トーンに対応する物理トーンを判定して、トーンホッピング情報に基づいて使用する。例えば、ＩＤ変数が割り当てられたＷＴは、３２の値の範囲（０．．３１）を有する。ここで、各ＩＤは、アップリンクタイミング構造内の異なるシングル論理トーンに対応する。例えば、アップリンクタイミング構造は、１１３のトーンを含む。この１１３の論理トーンは、アップリンクタイミング構造内のアップリンクトーンホッピングパターンに従ってホップされる。例えば、アクセス間隔以外では、アップリンクタイミング構造は、滞留間隔へ細分化される。各滞留間隔は、例えば７のように固定された数の連続的なＯＦＤＭシンボル伝送時間間隔である持続時間を有し、トーンホッピングが、中間ではなく滞留境界において起こる。動作はステップ１２２０からステップ１２２２へ進む。ステップ１２２２では、ＷＴが、専用制御チャネルトーンを用いてアップリンク制御チャネル信号を送信するように動作がなされる。

ステップ１２１６に戻って、ステップ１２１６では、ＷＴが、アップリンクで送信するユーザデータが存在するかを確認する。送信待ちのデータが存在しない場合、動作はステップ１２１６に戻り、ＷＴが、送信するデータの確認を続ける。しかしながら、ステップ１２１６において、アップリンクで送信するユーザデータが存在すると判定された場合には、動作はステップ１２１６からステップ１２２４へ進む。ステップ１２２４では、ＷＴが、地上基地局からのアップリンクトラフィックチャネル割当を要求する。動作はステップ１２２４からステップ１２２６へ進む。ステップ１２２６では、ＷＴが、アップリンクトラフィックチャネルセグメント割当を受信する。動作はステップ１２２８に進み、ＷＴが、例えばＱＰＳＫやＱＡＭ１６のような、使用する変調方法を選択する。ステップ１２３０では、ＷＴが、使用される符号化レートを選択する。動作はステップ１２３０からステップ１２３２に進み、ＷＴが、ステップ１２３０で選択された符合化レートに従って、割り当てられたアップリンクトラフィックチャネルセグメントのユーザデータを符号化し、ステップ１２２８で選択された変調方法に従って、符号化されたビットを変調シンボル値にマップする。動作はステップ１２３２からステップ１２３４へ進み、ＷＴが、アップリンクトラフィックチャネルセグメント割当に基づいて、使用する論理トーンを判定する。ステップ１２３６では、ＷＴが、トーンホッピング情報に基づいて、使用する論理トーンに対応する物理トーンを判定する。動作は、ステップ１２３６からステップ１２３８へ進む。ステップ１２３８では、ＷＴは、判定された物理トーンを用いて、ユーザデータを、地上基地局へ送る。

ステップ１２０８に戻って、動作はステップ１２０８からステップ１２４０へ進む。ステップ１２４０では、衛星基地局によって許可されたＷＴが、ＢＳによって割り当てられたＷＴユーザＩＤを、衛星基地局から受信する。動作は、ステップ１２４０からステップ１２４４及びステップ１２４２に進む。

ステップ１２４２では、ＷＴが、ダウンリンクユーザデータを伝送するダウンリンクトラフィックチャネルセグメントに対応する信号を、衛星基地局から受信するように動作がなされる。動作はステップ１２４２からステップ１２４６へ進み、ＷＴが、誤りに応じて、ダウンリンクトラフィックチャネルユーザの再送信を要求する。ダウンリンク伝送が正しく受信され復号された場合、無線端末から基地局へ何の応答も通信されない。幾つかの実施形態では、情報復元プロセスにおいて誤りが検知された場合、例えば、再送信が完了する前に、失われたダウンリンクデータの有効性の時間ウィンドウが時間切れになったり、又は、データの低い優先度レベルによって、再送信の要求が送られない。

ステップ１２４４に戻って、ステップ１２４４では、ＷＴが、割り当てられたＷＴユーザＩＤに対し、制御データとユーザデータとの両方に使用するための、シングルアップリンク論理トーンを判定する。動作は、特定の実施形態に依存して、ステップ１２４８又はステップ１２５０の何れかへ進む。

ステップ１２４８では、ＷＴが、アップリンク上で通信されるユーザデータと制御データとを多重化する。ステップ１２４８で多重化されたデータは、ステップ１２５２へ転送され、ＷＴが、ユーザ及び制御情報のビットを合わせたものを、単一の符合化ブロックへ符合化する。動作はステップ１２５２からステップ１２５４へ進み、ＷＴが、判定された論理トーンと、トーンホッピング情報とに基づいて、各滞留のために使用される物理トーンを判定する。動作はステップ１２５４からステップ１２５６に進む。ステップ１２５６では、ＷＴは、ユーザデータと制御データとが組み合わされたものの符合化ブロックを、各滞留のために判定された物理トーンを用いて、衛星基地局へ送信するように動作がなされる。

ステップ１２５０では、ＷＴは、独立したブロックにおいて、ユーザデータと制御データとを符号化するように動作がなされる。動作はステップ１２５０からステップ１２５８へ進み、ＷＴは、判定された論理トーンとトーンホッピング情報とに基づいて、各滞留のために使用される物理トーンを判定するように動作がなされる。動作はステップ１２５８からステップ１２６０に進む。ステップ１２６０では、ＷＴは、滞留毎ベースで判定された物理トーンを用いて、ユーザデータの符合化されたブロックと、制御データの符合化されたブロックとを、衛星基地局へ送信するように動作がなされる。ステップ１２６０に関し、本発明の幾つかの実施形態の機能に従って、ユーザデータに専用の時間間隔中に、送信されるユーザデータが存在しない場合、シングルトーンは、使用されないことが許される。

フローチャート１２００の方法に従って無線端末を動作させることによって、第１のピーク対平均電力比を有する第１のアップリンクにおいて少なくとも幾つかのユーザデータを送信するために、複数のＯＦＤＭトーンが同時に使用される間、第１の動作モードにおいて、複数の連続した第１のＯＦＤＭシンボル伝送時間期間を含む第１の時間期間中、無線端末を動作させる。例えば、ＷＴは、そのネットワーク接続機構地点として地上基地局を用い、アップリンクトラフィックチャネルデータのために、例えば７トーン、１４トーン、あるいは２８トーンのような複数のトーンを同時に用いて、アップリンクトラフィックチャネルセグメントに対応するエアリンクリソースによってアップリンクユーザデータを通信する。また、制御シグナリングのために、専用制御チャネルトーンのような追加のトーンが並行して使用されうる。フローチャート１２００の方法に従って無線端末を動作させることによってまた、第２のピーク対平均電力比を有する第２のアップリンクにおいて少なくとも幾つかのユーザデータを送信するために、多くとも１つのＯＦＤＭトーンが使用される間、第２の動作モードにおいて、複数の連続した第２のＯＦＤＭシンボル伝送時間期間を含む第２の時間期間中、無線端末を動作させる。第２のピーク対平均電力比は、第１のピーク対電力比と異なる。例えば、第２の時間期間中、ＷＴは、そのネットワーク接続機構地点として衛星基地局を用い、基地局が割り当てたＷＴユーザ識別子に関連するシングル専用論理トーンに対応するエアリンクリソースによって、アップリンクユーザデータ及び制御データを通信する。このシングル専用論理トーンは、滞留境界上の異なる物理トーンへホップされる。

幾つかの実施形態では、第２のピーク対平均電力比は、第１のピーク対平均電力比よりも少なくとも４ｄＢ低い。幾つかの実施形態では、ＷＴは、全方向アンテナを使用する。第１の時間期間中、第１の動作モードの間にアップリンクで通信されるユーザデータは、少なくとも４．８キロビット／秒のレートでユーザデータを含むことができる。第２の時間期間中、第２の動作モードの間にアップリンクで通信されるユーザデータは、少なくとも４．８キロビット／秒のレートでユーザデータを含むことができる。例えば、音声チャネルは、第１の動作モード及び第２の動作モードの両方のＷＴ動作のためにサポートされる。幾つかの実施形態では、ＷＴは、複数の異なる符合化レートと、例えばＱＰＳＫやＱＡＭ１６のような複数の異なる変調モードとを含む第１の動作モードで、複数の異なるアップリンク符合化レートオプションをサポートする。幾つかの実施形態では、ＷＴは、単一の符合化レートを用いて、例えばＱＰＳＫのような第２のモードにおける動作のための単一のアップリンクレートオプションをサポートする。幾つかの実施形態では、第２の動作モードにおける情報ビットレート、関連するアップリンクユーザデータ信号は、第１の動作モードにおける最小の情報ビットレート、関連するアップリンクユーザ信号と等しいかそれ未満である。

