JPH10507046A - マルチビーム衛星方式メッセージング・システムに用いるメッセージ装置およびその動作方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 衛星方式、世界的規模のセルラ・メッセージング・システムは、複数のビームを経由してページャにページング・メッセージを送信する。メッセージ装置は、各ビームのビジット情報を記録しながら、複数のビームを監視し、メッセージの監視に最適なビームを最終的に判定する。スリープ・モードに入ることでバッテリ資源を節約するメッセージ装置は、それが覚醒するときにそのメッセージ・ブロックと速やかに同期する。

Description

【発明の詳細な説明】 マルチビーム衛星方式メッセージング・システムに用いる メッセージ装置およびその動作方法 技術分野 本発明は、一般に衛星セルラ通信システムに関し、さらに詳しくは、マルチビ ーム，衛星方式，世界的規模のセルラ・メッセージング・システムに用いるメッ セージ装置に関する。 本発明は、本発明と同じ譲受人に譲渡された次の発明に関する。 ページング・システム、出願番号０７/８４５,４１３、１９９２年３月３日提 出；および 分散型マルチアウトレット・ページング、出願番号８０/０４２,４３５、１９ ９３年４月５日提出。 発明の背景 一方向システムまたはパッシブ・システムとしても知られる単信通信システム は、ページングとの関係で使われる。一般的に、１つないし複数の送信機がデー タ通信を同報する。この通信は、特定のページャを識別するデータを含む。 ページャの集団は、同報された通信を連続的に受信する。ページャの集団の１つ がそれに向けられた通信を識別すると、それは着信する通信を加入者に警報し、 通信によって搬送される数字または英数字のメッセージをしばしば表示する。そ うしたシステムの単信特質のために、ページャがそれ自体に向けられた通信の受 信にいつ失敗するかがシステムにはわからない。一方、これらの単信システムは 数多くの望ましい特徴を有する。ページャには送信機と信号送信能力がないため 、小型で低電力軽量の携帯が簡便で安価な装置が実現される。 従来のページング・システムには、有限範囲に関連する問題がある。ページン グ・システムは、システムの送信機がカバーするエリア内にページャが存在する ときに限り、機能する。加入者がこのエリアの外に移動すると、加入者のページ ャは呼を受信できない。 関連問題は、限られたページングの能力の問題である。加入者のニーズをより よく満たすためにカバレッジ・エリアを増大すると、ページャの集団も同様に増 す。ページャの集団が増すと、データ通信の数が増す。かくして、カバレッジ・ エリアが増大するにつれ、収穫逓減の地点に達する。データ通信の数がとても多 いので、呼の配送で許容できない遅延が生じる。もちろん、複数のチャネルにわ たってデータ通信を受信するページャを利用すれば、システムの容量は増大しえ る。残念ながらこれは、ページャとペー ジング・サービスのコストを、許容できないレベルにまで増大させる。 従来のページング・システムにともなうもう１つの問題は、多重経路，干渉， 信号反射などの信号品質に関係がある。一般に、ページャはその通常の日常的活 動に従事する間に、利用者が持ち運ぶ。こうした通常の活動では、利用者は自動 車の中、建物の中、大きな接地構造物付近および電磁信号が通過しにくいその他 の空間の中に居ることになる。その結果、通信を受信するページャの能力は大幅 に変動する。カバレッジ内のあらゆる環境のなかで通信を受信するページャの能 力を最大限に上げるため、ページング・システムは、低データ伝送速度のＦＳＫ 変調方式を利用するように通常は設計される。低データ伝送速度のＦＳＫ変調方 式では、許容できるリンク・マージンを達成するレベルにまで、送信機の電力が 増強される。さらに、サイマルキャスト・ページング・システムでは、送信機の 数が増加してカバレッジ全体をつうじて地理的に分散されることがある。カバレ ッジ全体をつうじて許容できるリンク・マージンを達成するために、送信機を追 加してパワー・レベルを調整することは、通常はゆっくりとした試行錯誤のプロ セスである。 