JPH07203549A

JPH07203549A - 無線チャネル・アクセス制御

Info

Publication number: JPH07203549A
Application number: JP6317709A
Authority: JP
Inventors: James P Redden; ジェームス・パワーズ・レッドン; David Terris; デビッド・エヌエムアイ・テリス; Michael W Krutz; ミカエル・ウィリアム・クルーツ
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1993-12-06
Filing date: 1994-11-29
Publication date: 1995-08-04
Anticipated expiration: 2022-02-14
Also published as: DE69432584D1; DE69432584T2; RU94042923A; RU2146418C1; US5490087A; JP3880080B2; EP0658014A1; CA2135855A1; UA32559C2; ATE239331T1; EP0658014B1

Abstract

(57)【要約】【目的】低軌道周回衛星１２によって構成され、セル
３４においてユーザ間で通信チャネルの割り当てを行う
セルラ通信システムを提供する。【構成】各加入者ユニット２６は、組み込まれたクラ
ス識別子でプログラムされる。頻繁な利用期間中など、
衛星１２の捕捉をある限られたクラスまたはクラスのセ
ットに制限することが望ましい期間中に、衛星は禁止ク
ラス識別子のリストを放送して、禁止されていないクラ
スのみに通信システムへのアクセスを許可する。本方法
は、階層クラスに基づいてユーザに対してアクセスを許
可することにより、スラッシングを低減する。本方法
は、実時間セル負荷データと、過去の経験に基づく経時
的セル負荷情報の両方を利用し、自然災害の場合にアク
セスを緊急サービスに制限するようにプログラムでき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般に、通信システム
に関する。さらに詳しくは、本発明は、通信が行われる
エリアをセルに分割し、かつ限られたスペクトル資源を
セル内の各ユーザ間で分配するシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のセルラ通信システムは、加入者が
通信システムにアクセスする方法を採用する。一般に、
システム・アンテナは離間した位置に建てられる。各シ
ステム・アンテナは、送信電力，受信感度および地理的
形状とともに、セルの位置および寸法を定める。セルと
は、地表上の地理的エリアのことであり、このエリア内
で、所定の動作特性を有する加入者ユニットを介してお
よびセルのアンテナを介して通信を行うことができる。
割り当てられたスペクトルを効率的に利用するセルラ・
システムでは、システム・アンテナは、セル間の重複を
最小限に抑え、かつセル間の隙間を低減するように配置
される。

【０００３】従来のセルラ・システムに割り当てられた
スペクトルは、いくつかの離散的な部分、一般に周波数
バンド（または「チャネル」ともいう。）に分割され
る。各セルには、スペクトルの１つまたはそれ以上の離
散的な部分が割り当てられ、各セルは、好ましくは、ス
ペクトルの他の離散的部分を利用するセルによって取り
囲まれる。セル内の通信は、このセルに割り当てられた
離散的な部分のみを利用し、他の近傍のセルで行われる
通信間の干渉は、このような近傍セルにおける通信はス
ペクトルの異なる部分を利用するので、最小限に抑えら
れる。同一チャネル・セル(co-channel cell) とは、ス
ペクトルの同じ離散的部分を再利用するセルのことであ
る。干渉を最小限に抑えるため、周波数再利用方式は、
同一チャネル・セルを所定の距離離して配置する。

【０００４】従来のセルラ通信システムでは、加入者ユ
ニットは、特定のカバー・エリア(area of coverage)、
例えば、セル内のシステムによって提供されるいくつか
の捕捉チャネル(acquisition channel) の１つをランダ
ムに選択することによって、無線チャネルを捕捉する。
通信システムへのアクセスを獲得するため、加入者は捕
捉チャネルにおいてシステムとのプロトコルを開始す
る。プロトコルの例には、当技術分野で周知のＡＬＯＨ
Ａ型プロトコルが含まれる。加入者ユニットは、プロト
コルの一部として、通信を行うための、トラヒック・チ
ャネルと呼ばれる特定のチャネルの割り当てを受ける。

【０００５】一般に、ＡＬＯＨＡ方式は４つのモード、
すなわち１）ユーザが捕捉要求メッセージをシステムに
送信する、送信モード(Transmission Mode) ；２）捕捉
要求メッセージを送信した後に、ユーザが通信システム
からの捕捉肯定応答（ＡＣＫ）または否定応答（ＮＡ
Ｋ）を聴取する、聴取モード(Listening Mode)；３）Ｎ
ＡＫが受信された場合に、捕捉要求メッセージをシステ
ムに再送信する、再送信モード(Re-transmission Mod
e)；および４）ユーザが指定の時間期間内にＡＣＫまた
はＮＡＫを受信しなかった場合に、ユーザが捕捉要求メ
ッセージを再送信するタイムアウト・モード(Timeout M
ode)によって構成される。各ユーザからの送信が時間的
に重複（すなわち衝突(collide) ）して、受信エラーを
発生する場合に、ＡＬＯＨＡプロトコル方式では問題が
生じる。この現象は、「スラッシング(thrashing) 」と
して知られている。

【０００６】ＡＬＯＨＡ方式の主な問題点の１つは、通
信システムにアクセスすることを同時に試みるユーザか
らの送信の衝突である。受信エラーを低減する、ＡＬＯ
ＨＡプロトコルの例として、スロット式ＡＬＯＨＡ（Ｓ
−ＡＬＯＨＡ）および予約(reservation) 式ＡＬＯＨＡ
（Ｒ−ＡＬＯＨＡ）が含まれる。Ｓ−ＡＬＯＨＡプロト
コルでは、一連の同期パルスがすべての局に放送され、
ほとんどのＡＬＯＨＡ方式の場合と同様に、パケット長
は一定である。ユーザは、同期パルス間のタイム・スロ
ットでメッセージを送信する必要があり、タイム・スロ
ットの開始でしか開始できない。Ｓ−ＡＬＯＨＡでは、
同じタイム・スロット内で送信されたメッセージしか互
いに干渉しないので、アクセスを要求するユーザ間の衝
突の量は低減される。

【０００７】Ｒ−ＡＬＯＨＡプロトコル方式は、２つの
基本的なモード、すなわち、未予約(unreserved)モード
および予約(reserved)モードを採用する。未予約モード
では、タイム・フレームが確立され、多数の小さい予約
サブスロットに分割される。ユーザは、これらの小さい
サブスロットを利用してメッセージ・スロットを予約す
る。予約を要求した後、ユーザは肯定応答およびスロッ
ト割り当てを聴取する。予約モードでは、タイム・フレ
ームは、予約が行われる度に、Ｍ＋１スロットに分割さ
れる。最初のＭ個のスロットはメッセージ送信用に用い
られ、最後のスロットは、予約要求用に用いられるサブ
スロットに分割される。ユーザは、Ｍスロットの各自割
り当てられた部分においてのみメッセージ・パケットを
送信する。

【０００８】ランダム・アクセスを有する複数のユーザ
を抱えるシステムは、一般にコントローラを利用して秩
序を保つ。コントローラは、ユーザ集合を周期的にポー
リング(poll)して、ユーザのサービス要求を判定する。
ユーザ集合が大きく（すなわち数千人）、トラヒックが
バースト状態の場合、ポーリングに要する時間は過剰に
なることがある。「バイナリ・ツリー検索(Binary Tree
Search)」および「ストレート・ポーリング(Straight
Polling)」などのポーリング方法は、当技術分野で周知
である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】多くのユーザを抱える
システムにおける、かなりの負荷の場合のＳ−ＡＬＯＨ
ＡおよびＲ−ＡＬＯＨＡでは、捕捉チャネル上で加入者
ユニット間のかなりの干渉がありうる。その結果、比較
的少数の加入者ユニットのみが実際にプロトコルを完了
して、捕捉チャネルの割り当てを受信する。さらに、加
入者ユニットが捕捉プロトコルの完了に成功しても、割
り当てるためのトラヒック・チャネルがないことがあり
うる。これは、加入者ユニットおよび通信システムによ
る資源の浪費である。衛星方式の通信システムでは、例
えば、衛星バッテリ・エネルギなど限られた宇宙船の資
源を節約する必要性のため、この問題はさらに深刻にな
る。従って、捕捉チャネル上で送信するユーザ間の干渉
を低減する手段および方法が必要とされる。さらに、ト
ラヒック・チャネルがない場合に、加入者ユニットに捕
捉チャネルの割り当てを防ぐ手段および方法が必要とさ
れる。また、加入者装置が過剰な送信を行わずに、サー
ビスが利用できないときを判断し、かつサービス容量が
制限されている場合に、限られたクラスまたはクラス・
セットに通信システムへの捕捉を制限することを可能に
する手段および方法が必要とされる。よって、複数のユ
ーザをサポートし、かつ失敗した捕捉試みの数を最小限
に抑える改善された通信システムが必要とされる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の利点は、複数の
ノードによって構成される通信システムへの加入者ユニ
ットのアクセスを制御する方法を提供することであり、
ここで複数のノードの各ノードは、関連する少なくとも
１つのアンテナ・ビームを有し、各加入者ユニットは関
連するユーザ・クラスを有する。本方法は、プラニング
期間中にオーバロードを示しそうな地理的エリアを特定
し、通信システムへのアクセスを禁止したい地理的エリ
アにおけるユーザの割合を計算し、この割合に基づいて
地理的エリアにおいて禁止すべき禁止ユーザ・クラス(i
nhibited user classes)のセットを形成することによっ
て構成される。本方法はさらに、禁止ユーザ・クラスの
セットを含むパラメータ・セットを生成し、プラニング
期間中に地理的エリアにサービスを提供する予定の、複
数のノードのうち少なくとも１つのノードと、関連する
アンテナ・ビームとを特定し、パラメータ・セットを少
なくとも１つのノードに送信することによって構成され
る。本方法はさらに、放送チャネル上で関連アンテナ・
ビームにおいてパラメータ・セットをノードによって放
送することによって構成され、禁止ユーザ・クラスのセ
ットの加入者ユニットは、通信システムにアクセスする
ことが禁止される。

