JP4691161B2

JP4691161B2 - 非対称の送信及び返信リンク用周波数再使用による衛星通信装置及び方法

Info

Publication number: JP4691161B2
Application number: JP2008523999A
Authority: JP
Inventors: カラビニス，ピーター・ディー
Original assignee: エイティーシー・テクノロジーズ，リミテッド・ライアビリティ・カンパニー
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2006-07-21
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2026-07-21
Also published as: US20070026867A1; US7623867B2; IL187170A0; AU2006276045A1; CN101263670A; CN101263670B; EP1911172B1; KR20100075662A; BRPI0614061A2; ATE429086T1; CA2607301A1; DE602006006317D1; JP2009504011A; WO2007015972A2; US20100041396A1; MX2008001330A; EP1911172A2; CA2607301C; AU2006276045B2; KR20080032042A

Description

［関連出願との相互参照］
本出願は、２００５年７月２９日に出願された米国仮特許出願第６０／７０３，８４２号の利点を請求する。この特許出願は、参照することによってその全体が本願に組み込まれる。

［発明の分野］
本発明は、無線通信システム及び方法に関する。さらに詳細には、衛星及び地上波を用いる無線通信システム及び方法に関する。

衛星無線電話通信用のシステム及び方法は、無線電話通信用に広く用いられている。衛星無線電話通信用のシステム及び方法は、一般的に、複数の衛星用無線電話と無線通信するように構成された１つ以上の衛星などの少なくとも１つの宇宙ベースの構成要素を採用している。

衛星無線電話通信用のシステム又は方法は、このシステムが機能する全サービス領域を範囲に収める１つの衛星アンテナパターン（satellite antenna pattern）（ビーム又はセル）を利用することができる。別の方法又は前記の方法との組合せでは、セルラー式衛星無線電話通信用のシステム及び方法の中で、複数の衛星アンテナパターン（ビーム又はセル）が提供され、その各々が、全体のサービス領域に対して集合的にサービスを行うために、全体のサービス領域の中でかなり明確なサービス領域に対応することができる。このため、従来の地上波セルラー式無線電話用のシステム及び方法の中で使用されるものよりも小さいセルラー式アーキテクチャを、セルラー式衛星ベースのシステム及び方法の中で実現することができる。衛星は一般に、無線電話の通信信号が衛星から無線電話へのダウンリンクすなわち送信リンク（送信サービスリンクとも呼ばれる）及び無線電話から衛星へのアップリンクすなわち返信リンク（返信サービスリンクとも呼ばれる）を介して通信される双方向の通信経路で無線電話と通信する。例えば、放送などの場合、衛星は情報を１つ以上の無線端末へ一方向に通信することができる。

セルラー式衛星無線電話のシステム及び方法の全体的な設計及び動作は、当業者にとっては周知であるため、本願でさらに説明する必要はない。

さらに、本願で使用されるように、「無線電話」という用語には、マルチライン式ディスプレイが付いた又は付かないセルラー式及び／又は衛星無線電話が含まれる。また、無線電話をデータ処理装置、ファクシミリ及び／又はデータ通信装置と接続するパーソナル・コミュニケーション・システム（ＰＣＳ）端末が含まれる。さらに、無線周波トランシーバ及び／又はページャー、インターネット／イントラネットへのアクセス、ウェブブラウザ、オーガナイザー、カレンダー及び／又は全地球測位システム（ＧＰＳ）を含む携帯情報端末（ＰＤＡ）が含まれる。さらにまた、無線周波トランシーバを含む従来のラップトップ形及び／又はパームトップ形コンピュータ又は他の機器が含まれる。無線電話は本願では、「無線端末」、「携帯端末」、「ユーザ装置」、又は単に「端末」と呼ばれることもある。本願で使用されるように、「無線端末」、「無線電話」、「携帯端末」、「ユーザ装置」、及び／又は「端末」という用語には、時間的に変動する又は固定した地理的座標を有する及び／又は携帯形、可搬形、（航空の、海運に関する、又は地上の）乗物に取り付けられた、及び／又は１つ以上の地球上の及び／又は地球外の位置に対して局所的に及び／又は分散方式で動作するように適合された及び／又は構成された、他の任意の放射するユーザ装置、機器及び／又はソースが含まれる。さらに、本願で使用されるように、「宇宙ベースの構成要素」又は「宇宙ベースのシステム」という用語には、任意の軌道（静止した、概ね静止した、中間の地球軌道、低い地球軌道など）の１つ以上の衛星及び／又は地上の任意の高度に軌道を有する１つ以上の他の物体及び／又はプラットフォーム（例えば、飛行機、気球、無人の乗物、宇宙船、ミサイルなど）が含まれる。

地上波ネットワークは、セルラー式衛星無線電話システムに割り当てられた周波数の少なくとも幾つかを地上で使用／再利用することによって、セルラー式衛星無線電話システムの有用性、効率及び／又は経済的な生存可能性を高めることができる。特に、衛星信号が高層建築物によって阻止され、及び／又はビルの内部に貫通しないため、セルラー式衛星無線電話システムが人口の密集した地域で確実に動作することが困難であることは周知である。その結果、そのような地域では、衛星スペクトルを十分に利用することはできない。地上波が衛星システムの少なくとも幾つかの周波数を使用／再使用することにより、この潜在的な問題を低減又は取り除くことができる。

さらに、地上波周波数を使用／再使用する場合の密度は衛星のみのシステムの場合よりも高いため、宇宙ベース（すなわち、衛星）及び地上波の通信機能から構成するハイブリッドシステムの全体的な能力を、宇宙ベースの構成要素で使用することが許可された地上波周波数を使用／再使用することを採り入れることによって向上させることができる。実際に、人口が密集した都市部／工業地域／商業地域で主に要求される能力を高めることができる。その結果、全体的なシステムは、より大きな加入者ベースをより効果的にかつ確実に扱うことができるため、経済的に一層生存可能になることができる。