ページングにおける衛星の使用は、従来のページャ・システムの有限範囲の問 題に対処する。ただし衛星の使用は、それに特有の問題を提示する。たとえば、 衛星は低電力送 信を使用することを通常は制約される。現在、地上リピータに対して放送するた めに静止衛星が使われており、地上リピータは高出力信号を近くのページャに送 信できる。サイマルキャスト・ページング・システムで衛星と地上送信機を統合 する提案がなされた。ただし、これは静止軌道上の衛星を要する。この場合、衛 星は地上から遥か上の距離に配置され、衛星の送信信号は地上の表面で極端に弱 く、地表のカバレッジ・エリアは非常に大きい。 したがって、衛星方式、世界的規模のセルラ・メッセージング・システムに用 いる改善されたメッセージ装置が大いに必要とされる。 マルチビーム、衛星方式、世界的規模のセルラ・メッセージング・システムに おいて、メッセージを監視するために、最適フレームを判定できるメッセージ装 置も実質的に必要とされる。 衛星方式、世界的規模のセルラ・メッセージング・システムにおいて、自らの メッセージ・ブロックと非常に速やかに同期できるメッセージ装置も実質的に必 要とされる。 衛星方式、世界的規模のメッセージング・システムにおいて、バッテリー資源 を大幅に節約するメカニズムを含むメッセージ装置も実質的に必要とされる。 図面の簡単な説明 第１図は、本発明による衛星セルラ通信システムの概略図である。 第２図は、本発明の一解釈による、地表に通信ビームを投射する隣接衛星によ って形成されるセルラ・パターンの図である。 第３図は、本発明の一実施例により作成されるページャのブロック図である。 第４図は、中央交換局または「ゲートウェイ」のブロック図である。 第５図は、本発明の通信システムの衛星のブロック図である。 第６図は、本発明の通信システムのページングのタイミング階層の概念図であ る。 第７図は、基本的なＴＤＭＡのフレームである。 第８図は、本発明の通信システムにおけるダウンリンク通信の、ページング周 波数割り当てを含む、全体的な周波数計画の概念図である。 第９図は、本発明の通信システムで捕捉グループ（Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｇｒｏｕｐ）の中で発生するページング・バーストの構造である。 第１０図は、本発明の通信システムで後続グループの中で発生するページング ・バーストの構造である。 第１１図は、本発明の通信システムのブロック・ヘッダ・メッセージの構造で ある。 第１２図は、本発明の通信システムのページング・データ・フィールドの構造 である。 第１３図は、本発明の通信システムのメッセージ配送順序の構造である。 第１４図は、本発明の通信システムのページングの脈絡と情報の流れである。 第１５図ないし第１９図は、本発明による、アドレス可能呼出受信機（ａｄｄ ｒｅｓｓａｂｌｅ ｃａｌｌ ｒｅｃｅｉｖｅｒ）の動作方法の複合流れ図である 。 好適な実施例の説明 第１図は、本発明による衛星セルラ通信システムの概略図である。好適な実施 例により、数台の衛星（宇宙船またはＳＶとも言う）１は、地球４の周囲で比較 的低い軌道に配置される。仮に、たとえば、衛星１が地球４より上、約７６５キ ロメートルの軌道に配置される場合、空中の衛星１は地球４の表面上の一地点に 対して約２５,０００キロメートル／時の速度で移動する。これは、地球４の表 面上の一地点の視界の中に最高約９分のあいだ衛星１が入ることを可能にする。 衛星軌道が比較的低いため、ある１つの衛星からの視線電磁波伝送は、任意の時 間にて地球４の比較的に狭いエリアをカバーする。たとえば、衛星１が地球から 上、約７６５キロメートルの軌道を占める場合、こうした伝送は直径に して約４０７５キロメートルのエリアをカバーする。また、このエリアをこれよ りさらに小さなセルに分割する指向性アンテナを、衛星１が組み込むことに支障 はない。第１図に示されるように、衛星１は好ましくは、衛星１の全体的配置か ら地球４全体に対し連続するカバレッジを提供するように軌道に配置される。 システム５はさらに、１つないし複数の中央交換局（「ゲートウェイ」とも言 う）６を含む。