幾つかの実施形態では、衛星基地局と無線端末との間の距離は、前記衛星基地局がネットワーク接続機構地点としてＷＴによって使用されている場合、地上基地局と無線端末との間の距離の少なくとも３倍である。この場合、地上基地局は、ネットワーク接続機構地点としてＷＴによって使用されている。幾つかの実施形態では、通信システム内の衛星基地局のうちの少なくとも幾つかは、静止衛星すなわち同期軌道衛星である。幾つかのそのような実施形態では、静止衛星すなわち同期軌道衛星の基地局と、この基地局をネットワーク接続機構地点として用いるＷＴとの間の距離は、少なくとも３５，０００ｋｍである。一方、地上基地局と、この基地局をネットワーク接続機構地点として用いるＷＴとの間の距離は、高々１００ｋｍである。幾つかの実施形態では、ＷＴによってネットワーク接続機構地点として用いられている衛星基地局は、信号ラウンドトリップ時間が、１００ＯＦＤＭシンボル伝送時間期間を超えることができるように、ＷＴから少なくとも遠く離れている。なお、各ＯＦＤＭシンボル伝送時間期間は、１つのＯＦＤＭシンボル及び対応する巡回プレフィックスを送信するために使用される時間長さを含む。

幾つかの実施形態では、ハンドオフが、地上基地局と衛星基地局との間で生じる場合、第１の動作モードから第２の動作モードへの切換が生じる。幾つかのそのような実施形態では、第１の動作モードから第２の動作モードへの切換が生じる場合、ＷＴは、受信したダウンリンクユーザデータに応じてアクノレッジメント信号を送ることを止める。幾つかのそのような実施形態では、第１の動作モードから第２の動作モードへの切換が生じる場合、ＷＴは、送信されるアップリンク制御信号の周波数及び／又は数を減らす。

本発明の様々な機能に従う他の実施形態は、空間ベースの基地局を含んでいるが、地上ベースの基地局を含んでいないシステムと、地上ベースの基地局を含んでいるが、空間ベースの基地局を含んでいないシステムと、空中プラットフォームベースの基地局を含む様々な組み合わせとを含む。

本発明のアップリンクシステムのようなシステムでは、電力問題に加えて、アップリンクシンボルタイミング同期は、全てのアプリケーションにおいてでは必ずしもないが、例えば、マルチユーザシステムと同時にアップリンクで衛星へ送信する多数のＷＴが存在するアプリケーションのような幾つかのアプリケーションでは問題となる。ＯＦＤＭでは、異なるＷＴによって送信されたシンボルが、基地局に同時に到着することが重要である。アップリンクタイミング同期を達成する様々な方法が使用されうる。少なくとも幾つかの典型的なタイミング同期方法は、出願の最初のページにおいて代理人整理番号Flarion-171PROVによって識別され、「遠隔基地局とのＯＦＤＭアップリンクをサポートする方法及び装置」（METHODS AND APPARATUS FOR SUPPORTING OFDM UPLINKS WITH REMOTE BASE STATIONS）と題され、２００５年６月１３日に出願された米国仮出願番号６０／６８９，９１０号、及び、「遠隔基地局とのＯＦＤＭアップリンクをサポートする方法及び装置」（METHODS AND APPARATUS FOR SUPPORTING UPLINKS WITH REMOTE BASE STATIONS）と題された本願と同日に出願された米国特許出願に記載されている。上記出願は何れも、本明細書において参照によって明確に組み込まれており、本仮特許出願と同日に出願され、本願において発明者として挙げられた人と同じ発明者である。

本発明の様々な実施形態では、遠隔基地局と通信する場合、幾つかの場合はアップリンクで多数のトーンを用い、アップリンクセグメント割当が、トラフィックセグメントの割当＞２ｘ最大ＲＴＴ（ラウンドトリップ時間）となるように調節されたＵＬ割り当てスレーブ構造とともに使用される。高利得アンテナを持たない端末の場合、全てのケースである必要はないが、例えば、全方向アンテナ又はほぼ全方向のアンテナを備えたハンドセット等のような幾つかのケースでは、衛星基地局によって送信された信号の完全な受信のために要求される極端なリンクバジェットは、シングルモードの使用による通信を制限しうる。従って、地上基地局から衛星基地局へハンドオフが生じるような幾つかの実施形態では、無線端末は、変化を検知して、マルチトーンリンクアップリンクモードから、シングルＯＦＤＭトーンアップリンクモード動作へと切り替える。

大きな地理的領域をカバーするビームを備えた静止衛星の場合、ビームの中央と縁との間のラウンドトリップ時間に重要な違いがあるかもしれない。このＲＴＴあいまい性を解決するために、数ミリ秒のデルタＲＴＴを解決することが可能なレンジング方式（ｒａｎｇｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅ）が望ましい。

そのようなスキームは、逆方向リンク伝送が関連しているのがどの順方向リンクスーパスロットであるかを示すように設定されたアクセストーンに関する追加の時間変動符合化とともに、ＯＦＤＭにおける既存のアクセス間隔を用いることができる。この符合化は、スーパスロットレベルに対するあいまい性を解決することができる。端末は、サブスーパスロット（＜１１．４ミリ秒）あいまい性をカバーするために、時間オフセットを変える際に、繰り返されたアクセス試行を試みる必要があるかもしれない。地上及び衛星の混成ネットワークでは、端末は、検知された直近の地上基地局の位置に関する情報を用いて、初期ＲＴＴ推定値を生成し、あいまいさを、通常のアクセスプロトコルによってサポートされている範囲内に押し込めることができる。

図８は、本発明に従って実現され、また、本発明の方法を用いた例えば移動体ノードのような典型的な無線端末８００の図である。典型的な無線端末８００は、受信機８０２、送信機８０４、プロセッサ８０６、メモリ８０８を含んでいる。これらは、様々な要素がデータ及び情報を交換するバスを経由して互いに接続されている。

受信機８０２は、ＷＴ８００が基地局からダウンリンク信号を受信するための受信アンテナ８１２に接続されている。受信機８０２は、復号された受信ダウンリンク信号のための復号器８１４を含んでいる。送信機８０４は、ＷＴ８００が基地局へアップリンク信号を送信するための送信アンテナ８１６に接続されている。幾つかの実施形態では、送信アンテナ８１６は全方向アンテナである。幾つかの実施形態では、同じアンテナが、送信機能と受信機能の両方に使用される。送信機８０４は、電力増幅器８１７及び符号器８１８を含む。電力増幅器８１７は、アップリンクシグナリングの送信電力を制御するために、本発明に従って制御される。符号器８１８は、アップリンク信号で基地局へ通知されるデータ／情報を、例えば符号化ブロックを介して符号化するように動作がなされる。幾つかの実施形態では、符号化実装は、ＷＴ８００が、シングルアップリンクトーン動作モードで動作しているか、又は、マルチトーンアップリンク動作モードで動作しているかに応じて変化する。

メモリ８０８は、ルーチン８２０及びデータ／情報８２２を含む。例えばＣＰＵのようなプロセッサ８０６は、ルーチン８２０を実行して、メモリ８０８内のデータ／情報を用いて、ＷＴ８００の動作の制御、及び、本発明の方法を実施する。

ルーチン８２０は、通信ルーチン８２４と、無線端末制御ルーチン８２６とを含む。通信ルーチン８２４は、無線端末８００によって使用される通信プロトコルを実施する。無線端末制御ルーチン８２６は、切換制御モジュール、シングルトーンモード伝送制御モジュール、マルチトーンモード伝送制御モジュール８３２、アップリンクシグナリング周波数制御モジュール８３４、アップリンクトラッフィックチャネルセグメント伝送終了モジュール８３８、及び、電力伝送制御モジュール８４０を含む。