衛星周波数を地上波で再使用する１つの実施例は、発明者Karabinisによる「Satellite Telecommunications Repeaters and Retransmission Methods」という名称の米国特許第５，９３７，３３２号の中で説明されている。この開示内容は、参照することによってあたかも本願に完全に記載されているように全体として本願に組み込まれる。この特許の中で説明されているように、衛星通信用中継器が設けられている。この中継器は、衛星／無線端末から受信したダウンリンク／アップリンク信号を受信、増幅、及び局所的に再送信することにより、衛星通信用中継器の付近の有効なダウンリンク／アップリンクのマージンを増加させ、かつアップリンク及びダウンリンク信号が建造物、樹木の葉、運搬用車両、及びリンクのマージンを減少させる可能性がある他の物体への透過率を増加させることができる。携帯形及び非携帯形の両方の中継器が設けられている。米国特許第５，９３７，３３２号の要約を参照されたい。衛星周波数帯域の少なくとも幾つか周波数を地上で使用／再使用することにより、また地上波及び衛星通信の両方に対してほぼ同じ空気インターフェースを使用ことにより、地上波通信機能を有する衛星無線電話のシステム又は方法用の衛星無線電話は、別のシステムと比較すると費用効率的及び／又は美的なアピールに優れている。周知のThuraya、Iridium及び／又はGlobalstarのデュアルモード式衛星／地上波無線電話などの従来の二重帯域／デュアルモード式無線電話の別の方法は、（衛星通信と地上波通信との間の異なる周波数帯域及び／又は空気インターフェースプロトコル（air interface protocol）の結果として）幾つかの構成要素を複製するため、無線電話の費用、寸法及び／又は重量が増加される。発明者Karabinisへの「Satellite System Utilizing a Plurality of Air Interface Standards and Method Employing Same」という名称の、米国特許第６，０５２，５６０号を参照されたい。

少なくとも１つの補助的地上波構成要素（Ancillary Terrestrial Component）（ＡＴＣ）から構成する補助的地上波ネットワーク（Ancillary Terrestrial Network）（ＡＴＮ）により衛星周波数を地上波が使用及び／又は再使用する衛星無線端末通信システム及び方法は、「Systems and Methods for Terrestrial Reuse of Cellular Satellite Frequency Spectrum」という名称のKarabinisへの米国特許第６，６８４，０５７号、「Filters for Combined Radiotelephone/GPS Terminals」という名称のKarabinisへの米国特許第６，７８５，５４３号、「Wireless Communications Systems and Methods Using Satellite-Linked Remote Terminal Interface Subsystems」という名称のKarabinisへの米国特許第６，８５６，７８７号、「Integrated or Autonomous System and Method of Satellite-Terrestrial Frequency Reuse Using Signal Attenuation and/or Blockage, Dynamic Assignment of Frequencies and/or Hysteresis」という名称のKarabinisらへの米国特許第６，８５９，６５２号、及び「Systems and Methods for Handover Between Space Based and Terrestrial Radioterminal Communications, and For Monitoring Terrestrially Reused Satellite Frequencies At a Radioterminal to Reduce Potential Interference」という名称のDuttaらへの米国特許第６，８７９，８２９号、及び米国特許第６，８９２，０６８号、６，９３７，８５７号、６，９９９，７２０号及び７，００６，７８９号、及び「Spatial Guardbands for Terrestrial Reuse of Satellite Frequencies」という名称のKarabinisへの発行された米国特許出願第ＵＳ２００３／００５４７６１号、「Systems and Methods for Monitoring Terrestrially Reused Satellite Frequencies to Reduce Potential Interference」という名称のKarabinisらへのＵＳ２００３／００５４８１４号、「Additional Systems and Methods for Monitoring Terrestrially Reused Satellite Frequencies to Reduce Potential Interference」という名称のKarabinisらへのＵＳ２００３／００７３４３６号、「Multi-Band/Multi-Mode Satellite Radiotelephone Communications Systems and Methods」という名称のKarabinisへのＵＳ２００３／００５４７６２号、「Coordinated Satellite-Terrestrial Frequency Reuse」という名称のKarabinisらへのＵＳ２００２／００４１５７５号、「Space-Based Network Architectures for Satellite Radiotelephone Systems」という名称のKarabinisへのＵＳ２００３／００６８９７８号、「Staggered Sectorization for Terrestrial Reuse of Satellite Frequencies」という名称のKarabinisらへのＵＳ２００３／０１５３３０８号、及び「Methods and Systems for Modifying Satellite Antenna Cell Patterns In Response to Terrestrial Reuse of Satellite Frequencies」という名称のKarabinisへのＵＳ２００３／００５４８１５号、及び発行された米国特許出願第２００４／０１２１７２７号、２００４／０１４２６６０号、２００４／０１９２３９５号、２００４／０１９２２００号、２００４／０１９２２９３号、２００４／０２０３７４２号、２００４／０２４０５２５号、２００５／００２６６０６号、２００５／００３７７４９号、２００５／００４１６１９号、２００５／００６４８１３号、２００５／００７９８１６号、２００５／００９０２５６号、２００５／０１１８９４８号、２００５／０１３６８３６号、２００５／０１６４７００号、２００５／０１６４７０１号、２００５／０１７０８３４号、２００５／０１８１７８６号、２００５／０２０１４４９号、２００５／０２０８８９０号、２００５／０２２１７５７号、２００５／０２２７６１８号、２００５／０２３９４５７号、２００５／０２３９４０３号、２００５／０２３９４０４号、２００５／０２３９３９９号、２００５／０２４５１９２号、２００５／０２６０９８４号、２００５／０２６０９４７号、２００５／０２６５２７３号、２００５／００２７２３６９号、２００５／０２８２５４２号、２００５／０２８８０１１号、２００６／００４０６１３号、２００６／０４０６５７号及び２００６／００４０６５９号の中でも説明されている。これらの全ては、本発明の譲受人に割り当てられている。これら全ての開示内容は、参照することによってあたかも本願に完全に記載されているように全体として本願に組み込まれる。

