JPH03158028A - 地上・衛星相互補完移動通信方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 二の発明は、地上通信系と衛星通信系との両者を利用す
る移動通信方式に関する。

「従来の技術」 ａ、地上通信系による移動通信 移動通信を代表する一つの例としての公衆自動車電話方
式（以下、自動車電話）においては、多数の無線ゾーン
を設置して広いエリアにおけるサービスを可能とすると
ともに、ある距離以上層れた無線ゾーンでは、同じ無線
周期数を別の通信に使わせることにより無線周波数の有
効利用を図っている。現在、この方法により、主要な都
市域と幹線道路沿い地域で自動車電話サービスが行われ
ている。サービスエリアを拡大するためには、無線ゾー
ンを増やしていくことが必要となるが、都市域から離れ
るにしたがってトラフィ７り密度が小さくなるため、各
無線ゾーンに設ける無線基地局設置等のコストを考慮し
た無線ゾーン当りの収支は悪化してくる。この無線ゾー
ン方式による地上通信系を利用して全国をくまなくサー
ビスを提供することは経済性の点で不可能に近い。

ｂ、衛星通信系による移動通信 衛星通信系による移動通信は、船舶通信に小規模に利用
されているほか、災害対策用の可搬形無線機の通信とし
て利用されている程度である。

１９９３年頃には衛星通信を利用した自動車電話を計画
している国がある。

衛星通信を利用した自動車電話では、広いエリアをカバ
ーすることは容易であるけれども、１つのゾーンが半径
１００ｋ１１以上の大きなものとなるため、単位面積あ
たりの無線周波数の繰返し利用度は、地上通信系（１つ
のゾーンの半径が３〜１０ｈ）の場合に比べて極めて小
さく、１つのゾーンで大規模な需要に対処するには、ぼ
う大な無線周波数帯域幅を必要とする。また、市街地で
ビルディングの影等へ移動無線端末機が入った時のシャ
ドウロスを救済するだけの送信電力等のシステム設計上
の令裕を持たせることはほとんど不可能である。即ち、
衛星通信による自動車電話等では、現実的には、シャド
ウロスの小さい郊外および地方を対象とした、比較的小
規模な需要を満たすものしか実施できない。

上述したように、地上通信系を利用した移動通信及び衛
星通信系を利用した移動通信には、夫々長所と短所があ
り、それをまとめたものが表１である。

Ｃ０両通信系の補完的利用 全国のどこでも、通信を行えるようにするためには、両
通信系の長所を生かした相互補完的利用が考えられる。

つまり都市域の高トラフイツク地域では地上通信系のゾ
ーンを、過疎地などの低トラフインク地域では衛星通信
系のゾーンをそれぞれ設け、例えば、自動車に両系の端
末機（一部の機能を共用することも可能）を積載して、
通信を行なう毎に、どっちかの端末機から発信して使え
る側を使ってい（という方法が考えられる。しかし、こ
の方法では、つぎに示すような問題点があり、大規模な
ユーザーを収容するものにはなり得ない。

（ｉ）衛星通信によるゾーンは大きく、かつ電界強度は
地形、建物、立木などの影響を受けるため、厳密にゾー
ンの限界を設定することができない。

このため、例えば第２図に示すように、電界強度が規定
値以上の衛星通信系の無線ゾーン１１と接してその外側
に地上通信系の無線ゾーン１２が配列されるが、衛星通
信系の無線ゾーン１１の外側に接する周辺の領域１３（
実線と点線の間）は通信品賞が例えば平均３ｄＢ劣化す
るが、高い確率で衛星通信系と接続される。この周辺領
域１３は地上通信系の無線ゾーン１２と重なる重複（オ
ーバーラツプ）領域であり、衛星通信系の無線ゾーン１
１の半径が大きいためこの重複領域１・３が大きく、か
つ都市域でも生じる地域的な小面積な不感地を衛星通信
系で救済することにすると、衛星通信系と地上通信系と
の重複領域は一層大きくなる。