無線端末８００は、ＷＴ８００が多数のＯＦＤＭトーンを同時に用いて、基地局へ信号を送信する第１のマルチトーンＯＦＤＭアップリンク動作モードと、ＷＴが一度に１つのトーンを用いて基地局へ信号を送信する第２のシングルトーンＯＦＤＭアップリンク動作モードとをサポートする。切換制御モジュール８２８は、第１のマルチトーンＯＦＤＭアップリンク動作モードと、第２のシングルトーンＯＦＤＭアップリンク動作モードとの間の切り換えを制御する。例えば、切換制御モジュール８２８は、シングルトーン伝送制御モジュール８３０とマルチトーン伝送制御モジュール８３２との間に制御を送る動作を制御する。切換制御モジュール８２８は、地上／衛星切換モジュール８４２を含む。このモジュール８４２の動作は、無線端末８００が、地上基地局との通信から、衛星基地局との通信へ切り換わる場合に、ＷＴ８００を、マルチトーンアップリンク動作モードから、シングルトーンアップリンク動作モードへと切り換えることを含む。

シングルトーンモード伝送制御モジュール８３０は、シングルトーンアップリンク動作モード中に、シングルＯＦＤＭトーンを用いて、ユーザデータを送信するように送信機８０４を制御する。マルチトーンモード伝送制御モジュール８３２は、マルチトーンアップリンク動作モードにおいて、同時に多数のＯＦＤＭトーンを用いて、ユーザデータを送信するように送信機８０４を制御する。

電力伝送制御モジュール８４０は、マルチトーンアップリンク動作モード中、保持されているピーク対平均電力比よりも少なくとも４ｄＢ低い平均ピーク対平均電力比を維持するために、シングルトーンアップリンク動作モード中、伝送電力の制御を含めて、伝送電力を制御するように送信機８０４を制御する。アップリンクシグナリング周波数制御モジュール８３４は、マルチトーンアップリンク動作モードからシングルトーンアップリンク動作モードへ切り換わる場合、無線端末８００から送信されるアップリンク制御信号の周波数を低減する。アップリンクトラッフィックチャネル要求モジュール８３６は、マルチトーンアップリンク動作モード中、例えば、地上基地局のような基地局に現在接続されておりマルチトーンアップリンク動作モードで動作している複数の潜在的な無線端末のうちの何れかに割り当てられうるアップリンクトラフィックチャネルセグメントに対する要求のような、アップリンクトラッフィックチャネルセグメントに対する要求の生成及び伝送を制御する。アップリンクトラッフィックチャネルセグメント送信終了モジュール８３８は、送信機８０４が、例えば、多数のトーンを同時に用い、かつ、要求に対応する割当に関連付けられたアップリンクトラフィックチャネルセグメントのようなアップリンクトラッフィックチャネルセグメント及び／又はアップリンクトラッフィックチャネルセグメント信号の伝送を停止できるように動作を制御する。例えば、幾つかの実施形態では、ＷＴ８００が、シングルトーンアップリンク動作モードで動作するように切り換えられた場合、ＷＴ８００は、アップリンクマルチトーン動作モードにおける場合のように、アップリンクトラフィックチャネルセグメントを要求し割り当てられる代わりに、アップリンクデータ／情報に対する使用のために、専用のシングルトーンが割り当てられる。ここでは、アップリンクマルチトーン動作モードにおけるアップリンクトラフィックチャネルセグメントは、異なる時間において、異なる無線端末へ割り当てられうる。

データ／情報８２２は、現在のアップリンク動作モード８４４、基地局システム情報８４６、ＢＳ識別子８４８、ＢＳ割当ＷＴ識別子８５０、ユーザデバイス／セッション／リソース情報８５２、ユーザデータ８５３、アップリンク動作モードのためのデータ／情報８５４を含む。現在のアップリンク動作モード８４４は、例えば、地上基地局とともに使用されるマルチトーンアップリンク動作モードや、衛星基地局とともに使用されるシングルトーンアップリンク動作モードのような、アップリンクシグナリングに関するＷＴ８００の動作の現在の状態を含む。ＢＳシステム情報８４６は、ＷＴ８００がそのネットワーク接続機構地点として用いる複数のＢＳの各々に対応するシステム情報を含んでいる。ＢＳシステム情報８４６は、例えば、衛星又は地上のような基地局のタイプと、基地局識別子情報と、基地局セクタ識別子情報と、アップリンクシグナリングに使用されるキャリア周波数と、アップリンクシグナリングに使用されるトーンブロックと、アップリンク信号に使用されるトーンホッピング情報と、ダウンリンクシグナリングに使用されるキャリア周波数と、ダウンリンクシグナリングに使用されるトーンブロックと、ダウンリンク信号に使用される情報をトーンホッピング情報と、タイミング及び周波数構造情報と、巡回プレフィクス仕様を含むＯＦＤＭシンボルタイミング情報と、例えば、スロット、半スロット、スーパスロット、ビーコンストット、ウルトラスロット等のようなＯＦＤＭシンボル送信時間間隔のグルーピングと、アクセス間隔情報と、プロトコル等とを含む。ＢＳ識別子８４８は、ＷＴのネットワーク接続機構地点としてどのＢＳが現在使用されているかを識別する情報を含む。これは、ＢＳシステム情報８４６内の情報のセットと相関付けるために使用される。ＢＳ割当ＷＴ識別子８５０は、ネットワーク接続機構地点として使用されているＢＳによってＷＴ８００に割り当てられる識別子でありうる。例えば、衛星ＢＳとともに、ＢＳ割当ＷＴ識別子８５０は、アップリンクシグナリングのためにＷＴ８００によって使用されるシングル専用論理ローンに関連付けるために使用される。一方、地上ＢＳとともに、ＢＳ割当ＷＴ識別子８５０は、トラッフィックチャネルセグメントに対する要求を送る場合、及び、アップリンクトラフィックチャネルセグメントが自身に割り当てられたか、又は、システム内の他のＷＴに割り当てられたかを識別するために割当信号を処理する場合、自身を識別するためにＷＴ８００によって使用される。

ユーザ／デバイス／セッション／リソース情報８５２は、例えば、識別情報、ＷＴ制御情報、ＷＴオプション情報、ＩＰアドレス、ＷＴ８００と通信セッション中の他のＷＴに関する情報、経路情報、及び、使用するために割り当てられたエアリンクリソースに関する情報のようなＷＴ８００に関する情報を含む。ユーザデータ８５３は、例えばビデオ、テキスト、オーディオ等に対応する音声データ／情報及び／又は多重化パケットデータ／情報を含む。ユーザデータ８５３は、情報ビット、符号化ビット、情報ビットのブロック、及び、符号化ビットのブロックを含みうる。

アップリンク動作モードのためのデータ／情報８５４は、マルチトーンモードデータ／情報８５６と、シングルトーンモードデータ／情報８５８とを含む。マルチトーンモードデータ／情報８５６は、トーン情報８５８と、電力制御情報８６０とを含む。一方、シングルトーンモードデータ／情報８５８は、トーン情報８６２と電力制御情報８６４とを含む。

図９は、本発明に従って実施され、本発明の方法を使用する、典型的なＯＦＤＭ無線通信システム９００の図である。典型的なＯＦＤＭ無線通信システム９００は、地球９０３に配置された複数の地上基地局（地上基地局１ ９２２、・・・、地上基地局Ｎ ９２４）と、複数の衛星基地局（宇宙空間９０１の衛星１ ９０２に配置された衛星ＢＳ１ ９０８、宇宙空間９０１の衛星Ｎ ９０６に配置された衛星ＢＳＮ ９１２）とを含む。典型的なＯＦＤＭシステム９００は、複数の第１のタイプのＷＴ（ＷＴ１タイプ１ ９１４、ＷＴＮタイプ１ ９１６）と、複数の第２のタイプのＷＴ（ＷＴ１タイプ２ ９１８、ＷＴＮタイプ２ ９２０）とを含む。ＷＴ（９１４、９１６、９１８、９２０）のうちの少なくとも幾つかは、システムにわたって移動し、かつ、位置に依存して異なる時間において異なる基地局に接続する移動体ノードである。ＷＴ（９１４、９１６、９１８、９２０）は、ＷＴからＢＳへのアップリンクと、ＢＳからＷＴへのダウンリンクとの両方と、ＯＦＤＭシグナリングをサポートする。

