JP3920354B2 - デュアルモードのポータブル電話ユニット - Google Patents

Description

発明の背景
発明の技術分野
本発明は、セルラー無線電話システムに関し、より詳細には長距離または通常距離の基地局との運用を可能にするデュアルモードのＴＤＭＡ規格を有するポータブル電話ユニットに関する。
関連技術の説明
時間デュプレックス式ポータブル電話ユニットは、特定距離、通常約７５ｋｍ内でのＴＤＭＡ機能を実行するように構成されている。しかしながらポータブルユニットが通常の距離にある局に適用される規格と同じ規格を使用して運用を試みる場合、いわゆるメガセル（７５ｋｍよりも長い基地局からの距離）内でポータブル電話ユニットを使用すると、時間の同期化の問題が生じ得る。この時間の同期化問題は長距離にわたって基地局とコンタクトする際に固有に生じる、遅延時間がより長くなることによって生じるものである。
現在のＴＤＭＡシステムでは、送信された信号を特定時間中に基地局に受信させなければならない。メガセル内での基地局とポータブル電話ユニットとの間の長距離送信は、基地局による適当な時間での送信信号の受信を阻害する。従って、ポータブル電話ユニットが、通常距離および航空機搭載プラットフォームまたは衛星を使用する場合のような長距離の双方にわたって運用できれば、セルラー電話システムのユーザーおよび運用者の双方にとって大きな利益が得られる。
発明の概要
本発明はデュアルモードの運用が可能なＴＤＭＡポータブル電話ユニットによる上記問題およびそれ以外の問題を克服するものである。このポータブル電話ユニットはポータブルユニットと基地局との間の通常の距離の送信を可能にする第１運用モードと拡張された距離の送信を可能にする第２運用モードとを切り替えるための手段を含む。第１距離、すなわち通常の距離の作動モードが選択されると、ポータブル電話ユニットは第１のＴＤＭＡ運用シーケンスに従って作動される。この第１シーケンスは基地局における多数のポータブル電話ユニットから受信される信号間の適正なタイミング関係を維持しながら、約７５キロメートルの距離内の通信を可能にする複数のタイムスロットを含む。第２の作動モード、すなわち拡張された距離の運用モードが選択されると、ポータブル電話ユニットは第２のＴＤＭＡフレーム構造、すなわち第２の運用シーケンスに従って作動する。この第２のフレーム構造、すなわち作動シーケンスは、例えば航空機搭載プラットフォームに設置された基地局との運用または衛星を介した運用が望まれる場合の、通常の運用モードの距離よりも長い、第２の拡張距離にある基地局との同期通信を可能にする複数のタイムスロットを含む。
このような長い距離内の同期通信を実行するためのポータブル電話ユニットの能力は、受信スロットに対するフレーム内で、第２のフレーム構造またはシーケンスを使用する時よりも後に公称的に生じる送信タイムスロットを有するフレーム構造、すなわち作動シーケンスを利用することにより達成される。これにより、ポータブル電話ユニットと基地局との間の距離が長くなることによって生じる、より長いループ伝搬遅延時間を補償するように、送信タイムスロットを公称位置から更に進ませることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
添付図面と共に次の詳細な説明を参照すれば、本発明の方法および装置についてより完全に理解できよう。
図１は、デュアルモードのポータブル電話ユニットを使用することにより可能なデュアルカバーエリアを示す。
図２は、デュアルモードポータブル電話ユニットの全体のブロック図である。
図３ａ、３ｂおよび３ｃは、デュアルモードポータブル電話ユニットにより利用される通常距離および拡張距離フレーム構造を示す。
図４は、２つのタイミング発生器を有する短距離／長距離用ポータブル電話ユニットのブロック図である。
図面の詳細な説明
次に図面、特に図１を参照すると、ここにはデュアルモードのポータブル電話ユニット１２および基地局１０を有するシステムが示されている。これらポータブルユニット１２は全体が番号１４で示された基地局の７５キロメートルの距離および全体が番号１６で示された基地局１０の（例えば）１６０キロメートルの距離内の双方での運用を可能にする２つのモードのうちの１つで運用が可能である。図１は全方向性アンテナを有する基地局１０の使用を示すが、このシステムはセクター状アンテナを使用する基地局にも等しく適用できる。更に第１運用距離および第２運用距離は任意の距離とすることができる。