この重複領域１３で衛星通信系と、地上通信系とを利用
する確率を２分の１ずつとすると、重複領域１３の全ア
クセスの２分の１は衛星通信系無線ゾーン１１で処理す
る必要があり、残りの２分の１は重複領域１３の多数の
地上通信系無線ゾーン１２で分散して処理され、１つの
地上通信系無線ゾーン１２と比較して、衛星通信系のチ
ャネル数を多く必要とする。

例えば、地上通信系の全国における同−周波数繰り返し
回数を１０回とし、衛星通信系のそれを２回とし、全国
の衛星通信系の無線ゾーンの３割の面積が地上通信系の
無線ゾーンと重複し、この重複領域では衛星通信系と地
上通信系とが１／２の確率で使われ、トラフィック密度
が均一とし、かつ全国での必要なチャネル数をＡとする
と、重複領域でも同様に同一周波数が繰り返し使用され
るから、重複領域での地上通信系に必要とするチャネル
数は ■ ＡＸｏ、３Ｘ　　　　÷１ｏ＝０．０１５Ａとなり、重
複領域での衛星通信系に必要とするチャネル数は ＡＸｏ、３Ｘ　　　　÷２＝０．０７５Ａとなり、地上
通信系のそれの５倍にもなる。

つまり、地上通信系に比べて周波数有効利用度の低い衛
星通信系の無線周波数を高い比率で必要とする。総合的
に見た周波数利用度は、全べて地上通信系で行った場合
に比べ、相当に低いものとなってしまう。

（ｉｉ）ユーザーは、通信の都度、どちらかの通信系を
選択せねばならず、不便である。また、各県の端末機を
用いているため、どちらかの通信系で通信中に、その通
信系のゾーン群の外側に出てしまった時に、他の通信系
に自動的に切替えること（追跡切替機能）が行われない
ため、通信の連続性がない。

なお地上通信系の従来の自動車電話においては通信中に
自動車走行により無線ゾーンが切替わると、周辺の複数
の無線ゾーンの各無線基地局でその自動車よりの電波を
受信し、その受信電界強度を監視して、この電界強度の
変化により無線ゾーンが変ったことを判断して無線ゾー
ンの切替え動作を開始している。このような従来の追跡
切替えを、地上通信系と衛星通信系とを利用する移動通
信方式に適用するためには、地上基地局と衛星局との双
方で、移動無線端末機の通信電波の受信電界強度を監視
し、これらの変化により判断することになり、衛星局の
設備が複雑となり、極めて高価なものとなる。

この発明の目的は、地上通信系と衛星通信系とを補完的
に使用し、かつ総合でみた周波数有効利用度を大幅に向
上させるとともに、ユーザーの利便上の向上および通信
の連続性を確保することができる移動通信方式を提供す
ることにある。

「課題を解決するための手段」 この発明によれば地上通信系を利用するゾーンと衛星通
信系を利用するゾーンとによりサービスエリアをカバー
し、移動無線端末機が衛星通信系で呼を待受ける状態で
周期的に地上通信系の電波を受信してその地上通信系が
利用可能か否かを判断し、利用可能と判断されれば直ち
にその地上通信系で呼の待受は状態に移行させ、また地
上通信系の無線基地局において衛星通信系で通信中の移
動無線端末機の電波を受信して地上通信系が利用可能か
否かを判断し、利用可能と判断されれば直ちにその衛星
通信系で通信中の移動無線端末機をその地上通信系を利
用して通信する状態へ移行させる。

「実施例」 第１図はこの発明の実施例を示す、移動通信衛星１４に
より衛星系の無線ゾーン（衛星系ゾーン）１１ａ、ｌｌ
ｂが地上に設定され、これら衛星系ゾーンｌｌａ、ｆｉ
ｂ間及びこれらゾーンと重複して、地上通信系の無線ゾ
ーン（地上系ゾーン）１２ａ−１２ｊが設定され、各地
上系ゾーン１２ａ〜１２ｊにおいてその各中央にある無
線基地局１５によって当該地上系ゾーン内の移動無線端
末機１６との間で各種の信号が授受される。移動無線制
御局１７は衛星通信系および地上通信系の各無線ゾーン
Ｌｌａ、ｌｌｂ、１２ａ　〜１２ｊ内の移動無線端末機
１６との間で接続等にかかわる一切の制御を行う。