本発明のいくつかの実施形態は、無線通信システムを動作させる方法を提供する。幾つかの実施形態では、通信は複数の送信リンク用セル及び複数の返信リンク用セルを用いて、無線通信システムの宇宙ベースの構成要素と無線端末との間で行われる。返信リンク用セルは、送信リンク用セルよりも周波数再使用クラスタ（frequency reuse cluster）当たり多くのセルを有している。送信リンク用セルの送信リンクのリンク用帯域幅は、返信リンク用セルの返信リンクよりも大きい。

本発明の幾つかの実施形態では、少なくとも幾つかの送信及び返信リンク用セルは、隣接した及び／又は重なり合った受信可能領域を有する地上波無線通信システムの少なくとも幾つかの周波数を使用する。送信及び返信リンク用セルの少なくとも幾つかの送信リンクは、送信及び返信リンク用セルの少なくとも幾つかの返信リンクよりも大きいリンク用帯域幅を有している。少なくとも幾つかの送信及び返信リンク用セルの送信リンク用周波数を使用する地上波無線通信システムのサービスリンクは、送信リンク用周波数を使用する少なくとも幾つかの送信及び返信リンク用セルの送信リンクとほぼ同じリンク用帯域幅を有しており、また少なくとも幾つかの送信及び返信リンク用セルの返信リンク用周波数を使用する地上波無線通信システムのサービスリンクは、返信リンク用周波数を使用する少なくとも幾つかの送信及び返信リンク用セルの返信リンクとほぼ同じリンク用帯域幅を有している。

少なくとも幾つかの送信及び返信リンク用セルの送信及び返信リンク上の通信は、周波数分割二重化とすることができ、また地上波無線通信システムのサービスリンク上の通信は時分割二重化とすることができる。地上波無線通信システムのサービスリンク上の通信は、直交周波数分割多重化とすることもできる。

幾つかの実施形態では、宇宙ベースの構成要素と無線端末は、第１の空気インターフェースプロトコルを用いて通信し、地上波無線通信システムと無線端末は、第１の空気インターフェースプロトコルとは相当に異なる第２の空気インターフェースプロトコルを用いて通信することができる。幾つかの実施形態では、宇宙ベースの構成要素と地上波無線通信システムは、無線端末とほぼ同じ空気インターフェースプロトコルを用いて通信することができる。例えば、宇宙ベースの構成要素と無線端末は、時分割多重化（ＴＤＭ）式空気インターフェースプロトコル、時分割多重接続（ＴＤＭＡ）式空気インターフェースプロトコル、コード分割多重化（ＣＤＭ）式空気インターフェースプロトコル、コード分割多重接続（ＣＤＭＡ）式空気インターフェースプロトコル、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）式空気インターフェースプロトコル、及び／又は直交周波数分割多重接続（ＯＦＤＭＡ）式空気インターフェースプロトコルを用いて通信することができ、また地上波無線通信システムと無線端末は、時分割多重化（ＴＤＭ）式空気インターフェースプロトコル、時分割多重接続（ＴＤＭＡ）式空気インターフェースプロトコル、コード分割多重化（ＣＤＭ）式空気インターフェースプロトコル、コード分割多重接続（ＣＤＭＡ）式空気インターフェースプロトコル、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）式空気インターフェースプロトコル、及び／又は直交周波数分割多重接続（ＯＦＤＭＡ）式空気インターフェースプロトコルを用いて通信することができる。

本発明のさらに別の態様によれば、地上波無線通信システムの受信可能領域の境界近くに配置された地上波無線通信システムの放射体の送信は、地上波無線通信システムの受信可能領域の外側の宇宙ベースの構成要素の受信可能領域の部分から離れた方向に向けることができる。例えば、地上波無線通信システムの受信可能領域の境界近くに配置された地上波無線通信システムの放射体の送信を、地上波無線通信システムの受信可能領域の内部に向けることができる。

別の態様によれば、返信リンク用セルの複数のセルが、送信リンク用セルの１つのセルと重なっている。例えば、送信リンク用セルは１周波数再使用のクラスタ寸法を有することができ、返信リンク用セルは１より大きい周波数再使用のクラスタ寸法を有することができる。幾つかの実施形態では、返信リンク用セルのそれぞれの周波数再使用クラスタは、送信リンク用セルのそれぞれと空間的にほぼ同一の広がりを有する。

本発明の別の実施形態では、無線通信システムは、複数の送信リンク用セルと複数の返信リンク用セルとを用いて、無線端末と通信するように構成された宇宙ベースの構成要素を含み、返信リンク用セルが周波数再使用クラスタ当たり送信リンク用セルよりも大きな数のセルを有している。送信リンク用セルの送信リンクは、返信リンク用セルの返信リンクよりも大きなリンク用帯域幅を有している。

幾つかの実施形態では、少なくとも幾つかの送信及び返信リンク用セルは、隣接する及び／又は重なり合う受信可能領域を有する地上波無線通信システムの少なくとも幾つかの周波数を使用する。少なくとも幾つかの送信及び返信リンク用セルの送信リンクは、少なくとも幾つかの送信及び返信リンク用セルの返信リンクよりも大きなリンク用帯域幅を有することができる。少なくとも幾つかの送信及び返信リンク用セルの送信リンク用周波数を使用する地上波無線通信システムのサービスリンクは、送信リンク用周波数を使用する少なくとも幾つかの送信及び返信リンク用セルの送信リンクとほぼ同じリンク用帯域幅を有しており、また少なくとも幾つかの送信及び返信リンク用セルの返信リンク用周波数を使用する地上波無線通信システムのサービスリンクは、返信リンク用周波数を使用する少なくとも幾つかの送信及び返信リンク用セルの返信リンクとほぼ同じリンク用帯域幅を有している。

さらに別の実施例では、無線通信システムは、複数の送信リンク用セルと複数の返信リンク用セルとを用いて、無線端末と通信するように構成された宇宙ベースの構成要素を含み、返信リンク用セルが周波数再使用クラスタ当たり送信リンク用セルよりも大きな数のセルを有し、また補助的地上波構成要素が少なくとも幾つかの送信リンク用セル及び返信リンク用セルと隣接し及び／又は重なり合い、また少なくとも幾つかの送信及び返信リンク用セルにより使用された少なくとも幾つかの周波数を使用する無線端末と通信するように構成される。

