JP4750275B2 - マルチビーム通信システムの呼ドロップ率を減少させるシステムおよび方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
（発明の背景）
（I．発明の分野）
本発明は、一般に無線通信の分野に関するものである。より詳細には、本発明は、複数のビーム通信リンクを有する無線通信システムの呼ドロップ率を減少させる方法に関するものである。
【０００２】
（II．関連技術）
複数のビーム通信リンクを有するいろいろの無線通信システムがある。衛星通信システムは１つのこのような例である。衛星通信システムは、ゲートウェイ（「通信局」あるいは「基地局」とも呼ばれる）とユーザ端末との間で通信信号を中継する１つあるいはそれ以上の衛星を含む。ゲートウェイは、ユーザ端末を他のユーザ端末あるいは公衆電話交換網のような他の通信システムのユーザに接続する通信リンクを提供する。移動電話のようなユーザ端末は、固定あるいは移動でき、ゲートウェイの近くに置かれているかあるいは遠隔に置かれている。
【０００３】
もしユーザ端末が衛星の“足跡(footprint)”内にあるならば、衛星は、ユーザ端末から信号を受信し、信号をユーザ端末に送信できる。衛星の足跡は、衛星通信システムによってカバーされる地球の表面上の地理的な範囲である。いくつかの衛星システムでは、衛星の足跡は、アンテナを形成するビームの使用によって「複数のビーム」に地理的に分割される。各ビームは衛星の足跡内の特定の地理的な領域をカバーする。
【０００４】
いくつかの衛星通信システムは、名称が「衛星あるいは地上中継器を使用するスペクトラム拡散多元接続通信システム」である１９９０年２月１３日に発行された米国特許第４，９０１，３０７号および名称が「個別受取人の位相時間およびエネルギーをトラッキングするスペクトラム拡散通信システムで全スペクトラム送信出力を使用する方法および装置」である１９９７年１１月２５日に発行された米国特許第５，６９１，１７４号に開示されているような符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）スペクトラム拡散信号を使用し、この特許の両方は、本発明の譲受人に譲渡され、参照してここに組み込まれる。
【０００５】
ＣＤＭＡを使用する通信システムでは、別個の通信リンクは、セルラシステムのゲートウェイあるいは基地局におよびこのゲートウェイあるいは基地局から通信信号を送信するために使用される。順方向通信リンクは、ゲートウェイあるいは基地局で発生し、ユーザ端末に送信された通信信号を参照する。逆方向通信リンクは、ユーザ端末に生じ、ゲートウェイあるいは基地局に送信された通信信号を参照する。衛星ダイバシティが所望される状況では、ゲートウェイは、各順方向リンクが異なる衛星からのビーム上に確立される場合、所与のユーザ端末のための２つのあるいはそれ以上の順方向リンクを確立する。例えば、２つの衛星ダイバシティ構成では、第１の順方向リンクは、第１の衛星によって投射されるビーム上に確立され、第２の順方向リンクは、第２の衛星によって投射されるビーム上に確立される。上記の例では、ユーザ端末は、第１および第２のビームの両方のゲートウェイから情報あるいはデータを受信する。より少ない通信リンクあるいは呼が断たれそうであるために、衛星ダイバシティは、増加されたシステム性能を提供する。例えば、第１の順方向リンクに送るビームが障害物（例えば、高い建物）によって遮断される場合、ユーザ端末とゲートウェイとの間の接続は、第２の順方向リンク上で中断しないで続く。ユーザはビーム妨害を知らない。したがって、ビーム源ダイバシティはマルチビーム通信システムで一般に望まれる。
【０００６】
衛星が地球の表面上のある点に対して静止していない衛星通信システムでは、所与の衛星によってカバーされる地理的なエリアは常に変わっている。結果として、特定の衛星の特定のビーム内にかつて置かれているユーザ端末は、同じ衛星の異なるビーム内および／または異なる衛星の異なるビーム内に後で置くことができる。さらに、衛星通信は無線であるために、ユーザ端末は自由に周りを移動できる。したがって、衛星が地球の表面上のある点に対して静止しているシステムにおいてさえ、時間に対してユーザ端末が異なるビームによってカバーされる可能性がある。したがって、ユーザ端末とゲートウェイとの間の通信リンクが第１のビーム上に確立され、通信リンクが第２のビームによってもはやカバーされないユーザ端末より前に他のビーム上に確立されない場合、ある点で、ユーザは確立された通信リンクを使用してゲートウェイとはもはや通信できない。結果として、ユーザ端末とゲートウェイとの間のアクティブ呼はドロップされる。通信システムのドロップ呼は、連続した通信サービスを提供するのに努力するサービスプロバイダーにとっては重大な問題である。同様な呼ドロップ問題は、地上通信システムのセクタ化セルで周りを移動する移動ユーザに対して生じ得る。つまり、セルが異なる周波数であるいは異なる符号スペースを使用してカバーされる２つあるいはそれ以上のより小さいサービスエリアに細分割される場合である。ここで、移動ユーザは、セルおよびセクタサイズならびに局部的な物理環境のような要因に応じてセル内のセクタ境界に沿ってあるいは繰り返してこの境界を横切って移動できる。
【０００７】
したがって、必要とされることは、マルチビーム通信システムの呼ドロップ率を減少させるシステムおよび方法である。このシステムおよび方法は、通信システムの信頼性をさらに高めるように所望のビーム源ダイバシティのレベルを保持すべきである。
【０００８】
（発明の概要）
ユーザ端末と、情報をユーザ端末に送信し、ユーザ端末から情報を受信する通信局と、複数のビーム源とを有し、各ビーム源は複数のビームを投射し、ユーザ端末と通信局との間の通信リンクが１つあるいはそれ以上のビーム上に確立されるマルチビーム通信システムにおいて、本発明は、呼ドロップ率を減少させるシステムおよび方法を提供する。さらに、本発明のシステムおよび方法は、所望のビーム源ダイバシティのレベルを保持する。
【０００９】
本発明による方法は、通信局とユーザ端末との間のメッセージプロトコルによる。ユーザ端末から通信局に送信されるメッセージに基づいて、通信局は、情報あるいはデータをユーザ端末に送信する最も望ましいビームを決定できる。ユーザ端末から通信局に送信されたメッセージは、ユーザ端末で測定されたようなビーム強度を示す値を含む。この通信局は、これらの値を用い、通信局とユーザ端末との間の通信リンクとして使用されるべきである最も望ましいビームを選択する。使用されるべきであるビームは、使用される場合の呼ドロップ率を減少させ、所望のビーム源ダイバシティのレベルを提供するビームである。
【００１０】
本発明の１つの実施形態による方法は、（１）複数のビーム識別子を含むビームマスクメッセージ（ＢＭＭ）を通信局からユーザ端末に送信する工程であって、このビーム識別子の各々が通信局に現在利用可能なビームを識別することと、（２）ＢＭＭに識別された各ビームの強度をユーザ端末で周期的に測定する工程と、（３）複数のビーム強度値を含むパイロット強度測定メッセージ（ＰＳＭＭ）をユーザ端末から通信局に周期的に送信する工程であって、各ビーム強度値はＢＭＭで識別されたビームの中の１つの測定強度の関数であることと、（４）ＰＳＭＭのビーム強度値に基づいて、通信局とユーザ端末との間で通信リンクとして使用されるべきである１つあるいはそれ以上のビームを通信局で選択する工程（すなわち、通信局が新しいアクティブビームセットを選択する）と、（５）通信局で、新しいアクティブビームセットのビームの全てで情報を送信する工程と、（６）工程（４）で選択された１つあるいはそれ以上のビームが現アクティブビームセットにある同一の１つあるいはそれ以上のビームでない場合、ハンドオフ指令(Direction)メッセージ（ＨＤＭ）を通信局からユーザ端末に送信する工程であって、現アクティブビームセットが通信局とユーザ端末との間の通信リンクが既に確立される１つあるいはそれ以上からなることと、（７）ユーザ端末が新しいアクティブビームセットのビームの各々で情報を受信した後、通信局でユーザ端末から送信完了メッセージ（ＨＣＭ）を受信する工程とを含む。
【００１１】
ＨＤＭに基づいて、ユーザ端末は、通信局とユーザ端末との間の通信リンクとして使用されるべきである工程（４）で通信局が選択した１つあるいはそれ以上のビームを決定できる。１つの実施形態では、ＨＤＭは、工程（４）の通信局で選択された各ビームに対応するビーム識別子を含む。他の実施形態では、ＨＤＭは、付加ビームセットおよびドロップビームセットを含む。付加ビームセットは、現アクティブビームセットにない新しいアクティブビームセット内の各ビームに対するビーム識別子を含む。ドロップビームセットは、新しいアクティブビームセットにない現アクティブビームセットの各ビームに対するビーム識別子を含む。
【００１２】
１つの実施形態によれば、ＰＳＭＭに含まれる複数のビーム強度値は、ＢＭＭで識別された各衛星の最強ビームに対応する複数の値を含んでいる。他の実施形態では、ＰＳＭＭのビーム強度値は調整ビーム強度値である。
【００１３】
１つの実施形態では、通信局とユーザ端末との間の通信リンクとして使用されるべきである１つあるいはそれ以上のビームを通信局で選択する工程は、（１）ＰＳＭＭの最強ビームを選択する工程と、（２）ＰＳＭＭの最強の代替のビームを決定する工程であって、代替のビームが工程（１）で選択されたビームを投射する衛星以外の衛星によって投射されるビームであることと、（３）（ＰＳＭＭの最強ビームの強度）−（ＰＳＭＭの最強の代替のビームの強度）がしきい値よりも小さい場合、ＰＳＭＭの最強の代替のビームを選択する工程とを含む。
【００１４】
他の実施形態では、通信リンクを確立する工程は、（１）ＰＳＭＭの最強ビームを選択する工程と、（２）ＰＳＭＭの最強の代替のビームを決定する工程と、（３）（ＰＳＭＭの最強ビームの強度）−（ＰＳＭＭの最強の代替のビームの強度）が第１のしきい値よりも小さいかあるいは等しい場合、ＰＳＭＭの最強の代替のビームを選択する工程と、（４）（ＰＳＭＭの最強ビームの強度）−（ＰＳＭＭの最強の代替のビームの強度）が第１のしきい値よりも大きい場合、現アクティブセットの最強の代替のビームを決定する工程であって、現アクティブセットの代替のビームが、工程（１）で選択されたビームを投射する衛星以外の衛星によって投射される現アクティブセットのビームである工程と、（５）（ＰＳＭＭの最強ビームの強度）−（現アクティブセットの最強の代替のビームの強度）が第２のしきい値よりも小さいかあるいは等しい場合、現アクティブセットの最強の代替のビームを選択する工程とを含む。本発明の１つの他の実施形態では、第２のしきい値が第１のしきい値よりも大きい。
【００１５】
他の実施形態では、ユーザ端末は、現アクティブセットの各ビームのビーム強度を連続的に測定する。現アクティブセットのビームのビーム強度が所定の量だけ前のＰＳＭＭに報告されるようなこのビームのビーム強度よりも小さく、特定の時間間隔にわたってそのままである場合、ユーザ端末は新しいＰＳＭＭを通信局に送信する。
【００１６】
本発明の他の特徴および長所ならびに本発明のいろいろの実施形態の構成および動作は添付図面を参照して下記に詳述される。
【００１７】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
（I．序論）
本発明は、マルチビーム通信システムでの使用に適している。このような通信システムは、地球を軌道飛行している衛星あるいは高度にセクタ化されたセルを使用する通信システムを含んでいる。しかしながら、通信目的のために利用されない場合でさえ本発明の概念がいろいろの衛星システムに適用できることは当業者に明らかである。本発明は、さらにユーザ通信のために利用されない場合でさえ、いろいろのセルセクタ化方式を使用するセルにも適用できる。
【００１８】
本発明の好ましい実施形態は下記に詳述される。特定の工程、形状および装置は述べられているが、これは具体的な目的だけのために示されることを理解すべきである。当業者は、他の工程、形状および装置が本発明の精神および範囲から逸脱しないで使用できることを承知している。本発明は、位置決定向きのシステムおよび衛星システムならびに地上セルラ電話システムを含むいろいろの無線情報および通信システムでの使用を得ることができる。好ましい応用は、移動あるいは携帯電話サービスのためのＣＤＭＡ無線スペクトラム拡散通信システムにある。
【００１９】
（II．典型的な通信システム）
本発明が役に立つと分かった典型的な無線通信システムは図１に示されている。この通信システムはＣＤＭＡ方式通信信号を使用するが、これは本発明に必須の要件ではない。図１に示された通信システム１００の一部では、２つの遠隔ユーザ端末１２４、１２６および１２８と通信を行う１つの基地局１１２、２つの衛星１１６および１１８、および２つの関連ゲートウェイあるいはハブ１２０および１２２が示されている。一般的には、基地局および衛星／ゲートウェイは、これは必要ないけれども、地上方式および衛星方式と呼ばれる別個の通信システムの構成要素である。このようなシステムにおける基地局、ゲートウェイ、あるいは衛星の全数は、当該技術分野で良く理解されるような所望のシステム機能および他の要因によって決まる。
【００２０】
基地局およびゲートウェイという用語は時には交換可能に用いられ、各々は固定中央通信局であり、ゲートウェイは、通信を衛星中継器を通して向ける非常に専用化された基地局と技術上認識されるのに対して、基地局（時にはセルサイトとも呼ばれる）は、地上アンテナを使用し、囲む地理的な領域内に通信を向ける。ゲートウェイは、衛星通信リンクを保有するために関連装置に関する多くのハウスキープタスクを有し、任意の中央制御センターも、一般的にはゲートウェイおよび移動している衛星と対話する場合に実行する多くの機能を有する。しかしながら、本発明は、応用を通信局としてゲートウェイあるいは基地局のいずれかを使用するシステムに見つける。
【００２１】
ユーザ端末１２４、１２６、および１２８の各々は、セルラ電話、データトランシーバ、あるいはページングあるいは位置決定受信機のような無線通信装置を含むが、これに限定されなくて、所望のように携帯、自動車装着、あるいは固定であってもよい。ここでは、ユーザ端末は、それぞれ携帯電話、自動車装着電話、および固定電話１２４、１２６、および１２８として示されている。ユーザ端末は、選択に応じて時には加入者装置、移動局、あるいは単にいくつかの通信システムの「ユーザ」あるいは「モバイル」とも呼ばれる。
【００２２】
一般的には、ビーム源（例えば、基地局１２あるいは衛星１１６および１１８）からのビームは、所定のパターンで異なる地理的なエリアをカバーする。ＣＤＭＡチャネルあるいは「サブビーム」とも呼ばれる異なる周波数のビームは、同じ領域で重なり合うように指向することができる。複数の衛星に対するビームカバレッジあるいはサービスエリア、あるいは複数の基地局に対するアンテナパターンは、通信システム設計および提供されるサービスの種類、ならびに空間ダイバシティが得られるかどうかに応じて所与の領域で完全にあるいは部分的に重なるように設計されてもよいことも容易に理解される。
【００２３】
２つの衛星だけが明瞭にするために示されているが、いろいろの多重衛星通信システムは、多数のユーザ端末にサービスする低地球軌道（ＬＥＯ）の８つの異なる軌道平面で移動する約４８あるいはそれ以上の衛星を使用する典型的なシステムによって提案される。しかしながら、当業者は、いかに本発明の教示がいろいろの衛星システムおよびゲートウェイ構成に適用可能であるかを容易に理解する。これは、他の軌道距離および星座の位置を含み、例えば、これらは、ビーム切り替えがおもにユーザ端末移動から生じる静止衛星を使用する。さらに、いろいろの基地局形態も使用できる。
【００２４】
図１は、ユーザ端末１２４、１２６、および１２８と基地局１１２との間であるいは衛星１１６および１１８を通って、ゲートウェイ１２０および１２２に対して通信を生じさせるいくつかの可能な信号経路を示している。基地局‐ユーザ端末通信リンクは、ライン１３０、１３２、および１３４によって示される。衛星１１６と１１８の間、およびユーザ端末１２４、１２６、および１２８との間の衛星‐ユーザ端末通信リンクはライン１３８、１４０、１４２、および１４４によって示される。ゲートウェイ１２０および１２２と衛星１１６および１１８との間のゲートウェイ‐衛星通信リンクは、ライン１４６、１４８、１５０、および１５２によって示される。ゲートウェイ１２０および１２２ならびに基地局１１２は、１方向あるいは２方向の通信システムの一部としてあるいは単にメッセージ／情報あるいはデータをユーザ端末１２４、１２６、１２８に転送するために使用されてもよい。
【００２５】
図２は、足跡としても公知である典型的な衛星ビームパターン２０２を示している。図２に示されるように、典型的な衛星足跡２０２は１６のビームを含む。通常若干のビーム重なりがあるけれども、各ビームは、特定の地理的なエリアをカバーする。図２に示された衛星足跡は、内部ビーム（ビーム１）、中央ビーム（ビーム２〜７）、および外部ビーム（ビーム８〜１６）を含んでいる。このビームパターンは、信号強度が付加的干渉を形成しないで地球の表面によって作成された当然の「ロールオフ」効果により比較的低い足跡の外部の一部内に配置されているユーザに届くために使用される特定の所定のパターンである。このビームは、図示だけの目的のために重なっていない幾何学的形状を有するものとして示されている。しかしながら、当業者は、他のビームパターンおよび形状はいろいろの通信システム設計で使用されてもよいことを容易に理解する。