局６は、地球４の表面に常駐し、ＲＦ通信リンク８をつうじて近 くの衛星１のいずれかとデータ通信を行なう。衛星１はまた、データ通信リンク ３をつうじて互いにデータ通信を行なう。このため局６は、衛星１の配置をつう じて、地球４の任意のサイズの地域に向けて配送される通信をコントロールでき る。局６は公衆交換遠隔通信網（図示されていない）に結合し、これをつうじて システム５の加入者に対して呼を実施するための要求が受信される。個々の局６ は、それと関係する地球４の地域に位置するものと考えられる加入者に対して呼 を実施するための要求を受信する。第１図は便宜上、１つの局６だけを示す。た だし当業者は、地球４の任意の数の地域と関係して任意の数の局６を運用できる ことを理解するだろう。こうした局６の各々は、ここに記述されるとおりに概ね 動作する。 システム５はまた、任意の数の、可能性として多数の呼受信機２を含む。呼受 信機２は、従来のページャとして構 成でき、あるいは他の携帯型装置の中に包含できる。以下、簡潔にするため呼受 信機２をページャ２と称するが、当業者は、システム５の中のページャ２が従来 のページング専用装置にもっぱら包含される必要がないことを理解するだろう。 ページャ２は、空中衛星１から通信を受信するように構成され、以下に述べるそ の他の機能を実行する。 衛星１からの通信は、通信リンク７を介してページャ２で受信される。本発明 の好適な実施例において、リンク７は視線通信を実質的に提供するＲＦ周波を利 用し、リンク７は単信リンクである。つまり通信は、衛星１からページャ２にか けて１方向だけに進む。単信通信は、小型で安価の装置としてページャ２を製造 し、ページャ２が最小限度の電力を消費することを可能にする。リンク３または ８について単信通信の制限は包含されない。 第２図は、本発明の一解釈による、地表に通信ビームを投射する隣接衛星によ って形成されるセルラ・パターンの図を示す。 衛星１，２９（衛星１と同一でありえる）は、周波数スペクトル再使用技術を 採用する。これらの技術は、投射ビーム幅のセルラ分割化を行う。衛星１，２９ は、ビーム・セット投射３０，３１をそれぞれ生成する。ビーム・セット投射３ ０，３１は、衛星１，２９上のアンテナに対応する双方向の利得領域（セル）で ある。これらのアンテナは、独立した指向性アンテナか、またはコヒーレント・ ビームを投射でき るフェイズドアレー・アンテナでありえる。 セル１０〜２８は、アンテナの利得特性に応じて多数の形状をとりうる。第２ 図においては、分かりやすくするため、セル１０〜２８が六角形で示される。セ ル１０〜２８は、衛星１，２９が方向９の軌道で移動すると軌道方向９に前進す る。 衛星１，２９が地球に対して最高２５,０００キロメートル／時の速度で移動 すると、セル１０〜２８もこの速度に近い速度で地球上を移動する。この速度で は、地表の任意の地点は１つのセルの中に約１分未満のあいだ存在する。 第１図を再び参照し、衛星１は多数の周波数チャネルを用いてリンク７を介し てページャ装置２と交信する。このため衛星１とページャ２とは、多数の独立し た通信リンクを同時に確立できるように、周波数分割多重アクセス（ＦＤＭＡ） 方式を望ましくは利用する。これら数多くの周波数チャネルのスペクトル全体は 、各セルの中で利用可能である。たとえば、第２図に示される７セル周波数再使 用パターンは、隣接セル間の干渉を防ぐため、時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ） 技術を用いて実用化される。 つまり、各セルでスペクトル全体が使用可能である一方、隣接するセルにはス ペクトルを利用できる別々のタイム・スロットが割り当てられる。好適な実施例 において、７セル再使用パターンに一致するため、少なくとも７つの異なるタイ ム・スロットを含むようにフレームが定義される。第２図で「１０」と記された セルは、１つのタイム・スロッ トが割り当てられ、「１１」と記されたセルは別のタイム・スロットが割り当て られ、その他も同様である。このようにして、同じスペクトルを同時に利用する セルは、互いに地理的に隔てられる。 第２図は７セル、７タイム・スロット配列を示すが、当業者はさらに大きいか またはさらに小さい再使用パターンも使用できることを理解するだろう。