本発明の別の実施形態は、受信可能領域内の無線端末と通信するように構成された少なくとも１つのステーションを備えた地上波無線通信システムを提供する。この受信可能領域は、無線通信システムの宇宙ベースの構成要素により動作される送信リンク用セル及び返信リンク用セルと隣接し及び／又は重なり合っている。返信リンク用セルは、周波数再使用クラスタ当たりのセルの数が送信リンク用セルよりも大きく、かつ少なくとも１つのステーションが、送信及び返信リンク用セルによって使用される少なくとも幾つかの周波数を使用するように構成される。

ここで本発明の特定の具体例としての実施形態を、添付の図面を参照して説明する。しかしながら、本発明は、本発明は多くの異なった形態で具体化することができるが、本願に記載された実施形態に限定されると解釈してはならない。むしろ、この開示内容が詳細で完全であり、また発明の範囲を当業者に十分に伝えるように、これらの実施形態が提供される。素子が別の素子に「接続される」又は「結合される」と呼ばれる場合は、それはこの別の素子に直接接続又は結合されることができるが、介在する素子が存在しても良いことも理解されよう。さらに、「接続される」又は「結合される」という用語は、本願で使用される場合は、無線で接続又は結合されることを含む。

本願で使用される専門用語は、特定の実施形態を説明する目的にのみ使用されるものであり、本発明を限定することを意図するものではない。単数形の「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、本願で使用される場合は、文脈が明白に別の考えを示す場合を除いて、複数形も含むものとする。「含む」、「構成する」、「含んでいる」及び／又は「構成している」という用語は、この明細書で使用される場合は、規定された機構、完全体、工程、操作、素子、及び／又は要素の存在を指定するが、１つ以上の他の機構、完全体、工程、操作、素子、要素、及び／又はそのグループの存在又は追加を排除しないことはさらに理解されよう。

特に規定されない限り、本願で使用される全ての用語（技術的及び科学的な用語を含む）は、本発明が属する技術分野の普通の技術の１つによって通常理解されるものと同じ意味を有する。通常使用される辞書の中で定義されるような用語は、関連する技術及び本願の開示内容との関連でそれらの意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、また本願で特に定義されない限り、理想的な又は過度に公式的な感覚では解釈されないことは、さらに理解されよう。

様々な要素を説明するために第１及び第２という用語が本願で使用されるが、これらの用語でこれらの要素を限定してはならないことは理解されよう。これらの用語は、ある要素を他の要素から区別するために使用されているに過ぎない。このため、下記の第１の無線端末を、本発明の教示から逸脱することなく、第２の無線端末と呼ぶことができ、同様に、第２の無線端末を第１の無線端末と呼ぶことができる。「及び／又は」という用語は、本願で使用される場合は、対応付けられた１つ以上の列挙された項目の幾つかの及び全ての組合せを含む。記号「／」は、「及び／又は」の略記記号としても使用される。

図１は、宇宙ベースの構成要素（ＳＢＣ）１１０と補助的地上波構成要素（ＡＴＣ）１２０とから構成する無線通信システムを例示している。ＳＢＣ１１０は少なくとも１つの衛星１１２を含み、この衛星は静止衛星又はほぼ静止した衛星とすることができる。この少なくとも１つの衛星１１０は、無線端末１０と通信するように構成され、また少なくとも１つの衛星用ゲートウェイ１３０と通信するように構成される。ＡＴＣ１２０は、少なくとも１つのインフラ要素、例えば１つ以上の基地局１２２から構成することができ、この基地局１２２は、それぞれ無線端末２０と通信するように構成されている。図１はＡＴＣ１２０を５個の基地局１２２を含むように例示しているが、より多くの又はより少ない基地局を設けることができることは理解されよう。図示のように、ＡＴＣ１２０のサービス・フットプリント１２５は、ＳＢＣ１１０のサービス・フットプリント１１５と重なり合っている。全体的に、ＳＢＣ及びＡＴＣのサービス・フットプリントは、隣接する及び／又は重なり合うことができる、例えば同一の広がりを持つ、部分的に重なり合う、又は互いに排他的になることができることは理解されよう。無線端末１０、２０は単一モード及び／又は二重モードの端末とすることができる、すなわち端末がＳＢＣ１１０又はＡＴＣ１２０の１つだけと通信するように構成される及び／又は端末がＳＢＣ１１０及びＡＴＣ１２０の両方と通信するように構成されることはさらに理解されよう。図１に示されているような宇宙ベースのインフラ及び地上波のインフラは、統合されたシステムの構成要素（サブシステム）とすることができるか、又は協調して及び／又は独立してかつ自主的に動作することができる別個のシステム、例えば地上波無線通信システムに隣接した及び／又はそれと重なり合った受信可能領域を有する携帯形衛星通信システムとすることができることは理解されよう。

図１及び図２を参照すると、ＳＢＣ１１０、少なくとも１つの衛星用ゲートウェイ１３０及び／又はＳＢＣ１１０及び／又は少なくとも１つの衛星用ゲートウェイ１３０に接続された他のシステム要素は、それぞれ複数の送信及び返信サービスリンク用ＳＢＣアンテナ給電素子を用いる、複数の送信サービスリンク用ビーム（セル、又はアンテナパターン）２１０及び複数の返信サービスリンク用ビーム（セル、又はアンテナパターン）２２０を形成するように構成される。ＳＢＣ１１０は、送信サービスリンク用ビーム２１０のそれぞれに対して第１の周波数の組Ｆ₁（その少なくとも幾つかは、隣接した及び／又は重なり合った地上波無線通信システムによって使用される）を用いることによって複数のＳＢＣ送信サービスリンク用ビームに対して地理的に分散された第１の複数の無線端末に、送信サービスリンク用通信を与えるように構成され、これにより送信サービスリンク用ビーム２１０に対して直接周波数の再使用を提供する（すなわち、再使用係数は１）。ＳＢＣ１１０は、第２の周波数の組Ｆ₂、例えば組Ｆ₂の周波数のサブセットＦ_2a、Ｆ_2b、Ｆ_2c（その少なくとも幾つかは、隣接した及び／又は重なり合った地上波無線通信システムによって使用される）を選択的に用いることによって複数のＳＢＣ返信サービスリンク用ビーム２２０に対して地理的に分散された第２の複数の無線端末に、返信サービスリンク用通信を与えるようにさらに構成され、これにより２つ以上の返信サービスリンク用ビーム２２０から構成する周波数再使用セルのクラスタ寸法に基づいて周波数の再使用を提供する（すなわち、周波数の再使用係数は１より大きい）。このため、本発明の幾つかの実施形態では、ＳＢＣは、直接送信サービスリンクの周波数再使用により無線端末と通信し、かつ２つ以上のセルを含むセルのクラスタ寸法から構成する返信サービスリンクの周波数再使用により無線端末と通信するように構成される。