【００１１】本発明の別の利点は、関連するユーザ・ク
ラスを有する加入者ユニットによってアクセス可能な通
信システムのユーザに対してアクセスを制限する方法を
提供することである。本方法は、複数のアンテナ・ビー
ムから最も強いアンテナ・ビームを加入者ユニットによ
って選択する段階によって構成され、複数のアンテナ・
ビームは通信システムの少なくとも１つのノードと関連
し、アンテナ・ビームは関連する放送チャネル，トラヒ
ック・チャネルおよび捕捉チャネルを有する。また、本
方法は、禁止ユーザ・クラスを含むパラメータ・セット
を、最強アンテナ・ビームと関連する通信チャネルにお
いて加入者ユニットで受信することを含む。本方法はさ
らに、加入者ユニットと関連するユーザ・クラスが、パ
ラメータ・セットで受信された禁止ユーザ・クラスの１
つであるかどうかを、加入者ユニットによって判定し、
加入者ユニットと関連するユーザ・クラスが禁止ユーザ
・クラスの１つである場合に、サービスが現在利用でき
ないことを加入者ユニットのユーザに通知することを含
む。

【００１２】好適な実施例では、本方法は、加入者ユニ
ットと関連するユーザ・クラスが禁止ユーザ・クラスの
１つである場合に、複数のアンテナ・ビームの第２アン
テナ・ビームが利用可能かどうかを、他のアンテナ・ビ
ームの信号強度に基づいて判定する段階と、第２アンテ
ナ・ビームが利用可能な場合に、この第２アンテナ・ビ
ームを加入者ユニットによって選択する段階とによって
構成される。本方法はさらに、禁止ユーザ・クラスの第
２リストを含む第２パラメータ・セットを、第２アンテ
ナ・ビームと関連する放送チャネルにおいて加入者ユニ
ットで受信し、加入者ユニットと関連するユーザ・クラ
スが第２パラメータ・セットで受信された禁止ユーザ・
クラスの１つであるかどうかを、加入者ユニットによっ
て判定することを含む。

【００１３】別の好適な実施例では、本方法は、加入者
ユニットと関連するユーザ・クラスがパラメータ・セッ
トで受信された禁止ユーザ・クラスの１つでない場合
に、最強アンテナ・ビームと関連する捕捉チャネル上で
アクセス・プロトコルを開始する段階と、アクセス・プ
ロトコルの完了時に、最強アンテナ・ビームと関連する
トラヒック・チャネルの割り当てを、捕捉チャネル上で
受信する段階とによって構成される。

【００１４】本発明の別の利点は、通信システムにおい
てノードを運用する方法を提供することであり、ノード
は関連する複数のアンテナ・ビームを有し、複数のアン
テナ・ビームの各アンテナ・ビームは、関連する通信サ
ービス需要を有し、アンテナ・ビームは関連する放送チ
ャネル，トラヒック・チャネルおよび捕捉チャネルを有
する。本方法は、１つのアンテナ・ビームについて禁止
ユーザ・クラスのリストを含む、複数のアンテナ・ビー
ムのうち少なくとも１つのアンテナ・ビームと関連する
パラメータ・セットを、通信システムから受信する段階
と、このアンテナ・ビームと関連する利用可能なトラヒ
ック・チャネル数が予約閾値(reserve threshold) 以下
であるかどうかを判定する段階とによって構成される。
本方法はさらに、少なくとも１つのアンテナ・ビームに
おける利用可能トラヒック・チャネル数が予約閾値以下
の場合に、パラメータ・セットを修正して、正規ユーザ
・クラス(regular user classes)のリストを含める段階
と、少なくとも１つのアンテナ・ビームの関連放送チャ
ネルにおいてパラメータ・セットを放送する段階とを含
む。

【００１５】本発明の別の利点は、複数のノードを有す
る通信システムを提供することである。本システムは、
複数のノードのうち１つのノードに結合され、アンテナ
・ビームを生成するアンテナと、このアンテナに結合さ
れ、アンテナ・ビームにおいて直交チャネル・セットを
送受信できる多重チャネル・トランシーバと、この多重
チャネル・トランシーバに結合されたプロセッサとによ
って構成される。本システムはさらに、プロセッサに結
合された保存媒体によって構成され、プロセッサと保存
媒体との組合せは、プラニング期間中にオーバロードを
示しそうな地理的エリアを特定し、通信システムにアク
セスすることを禁止すべき地理的エリアにおけるユーザ
の割合を計算する。プロセッサと保存媒体との組合せは
さらに、前記割合に基づいて、地理的エリアにおいて禁
止すべき禁止ユーザ・クラスのセットを形成し、この禁
止ユーザ・クラスのセットを含むパラメータ・セットを
生成し、プラニング期間中に地理的エリアにサービスを
提供する予定の複数のノードのうち１つのノードと関連
するアンテナ・ビームとを特定する。また、プロセッサ
と保存媒体との組合せは、パラメータ・セットをノード
に送信し、多重チャネル・トランシーバは放送チャネル
上の関連アンテナ・ビームにおいてこのパラメータ・セ
ットを放送する。その結果、禁止ユーザ・クラスのセッ
トの加入者ユニットは、通信システムへのアクセスを行
うことが防がれる。

【００１６】

【実施例】「衛星(satellite) 」とは、本明細書では、
天体（例えば、地球）を周回する人工の物体または飛行
体を意味するものとする。地球(Earth) とは、通信衛星
が周回できる任意の天体を含むものとする。「衛星群(c
onstellation) 」とは、本明細書では、天体の一部また
はすべての指定されたカバー（例えば、無線通信写真測
量など）を行うため軌道上に配置された衛星の集合を意
味するものと定義される。衛星群は一般に、複数の衛星
の輪（または面）を含み、各面では等しい数の衛星を有
してもよいが、これは不可欠ではない。本明細書では、
「セル(cellおよび「アンテナ・パターン(antenna patt
ern) 」という用語は特定の発生モードに限定されず、
地球または衛星セルラ通信システムおよび／またはその
組合せによって生成されるものを含む。「衛星」という
用語は、低軌道(low earth orbiting: ＬＥＯ) 衛星を
含め、静止衛星および周回衛星および／またはその組合
せを含む。

【００１７】図１は、軌道１４を占める周回衛星１２を
利用して天体（例えば、地球）上空でその周りに配置さ
れた衛星方式通信システム１０の極めて簡略化された図
を示す。本発明は、低軌道(low-Earth) ，中軌道(mediu
m-Earth)および同期(geosynchronous)軌道を有する衛星
を含むシステムに適用できる。さらに、任意の傾斜角
（例えば、極，赤道または他の軌道パターン）を有する
軌道に適用できる。

【００１８】一例としての通信システム１０は、６つの
極軌道１４を利用し、各軌道１４は１１基の衛星を有
し、全部で６６基の衛星１２がある。ただし、これは不
可欠ではなく、より多くのまたは少ない衛星や、より多
くのまたは少ない軌道を利用してもよい。本発明は、多
くの衛星を用いる場合に有利に利用できるが、１つの衛
星でも適用できる。わかりやすいように、図１は数基の
衛星しか示していない。例えば、各軌道１４は、約７８
０ｋｍの高度で地球を回っているが、より高いまたは低
い軌道高度も利用できる。衛星１２の比較的低い軌道の
ため、任意の１つの衛星からの実質的に見通し線(line-
of-sight) 電磁波（例えば、無線，光など）伝送または
任意の１つの衛星による信号の受信は、任意の瞬間にお
いて地球の比較的小さいエリアをカバーする。

【００１９】図示の例では、衛星１２は約２５，０００
ｋｍ／時で地球に対して移動し、衛星１２は、約９分の
最大期間で地球局に現れる。

【００２０】衛星１２は、ある数の無線通信加入者ユニ
ット（subscriber unit: ＳＵ）２６と、システム制御
セグメント（system control segment: ＳＣＳ）２８に
接続された地球端末（earth terminal: ＥＴ）２４とを
含む地上局と通信する。ＥＴ２４は、公衆電話回線網
（ＰＳＴＮ）または他の通信設備にアクセスするゲート
ウェイ（gateway: ＧＷ）２２に接続してもよい。わか
りやすいように、図１ではそれぞれ１つのＧＷ２２，Ｓ
ＣＳ２８およびＳＵ２６のみが示されている。ＥＴ２４
は、ＳＣＳ２８またはＧＷ２２と一緒にまたは別々に配
置してもよい。ＳＣＳ２８と関連するＥＴ２４は、衛星
１２の追跡(tracking)を記述するデータを受信し、制御
情報のパケットを中継するが、ＧＷ２２と関連するＥＴ
２４は、データ・パケット（例えば、通話中(call in p
rogress)に関する）のみを中継する。