【００２６】
図３に示されるように、基地局１１２を含むこのような通信システム（１００）の基地局あるいはセルサイトは、信号強度およびローカル地勢に従って地球の表面上の所定のサービスエリアをカバーするセル２２０内にビームあるいは信号を投射する。セル２２０は、セクタ２２２を形成し、通常楔状パターンで投射される一連の別個のビームあるいは信号によって形成される１つの全カバレッジエリアからなる。ここで、セル２２０は、全て同じエリアあるいはサイズを有しない一連の６つのセクタ２２２を使用して形成される。しかしながら、いろいろのパターン、セクタ、およびセクタサイズは、当業者に公知であるように用いることができる。さらに後述されるように、ユーザは、ライン２２４によって示される経路に沿って１つのセクタの位置Ｘから隣接するセクタ２２２の位置Ｙへ移動してもよい。これは、ユーザ端末移動あるいは変わるセクタカバレッジもしくは両方の組合せのいずれかの結果として生じる。
【００２７】
典型的なセクタパターンは図４にさらに詳細に示される。図４では、一連のセクタＳ１〜Ｓ６は、通常円形パターンあるいはセル２２０に示される。このセルは、いかにこの信号が当該技術分野で公知であるようにトランスポンダあるいはアンテナシステムおよびローカル地勢あるいは構造の影響によって投射されるかの結果としてでこぼこした縁を有するものとして示されている。図示されるように、セクタは、サイズが一様である必要がなく、通信システムの動作中調整されるそれぞれのカバレッジエリアさえも有することができる。セクタビームあるいは信号は、隣接セクタ間のカバレッジの重なるセクタ境界あるいは領域も形成し、ビームエネルギーは、送信時に通常調整され、縁あるいは境界の近くでより急速に減少し、重なる信号カバレッジを減少させる。隣接セクタ境界に対する重なる境界は、実線および破線を使用して示される。この例の隣接セクタの各々は、衛星サブビームと同様に異なるＰＮコードあるいはコードオフセットを使用する。当業者は、このようなパターンを形成するために使用されるこれらの種類のパターンおよび周波数ならびにＰＮコードの割り当てを熟知している。
【００２８】
図５及び図６は、発明者によって確認され、本発明が解決することを意図した問題を示している。図５（ａ）は、時間上の第１の点でのユーザ３０２に対する衛星１１８の相対位置を示し、図５（ｂ）は、時間上の第２の点でのユーザ３０２に対する衛星１１８の相対位置を示し、図５（ｃ）は、時間上の第１の点でのユーザ３０２および衛星ビームパターンのオーバーヘッド図を示し、図５（ｄ）は、時間上の第２の点でのユーザ３０２および衛星ビームパターンのオーバーヘッド図を示している。図５（ｃ）および図５（ｄ）に示されているように、時間上の第１の点で、ユーザ３０２は、衛星１１８のビーム６によって主にカバーされ、時間上の第２の点で、ユーザ３０２は衛星１１８のビーム３によって主にカバーされる。時間上の第１の点で、ユーザ端末１２４は、他のビームと比較して最も強い信号を有するものとしてビーム６を検出する。時間上の第２の点で、ユーザ端末１２４は、最強信号を有するものとしてビーム３を検出する。したがって、ビーム６上に確立されたアクティブ呼は、時間上の第２の点によって「ハンドオフ」されない（ビーム３に転送される）場合、呼がドロップされてもよい。
【００２９】
図６（ａ）〜図６（ｄ）はビーム源ダイバシティを示している。図６（ａ）は、時間上の第１の点でのユーザ３０２に対する衛星１１８および１１６の相対位置を示し、図６（ｂ）は、時間上の第２の点でのユーザ３０２に対する衛星１１８および１１６の相対位置を示している。図６（ｃ）は、時間上の第１の点でのユーザ３０２および衛星ビームパターンのオーバーヘッド図を示し、図６（ｄ）は、時間上の第２の点でのユーザ３０２および衛星ビームパターンのオーバーヘッド図を示している。図６（ｃ）および図６（ｄ）に示されているように、時間上の第１の点で、ユーザ３０２は、衛星１１８のビーム１によって主にカバーされ、時間上の第２の点で、ユーザ３０２は衛星１１６のビーム１５および衛星１１８のビーム１１によって主にカバーされる。
【００３０】
発明者によって認識される問題は、ユーザ端末が衛星の足跡内の何処にあるかに関する正確な知識をあなたが有している場合、通信リンクを確立するのに最も望ましいビームを決定することは容易であるということである。しかし、通信リンクを確立するためにどれかのビームを選択するゲートウェイは、ユーザ端末がどこに置かれているかを知らない。さらに、たとえユーザ位置が知られているとしても、木、建物等のような物理的な物体による障害物は、「最適のビーム」を使用できなくしてもよい。結果として、発明者は、ユーザ端末によって最も望ましいビームを選択し、ユーザの位置が既知でなく、ビーム障害物の可能性を与えると仮定するとトラフィックを受信するビームハンドオフ手順を設計した。
【００３１】
この手順は、所望のビーム源ダイバシティのレベルを保持している間にハンドオフ率および呼ドロップ率を減少させることに向けられる。この手順は、ゲートウェイとユーザ端末との間のメッセージプロトコルによる。ユーザ端末からゲートウェイに送信されたメッセージに基づいて、ゲートウェイは、情報をユーザ端末に送信するための最も望ましいビームを決定できる。ユーザ端末からゲートウェイに送信されるメッセージは、ユーザ端末で測定されるようなビーム強度を示す値を含む。
【００３２】
（III．ビームハンドオフ手順の説明）
ビームハンドオフ手順は、図７および図８に示されるフローチャート５００を参照して説明される。この手順は、ユーザ端末とゲートウェイとの間の少なくとも１つの通信リンクが最初にビーム上に存在すると仮定する。すなわち、ゲートウェイは、データあるいは情報をユーザ端末に送信するビームを選択した。
【００３３】
ビームハンドオフ手順は工程５０４で開始する。工程５０４では、ゲートウェイは、ビームマスクメッセージ（ＢＭＭ）をユーザ端末に確立通信リンクを介して送信する。ＢＭＭはビーム識別子のリストを含む。リストの各ビーム識別子は、ゲートウェイがデータあるいは情報を送信できるビームを識別する。ＢＭＭをユーザ端末に送信することに加えて、ゲートウェイは、パイロット調整メッセージ（ＰＡＭ）をユーザ端末に送信できる。ＰＡＭは、１つあるいはそれ以上のパイロット調整値を含む。パイロット調整値は、負荷バランスを実行するために使用され、工程５０８に関してさらに詳述される。
【００３４】
ゲートウェイは工程５０４を周期的に実行する。例えば、ゲートウェイは更新ＢＭＭを毎分送信してもよい。およそ分毎内に１つあるいはそれ以上の新しいビームがゲートウェイに利用できるようになるために、１分の周期が選択される。
【００３５】
図９（ａ）は典型的なＢＭＭ６００を示している。図９（ａ）に示されるように、ＢＭＭ６０は、ビーム識別子６０２〜６１４のリストからなる。ビーム識別子６０２〜６１４各々は衛星／ビーム対を識別する。例えば、ＢＭＭ６００の第１のビーム識別子６０２は、ビーム１を衛星１から識別し、第２のビーム識別子６０４は、ビーム３を衛星１から識別する。
【００３６】
ユーザ端末は、ゲートウェイから受信された最新ＢＭＭで識別された各ビームのビーム強度を測定する（工程５０６）。図９は、ＢＭＭ６００に識別されたビームに対する典型的な測定ビーム強度値を示している。１つの実施形態では、ユーザ端末は、ビームに関連したパイロット信号のエネルギー量を測定することによってビーム強度を測定する。パイロット信号は、ゲートウェイによって送信された他の信号の初期システム同期化および時間、周波数および位相トラッキングを得るためにユーザ端末によって使用される。単一パイロット信号は、一般的には、使用される各周波数に対して各ゲートウェイによって送信され、ＣＤＭＡチャネルあるいはサブビームと呼ばれ、このゲートウェイからこの周波数の信号を受信する全ユーザ端末によって共有される。パイロット信号強度はいくつかの公知の技術の１つを使用して測定できる。例えば、１つのこのような技術は、参照してここに組み込まれる名称が「通信システムの隣接サービスエリアハンドオフのための方法および装置」である１９９６年９月２７日に出願された米国特許出願第０８／７２２，３３０号に開示されている。
【００３７】
ビーム強度を測定した後、ユーザ端末は、ＰＡＭのゲートウェイから任意に送信できる１つあるいはそれ以上のパイロット調整値を使用して１つあるいはそれ以上の測定ビーム強度値を任意に調整できる（工程５０８）。パイロット調整値は、特定の衛星によって投射されたビームのビーム強度間の差を補償する。例えば、外部ビームが内部ビームおよび中央ビームよりも強くされる場合がある。したがって、パイロット調整値の範囲を超えて、外部ビームは、他のビームよりもはるかにしばしば通信リンクを確立するゲートウェイによって選択される。これはロードバランス問題を提供する。したがって、負荷をビームの中で均一にバランスさせるために、ゲートウェイは、ＰＡＭをユーザ端末に送信し、使用されるビーム強度の値を調整する。
【００３８】
図９（ｃ）は典型的なＰＡＭを示す。図９（ｃ）に示されるように、ＰＡＭ６５０は、ＢＭＭ６００にリストされた１つあるいはそれ以上のビームに対応する１つあるいはそれ以上の調整値を含む。例えば、ＰＡＭ６５０は、衛星１のビーム１１に対する調整値および衛星２のビーム１６に対する調整値を含む。ＰＡＭはいつでもゲートウェイによって送信できる。大部分の例では、ＰＡＭはＢＭＭの一部として送信される。ユーザ端末は、調整値を適切な測定ビーム強度値に付加する。図９（ｄ）は、ＰＡＭ６５０に基づいてＢＭＭで識別されたビームに対する調整ビーム強度値を示している。
【００３９】
工程５０８後、処理は、ユーザ端末がパイロット強度測定メッセージ（ＰＳＭＭ）をゲートウェイに送信する工程５１０に進む。工程５０６〜５１０はユーザ端末によって周期的に実行されることに注目すべきである。適切な期間を選択することは有用である。ユーザ端末があまりにもしばしば測定するかあるいは報告する場合、ユーザ端末は、なお同じビーム内であるので、同じ信号レベルを報告する。これは、ユーザ端末が変化しなかった情報を転送するために報告が行わるトラフィックチャネルのシステムオーバーヘッドを費やす。さらに、ユーザ端末およびゲートウェイ処理機能は不必要に浪費される。一方、ユーザ端末が、必要以上に大きな間隔であるいは必要以上に長い期間にわたって報告する場合、ユーザ端末は、通過した適切なビームを省いてもよい。
【００４０】
１つの実施形態では、周期を選択することは、特定のシステムのためのパラメータを確定し、生じるビームおよび運動を模擬することによって行われる。したがって、所与の衛星星座の位置（番号）および天体位置表（運動および位置）に基づいて、ビームに対する運動および変化速度を予測できる。これから、適切な周期の妥当な予測に達することができる。システムが使用中である場合にとられる履歴データは、所望のようにこの周期を調整するためにも使用できる。１つの実施形態では、この周期は１０秒である。すなわち、１０秒毎に、ユーザ端末はＰＳＭＭをゲートウェイに送信する。
【００４１】
ユーザ端末からゲートウェイへ送信されるＰＳＭＭは、ＢＭＭ６００からの１つあるいはそれ以上のビーム識別子および対応するビーム強度値を含む。対応するビーム強度値は調整あるいは非調整のビーム強度値であってもよい。本発明の１つの実施形態では、ＰＳＭＭは、高々１６のビーム識別子およびその対応するビーム強度値を含む。しかしながら、他のビーム数は、システムの複雑さ、処理能力、記憶容量等のような周知の要因に応じて使用できる。典型的なＰＳＭＭ６６０の内容は図６Ｅに示されている。
【００４２】
図１０のフローチャートは、１つあるいはそれ以上のビーム（ＢＭＭ６００からの１つあるいはそれ以上のビーム識別子および対応するビーム強度値）を選択し、ＰＳＭＭに含めるためにユーザ端末で使用される好ましい手順を示している。手順７００の目的は、所望の衛星ダイバシティのレベルを得ることにある。したがって、ユーザ端末で目に見えるＢＭＭで識別されるあらゆる衛星からの少なくとも１つのビームはＰＳＭＭに付加される。例えば、ＢＭＭがユーザ端末で全て目に見える３つの異なる衛星を識別するならば、３つの識別子の中の少なくとも各識別子が３つの衛星の中の各衛星からのビームを識別する場合、ＰＳＭＭは、少なくとも３つのビーム識別子および少なくとも３つの対応するビーム強度値を含む。
【００４３】
手順７００は、工程７０４で開始する。工程７０４では、ユーザ端末は、調整測定ビーム強度を使用し、ＢＭＭで識別された各衛星によって投射された「最強」ビームを決定する。この「最強」ビームは、最大の対応する調整ビーム強度値を有するビームである。工程７０４で決定されたビームに対して、ユーザ端末は、ＰＳＭＭに各ビームのビーム識別子および対応する調整ビーム強度値を含む（工程７０６）。次の工程では、ユーザ端末は、より多くの値がＰＳＭＭに付加できるかどうかを決定する（工程７０８）。ユーザ端末は、ＰＳＭＭでビーム数をＰＳＭＭに付加できる最大許容ビーム数から減算することによってこれを決定する。好ましい実施形態では、１６は、ＰＳＭＭに含めることができる最大許容ビーム数である。より多くのビームがＰＳＭＭに付加できる場合、制御は工程７１０に渡り、さもなければ手順は終了する。工程７１０および７１２では、ユーザ端末は、ＰＳＭＭに既に付加されていない最強ビームを選択し、このビームのビーム識別子および対応するビーム強度値をＰＳＭＭに付加する。工程７１２後、制御は工程７０８に戻される。他の実施形態では、手順７００を実行する場合、ユーザ端末は、未調整ビーム強度値を使用する。したがって、ＰＳＭＭは、未調整あるいは調整のビーム強度値を含んでもよい。
【００４４】
ＰＳＭＭをユーザ端末から受信した後、ゲートウェイは、新しいアクティブビームセットを決定する（工程５１２）。新しいアクティブビームセットは、ゲートウェイとユーザ端末との間の通信リンクとして使用されるべきであるビームのセットである。図１１および図１２は、工程５１２を実行する（すなわち、新しいアクティブビームセットを決定する）際にゲートウェイによって使用できる２つの手順（８００および９００）を示している。手順８００は単一しきい値方式（ＳＴＳ）と呼ばれ、手順９００は双対しきい値ヒステリシス方式（ＤＴＨＳ）と呼ばれる。ＳＴＳ（手順８００）は第１の手順と示され、ＤＴＨＳは第２の手順と示される。
【００４５】
手順８００は工程８０４で開始する。工程８０４では、ゲートウェイは、ＰＳＭＭで最強ビームを選択し、このビームを新しいアクティブビームセットに付加する。すなわち、ゲートウェイは、最大ビーム強度値をＰＳＭＭから選択し、選択値に対応するビームを決定し、このビームを新しいアクティブビームセットに付加する。工程８０４より前に、新しいアクティブビームセットは「無ビーム」にセットされる。すなわち、新しいアクティブビームセットは初期設定され、少しのビームも含まない。
【００４６】
工程８０６では、１がある場合、ゲートウェイは、ＰＳＭＭで最大の「代替の」ビームを決定する。「代替の」ビームは、新しいアクティブセットにあるビームを投射する衛星以外の衛星によって投射される、ＰＳＭＭ内の任意の衛星ビームである。したがって、ＰＳＭＭで最強の「代替の」ビームは、他の代替のビームに対して最大ビーム強度値を有する代替のビームである。ＰＳＭＭ内の最強の代替のビームを決定するために、ゲートウェイは、値のサブセットを、値のサブセットが新しいアクティブセットに含められるビームを投射する衛星以外の衛星によって投射されるビームに相当する全値をＰＳＭＭに含める場合、ＰＳＭＭから選択する。第二に、ゲートウェイは、最大値をサブセットから選択する。第三に、ゲートウェイは、前の工程で選択された値に相当するビームを決定する。
【００４７】
最大の代替のビームが存在する場合、工程８０８が実行され、さもなければ、処理が終了する。工程８０８では、ゲートウェイは、ＰＳＭＭの最大ビーム（ＳＳＢ）（すなわち、工程８０４で選択されたビーム）の強度と最大の代替のビーム（ＳＳＡＢ）（工程８０６で選択されたビーム）の強度とを比較する。ＳＳＢ−ＳＳＡＢが第１のしきい値（Ｔ_１）よりも小さいかあるいはこれに等しい場合、ゲートウェイは、ＰＳＭＭで最大の代替ビームを新しいアクティブビームセット（工程８１０）に付加し、さもなければこの処理は終了し、新しいアクティブビームセットはＰＳＭＭで最強ビームだけを含む。好ましい実施形態では、Ｔ_１は約４ｄＢである。しかし、０ｄＢであるＴ_１あるいは無限に大きいＴ_１のような他の実施形態が予想され、その場合、最強の代替のビームは、その強度にもかかわらず常に新しいアクティブセットに付加される。
【００４８】
工程８１０後、手順は８１２に続く。工程８１２では、ゲートウェイは、付加的代替のビームが新しいアクティブビームセットに付加されるべきか否かを決定する。新しいアクティブビームセットに付加された代替のビーム数は、所望の衛星ダイバシティのレベルによって決定される。例えば、２つの衛星ダイバシティ構成だけを有することが望ましい場合、ゲートウェイは、１つの代替のビームを新しいアクティブビームセットに付加しようと試みるだけである。しかしながら、ゲートウェイは、Ｎ−１個の代替のビームを新しいアクティブビームセットに付加しようと試みる。
【００４９】