「選択的に使用すること」は、地理的ベースで周波数を選択的に用いることを意味し、かつ幾つかの実施形態では、第１及び第２の複数の無線端末は、同じ複数の無線端末とすることができることは理解されよう。図２に示されたビーム２１０、２２０の配列は説明のために提供されたものであり、かつ本発明の実施形態では、送信及び返信リンク用ビーム又はセルの任意の数の異なる配列を使用できることはさらに理解されよう。例えば、送信リンク及び／又は返信リンク用セルは、図２で示されたものとは異なるフットプリントの形状／輪郭を有する。幾つかの実施形態では、少なくとも幾つかの送信リンク用ビーム（セル又はアンテナパターン）は、ほぼ同様の地理的フットプリントを有し及び／又は少なくとも幾つかの返信リンク用ビーム（セル又はアンテナパターン）とほぼ地理的に一致している。図２は、返信リンク用ビーム２２０に対して３個のセルのクラスタ寸法を例示しているが、本発明の別の実施形態では、より大きい又は小さいクラスタ寸法を使用できる。図２は、各返信リンク用セル２２０が２つ以上の送信リンク用セル２１０と重なり合わないように整列された送信リンク用セル２１０及び返信リンク用セルを例示しているが、本発明の別の実施形態では、返信リンク用セルが複数の送信リンク用セルと重なる配列のような、送信及び返信リンク用セルの異なる配列も使用できることは理解されよう。

本発明の実施形態により、ＳＢＣが周波数再使用係数が１（すなわち、直接周波数再使用）で最大利用可能な周波数範囲及び／又は最大数の利用可能な搬送周波数を必要に応じて送信リンク用セルの中で使用できるようにすることによって、及び／又は例えばビット誤り率（ＢＥＲ）、干渉レベル及び／又はユーザプロフィールなどの少なくとも１つの所定の通信性能／サービス基準を受けることによって、より高い送信サービスリンク（すなわち、ＳＢＣから無線端末へ）のデータ・スループットが可能にされ、これにより１つ以上の無線端末に対して送信サービスリンクのデータ・スループットが向上されると共に、返信リンク用ビームの間に１でない（直接的でない）周波数再使用を与えることによってセル間の返信サービスリンクの干渉が減少される。送信サービスリンクに対する直接周波数再使用及び返信サービスリンクに対する非直接周波数再使用は、送信及び返信サービスリンクに対して同じ周波数再使用（直接又は非直接）を使用する場合と比べると、ＳＢＣの能力をほとんど低下させていない。幾つかの実施形態では、送信サービスリンクに対する直接周波数再使用及び返信サービスリンクに対する非直接周波数再使用は、送信及び返信サービスリンクに対して直接周波数再使用を行う場合と比べると、ＳＢＣの能力をさらに増加させることがある。その理由は、ＳＢＣによる直接ダウンリンク周波数再使用のため、互いに通信しているＡＴＣ及び／又は無線端末に対する干渉が、ＳＢＣの送信リンクに関連した信号強度がＡＴＣに関連した信号の強度と比較すると比較的小さい又はアースレベルに近いため、許容できるレベルに保持されるためである。図４に示されるように、ＡＴＣが提供した地理的領域４２０の外側の受信可能領域４１０の中でＳＢＣからの通信を受信している無線端末１０に対する干渉レベルを低下させるために、ＡＴＣのサービス領域の周辺に近い少なくとも幾つかのＡＴＣインフラ放射体４２２（基地局のアンテナ）は、ＡＴＣの受信可能領域の内部位置から相当離れた点の方向に減衰された放射を提供することができる。

図３は、図２に関連して前述された線に沿った非対称周波数再使用を用いて提供される非対称の送信及び返信リンクの帯域幅を例示している（非対称の送信及び返信リンクの帯域幅は、本発明の幾つかの実施形態の中でも提供される）。ＳＢＣ３１０及びＡＴＣ３２０は、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）及び／又は直交周波数分割多重接続（ＯＦＤＭＡ）式空気インターフェースプロトコルを用いて無線端末と通信するように構成されている。幾つかの実施形態では、ＡＴＣ３２０のサービスリンク上で用いられる空気インターフェースプロトコルは、時分割二重化（ＴＤＤ）モードに基づき、ＳＢＣ３１０の空気インターフェースプロトコルは、周波数分割二重化（ＦＤＤ）モードに基づいている。幾つかの実施形態では、例えば、ＳＢＣ３１０は、ＳＢＣのセル（ビーム又はアンテナパターン）の地理上の区域内に１０ＭＨｚの送信リンク３１３及び３．３ＭＨｚの返信リンク３１５を提供し、ＡＴＣ３２０は、ＳＢＣの送信／返信サービスリンクの周波数に基づいて１０ＭＨｚの送信／返信ＴＤＤサービスリンク３２３及び／又はＳＢＣの送信／返信サービスリンクの周波数に基づいて３．３ＭＨｚの送信／返信ＴＤＤサービスリンク３２５を提供し、これによりＡＴＣのサービス領域内の１つ以上の無線端末に通信を提供する。