【００２１】ＳＵ２６は、地球の表面上または地球の上
空の大気中のどこにでも配置することができる。ＳＵ２
６は、好ましくは、衛星１２にデータを送信し、衛星１
２からデータを受信できる通信装置である。一例とし
て、ＳＵ２６は衛星１２と通信するように適用されたハ
ンドヘルド型携帯セルラ電話でもよい。一般に、ＳＵ２
６は、通信システム１０について制御機能を実行する必
要はない。

【００２２】ネットワーク１０は、百万単位の任意の数
の加入者ユニット２６を収容できる。本発明の好適な実
施例では、加入者ユニット２６は加入者リンク１６を介
して近傍の衛星１２と通信する。リンク１６は、多数の
チャネルに分割された電磁スペクトルの限定された部分
を含む。リンク１６は、好ましくは、Ｌバンド周波数チ
ャネルの組合せであり、周波数分割多元接続（Frequenc
y Division MultipleAccess: ＦＤＭＡ）および／また
は時分割多元接続（Time Division Multiple Access:
ＴＤＭＡ）通信（インフラ）またはその組合せでもよ
い。最小限でも、衛星１２は１つまたはそれ以上の放送
チャネル１８上で連続的に送信する。加入者ユニット２
６は放送チャネル１８に同期し、放送チャネル１８を監
視して、自局に宛てられたデータ・メッセージを検出す
る。加入者ユニット２６は、１つまたはそれ以上の捕捉
チャネル１９上で衛星１２にメッセージを送信できる。
放送チャネル１８および捕捉チャネル１９は、１つの加
入者ユニット２６に専用ではなく、衛星１２の視界内の
すべての加入者ユニット２６によって共有される。

【００２３】一方、トラヒック・チャネル１７は、衛星
１２によって特定の加入者ユニットに随時割り当てられ
る２方向チャネルである。本発明の好適な実施例では、
チャネル１７から９上でデータを通信するためにデジタ
ル・フォーマットが利用され、トラヒック・チャネル１
７はリアル・タイム通信をサポートする。少なくとも１
つのトラヒック・チャネル１７は各呼について割り当て
られ、各トラヒック・チャネル１７は、少なくとも、２
方向音声通話をサポートする十分な帯域幅を有する。リ
アル・タイム通信をサポートするため、望ましくは時分
割多元接続（ＴＤＭＡ）方式が用いられ、時間を、好ま
しくは６０〜９０ミリ秒の範囲のフレームに分割する。
特定のトラヒック・チャネル１７には、特定の送信およ
び受信タイム・スロットが割り当てられ、各フレーム内
で好ましくは３〜１０ミリ秒の範囲の期間を有する。フ
レーム全体の信号が割り当てられたタイム・スロット中
に１つの短い高速バーストで送受信されるように、アナ
ログ音声信号はデジタル化される。好ましくは、各衛星
１２が同様な数の独立した呼を同時に処理できるよう
に、各衛星１２は最大１０００以上のトラヒック・チャ
ネル１７をサポートする。

【００２４】衛星１２は、クロスリンク２３を介して他
の近傍の衛星１２と通信する。従って、地球の表面上ま
たは付近の任意の点に位置する加入者ユニット２６から
の通信は、地球の表面上の実質的に任意の他の点の範囲
内に衛星１２の衛星群を介して送られる。通信は、加入
者リンク１６を利用して、衛星１２から地球の表面上ま
たは付近の加入者ユニット２６に送ることができる。あ
るいは、通信は、図１では２つのみを示す、多くのＥＴ
２４のいずれかに対してまたはそこから、地球リンク１
５を介して送ることができる。ＥＴ２４は、好ましく
は、地勢学的境界に基づいて地球の表面上で分散され
る。好適な実施例では、各衛星１２は、任意の瞬間に、
最大４つのＥＴ２４および１０００以上の加入者ユニッ
ト２６と通信できる。

【００２５】ＳＣＳ２８は、システム通信ノード（例え
ば、ＧＷ２２，ＥＴ２４および衛星１２）の健全性およ
び状態を監視し、望ましくは、通信システム１０の動作
を管理する。１つまたはそれ以上のＥＴ２４は、ＳＣＳ
２８と衛星１２との間で主通信インタフェースを提供す
る。ＥＴ２４は、アンテナおよびＲＦトランシーバを含
み、好ましくは、衛星１２の衛星群に対して遠隔測定(t
elemetry) ，追跡(tracking)および制御機能を行う。

【００２６】ＧＷ２２は衛星１２とともに呼処理機能を
行うことができ、あるいはＧＷ２２は通信システム１０
内で呼処理および呼処理容量の割り当てを専門的に行っ
てもよい。ＰＳＴＮなどさまざまな地上方式の通信シス
テムは、ＧＷ２２を介して通信システム１０にアクセス
できる。

【００２７】６６基の衛星１２の衛星群の例では、少な
くとも１つの衛星１２は、あらゆる時間において地表の
各点の視界内にある（すなわち、地表の完全な網羅が得
られる）。理論的には、任意の衛星１２は、衛星１２の
衛星群を介してデータを送出することにより、任意の時
間に任意のＳＵ２６またはＥＴ２４と直接または間接的
にデータ通信を行うことができる。従って、通信システ
ム１０は、衛星１２の衛星群を介してデータを中継する
ための通信経路を、任意の２つのＳＵ２６の間，ＳＣＳ
２８とＧＷ２２との間，任意の２つのＧＷ２２の間また
はＳＵ２６とＧＷ２２との間で確立することができる。

【００２８】本発明は、地球の完全な網羅が得られない
場合（すなわち、衛星群によって提供される通信カバー
に「穴」がある場合）の衛星群や、地球の部分の複数の
網羅が生じる場合（すなわち、２つ以上の衛星が地表上
のある点の視界内となる場合）の衛星群にも適用でき
る。

【００２９】前述のように、好適な実施例における通信
は、デジタル・フォーマットに構成される。図２は、通
信を加入者ユニットに転送するために利用できる一例と
してのデータ・パケット３０のブロック図を示す。パケ
ット３０は、パケット３０と関連するタイプ特性(type
characterization) を識別するデータと、パケット３０
と関連する長さと、データ・パケット・ヘッダに従来含
まれる他の情報とを伝達するヘッダ３２を含む。タイプ
特性は、パケット３０がシステム制御メッセージを専門
に伝達するかどうか、または加入者トラヒックを伝達す
るかどうかを示すことができる。ルーティング・コード
(routing code)３４は、どこにパケット３０を送出すべ
きかをネットワーク１０（図１）に対し指示するために
含まれる。

【００３０】加入者ＩＤ３６は、加入者ユニット２６を
固有に識別し、かつ識別された加入者ユニットと、トラ
ヒック・チャネル１７（図１）を加入者ユニット２６に
与える任意の衛星１２（図１）とに知らされたコードを
表す。加入者ユニット２６は、放送チャネル１８（図
１）上で送信された加入者ＩＤ３６を監視して、パケッ
ト３０が自局に宛てられているかどうか調べる。衛星１
２は、加入者ユニット・トラヒックを伝達するパケット
３０の加入者ＩＤ３６を利用して、このパケット３０
を、識別された加入者ユニット２６に割り当てられたト
ラヒック・チャネル１７に送出する。

【００３１】ヘッダ３２，ルーティング・コード３４お
よび加入者ＩＤ３６は、パケット３０をその宛先に届け
るためのオーバヘッド・データを表す。パケットの宛先
では、ペイロード・データ３８が用いられる。つまり、
パケット３０を宛先に送る目的は、一般に、ヘッダ３
２，ルーティング・コード３４または加入者ＩＤ３６で
はなく、ペイロード・データ３８を伝達することであ
る。ペイロード・データ３８は、システム制御データ４
０またはシステム制御データ４０と加入者トラヒック４
２（例えば、音声および／またはデータ）のいずれかを
含む。システム制御データは、加入者ユニット２６によ
って解析され、処理されるコマンドまたはメッセージで
ある。これらのコマンドは、一般に極めて短い。システ
ム制御データが放送チャネル１８上で送出されると、加
入者トラヒック４２は省略され、その結果、パケットは
極めて短くなり、できるだけ多くのメッセージを放送チ
ャネル１８上で放送できる。加入者トラヒック４２は、
呼の最中に転送されるすべての加入者データを表す。パ
ケット３０がトラヒック・チャネル１７上で送出される
場合、かなりの量の加入者トラヒックが添付される。前
述のように、通話音声のフレーム全体のデジタル・バー
ジョンが加入者トラヒック４２によって伝達できる。

【００３２】加入者トラヒック４２の大きさに比較し
て、システム制御データ４０の長さは重要でない。従っ
て、システム制御データ４０は、呼の進行中に加入者ト
ラヒック４２とともに加入者ユニット２６に伝達でき
る。トラヒック・チャネル１７を介して加入者トラヒッ
ク４２とともに伝達できるシステム制御メッセージの例
として、呼の相手が「ハングアップ」したこと，別の呼
が加入者ユニット２６を待っていること，および音声メ
ッセージまたは他の形式の報知となる任意の数の報知デ
ータ・メッセージが加入者ユニット２６のユーザに提示
されていることを加入者ユニット２６に通知するメッセ
ージが含まれる。呼の最中にユーザに提示できる報知
は、例えば、通信サービスがまもなく利用できなくなる
ことや、サービス状態が保証することをユーザに警告す
ることができる。また、この報知は、望ましくは、ユー
ザの特定のクラスが以下で説明するように禁止されるこ
とをユーザに警告できる。