ＤＴＨＳはＳＴＳと同様である。例えば、手順９００の最初の４工程は手順８００の最初の４工程と同じである。手順８００と手順９００との間の差は、ＳＳＢ−ＳＳＡＢがＴ_１よりも小さくないかあるいはＴ_１に等しい場合、手順９００において、工程が実行されるのに対して、ＳＳＢ−ＳＳＡＢがＴ_１よりも小さくないかあるいはＴ_１に等しい場合、手順８００において、手順が終了するということである。
【００５０】
工程９０２では、１がある場合、ゲートウェイは、現アクティブセットで最強の代替ビームを選択する。アクティブビームが通信リンクが既にゲートウェイとユーザ端末との間で確立されるビームである場合、現アクティブセットはアクティブビームのセットを示している。現アクティブセットの代替のビームは、新しいアクティブビームセットにあるビームを投射する衛星以外の衛星によって投射される現アクティブセットのビームである。現アクティブセット内の最強の代替のビームを決定するために、ゲートウェイは、値のサブセットを、値のサブセットが新しいアクティブセットにあるビームを投射する衛星以外の衛星によって投射される現アクティブセットのビームに相当する全値をＰＳＭＭに含める場合、ＰＳＭＭから選択する。第二に、ゲートウェイは、最大値をサブセットから選択する。第三に、ゲートウェイは、前の工程で選択された値に相当するビームを決定する。
【００５１】
工程９０２がうまくいった場合、工程９０４は実行され、さもなければ、処理が終了する。ゲートウェイは、ＰＳＭＭの最強ビームの強度（ＳＳＢ）と現アクティブセットの最強の代替の衛星ビームの強度（ＳＳＡＳＢ_ＣＡＳ）との差が第２のしきい値（Ｔ_２）よりも小さいかあるいは等しいか否かを決定する。この差がＴ_２よりも小さいかあるいは等しい場合、現アクティブセットの最強の代替ビームが新しいアクティブセットに付加され（工程９０６）、さもなければ、処理が終了する。
【００５２】
工程９０６後、手順は工程９０８に続く。工程９０８では、ゲートウェイは、付加的代替のビームが新しいアクティブビームセットに付加されるべきであるか否かを決定する。新しいアクティブビームセットに付加された代替ビームの数は、所望の衛星ダイバシティのレベルによって決定される。例えば、２つの衛星ダイバシティ構成だけを有することが望ましい場合、ゲートウェイは、１つの他のビームを新しいアクティブビームセットに付加しようと試みるだけである。しかしながら、Ｎ個の衛星ダイバシティ構成が望まれる場合、ゲートウェイは、Ｎ‐１個の代替のビームを新しいアクティブビームセットに付加しようと試みる。
【００５３】
好ましくは、Ｔ_２はＴ_１よりも大きく、Ｔ_１が４ｄＢである場合、Ｔ_２は６ｄＢである。しかしながら、他の値はこれらのしきい値のために使用できる。Ｔ_２がＴ_１よりも大きい場合、ゲートウェイは、現アクティブビームセットのビームのほうを取り、それによってとりわけ鏡のような反射によって引き起こされる一時的ビーム信号強度変動によるハンドオフを減少させる。しきい値Ｔ_１およびＴ_２は、一部は、一緒に鏡のような反射の角度および変化率を決定する公知の衛星軌道距離（地球上の高度）および速度に基づいて選択される。
【００５４】
単一しきい値方式（ＳＴＳ）の長所は双対しきい値ヒステリシス方式（ＤＴＨＳ）に比べてその実現の簡単さである。しかしながら、ＤＴＨＳはＳＴＳよりも低いハンドオフ率である。ＤＴＨＳは、鏡のような反射によるビーム信号強度変動によって引き起こされるチャッタ効果を取り除くことによってより低いハンドオフ率を得る。このチャッタ効果は、ゲートウェイが短い時間間隔にわたって特定のビームを交互に付加したり、断ったりする状況である。処理８００あるいは９００のいずれかの終了で、新しいアクティブビームセットは、ゲートウェイをユーザ端末と接続する通信リンクとして使用されるべきであるビームを含む。
【００５５】
工程５１２後、工程５１４は実行される。工程５１４では、ゲートウェイは、新しいアクティブビームセットが現アクティブビームセットに等しいかどうかを決定する。現アクティブビームセットは、ゲートウェイとユーザ端末との間の通信リンクが既に確立される全ビームからなる。新しいアクティブビームセットが現アクティブビームセットと同じである場合、ゲートウェイはハンドオフを始動しなく、それによってユーザ端末は現アクティブビームセットのビームを使用し続けることができる（工程５１５）。新しいアクティブビームセットが現アクティブビームセットに等しくない場合、ゲートウェイはビームハンドオフを始動する（工程５１６〜５３０）。
【００５６】
好ましい実施形態では、ビームハンドオフは「ソフト」ビームハンドオフである。すなわち、ゲートウェイは、ユーザ端末が新しいアクティブビームセットのビームに関する情報を受信することに成功したことをユーザ端末から確認を受信するまで、ゲートウェイは現アクティブビームセットにおける接続を遮断しない。したがって、ソフトハンドオフを始動する第１の工程として、いかなるこのようなビームもある場合、ゲートウェイは、現アクティブビームセットにない新しいアクティブビームセットのビームでトラフィックを送信し始める（工程５１６）。次の工程では、ゲートウェイは、ハンドオフ指令メッセージ（ＨＤＭ）をユーザ端末に送信する（工程５１８）。一実施形態では、ＨＤＭは、２組のビーム識別子を含むことができ、ビームセットを付加し、ビームセットをドロップする。付加ビームセットは、現アクティブビームセットにない新しいアクティブビームセット内の各ビームに対するビーム識別子を含む。付加ビームセットが空であることは可能であり、その場合、ＨＤＭはドロップビームセットだけを含む。ドロップビームセットは、新しいアクティブビームセットにない現アクティブビームセットの各ビームに対するビーム識別子を含む。付加ビームセットと同じように、ドロップビームセットが空であることは可能であり、その場合、ＨＤＭは付加ビームセットだけを含む。第２の実施形態では、ＨＤＭは、新しいアクティブビームセットの各ビームに対応するビーム識別子を含む。第２の実施形態によるＨＤＭを受信する際に、ユーザ端末はどのビームが現アクティブセットにあるかの知識を有しているために、ユーザ端末は、付加ビームセットおよびドロップビームセットを決定できる。
【００５７】
第１あるいは第２の実施形態のいずれかにおいて、ユーザ端末は、ＨＤＭを受信する際に、付加ビームセットで識別されたビームを介してトラフィックを受信し始める（工程５２０）。一旦ユーザ端末が付加ビームセットで識別されたビームで情報を受信し始めると、ユーザ端末は、ドロップビームセットで識別されたビームで情報を受信することを停止する（工程５２２）。次に、ユーザ端末は、ハンドオフ完了メッセージ（ＨＣＭ）をゲートウェイに送信する（工程５２４）。ＨＣＭをユーザ端末から受信する際に、ゲートウェイは、ドロップビームセットで識別されたビームでトラフィックを送信することを停止する（工程５２６）。このように、ソフトハンドオフが行われる。
【００５８】
ゲートウェイとユーザ端末との間のメッセージの流れの例は図１３に示される。図１３に示されるようにハンドオフ処理は、ＢＭＭ／ＰＡＭをユーザ端末に周期的（例えば、６０秒毎に）に送信するゲートウェイで開始する。ＢＭＭを受信する際に、ユーザ端末は、ＰＳＭＭをゲートウェイに周期的に（例えば、１０秒毎に）送信する。ＰＳＭＭをユーザ端末から受信する際に、ゲートウェイは、使用する最も望ましいビームを決定する（すなわち、新しいアクティブビームセットを決定する）。新しいアクティブビームセットが現アクティブビームセットに等しい場合、ゲートウェイはビームハンドオフを開始しない。しかし、新しいアクティブビームセットが現アクティブビームセットとは異なる場合、ゲートウェイはＨＤＭをユーザ端末に送信する。ユーザ端末はＨＤＭに対して応答する。
【００５９】
図１３に示されるように、前のＰＳＭＭが送信されて以来所定の時間量が経過された後だけユーザ端末は、一般的にはＰＳＭＭを送信する。しかし、ユーザ端末が「未定」ＰＳＭＭをゲートウェイに送信することが勧告される少なくとも一つの状況がある。未定ＰＳＭＭは、前のＰＳＭＭが送信された場合にかかわりなく、衛星障害物が生じるときは常にゲートウェイに送信されるＰＳＭＭである。衛星障害物は、アクティブビームの本強度が最も最近に送信されたＰＳＭＭ−しきい値（Ｔ_ＬＯＳＳ）で報告されるようなアクティブビームの強度よりも小さく、特定の時間間隔にわたって小さいままである（Ｔ_ＴＬＯＳＳ）状態として規定される。この状態が生じる場合、ユーザ端末は、工程５０６〜５１０を実行し、それによって未定ＰＳＭＭを送信する。例として、アクティブビームの本強度がＴ_ＴＬＯＳＳの間隔にわたって７あるいはそれよりも小さいと仮定し、前のＰＳＭＭで報告されるようなアクティブビームの強度が１０であると仮定する。７＜（１０−Ｔ_ＬＯＳＳ）であるならば、ユーザ端末は未定ＰＳＭＭを実行する。次に、ゲートウェイは前述のように工程５１２を実行する。すなわち、ゲートウェイは、どのビームがトラフィックをユーザ端末に送信するために使用されるべきであるかを決定するためにＰＳＭＭを使用する。
【００６０】
（IV．ユーザ端末トランシーバ説明）
ユーザ端末１２４で使用するための典型的なトランシーバ１１００は図１４に示されている。このようなトランシーバは、当該技術分野で公知であり、参照してここに組み込まれる名称が「ＣＤＭＡセルラ電話システムのダイバシティ受信機」である米国特許第５，１０９，３９０号のような特許に述べられている。通信信号がダウン変換され、増幅され、ディジタル化されるトランシーバ１１００は、アナログ受信機１１１４に転送される通信信号を受信する少なくとも１つのアンテナ１１１０を使用する。デュプレックス要素１１１２は、一般的には、同じアンテナが送信機能および受信機能の両方に役立つことができるために使用される。しかしながら、いくつかのシステムは、異なる送信周波数および受信周波数で作動する別個のアンテナを使用する。
【００６１】
アナログ受信機１１１４によって出力されるディジタル通信信号は、少なくとも１つのディジタルデータ受信機１１１６Ａおよび好ましくは少なくとも１つのサーチャ受信機１１１８に転送される。付加ディジタルデータ受信機１１１６Ｂ〜１１１６Ｎは、当業者に明らかであるように、トランシーバ１１００の複雑さの許容レベルに応じて所望の信号ダイバシティのレベルを得るかあるいは複数の信号を受信するために使用できる。付加サーチャ受信機はより複雑な信号検索技術を実行するために使用できる。
【００６２】
少なくとも１つのユーザ端末制御装置１１２０は、ディジタルデータ受信機１１１６Ａ〜１１１６Ｎおよびサーチャ受信機１１１８に結合される。制御装置１１２０は、他の機能の中で、基本信号処理、タイミング、パワーおよびビームハンドオフ制御あるいは調整、および信号キャリアのために使用される周波数の選択を行う。制御装置１１２０によってしばしば実行された他の基本制御機能は、通信信号波形のために使用されるＰＮコードシーケンスあるいは直交関数の選択あるいは操作である。制御装置１１２０の信号処理は、相対信号強度の決定およびいろいろの相対信号パラメータの計算を含んでもよい。タイミングおよび周波数のような信号パラメータのこのような計算は、測定における増加された効率あるいは速度もしくは制御処理資源の改良された割り当てを提供する付加的あるいは別個の専用回路の使用を含んでもよい。例えば、信号強度測定要素は、全受信アナログ信号に対する信号強度あるいは出力を決定するために使用可能な所定の情報を使用するアナログ受信機に接続できる。この測定要素も、ディジタルデータの出力、あるいは使用可能なデータをディジタルデータおよび受信あるいは復調された特定の信号のエネルギーあるいはパワーを測定するサーチャ受信機から受信するように接続できる。
【００６３】
ディジタルデータ受信機１１１６Ａ〜１１１６Ｎの出力はユーザ端末内のディジタル放送回路１１２２に結合される。ユーザディジタルベースバンド回路１１２２は、情報をユーザ端末へおよびユーザ端末から転送するために使用される処理要素および表示要素を含む。すなわち、過渡的あるいは長期ディジタルメモリのような信号あるいはデータ記憶要素；ディジタルスクリーン、スピーカ、キーパッド端末および送受器のような入出力装置；Ａ／Ｄ要素、ボコーダおよび他の音声およびアナログ信号処理要素等であり、加入者ベースバンド回路の全ての形態部品は当該技術分野で周知の要素を使用する。ダイバシティ信号処理が使用される場合、ユーザディジタルベースバンド回路１１２２は、１つあるいはそれ以上のダイバシティ結合器およびデコーダを含んでもよい。これらの要素の中のいくつかも制御装置１１２０の制御の下であるいは制御装置１１２０と通信して作動してもよい。
【００６４】
音声あるいは他のデータがユーザ端末によって生じる出力メッセージあるいは通信信号として形成される場合、ユーザディジタルベースバンド回路１１２２は、送信するための所望のデータを受信し、記憶し、処理し、特に作成するために使用される。ユーザディジタルベースバンド回路１１２２は、このデータを制御装置１１２０の制御の下で作動する送信変調器１１２６に供給する。送信変調器１１２６の出力は、出力データをアンテナ１１１０からゲートウェイあるいは基地局に最終送信するための送信電力増幅器１１３０に出力電力制御を与える電力コントローラ１１２８に転送する。
【００６５】
ユーザ端末１１００も、送信経路の予補正要素１１３２を使用し、出力信号の周波数を調整できる。これは、送信波形のアップ変換あるいはダウン変換の周知技術を使用して行うことができる。ユーザ端末１１００も、送信経路の予補正要素１１３２を使用し、出力信号のタイミングを調整できる。これは、送信波形の遅延を加減算する周知の技術を使用して行うことができる。
【００６６】
受信通信信号に対する１つあるいはそれ以上の測定信号パラメータに対応する情報あるいはデータ、あるいは１つあるいはそれ以上の共用資源信号は、当該技術分野で公知のいろいろの技術を使用してゲートウェイに送信できる。例えば、この情報は、別個の情報信号として転送されるかあるいはユーザディジタルベースバンド回路１１２２によって作成された他のメッセージに付加できる。あるいは、この情報は、公知の技術を使用して制御装置１１２０の制御の下で送信変調器１１２６あるいは送信電力コントローラ１１２８によって所定の制御ビットとして挿入できる。
【００６７】
ディジタル受信機１１１６Ａ〜Ｎおよびサーチャ受信機１１１８は、特定の信号を復調するかあるいは追跡するために信号相関要素で構成される。サーチャ受信機１１１８は、パイロット信号、あるいは他の比較的一定のパターンの強い信号を検索するために使用される。このパイロットチャネルは、単にデータによって変調されない信号であり、一定値（パターン）あるいはトーン方式入力を使用し、ＰＮ拡散コードだけを効果的に送信してもよい。ディジタル受信機１１１６Ａ〜Ｎは、検出パイロット信号に関連した他の信号を復調するために使用される。しかしながら、信号強度を決定する目的のために、データ受信機は、信号チップエネルギー対信号雑音比を正確に決定するためにパイロット信号を取得後処理するように割り当てることができる。通常、パイロット信号チップエネルギーは、記号期間のような所定の間隔にわたって積分され、パイロット信号強度を定式化する。したがって、受信機１１１６Ａ〜Ｎの出力は、パイロット信号あるいは他の信号のエネルギーあるいは周波数を決定するために監視できる。これらの受信機は、現周波数およびタイミング信号を復調される信号のための制御プロセッサあるいは装置１１２０に供給するために監視できる周波数トラッキング要素も使用する。
【００６８】
前述のように、制御装置１１２０は、他の機能の中で、ビームハンドオフ制御を行う。すなわち、例えば、制御装置１１２０は、ＢＭＭをゲートウェイから受信し、パイロット信号のエネルギーを監視することによってビーム強度を測定し、ＰＳＭＭをゲートウェイに送信する。例の制御装置１１２０は図１５に示される。制御装置１１２０は、プロセッサ１２０４のような１つあるいはそれ以上のプロセッサを含む。このプロセッサ１２０４は、通信バス１２０２に接続される。
【００６９】
制御装置１１２０は、ここに記載された機能を実行するようにプログラム化されたソフトウェア制御形プロセッサで実現されてもよい。すなわち、周知の標準要素あるいは一般化機能あるいはいろいろのディジタル信号プロセッサ、プログラマブル電子装置、あるいは所望の機能を実行するようにプログラミングする特別機能のソフトウェアあるいはファームウェアの制御の下で作動するコンピュータを含む汎用ハードウェアとして実現される。
【００７０】
制御装置１１２０は、主メモリ１２０６、好ましくは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）も含み、二次メモリ１２０８も含んでもよい。二次メモリ１２０８は、例えば、コンピュータプログラムあるいは他の命令が制御装置１１２０にロードできる手段を含んでもよい。このような手段は、例えば、記憶装置１２２２およびインタフェース１２２０を含んでもよい。このような例は、メモリチップ（例えば、ＥＰＲＯＭ、あるいはＰＲＯＭ）および関連ソケット、および他の記憶装置１２２２およびソフトウェアおよびデータが記憶装置１２２２から制御装置１１２０に転送できるインタフェース１２２０を含んでもよい。
【００７１】
制御装置１１２０は通信インタフェース１２２４も含んでもよい。通信インタフェース１２２４によって、ソフトウェアおよびデータは、例えば、制御装置１１２０とデータ受信機１１１６との間で転送できる。
【００７２】