第１のタイプのＷＴ（９１４，９１６）は、地上基地局（９２２，９２４）と通信しているとき、第１の数のＯＦＤＭトーンを用いてアップリンク信号を送信し、衛星基地局（９０８，９１２）と通信しているとき、第２の数のトーンを用いてアップリンク信号を送信する。第２の数は、第１の数のトーンよりも少ない。幾つかの実施形態では、第２の数は１である。幾つかの実施形態では、マルチトーンは、例えば、ＷＴによって同時に使用される７、１４、又は２８のトーンのように、例えば符号化されたユーザデータを含むアップリンクトラフィックチャネルセグメント信号を送信するための多数のトーンを指す。そのような典型的な実施形態では、制御信号を送信するために、追加のトーンが同時に使用されてもよい。幾つかの実施形態では、ＷＴは、例えば地上ＢＳと通信しているアップリンクマルチトーン動作モードにあり、ユーザデータのアップリンクトラフィックチャネルシグナリングのために多数のトーンを同時に使用しうるが、ＷＴは、アクセス要求のためのシングルトーンと、地上基地局に関するシグナリングの制御のためのシングルトーン又はマルチトーンを同時に使用する。

第２のタイプのＷＴ（９１８，９２０）は、マルチトーンアップリンク動作モードをサポートしているが、シングルトーン動作モードをサポートしていない。そして、そのようなＷＴは、地上ＢＳ９１８，９２０と通信することができるが、衛星ＢＳ９０８，９１２と通信することはできない。

破線（９２６、９２８、９３０、９３２）は、タイプ１ ＷＴ１ ９１４が、（地上ＢＳ１ ９２２、地上ＢＳＮ ９２４、衛星ＢＳ１ ９０８、衛星ＢＳＮ ９１２）と通信し、それぞれ、例えば、別の時間に、異なるＢＳ（９２２，９２４，９０８，９１６）をそのネットワーク接続機構地点として用いてＷＴ１ ９１４と、（マルチトーン、マルチトーン、シングルトーン、シングルトーン）アップリンク動作モードで動作することを示す。破線（９３４、９３６、９３８、９４０）は、タイプ１ ＷＴ１ ９１６が、（地上ＢＳ１ ９２２、地上ＢＳＮ ９２４、衛星ＢＳ１ ９０８、衛星ＢＳＮ ９１２）と通信し、それぞれ、例えば、別の時間に、異なるＢＳ（９２２，９２４，９０８，９１６）をそのネットワーク接続機構地点として用いてＷＴＮ ９１６と、（マルチトーン、マルチトーン、シングルトーン、シングルトーン）アップリンク動作モードで動作することを示す。

破線（９４２、９４４）は、タイプ２ ＷＴ１ ９１８が、（地上ＢＳ１ ９２２、地上ＢＳＮ ９２４）と通信し、それぞれ、例えば、別の時間に、異なるＢＳ（９２２，９２４）をそのネットワーク接続機構地点として用いてＷＴ１ ９１８と、（マルチトーン、マルチトーン）アップリンク動作モードで動作することを示す。破線（９４６、９４８）は、タイプ２ ＷＴＮ ９２０が、（地上ＢＳ１ ９２２、地上ＢＳＮ ９２４）と通信し、それぞれ、例えば、別の時間に、異なるＢＳ（９２２，９２４）をそのネットワーク接続機構地点として用いてＷＴＮ ９２０と、（マルチトーン、マルチトーン）アップリンク動作モードで動作することを示す。

図１０は、本発明に従って、例えば移動体ノードのような無線端末を動作させる典型的な方法のフローチャート１０００である。動作はステップ１００２で始まり、ＷＴに電源が投入され、初期化され、一度に１つの基地局のような基地局へＯＦＤＭアップリンク信号を通信するように動作がなされる。例えば、無線端末は、例えば、基地局又は複数の基地局からビーコン信号のようなダウンリンクブロードキャスト信号を受信し、そのネットワーク接続機構地点として特定のＢＳの使用を望んでいると判断する。例えば、幾つかの実施形態では、少なくとも１つの地上ＢＳのセットが、ネットワーク接続機構地点として用いることが許容されるかが判定されると仮定すると、最も強く受信されたビーコン信号に対応するセットからの地上ＢＳは、ネットワーク接続機構地点として使用されるものとしてＷＴによって選択されうる。しかしながら、地上基地局が利用可能ではない場合、衛星ＢＳが許容できるのであれば、ＷＴは衛星基地局を使用しうる。動作はステップ１００２からステップ１００４へ進む。

ステップ１００４では、無線端末が、そのネットワーク接続機構地点として使用することを望んでいる基地局とＷＴとの間の距離が、１００マイルを越えているかを判定する。幾つかの実施形態では、例えば静止衛星軌道上の衛星基地局のような幾つかのＢＳが、ＷＴから常に少なくとも１００マイル離れていることがＷＴによって知られる。幾つかの実施形態では、幾つかの基地局が、ＷＴ位置、ＢＳ位置、日、及び／又は一日における時刻に依存して、ＷＴから１００マイル以上離れているかも、そうでないかもしれない。

基地局が、例えば衛星基地局のように、ＷＴから１００マイルよりも遠く離れている基地局であると仮定すると、動作は、ステップ１００４からステップ１００６に進む。そうでない場合、動作は、ステップ１００４からステップ１００８に進む。

ステップ１００６では、ＷＴが、例えば１５００ＭＨｚから１５９９ＭＨｚの範囲の周波数を含む帯域である１５００ＭＨｚ周波数帯域内のキャリア周波数及び関連するトーンブロックのような周波数帯域内から、基地局に対応するアップリンクキャリア周波数を決定する。動作は、ステップ１００６からステップ１０１０に進む。ステップ１０１０では、ＷＴが、基地局によって、ＷＴが他のＷＴを排除してアップリンクシグナリングのために使用する専用の１つの論理トーンを決定するように動作がなされる。動作はステップ１０１０からステップ１０１２へ進む。ステップ１０１２では、ＷＴは、予め定めたホッピングシーケンスに従って、論理トーンに対応する物理トーンを決定するように動作がなされる。動作はステップ１０１２からステップ１０１４に進む。ステップ１０１４では、無線端末は、一度に多くとも１トーンを用いてアップリンク信号を送信するように動作がなされる。ステップ１０１４は、サブステップ１０１６及びサブステップ１０１８の動作を含んでいる。サブステップ１０１６では、ＷＴは、例えば、アップリンクで送信される各ＯＦＤＭシンボルのための巡回プレフィクスのような巡回プレフィクスを含むよう動作がなされる。ここで、巡回プレフィクス時間持続時間は、ＷＴとＢＳとの間の最大ランドトリップ伝播遅延未満である。サブステップ１０１８では、ＷＴは、ピーク電力を第１のレベルへ抑制し、第１の平均電力を用いて送信するように動作がなされる。

基地局が、ＷＴから１００マイル以下しか離れていない基地局であると仮定すると、動作は、ステップ１００４からステップ１００８へ進む。例えば、基地局は、およそ２５マイル、５マイル、２マイル、又は１マイルの半径を有するセルラ有効範囲領域を持つ地上基地局でありえる。そして、ＷＴは現在、その有効範囲領域内に存在するかもしれない。

ステップ１００８では、ＷＴが、例えば１５００ＭＨｚから１５９９ＭＨｚの範囲の周波数を含む帯域である１５００ＭＨｚ周波数帯域内のキャリア周波数及び関連するトーンブロックのような周波数帯域内から、基地局に対応するアップリンクキャリア周波数を決定する。幾つかの実施形態では、ステップ１００８に対応する地上基地局、及び、ステップ１００６に対応する衛星基地局は、同じ周波数帯域であるが、異なるオーバラップしないキャリア周波数とトーンブロックとを使用する。動作はステップ１００８からステップ１０２０に進む。

ステップ１０２０では、ＷＴは、例えばアップリンクシグナリングのためにＷＴに一時的に割り当てられる論理トーンを決定するように動作がなされる。例えば、ＷＴは、アップリンクトラッフィックチャネルセグメントを要求したかもしれない。さらに、例えばアップリンクタイミング構造内の１つの対応する反復に対して、アップリンクタイミング構造内にあるインデクス番号を有するアップリンクトラフィックチャネルセグメントが一時的に割り当てられる。アップリンクトラフィックチャネルセグメントは、例えば７、１４、又は２８トーンのような多くのトーンを同時に用いることができる。動作は、ステップ１０２０からステップ１０２２へ進む。