【００３３】図３は、衛星１２によって天体に投影され
るセルラ・アンテナ・パターンの一般的な配置図を示
す。各衛星１２は、指向性アンテナのアレイ（図示せ
ず）を含む。各アレイは、衛星１２からさまざまな角度
で、地表に多数の離散的なアンテナ・ビーム３５を投影
する。図３は、衛星１２が地表に形成するセル３４のパ
ターンの図を示す。図３において二重線によって囲まれ
たアンテナ圏(footprint region)３６は、１つの衛星１
２のアンテナ・アレイによって生成されるアンテナ・ビ
ーム３５によって得られる。アンテナ圏３６外のセル３
４は、他の衛星１２からのアンテナ・アレイによって生
成される。

【００３４】衛星１２によって利用されるスペクトルが
分割されるチャネル・セットの厳密な数は、本発明にと
って重要ではない。図３は、本発明により、スペクトル
の７つの離散的なチャネル・セットへの分割に基づい
て、セル３４に対するチャネル・セットの一例としての
割り当てを示す。図３は、参照記号「Ａ」，「Ｂ」，
「Ｃ」、「Ｄ」，「Ｅ」，「Ｆ」，「Ｇ」を用いて７つ
の離散的なチャネル・セットに言及する。当業者であれ
ば、例えば、１２個など異なる数のチャネル・セットを
利用でき、また異なる数を用いれば、セル３４に対する
チャネル・セットの割り当ては図３に示す割り当てパタ
ーンと異なることが理解される。同様に、当業者であれ
ば、各チャネル・セットは１つのチャネルまたは任意の
数の直交チャネルを含むことができることが理解され
る。図３に示すように、セル３４に対するチャネル・セ
ットの割り当てにより、地理的に離間したセル３４にお
いて限られたスペクトルを再利用できる。つまり、非直
交チャネル・セットが用いられるセル３４は、互いに離
間し重複しないので、非直交チャネル・セットは、干渉
せずに通信を同時に伝達する。さらに、各加入者ユニッ
ト２６は、任意の離散的チャネル・セットと動作でき、
特定の時間に特定の加入者ユニット２６によって用いら
れる特定のチャネル・セットは、通信システム１０によ
って制御される。

【００３５】一般に、セルラ通信システムは、各セルで
利用可能な限られた電磁スペクトルを割り当てるため、
さまざまな方法をを利用する。周波数分割多重化（Freq
uency Division Multiplexing: ＦＤＭ）または周波数
分割多元接続（ＦＤＭＡ）システムでは、周波数の指定
されたサブバンドが通信資源（すなわち、使用するため
に割り当てられた限られた電磁スペクトル）から割り当
てられる。ＦＤＭ／ＦＤＭＡセルラ通信システムでは、
各セルは、隣接または近傍のセルと干渉しないように、
これらの周波数グループの１つに割り当てられる。例え
ば、図３のような７周波数再利用方式では、周波数割り
当ては、前述の参照記号「Ａ」，「Ｂ」，「Ｃ」、
「Ｄ」，「Ｅ」，「Ｆ」，「Ｇ」として記された７つの
離散的なチャネル・セットに固定される。セルの７周波
数再利用方式は、これらのセルを異なる周波数割り当て
の少なくとも２つのセルで分離することによって、同一
周波数割り当てを有するセル（すなわち、同一チャネル
・セル(co-channel cell) ）間の干渉を防ぐのに役立つ
が、同一チャネル・セルを分離する１つのセルのみを設
けることがさらに望ましい。

【００３６】また、セルラ通信システムは、特定ユーザ
のメッセージ情報が送信／受信される周期的に反復する
タイムフレームが存在する時分割多重化（Time Divisio
n Multiplexing: ＴＤＭ）または時分割多元接続（ＴＤ
ＭＡ）を利用する。ユーザは、マスタ・クロックによっ
て同期されたマスタ・コントローラによって制御される
特定のタイム・スロットに割り当てられる。図３におい
て、参照記号「Ａ」，「Ｂ」，「Ｃ」、「Ｄ」，
「Ｅ」，「Ｆ」，「Ｇ」として記された各離散的チャネ
ル・セットには１つのタイム・スロットを割り当てるこ
とができる。各セルのユーザは各自の割り当てられたタ
イム・スロット中にのみ情報を受信または送信するの
で、各セルは干渉せずに同じ周波数チャネルまたはチャ
ネル・セットを利用できる。各タイム・スロットは、１
つのメッセージ・パケットを格納（すなわち、単一メッ
セージ・タイム・スロット）でき、あるいは多重メッセ
ージ・パケットを格納（すなわち、それぞれが単一メッ
セージを格納する多重サブタイム・スロット）できる。

【００３７】ある用途では、ＦＤＭＡおよびＴＤＭＡの
組合せを利用することが望ましい。例えば、ネットワー
クで同一周波数チャネルまたはチャネル・セットを利用
し、異なるセルに異なるタイム・スロットを割り当てる
代わりに、セル間で周波数を回転させ、セルごとに同一
または異なるタイム・スロットを割り当てることが可能
である。ＦＤＭＡおよびＴＤＭＡでは、ある周波数また
はタイム・スロットは一般に、アクセス信号および／ま
たは制御用に確保され、従来の通話および／またはユー
ザ・データ転送（すなわちアクセス・プロトコル）用に
一般に利用できない。本発明の好適な実施例のＦＤＭＡ
／ＴＤＭＭＡ兼用システムのあるチャネルおよび／また
はタイム・スロットも、望ましくは、同じ目的のために
確保される。ＦＤＭＡおよびＴＤＭＡ通信方式およびそ
の組合せは、当業者に周知である。

【００３８】通信資源（すなわち、限られた電磁スペク
トル）も、当技術分野で符号分割多重化（Code Divisio
n Multiplexing: ＣＤＭ）または符号分割多元接続（Co
de Division MUltiple Access: ＣＤＭＡ）というＦＤ
ＭＡおよびＴＤＭＡのハイブリッドな組合せを利用して
分割できる。ＣＤＭＡは、直交または近直交スペクトル
拡散コードのセットの指定された要素が割り当てられ、
各要素が全チャネル帯域幅を利用するスペクトル拡散(s
pread spectrum) 方式である。２つの一般的なスペクト
ル拡散方式として、直接シーケンス(direct-sequence)
法および周波数ホッピング(frequency hopping) 法があ
る。これらの通信方式は当技術分野で周知である。

【００３９】通信リソースの割り当てのための当技術に
おける他の方法として、スペース・ダイバーシチ（Spac
e Diversity: ＳＤ）および偏波ダイバーシチ（Polariz
ation Diversity: ＰＤ）がある。ＳＤシステムでは、
異なる方向に向けることにより無線信号を分割するた
め、スポット・ビーム・アンテナを利用できる。また、
これにより、同一周波数バンドを再利用できる。ＰＤ通
信システムでは、直交偏波を利用して信号を分割し、そ
れにより同一周波数バンドの再利用が可能になる。これ
らの通信方法も当技術分野で周知である。

【００４０】特定の通信方法（すなわち、通信資源を割
り当てる方法）は本発明にとって重要でないが、当業者
であれば、上記の通信方法の任意の１つまたはその組合
せを本発明で利用できることが理解される。

【００４１】図４は、衛星１２によって提供される無線
通信局のブロック図を示す。好ましくは、環境１０（図
１参照）内のすべての衛星１２は、図４のブロック図に
示されるような機器を含む。衛星１２は、クロスリンク
・トランシーバ７２および関連するアンテナ７４を含
む。トランシーバ７２およびアンテナ７４は、他の近傍
の衛星１２に対するクロスリンクをサポートする。地球
リンク・トランシーバ７６および関連アンテナ７８は、
地球端末２４（図１）と通信するため地球リンクをサポ
ートする。さらに、加入者ユニット・トランシーバ８０
および関連アンテナ８２は、加入者ユニット２６（図
１）をサポートする。好ましくは、各衛星１２は、最大
７０００以上の加入者ユニット２６（図１）のためのリ
ンクを同時にサポートできる。もちろん、当業者であれ
ば、アンテナ７４，７８，８２は単一多指向性アンテナ
として、または個別アンテナのバンクとして構成できる
ことが理解される。加入者ユニット・アンテナは、多く
のセル３４（図１）を同時にアクセスできる位相調整ア
レイ・アンテナ(phased array antenna)であることが望
ましい。

【００４２】コントローラ８４は、各トランシーバ７
２，７６，８０と、メモリ８６およびタイマ８８とに結
合する。コントローラ８４は、１つまたはそれ以上のプ
ロセッサを利用して構成できる。コントローラ８４は、
現在日付および時間などを維持するためタイマ８８を用
いる。メモリ８６は、コントローラ８４に対する命令と
して機能するデータを格納し、この命令は、コントロー
ラ８４によって実行されると、以下で説明する手順を衛
星１２に実行させる。さらに、メモリ８６は、衛星１２
の動作によって処理される変数，テーブルおよびデータ
ベースを含む。