この文書では、用語「コンピュータプログラム媒体」および「コンピュータ使用可能な媒体」は、一般的に交換可能記憶装置１２２２および主メモリ１２０６のような媒体を示すために使用される。これらのコンピュータプログラムプロダクトは、ソフトウェアを制御装置１１２０に供給する手段である。
【００７３】
制御プログラムあるいはコンピュータプログラム（コンピュータ制御ロジックとも呼ばれる）は、主メモリおよび／または二次メモリ１２０８に記憶される。このようなコンピュータプログラムによって、実行される場合、制御装置１１２０はここに述べられるような本発明の機能を実行できる。特に、例えば、コンピュータプログラムによって、実行される場合、プロセッサ１２０４は、測定ビーム強度値比較を実行できる。したがって、このようなコンピュータプログラムは、制御装置１１２０のコントローラに相当する。
【００７４】
他の実施形態では、制御装置１１２０は、例えば、専用集積回路（ＡＳＩＣ）あるいは１つあるいはそれ以上の回路カードアセンブリのようなハードウェア部品を使用してこの機能のために構成される専用ハードウェアで主に実現される。ここに記載されている機能を実行するためのハードウェア状態マシンの実装は当業者に明らかである。
【００７５】
もう一つの実施形態では、制御装置１１２０は、ハードウェアおよびソフトウェアの両方の組合せを使用して実施される。
【００７６】
（V．ゲートウェイ）
図１６は、ゲートウェイが本発明の機能を実行できるゲートウェイ１２０の部品を示している。図１６に示されるように、ゲートウェイ１２０は、公衆電話交換網（ＰＳＴＮ）１３９０に接続されたゲートウェイ交換サブシステム（ＧＳＳ）１３０１と、セレクタバンクサブシステム（ＳＢＳ）１３０２と、時間・周波数装置（ＴＦＵ）１３１８と、ゲートウェイコントローラ（ＧＣ）１３２０と、ＣＤＭＡ相互接続サブシステム（ＣＩＳ）１３２２と、ゲートウェイ伝送システム（ＧＴＳ）１３０４と、ゲートウェイＲＦサブシステム（ＧＲＳ）１３１０とを含む。このＧＴＳは、順方向リンク伝送システム（ＦＬＧＴＳ）１３０６と逆方向リンク伝送システム（ＲＬＧＴＳ）１３０８とを含んでいる。ＦＬＧＴＳ１３０６は、パケット化データをＳＢＳ１３０２から取り入れ、このデータを変調し、ＩＦ周波数（８００〜１０００ＭＨｚ）に周波数変換し、このデータを衛星に送信するためにアンテナに供給するゲートウェイＲＦサブシステム（ＧＲＳ）１３１０にこのデータを供給する。ＦＬＧＴＳ１３０６でＳＢＳ１３０２から受信されたパケット化データは、トラフィックフレームと、オーバーヘッドメッセージフレームと、電力制御情報とを含む。トラフィックフレームは、ＢＭＭ、ＰＡＭおよびＨＤＭを含んでもよい。このように、ゲートウェイは、ＢＭＭ、ＰＡＭ、およびＨＤＭをユーザ端末に送信する。
【００７７】
ＲＬＧＴＳ１３０８は、ＩＦ信号をＧＲＳ１３１０を受信し、この信号をダウン変換し、復調し、他の処理のためにパケット化データをＳＢＳに送信する。ＳＢＳ１３０２で受信されたパケット化データは、ユーザ端末から送信されたトラフィックフレームおよびオーバーヘッドメッセージフレームを含む。ＰＳＭＭおよびＨＣＭは、トラフィックフレームでユーザ端末からゲートウェイに送信される。このように、ＰＳＭＭおよびＨＣＭはゲートウェイで受信される。
【００７８】
ＳＢＳ１３０２は、音声呼び出しを処理し、ビームハンドオフを行うのに必要な動作を実行する１つあるいはそれ以上のセレクタ１３１４を含んでいる。例えば、セレクタ１３１４は、ユーザ端末から送信されたＰＳＭＭを評価し、もしあればどの新しいビームが付加されるべきであり、もしあればどの新しいビームが中断すべきであるかを決定する。ビームを付加する前に、ＳＢＳ１３０２は、順方向リンク資源リクエストをＧＣ１３２０に送信する。資源リクエストが付与される場合、セレクタ１３１４は、ＦＬＧＴＳ１３０６に信号送出し、順方向トラフィックを新しいビームで送信し始める。一旦ＦＬＧＴＳ１３０６がトラフィックの送信を開始すると、セレクタ１３１４は、ＨＤＭをユーザ端末に送信する。新しいビームでこのトラフィックを受信する際に、ユーザ端末は、ＨＣＭをセレクタ１３１４に送信する。このトラフィックを新しいビームで受信する際に、ユーザ端末はＨＣＭをセレクタ１３１４に送信する。ＨＣＭを受信後、１がある場合、セレクタ１３１４は、ＦＬＧＴＳに信号を出し、トラフィックをドロップビームでトラフィックの送信を停止する。
【００７９】
制御装置１１２０の場合のように、セレクタ１３１４は、ここに記載された機能を実行するようにプログラム化されたソフトウェア制御形プロセッサで実現されてもよい。すなわち、周知の標準要素あるいは一般化機能あるいはいろいろのディジタル信号プロセッサ、プログラマブル電子装置、あるいは所望の機能を実行するようにプログラミングする特別機能のソフトウェアあるいはファームウェアの制御の下で作動するコンピュータを含む汎用ハードウェアとして実現される。
【００８０】
例のセレクタ１３１４は図１７に示される。このセレクタ１３１４は、プロセッサ１４０４のような１つあるいはそれ以上のプロセッサを含む。このプロセッサ１４０４は通信バス１４０２に接続される。セレクタ１３１４は、主メモリ１４０５、好ましくはランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）も含み、第二次メモリ１４０８も含んでもよい。二次メモリ１４０８は、例えば、コンピュータプログラムあるいは他の命令がセレクタ１３１４にロードできる手段を含んでもよい。このような手段は、例えば、交換可能記憶装置１４２２およびインタフェース１４２０を含んでもよい。このような例は、交換可能メモリチップ（例えば、ＥＰＲＯＭ、あるいはＰＲＯＭ）および関連ソケット、ハードドライブ、磁気テープ、コンパクトディスクおよび他の同様な光記憶装置、および他の交換可能記憶装置１４２２およびソフトウェアおよびデータが交換可能記憶装置１４２２からセレクタ１３１４に転送できるインタフェース１４２０を含んでもよい。セレクタ１３１４は通信インタフェース１４２４も含んでもよい。通信インタフェース１４２４によって、ソフトウェアおよびデータは、例えば、セレクタ１３１４とＦＬＧＴＳの間に転送できる。
【００８１】
コンピュータプログラム（コンピュータ制御ロジックとも呼ばれる）は、主メモリおよび／または二次メモリ１４０８に記憶される。このようなコンピュータプログラムによって、実行される場合、セレクタ１３１４はここに述べられるような本発明の機能を実行できる。特に、例えば、コンピュータプログラムによって、実行される場合、プロセッサ１４０４は、測定ビーム強度値比較を実行できる。したがって、このようなコンピュータプログラムは、セレクタ１３１４のコントローラに相当する。
【００８２】
他の実施形態では、セレクタ１３１４は、例えば、専用集積回路（ＡＳＩＣ）あるいは１つあるいはそれ以上の回路カードアセンブリのようなハードウェア部品を使用してこの機能のために構成される専用ハードウェアで主に実現される。ここに記載されている機能を実行するためのハードウェア状態マシンの実装は当業者に明らかである。
【００８３】
もう一つの実施形態では、セレクタ１３１４は、ハードウェアおよびソフトウェアの両方の組合せを使用して実施される。
【００８４】
（VI．結論）
好ましい実施形態の前述の説明は、どんな当業者も本発明を製造あるいは使用できるように行われている。本発明は、特に図示され、本発明の好ましい実施形態を参照して説明されているが、形態および詳細のいろいろの変更は本発明の精神および範囲を逸脱しないでここで行われてもよいことが当業者によって理解される。
【図面の簡単な説明】
ここに組み込まれ、明細書の一部を形成する添付図面は、本発明を示し、説明とともに、本発明の原理を説明し、当業者が本発明を製造し、使用するのにさらに役立つ。図面では、同じ参照番号は、同一あるいは機能的に同じ要素を示している。さらに、参照番号の最も左側の数字は参照番号が最初に現れる図面を示している。
【図１】 本発明の一実施形態により構成され、作動する典型的な無線通信システムを示している。
【図２】 本発明の一実施形態による典型的な衛星足跡を示している。
【図３】 図１の基地局と地球の表面上との間の信号ビームパターンの透視図を示している。
【図４】 典型的な理論的なセクタ境界および異形を有する、図１の基地局のための典型的な信号パターンを示している。
【図５】 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ、時間上の第１および第２の点でのユーザに対する衛星の位置を示しており、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、時間上の第１および第２の点での衛星の足跡内の（ａ）および（ｂ）のユーザの位置を示している。
【図６】 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ、時間上の第１および第２の点でのユーザに対する第１の衛星および第２の衛星の位置を示しており、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、時間上の第１および第２の点での第１および第２の衛星の足跡内の（ａ）および（ｂ）のユーザの位置を示している。
【図７】 本発明の好ましい実施形態によるビームハンドオフ手順（その１）を示している。
【図８】 本発明の好ましい実施形態によるビームハンドオフ手順（その２）を示している。
【図９】 （ａ）は典型的なビームマスクメッセージを示し、（ｂ）は典型的な測定ビーム強度値を示し、（ｃ）は典型的なパイロット調整メッセージを示し、（ｄ）は典型的な調整ビーム強度値を示し、（ｅ）は典型的なパイロット強度測定メッセージ（ＰＳＭＭ）を示している。
【図１０】 ＰＳＭＭの内容を確定するユーザ端末によって使用される典型的な手順を示している。
【図１１】 第１の実施形態による新しいアクティブセットのためのビームを選択するゲートウェイによって使用された手順を示している。
【図１２】 第２の実施形態による新しいアクティブセットのためのビームを選択するゲートウェイによって使用された手順を示している。
【図１３】 ゲートウェイとユーザ端末との間の典型的なメッセージフローを示している。
【図１４】 典型的なユーザ端末トランシーバを示している。
【図１５】 ユーザ端末の典型的な制御装置を示している。
【図１６】 ビームハンドオフアルゴリズムを実行する際に使用されるゲートウェイの典型的な構成要素を示している。
【図１７】 典型的なゲートウェイセレクタを示している。
（発明の背景）
（I．発明の分野）
本発明は、一般に無線通信の分野に関するものである。より詳細には、本発明は、複数のビーム通信リンクを有する無線通信システムの呼ドロップ率を減少させる方法に関するものである。
【０００２】
（II．関連技術）
複数のビーム通信リンクを有するいろいろの無線通信システムがある。衛星通信システムは１つのこのような例である。衛星通信システムは、ゲートウェイ（「通信局」あるいは「基地局」とも呼ばれる）とユーザ端末との間で通信信号を中継する１つあるいはそれ以上の衛星を含む。ゲートウェイは、ユーザ端末を他のユーザ端末あるいは公衆電話交換網のような他の通信システムのユーザに接続する通信リンクを提供する。移動電話のようなユーザ端末は、固定あるいは移動でき、ゲートウェイの近くに置かれているかあるいは遠隔に置かれている。
【０００３】
もしユーザ端末が衛星の“足跡(footprint)”内にあるならば、衛星は、ユーザ端末から信号を受信し、信号をユーザ端末に送信できる。衛星の足跡は、衛星通信システムによってカバーされる地球の表面上の地理的な範囲である。いくつかの衛星システムでは、衛星の足跡は、アンテナを形成するビームの使用によって「複数のビーム」に地理的に分割される。各ビームは衛星の足跡内の特定の地理的な領域をカバーする。
【０００４】
いくつかの衛星通信システムは、名称が「衛星あるいは地上中継器を使用するスペクトラム拡散多元接続通信システム」である１９９０年２月１３日に発行された米国特許第４，９０１，３０７号および名称が「個別受取人の位相時間およびエネルギーをトラッキングするスペクトラム拡散通信システムで全スペクトラム送信出力を使用する方法および装置」である１９９７年１１月２５日に発行された米国特許第５，６９１，１７４号に開示されているような符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）スペクトラム拡散信号を使用し、この特許の両方は、本発明の譲受人に譲渡され、参照してここに組み込まれる。
【０００５】
ＣＤＭＡを使用する通信システムでは、別個の通信リンクは、セルラシステムのゲートウェイあるいは基地局におよびこのゲートウェイあるいは基地局から通信信号を送信するために使用される。順方向通信リンクは、ゲートウェイあるいは基地局で発生し、ユーザ端末に送信された通信信号を参照する。逆方向通信リンクは、ユーザ端末に生じ、ゲートウェイあるいは基地局に送信された通信信号を参照する。衛星ダイバシティが所望される状況では、ゲートウェイは、各順方向リンクが異なる衛星からのビーム上に確立される場合、所与のユーザ端末のための２つのあるいはそれ以上の順方向リンクを確立する。例えば、２つの衛星ダイバシティ構成では、第１の順方向リンクは、第１の衛星によって投射されるビーム上に確立され、第２の順方向リンクは、第２の衛星によって投射されるビーム上に確立される。上記の例では、ユーザ端末は、第１および第２のビームの両方のゲートウェイから情報あるいはデータを受信する。より少ない通信リンクあるいは呼が断たれそうであるために、衛星ダイバシティは、増加されたシステム性能を提供する。例えば、第１の順方向リンクに送るビームが障害物（例えば、高い建物）によって遮断される場合、ユーザ端末とゲートウェイとの間の接続は、第２の順方向リンク上で中断しないで続く。ユーザはビーム妨害を知らない。したがって、ビーム源ダイバシティはマルチビーム通信システムで一般に望まれる。
【０００６】
衛星が地球の表面上のある点に対して静止していない衛星通信システムでは、所与の衛星によってカバーされる地理的なエリアは常に変わっている。結果として、特定の衛星の特定のビーム内にかつて置かれているユーザ端末は、同じ衛星の異なるビーム内および／または異なる衛星の異なるビーム内に後で置くことができる。さらに、衛星通信は無線であるために、ユーザ端末は自由に周りを移動できる。したがって、衛星が地球の表面上のある点に対して静止しているシステムにおいてさえ、時間に対してユーザ端末が異なるビームによってカバーされる可能性がある。したがって、ユーザ端末とゲートウェイとの間の通信リンクが第１のビーム上に確立され、通信リンクが第２のビームによってもはやカバーされないユーザ端末より前に他のビーム上に確立されない場合、ある点で、ユーザは確立された通信リンクを使用してゲートウェイとはもはや通信できない。結果として、ユーザ端末とゲートウェイとの間のアクティブ呼はドロップされる。通信システムのドロップ呼は、連続した通信サービスを提供するのに努力するサービスプロバイダーにとっては重大な問題である。同様な呼ドロップ問題は、地上通信システムのセクタ化セルで周りを移動する移動ユーザに対して生じ得る。つまり、セルが異なる周波数であるいは異なる符号スペースを使用してカバーされる２つあるいはそれ以上のより小さいサービスエリアに細分割される場合である。ここで、移動ユーザは、セルおよびセクタサイズならびに局部的な物理環境のような要因に応じてセル内のセクタ境界に沿ってあるいは繰り返してこの境界を横切って移動できる。
【０００７】
したがって、必要とされることは、マルチビーム通信システムの呼ドロップ率を減少させるシステムおよび方法である。このシステムおよび方法は、通信システムの信頼性をさらに高めるように所望のビーム源ダイバシティのレベルを保持すべきである。
【０００８】
（発明の概要）
ユーザ端末と、情報をユーザ端末に送信し、ユーザ端末から情報を受信する通信局と、複数のビーム源とを有し、各ビーム源は複数のビームを投射し、ユーザ端末と通信局との間の通信リンクが１つあるいはそれ以上のビーム上に確立されるマルチビーム通信システムにおいて、本発明は、呼ドロップ率を減少させるシステムおよび方法を提供する。さらに、本発明のシステムおよび方法は、所望のビーム源ダイバシティのレベルを保持する。
【０００９】
本発明による方法は、通信局とユーザ端末との間のメッセージプロトコルによる。ユーザ端末から通信局に送信されるメッセージに基づいて、通信局は、情報あるいはデータをユーザ端末に送信する最も望ましいビームを決定できる。ユーザ端末から通信局に送信されたメッセージは、ユーザ端末で測定されたようなビーム強度を示す値を含む。この通信局は、これらの値を用い、通信局とユーザ端末との間の通信リンクとして使用されるべきである最も望ましいビームを選択する。使用されるべきであるビームは、使用される場合の呼ドロップ率を減少させ、所望のビーム源ダイバシティのレベルを提供するビームである。
【００１０】