メガセル基地局または衛星通信に関連し、距離が長い（７５キロメートル以上の）ことは、標準的な時間デュプレックス式ポータブル電話を使用する際に同期化に関する問題を引き起こす。基地局１０との正しい同期化を得るために、送信（Ｔ）タイムスロットを進ませることができる、ウィンドが限られていることからこれら問題が生じる。通常の距離内で運用されるポータブル電話は所定タイムスロット内でデータが受信されるように、基地局にデータを送信できる。しかしながら７５キロメートルよりも長い距離の通信を試みると、ポータブルユニットによる送信と基地局による受信との同期化が不可能となり、このため送信タイムスロットを受信タイムスロット内に進ませなければならなくなる。時間デュプレックス式装置は重なり合う時間内に送受信できないので、デュプレックス装置ではこのようなタイムスロットの操作は認められていない。
図２に示されるようなこの問題に対する解決案は、通常のサイズのセル内でＴＤＭＡ送信をするための通常の距離の運用モード２０および基地局とポータブルユニットとの距離が少なくとも１６０キロメートルまでのメガセルによる使用をするための拡張距離の運用モード２２を実行するポータブル電話ユニット１２を使用する。スイッチ２３は、これら２つのモードの変換を可能にするものである。本発明の１つの特徴によれば、第２距離モード、すなわち長距離モードは、より長いＴＤＭＡフレーム期間の使用を含むこともできる。
通常距離の運用モード２０では電話は、例えば約４．６ｍｓのフレーム時間を有する移動通信のためのグローバルシステム（ＧＳＭ）のための、公にされた規格に従って運用される。図３ａに示されるようにＧＳＭフレーム内の８つのタイムスロットはＲ（受信）、Ｉ（アイドル）、Ｔ（送信）およびＳ（スキャン）で表示される。拡張距離モードではポータブル電話ユニット１２はＴＤＭＡ時間フレーム２６のうちの受信タイムスロット２４ａ内で信号を受信する。受信されたタイムスロット２４ａに続く次の１つまたは２つのタイムスロット２４ｂは、ポータブルユニット１２が受信状態から送信状態に変化する際のアイドル状態となっている。ポータブルユニット１２は送信タイムスロット２４ｃ内で１つの信号を基地局１０へ送信する。
送信後、ポータブル電話ユニット１２はほぼ４つの残りのタイムスロット中に、多数の隣接する基地局の周波数のうちの１つで信号強度をスキャンするように周波数を変える。次に電話ユニット１２は次の時間フレームからのトラヒック情報の次のバーストを受信するように、自らの受信周波数に戻るように周波数を変える。このような手順によってセルラー信号に対するフォームＲＩＩＴＩＳＩＩＲＩＩＴＩＳＩＩ．．．．の反復時間フレーム構造が得られる。
ＧＳＭ仕様は、正しいタイムスロット中に送信信号が基地局によって受信され。送信信号が隣接するタイムスロット内で他の送信信号と重ならないように、送信中のループ伝搬遅延を考慮するよう、タイミングを限られた時間だけ進ませることを、基地局１０からポータブルユニット１２へ命令することができる。しかしながら、ポータブル電話ユニット１２は受信タイムスロット２４ａの直後または同時に、送信時間を進ませることはできないので、この送信距離は限られている。従って、送信タイムスロットを進ませることのできるほとんどの時間は、約１タイムスロット、すなわちアイドル時間、すなわち約５０マイクロ秒であり、この結果、例えばＲＩＴＩＩＳＩＩ．．．．のシーケンスが生じ、これによって約７５キロメートルの距離までの送信が可能となっている。
拡張距離運用モード22（図２）に切り替えることにより、ポータブル電話ユニット１２は図３ｂまたは３ｃに示されるように、変更されたフレーム構造または運用シーケンスに切り替わる。この変更されたフレーム構造では隣接する基地局の信号強度を測定するためのスキャン（Ｓ）への切り替えは、通常のフレーム構造で行われるように送信後から、かつ受信前までの間で常に行われるわけではない。むしろスキャン（Ｓ）は、受信（Ｒ）後であって、送信（Ｔ）前に行われるか、または全く行われない。このような手順は（スキャンが実行される場合には）フォームＲＩＳＩＩＴＩＩ ＲＩＳＩＩＴＩＩ．．．．の反復運用シーケンスが発生し、または（スキャンが実行されない場合には）ＲＩＩＩＩＴＩＩ ＲＩＩＩＩＴＩＩ．．．．の反復運用シーケンスが生じる。
従って、送信タイムスロット２４ｃは標準的なＧＳＭフレームフォーマットの場合よりも２つまたは３つのタイムスロットだけ遅れることがある。公称上、フレーム構造内で送信タイムスロットを遅らせることにより、送信タイムスロット（Ｔ）を公称位置から２つのタイムスロット、すなわ１．１ミリ秒だけ進ませ、より長いループ遅延時間を補償することができる。これにより１６０キロメートルの距離までの基地局との同期化を可能にする１．１ミリ秒までの時間進め能力が得られる。時間の進めにより、次の受信スロットよりも送信タイムスロットが先の受信スロットのより近くになると、スキャン動作の位置はより長いアイドル時間が利用できる送信スロットの後となるように変更される。従って、本発明の装置は送信スロットの必要とされる進め時間に応じてダイナミックに（受信、送信、スキャン）から（受信、スキャン、送信）へ作動シーケンスを変更することができる。