ＳＢＣ及びＡＴＣは、本発明の種々の実施形態の中で任意の数の様々な種類の空気インターフェースプロトコル使用できることは理解されよう。無線端末と通信するためにＳＢＣが使用する空気インターフェースプロトコルは、ＡＴＣが無線端末と通信するために使用する空気インターフェースプロトコルと比べると、同じ、ほぼ同じ又は異なるものとすることができる（すなわち、例えば、ＳＢＣは時分割多重化（ＴＤＭ）及び／又は時分割多重接続（ＴＤＭＡ）式空気インターフェースプロトコルを使用し、ＡＴＣは、コード分割多重化（ＣＤＭ）及び／又はコード分割多重接続（ＣＤＭＡ）式空気インターフェースプロトコルを使用するか、この逆であっても良い）。図３に示された搬送帯域幅は単に説明するために提供されているものであり、別の搬送帯域幅を使用できることも理解されよう。

前述された装置及び動作は説明のための実施例であり、別のアーキテクチャ及び動作は本発明の範囲に含まれることは理解されよう。より一般的に言うと、図面及び明細書の中で、本発明の例示的な実施形態が説明されてきた。特別な用語が使用されるが、それらの用語は一般的であり説明のためのみに使用されるものであり、限定する目的で使用されたものではない。本発明の範囲は、下記の特許請求の範囲の中で定義される。

本発明のいくつかの実施形態による無線通信システム及び方法を例示する概略図である。本発明のさらに別の実施形態による送信及び返信リンク用セルの再使用パターンの実施例を例示する概略図である。本発明のさらに別の実施形態によるリンク用帯域幅割当ての実施例を例示する概略図である。本発明のいくつかの実施形態による地上波無線通信システムの周辺の放射体からの方向を持った送信を例示する概略図である。