本発明の１つの実施形態による方法は、（１）複数のビーム識別子を含むビームマスクメッセージ（ＢＭＭ）を通信局からユーザ端末に送信する工程であって、このビーム識別子の各々が通信局に現在利用可能なビームを識別することと、（２）ＢＭＭに識別された各ビームの強度をユーザ端末で周期的に測定する工程と、（３）複数のビーム強度値を含むパイロット強度測定メッセージ（ＰＳＭＭ）をユーザ端末から通信局に周期的に送信する工程であって、各ビーム強度値はＢＭＭで識別されたビームの中の１つの測定強度の関数であることと、（４）ＰＳＭＭのビーム強度値に基づいて、通信局とユーザ端末との間で通信リンクとして使用されるべきである１つあるいはそれ以上のビームを通信局で選択する工程（すなわち、通信局が新しいアクティブビームセットを選択する）と、（５）通信局で、新しいアクティブビームセットのビームの全てで情報を送信する工程と、（６）工程（４）で選択された１つあるいはそれ以上のビームが現アクティブビームセットにある同一の１つあるいはそれ以上のビームでない場合、ハンドオフ指令(Direction)メッセージ（ＨＤＭ）を通信局からユーザ端末に送信する工程であって、現アクティブビームセットが通信局とユーザ端末との間の通信リンクが既に確立される１つあるいはそれ以上からなることと、（７）ユーザ端末が新しいアクティブビームセットのビームの各々で情報を受信した後、通信局でユーザ端末から送信完了メッセージ（ＨＣＭ）を受信する工程とを含む。
【００１１】
ＨＤＭに基づいて、ユーザ端末は、通信局とユーザ端末との間の通信リンクとして使用されるべきである工程（４）で通信局が選択した１つあるいはそれ以上のビームを決定できる。１つの実施形態では、ＨＤＭは、工程（４）の通信局で選択された各ビームに対応するビーム識別子を含む。他の実施形態では、ＨＤＭは、付加ビームセットおよびドロップビームセットを含む。付加ビームセットは、現アクティブビームセットにない新しいアクティブビームセット内の各ビームに対するビーム識別子を含む。ドロップビームセットは、新しいアクティブビームセットにない現アクティブビームセットの各ビームに対するビーム識別子を含む。
【００１２】
１つの実施形態によれば、ＰＳＭＭに含まれる複数のビーム強度値は、ＢＭＭで識別された各衛星の最強ビームに対応する複数の値を含んでいる。他の実施形態では、ＰＳＭＭのビーム強度値は調整ビーム強度値である。
【００１３】
１つの実施形態では、通信局とユーザ端末との間の通信リンクとして使用されるべきである１つあるいはそれ以上のビームを通信局で選択する工程は、（１）ＰＳＭＭの最強ビームを選択する工程と、（２）ＰＳＭＭの最強の代替のビームを決定する工程であって、代替のビームが工程（１）で選択されたビームを投射する衛星以外の衛星によって投射されるビームであることと、（３）（ＰＳＭＭの最強ビームの強度）−（ＰＳＭＭの最強の代替のビームの強度）がしきい値よりも小さい場合、ＰＳＭＭの最強の代替のビームを選択する工程とを含む。
【００１４】
他の実施形態では、通信リンクを確立する工程は、（１）ＰＳＭＭの最強ビームを選択する工程と、（２）ＰＳＭＭの最強の代替のビームを決定する工程と、（３）（ＰＳＭＭの最強ビームの強度）−（ＰＳＭＭの最強の代替のビームの強度）が第１のしきい値よりも小さいかあるいは等しい場合、ＰＳＭＭの最強の代替のビームを選択する工程と、（４）（ＰＳＭＭの最強ビームの強度）−（ＰＳＭＭの最強の代替のビームの強度）が第１のしきい値よりも大きい場合、現アクティブセットの最強の代替のビームを決定する工程であって、現アクティブセットの代替のビームが、工程（１）で選択されたビームを投射する衛星以外の衛星によって投射される現アクティブセットのビームである工程と、（５）（ＰＳＭＭの最強ビームの強度）−（現アクティブセットの最強の代替のビームの強度）が第２のしきい値よりも小さいかあるいは等しい場合、現アクティブセットの最強の代替のビームを選択する工程とを含む。本発明の１つの他の実施形態では、第２のしきい値が第１のしきい値よりも大きい。
【００１５】
他の実施形態では、ユーザ端末は、現アクティブセットの各ビームのビーム強度を連続的に測定する。現アクティブセットのビームのビーム強度が所定の量だけ前のＰＳＭＭに報告されるようなこのビームのビーム強度よりも小さく、特定の時間間隔にわたってそのままである場合、ユーザ端末は新しいＰＳＭＭを通信局に送信する。
【００１６】
本発明の他の特徴および長所ならびに本発明のいろいろの実施形態の構成および動作は添付図面を参照して下記に詳述される。
【００１７】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
（I．序論）
本発明は、マルチビーム通信システムでの使用に適している。このような通信システムは、地球を軌道飛行している衛星あるいは高度にセクタ化されたセルを使用する通信システムを含んでいる。しかしながら、通信目的のために利用されない場合でさえ本発明の概念がいろいろの衛星システムに適用できることは当業者に明らかである。本発明は、さらにユーザ通信のために利用されない場合でさえ、いろいろのセルセクタ化方式を使用するセルにも適用できる。
【００１８】
本発明の好ましい実施形態は下記に詳述される。特定の工程、形状および装置は述べられているが、これは具体的な目的だけのために示されることを理解すべきである。当業者は、他の工程、形状および装置が本発明の精神および範囲から逸脱しないで使用できることを承知している。本発明は、位置決定向きのシステムおよび衛星システムならびに地上セルラ電話システムを含むいろいろの無線情報および通信システムでの使用を得ることができる。好ましい応用は、移動あるいは携帯電話サービスのためのＣＤＭＡ無線スペクトラム拡散通信システムにある。
【００１９】
（II．典型的な通信システム）
本発明が役に立つと分かった典型的な無線通信システムは図１に示されている。この通信システムはＣＤＭＡ方式通信信号を使用するが、これは本発明に必須の要件ではない。図１に示された通信システム１００の一部では、２つの遠隔ユーザ端末１２４、１２６および１２８と通信を行う１つの基地局１１２、２つの衛星１１６および１１８、および２つの関連ゲートウェイあるいはハブ１２０および１２２が示されている。一般的には、基地局および衛星／ゲートウェイは、これは必要ないけれども、地上方式および衛星方式と呼ばれる別個の通信システムの構成要素である。このようなシステムにおける基地局、ゲートウェイ、あるいは衛星の全数は、当該技術分野で良く理解されるような所望のシステム機能および他の要因によって決まる。
【００２０】
基地局およびゲートウェイという用語は時には交換可能に用いられ、各々は固定中央通信局であり、ゲートウェイは、通信を衛星中継器を通して向ける非常に専用化された基地局と技術上認識されるのに対して、基地局（時にはセルサイトとも呼ばれる）は、地上アンテナを使用し、囲む地理的な領域内に通信を向ける。ゲートウェイは、衛星通信リンクを保有するために関連装置に関する多くのハウスキープタスクを有し、任意の中央制御センターも、一般的にはゲートウェイおよび移動している衛星と対話する場合に実行する多くの機能を有する。しかしながら、本発明は、応用を通信局としてゲートウェイあるいは基地局のいずれかを使用するシステムに見つける。
【００２１】
ユーザ端末１２４、１２６、および１２８の各々は、セルラ電話、データトランシーバ、あるいはページングあるいは位置決定受信機のような無線通信装置を含むが、これに限定されなくて、所望のように携帯、自動車装着、あるいは固定であってもよい。ここでは、ユーザ端末は、それぞれ携帯電話、自動車装着電話、および固定電話１２４、１２６、および１２８として示されている。ユーザ端末は、選択に応じて時には加入者装置、移動局、あるいは単にいくつかの通信システムの「ユーザ」あるいは「モバイル」とも呼ばれる。
【００２２】
一般的には、ビーム源（例えば、基地局１２あるいは衛星１１６および１１８）からのビームは、所定のパターンで異なる地理的なエリアをカバーする。ＣＤＭＡチャネルあるいは「サブビーム」とも呼ばれる異なる周波数のビームは、同じ領域で重なり合うように指向することができる。複数の衛星に対するビームカバレッジあるいはサービスエリア、あるいは複数の基地局に対するアンテナパターンは、通信システム設計および提供されるサービスの種類、ならびに空間ダイバシティが得られるかどうかに応じて所与の領域で完全にあるいは部分的に重なるように設計されてもよいことも容易に理解される。
【００２３】
２つの衛星だけが明瞭にするために示されているが、いろいろの多重衛星通信システムは、多数のユーザ端末にサービスする低地球軌道（ＬＥＯ）の８つの異なる軌道平面で移動する約４８あるいはそれ以上の衛星を使用する典型的なシステムによって提案される。しかしながら、当業者は、いかに本発明の教示がいろいろの衛星システムおよびゲートウェイ構成に適用可能であるかを容易に理解する。これは、他の軌道距離および星座の位置を含み、例えば、これらは、ビーム切り替えがおもにユーザ端末移動から生じる静止衛星を使用する。さらに、いろいろの基地局形態も使用できる。
【００２４】
図１は、ユーザ端末１２４、１２６、および１２８と基地局１１２との間であるいは衛星１１６および１１８を通って、ゲートウェイ１２０および１２２に対して通信を生じさせるいくつかの可能な信号経路を示している。基地局‐ユーザ端末通信リンクは、ライン１３０、１３２、および１３４によって示される。衛星１１６と１１８の間、およびユーザ端末１２４、１２６、および１２８との間の衛星‐ユーザ端末通信リンクはライン１３８、１４０、１４２、および１４４によって示される。ゲートウェイ１２０および１２２と衛星１１６および１１８との間のゲートウェイ‐衛星通信リンクは、ライン１４６、１４８、１５０、および１５２によって示される。ゲートウェイ１２０および１２２ならびに基地局１１２は、１方向あるいは２方向の通信システムの一部としてあるいは単にメッセージ／情報あるいはデータをユーザ端末１２４、１２６、１２８に転送するために使用されてもよい。
【００２５】
図２は、足跡としても公知である典型的な衛星ビームパターン２０２を示している。図２に示されるように、典型的な衛星足跡２０２は１６のビームを含む。通常若干のビーム重なりがあるけれども、各ビームは、特定の地理的なエリアをカバーする。図２に示された衛星足跡は、内部ビーム（ビーム１）、中央ビーム（ビーム２〜７）、および外部ビーム（ビーム８〜１６）を含んでいる。このビームパターンは、信号強度が付加的干渉を形成しないで地球の表面によって作成された当然の「ロールオフ」効果により比較的低い足跡の外部の一部内に配置されているユーザに届くために使用される特定の所定のパターンである。このビームは、図示だけの目的のために重なっていない幾何学的形状を有するものとして示されている。しかしながら、当業者は、他のビームパターンおよび形状はいろいろの通信システム設計で使用されてもよいことを容易に理解する。
【００２６】
図３に示されるように、基地局１１２を含むこのような通信システム（１００）の基地局あるいはセルサイトは、信号強度およびローカル地勢に従って地球の表面上の所定のサービスエリアをカバーするセル２２０内にビームあるいは信号を投射する。セル２２０は、セクタ２２２を形成し、通常楔状パターンで投射される一連の別個のビームあるいは信号によって形成される１つの全カバレッジエリアからなる。ここで、セル２２０は、全て同じエリアあるいはサイズを有しない一連の６つのセクタ２２２を使用して形成される。しかしながら、いろいろのパターン、セクタ、およびセクタサイズは、当業者に公知であるように用いることができる。さらに後述されるように、ユーザは、ライン２２４によって示される経路に沿って１つのセクタの位置Ｘから隣接するセクタ２２２の位置Ｙへ移動してもよい。これは、ユーザ端末移動あるいは変わるセクタカバレッジもしくは両方の組合せのいずれかの結果として生じる。
【００２７】
典型的なセクタパターンは図４にさらに詳細に示される。図４では、一連のセクタＳ１〜Ｓ６は、通常円形パターンあるいはセル２２０に示される。このセルは、いかにこの信号が当該技術分野で公知であるようにトランスポンダあるいはアンテナシステムおよびローカル地勢あるいは構造の影響によって投射されるかの結果としてでこぼこした縁を有するものとして示されている。図示されるように、セクタは、サイズが一様である必要がなく、通信システムの動作中調整されるそれぞれのカバレッジエリアさえも有することができる。セクタビームあるいは信号は、隣接セクタ間のカバレッジの重なるセクタ境界あるいは領域も形成し、ビームエネルギーは、送信時に通常調整され、縁あるいは境界の近くでより急速に減少し、重なる信号カバレッジを減少させる。隣接セクタ境界に対する重なる境界は、実線および破線を使用して示される。この例の隣接セクタの各々は、衛星サブビームと同様に異なるＰＮコードあるいはコードオフセットを使用する。当業者は、このようなパターンを形成するために使用されるこれらの種類のパターンおよび周波数ならびにＰＮコードの割り当てを熟知している。
【００２８】
図５及び図６は、発明者によって確認され、本発明が解決することを意図した問題を示している。図５（ａ）は、時間上の第１の点でのユーザ３０２に対する衛星１１８の相対位置を示し、図５（ｂ）は、時間上の第２の点でのユーザ３０２に対する衛星１１８の相対位置を示し、図５（ｃ）は、時間上の第１の点でのユーザ３０２および衛星ビームパターンのオーバーヘッド図を示し、図５（ｄ）は、時間上の第２の点でのユーザ３０２および衛星ビームパターンのオーバーヘッド図を示している。図５（ｃ）および図５（ｄ）に示されているように、時間上の第１の点で、ユーザ３０２は、衛星１１８のビーム６によって主にカバーされ、時間上の第２の点で、ユーザ３０２は衛星１１８のビーム３によって主にカバーされる。時間上の第１の点で、ユーザ端末１２４は、他のビームと比較して最も強い信号を有するものとしてビーム６を検出する。時間上の第２の点で、ユーザ端末１２４は、最強信号を有するものとしてビーム３を検出する。したがって、ビーム６上に確立されたアクティブ呼は、時間上の第２の点によって「ハンドオフ」されない（ビーム３に転送される）場合、呼がドロップされてもよい。
【００２９】
図６（ａ）〜図６（ｄ）はビーム源ダイバシティを示している。図６（ａ）は、時間上の第１の点でのユーザ３０２に対する衛星１１８および１１６の相対位置を示し、図６（ｂ）は、時間上の第２の点でのユーザ３０２に対する衛星１１８および１１６の相対位置を示している。図６（ｃ）は、時間上の第１の点でのユーザ３０２および衛星ビームパターンのオーバーヘッド図を示し、図６（ｄ）は、時間上の第２の点でのユーザ３０２および衛星ビームパターンのオーバーヘッド図を示している。図６（ｃ）および図６（ｄ）に示されているように、時間上の第１の点で、ユーザ３０２は、衛星１１８のビーム１によって主にカバーされ、時間上の第２の点で、ユーザ３０２は衛星１１６のビーム１５および衛星１１８のビーム１１によって主にカバーされる。
【００３０】
発明者によって認識される問題は、ユーザ端末が衛星の足跡内の何処にあるかに関する正確な知識をあなたが有している場合、通信リンクを確立するのに最も望ましいビームを決定することは容易であるということである。しかし、通信リンクを確立するためにどれかのビームを選択するゲートウェイは、ユーザ端末がどこに置かれているかを知らない。さらに、たとえユーザ位置が知られているとしても、木、建物等のような物理的な物体による障害物は、「最適のビーム」を使用できなくしてもよい。結果として、発明者は、ユーザ端末によって最も望ましいビームを選択し、ユーザの位置が既知でなく、ビーム障害物の可能性を与えると仮定するとトラフィックを受信するビームハンドオフ手順を設計した。
【００３１】
この手順は、所望のビーム源ダイバシティのレベルを保持している間にハンドオフ率および呼ドロップ率を減少させることに向けられる。この手順は、ゲートウェイとユーザ端末との間のメッセージプロトコルによる。ユーザ端末からゲートウェイに送信されたメッセージに基づいて、ゲートウェイは、情報をユーザ端末に送信するための最も望ましいビームを決定できる。ユーザ端末からゲートウェイに送信されるメッセージは、ユーザ端末で測定されるようなビーム強度を示す値を含む。
【００３２】
（III．ビームハンドオフ手順の説明）
ビームハンドオフ手順は、図７および図８に示されるフローチャート５００を参照して説明される。この手順は、ユーザ端末とゲートウェイとの間の少なくとも１つの通信リンクが最初にビーム上に存在すると仮定する。すなわち、ゲートウェイは、データあるいは情報をユーザ端末に送信するビームを選択した。
【００３３】
ビームハンドオフ手順は工程５０４で開始する。工程５０４では、ゲートウェイは、ビームマスクメッセージ（ＢＭＭ）をユーザ端末に確立通信リンクを介して送信する。ＢＭＭはビーム識別子のリストを含む。リストの各ビーム識別子は、ゲートウェイがデータあるいは情報を送信できるビームを識別する。ＢＭＭをユーザ端末に送信することに加えて、ゲートウェイは、パイロット調整メッセージ（ＰＡＭ）をユーザ端末に送信できる。ＰＡＭは、１つあるいはそれ以上のパイロット調整値を含む。パイロット調整値は、負荷バランスを実行するために使用され、工程５０８に関してさらに詳述される。
【００３４】
ゲートウェイは工程５０４を周期的に実行する。例えば、ゲートウェイは更新ＢＭＭを毎分送信してもよい。およそ分毎内に１つあるいはそれ以上の新しいビームがゲートウェイに利用できるようになるために、１分の周期が選択される。
【００３５】
図９（ａ）は典型的なＢＭＭ６００を示している。図９（ａ）に示されるように、ＢＭＭ６０は、ビーム識別子６０２〜６１４のリストからなる。ビーム識別子６０２〜６１４各々は衛星／ビーム対を識別する。例えば、ＢＭＭ６００の第１のビーム識別子６０２は、ビーム１を衛星１から識別し、第２のビーム識別子６０４は、ビーム３を衛星１から識別する。