移動通信衛星１４と移動無線制御局１７とは地上側の連
絡回線局１８を通じて接続されている。

移動無線制御局１７は一般電話網における電話交換局１
９に接続され、電話交換局１９には一般加大昔電話機２
１が収容されている。移動無線端末機１６は衛星通信系
および地上通信系の両系にアクセスでき、移動無線端末
機１６がサービスエリアの何処へ行っても通信できるよ
うにサービスエリアは、衛星系ゾーンと地上系ゾーンと
によってカバーされている（一部地域では両系のゾーン
が重複）。

この実施例の動作を説明するにあたって、先ず移動無線
端末機１６の機能について説明する。移動無線端末機１
６は地上通信系及び衛星通信系の全通信チャネルに切替
える機能を持っており、かつ移動無線制御局１７との間
で信号を授受することにより、在圏登録（どの制御ゾー
ンに居るかを制御局１７に登録）発着呼などを行う制御
チャネル（衛星通信系、地上通信系それぞれに複数）を
持っている。また、待受は時には、在圏登録しであるゾ
ーンの制御チャネルにて移動無線制御局１７からの呼出
を待つが、その制御チャネルの電波の強度が一定以下と
なると、他の制御チャネルを順次、切替えて夫々の電波
の強度を検出して、−定以上の強度の制御チャネルがあ
れば、その制御チャネルで短時間電波を送出して、移動
無線制御局１７に在圏登録を行って、その後、その制御
チャネルで待受ける機能を持つ。また、移動無線端末機
１６の持つ、通信チャネルについては、移動無線端末機
１６と移動無線制御局１７との間で制御チャネルを通じ
て制御信号を授受して通信チャネルを決めた後、当該通
信チャネルで通信等を行う機能を持つ他に、終話時の終
話信号の授受および通話中に別ゾーンへ移動した時、通
話中の通信チャネル切替に関する制御信号を授受する機
能を有する。以上述べた機能は、例えば科学新聞社発行
「新版移動通信方式」２４２〜２６０頁に示すＮＴＴ自
動車電話方式と同様の機能であるが、この実施例では衛
星通信系も含めた機能である。

つぎに、システムとしての在圏登録および追跡切替等の
基本的機能について説明する。

移動無線端末機１６が、地上系ゾーンの例えば１２ｆに
居る場合、ＮＴＴの現行自動車電話方式と同様に、地上
系ゾーン１２ｆを含む制御ゾーン（複数の無線ゾーンを
一つの制御ゾーンとして、その制御ゾーンに入った時に
は、その制御ゾーンに在圏していることを移動無線制御
局１７に登録し、移動着呼では、登録した制御ゾーン内
の各無線基地局１５から呼出を行う）への在圏登録が移
動無線制御局１７において行われ、移動着呼はこの在圏
登録に基づいてこの制御ゾーンで行われる。

移動発呼においては、地上系ゾーン１２ｆの無線基地局
１５を通じて移動無線制御局１７と接続のための情報交
換を行った後、電話交換局１９を通じて一般加入者電話
機２１（又は他の移動無線端末機）と接続される。

−たん、移動無線端末機１６と一般加入者電話機（もし
くは他の移動無線端末機）と通信状態に入ると通信の連
続性を確保するため、例えば地上系ゾーン１２ｆに居る
場合には、その地上系ゾーン１２ｆおよびその回りの地
上系ゾーン１２ｂ。