【００４３】加入者ユニット・トランシーバ８０は、望
ましくは、コントローラ８４によって指示されるよう
に、特定の選択可能なタイム・スロット中に、すべての
異なる選択可能な周波数において送受信できる多重チャ
ネルＦＤＭＡ／ＴＤＭＡトランシーバである。加入者ユ
ニット・トランシーバ８０は、信号アクセスおよび制御
のため、ならびにユーザ音声および／データのために十
分な数の送信および受信周波数を提供するため十分な数
のチャネルを有する多重チャネル無線装置を内蔵する。
コントローラ８４は、周波数およびタイム・スロット割
り当て，セル間ハンドオフおよび他のオーバヘッド，管
理ならびに御機能を提供する。加入者ユニット・トラン
シーバ８０は、望ましくは、任意の周波数チャネル・セ
ット上で送信および受信を行い、各加入者ユニット・ト
ランシーバ８０は、すべての周波数およびタイム・スロ
ット割り当てを処理する機能を有することにより、必要
に応じて、すべての周波数チャネル・セットの全スペク
トル容量を利用できる。

【００４４】図５は、本発明による制御局６５の一部
と、地球局６８の一部の簡略構成図である。制御局６５
および地球局６８は、ＳＣＳ（図１）およびＥＴ（図
１）のぞれぞれ望ましい一部である。制御局６５は、リ
ンク６１によって関連した保存媒体６２（例えば、ラン
ダム・アクセス・メモリすなわちＲＡＭ，他の半導体ま
たは磁気リード・ライト・メモリ・デバイス，光ディス
ク，磁気テープ，フロッピ・ディスク，ハード・ディス
クなど）に結合されたプロセッサ６０によって構成され
る。地球局６８は、リンク６９を介して送信機６５およ
び受信機６７に結合されたアンテナ７０を含む。送信機
６５および受信機６７は、リンク６４および６６をそれ
ぞれ介してプロセッサ６０に結合される。プロセッサ６
０は、望ましくは、以下で例示し関連テキストで説明す
る手順を実行する。例えば、他のタスクを適宜実行する
だけでなく、プロセッサ６０は、望ましくは、そのよう
な手順の結果を保存媒体６２に格納する。送信機６５お
よび／または受信機６７は、メッセージを衛星１２に送
信し、および／または衛星１２からメッセージを受信す
る。

【００４５】従来のセルラ無線ユニットおよびシステム
については、例えば、米国特許第４，７８３，７７９
号，第４，１４４，４１２号および第５，０９７，４９
９号において説明され、また衛星通信システムについて
は、例えば、米国特許第４，７２２，０８３号および第
４，８１９，２２７号において説明されている。これら
の特許は、参考として本明細書に含まれる。加入者ユニ
ット・アンテナ８２（図４），加入者ユニット・トラン
シーバ８０（図４），制御局８（図１）および地球端末
２４（図１）は、これらの機能を実行し、地球または衛
星セルラ交換通信システムに従来関連する少なくともこ
れらの機器と、以下で詳細に説明する追加機能および機
器を内蔵する。

【００４６】プロセッサ６０は、一般に、ユーザ・アク
セス，メッセージ送受信，チャネル設定，無線同調，周
波数およびタイム・スロット割り当て，ならびにコント
ローラ８４（図４）によって管理されないまたは提供さ
れない他のセルラ無線通信および制御機能を制御・管理
する。とりわけ、プロセッサおよび／またはコントロー
ラ８４（図４）は、望ましくは、通信システム１０への
ユーザ・アクセスを可能にするための手順を実行する。
これには、チャネル設定のためのプロトコルや、以下で
説明する他の機能のための手順が含まれる。

【００４７】図６は、通信システム１０と通信する一般
的な加入者ユニット（ＳＵ）２６（図１の加入者ユニッ
ト２６と同様）のブロック図である。ＳＵ２６は、通信
システム１０を介して他のＳＵ２６または別の通信装置
とも通信できる。加入者ユニット２６は、アンテナ４１
を用いて通信システム１０に信号を送信し通信システム
から信号を受信するトランシーバ４２を含む。トランシ
ーバ４２は、望ましくは、通信システム１０によって必
要とされるように、指定されたタイム・スロットにおい
てすべての周波数チャネル上で送受信できる多重チャネ
ル・トランシーバである。

【００４８】トランシーバ４２は、望ましくは、捕捉チ
ャネル・トランシーバ部，放送チャネル受信部およびト
ラヒック・チャネル・トランシーバ部によって構成され
る。捕捉チャネル・トランシーバ部は、衛星１２によっ
て決定されるように、いくつかの捕捉チャネルの１つで
通信し、前述のように加入者が通信システム１０へのア
クセスを望む場合に、アクセス・プロトコル中に主に用
いられる。トラヒック・チャネル・トランシーバ部は、
衛星１２によって割り当てられたトラヒック・チャネル
上で通信システム１０と通信する。当業者であれば、捕
捉チャネル・トランシーバ部，放送チャネル受信部およ
びトラヒック・チャネル・トランシーバ部は、両方の機
能が可能な１つのユニット内に内蔵できることが理解さ
れる。トランシーバ４２はプロセッサ４４に結合し、こ
のプロセッサ４４は、トランシーバ４２が動作する周波
数およびタイミング・パラメータを制御する。さらに、
プロセッサ４４は、好ましくは、トランシーバ４２が信
号を送信する電力レベルを制御する。また、プロセッサ
４４は、望ましくは、入力／出力（Ｉ／Ｏ）部４６，タ
イマ４８およびメモリ４３に結合する。プロセッサ４４
は、現在日付および時間を維持するためタイマ４８を用
いる。メモリ４３は、プロセッサ４４に対して命令とし
て機能し、プロセッサ４４によって実行されると、加入
者ユニット２６に以下で説明する手順を実行させるデー
タを格納するための半導体，磁気および他の保存装置を
含む。さらに、メモリ４３は、加入者ユニット２６の動
作によって処理される変数，テーブルおよびデータベー
スを含む。

【００４９】加入者ユニット２６は入力／出力（Ｉ／
Ｏ）部４６は、加入者ユニット２６のユーザから入力を
収集し、ユーザが知覚する出力を与えるために用いられ
る。Ｉ／Ｏ部４６は、望ましくは、例えば、呼が宛てら
れた相手を識別する番号を収集するためのキーパッド４
５，加入者ユニット２６の付勢および除勢を制御する電
源スイッチ４７，被呼側の番号が入力されたことを示す
送信キー(send key)４９，およびフック・スイッチ５１
を含む。ディスプレイ５２は、望ましくは、ユーザに視
覚情報を提示するために利用でき、アラームまたはビー
パ(beeper)５３は、望ましくは、可聴報知をユーザに与
えるために利用できる。ハンドセットまたはマルチトー
ン５０は、望ましくは、可聴信号を電気信号に変換し、
電気信号を可聴信号に変換する。

【００５０】通信システム１０をアクセスする場合、加
入者ユニット２６にはトラヒック・チャネル１７を割り
当てなければならない。トラヒック・チャネル１７は、
前述のように、周波数チャネルおよび／またはタイム・
スロットの任意の組合せでもよい。これを実現するため
には、加入者ユニット２６は、衛星１２によって与えら
れる捕捉チャネル１９を選択する。衛星１２は、望まし
くは、いくつかの捕捉チャネルを提供し、好適な実施例
では、少なくとも６本以上の捕捉チャネル１９を提供す
る。加入者ユニット２６による特定の捕捉チャネル１９
の選択はランダムでも、あるいはある所定の方法で選択
してもよい。捕捉チャネル１９が選択されると、加入者
ユニット２６はこの捕捉チャネル上で衛星１２とのプロ
トコルを開始する。望ましくは、加入者ユニット２６は
ＡＬＯＨＡプロトコルを開始でき、好ましくは、当技術
分野で周知のスロット式ＡＬＯＨＡプロトコルを開始で
きる。このプロトコルの一部として、加入者ユニット２
６は、前述のようにトラヒック・チャネル１７の割り当
てを受信する。

【００５１】重負荷の場合には、加入者ユニット２６
は、捕捉チャネル１９上で送信する際に互いに干渉する
ことがあり、その結果、比較的少ない加入者ユニット２
６しか実際にプロトコルを完了して、送信チャネル１７
の割り当てを受信できない。この現象は、「スラッシン
グ(thrashing) 」として知られている。

【００５２】アクセス・プロトコル中に競合する加入者
ユニット２６間の「スラッシング」を低減または防ぐた
め、加入者ユニット２６にクラス識別子(class identif
ier)が割り当てられる。表Ｉは、さまざまなユーザ・ク
ラスに割り当てることができるいくつかのクラス識別子
の例を示す。クラス識別子は、システム・メンテナンス
・ユーザ，緊急サービスまたは企業重役の場合のような
特殊または特権ユーザを示すことができる。また、クラ
ス識別子は、正規(regular) 加入者クラスの場合のよう
に、ランダムに割り当てることもできる。クラスの厳密
な数は、衛星ビーム３５（図３）内の単一クラスのメン
バの数が過負荷状態が発生する可能性を低減する限り、
本発明にとって重要ではない。クラス識別子を加入者ユニットに割り当てるためには、
クラス識別子は各加入者ユニットに組み込まれる。望ま
しくは、クラス識別子は、加入者ユニット２６のメモリ
４３（図６）に格納され、加入者ユニットの初期起動時
に実行される。クラス識別子は、個別ユーザによって変
更されず、加入者ユニット２６が特定のユーザまたはユ
ーザ・グループに割り当てられる際に固定されたままで
あることが望ましい。