当業者 は、こうしたＴＤＭＡ通信方式が衛星１にて確立されることを理解するだろう。 さらに、衛星１が最高２５,０００キロメートル／時の速度で移動するとき、ペ ージャ装置２と衛星１との間のドップラ偏移とタイム・スロット同期パラメータ とは絶えず変化する。 本発明の好適な実施例において、衛星１は移動リピータとして構成される。つ まり衛星１は、１つのソースからデータ通信メッセージを受信して、それらのメ ッセージを目的地に渡すことをおいて他に、ほとんど何も行なわない。通信リン ク３，８，７のすべてが周波数またはタイミング・プロトコルのパラメータにお いて同様である必要はない。 したがって衛星１は、１つの通信リンクから受信したメッセージを渡す前に、 メッセージを別のリンクと調和する形式に再パッケージ（ｒｅ-ｐａｃｋａｇｅ ）できる。さらに衛星１は、リンク３，８，７の動作との関係で、ドップラおよ びタイミング・シフト・パラメータの解決を支援する構成部品を含めることがで きる。衛星１は、リンク３，８，７と の同期の維持を支援するため、ページャ２，中央交換局６およびその他の衛星１ といった交信対象の実体に、そうしたパラメータを有利に伝達できる。 第３図は、本発明の一実施例により作成されるページャ２のブロック図を示す 。ページャ２はアンテナ３３を含み、アンテナ３３をつうじて通信リンク７が確 立される。アンテナ３３は受信機３３に供給し、これは衛星１によって同報され るＲＦ信号をベースバンドに変換するのに必要とされる、無線周波（ＲＦ），ミ キシングおよび中間周波数（ＩＦ）段階（図示されていない）を含む。受信機３ ４は、ベースバンド信号をデジタル化するアナログ／デジタル（Ａ/Ｄ）変換器 ３５に結合し、Ａ/Ｄ変換器３０はデジタル化されたベースバンド信号からデジ タル・データを抽出するデジタル復調器３７に結合する。 好適な実施例において、復調器３７は、リンク７からの伝送に含まれる二相偏 移キーイング（ＢＰＳＫ）符号化データを復元する。復調器３７はまた、発振器 ３６を制御するフィードバック信号を供給する。発振器３６は、受信機３４がＲ Ｆ信号をベースバンドに変換するときに使用する発振信号を供給する。 復調器３７は、そのデジタル・データ出力をプロセッサ３９に供給する。プロ セッサ３９はメモリ４０に結合する。メモリ４０は、ページャ２の動作の結果と して変化しない、永久的に格納されるデータを含む。そうした永久データは、以 下 に述べる、各種の手順を実行することをページャ２に命令するコンピュータ・プ ログラムを含む。そうした永久データは、以下に述べる、ページャ２の動作に使 われる永久変数も含む。メモリ４０も、ページャ２の動作の結果として変化する 暫定データを含む。メモリ４０の格納されたプログラムの制御下で、ページャ２ の動作を制御するのはプロセッサ３９である。 プロセッサ３９は、ディスプレイ４２，アラーム４４，ユーザ入力インターフ ェイス４６およびタイマ４８といった種々の周辺装置に結合する。プロセッサ３ ９は、ディスプレイ４２を制御して、ページャ２のユーザにデータを視覚的に提 示する。プロセッサ３９は、アラーム４４を制御して、ページャ２に宛てられた 呼の受信を聴覚的または視覚的に指示する。プロセッサ３９は、好ましくはイン ターフェイス４６のキーまたはボタン（図示されていない）の操作をつうじて、 ユーザの入力を受け付ける。プロセッサ３９は、その動作をシステムのタイミン グと同期させ、ひとつの実施例においては、一日の時間を追跡するために、タイ マ４８を利用する。当業者は、タイマ４８の機能がプロセッサ３９の中で代替的 に実行されうることを理解するだろう。 ページャ２はバッテリ５０からエネルギを供給される。バッテリ５０は、電源 スイッチ５２をつうじて端子５４と電力制御部５６に結合する。電力制御部５６ は、プロセッサ３９から受信するコマンドに従って、端子５８に対する電力を切 り替える。 端子５４は、少なくともタイマ４８には電力を供給する。端子５８は、ページャ ２の残りの構成部品に電力を供給する。ページャ２は、スイッチ５２が開放する ときにエネルギが断たれ、スイッチ５２が閉鎖して電力が端子５８のすべてに配 送されるときに完全にエネルギが供給されて動作可能になる。