１２ｃ、１２ｅ、１２ｇ、１２ｉ、１２ｊの各無線基地
局１５で、当該無線回線（移動無線端末機が通信中の通
信チャネル）の電波の強度を監視し、その情報を移動無
線制御局１７に送り、それを受けた移動無線制御局１７
では各地上系ゾーンでの電波の強度を比較し、地上系ゾ
ーン１２ｆの強度が所定値以下となると共に、どれか他
の地上系ゾーンの電波の強度が十分大きくった場合には
、移動無線端末機１６が地上系ゾーンを変えたと見なし
て、移動無線制御局１７の指示によって、通信の無線回
線を電波の強度が十分大きくなった地上系ゾーンの無線
回線への切替を行う（追跡切替）。

以上説明したように地上通信系における在圏登録、追跡
切替の方法は、従来と同様の方法でよいが、衛星通信系
にかかわる処理はこの発明で新たに行われるものであり
、以下に説明する。

ａ、在圏登録 移動無線端末機１６が通信していない状態で、重複領域
の地上系ゾーン１２ａ又は１２ｄから衛星系ゾーンｌｌ
ａの中（第２図で左側）に向って移動して地上系ゾーン
の存在しない場所へ移ると、移動無線端末機１６は、そ
れまでの制御チャネルの受信レベルが所定値以下になり
、これを検出して制御チャネルを順次切替え、１衛星系
ゾーンの制御ｎチャネルが一定値以上の電波強度がある
ことを検出して、短時間電波を発射して、移動無線制御
局エフに対して在圏登録を行い、それ以後、その制御チ
ャネルで呼出を待受ける状態となり、呼び発着信はその
衛星系ゾーンｌｌａで行なわれる。

従来の地上通信系と同様な機能であるならば、その後、
衛星通信系の制御チャネルの電波の強度を監視していて
一定値以下とならない限りは、その衛星系ゾーンｌｌａ
に在圏していると判断し、ゾーンの切替はない。

しかし、この発明では、システム総合の周波数有効利用
度を向上させるため、次のような機能をも持たせている
。一般に、衛星系ゾーンは、地上系ゾーンに比べて非常
に大きいため、両通信系とも不感となってしまう場所を
小さくするために、実際上は、両通信系のゾーンが重複
する場所が多いものとなるので、移動無線端末機が衛星
系ゾーンへ移った後、比較的短時間のうちに地上系ゾー
ンでも通信可能な場所に移動することが考えられる。こ
のような場合、周波数有効利用度の大きい地上通信系を
優先的に利用するため、直ちに地上系ゾーンに在圏登録
を行うようにする。

このため、この発明では、移動無線端末機１６において
、衛星系ゾーンで在圏登録している状態では、衛星通信
系の電波の強度が十分な場合であっても、定期的（数分
間以上毎に）に、短時間、地上通信系の制御チャネル（
複数）へ切替えて、電波の強度を監視し、もし、地上通
信系の制御チャネルが一定値以下の強度であれば、地上
通信系を利用できないと判断してそのまま衛星通信系で
呼を待受けるが、もし、地上通信系で一定値以上の強度
の制御チャネルが見つかれば、地上通信系を利用できる
と判断して地上通信系のその制御チャネルにて在圏登録
を行う。この機能により、常時、地上優先で呼の発着を
行うことが可能となる。

ｂ３通信中のチャネル切替 衛星系ゾーンに在圏していて、衛星通信系で通話に入っ
た状態でも、移動無線端末機の移動により、前項と同じ
ように地上通信系でも通信可能な場所に移ることが生じ
るが、その場合も、システム総合の周波数有効利用度を
大きくするために、直ちに地上通信側へ切替えるように
する。これを実現するため、この発明では、システムに
以下の機能を持たせている。