ステップ１０２２では、ＷＴは、予め定めたホッピングシーケンスに従って、論理トーンに対応する物理トーンを決定するように動作がなされる。幾つかの実施形態では、定めたアップリンクトーンホッピングシーケンスは、基地局識別子値による。幾つかの実施形態では、例えば衛星基地局とのようなシングルアップリンクトーン動作と、例えば近くの地上基地局とのようなマルチアップリンクトーン動作との両方のためのアップリンクトーンホッピングを決定する場合、基地局識別子値による同じホッピングシーケンス式が使用される。動作は、ステップ１０２２からステップ１０２４に進む。

ステップ１０２４では、無線端末は、アップリンク通信のために多数のトーンを同時に用いて、地上基地局と通信するために、アップリンク信号を送信するように動作がなされる。ステップ１０２４の動作は、サブステップ１０２６の動作を含んでいる。サブステップ１０２６では、無線端末が、ピーク電力を第１のピーク電力レベルへ抑制し、第２の平均電力を用いて送信するように動作がなされる。なお、第２の平均電力は、第１の平均電力よりも低い。

図１１Ａと図１１Ｂとの組み合わせてなる図１１は、本発明に従って無線端末を動作させる典型的な方法のフローチャート１１００である。無線端末は、例えば図３の典型的な無線端末４００、又は、図８の典型的な無線端末８００であるかもしれない。例えば移動体ノードのような無線端末を動作させる典型的な方法は、ステップ１１０２で始まり、無線端末に電源が投入され、初期化される。ステップ１１０２では、無線端末は、スリープからアクティブへのような無線端末状態の変化後、例えば、電源投入後の初期アクセスの一部として、あるいは、例えば異なる基地局間のような異なるネットワーク接続機構地点間のハンドオフ動作の一部として、特定の基地局をそのネットワーク接続機構地点として使用することを決定する。動作は、ステップ１１０２からステップ１１０４へ進む。

ステップ１１０４では、無線端末が、第１の動作モードと第２の動作モードとのどの動作アップリンクモードが使用されるべきかを判定する。例えば、第１の動作モードでは、複数の連続する第１のＯＦＤＭシンボル伝送時間期間を含む第１の時間期間中、無線端末は、第１のアップリンク信号で少なくとも幾つかのユーザデータを第１の基地局へ送信するために、多数のＯＦＤＭトーンを同時に用いるように動作がなされる。ここで、第１の信号は、第１のピーク対平均電力比を有する。第２の動作モードでは、複数の第２のＯＦＤＭシンボル伝送時間期間を含む第２の時間期間中、無線端末は、第２の信号で少なくとも幾つかのユーザデータを第２の基地局へ送信するために、最大１つのＯＦＤＭトーンを用いるように動作がなされる。ここで、第２の信号は、第１のピーク対平均電力比とは異なるピーク対平均電力比を有する。幾つかの実施形態では、第２のピーク対平均電力比は、第１のピーク対電力比よりも、例えば少なくとも４ｄＢ低い。幾つかの実施形態では、このモード選択は、興味のある基地局と無線端末との間の距離による。例えば、幾つかの実施形態では、第２の基地局は第２の時間期間中、第１の基地局が第１の時間期間中離れているよりも、少なくとも３倍、無線端末から離れている。幾つかの実施形態では、第２の基地局は、第２の時間期間中、無線端末と基地局との間の信号ラウンドトリップ時間が、シンボル伝送時間期間を超えることができるように、無線端末から少なくとも離れている。ここで、シンボル伝送時間期間は、１つのＯＦＤＭシンボルと対応する巡回プレフィクスとを送信するために使用される時間の長さを含む。幾つかの実施形態では、第１の基地局は地上基地局であり、第２の基地局は衛星基地局である。幾つかの実施形態では、ＷＴがアクセスする可能性のある複数の基地局の各々が、アップリンク動作モードで識別される。例えば地上タイプの基地局は、第１の動作モードで識別される一方、衛星タイプの基地局は、第２の動作モードで識別されうる。

動作モードが第１のモードであると無線端末が判定すると、動作は、ステップ１１０４からステップ１１０６、１１０８、及び１１１０に進む。動作モードが第２のモードであると無線端末が判定すると、動作は、接続ノードＡ １１１２に進む。

ステップ１１０６では、ＷＴは、第１の時間期間中、伝送用のユーザデータを符号化するために使用することができる符号化レートを、複数の符号化レートから選択する。幾つかの実施形態では、第１の基地局が、複数の符号化レートから、無線端末が使用するアップリンク符号化レートを選択し、ＷＴが、ステップ１１０６において、基地局選択を行う。その後、ステップ１１１４において、ＷＴは、第１の時間期間中、制御情報を通信するために使用される符号化ブロックから分離した符号化ブロックにおいて第１の時間期間中に送信される少なくとも幾つかのユーザデータを符号化する。動作はステップ１１１４からステップ１１１６に進む。ステップ１１１６では、ＷＴが、第１の時間期間における少なくとも一部の間、少なくとも幾つかのユーザデータを送信するために使用されるサポートされた複数の変調方法のうちの１つを選択するように動作がなされる。幾つかの実施形態では、基地局が、複数の変調方法から、無線端末のために使用する変調方法を選択し、無線端末が、ステップ１１１６においてこの選択を行う。幾つかの実施形態では、ＷＴは、第１のアップリンク動作モードにおいて、ＱＡＭ４及びＱＡＭ１６を含む異なる変調方法をサポートする。その後、ステップ１１１８では、ＷＴは、符号化ビットを、変調シンボル値にマップするよう動作がなされる。

ステップ１１０８に戻って、ステップ１１０８では、無線端末が、第１の動作モード中、第１の基地局から、少なくとも１つのトラフィックチャネルアップリンクセグメント割当信号を受信するよう動作がなされる。動作はステップ１１０８からステップ１１２０に進む。ステップ１１２０では、ＷＴは、例えば、第１の基地局に対応する既知のタイミング及び周波数構造と組み合わせて、少なくとも１つのトラフィックチャネルセグメント割当信号から、第１の時間期間中、多くのＯＦＤＭトーンの幾つかとして、どのトーンが使用されるかを決定する。動作は、ステップ１１２０からステップ１１２２へ進む。ステップ１１２２では、無線端末が、第１のレートで、第１の時間期間中、少なくとも幾つかのユーザデータを同時に送信するために使用される多数のＯＦＤＭトーンを、第１の時間期間中にホップさせるよう動作がなされる。幾つかの実施形態では、第１のレートは、多数のシンボル伝送時間期間であり、同じ物理トーンになるホッピングレートは、例えば７つの連続したシンボル伝送時間期間のような第１の時間期間内の複数の連続したシンボル伝送時間期間のために使用される。

動作は、ステップ１１１８及びステップ１１２２からステップ１１２４に進む。ステップ１１２４では、無線端末は、ステップ１１１８からの変調シンボル値を、ステップ１１２２からのホップトーンに関連付けるように動作がなされる。動作はステップ１１２４からステップ１１２６に進む。ステップ１１２６では、複数の連続するＯＦＤＭシンボル伝送時間期間を含む第１の時間期間中、無線端末は、第１のアップリンク信号で少なくとも幾つかのユーザデータを同時に送信するよう動作がなされる。ここで、第１のアップリンク信号は、第１のピーク対平均電力を有する。幾つかの実施形態では、第１の時間期間中、少なくとも幾つかのユーザデータを送信することは、ユーザデータを、少なくとも４．８キロビット／秒のレートで送信することを含む。幾つかの実施形態では、第１の動作モード中、無線端末は、第１の基地局への制御信号の伝送のために、第１の基地局によって割り当てられた基地局割当無線端末識別子に対する固定された１対１の関係を持つ少なくとも１つのトーンを用いる。

ステップ１１１０に戻って、ステップ１１１０では、無線端末は、第１の時間期間中、第１の基地局からユーザデータを受信するように動作がなされる。動作はステップ１１１０からステップ１１２８へ進む。ステップ１１２８では、無線端末は、第１の予め定めたアクノレッジメントスキームに従って、第１の基地局へアクノレッジメントを送信するよう動作がなされる。