Claims

無線通信システムの宇宙ベースの構成要素と無線端末との間を、複数の送信リンク用セルと複数の返信リンク用セルとを用いて通信するステップを含み、前記返信リンク用セルが、周波数再使用クラスタ当たり送信リンク用セルよりも多くのセルを有する、無線通信システムを動作させる方法。
前記送信リンク用セルの送信リンクが、前記返信リンク用セルの返信リンクよりも大きなリンク用帯域幅を有する請求項１に記載の方法。
前記送信及び返信リンク用セルの送信及び返信リンクが周波数分割二重化である請求項２に記載の方法。
前記送信及び／又は返信リンクに対して直交周波数分割多重化通信をさらに含む請求項２に記載の方法。
少なくとも幾つかの前記送信及び返信リンク用セルが、隣接する及び／又は重なり合う受信可能領域を有する地上波無線通信システムの少なくとも幾つかの周波数を使用する請求項１に記載の方法。
少なくとも幾つかの前記送信及び返信リンク用セルの送信リンクが、少なくとも幾つかの前記送信及び返信リンク用セルの返信リンクよりも大きなリンク用帯域幅を有する請求項５に記載の方法。
少なくとも幾つかの前記送信及び返信リンク用セルの送信リンク用周波数を使用する前記地上波無線通信システムのサービスリンクが、前記送信リンク用周波数を使用する少なくとも幾つかの前記送信及び返信リンク用セルの送信リンクとほぼ同じリンク用帯域幅を有し、かつ少なくとも幾つかの前記送信及び返信リンク用セルの返信リンク用周波数を使用する前記地上波無線通信システムのサービスリンクが、前記返信リンク用周波数を使用する少なくとも幾つかの前記送信及び返信リンク用セルの返信リンクとほぼ同じリンク用帯域幅を有する請求項６に記載の方法。
少なくとも幾つかの前記送信及び返信リンク用セルの送信及び返信リンクに対して周波数分割二重化通信を、かつ前記地上波無線通信システムのサービスリンクに対して時分割二重化通信をさらに含む請求項５に記載の方法。
前記地上波無線通信システムのサービスリンクに対して直交周波数分割多重化通信をさらに含む請求項５に記載の方法。
第１の空気インターフェースプロトコルを用いて前記宇宙ベースの構成要素と無線端末との間を通信するステップと、
前記第１の空気インターフェースプロトコルとは相当異なる第２の空気インターフェースプロトコルを用いて前記地上波無線通信システムと無線端末との間を通信するステップと
をさらに含む請求項５に記載の方法。
前記宇宙ベースの構成要素と無線端末との間、及び前記地上波無線通信システムと無線端末との間を、ほぼ同じ前記空気インターフェースプロトコルを用いて通信するステップをさらに含む請求項５に記載の方法。
前記宇宙ベースの構成要素と無線端末との間を、時分割多重化（ＴＤＭ）式空気インターフェースプロトコル、時分割多重接続（ＴＤＭＡ）式空気インターフェースプロトコル、コード分割多重化（ＣＤＭ）式空気インターフェースプロトコル、コード分割多重接続（ＣＤＭＡ）式空気インターフェースプロトコル、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）式空気インターフェースプロトコル、及び／又は直交周波数分割多重接続（ＯＦＤＭＡ）式空気インターフェースプロトコルを用いて通信するステップと、前記地上波無線通信システムと無線端末との間を、時分割多重化（ＴＤＭ）式空気インターフェースプロトコル、時分割多重接続（ＴＤＭＡ）式空気インターフェースプロトコル、コード分割多重化（ＣＤＭ）式空気インターフェースプロトコル、コード分割多重接続（ＣＤＭＡ）式空気インターフェースプロトコル、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）式空気インターフェースプロトコル、及び／又は直交周波数分割多重接続（ＯＦＤＭＡ）式空気インターフェースプロトコルを用いて通信するステップとを用いて通信するステップをさらに含む請求項５に記載の方法。
前記地上波無線通信システムの受信可能領域の境界近くに配置された前記地上波無線通信システムの放射体の送信を、前記地上波無線通信システムの受信可能領域の外側の前記宇宙ベースの構成要素の受信可能領域の部分から離れた方向に向けるステップをさらに含む請求項５に記載の方法。
前記地上波無線通信システムの受信可能領域の境界近くに配置された前記地上波無線通信システムの放射体の送信を、前記地上波無線通信システムの受信可能領域の外側の前記宇宙ベースの構成要素の受信可能領域の部分から離れた方向に向けるステップが、前記地上波無線通信システムの受信可能領域の境界近くに配置された前記地上波無線通信システムの放射体の送信を、前記地上波無線通信システムの受信可能領域の内部に向けるステップを含む請求項１３に記載の方法。
前記返信リンク用セルの複数のセルが前記送信リンク用セルの１つに重なり合う請求項１に記載の方法。
前記送信リンク用セルが１周波数再使用のクラスタ寸法を有し、かつ前記返信リンク用セルが１より大きい周波数再使用のクラスタ寸法を有する請求項１５に記載の方法。
前記返信リンク用セルのそれぞれの周波数再使用クラスタが、前記送信リンク用セルのそれぞれのセルと空間的にほぼ同一の広がりを有する請求項１６に記載の方法。
複数の送信リンク用セルと複数の返信リンク用セルとを用いて、無線端末と通信するように構成された宇宙ベースの構成要素を含み、前記返信リンク用セルが、周波数再使用クラスタ当たり前記送信リンク用セルよりも多くのセルを有する、無線通信システム。
前記送信リンク用セルの送信リンクが、前記返信リンク用セルの返信リンクよりも大きなリンク用帯域幅を有する請求項１８に記載のシステム。
前記送信及び返信リンク用セルの送信及び返信リンクが周波数分割二重化である請求項１９に記載のシステム。
前記送信及び／又は返信リンクに対して直交周波数分割多重化通信をさらに含む請求項１９に記載のシステム。
少なくとも幾つかの前記送信及び返信リンク用セルが、隣接する及び／又は重なり合う受信可能領域を有する地上波無線通信システムの少なくとも幾つかの周波数を使用する請求項１８に記載のシステム。
少なくとも幾つかの前記送信及び返信リンク用セルの送信リンクが、少なくとも幾つかの前記送信及び返信リンク用セルの返信リンクよりも大きなリンク用帯域幅を有する請求項２２に記載のシステム。
少なくとも幾つかの前記送信及び返信リンク用セルの送信リンク用周波数を使用する前記地上波無線通信システムのサービスリンクが、前記送信リンク用周波数を使用する少なくとも幾つかの前記送信及び返信リンク用セルの送信リンクとほぼ同じリンク用帯域幅を有し、かつ少なくとも幾つかの前記送信及び返信リンク用セルの返信リンク用周波数を使用する前記地上波無線通信システムのサービスリンクが、前記返信リンク用周波数を使用する少なくとも幾つかの前記送信及び返信リンク用セルの返信リンクとほぼ同じリンク用帯域幅を有する請求項２３に記載のシステム。
前記宇宙ベースの構成要素が、少なくとも幾つかの前記送信及び返信リンク用セルの送信及び返信リンク上の通信の周波数分割二重化方法に対応するように構成される請求項２２に記載のシステム。
前記宇宙ベースの構成要素が、前記地上波無線通信システムと無線端末との間で通信するために使用される第２の空気インターフェースプロトコルとは相当に異なる第１の空気インターフェースプロトコルを用いて無線端末と通信するように構成される請求項２２に記載のシステム。
前記宇宙ベースの構成要素が、前記地上波無線通信システムと無線端末との間において通信するために使用されるほぼ同じ空気インターフェースプロトコルを用いて、無線端末と通信するように構成される請求項２２に記載のシステム。
前記宇宙ベースの構成要素が、時分割多重化（ＴＤＭ）式空気インターフェースプロトコル、時分割多重接続（ＴＤＭＡ）式空気インターフェースプロトコル、コード分割多重化（ＣＤＭ）式空気インターフェースプロトコル、コード分割多重接続（ＣＤＭＡ）式空気インターフェースプロトコル、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）式空気インターフェースプロトコル、及び／又は直交周波数分割多重接続（ＯＦＤＭＡ）式空気インターフェースプロトコルを用いて無線端末と通信するように構成される請求項２２に記載のシステム。
少なくとも幾つかの送信リンク用セル及び返信リンク用セルに隣接し及び／又は重なり合い、かつ少なくとも幾つかの前記送信及び返信用セルが使用する少なくとも幾つかの周波数を用いて無線端末と通信するように構成された、補助的地上波の構成要素をさらに含む請求項１８に記載のシステム。