【００３６】
ユーザ端末は、ゲートウェイから受信された最新ＢＭＭで識別された各ビームのビーム強度を測定する（工程５０６）。図９は、ＢＭＭ６００に識別されたビームに対する典型的な測定ビーム強度値を示している。１つの実施形態では、ユーザ端末は、ビームに関連したパイロット信号のエネルギー量を測定することによってビーム強度を測定する。パイロット信号は、ゲートウェイによって送信された他の信号の初期システム同期化および時間、周波数および位相トラッキングを得るためにユーザ端末によって使用される。単一パイロット信号は、一般的には、使用される各周波数に対して各ゲートウェイによって送信され、ＣＤＭＡチャネルあるいはサブビームと呼ばれ、このゲートウェイからこの周波数の信号を受信する全ユーザ端末によって共有される。パイロット信号強度はいくつかの公知の技術の１つを使用して測定できる。例えば、１つのこのような技術は、参照してここに組み込まれる名称が「通信システムの隣接サービスエリアハンドオフのための方法および装置」である１９９６年９月２７日に出願された米国特許出願第０８／７２２，３３０号に開示されている。
【００３７】
ビーム強度を測定した後、ユーザ端末は、ＰＡＭのゲートウェイから任意に送信できる１つあるいはそれ以上のパイロット調整値を使用して１つあるいはそれ以上の測定ビーム強度値を任意に調整できる（工程５０８）。パイロット調整値は、特定の衛星によって投射されたビームのビーム強度間の差を補償する。例えば、外部ビームが内部ビームおよび中央ビームよりも強くされる場合がある。したがって、パイロット調整値の範囲を超えて、外部ビームは、他のビームよりもはるかにしばしば通信リンクを確立するゲートウェイによって選択される。これはロードバランス問題を提供する。したがって、負荷をビームの中で均一にバランスさせるために、ゲートウェイは、ＰＡＭをユーザ端末に送信し、使用されるビーム強度の値を調整する。
【００３８】
図９（ｃ）は典型的なＰＡＭを示す。図９（ｃ）に示されるように、ＰＡＭ６５０は、ＢＭＭ６００にリストされた１つあるいはそれ以上のビームに対応する１つあるいはそれ以上の調整値を含む。例えば、ＰＡＭ６５０は、衛星１のビーム１１に対する調整値および衛星２のビーム１６に対する調整値を含む。ＰＡＭはいつでもゲートウェイによって送信できる。大部分の例では、ＰＡＭはＢＭＭの一部として送信される。ユーザ端末は、調整値を適切な測定ビーム強度値に付加する。図９（ｄ）は、ＰＡＭ６５０に基づいてＢＭＭで識別されたビームに対する調整ビーム強度値を示している。
【００３９】
工程５０８後、処理は、ユーザ端末がパイロット強度測定メッセージ（ＰＳＭＭ）をゲートウェイに送信する工程５１０に進む。工程５０６〜５１０はユーザ端末によって周期的に実行されることに注目すべきである。適切な期間を選択することは有用である。ユーザ端末があまりにもしばしば測定するかあるいは報告する場合、ユーザ端末は、なお同じビーム内であるので、同じ信号レベルを報告する。これは、ユーザ端末が変化しなかった情報を転送するために報告が行わるトラフィックチャネルのシステムオーバーヘッドを費やす。さらに、ユーザ端末およびゲートウェイ処理機能は不必要に浪費される。一方、ユーザ端末が、必要以上に大きな間隔であるいは必要以上に長い期間にわたって報告する場合、ユーザ端末は、通過した適切なビームを省いてもよい。
【００４０】
１つの実施形態では、周期を選択することは、特定のシステムのためのパラメータを確定し、生じるビームおよび運動を模擬することによって行われる。したがって、所与の衛星星座の位置（番号）および天体位置表（運動および位置）に基づいて、ビームに対する運動および変化速度を予測できる。これから、適切な周期の妥当な予測に達することができる。システムが使用中である場合にとられる履歴データは、所望のようにこの周期を調整するためにも使用できる。１つの実施形態では、この周期は１０秒である。すなわち、１０秒毎に、ユーザ端末はＰＳＭＭをゲートウェイに送信する。
【００４１】
ユーザ端末からゲートウェイへ送信されるＰＳＭＭは、ＢＭＭ６００からの１つあるいはそれ以上のビーム識別子および対応するビーム強度値を含む。対応するビーム強度値は調整あるいは非調整のビーム強度値であってもよい。本発明の１つの実施形態では、ＰＳＭＭは、高々１６のビーム識別子およびその対応するビーム強度値を含む。しかしながら、他のビーム数は、システムの複雑さ、処理能力、記憶容量等のような周知の要因に応じて使用できる。典型的なＰＳＭＭ６６０の内容は図６Ｅに示されている。
【００４２】
図１０のフローチャートは、１つあるいはそれ以上のビーム（ＢＭＭ６００からの１つあるいはそれ以上のビーム識別子および対応するビーム強度値）を選択し、ＰＳＭＭに含めるためにユーザ端末で使用される好ましい手順を示している。手順７００の目的は、所望の衛星ダイバシティのレベルを得ることにある。したがって、ユーザ端末で目に見えるＢＭＭで識別されるあらゆる衛星からの少なくとも１つのビームはＰＳＭＭに付加される。例えば、ＢＭＭがユーザ端末で全て目に見える３つの異なる衛星を識別するならば、３つの識別子の中の少なくとも各識別子が３つの衛星の中の各衛星からのビームを識別する場合、ＰＳＭＭは、少なくとも３つのビーム識別子および少なくとも３つの対応するビーム強度値を含む。
【００４３】
手順７００は、工程７０４で開始する。工程７０４では、ユーザ端末は、調整測定ビーム強度を使用し、ＢＭＭで識別された各衛星によって投射された「最強」ビームを決定する。この「最強」ビームは、最大の対応する調整ビーム強度値を有するビームである。工程７０４で決定されたビームに対して、ユーザ端末は、ＰＳＭＭに各ビームのビーム識別子および対応する調整ビーム強度値を含む（工程７０６）。次の工程では、ユーザ端末は、より多くの値がＰＳＭＭに付加できるかどうかを決定する（工程７０８）。ユーザ端末は、ＰＳＭＭでビーム数をＰＳＭＭに付加できる最大許容ビーム数から減算することによってこれを決定する。好ましい実施形態では、１６は、ＰＳＭＭに含めることができる最大許容ビーム数である。より多くのビームがＰＳＭＭに付加できる場合、制御は工程７１０に渡り、さもなければ手順は終了する。工程７１０および７１２では、ユーザ端末は、ＰＳＭＭに既に付加されていない最強ビームを選択し、このビームのビーム識別子および対応するビーム強度値をＰＳＭＭに付加する。工程７１２後、制御は工程７０８に戻される。他の実施形態では、手順７００を実行する場合、ユーザ端末は、未調整ビーム強度値を使用する。したがって、ＰＳＭＭは、未調整あるいは調整のビーム強度値を含んでもよい。
【００４４】
ＰＳＭＭをユーザ端末から受信した後、ゲートウェイは、新しいアクティブビームセットを決定する（工程５１２）。新しいアクティブビームセットは、ゲートウェイとユーザ端末との間の通信リンクとして使用されるべきであるビームのセットである。図１１および図１２は、工程５１２を実行する（すなわち、新しいアクティブビームセットを決定する）際にゲートウェイによって使用できる２つの手順（８００および９００）を示している。手順８００は単一しきい値方式（ＳＴＳ）と呼ばれ、手順９００は双対しきい値ヒステリシス方式（ＤＴＨＳ）と呼ばれる。ＳＴＳ（手順８００）は第１の手順と示され、ＤＴＨＳは第２の手順と示される。
【００４５】
手順８００は工程８０４で開始する。工程８０４では、ゲートウェイは、ＰＳＭＭで最強ビームを選択し、このビームを新しいアクティブビームセットに付加する。すなわち、ゲートウェイは、最大ビーム強度値をＰＳＭＭから選択し、選択値に対応するビームを決定し、このビームを新しいアクティブビームセットに付加する。工程８０４より前に、新しいアクティブビームセットは「無ビーム」にセットされる。すなわち、新しいアクティブビームセットは初期設定され、少しのビームも含まない。
【００４６】
工程８０６では、１がある場合、ゲートウェイは、ＰＳＭＭで最大の「代替の」ビームを決定する。「代替の」ビームは、新しいアクティブセットにあるビームを投射する衛星以外の衛星によって投射される、ＰＳＭＭ内の任意の衛星ビームである。したがって、ＰＳＭＭで最強の「代替の」ビームは、他の代替のビームに対して最大ビーム強度値を有する代替のビームである。ＰＳＭＭ内の最強の代替のビームを決定するために、ゲートウェイは、値のサブセットを、値のサブセットが新しいアクティブセットに含められるビームを投射する衛星以外の衛星によって投射されるビームに相当する全値をＰＳＭＭに含める場合、ＰＳＭＭから選択する。第二に、ゲートウェイは、最大値をサブセットから選択する。第三に、ゲートウェイは、前の工程で選択された値に相当するビームを決定する。
【００４７】
最大の代替のビームが存在する場合、工程８０８が実行され、さもなければ、処理が終了する。工程８０８では、ゲートウェイは、ＰＳＭＭの最大ビーム（ＳＳＢ）（すなわち、工程８０４で選択されたビーム）の強度と最大の代替のビーム（ＳＳＡＢ）（工程８０６で選択されたビーム）の強度とを比較する。ＳＳＢ−ＳＳＡＢが第１のしきい値（Ｔ_１）よりも小さいかあるいはこれに等しい場合、ゲートウェイは、ＰＳＭＭで最大の代替ビームを新しいアクティブビームセット（工程８１０）に付加し、さもなければこの処理は終了し、新しいアクティブビームセットはＰＳＭＭで最強ビームだけを含む。好ましい実施形態では、Ｔ_１は約４ｄＢである。しかし、０ｄＢであるＴ_１あるいは無限に大きいＴ_１のような他の実施形態が予想され、その場合、最強の代替のビームは、その強度にもかかわらず常に新しいアクティブセットに付加される。
【００４８】
工程８１０後、手順は８１２に続く。工程８１２では、ゲートウェイは、付加的代替のビームが新しいアクティブビームセットに付加されるべきか否かを決定する。新しいアクティブビームセットに付加された代替のビーム数は、所望の衛星ダイバシティのレベルによって決定される。例えば、２つの衛星ダイバシティ構成だけを有することが望ましい場合、ゲートウェイは、１つの代替のビームを新しいアクティブビームセットに付加しようと試みるだけである。しかしながら、ゲートウェイは、Ｎ−１個の代替のビームを新しいアクティブビームセットに付加しようと試みる。
【００４９】
ＤＴＨＳはＳＴＳと同様である。例えば、手順９００の最初の４工程は手順８００の最初の４工程と同じである。手順８００と手順９００との間の差は、ＳＳＢ−ＳＳＡＢがＴ_１よりも小さくないかあるいはＴ_１に等しい場合、手順９００において、工程が実行されるのに対して、ＳＳＢ−ＳＳＡＢがＴ_１よりも小さくないかあるいはＴ_１に等しい場合、手順８００において、手順が終了するということである。
【００５０】
工程９０２では、１がある場合、ゲートウェイは、現アクティブセットで最強の代替ビームを選択する。アクティブビームが通信リンクが既にゲートウェイとユーザ端末との間で確立されるビームである場合、現アクティブセットはアクティブビームのセットを示している。現アクティブセットの代替のビームは、新しいアクティブビームセットにあるビームを投射する衛星以外の衛星によって投射される現アクティブセットのビームである。現アクティブセット内の最強の代替のビームを決定するために、ゲートウェイは、値のサブセットを、値のサブセットが新しいアクティブセットにあるビームを投射する衛星以外の衛星によって投射される現アクティブセットのビームに相当する全値をＰＳＭＭに含める場合、ＰＳＭＭから選択する。第二に、ゲートウェイは、最大値をサブセットから選択する。第三に、ゲートウェイは、前の工程で選択された値に相当するビームを決定する。
【００５１】
工程９０２がうまくいった場合、工程９０４は実行され、さもなければ、処理が終了する。ゲートウェイは、ＰＳＭＭの最強ビームの強度（ＳＳＢ）と現アクティブセットの最強の代替の衛星ビームの強度（ＳＳＡＳＢ_ＣＡＳ）との差が第２のしきい値（Ｔ_２）よりも小さいかあるいは等しいか否かを決定する。この差がＴ_２よりも小さいかあるいは等しい場合、現アクティブセットの最強の代替ビームが新しいアクティブセットに付加され（工程９０６）、さもなければ、処理が終了する。
【００５２】
工程９０６後、手順は工程９０８に続く。工程９０８では、ゲートウェイは、付加的代替のビームが新しいアクティブビームセットに付加されるべきであるか否かを決定する。新しいアクティブビームセットに付加された代替ビームの数は、所望の衛星ダイバシティのレベルによって決定される。例えば、２つの衛星ダイバシティ構成だけを有することが望ましい場合、ゲートウェイは、１つの他のビームを新しいアクティブビームセットに付加しようと試みるだけである。しかしながら、Ｎ個の衛星ダイバシティ構成が望まれる場合、ゲートウェイは、Ｎ‐１個の代替のビームを新しいアクティブビームセットに付加しようと試みる。
【００５３】
好ましくは、Ｔ_２はＴ_１よりも大きく、Ｔ_１が４ｄＢである場合、Ｔ_２は６ｄＢである。しかしながら、他の値はこれらのしきい値のために使用できる。Ｔ_２がＴ_１よりも大きい場合、ゲートウェイは、現アクティブビームセットのビームのほうを取り、それによってとりわけ鏡のような反射によって引き起こされる一時的ビーム信号強度変動によるハンドオフを減少させる。しきい値Ｔ_１およびＴ_２は、一部は、一緒に鏡のような反射の角度および変化率を決定する公知の衛星軌道距離（地球上の高度）および速度に基づいて選択される。
【００５４】
単一しきい値方式（ＳＴＳ）の長所は双対しきい値ヒステリシス方式（ＤＴＨＳ）に比べてその実現の簡単さである。しかしながら、ＤＴＨＳはＳＴＳよりも低いハンドオフ率である。ＤＴＨＳは、鏡のような反射によるビーム信号強度変動によって引き起こされるチャッタ効果を取り除くことによってより低いハンドオフ率を得る。このチャッタ効果は、ゲートウェイが短い時間間隔にわたって特定のビームを交互に付加したり、断ったりする状況である。処理８００あるいは９００のいずれかの終了で、新しいアクティブビームセットは、ゲートウェイをユーザ端末と接続する通信リンクとして使用されるべきであるビームを含む。
【００５５】
工程５１２後、工程５１４は実行される。工程５１４では、ゲートウェイは、新しいアクティブビームセットが現アクティブビームセットに等しいかどうかを決定する。現アクティブビームセットは、ゲートウェイとユーザ端末との間の通信リンクが既に確立される全ビームからなる。新しいアクティブビームセットが現アクティブビームセットと同じである場合、ゲートウェイはハンドオフを始動しなく、それによってユーザ端末は現アクティブビームセットのビームを使用し続けることができる（工程５１５）。新しいアクティブビームセットが現アクティブビームセットに等しくない場合、ゲートウェイはビームハンドオフを始動する（工程５１６〜５３０）。
【００５６】
好ましい実施形態では、ビームハンドオフは「ソフト」ビームハンドオフである。すなわち、ゲートウェイは、ユーザ端末が新しいアクティブビームセットのビームに関する情報を受信することに成功したことをユーザ端末から確認を受信するまで、ゲートウェイは現アクティブビームセットにおける接続を遮断しない。したがって、ソフトハンドオフを始動する第１の工程として、いかなるこのようなビームもある場合、ゲートウェイは、現アクティブビームセットにない新しいアクティブビームセットのビームでトラフィックを送信し始める（工程５１６）。次の工程では、ゲートウェイは、ハンドオフ指令メッセージ（ＨＤＭ）をユーザ端末に送信する（工程５１８）。一実施形態では、ＨＤＭは、２組のビーム識別子を含むことができ、ビームセットを付加し、ビームセットをドロップする。付加ビームセットは、現アクティブビームセットにない新しいアクティブビームセット内の各ビームに対するビーム識別子を含む。付加ビームセットが空であることは可能であり、その場合、ＨＤＭはドロップビームセットだけを含む。ドロップビームセットは、新しいアクティブビームセットにない現アクティブビームセットの各ビームに対するビーム識別子を含む。付加ビームセットと同じように、ドロップビームセットが空であることは可能であり、その場合、ＨＤＭは付加ビームセットだけを含む。第２の実施形態では、ＨＤＭは、新しいアクティブビームセットの各ビームに対応するビーム識別子を含む。第２の実施形態によるＨＤＭを受信する際に、ユーザ端末はどのビームが現アクティブセットにあるかの知識を有しているために、ユーザ端末は、付加ビームセットおよびドロップビームセットを決定できる。
【００５７】
第１あるいは第２の実施形態のいずれかにおいて、ユーザ端末は、ＨＤＭを受信する際に、付加ビームセットで識別されたビームを介してトラフィックを受信し始める（工程５２０）。一旦ユーザ端末が付加ビームセットで識別されたビームで情報を受信し始めると、ユーザ端末は、ドロップビームセットで識別されたビームで情報を受信することを停止する（工程５２２）。次に、ユーザ端末は、ハンドオフ完了メッセージ（ＨＣＭ）をゲートウェイに送信する（工程５２４）。ＨＣＭをユーザ端末から受信する際に、ゲートウェイは、ドロップビームセットで識別されたビームでトラフィックを送信することを停止する（工程５２６）。このように、ソフトハンドオフが行われる。
【００５８】