【００５３】図１を参照して、前述のように、ＳＣＳ２
８は衛星１２によって提供される通信機器（例えば、図
４）の動作を制御するため、パラメータを衛星１２に与
える。これらのパラメータは、望ましくは、禁止ユーザ
・クラスのセット（すなわち、例えば、表Ｉのユーザ・
クラス７，９，１１）を含む。衛星の捕捉をある限定さ
れたクラスまたはユーザのセットに制限することが望ま
しい期間中に、衛星１２は禁止クラス識別子のセットを
放送チャネル１８上で放送する。禁止ユーザ・クラスの
１つを有する加入者ユニット２６は、捕捉チャネル１９
上でアクセス・プロトコルを開始することが禁止され、
それにより衛星１２をアクセスすることが防がれる。加
入者ユニットが捕捉チャネル１９を停止(tie up)させず
に、トラヒック・チャネル１７がないこと知ることがで
きることが利点である。従って、加入者ユニット２６に
はトラヒック・チャネル１７が割り当てられず、システ
ム１０と通信できない。

【００５４】禁止ユーザ・クラスのセットは、望ましく
は、時間的に変更して、すべてのユーザに衛星１２への
アクセスを許すことができる。さらに、自然災害などの
非常事態では、すべてのユーザ・クラスは、緊急サービ
ス（例えば、２）およびシステム・テストおよびメンテ
ナンス（例えば、２）用クラス識別子が組み込まれたユ
ーザを除いて、アクセスが禁止される。

【００５５】アンテナ圏３６（図３）または単一セル３
４（図３）における多くの加入者ユニットが衛星１２へ
のアクセスを希望する他の状況では、クラス識別子は優
先ランキングとして機能し、ここで低い数値のクラス識
別子の加入者ユニットは、高い数値のクラス識別子の加
入者ユーザよりも、アクセス・プロトコルにおいて優先
権を受ける。例えば、クラス識別子「２」を割り当てら
れた加入者ユニット２６は、クラス識別子「４」の加入
者ユニットよりも優先権を受け、同様に、クラス識別子
「１４」が割り当てられた加入者ユニットは、クラス識
別子「１５」の加入者ユニットよりも優先権を受けるこ
とができる。また、割り当ての優先権は、正規加入者の
クラスの間で回転でき、例えば、より高い数値のユーザ
・クラスは、より高い数値のユーザ・クラスよりも低い
優先権が必ずしも与えられるとは限らない。例えば、ク
ラス識別子「１５」のユーザは、クラス識別子「１３」
のユーザよりも優先権を有する場合がある。

【００５６】衛星が互いに対して移動する衛星方式通信
システム１０（図１）では、各衛星１２によって生成さ
れるアンテナ・ビーム３５の相対的な位置は変化する。
例えば、衛星が極軌道１４上にある場合、衛星１２が地
球の赤道から極に向かって移動すると、隣接衛星のエッ
ジ部のビームは重複し始め、最終的には重複ビームはオ
フされる。加入者ユニット２６は、オフされようとする
衛星ビームの捕捉を試みることが防がれることが望まし
い。衛星１２がビームをオフするこの状況では、衛星１
２は増加する数の禁止ユーザ・クラスを含むパラメータ
を放送する。例えば、衛星ビームがオフされる予定の１
５秒内で、すべてのクラスを禁止できる。

【００５７】図４を参照して、好適な実施例では、コン
トローラ８４は、望ましくは、ＳＵ２６によるサービス
に対する現在の要求および待ち要求(queued requests)
の数を測定することにより、各セル３４（図３）の需要
を測定し、また現在サービスが提供されているＳＵ２６
の数を測定することにより、負荷を測定する。コントロ
ーラ８４は、望ましくは、プラニング期間(planning in
terval) という所定の間隔で、各セル３４の需要傾向を
計算する。好適な実施例では、コントローラ８４は、全
プラニング期間で測定された需要および負荷情報を利用
する。プラニング期間の長さは、特に、衛星負荷および
軌道に依存する。好適な実施例では、この期間の長さ
は、１５秒から１分の範囲である。コントローラ８４
は、現在の負荷および需要情報を、メモリ８６における
セル容量情報と比較して、容量がどれだけ未使用で残っ
ているかを調べる。

【００５８】別の好適な実施例では、プロセッサ６０
（図５）は、望ましくは、現在のセル負荷，需要および
需要傾向を、経時的(historical)セル需要と比較する。
また、プロセッサ６０は、望ましくは、セル容量が近い
将来の需要に十分かどうかを、各セルについて予測す
る。この予測は、好ましくは、需要傾向，経時データお
よび／またはその組合せに基づく。経時データは、ＳＣ
Ｓ６５の保存媒体６２に格納される。

【００５９】サービス需要が所定のレベルに近づくと、
あるいは所定のレベル（例えば、セル容量の９０％）に
近づくと予想されると、プロセッサ６０は衛星１２に禁
止クラスのユーザを放送するように指示する。ＳＣＳ２
８は、望ましくは、どのクラスのユーザを禁止するかを
決定する。

【００６０】ＳＣＳ６５の保存媒体６２に格納された経
時情報は、一般に、システム・アクセスに対するユーザ
要求の実経験と、システム負荷が日，週，月，暦日，休
日または他の特殊行事日などによってどのように変化す
るかに基づいている。経時情報は、プロセッサ６０また
はコントローラ８４によって生成でき、また衛星１２の
メモリ８６にも格納できる。保存媒体６２内の経時デー
タは、システム・オペレータによっても供給できる。経
時情報は、望ましくは、特定の地理的位置を基準にし、
好ましくは、サービス需要が変化する特定の日，週，月
などの特定の時を基準にされる。例えば、衛星１２がラ
ッシュ・アワー時に高需要エリア上を通過する場合、サ
ービス需要は、深夜の過疎エリアに比べてかなり高い。
保存媒体６２内のテーブルは、望ましくは、このような
予測に基づくサービス需要を格納する。

【００６１】システム・オペレータが望む場合、コント
ローラ８４および／またはプロセッサ６０は、新たな経
験が蓄積されるにつれて、保存媒体６２内の経時データ
を更新できる。ほとんどの過負荷および高需要状態は反
復的、すなわち、週および／または月の同じ日の同じ時
間で生じる可能性が高いので、サービス需要を予測する
ため経時データを用いることは、いつユーザ・クラスを
禁止するか、およびどれだけ多くが禁止を必要とするか
を管理する上で大いに役立つ。

【００６２】コントローラ８４およびメモリ８６は衛星
１２内に内蔵されて示されているが、これは不可欠では
ない。コントローラの機能は、ＳＣＳ２８によって地上
で行うこともできる。さらに、プロセッサ６０および保
存媒体６２はＳＣＳ２８内に内蔵されることが好ましい
が、これは不可欠ではない。中央プロセッサ機能および
メモリ機能は、システム内のどこかに分散させても、集
中させてもよい。例えば、マスタ制御局を利用でき、前
述の監視および管理機能の一部またはすべてをそこに集
中させてもよい。あるいは、これらの監視および／また
は管理機能は、階層ネットワーク内のシステムの各レベ
ルに分散させることができ、各レベルが下層レベル（す
なわち、下位(subordinates)）に対する容量割り当ての
監視・管理を担当し、対等レベル(peers) との協調デー
タ(coordination data) およびユーザ・アクセス予測デ
ータを上層レベル（すなわち上位(supervisor)）から仰
ぐ。

【００６３】時計およびカレンダに入力された経時需要
情報がある場合、衛星１２および／またはＳＣＳ２８
は、実需要および需要傾向が監視されないときに、需要
の時間単位，日単位，週単位および／または月単位の変
動に合わせて、禁止ユーザのクラスを変更できる。経時
データを需要傾向のみに合わせる手順は、セル負荷を絶
えず監視しなくても、改善されたサービスを提供するの
に十分である。しかし、実時間セル負荷監視は、経時傾
向に基づく予測の精度に対する点検として機能し、かつ
経時的傾向を絶えず更新できるので、好ましい。

【００６４】さらに、格納媒体６２は、禁止ユーザ・ク
ラスの所定のリストを、高人口密度エリアなど、ユーザ
・サービス需要が通常高い特定のセルに対して提供する
ため、テーブルまたは割り当てを格納できる。例えば、
沿岸地域に沿って高人口密度エリアがあり、中央砂漠や
奥地に比較的近い低人口密度エリアがあるオーストラリ
アでは、禁止ユーザ・クラスはあらかじめ決定できる。
別の例として、米国の東海岸沿いの高人口密度地域があ
る。衛星通信システム１０は、まず陸上エリアに投影さ
れたセル／アンテナ圏から禁止ユーザ・クラスを決定で
きる。