ステップ１１０４では、動作アップリンクモードが、第２のモードであるべきであるとＷＴが判定した場合、動作は、接続ノードＡ１１１２を経由して、ステップ１１３０又はステップ１１３２又はステップ１１３３又はステップ１１３４へ進む。ステップ１１３０では、ＷＴは、ユーザデータ及び制御データを、第２の時間期間中に送信される個別の符号化ブロックへ符号化する。選択パスを経て、ステップ１１３２では、無線端末は、第２の時間期間中に送信されるユーザデータを、同様に第２の時間期間中に送信される制御データと多重化する。動作はステップ１１３２からステップ１１３６に進む。ステップ１１３６では、無線端末が、ステップ１１３２の多重化された制御データとユーザデータを、単一の符号化ブロックに符号化する。

幾つかの実施形態では、無線端末が、第２の時間期間中に伝送される単一の符号化レートでデータを符号化する。この単一の符号化レートは、第１の時間期間中に伝送されるユーザデータを符号化するために使用することができる複数の符号化レートにおける最低の符号化レートと等しいか、それよりも低い。

動作は、ステップ１１３０又はステップ１１３６から、ステップ１１３８へ進む。ステップ１１３８では、無線端末は、第２の時間期間中、例えばＱＰＳＫのようなサポートされている単一の変調方法を用いる。動作はステップ１１３８からステップ１１４０に進む。

１１４０では、無線端末は、符号化ブロックビットを、変調シンボル値にマップするように動作がなされる。

ステップ１１３３では、無線端末は、トラフィックチャネルアップリンクセグメント割当信号を用いることなく、無線端末識別子割当から、第２の動作モード中に使用されるシングルトーンを判定するように動作がなされる。例えば、無線端末が、例えば衛星基地局のような第２の基地局に登録する場合、無線端末は、アクティブなユーザ識別値が割り当てられ、各アクティブなユーザ識別値は、基地局によって使用されるアップリンクタイミング及び周波数構造の異なる論理アップリンクトーンに関連付けられる。幾つかの実施形態では、第２の動作モード中に使用されるシングルトーンは、シグナリング制御に専用の第１の時間期間中に使用される専用制御チャネルへと、第１の動作モード中に捧げられる論理アップリンク伝送タイミング構造における位置を占有する。幾つかの実施形態では、第２の動作モード中に使用されるシングルトーンは、無線端末識別子が割り当てられた基地局との固定された１対１の関係を有する一方、第１の運転モード中は、ユーザデータを送信するために使用されるトーンは、無線端末識別子が割り当てられた基地局との固定された１対１の関係を有する。動作はステップ１１３３からステップ１１４２に進む。ステップ１１４２では、無線端末は、第２の時間期間中に少なくとも幾つかのユーザデータを第１のレートで送信するために使用されるシングルＯＦＤＭトーンを、第２の時間期間中にホップするよう動作がなされる。幾つかの実施形態では、第１のレートは、多数のシンボル伝送時間期間であり、同じ物理トーンになるホッピングレートは、例えば７つの連続したシンボル伝送時間期間のような第２の時間期間内の複数の連続したシンボル伝送時間期間のために使用される。

動作は、ステップ１１４０及びステップ１１４２からステップ１１４４へ進む。ステップ１１４４では、無線端末は、変調シンボル値を、ホップされたトーンに関連付けるよう動作がなされる。動作はステップ１１４４からステップ１１４６に進む。ステップ１１４６では、無線端末は、複数の連続した第２のＯＦＤＭシンボル伝送時間期間を含む第２の時間期間中、少なくとも幾つかのユーザデータを第２のアップリンク信号で第２の基地局へ同時に送信するよう動作される。第２の信号は、第１のピーク対平均電力とは異なる第２のピーク対平均電力を持つ。幾つかの実施形態では、第２の時間期間中に少なくとも幾つかのユーザデータを送信することは、ユーザデータを、少なくとも４．８キロビット／秒のレートで送信することを含む。幾つかの実施形態では、例えば、第２の動作モードにおいて、ユーザデータと制御データとが、個別のブロックに符号化されるような幾つかの実施形態では、シングルトーンが、使用されないことが許容され、送信されるユーザデータが存在しない場合、ユーザデータの伝送に専用の時間期間中、シングルトーンで信号が送信されない。幾つかの実施形態では、第１の時間期間中に送信するステップ１１２６と、第２の時間期間中に送信するステップ１１４６とは、全方向アンテナを用いて、第１及び第２の基地局へ信号を送信することを含む。

ステップ１１３４に戻って、ステップ１１３４では、無線端末は、第２の時間期間中、ユーザデータのアクノレッジメントなく、第２の基地局からユーザデータを受信するよう動作がなされる。動作はステップ１１３４からステップ１１４８に進む。ステップ１１４８では、無線端末は、ステップ１１３４で受信したダウンリンクデータで検知された誤りがあるかをチェックするよう動作がなされる。誤りが検知された場合、動作はステップ１１５０に進み、無線端末が、ユーザデータの再送信を要求するよう動作がなされる。幾つかの実施形態では、ステップ１１５０を実行するか否かに関する判定が、例えば、データの重要度、無線端末のサービスレベル、及び／又は、データの時間陳腐化（staleness）考慮によって更に与えられる。

本発明の技術は、ソフトウェア、ハードウェアおよび／またはソフトウェアとハードウェアの組合せを使用して実施されてよい。本発明は、装置、例えば、本発明を実施する移動体端末などの移動体ノード、基地局、通信システムに関する。本発明はまた、方法、例えば、本発明による移動体ノード、基地局および／または通信システム（例えば、ホスト）の制御および／または動作の方法にも関する。本発明はまた、本発明による１つまたは複数のステップを実施する目的で機械を制御するために機械可読命令を含む機械可読媒体（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＤ、ハードディスクなど）にも関する。

様々な実施形態で、本明細書で説明されるノードは、本発明の１つまたは複数の方法に対応するステップ（例えば、信号処理ステップ、メッセージ生成および／または伝送ステップ）を実行するために１つまたは複数のモジュールを使用して実施される。したがって、いくつかの実施形態では、本発明の様々な機能はモジュールを使用して実施される。かかるモジュールは、ソフトウェア、ハードウェアまたはソフトウェアとハードウェアの組合せを使用して実施されてよい。上述の方法または方法ステップの多くは、例えば、１つまたは複数のノードで、上述の方法のすべてまたは一部を実施する目的で、機械（例えば、追加ハードウェアの有無にかかわらず汎用コンピュータ）を制御するために、メモリ装置（例えば、ＲＡＭ、フロッピー（登録商標）ディスクなど）などの機械可読媒体内に含まれるソフトウェアなどの機械実施可能命令を使用して実施されてよい。したがって、とりわけ、本発明は、機械（例えば、プロセッサおよび関連ハードウェア）に上述の（１つまたは複数の）方法の１つまたは複数のステップを実行させるための機械実施可能命令を含む機械可読媒体に関する。

本発明のタイミング同期の方法および装置は、様々な装置およびシステムにより使用されることが可能である。本発明の方法および装置は、本出願と同じ日に出願され、本出願と同じ発明者を指定する「ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ ＳＹＳＴＥＭ，ＭＥＴＨＯＤＳ ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ」と題された、米国特許出願第１１／１８４，０５１号で説明される方法および装置と組み合わせた使用に大変適しており、当該方法および装置との組合せで使用されてよい。この一般特許出願は、参照により本発明に明示的に組み込まれ、本特許出願の開示の一部と見なされるべきである。

ＯＦＤＭシステムとの関連で説明されているが、本発明の方法および装置の少なくともいくつかは、多くの非ＯＦＤＭおよび／または非セルラシステムを含めて、広範囲の通信システムに適用可能である。

上に説明された本発明の方法および装置に関する多数の追加変更形態は、本発明の上の説明から当業者に明らかになるであろう。かかる変更形態は、本発明の範囲内とみなされるべきである。いくつかの実施形態では、ＯＦＤＭ信号を使用して移動体ノード（ＷＴ）と通信リンクを確立するアクセスノードなどの基地局サーバ。様々な実施形態では、ＷＴは、本発明の方法を実施するために、セル電話、ノートブックコンピュータ、パーソナルデータアシスタント（ＰＤＡ）、または、受信機／送信機回路ならびに論理および／またはルーチンを含めて、その他の携帯装置として実施される。