ページャ２はまた 、エネルギが供給されてはいるが、ただし低電力のスリープ・モードでも動作で きる。ページャ２は、端末５８の１つないし複数に給電されていないが、ただし スイッチ５２が閉鎖して端子５４をつうじて少なくともタイマ４８に給電される ときに、スリープ・モードで動作する。 当業者は、プロセッサ３９がスリープ・モードの動作でエネルギが断たれるこ とに支障のないことを理解するだろう。ただし、この状況において、第３図に示 すように、プロセッサ３９がそれ自体への電力を制御するよりも、タイマ４８は プロセッサ３９への電力使用を有利に制御できる。さらに当業者は、暫定データ の破壊を防ぐため、スリープ・モードの最中に、少なくともメモリ４０の一部に 電力が連続的にかけられることを理解するだろう。 第４図は、中央交換局または「ゲートウェイ６」のブロック図を示す。ゲート ウェイ６は、単一のプロセッサか、またはプロセッサのネットワークとして実用 化できるプロセッサ６０を含む。プロセッサ６０は、変調／復調部６１をつうじ てアンテナ６２に結合する。アンテナ６２は、通信リンク８の確立に使われる。 セクション６１は、プロセッサ６０によっ て作られる（または使われる）デジタル・データを、リンク８と調和する被変調 ＲＦ通信に変換する（または被変調ＲＦ通信をデジタル・データに変換する）。 ゲートウェイ６は、永久データと暫定データを格納するメモリ６３も含む。こ うした永久データと暫定データは、コンピュータ・プログラム，ゲートウェイ６ の動作をつうじて変化しないデータおよびゲートウェイ６の動作をつうじて変化 するデータを含む。タイマ６４もプロセッサ６０に結合する。タイマ６４は、局 ６が現在のシステム時間を維持して、以下に述べる、リアルタイムの需要に従っ てゲートウェイ６から伝送が送信されるように活動することを可能にする。公衆 交換遠隔通信網（ＰＳＴＮ）インターフェイス６５をつうじて、プロセッサ６０ はＰＳＴＮ ６６に結合する。ページャ２に対する呼を実施するための要求は、 ＰＳＴＮ ６６とインターフェイス６５をつうじて受け付けられる。さらに、ペ ージャ２に対する呼を実施するための要求は、衛星１のネットワーク（第１図を 参照）とリンク８をつうじて受け付けられる。 第５図は、本発明の通信システムの衛星のブロック図である。好ましくは、シ ステム５の中の全衛星１は（第１図を参照）、第５図のブロック図によって実質 的に説明される。衛星１は、クロスリンク・トランシーバ７０とクロスリンク・ アンテナ７１とを含む。トランシーバ７０とアンテナ７１とは、他の近くの衛星 １へのクロスリンク３（第１図）を 支援する。ゲートウェイ・リンク・トランシーバ７２とゲートウェイ・リンク・ アンテナ７３とは、ゲートウェイ６と交信するゲートウェイ・リンク８（第１図 ）を支援する。 さらに、加入者装置のトランシーバ７４と加入者装置のリンク・アンテナ７５ は、ページャ加入者装置２（第１図）を支援する。好ましくは、各衛星１は最高 数１００以上の加入者装置２（第１図）についてリンクを同時に支援できる。も ちろん当業者は、アンテナ７１，７３，７５を単一の多重方向アンテナか、また は個別のアンテナの配列のいずれかで実用化できることを理解するだろう。加入 者装置のアンテナ７５は、多数のセル１０〜２８（第２図）に同時にアクセスで きるフェイズドアレー・アンテナであることが望ましい。好適な実施例において は、最高４８の個別のスポット・ビームがそれと同数のセルに同時にアクセスす る。 コントローラ７６は、メモリ７７とタイマ７８の他に、トランシーバ７０，７ ２，７４の各々に結合する。コントローラ７６は、１つないし複数のプロセッサ を使って実用化できる。コントローラ７６は、タイマ７８を使って現在の日付と 時間を管理する。メモリ７７は、コントローラ７６に対する命令として働き、以 下に述べる、コントローラ７６によって実行されるときに衛星１に手順を実行さ せるデータを格納する。さらにメモリ７７は、衛星１の動作のために操作される 変数，表およびデータベースを含む。 