【００６５】図７は、システム１０に対するアクセスが
希望される度に加入者ユニット２６７によって実行され
る捕捉手順１００を示す。ユーザが通信開始を希望する
とき、ユーザはサービス要求を開始できる１０２。これ
は、加入者ユニットをスイッチ・オンするか、あるいは
所望の電話番号をダイアルすることによって行うことが
できる。タスク１０４は、加入者ユニット２６に、最も
強いＲＦ信号の衛星１２のアンテナ・ビーム３５（図
３）を選択するように命令する。要求されるサービスの
種類に応じて、加入者ユニット２６は、タスク１０６に
基づいてそのクラス識別子を一時的に変更できる。例え
ば、クラス識別子「１５」（表Ｉ参照）の加入者が例え
ば９１１をダイアルすることによって緊急サービス１０
７を要求すると、加入者ユニットのクラス識別子は「１
５」から「３」に一時的に変更できる。この一時的なユ
ーザ・クラスの変更は、より高いユーザ・クラス識別子
を有する他のすべての加入者ユニットよりも優先権をこ
の加入者ユニットに与える。アンテナ・ビーム３５が選
択されると、タスク１０８は放送チャネル１８を監視し
て、特に、選択されたアンテナ・ビーム３５において現
在禁止されているユーザ・クラスのリストを衛星１２か
ら受信する。また、加入者ユニット２６は、どのチャネ
ルが捕捉チャネルとして割り当てられているかを記述す
る情報を衛星１２から受信する。タスク１１０において
決定された禁止クラス識別子がない場合、タスク１１２
は現在のアンテナ・ビームを選択する。禁止クラスがあ
る場合、タスク１１４は禁止クラスのリストを、加入者
ユニットに割り当てられたユーザ・クラスと比較して、
加入者が禁止クラスの１つを含んでいるかどうかを調べ
る。加入者ユニットが禁止クラスの１つでない場合、タ
スク１１２は現在のアンテナ・ビームを選択する。

【００６６】加入者ユニットのクラスが禁止クラスのセ
ットの１つである場合、タスク１１６は衛星１２から他
のアンテナ・ビームが利用可能かどうか調べる。タスク
１１６は、他のアンテナ・ビームの信号強度の程度に基
づいてこの判断を行う。他のアンテナ・ビームが利用で
きない場合、タスク１２０は後で通信を開始するように
ユーザにメッセージを表示する。このようなメッセージ
の例として、「システム・ビジー(system busy) 」メッ
セージおよび「後でおかけください(try againlater)
」メッセージが含まれる。他のアンテナ・ビームが利
用可能であり、かつ加入者ユニット２６によって受信で
きる場合、タスク１１８は衛星１２から別の利用可能な
アンテナ・ビームを選択する。タスク１０８ないしタス
ク１２０は、各利用可能なアンテナ・ビームについて繰
り返される。

【００６７】タスク１１２によってアンテナ・ビームが
最終的に選択されると、タスク１２２は捕捉チャネル１
９を選択し、選択された捕捉チャネル上でアクセス・プ
ロトコルを開始する。衛星１２は、望ましくは、特定の
アンテナ・ビームに関連する放送チャネル上で放送され
た情報の一部として、特定のアンテナ・ビームについて
どの周波数および／または周波数チャネルがあるかに関
する情報を提供する。好適な実施例では、加入者ユニッ
トは、選択された捕捉チャネル上でスロット式ＡＬＯＨ
Ａプロトコルを開始する。アクセス・プロトコルに成功
すると、タスク１２６において衛星１２は加入者ユニッ
ト２６に（トラヒック・チャネルがあれば）トラヒック
・チャネル１７を割り当て、このトラヒック・チャネル
上で加入者ユニット２６はシステム１０と通信を行う。

【００６８】手順１００の好適な実施例では、加入者ユ
ニット２６は、アンテナ・ビーム３５の放送チャネルを
連続的に監視することによって、タスク１０６〜１２０
を連続的に実行し、加入者ユニット２６がシステム１０
にアクセスすることを禁止されているか禁止されていな
いかをユーザに通知する。

【００６９】図８は、本発明の好適な実施例において用
いるのに適した制御局６５（図５）によって実行される
手順２００を示す。望ましくは、手順２００は定期的に
制御局６５によって実行され、好ましくは、プラニング
期間ごとに繰り返される。プラニング期間は、短くて数
秒から、長くて数時間までの範囲であり、望ましくは、
１５秒から５分の間で、好ましくは、約３０秒である。
タスク２０２は、経時負荷情報(historical loading in
formation)２０４を利用して、過負荷を示しそうな地理
的エリアを決定する。好ましくは、タスク２０２は、現
在のプラニング期間についてこの決定を行う。経時負荷
情報は、保存媒体６２（図５）に格納してもよい。タス
ク２０６は、システム・オペレータ２０８からの入力に
基づいて、過負荷を示す予定の地理的エリアを追加す
る。このような入力には、自然災害，大規模な行事（例
えば、オリンピック）など異例の事象についての人知が
含まれる。次に、タスク２１０は、システム１０に捕捉
する試みを禁止すべき、過負荷を示す予定の地理的エリ
アにおける加入者ユニットの割合を決定する。この決定
は、望ましくは、特定の地理的位置についての加入者デ
ータベース情報を利用する。

【００７０】タスク２１６は、現在のプラニング期間中
に禁止すべきクラス識別子（表Ｉ参照）の特定のセット
を決定する。禁止すべきクラス識別子の選択は、望まし
くは、いくつかのプラニング期間においてすべての加入
者クラス間で公平に共有される。例えば、正規加入者の
１つのユーザ・クラスのみを禁止する必要がある場合、
クラス識別子「１３」を割り当てられた加入者は、１プ
ラニング期間で禁止され、次のプラニング期間では、ク
ラス識別子「１４」が割り当てられた加入者が禁止さ
れ、再びクラス「１３」を禁止するまですべての正規加
入者ユニット・クラスが禁止される。

【００７１】タスク２１８は、プラニング期間中に過負
荷エリアにサービスを提供する予定の特定の衛星１２
（図２）および関連アンテナ・ビーム３５（図３）を決
定する。タスク２２０は、関連アンテナ・ビームについ
てパラメータ・リストに加えられる禁止クラスのリスト
を生成する。タスク２２２は、禁止ユーザ・クラスのリ
ストを、プラニング期間中に関連アンテナ・ビームにお
いて放送するため特定の衛星１２に送信する。タスク２
２４は、望ましくは、次のプラニング期間が手順２００
を反復するまで待つ。

【００７２】図９は、本発明の好適な実施例における通
信ノード（例えば、図１の衛星１２）によって実行され
る手順３００を示す。望ましくは、手順３００は、前述
のように各プラニング期間ごとに一回実行される。タス
ク３０１において、通信ノードは通信システムからパラ
メータ・セットを受信する。このパラメータ・セット
は、望ましくは、禁止ユーザ・クラスのリストを含む。
好適な実施例では、パラメータ・セットは、少なくとも
部分的に手順２００（図８）によって生成される。タス
ク３０２は、衛星１２がメンテナンス・モード（例え
ば、加入者ユニットからの呼を受け付けない）かどうか
を調べ、もしメンテナンス・モードならば、タスク３０
４は、システム・テストおよびメンテナンス（表Ｉ参
照）のユーザ・クラスが割り当てられたものを除くすべ
てのユーザ・クラスを含むようにパラメータ・セットを
修正する。メンテナンス・モードは、ＳＣＳ２８によっ
て特定のパラメータ・セットを衛星１２に送信すること
によって開始できる。メンテナンス・モードでは、すべ
てのユーザは、望ましくは、衛星１２にアクセスするこ
とが禁止される。衛星１２がメンテナンス・モードでな
い場合、タスク３０６は、アンテナ・ビーム３５（図
３）がターンオフする予定かどうかを調べる。ターンオ
フする予定である場合、タスク３０８はすべてのユーザ
・クラスを含むようにパラメータ・セットを修正する。
好ましくは、タスク３０６は、アンテナ・ビームが１５
秒内にターンオフする予定かどうかを調べる。アンテナ
・ビームがターンオフする予定でない場合、タスク３１
０は利用可能なトラヒック・チャネル数が所定の閾値
（例えば、１０％）以下かどうかを調べる。閾値以下の
場合、タスク３１２はすべての加入者クラスを含むよう
にパラメータ・セットを修正する。タスク３１４は、ア
ンテナ・ビームに関連する放送チャネルの少なくとも１
つでパラメータ・セットを放送する。パラメータ・セッ
トは、タスク３０４，３０８または３１２で修正されな
い限り、タスク３０１で受信された元のパラメータ・セ
ットである。パラメータ・セットに記載されたユーザ・
クラスは、捕捉チャネル上で捕捉プロトコルを開始する
ことが禁止される。好適な実施例では、手順３００は、
衛星１２の各ビーム３５で繰り返される。

【００７３】特定の例について、特定の好適な実施例と
ともに本発明を説明してきたが、本明細書の説明に基づ
いて多くの変更や変形が当業者に明白であり、このよう
な変形や変更は特許請求の範囲に含まれることが明らか
である。

【００７４】本明細書で説明したように、本発明の利点
は当業者に明らかであり、通信システムのさまざまな部
分を運用する改善された方法を提供する。これらの利点
には、ユーザ・アクセスを防ぎ、かつ捕捉プロトコル中
に衝突を低減するため、衛星負荷の局所的な知識の他
に、利用される特定の衛星について予測される負荷の全
体的な知識が含まれる。別の利点として、衛星によって
得られる局所負荷情報を利用して、全体情報を更新でき
るという事実がある。本発明の別の利点は、サービスが
利用できないことを判断するために、加入者ユニットに
よって送信する必要がないことである。これは、携帯ハ
ンドヘルド型装置でもよい加入者ユニットの電力消費を
節減し、限られた容量しかない捕捉チャネル上の過剰ト
ラヒックを低減する。本発明は、負荷管理およびユーザ
優先権の両方についての方法および装置を提供する。本
発明の別の利点は、加入者ユニットは、例えば非常事態
などにおいて、要求されるサービスの種類に基づいてそ
の優先権を一時的に調整できることである。