軌道上の衛星を介した通信で行う場合に生じるような、例えば上記１６０キロメートルよりも長い距離にわたる通信が望まれる場合、長距離におけるタイミングの進めを行うための調節範囲を広くするための別の対策として、ＴＤＭＡフレーム時間を長くすることを行ってもよい。例えばＧＳＭと同じスロットフォーマットを維持しながら衛星モードで１６スロットまたは３２スロットにもフレーム時間を適当に長くし、よって送信タイムスロットの進み範囲を２倍または４倍以上とすることができる。
衛星通信に成功するのに必要な進み範囲は２７０ｍｓのループ遅延時間を示す４００００キロメートルもの長さになり得る衛星までの総距離とは関連せず、むしろポータブルユニットが所定のサービスエリア内でローミングする際の距離の変化に関連している。このサービスエリアは多数の指向性アンテナビームを使用することにより複数のセルに分割でき、衛星システムはカプセルの中心に対し別別に、その公称受信タイミングを調節でき、ポータブルユニットは当然、セルの中心から衛星までの距離よりもかなり短いセルの直径にわたる移動量に従い、その送信タイミング進み時間を調節するだけでよい。必要であれば、衛星との通信を行うためのフレーム時間を、例えば４０ｍｓまで長くすることができる。
図４は、異なる長さのフレーム時間をサポートするのに２つのタイミング発生器を有する短距離／長距離用ポータブル電話ユニットを示す。これまで、例えば米国特許出願第07/967,027号、米国特許出願第08/135,542号、米国特許出願第08/305,780号および米国特許出願第08/501,575号には、異なるタイプのデュアルモードの電話ユニットが記載されている。デュアルモードの電話の他の技術的な設計上の特徴に対するバックグラウンドサポートとして、本願出願人に譲渡されたこれら米国特許出願の各々を本明細書で参考例として引用する。本願出願人に譲渡された米国特許出願第08/354,904号は、軌道上の衛星を介したＴＤＭＡ運用のためのタイミング上の問題を開示しており、この米国特許出願も参考例として全体を引用する。上記引用した参考例は図４に示されるような長距離運用モードまたは短距離運用モードに対し、それぞれ使用できる２つのＴＤＭＡタイミング発生器を使用しなければならないことについては特に言及していない。
図４は、例えば別個の短距離用の送信機３０と受信機３１とアンテナ３０との組み合わせを制御し、４．６ｍｓフレーム時間にわたって周期的に作動できる短距離用タイミング発生器３４と、別個の長距離用の送信機３２と受信機３３とアンテナ３９との組み合わせを制御し、より長いフレーム時間、例えば４．６ｍｓの短距離用フレーム時間の２倍または４倍のフレーム時間、またはＩＳ１３６３／６スロットのＴＤＭＡ規格が使用する２０ｍｓまたは４０ｍｓフレーム時間にわたって周期的に作動することができる長距離用タイミング発生器３５を示す。短距離モードまたは長距離モードの選択はすべてのモード用の共通回路３７の一部であり、コントローラの命令により選択ロジック３６によって行われる。共通回路３７は送信用の情報信号の符号化または受信した信号の復号化を行うためのデジタル信号処理を行うことができる。短距離モードと長距離モードの切り替えの判断は受信機３０または３２からの受信信号に応じて自動的に行い、一対のスイッチ４０、４１によって制御することもできる。
以上で、本発明の方法および装置の一実施例を添付図面に示し、上記の詳細な説明に記載したが、本発明はここに開示した実施例のみに限定されるものでなく、次の請求の範囲に記載した発明の要旨から逸脱することなく、多数の再配置、変更および置換が可能であることが理解できよう。

Claims (14)

1. 第１運用モードの選択に応答して反復ＴＤＭＡフレーム時間内で第１運用シーケンスに従い、ポータブル電話ユニットを運用するための手段を備え、前記第１運用シーケンスが前記基地局により受信される他の信号と重なることなく、基地局における送信タイムスロットの受信を維持しながら、第１距離における通信を可能にするよう、受信のためのＴＤＭＡフレーム時間内の複数のタイムスロットのうちの１つの選択および送信のための別のタイムスロットの選択を含み、