少なくとも幾つかの前記送信及び返信リンク用セルの送信リンクが、少なくとも幾つかの前記送信及び返信リンク用セルの返信リンクよりも大きなリンク用帯域幅を有する請求項２９に記載のシステム。
前記宇宙ベースの構成要素の少なくとも幾つかの前記送信及び返信リンク用セルの送信リンク用周波数を使用する前記補助的地上波の構成要素のサービスリンクが、前記送信リンク用周波数を使用する少なくとも幾つかの前記送信及び返信リンク用セルの送信リンクとほぼ同じリンク用帯域幅を有し、かつ少なくとも幾つかの前記送信及び返信リンク用セルの返信リンク用周波数を使用する前記補助的地上波の構成要素のサービスリンクが、前記返信リンク用周波数を使用する少なくとも幾つかの前記送信及び返信リンク用セルの返信リンクとほぼ同じリンク用帯域幅を有する請求項３０に記載のシステム。
前記宇宙ベースの構成要素が、少なくとも幾つかの前記送信及び返信リンク用セルの送信及び返信リンク上の通信の周波数分割二重化方法に対応するように構成され、かつ前記補助的地上波の構成要素が前記補助的地上波の構成要素のサービスリンク上の通信の時分割二重化方法に対応するように構成される請求項２９に記載のシステム。
前記補助的地上波の構成要素が、前記補助的地上波の構成要素のサービスリンク上の直交周波数分割多重化通信に対応するように構成される請求項２９に記載のシステム。
前記宇宙ベースの構成要素が、第１の空気インターフェースプロトコルを用いて無線端末と通信するように構成され、かつ前記補助的地上波の構成要素が、前記第１の空気インターフェースプロトコルとは相当異なる第２の空気インターフェースプロトコルを用いて端末と通信するように構成される請求項２９に記載のシステム。
前記宇宙ベースの構成要素及び前記補助的地上波の構成要素が、ほぼ同一の空気インターフェースプロトコルを用いて無線端末と通信するように構成される請求項２９に記載のシステム。
前記宇宙ベースの構成要素が、時分割多重化（ＴＤＭ）式空気インターフェースプロトコル、時分割多重接続（ＴＤＭＡ）式空気インターフェースプロトコル、コード分割多重化（ＣＤＭ）式空気インターフェースプロトコル、コード分割多重接続（ＣＤＭＡ）式空気インターフェースプロトコル、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）式空気インターフェースプロトコル、及び／又は直交周波数分割多重接続（ＯＦＤＭＡ）式空気インターフェースプロトコルを用いて無線端末と通信するように構成され、かつ前記補助的地上波の構成要素が、時分割多重化（ＴＤＭ）式空気インターフェースプロトコル、時分割多重接続（ＴＤＭＡ）式空気インターフェースプロトコル、コード分割多重化（ＣＤＭ）式空気インターフェースプロトコル、コード分割多重接続（ＣＤＭＡ）式空気インターフェースプロトコル、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）式空気インターフェースプロトコル、及び／又は直交周波数分割多重接続（ＯＦＤＭＡ）式空気インターフェースプロトコルを用いて無線端末と通信するように構成される請求項２９に記載のシステム。
前記補助的地上波の構成要素が、前記補助的地上波の構成要素の受信可能領域の境界近くに配置された放射体の送信を、前記補助的地上波の構成要素の受信可能領域の外側の前記宇宙ベースの構成要素の受信可能領域の部分から離れた方向に向けるように構成される請求項２９に記載のシステム。
前記補助的地上波の構成要素が、前記補助的地上波の構成要素の受信可能領域の境界近くに配置された放射体の送信を、前記地上波無線通信システムの受信可能領域の内側部分に向けるように構成される請求項３７に記載のシステム。
請求項２９のシステムと通信するように構成された、無線端末。
前記返信リンク用セルの複数のセルが前記送信リンク用セルの１つと重なり合う請求項１８に記載のシステム。
前記送信リンク用セルが１周波数再使用のクラスタ寸法を有し、前記返信リンク用セルが１より大きい周波数再使用のクラスタ寸法を有する請求項１８に記載のシステム。
前記返信リンク用セルのそれぞれの周波数再使用クラスタが、前記送信リンク用セルのそれぞれのセルと空間的にほぼ同一の広がりを有する請求項４１に記載のシステム。
請求項１８に記載のシステムと通信するように構成された、無線端末。
携帯形無線通信システムの宇宙ベースの構成要素により動作される送信リンク用セル及び返信リンク用セルと隣接し及び／又は重なり合っている受信可能領域内の無線端末と通信するように構成された少なくとも１つのステーションを備えた地上波無線通信システムであって、前記返信リンク用セルが周波数再使用クラスタ当たりのセルの数が前記送信リンク用セルよりも大きく、かつ前記地上波無線通信システムの前記少なくとも１つのステーションが、前記送信及び返信リンク用セルによって使用される少なくとも幾つかの周波数を使用するように構成される、地上波無線通信システム。
前記宇宙ベースの構成要素の前記送信リンク用セルの送信リンクが、前記宇宙ベースの構成要素の前記返信リンク用セルの返信リンクよりも大きなリンク用帯域幅を有する請求項４４に記載の地上波無線通信システム。
前記宇宙ベースの構成要素の前記送信リンク用セルの送信リンク用周波数を使用する前記地上波無線通信システムのサービスリンクが、前記送信リンク用周波数を使用する送信リンク用セルの送信リンクとほぼ同じリンク用帯域幅を有し、かつ前記宇宙ベースの構成要素の前記返信リンク用セルの返信リンク用周波数を使用する前記地上波無線通信システムの少なくとも１つのステーションのサービスリンクが、前記返信リンク用周波数を使用する返信リンク用セルの返信リンクとほぼ同じリンク用帯域幅を有する請求項４５に記載の地上波無線通信システム。
前記少なくとも１つのステーションが、自身のサービスリンク上で時分割二重化通信に対応するように構成される請求項４４に記載の地上波無線通信システム。
前記少なくとも１つのステーションが、自身のサービスリンク上において直交周波数分割多重化通信に対応するように構成される請求項４４に記載の地上波無線通信システム。
前記少なくとも１つのステーションが、前記送信及び返信リンク用セルの中の前記宇宙ベースの構成要素によって使用される空気インターフェースプロトコルとは相当異なる空気インターフェースプロトコルを用いて、無線端末と通信するように構成される請求項４４に記載の地上波無線通信システム。
前記少なくとも１つのステーションが、前記送信及び返信リンク用セルの中の前記宇宙ベースの構成要素によって使用される空気インターフェースプロトコルとほぼ同一の空気インターフェースプロトコルを用いて、無線端末と通信するように構成される請求項４４に記載の地上波無線通信システム。
前記少なくとも１つのステーションが、時分割多重化（ＴＤＭ）式空気インターフェースプロトコル、時分割多重接続（ＴＤＭＡ）式空気インターフェースプロトコル、コード分割多重化（ＣＤＭ）式空気インターフェースプロトコル、コード分割多重接続（ＣＤＭＡ）式空気インターフェースプロトコル、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）式空気インターフェースプロトコル、及び／又は直交周波数分割多重接続（ＯＦＤＭＡ）式空気インターフェースプロトコルを用いて無線端末と通信するように構成される請求項４４に記載の地上波無線通信システム。
前記地上波無線通信システムの受信可能領域の境界の近くに配置された放射体をさらに含み、前記放射体の送信を、前記地上波無線通信システムの受信可能領域の外側の前記宇宙ベースの構成要素の受信可能領域の部分から離れる方向に向けるように構成される請求項４４に記載の地上波無線通信システム。
前記地上波無線通信システムの受信可能領域の境界の近くに配置された放射体をさらに含み、前記放射体の送信を、前記地上波無線通信システムの受信可能領域の内側の部分に向けるように構成される請求項４４に記載の地上波無線通信システム。
前記少なくとも１つのステーションが、前記携帯形衛星通信システムの補助的地上波の構成要素として動作するように構成される請求項４４に記載の地上波無線通信システム。
請求項４４に記載の前記地上波無線通信システムと通信するように構成された、無線端末。