すなわち、衛星系ゾーンとオーバーラツプ（重複）する
各地上系ゾーンの各無線基地局に、衛星通信系で通信中
の移動無線端末機の電波の強度を監視する監視受信機を
設置し、移動無線制御局１７からの指示により、通信中
の移動無線端末機の電波の強度を定期的に測定して、そ
の情報を移動無線制御局１７に送る。それを受けた移動
無線制御局１７では、一定値以上の電波の強度となった
無線基地局１５があれば、移動無線端末機がその無線基
地局１５の所属する地上系ゾーンに入ったと判断して、
通信中の衛星系チャネルに切替信号と切替える先の地上
系チャネル情報を送出して、′°通信中のチャネル切替
”を行う。なお、上述の監視受信機は、通信中の多数の
チャネルを順次切替えて各チャネルの電波の強度を測定
できる機能を有する。また、衛星通信系で通信中の移動
無線端末機のアンテナの指向性は水平面内では無指向性
で、垂直面内では高仰角となっているが、前記監視受信
機で衛星通信系で通信中の移動無線端末機の送信する電
波の強度を測定する場合、アンテナが地上系通信用の低
仰角指向性となった場合との強度差は換算を行うことで
対応し、移動無線制御局１７で移動無線端末機が地上系
ゾーンを移動中における追跡切替と区別なく行わせるこ
とができる０以上により、衛星通信系で通信中に、衛星
通信系の電波強度が一定値以下となった場合には当然地
上通信系へ切替るが、衛星通信系で通信中にその電波強
度が一定値以下にならない場合でも地上通信系とも通信
可能となった場合は地上通信系へ優先的に切替えること
が可能となる。

以上述べた実施例における、待受は時の地上通信系優先
の機能および通信中の地上通信系優先の機能により、地
上・衛星相互補完移動通信方式の総合的にみた周波数利
用度を大幅に向上させることができる。

「発明の効果」 以上述べたようにこの発明によれば例えばトラフィック
の高い都市域は地上系ゾーンでカバーし、トラフィック
の低い過疎地は衛星ゾーンでカバーし、地上通信系と衛
星通信系とで相互にその長所を補完することにより経済
的に全国的なサービスエリアをカバーできる移動通信方
式を提供することができる。

この場合、衛星通信系を利用した待受は時も通信中も、
周期的に地上通信系でも利用できるかをチエツクし、地
上通信系が利用できる場合は優先的に地上通信系へ切替
えているため、衛星系ゾーンと地上系ゾーンとの重複領
域では必ず地上通信系が利用されることになり、それだ
け衛星通信系のチャネル数を減少することができる。こ
の重複領域は前述したように非常に広く、場合によると
都市域で生じる地域的な小面積の不感地を衛星通信系で
救済する点から、全サービスエリアを衛星系ゾーンでカ
バーした状態で、都市域に地上系ゾーンを重ねて設定す
ることも考えられ、前記重複領域での地上通信系を優先
させて衛星系のチャネル数を減少することは非常に有効
なことである。

通信中に地上系ゾーンから衛星系ゾーン内の衛星通信系
のみしか利用できない領域に移動した場合はそれまでの
通信チャネルの電波の強度が所定値以下になったことを
検出して、自動的に衛星通信系の制御チャネルを捕捉し
て、移動無線制御局エフの衛星通信系への切替えを要求
することにより、衛星に大規模の設備を設けることなく
、はぼ連続した通信が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す図、第２図は地上通信
系の無線ゾーンと衛星通信系の無線ゾーンとの重なりを
示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）地上通信系を利用するゾーンと衛星通信系を利用
   するゾーンとによりサービスエリアをカバーし、 移動無線端末機が衛星通信系で呼を待受ける状態で、周
   期的に地上通信系の電波を受信してその地上通信系が利
   用可能か否かを判断し、利用可能と判断されれば直ちに
   その地上通信系で呼の待受け状態に移行させ、地上通信
   系の無線基地局において衛星通信系で通信中の移動無線
   端末機の電波を受信して、地上通信系が利用可能か否か
   を判断し、利用可能と判断されれば直ちにその衛星通信
   系で通信中の移動無線端末機をその地上通信系を利用し
   て通信する状態へ移行させることを特徴とする地上・衛
   星相互補完移動通信方式。