   第２運用モードの選択に応答して反復ＴＤＭＡフレーム時間内で第２運用シーケンスに従い、ポータブル電話ユニットを運用するための手段を備え、前記第２運用シーケンスが前記基地局により受信される他の信号と重なることなく、基地局における送信タイムスロットの受信を維持しながら、第２距離における通信を可能にするよう、受信のためのＴＤＭＡフレーム時間内の複数のタイムスロットのうちの１つの選択および前記第１運用モードで選択された送信タイムスロットと異なる送信のための別のタイムスロットの選択を含み、前記第２シーケンスが更に送信タイムスロットの公称位置から２つのタイムスロットまでの送信タイムスロットの進めを可能にするようになっており、
   更に第１運用モードと第２運用モードとを切り替えるための手段とを備えた、デュアルモードＴＤＭＡポータブル電話ユニット。
2. 第２の運用シーケンスが、基地局との同期を維持するように、送信タイムスロットを少なくとも１．１ミリ秒だけ進めることを可能にする、請求項１記載のポータブル電話ユニット。
3. 第２の運用シーケンスが、着信信号の受信後であって、かつ発信信号の送信前において、他の基地局をスキャンする、請求項１記載のポータブル電話ユニット。
4. 第２の運用シーケンスが、他の基地局の周波数をスキャンするためのタイムスロットを含まない、請求項１記載のポータブル電話ユニット。
5. 前記第２の運用シーケンスにおける送信タイムスロットが、先の受信タイムスロットに対して第１運用シーケンスの送信タイムスロットよりも後に生じる、請求項１記載のポータブル電話ユニット。
6. 第２の運用シーケンスが、フォーマットＲＩＳＩＩＴＩＩ（ここでＲは受信状態を示し、Ｉはアイドル状態を示し、Ｔは送信状態を示し、Ｓは他の周波数をスキャンする状態を示す）を有する８つのタイムスロットを含む、請求項１記載のポータブル電話ユニット。
7. 第２の運用シーケンスが、フォーマットＲＩＩＩＩＴＩＩ（ここでＲは受信状態を示し、Ｉはアイドル状態と示し、Ｔは送信状態を示す）を有する８つのタイムスロットを含む、請求項１記載のポータブル電話ユニット。
8. 第１反復フレーム時間にわたり、送信運用と受信運用とを交互に行う第１シーケンスを発生するための第１ＴＤＭＡタイミング手段と、
   前記第１フレーム時間の倍数である第２反復フレーム時間にわたり送信運用と受信運用とを交互に行う第２シーケンスを発生するための第２ＴＤＭＡタイミング手段と、
   第１距離内の基地局への通信を行うための前記第１ＴＤＭＡタイミング手段に切り替えるための、及びこの切り替えに代えて、第２距離内の基地局との通信を行うための、前記第２ＴＤＭＡタイミング手段へ切り替えるための手段とを特徴とする、第１距離および第２距離にある基地局と通信するためのデュアルモードＴＤＭＡポータブル電話ユニット。
9. 前記第１の反復フレーム時間が約４．５ｍｓ〜４．８ｍｓの長さを有し、前記第２のフレーム時間が２０ｍｓの倍数に等しい長さを有する、請求項８記載の電話ユニット。
10. 送信と受信を交互に行う前記第１の運用シーケンスがフォームＲＩＩＴＩＳＩＩを含み、送信と受信を交互に行う前記第２の運用シーケンスがフォームＲＩＳＩＩＴＩＩ、又はＲＩＩＩＩＴＩＩ（ここでＲは受信状態を示し、Ｉはアイドル状態を示し、Ｔは送信状態を示し、Ｓは別の周波数チャンネルをスキャンする状態を示す）を含む、請求項８記載の電話ユニット。
11. 基地局が軌道上の衛星のトランスポンダを含む、請求項８記載の電話ユニット。
12. 基地局が航空機搭載プラットフォームを含む、請求項８記載の電話ユニット。
13. 第１運用モードと第２運用モードのいずれかを選択する工程と、
    第１運用モードの選択に応答して反復ＴＤＭＡフレーム時間中に、基地局における信号の重なりを回避しながらポータブル電話ユニットと第１距離内にある基地局との間の同期通信を可能にする第１運用シーケンスに従い、ポータブル電話ユニットを運用する工程と、
    ポータブル電話ユニットと基地局との間の同期を維持するように、公称位置から２つのタイムスロットまで前に送信時間を進ませることにより、第２の運用モードの選択に応答し、反復ＴＤＭＡ構造内で第２運用シーケンスに従ってポータブル電話ユニットを運用する工程を含み、前記第２運用シーケンスが、基地局における信号の重なりを回避しながら、ポータブル電話ユニットと第１距離よりも長い第２距離内にある基地局との間の同期通信を可能にすることを特徴とする、ＴＤＭＡポータブル電話ユニットのデュアルモードの運用を可能にする方法。
14. 第２の作動シーケンスに従ってポータブル電話ユニットを運用する工程が、ポータブル電話ユニットと基地局との間の同期を維持するように、送信時間を少なくとも１．１ミリ秒だけ進ませる工程を含む、請求項１３記載の方法。

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