ゲートウェイとユーザ端末との間のメッセージの流れの例は図１３に示される。図１３に示されるようにハンドオフ処理は、ＢＭＭ／ＰＡＭをユーザ端末に周期的（例えば、６０秒毎に）に送信するゲートウェイで開始する。ＢＭＭを受信する際に、ユーザ端末は、ＰＳＭＭをゲートウェイに周期的に（例えば、１０秒毎に）送信する。ＰＳＭＭをユーザ端末から受信する際に、ゲートウェイは、使用する最も望ましいビームを決定する（すなわち、新しいアクティブビームセットを決定する）。新しいアクティブビームセットが現アクティブビームセットに等しい場合、ゲートウェイはビームハンドオフを開始しない。しかし、新しいアクティブビームセットが現アクティブビームセットとは異なる場合、ゲートウェイはＨＤＭをユーザ端末に送信する。ユーザ端末はＨＤＭに対して応答する。
【００５９】
図１３に示されるように、前のＰＳＭＭが送信されて以来所定の時間量が経過された後だけユーザ端末は、一般的にはＰＳＭＭを送信する。しかし、ユーザ端末が「未定」ＰＳＭＭをゲートウェイに送信することが勧告される少なくとも一つの状況がある。未定ＰＳＭＭは、前のＰＳＭＭが送信された場合にかかわりなく、衛星障害物が生じるときは常にゲートウェイに送信されるＰＳＭＭである。衛星障害物は、アクティブビームの本強度が最も最近に送信されたＰＳＭＭ−しきい値（Ｔ_ＬＯＳＳ）で報告されるようなアクティブビームの強度よりも小さく、特定の時間間隔にわたって小さいままである（Ｔ_ＴＬＯＳＳ）状態として規定される。この状態が生じる場合、ユーザ端末は、工程５０６〜５１０を実行し、それによって未定ＰＳＭＭを送信する。例として、アクティブビームの本強度がＴ_ＴＬＯＳＳの間隔にわたって７あるいはそれよりも小さいと仮定し、前のＰＳＭＭで報告されるようなアクティブビームの強度が１０であると仮定する。７＜（１０−Ｔ_ＬＯＳＳ）であるならば、ユーザ端末は未定ＰＳＭＭを実行する。次に、ゲートウェイは前述のように工程５１２を実行する。すなわち、ゲートウェイは、どのビームがトラフィックをユーザ端末に送信するために使用されるべきであるかを決定するためにＰＳＭＭを使用する。
【００６０】
（IV．ユーザ端末トランシーバ説明）
ユーザ端末１２４で使用するための典型的なトランシーバ１１００は図１４に示されている。このようなトランシーバは、当該技術分野で公知であり、参照してここに組み込まれる名称が「ＣＤＭＡセルラ電話システムのダイバシティ受信機」である米国特許第５，１０９，３９０号のような特許に述べられている。通信信号がダウン変換され、増幅され、ディジタル化されるトランシーバ１１００は、アナログ受信機１１１４に転送される通信信号を受信する少なくとも１つのアンテナ１１１０を使用する。デュプレックス要素１１１２は、一般的には、同じアンテナが送信機能および受信機能の両方に役立つことができるために使用される。しかしながら、いくつかのシステムは、異なる送信周波数および受信周波数で作動する別個のアンテナを使用する。
【００６１】
アナログ受信機１１１４によって出力されるディジタル通信信号は、少なくとも１つのディジタルデータ受信機１１１６Ａおよび好ましくは少なくとも１つのサーチャ受信機１１１８に転送される。付加ディジタルデータ受信機１１１６Ｂ〜１１１６Ｎは、当業者に明らかであるように、トランシーバ１１００の複雑さの許容レベルに応じて所望の信号ダイバシティのレベルを得るかあるいは複数の信号を受信するために使用できる。付加サーチャ受信機はより複雑な信号検索技術を実行するために使用できる。
【００６２】
少なくとも１つのユーザ端末制御装置１１２０は、ディジタルデータ受信機１１１６Ａ〜１１１６Ｎおよびサーチャ受信機１１１８に結合される。制御装置１１２０は、他の機能の中で、基本信号処理、タイミング、パワーおよびビームハンドオフ制御あるいは調整、および信号キャリアのために使用される周波数の選択を行う。制御装置１１２０によってしばしば実行された他の基本制御機能は、通信信号波形のために使用されるＰＮコードシーケンスあるいは直交関数の選択あるいは操作である。制御装置１１２０の信号処理は、相対信号強度の決定およびいろいろの相対信号パラメータの計算を含んでもよい。タイミングおよび周波数のような信号パラメータのこのような計算は、測定における増加された効率あるいは速度もしくは制御処理資源の改良された割り当てを提供する付加的あるいは別個の専用回路の使用を含んでもよい。例えば、信号強度測定要素は、全受信アナログ信号に対する信号強度あるいは出力を決定するために使用可能な所定の情報を使用するアナログ受信機に接続できる。この測定要素も、ディジタルデータの出力、あるいは使用可能なデータをディジタルデータおよび受信あるいは復調された特定の信号のエネルギーあるいはパワーを測定するサーチャ受信機から受信するように接続できる。
【００６３】
ディジタルデータ受信機１１１６Ａ〜１１１６Ｎの出力はユーザ端末内のディジタル放送回路１１２２に結合される。ユーザディジタルベースバンド回路１１２２は、情報をユーザ端末へおよびユーザ端末から転送するために使用される処理要素および表示要素を含む。すなわち、過渡的あるいは長期ディジタルメモリのような信号あるいはデータ記憶要素；ディジタルスクリーン、スピーカ、キーパッド端末および送受器のような入出力装置；Ａ／Ｄ要素、ボコーダおよび他の音声およびアナログ信号処理要素等であり、加入者ベースバンド回路の全ての形態部品は当該技術分野で周知の要素を使用する。ダイバシティ信号処理が使用される場合、ユーザディジタルベースバンド回路１１２２は、１つあるいはそれ以上のダイバシティ結合器およびデコーダを含んでもよい。これらの要素の中のいくつかも制御装置１１２０の制御の下であるいは制御装置１１２０と通信して作動してもよい。
【００６４】
音声あるいは他のデータがユーザ端末によって生じる出力メッセージあるいは通信信号として形成される場合、ユーザディジタルベースバンド回路１１２２は、送信するための所望のデータを受信し、記憶し、処理し、特に作成するために使用される。ユーザディジタルベースバンド回路１１２２は、このデータを制御装置１１２０の制御の下で作動する送信変調器１１２６に供給する。送信変調器１１２６の出力は、出力データをアンテナ１１１０からゲートウェイあるいは基地局に最終送信するための送信電力増幅器１１３０に出力電力制御を与える電力コントローラ１１２８に転送する。
【００６５】
ユーザ端末１１００も、送信経路の予補正要素１１３２を使用し、出力信号の周波数を調整できる。これは、送信波形のアップ変換あるいはダウン変換の周知技術を使用して行うことができる。ユーザ端末１１００も、送信経路の予補正要素１１３２を使用し、出力信号のタイミングを調整できる。これは、送信波形の遅延を加減算する周知の技術を使用して行うことができる。
【００６６】
受信通信信号に対する１つあるいはそれ以上の測定信号パラメータに対応する情報あるいはデータ、あるいは１つあるいはそれ以上の共用資源信号は、当該技術分野で公知のいろいろの技術を使用してゲートウェイに送信できる。例えば、この情報は、別個の情報信号として転送されるかあるいはユーザディジタルベースバンド回路１１２２によって作成された他のメッセージに付加できる。あるいは、この情報は、公知の技術を使用して制御装置１１２０の制御の下で送信変調器１１２６あるいは送信電力コントローラ１１２８によって所定の制御ビットとして挿入できる。
【００６７】
ディジタル受信機１１１６Ａ〜Ｎおよびサーチャ受信機１１１８は、特定の信号を復調するかあるいは追跡するために信号相関要素で構成される。サーチャ受信機１１１８は、パイロット信号、あるいは他の比較的一定のパターンの強い信号を検索するために使用される。このパイロットチャネルは、単にデータによって変調されない信号であり、一定値（パターン）あるいはトーン方式入力を使用し、ＰＮ拡散コードだけを効果的に送信してもよい。ディジタル受信機１１１６Ａ〜Ｎは、検出パイロット信号に関連した他の信号を復調するために使用される。しかしながら、信号強度を決定する目的のために、データ受信機は、信号チップエネルギー対信号雑音比を正確に決定するためにパイロット信号を取得後処理するように割り当てることができる。通常、パイロット信号チップエネルギーは、記号期間のような所定の間隔にわたって積分され、パイロット信号強度を定式化する。したがって、受信機１１１６Ａ〜Ｎの出力は、パイロット信号あるいは他の信号のエネルギーあるいは周波数を決定するために監視できる。これらの受信機は、現周波数およびタイミング信号を復調される信号のための制御プロセッサあるいは装置１１２０に供給するために監視できる周波数トラッキング要素も使用する。
【００６８】
前述のように、制御装置１１２０は、他の機能の中で、ビームハンドオフ制御を行う。すなわち、例えば、制御装置１１２０は、ＢＭＭをゲートウェイから受信し、パイロット信号のエネルギーを監視することによってビーム強度を測定し、ＰＳＭＭをゲートウェイに送信する。例の制御装置１１２０は図１５に示される。制御装置１１２０は、プロセッサ１２０４のような１つあるいはそれ以上のプロセッサを含む。このプロセッサ１２０４は、通信バス１２０２に接続される。
【００６９】
制御装置１１２０は、ここに記載された機能を実行するようにプログラム化されたソフトウェア制御形プロセッサで実現されてもよい。すなわち、周知の標準要素あるいは一般化機能あるいはいろいろのディジタル信号プロセッサ、プログラマブル電子装置、あるいは所望の機能を実行するようにプログラミングする特別機能のソフトウェアあるいはファームウェアの制御の下で作動するコンピュータを含む汎用ハードウェアとして実現される。
【００７０】
制御装置１１２０は、主メモリ１２０６、好ましくは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）も含み、二次メモリ１２０８も含んでもよい。二次メモリ１２０８は、例えば、コンピュータプログラムあるいは他の命令が制御装置１１２０にロードできる手段を含んでもよい。このような手段は、例えば、記憶装置１２２２およびインタフェース１２２０を含んでもよい。このような例は、メモリチップ（例えば、ＥＰＲＯＭ、あるいはＰＲＯＭ）および関連ソケット、および他の記憶装置１２２２およびソフトウェアおよびデータが記憶装置１２２２から制御装置１１２０に転送できるインタフェース１２２０を含んでもよい。
【００７１】
制御装置１１２０は通信インタフェース１２２４も含んでもよい。通信インタフェース１２２４によって、ソフトウェアおよびデータは、例えば、制御装置１１２０とデータ受信機１１１６との間で転送できる。
【００７２】
この文書では、用語「コンピュータプログラム媒体」および「コンピュータ使用可能な媒体」は、一般的に交換可能記憶装置１２２２および主メモリ１２０６のような媒体を示すために使用される。これらのコンピュータプログラムプロダクトは、ソフトウェアを制御装置１１２０に供給する手段である。
【００７３】
制御プログラムあるいはコンピュータプログラム（コンピュータ制御ロジックとも呼ばれる）は、主メモリおよび／または二次メモリ１２０８に記憶される。このようなコンピュータプログラムによって、実行される場合、制御装置１１２０はここに述べられるような本発明の機能を実行できる。特に、例えば、コンピュータプログラムによって、実行される場合、プロセッサ１２０４は、測定ビーム強度値比較を実行できる。したがって、このようなコンピュータプログラムは、制御装置１１２０のコントローラに相当する。
【００７４】
他の実施形態では、制御装置１１２０は、例えば、専用集積回路（ＡＳＩＣ）あるいは１つあるいはそれ以上の回路カードアセンブリのようなハードウェア部品を使用してこの機能のために構成される専用ハードウェアで主に実現される。ここに記載されている機能を実行するためのハードウェア状態マシンの実装は当業者に明らかである。
【００７５】
もう一つの実施形態では、制御装置１１２０は、ハードウェアおよびソフトウェアの両方の組合せを使用して実施される。
【００７６】
（V．ゲートウェイ）
図１６は、ゲートウェイが本発明の機能を実行できるゲートウェイ１２０の部品を示している。図１６に示されるように、ゲートウェイ１２０は、公衆電話交換網（ＰＳＴＮ）１３９０に接続されたゲートウェイ交換サブシステム（ＧＳＳ）１３０１と、セレクタバンクサブシステム（ＳＢＳ）１３０２と、時間・周波数装置（ＴＦＵ）１３１８と、ゲートウェイコントローラ（ＧＣ）１３２０と、ＣＤＭＡ相互接続サブシステム（ＣＩＳ）１３２２と、ゲートウェイ伝送システム（ＧＴＳ）１３０４と、ゲートウェイＲＦサブシステム（ＧＲＳ）１３１０とを含む。このＧＴＳは、順方向リンク伝送システム（ＦＬＧＴＳ）１３０６と逆方向リンク伝送システム（ＲＬＧＴＳ）１３０８とを含んでいる。ＦＬＧＴＳ１３０６は、パケット化データをＳＢＳ１３０２から取り入れ、このデータを変調し、ＩＦ周波数（８００〜１０００ＭＨｚ）に周波数変換し、このデータを衛星に送信するためにアンテナに供給するゲートウェイＲＦサブシステム（ＧＲＳ）１３１０にこのデータを供給する。ＦＬＧＴＳ１３０６でＳＢＳ１３０２から受信されたパケット化データは、トラフィックフレームと、オーバーヘッドメッセージフレームと、電力制御情報とを含む。トラフィックフレームは、ＢＭＭ、ＰＡＭおよびＨＤＭを含んでもよい。このように、ゲートウェイは、ＢＭＭ、ＰＡＭ、およびＨＤＭをユーザ端末に送信する。
【００７７】
ＲＬＧＴＳ１３０８は、ＩＦ信号をＧＲＳ１３１０を受信し、この信号をダウン変換し、復調し、他の処理のためにパケット化データをＳＢＳに送信する。ＳＢＳ１３０２で受信されたパケット化データは、ユーザ端末から送信されたトラフィックフレームおよびオーバーヘッドメッセージフレームを含む。ＰＳＭＭおよびＨＣＭは、トラフィックフレームでユーザ端末からゲートウェイに送信される。このように、ＰＳＭＭおよびＨＣＭはゲートウェイで受信される。
【００７８】
ＳＢＳ１３０２は、音声呼び出しを処理し、ビームハンドオフを行うのに必要な動作を実行する１つあるいはそれ以上のセレクタ１３１４を含んでいる。例えば、セレクタ１３１４は、ユーザ端末から送信されたＰＳＭＭを評価し、もしあればどの新しいビームが付加されるべきであり、もしあればどの新しいビームが中断すべきであるかを決定する。ビームを付加する前に、ＳＢＳ１３０２は、順方向リンク資源リクエストをＧＣ１３２０に送信する。資源リクエストが付与される場合、セレクタ１３１４は、ＦＬＧＴＳ１３０６に信号送出し、順方向トラフィックを新しいビームで送信し始める。一旦ＦＬＧＴＳ１３０６がトラフィックの送信を開始すると、セレクタ１３１４は、ＨＤＭをユーザ端末に送信する。新しいビームでこのトラフィックを受信する際に、ユーザ端末は、ＨＣＭをセレクタ１３１４に送信する。このトラフィックを新しいビームで受信する際に、ユーザ端末はＨＣＭをセレクタ１３１４に送信する。ＨＣＭを受信後、１がある場合、セレクタ１３１４は、ＦＬＧＴＳに信号を出し、トラフィックをドロップビームでトラフィックの送信を停止する。
【００７９】
制御装置１１２０の場合のように、セレクタ１３１４は、ここに記載された機能を実行するようにプログラム化されたソフトウェア制御形プロセッサで実現されてもよい。すなわち、周知の標準要素あるいは一般化機能あるいはいろいろのディジタル信号プロセッサ、プログラマブル電子装置、あるいは所望の機能を実行するようにプログラミングする特別機能のソフトウェアあるいはファームウェアの制御の下で作動するコンピュータを含む汎用ハードウェアとして実現される。
【００８０】
例のセレクタ１３１４は図１７に示される。このセレクタ１３１４は、プロセッサ１４０４のような１つあるいはそれ以上のプロセッサを含む。このプロセッサ１４０４は通信バス１４０２に接続される。セレクタ１３１４は、主メモリ１４０５、好ましくはランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）も含み、第二次メモリ１４０８も含んでもよい。二次メモリ１４０８は、例えば、コンピュータプログラムあるいは他の命令がセレクタ１３１４にロードできる手段を含んでもよい。このような手段は、例えば、交換可能記憶装置１４２２およびインタフェース１４２０を含んでもよい。このような例は、交換可能メモリチップ（例えば、ＥＰＲＯＭ、あるいはＰＲＯＭ）および関連ソケット、ハードドライブ、磁気テープ、コンパクトディスクおよび他の同様な光記憶装置、および他の交換可能記憶装置１４２２およびソフトウェアおよびデータが交換可能記憶装置１４２２からセレクタ１３１４に転送できるインタフェース１４２０を含んでもよい。セレクタ１３１４は通信インタフェース１４２４も含んでもよい。通信インタフェース１４２４によって、ソフトウェアおよびデータは、例えば、セレクタ１３１４とＦＬＧＴＳの間に転送できる。
【００８１】
コンピュータプログラム（コンピュータ制御ロジックとも呼ばれる）は、主メモリおよび／または二次メモリ１４０８に記憶される。このようなコンピュータプログラムによって、実行される場合、セレクタ１３１４はここに述べられるような本発明の機能を実行できる。特に、例えば、コンピュータプログラムによって、実行される場合、プロセッサ１４０４は、測定ビーム強度値比較を実行できる。したがって、このようなコンピュータプログラムは、セレクタ１３１４のコントローラに相当する。
【００８２】
他の実施形態では、セレクタ１３１４は、例えば、専用集積回路（ＡＳＩＣ）あるいは１つあるいはそれ以上の回路カードアセンブリのようなハードウェア部品を使用してこの機能のために構成される専用ハードウェアで主に実現される。ここに記載されている機能を実行するためのハードウェア状態マシンの実装は当業者に明らかである。
【００８３】