本発明に従って、かつ本発明の方法を使用して実施される例示的な無線通信システムの図である。 本発明に従って、かつ本発明の方法を使用して実施される例示的な基地局（例えば、地上ベースの基地局）の図である。 本発明に従って、かつ本発明の方法を使用して実施される例示的な基地局（例えば、衛星ベースの基地局）の図である。 本発明に従って、かつ本発明の方法を使用して実施される例示的な無線端末（例えば、移動体ノード）の図である。 本発明の様々な実施形態に従って、シングルトーンアップリンク動作モードで動作する例示的なＷＴ（例えば、ＭＮ）のための例示的なアップリンク情報ビット符号化を例示する図である。 本発明の様々な実施形態に従って、地上ベースおよび宇宙ベースの両方である基地局の混成（ｈｙｂｒｉｄ）を含む例示的なＯＦＤＭ無線多元接続通信システムを示す図である。 図５の様々な衛星ベースおよび地上ベースの基地局間の例示的なバックホール（ｂａｃｋｈａｕｌ）相互接続性を示す図である。 本発明による、無線端末（例えば、移動体ノード）の例示的な動作方法の流れ図である。 本発明に従って実現され、本発明の方法を用いている例えば移動体ノードのような典型的な無線端末の図である。 本発明に従って実現され、本発明の方法を用いている典型的なＯＦＤＭ無線通信システムの図である。 本発明に従った、例えば移動体ノードのような無線端末の動作の典型的な方法のフローチャートである。 図１１Ａと図１１Ｂとを組み合わせた図である。 本発明に従った無線端末の動作の典型的な方法のフローチャートである。 本発明に従った無線端末の動作の典型的な方法のフローチャートである。

Claims (46)