【図面の簡単な説明】

【図１】衛星方式通信システムの極めて簡略化された図
である。

【図２】本発明の好適な実施例において通信を転送する
ために用いられるデータ・パケットの例である。

【図３】図１の通信システム用の衛星によって地球の表
面に形成されるセルラ・パターンの一部の簡略配置図で
ある。

【図４】本発明の好適な実施例において用いるのに適し
た衛星無線通信局の簡略ブロック図である。

【図５】本発明の好適な実施例において用いるのに適し
たシステム制御局および地球端末の簡略ブロック図であ
る。

【図６】本発明の好適な実施例において用いるのに適し
た加入者ユニットの簡略ブロック図である。

【図７】本発明の好適な実施例において用いるのに適し
た加入者ユニットによって実行される手順のフローチャ
ートである。

【図８】本発明の好適な実施例において用いるのに適し
た制御局によって実行される手順のフローチャートであ
る。

【図９】本発明の好適な実施例において用いるのに適し
た通信ノードによって実行される手順のフローチャート
である。

【符号の説明】

１０衛星方式通信システム１２周回衛星１４軌道１５地球リンク１６加入者リンク１７トラヒック・チャネル１８放送チャネル１９捕捉チャネル２２ゲートウェイ（ＧＷ）２３クロスリンク２４地球端末（ＥＴ）２６無線通信加入者ユニット（ＳＵ）２８システム制御セグメント（ＳＣＳ）３０データ・パケット３２ヘッダ３４ルーティング・コード３６加入者ＩＤ３８ペイロード４０システム制御データ４２加入者トラヒック３４セル３５アンテナ・ビーム３６アンテナ圏７２クロスリンク・トランシーバ７４，７８，８２アンテナ７６地球リンク・トランシーバ８０加入者ユニット・トランシーバ８４コントローラ８６メモリ８８タイマ６０プロセッサ６１リンク６２保存媒体６４リンク６５制御局６５送信機６６リンク６７受信機６８地球局６９リンク７０アンテナ４１アンテナ４２トランシーバ４３メモリ４４プロセッサ４５キーパッド４６入力／出力（Ｉ／Ｏ）４７電源スイッチ４８タイマ４９送信キー５０ハンドセット（マルチトーン）５１フック・スイッチ５２ディスプレイ５３アラーム（ビーパ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ミカエル・ウィリアム・クルーツアメリカ合衆国アリゾナ州チャンドラー、ウエスト・リンダ・レーン5730

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のノード（１２）によって構成さ
れ、各ノード（１２）が関連する少なくとも１つのアン
テナ・ビーム（３５）を有する通信システムに対して、
加入者ユニット（２６）のアクセスを制御する方法にお
いて、各加入者ユニット（２６）が関連するユーザ・ク
ラスを有する方法であって：ａ）プラニング期間中に過負荷を示しそうな地理的エリ
アを特定する段階（２０２）；ｂ）前記通信システムにアクセスすることを禁止させた
い、前記地理的エリアにおけるユーザの割合を算出する
段階（２１０）；ｃ）前記割合に基づいて、前記地理的エリアにおいて禁
止すべき禁止ユーザ・クラスのセットを生成する段階
（２１６）；ｄ）禁止ユーザ・クラスの前記セットを含むパラメータ
・セットを生成する段階；ｅ）前記プラニング期間中に前記地理的エリアにサービ
スを提供する予定の、前記複数のノードの少なくとも１
つのノード（１２）と関連アンテナ・ビームを特定する
段階（２１８）；ｆ）前記パラメータ・セットを前記少なくとも１つのノ
ードに送信する段階（２２２）；およびｇ）前記関連アンテナ・ビームにおける前記少なくとも
１つのノード（１２）によって、前記パラメータ・セッ
トを放送チャネル（１８）上で放送する段階であって、
禁止ユーザ・クラスの前記セットの前記加入者ユニット
（２６）が前記通信システムにアクセスすることが禁止
される段階；によって構成されることを特徴とする方
法。
【請求項２】複数のノード（１２）によって構成され
る通信システムに対して、加入者ユニット（２６）のア
クセスを制限する方法において、各加入者ユニット（２
６）が関連するユーザ・クラスを有する方法であって：
禁止ユーザ・クラスのセットを含むパラメータ・セット
を生成する段階（２００）；および前記パラメータ・セ
ットに基づいて、前記複数のノードの１つのノードによ
って情報を放送することにより、禁止ユーザ・クラスの
前記セットの加入者ユニットが、前記情報が変化するま
で前記通信システムにアクセスすることが禁止される段
階（３１４）；によって構成されることを特徴とする方
法。
【請求項３】通信システムにおいてノード（１２）を
運用する方法であって、前記ノード（１２）は関連する
複数のアンテナ・ビーム（３５）を有し、各アンテナ・
ビーム（３５）は関連する通信サービス需要を有し、前
記アンテナ・ビーム（３５）は関連する放送チャネル
（１８），トラヒック・チャネル（１７）および捕捉チ
ャネルを有する方法であって：１つのアンテナ・ビーム
（３５）について禁止ユーザ・クラスのリストを含む、
前記複数のアンテナ・ビームの少なくとも１つのアンテ
ナ・ビームに関連するパラメータ・セットを、前記通信
システムから受信する段階（３０１）；前記少なくとも
１つのアンテナ・ビームに関連する利用可能なトラヒッ
ク・チャネルの数が予約閾値以下かどうかを調べる段階
（３１０）；前記少なくとも１つのアンテナ・ビーム
（３５）における前記利用可能トラヒック・チャネル
（１７）の数が前記予約閾値以下の場合に、正規ユーザ
・クラスのリストを含むように前記パラメータ・セット
を修正する段階；および前記少なくとも１つのアンテナ
・ビーム（３５）の関連放送チャネル（１８）において
前記パラメータ・セットを放送する段階（３１４）；に
よって構成されることを特徴とする方法。
【請求項４】関連するユーザ・クラスを有する加入者
ユニット（２６）を介してアクセス可能な通信システム
のユーザに対して、アクセスを制限する方法であって：ａ）複数のアンテナ・ビーム（３５）から最強アンテナ
・ビーム（３５）を加入者ユニット（２６）によって選
択する段階（１０４）であって、前記複数のアンテナ・
ビームは前記通信システムの少なくとも１つのノード
（１２）と関連し、前記アンテナ・ビームは関連する放
送チャネル（１８），トラヒック・チャネル（１７）お
よび捕捉チャネル（１９）を有する段階；ｂ）前記最強アンテナ・ビームに関連する前記放送チャ
ネル（１８）において、禁止ユーザ・クラスを含むパラ
メータ・セットを前記加入者ユニット（２６）で受信す
る段階（１０８）；ｃ）前記加入者ユニット（２６）に関連する前記ユーザ
・クラスが、前記パラメータ・セット内で受信された前
記禁止ユーザ・クラスの１つであるかどうかを、前記加
入者ユニット（２６）によって調べる段階（１１０）；
およびｄ）前記加入者ユニット（２６）に関連する前記ユーザ
・クラスが前記禁止ユーザ・クラスの１つである場合
に、サービスが現在利用できないことを前記加入者ユニ
ット（２６）のユーザに通知する段階（１２０）；によ
って構成されることを特徴とする方法。
【請求項５】複数のノード（１２）を有する通信シス
テムであって：前記複数のノードのうち１つのノード
（１２）に結合され、アンテナ・ビーム（３５）を生成
するアンテナ（８２）；前記アンテナ（８２）に結合さ
れ、前記アンテナ・ビーム（３５）において直交チャネ
ル・セットを送受信できる多重チャネル・トランシーバ
（８０）；前記多重チャネル・トランシーバ（８０）に
結合されたプロセッサ（８４）；および前記プロセッサ
（８４）に結合された保存媒体（８６）；によって構成
され、前記プロセッサ（８４）と前記保存媒体（８６）の組合
せは：ａ）プラニング期間中に過負荷を示しそうな地理的エリ
アを特定（２０２）；ｂ）前記通信システムにアクセスすることが禁止され
る、前記地理的エリアにおけるユーザの割合を算出（２
１０）；ｃ）前記割合に基づいて、前記地理的エリアにおいて禁
止すべき禁止ユーザ・クラスのセットを形成（２１
６）；ｄ）禁止ユーザ・クラスの前記セットを含むパラメータ
・セットを生成；ｅ）前記プラニング期間中に前記地理的エリアにサービ
スを提供する予定の、前記複数のノードのうちのノード
（１２）および関連アンテナ・ビームを特定（２１
８）；およびｆ）前記パラメータ・セットを前記ノードに送信（２２
２）し、前記多重チャネル・トランシーバ（８０）が前記関連ア
ンテナ・ビームにおいて、放送チャネル（１８）上で前
記パラメータ・セットを放送し、前記禁止ユーザ・クラ
スのセットの加入者ユニット（２６）が前記通信システ
ムへのアクセスを開始することが禁止されることを特徴
とする通信システム。