もう一つの実施形態では、セレクタ１３１４は、ハードウェアおよびソフトウェアの両方の組合せを使用して実施される。
【００８４】
（VI．結論）
好ましい実施形態の前述の説明は、どんな当業者も本発明を製造あるいは使用できるように行われている。本発明は、特に図示され、本発明の好ましい実施形態を参照して説明されているが、形態および詳細のいろいろの変更は本発明の精神および範囲を逸脱しないでここで行われてもよいことが当業者によって理解される。
【図面の簡単な説明】
ここに組み込まれ、明細書の一部を形成する添付図面は、本発明を示し、説明とともに、本発明の原理を説明し、当業者が本発明を製造し、使用するのにさらに役立つ。図面では、同じ参照番号は、同一あるいは機能的に同じ要素を示している。さらに、参照番号の最も左側の数字は参照番号が最初に現れる図面を示している。
【図１】 本発明の一実施形態により構成され、作動する典型的な無線通信システムを示している。
【図２】 本発明の一実施形態による典型的な衛星足跡を示している。
【図３】 図１の基地局と地球の表面上との間の信号ビームパターンの透視図を示している。
【図４】 典型的な理論的なセクタ境界および異形を有する、図１の基地局のための典型的な信号パターンを示している。
【図５】 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ、時間上の第１および第２の点でのユーザに対する衛星の位置を示しており、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、時間上の第１および第２の点での衛星の足跡内の（ａ）および（ｂ）のユーザの位置を示している。
【図６】 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ、時間上の第１および第２の点でのユーザに対する第１の衛星および第２の衛星の位置を示しており、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、時間上の第１および第２の点での第１および第２の衛星の足跡内の（ａ）および（ｂ）のユーザの位置を示している。
【図７】 本発明の好ましい実施形態によるビームハンドオフ手順（その１）を示している。
【図８】 本発明の好ましい実施形態によるビームハンドオフ手順（その２）を示している。
【図９】 （ａ）は典型的なビームマスクメッセージを示し、（ｂ）は典型的な測定ビーム強度値を示し、（ｃ）は典型的なパイロット調整メッセージを示し、（ｄ）は典型的な調整ビーム強度値を示し、（ｅ）は典型的なパイロット強度測定メッセージ（ＰＳＭＭ）を示している。
【図１０】 ＰＳＭＭの内容を確定するユーザ端末によって使用される典型的な手順を示している。
【図１１】 第１の実施形態による新しいアクティブセットのためのビームを選択するゲートウェイによって使用された手順を示している。
【図１２】 第２の実施形態による新しいアクティブセットのためのビームを選択するゲートウェイによって使用された手順を示している。
【図１３】 ゲートウェイとユーザ端末との間の典型的なメッセージフローを示している。
【図１４】 典型的なユーザ端末トランシーバを示している。
【図１５】 ユーザ端末の典型的な制御装置を示している。
【図１６】 ビームハンドオフアルゴリズムを実行する際に使用されるゲートウェイの典型的な構成要素を示している。
【図１７】 典型的なゲートウェイセレクタを示している。
Claims (15)
- ユーザ端末と、通信局との間で通信を行うための衛星通信システムであって、前記ユーザ端末と前記通信局との間の通信リンクを確立するために使用され、一部重複する異なる地理的エリアをカバーする複数のビームを投射するビーム源を備えた衛星通信システムにおいて、呼ドロップ率を減少させるための方法は、
（１） 前記ユーザ端末において前記通信局から送信される複数のビーム識別子及び該ビーム識別子に対応するパイロット調整値を受信する工程と、
（２） 前記ユーザ端末において前記複数のビーム識別子によって識別された各ビームのビーム強度を測定する工程と、
（３） 前記ユーザ端末において前記パイロット調整値を加味することにより前記測定されたビーム強度値を調整し、該調整された各ビームのビーム強度値及び／または未調整のビーム強度値を含む複数のビーム強度値を前記ユーザ端末から前記通信局に送信する工程と、
（４） 前記ユーザ端末において前記通信局によって送信されたハンドオフ指令メッセージを受信する工程と、
を具備し、
（ａ） 前記ハンドオフ指令メッセージに基づいて、前記ユーザ端末は、前記通信局から送信される情報を受信するのにどのビームを用いるべきかを決定し、
（ｂ） 前記ハンドオフ指令メッセージは、新たなアクティブビームセットにおける各ビームに対応するビーム識別子を具備し、
（ｃ）前記新たなアクティブビームセットは、前記通信局と前記ユーザ端末との間の通信リンクとして用いるべき前記通信局によって選択されたビームを含む方法。 - 前記ハンドオフ指令メッセージを受信したときに、前記ユーザ端末は、現在のアクティブビームセットにない前記新たなアクティブビームセットにおける各ビームを介してトラフィックの受信を開始し、前記現在のアクティブビームセットは前記通信局と前記ユーザ端末との間の通信リンクがすでに確立されるすべてのビームを含む請求項１に記載の方法。
- 前記ユーザ端末が前記現在のアクティブビームセットにない前記新たなアクティブビームセットにおける各ビームを介してトラフィックの受信を開始した後、前記ユーザ端末から前記通信局にハンドオフ完了メッセージを送信する工程をさらに具備する請求項２に記載の方法。
- ユーザ端末と、通信局との間で通信を行うための衛星通信システムであって、前記ユーザ端末と前記通信局との間の通信リンクを確立するために使用され、一部重複する異なる地理的エリアをカバーする複数のビームを投射するビーム源を備えた衛星通信システムにおいて、呼ドロップ率を減少させるための方法は、
（１） 前記ユーザ端末において前記通信局から送信される複数のビーム識別子及び該ビーム識別子に対応するパイロット調整値を受信する工程と、
（２） 前記ユーザ端末において前記複数のビーム識別子によって識別された各ビームのビーム強度を測定する工程と、
（３） 前記ユーザ端末において前記パイロット調整値を加味することにより前記測定されたビーム強度値を調整し、該調整された各ビームのビーム強度値及び／または未調整のビーム強度値を含む複数のビーム強度値を前記ユーザ端末から前記通信局に送信する工程と、
（４） 前記ユーザ端末において前記通信局によって送信されたハンドオフ指令メッセージを受信する工程と、を具備し、
（ａ） 前記ハンドオフ指令メッセージに基づいて、前記ユーザ端末は、前記通信局から送信される情報を受信するのにどのビームを用いるべきかを決定し、
（ｂ） 前記ハンドオフ指令メッセージは、現在のアクティブビームセットにない新たなアクティブビームセットにおける各ビームに対応するビーム識別子を具備し、
（ｃ） 前記現在のアクティブビームセットは、前記通信局と前記ユーザ端末間の通信リンクがすでに確立された全てのビームを含み、
（ｄ）前記新たなアクティブビームセットは、前記通信局と前記ユーザ端末との間の通信リンクとして用いるべき前記通信局によって選択されたビームを含む方法。 - 前記ハンドオフ指令メッセージを受信したときに、前記ユーザ端末は、前記ハンドオフ指令メッセージのビーム識別子によって識別されたビームに関するトラフィックの受信を開始する請求項４に記載の方法。
- ハンドオフ完了メッセージを前記ユーザ端末から前記通信局に送信するステップをさらに具備する請求項５に記載の方法。
- ユーザ端末と、通信局との間で通信を行うための衛星通信システムであって、前記ユーザ端末と前記通信局との間の通信リンクを確立するために使用され、それぞれが一部重複する異なる地理的エリアをカバーする複数のビームを投射する複数のビーム源を備えた衛星通信システムにおいて、呼ドロップ率を減少させるための方法は、
（１） 複数のビーム識別子及び該ビーム識別子に対応するパイロット調整値を前記通信局から前記ユーザ端末に送信する工程であって、前記複数のビーム識別子は、複数のビームと前記通信局によって現在使用されている複数のビーム源とを識別するものである工程と、
（２） 前記ユーザ端末において各ビームのビーム強度を測定し、前記パイロット調整値を加味することにより前記測定されたビーム強度値を調整し、該該調整された各ビームのビーム強度値及び／または未調整のビーム強度値を含む複数のビーム強度値を前記ユーザ端末から前記通信局において受信する工程と、
（３） 前記通信局において前記複数のビーム強度値に基づいて新たなアクティブビームセットを決定する工程であって、前記新たなアクティブビームセットは、前記通信局と前記ユーザ端末間の通信リンクとして使用すべき１つまたはそれ以上のビームを含む工程であって、
（ａ） 前記複数のビーム強度値に基づいて最も大きいビーム強度をもつ第１のビームを選択する工程であって、前記第１のビームは、第１のビーム源によって投射される工程と、
（ｂ） 前記第１のビームを前記新たなアクティブビームセットに含める工程と、
（ｃ） 前記複数のビーム強度値から第１のサブセットのビーム強度値を選択する工程であって、前記第１のサブセットのビーム強度値は、前記第１のビーム源以外のビーム源によって投射されたビームに対応する前記複数のビーム強度値の各々を含む工程と、
（ｄ） 前記第１のサブセットのビーム強度値に基づいて最も大きなビーム強度をもつ第２のビームを選択する工程と、
（ｅ） 前記第１のビームの強度から前記第２のビーム強度を減じた結果が０に等しいかあるいはそれよりも大きいしきい値に等しいかあるいはそれよりも小さいならば、前記第２のビームを前記新たなアクティブビームセットに含める工程と、を含む工程と、
（４） 前記新たなアクティブビームセット内の前記第２のビームを介してトラフィックを前記通信局から前記ユーザ端末に送信する工程と、
を具備する方法。 - 前記通信局において新たなアクティブビームセットを決定する工程はさらに、
（６） 前記第１のサブセットから第２のサブセットのビーム強度値を選択する工程であって、前記第２のサブセットのビーム強度値内の各ビーム強度値はアクティブビームに対応し、アクティブビームは前記ユーザ端末と前記通信局間で情報が現在送信されているビームである工程と、
（７） 前記第２のサブセットのビーム強度値に基づいて最も大きいビーム強度をもつ第３のビームを選択する工程と、
（８） 前記第１のビームの強度から前記第３のビームの強度を減じた結果が第２のしきい値に等しいかあるいはそれよりも小さいならば、前記第３のビームを前記新たなアクティブビームセットに含める工程と、
を具備する請求項７に記載の方法。 - 前記第２のしきい値は、前記第１のしきい値に等しいかあるいはそれよりも大きい請求項８に記載の方法。
- ユーザ端末と、通信局との間で通信を行うための衛星通信システムであって、前記ユーザ端末と前記通信局との間の通信リンクを確立するために使用され、一部重複する異なる地理的エリアをカバーする複数のビームを投射するビーム源を備えた衛星通信システムにおいて、呼ドロップ率を減少させるための前記ユーザ端末内のシステムは、
前記通信局から送信される複数のビーム識別子及び該ビーム識別子に対応するパイロット調整値を受信するためのビーム識別子受信手段であって、前記ビーム識別子は前記通信局によって現在使用されている複数のビームを識別するビーム識別子受信手段と、
前記複数のビーム識別子によって識別された各ビームのビーム強度を測定するためのビーム強度測定手段と、
前記パイロット調整値を加味することにより前記測定されたビーム強度値を調整し、該調整された各ビームのビーム強度値及び／または未調整のビーム強度値を含む複数のビーム強度値を前記通信局に送信するための送信手段と、
前記通信局によって送信されたハンドオフ指令メッセージを受信するためのハンドオフ指令メッセージ受信手段と、
前記ハンドオフ指令メッセージに基づいて前記通信局から送信される情報を受信するのにどのビームを用いるべきかを決定する手段と、
を具備し、
前記ハンドオフ指令メッセージは、新たなアクティブビームセットにない現在のアクティブビームセットにおける各ビームに対応するビーム識別子を具備し、前記新たなアクティブビームセットは、前記通信局と前記ユーザ端末との間の通信リンクとして用いるべき前記通信局によって選択されたビームを含むシステム。 - 前記ハンドオフ指令メッセージを受信した後に、前記ユーザ端末は、前記ハンドオフ指令メッセージのビーム識別子によって識別されたビームに関するトラフィックの受信を停止する請求項１０に記載のシステム。
- ユーザ端末と、通信局との間で通信を行うための衛星通信システムであって、前記ユーザ端末と前記通信局との間の通信リンクを確立するために使用され、一部重複する異なる地理的エリアをカバーする複数のビームを投射するビーム源を備えた衛星通信システムにおいて、呼ドロップ率を減少させるための前記ユーザ端末内のシステムは、
前記通信局から送信される複数のビーム識別子及び該ビーム識別子に対応するパイロット調整値を受信するための手段であって、前記ビーム識別子は前記通信局によって現在使用されている複数のビームを識別する手段と、
前記複数のビーム識別子によって識別された各ビームのビーム強度を測定するための手段と、
前記パイロット調整値を加味することにより前記測定されたビーム強度値を調整し、該調整された各ビームのビーム強度値及び／または未調整のビーム強度値を含む複数のビーム強度値を前記通信局に送信するための送信手段と、
前記通信局によって送信されたハンドオフ指令メッセージを受信するための手段と、
前記複数のビーム強度値を前記受信したビーム強度値にしたがって調整するための調整手段であって、前記送信手段が前記複数のビーム強度値を前記通信局に送信する前に、前記受信したビーム強度調整値にしたがって、前記複数のビーム強度値を調整する調整手段と、
を具備するシステム。 - ユーザ端末と、通信局との間で通信を行うための衛星通信システムであって、前記ユーザ端末と前記通信局との間の通信リンクを確立するために使用され、それぞれが一部重複する異なる地理的エリアをカバーする複数のビームを投射する複数のビーム源を備えた衛星通信システムにおいて、呼ドロップ率を減少させるための通信局内のシステムは、
前記通信局によって現在使用されている複数のビームを識別するための手段と、
複数のビーム識別子及び該ビーム識別子に対応するパイロット調整値を前記ユーザ端末に送信するための手段であって、各ビーム識別子は前記通信局によって現在使用されている前記ビームの１つを識別する手段と、
前記ユーザ端末において各ビームのビーム強度を測定し、前記パイロット調整値を加味することにより前記測定されたビーム強度値を調整し、該調整された各ビームのビーム強度値及び／または未調整のビーム強度値を含む複数のビーム強度値を前記ユーザ端末から受信するための手段と、
前記複数のビーム強度値に基づいて新たなアクティブビームセットを決定するための手段であって、前記新たなアクティブビームセットは、前記通信局と前記ユーザ端末との間の通信リンクとして用いるべき１つまたはそれ以上のビームを含む手段であって、
前記複数のビーム強度値に基づいて最も大きいビーム強度をもつ第１のビームを選択するための手段であって、前記第１のビームは、第１のビーム源によって投射される手段と、
前記第１のビームを前記新たなアクティブビームセットに含めるための手段と、
前記複数のビーム強度値から第１のサブセットのビーム強度値を選択する手段であって、前記第１のサブセットのビーム強度値は、前記第１のビーム源以外のビーム源によって投射されたビームに対応する前記複数のビーム強度値の各々を含む手段と、
前記第１のサブセットのビーム強度値に基づいて最も大きなビーム強度をもつ第２のビームを選択するための手段と、
前記第１のビームの強度から前記第２のビーム強度を減じた結果が０に等しいかあるいはそれよりも大きいしきい値に等しいかあるいはそれよりも小さいならば、前記第２のビームを前記新たなアクティブビームセットに含めるための手段と、
前記新たなアクティブビームセット内の前記ビームに関してトラフィックを前記通信局から前記ユーザ端末に送信するための手段と、
を具備するシステム。 - 新たなアクティブビームセットを決定するための前記手段は、
（ｆ） 前記第１のサブセットから第２のサブセットのビーム強度値を選択するための手段であって、前記第２のサブセットのビーム強度値内の各ビーム強度値はアクティブビームに対応しており、アクティブビームは、情報が現在前記ユーザ端末と前記通信局間で送信されているビームである手段と、
（ｇ） 前記第２のサブセットのビーム強度値に基づいて最も大きいビーム強度をもつ第３のビームを選択するための手段と、
（ｈ） 前記第３のビームを前記新たなアクティブビームセットに含めるための手段であって、前記第３のビームを前記新たなビームセットに含めるための前記手段は、前記第１のビームの強度から前記第３のビーム強度を減じた結果が第２しきい値に等しいかあるいはそれよりも小さいならば、前記第３のビームを前記新たなアクティブビームセットに含めるための手段と、をさらに具備する請求項１３に記載のシステム。 - 前記第２のしきい値は、前記第１のしきい値に等しいかあるいはそれよりも大きい請求項１４に記載のシステム。
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