1. 無線端末を動作させる方法であって、
   複数の連続した第１のＯＦＤＭシンボル伝送時間期間を含む第１の時間期間中、第１のピーク対平均電力比を有する第１のアップリンク信号において、少なくとも幾つかのユーザデータを第１の基地局へ送信するために、多数のＯＦＤＭトーンが同時に使用されている間、第１の動作モードで動作させることと、
   複数の連続した第２のＯＦＤＭシンボル伝送時間期間を含む第２の時間期間中、前記第１のピーク対平均電力比とは異なる第２のピーク対電力比を有する第２の信号において、少なくとも幾つかのユーザデータを第２の基地局へ送信するために、多くとも１つのＯＦＤＭトーンが使用されている間、第２の動作モードで動作させることと
   を含む方法。
2. 前記第２の基地局は、前記第２の時間期間中、前記第１の基地局が、前記第１の時間期間中、前記無線端末から離れているよりも少なくとも３倍前記無線端末から離れている請求項１に記載の方法。
3. 前記第２の基地局は、前記第２の時間期間中、前記無線端末と基地局との間の信号トリップ時間が、シンボル伝送時間期間を超えることができる距離だけ少なくとも離れており、前記シンボル伝送時間期間は、１つのＯＦＤＭシンボルと、対応する巡回プレフィクスとを送信するために用いられる時間長さを含む請求項２に記載の方法。
4. 前記第２のピーク対平均電力比は、前記第１のピーク対平均電力比よりも低い請求項１に記載の方法。
5. 前記第２のピーク対平均電力比は、前記第１のピーク対平均電力比よりも少なくとも４ｄＢ低い請求項４に記載の方法。
6. 前記第１の基地局は地上基地局であり、前記第２の基地局は衛星基地局である請求項４に記載の方法。
7. 前記第１の時間期間中、少なくとも幾つかのユーザデータを送信することは、少なくとも４．８キロビット／秒のレートでユーザデータを送信することを含み、
   前記第２の時間期間中、少なくとも幾つかのユーザデータを送信することは、少なくとも４．８キロビット／秒のレートでユーザデータを送信することを含む請求項６に記載の方法。
8. 前記第１の時間期間中、前記第１の基地局からユーザデータを受信することと、
   予め定めた第１のアクノレッジメントスキームに従って、前記第１の基地局へアクノレッジメントを送信することと、
   前記ユーザデータの受信をアクノレッジすることなく、前記第２の時間期間中、前記第２の基地局からユーザデータを受信することと
   を更に含む請求項４に記載の方法。
9. 前記第２の時間期間中、前記受信したユーザデータにおける誤りの検知に応じて、ユーザデータの再送信を要求することを更に含む請求項８に記載の方法。
10. 前記第１の運転モード中、前記第１の時間期間中における前記ユーザデータの送信に先立って、前記第１の時間期間中、制御情報を通信するために使用される符号化ブロックから分離した符号化ブロック内の、前記第１の時間期間中に送信される前記ユーザデータのうちの少なくとも幾つかを符号化することと、
    前記第２の運転モード中、前記第２の時間期間中における前記ユーザデータの送信に先立って、前記第２の時間期間中に送信されるユーザデータを、前記第２の時間期間中に送信される制御データとともに多重化することと、
    前記多重化された制御データ及びユーザデータをシングル符号化ブロックで符号化することと
    を更に含む請求項４に記載の方法。
11. 前記第１の時間期間中、第１のレートで前記第１の時間期間中に少なくとも幾つかのユーザデータを送信するために同時に使用される多数のＯＦＤＭトーンをホップさせることと、
    前記第２の時間期間中、前記第１のレートで前記第２の時間期間中に少なくとも幾つかのユーザデータを送信するために使用される単一のＯＦＤＭトーンをホップさせることと
    を更に含む請求項４に記載の方法。
12. 前記第１のレートは、多数のシンボル伝送時間期間であるレートであり、同じ物理トーンになるホッピングレートが、前記第１及び第２の時間期間の各々において、伝送時間期間のために使用される請求項１１に記載の方法。
13. 前記第２の動作モードの間に使用される１つのトーンは、シグナリング制御に専用の前記第１の時間期間中に使用される専用制御チャネルへと、前記第１の動作モード中に捧げられる論理アップリンク伝送タイミング構造における位置を占有する請求項２に記載の方法。
14. 前記第２の動作モード中に使用される１つのトーンは、基地局によって割り当てられた無線端末識別子との固定された１対１の関係を有し、
    前記第２の動作モード中、ユーザデータを送信するために使用される前記トーンは、基地局によって割り当てられた無線端末識別子との固定された１対１の関係を有さない請求項２に記載の方法。
15. 前記第１の運転モード中、前記無線端末は、前記第１の基地局への制御信号の伝送のために、前記第１の基地局によって割り当てられた基地局割当無線端末識別子との固定された１対１の関係を有する少なくとも１つのトーンを用いる請求項１４に記載の方法。
16. 前記第１の運転モード中、前記第１の基地局から、少なくとも１つのトラフィックチャネルアップリンクセグメント割当信号を受信することと、
    前記少なくとも１つのトラフィックチャネルアップリンクセグメント割当信号から、前記第１の時間期間中に使用される前記多数のＯＦＤＭトーンのうちの幾つかとしてどのトーンが使用されるのかを判定することと、
    トラフィックチャネルアップリンクセグメント割当信号を用いることなく、無線端末識別子割当から、前記第２の動作モードの間に使用される前記シングルトーンを判定することと
    を更に含む請求項１５に記載の方法。
17. 前記第２の時間期間中、ユーザデータと制御データとを個別の符号化ブロックへ符号化することと、
    制御データの符号化ブロックを送信するために、ユーザデータの符号化ブロックを送信するために使用されるものと同じ１つのトーンを用いることと
    を更に含む請求項１に記載の方法。
18. 前記第２の動作モードの間、前記１つのトーンが、使用されないことが許容され、送信されるユーザデータが存在しない場合、ユーザデータの伝送に専用の時間期間中、前記１つのトーンで信号が送信されない請求項１７に記載の方法。
19. 前記第１及び第２の時間期間中に送信するステップは、前記第１及び第２の基地局へ前記信号を送信するために全方向アンテナを用いることを含む請求項１に記載の方法。
20. 前記第１の時間期間のうちの少なくとも一部の間、前記少なくとも幾つかのユーザデータを送信する際に使用される複数のサポートされた異なる変調方法のうちの１つを選択することと、
    前記第２の時間期間中、サポートされた単一の変調方法を用いることと
    を更に含む請求項１に記載の方法。
21. 前記サポートされた異なる変調方法は、ＱＡＭ４変調及びＱＡＭ１６変調を含み、前記サポートされた単一の変調方法は、ＱＰＳＫ変調方法である請求項２０に記載の方法。
22. 前記第１の時間期間中に伝送するためのユーザデータを符号化するために使用することができる複数の符号化レートから符号化レートを選択することと、
    前記第２の時間期間中に伝送するために、単一の符号化レートでデータを符号化することとを更に含み、
    前記単一の符号化レートは、前記第１の時間期間中に伝送するためユーザデータを符号化するために使用することができる前記複数の符号化レートにおける最低符号化レートと等しいかそれよりも低い請求項２１に記載の方法。
23. ＯＦＤＭ通信方法であって、
    無線端末が第１の基地局へ信号を送信するために、多数のＯＦＤＭトーンを同時に用いる第１のマルチトーンＯＦＤＭアップリンク動作モードで、前記無線端末を動作させることと、
    無線端末が第２の基地局へ信号を送信するために、単一のＯＦＤＭトーンを用いる第２のシングルトーンＯＦＤＭアップリンク動作モードで、前記無線端末を動作させることとを含み、
    前記第２の基地局は、前記無線端末と前記第１の基地局との間でありうる最小物理距離よりも大きい前記無線端末からの最小物理距離を有するＯＦＤＭ通信方法。
24. 前記マルチトーンＯＦＤＭアップリンク動作モード中に送信することは、第１のピーク対平均電力比を用いて、第１の時間期間中に信号を送信することを含み、
    前記マルチトーンＯＦＤＭアップリンク動作モード中に送信することは、第２のピーク対平均電力比を用いて、前記第１の時間期間と同じ持続時間を有する第２の時間期間中に信号を送信することを含み、
    前記第２のピーク対平均電力比は、前記第１のピーク対平均電力比よりも少なくとも４ｄＢ小さい請求項２３に記載のＯＦＤＭ通信方法。
25. 前記第２の基地局は衛星基地局であり、前記第１の基地局は地上基地局であり、前記方法は、
    前記第１の基地局から前記第２の基地局へのハンドオフが生じた場合、前記第１の動作モードから前記第２の動作モードへと切り換えることを更に含む請求項２３に記載のＯＦＤＭ通信方法。
26. 前記第１の動作モードと第２の動作モードとを切り換えることは、ユーザデータの受信に応じてアクノレッジメントを送ることをやめることを含む請求項２５に記載のＯＦＤＭ通信方法。
27. 前記第１の動作モードと第２の動作モードとを切り換えることは、前記無線端末から送信されるアップリンク制御信号の周波数を低減することを含む請求項２５に記載のＯＦＤＭ通信方法。
28. 前記第１の動作モードと第２の動作モードとを切り換えることは、トラフィックチャネルセグメント割当に対する要求の送信をやめることを含む請求項２７に記載のＯＦＤＭ通信方法。
29. 通信方法であって、
    ＯＦＤＭ信号を第１の基地局へ送信するように無線端末を動作させることを含み、
    前記無線端末と基地局との距離が１００マイルを越え、ＯＦＤＭシンボルとともに前記基地局へ送信される巡回プレフィクスが、前記無線端末と前記基地局との間の最大ラウンドトリップ伝搬遅延よりも小さい通信方法。
30. 前記無線端末は、一度に最大１トーンを用いて、前記基地局へ送信する請求項２９に記載の通信方法。
31. 前記最大１トーンは、他の無線端末による使用を除いたアップリンクシグナリングにおける使用のために、前記基地局によって、前記無線端末に特化された論理トーンである請求項３０に記載の通信方法。
32. 前記論理トーンは、予め定めたホッピングシーケンスに従って、時間にわたって判定される物理トーンに対応する請求項３１に記載の通信方法。
33. 地上基地局へのアップリンク通信のために多数のＯＦＤＭトーンを同時に使用して、前記地上基地局と通信するように前記無線端末を動作させることを更に含む請求項２９に記載の通信方法。
34. 前記第１の基地局へ送信するために使用されるピーク電力制約を、前記地上基地局へ送信するために使用されるものと同じピーク電力制約を用いるが、前記地上基地局へ信号を送信するために使用されるよりも、前記第１の基地局へ信号を送信するために、より高い平均電力を用いることを更に含む請求項３３に記載の通信方法。
35. 前記第１の基地局は衛星基地局であり、前記方法は更に、
    前記衛星基地局と前記地上基地局とに対する通信のために同じ周波数帯域を用いるが、前記地上基地局と前記衛星基地局のために、オーバラップしない別のキャリア周波数を用いることを含む請求項３４に記載の通信方法。
36. 前記同じ周波数帯域は１５００ＭＨｚ周波数帯域であり、前記帯域は１５００ＭＨｚから１５９９ＭＨｚの範囲の周波数を含む請求項３５に記載の通信方法。
37. 無線通信端末であって、
    前記無線通信端末が、信号を基地局へ送信するために多数のＯＦＤＭトーンを同時に用いる第１のマルチトーンＯＦＤＭアプリンク動作モードと、第２のシングルトーンＯＦＤＭアップリンク動作モードとの切り換えを制御する制御手段と、
    前記シングルトーンＯＦＤＭアップリンク動作モードの間、単一のＯＦＤＭトーンを用いてユーザデータを送信する手段と、
    前記マルチトーンアップリンク動作モードにおいて、多数のＯＦＤＭトーンを同時に用いてユーザデータを送信する手段と
    を備える無線通信端末。
38. 前記マルチトーンアップリンク動作モード中維持されるピーク対平均電力比よりも少なくとも４ｄＢ低い平均ピーク対平均電力比を維持するために、前記シングルトーンアップリンク動作モードの間、送信電力を制御する電力伝送制御モジュールを更に備える請求項３７に記載の無線通信端末。
39. 前記制御モジュールは、前記無線通信端末が、地上基地局と通信していることから、衛星基地局と通信することに切り換わる場合、前記マルチトーンアップリンク動作モードから、前記シングルトーンアップリンク動作モードへ切り換える手段を含む請求項３７に記載の無線通信端末。
40. 前記シングルトーンアップリンク動作モードの間、単一のＯＦＤＭトーンを用いてユーザデータを送信する手段に接続された全方向アンテナを含む請求項３９に記載の無線通信端末。
41. 動作が、前記マルチトーンアップリンク動作モードから、前記シングルトーンアップリンク動作モードへ切り換わる場合、前記無線通信端末から送信されるアップリンク制御信号の周波数を低減させる手段を含む請求項４０に記載の無線通信端末。
42. 前記ユーザデータは、少なくとも幾つかの音声又はテキストデータを含み、
    前記無線通信端末は、
    前記マルチトーンアップリンク動作モードの間、アップリンクトラフィックチャネルセグメントを求める要求を送信する手段と、
    前記動作モードが、前記マルチトーン動作モードから前記シングルトーン動作モードへ切り換わった場合、前記アップリンクトラフィックチャネルセグメントの送信をやめる手段と
    を含む請求項４１に記載の無線通信端末。
43. ＯＦＤＭ通信システムであって、
    複数の地上基地局と、
    少なくとも１つの衛星基地局と、
    地上基地局と通信している場合、第１の数のＯＦＤＭトーンを用いてアップリンク信号を送信し、衛星基地局と通信している場合、第２の数のトーンを用いてアップリンク信号を送信し、前記第２の数は、前記第１の数よりも少ない、第１のタイプの無線端末と
    を備えるＯＦＤＭ通信システム。
44. マルチトーンアップリンク動作モードのみをサポートする第２のタイプの複数の無線端末を更に備える請求項４３に記載のＯＦＤＭ通信システム。
45. 前記第２の数は１である請求項４４に記載のＯＦＤＭ通信システム。
46. 前記第１のタイプの追加無線端末を更に備え、
    前記第２のタイプの無線端末は、地上基地局と通信可能なように制限され、前記第１のタイプの無線端末は、前記アップリンク及びダウンリンクの両方において、ＯＦＤＭ信号を用いて、地上基地局と衛星基地局との両方と通信することができる請求項４４に記載のＯＦＤＭ通信システム。

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