加入者装置のトランシーバ７４は、望ましくは、コントロ ーラ７６によって指示される特定の、選択可能な、タイム・スロットのあいだに 、異なる選択可能の周波数のすべてで送信と受信を行なえる多重チャネルＦＤＭ Ａ／ＴＤＭＡトランシーバである。加入者装置のトランシーバ７４は、望まれる 数の送信および受信周波を提供するのに十分な数のチャネルを有する。コントロ ーラ７６は、周波数の割り当てとタイムスロット指定，リング警報メッセージの 生成およびそこに含まれる情報を提供できる。加入者装置トランシーバ７４は、 望ましくは、任意の周波数チャネル・セット上での送信と受信を提供するので各 加入者装置トランシーバ７４は、すべての周波数およびタイム・スロット割り当 てを処理する能力を持つことで、必要に応じて、すべての周波数チャネル・セッ トのスペクトル・容量全体を利用できる。 加入者装置のトランシーバは、一般的なトラフィック複信キャリアよりも高電 力でページング・キャリアを伝送する。この余分の電力は、一般的なトラフィッ ク・チャネルにわたって改善されたリンク・マージンを提供する。この余分のリ ンク・マージンは、ページング・キャリアが乗物や建物のような障害物を貫通す る能力を強化する。さらにこれは、感度が低く、しかるに高価でない、ページャ 装置の受信機をシステムとともに使用することを許容する。 ページング・システムの概要 本発明のページング・システムは、世界のどこにでもページ・メッセージを配 送できる。ユーザの判断で、そのサイズが小さな地方エリアから地球全体のカバ レッジにおよぶ地理的領域に、１つのメッセージを送信できる。 各ページャはタイミングと周波数の階層の中で動作間隔が割り当てられる。シ ステム・ページング・インフラストラクチャは、目的地ページャがアクティブで あるときにページが配送されることを保証する。 Ｌバンド・サブシステム Ｌバンドは、加入者装置との衛星リンク７に使われる無線周波スペクトルの部 分である。Ｌバンド・サブシステムは、２つの基本的タイプの加入者チャネルを 提供する。複信チャネルは、双方向通信サービスを支援し、単信チャネルは一方 向メッセージング・サービスを支援する。複信サービスは、携帯および移動の電 話サービス，各種のベアラ・データ・サービス，複信メッセージング・サービス ，移動交換装置（ＭＸＵ）に対するサービスおよびマルチライン装置（ＭＬＵ） に対するサービスを含む。単信サービスは、ページング・メッセージのための指 向型メッセージング・サービスを支援する。 ベアラ・サービス・チャネルに加えて、Ｌバンド・サブシステムはシステム・ オーバーヘッド機能を支援するチャネ ルを提供する。これらの機能は、捕捉およびアクセス制御，加入者リング警報， 加入者地理位置およびアンテナ・スポット・ビームと衛星との間の加入者ハンド オフを含む。 ページング時間および周波数の制御 加入者にページングするためのシステム・アクセスは、ページング装置で具体 的に捕捉されるバッテリ寿命によって制限される。ページングが商業的に実行可 能であるには、安価で容易に利用できるバッテリで、適度な期間作動することが ページャに要求される。これはページャの活動に重大な制約を課す。本システム は、十分なページング可用性を維持する一方で、ページャの内部活動を最小限度 に抑えるため、階層的な時間および周波数戦略を使用する。 ページング通信アーキテクチャは基本的に、限られた周波数分割多重化方式（ ＦＤＭ）とともに時分割多重化方式（ＴＤＭ）を使用する。これらの時間と周波 数の資源は、任意のときに使用できる時間と周波数の資源を判定する作業階層に 組織される。 各ページャは、それが製造されるときか、またはそれが再プログラムされると きに、時間および周波数階層における位置を割り当てられる。この位置は、ペー ジャがアクティブであるときと、ページャが監視する周波数アクセスとを決定す る。ネットワーク・ページング・インフラストラ クチャは、各ページャの割り当て内容を追跡して、ページが正しい周波数アクセ スで適切な時間に配送されることを保証する。 ９０ミリ秒のＬバンド・フレーム（第７図への参照をもって説明される）はそ れぞれ、単信チャネルのタイム・スロットを含む。衛星は、標準（ベースライン ）動作の最中に、このタイム・スロットのあいだに最高２つの周波数アクセスで ページング・バーストを送信する。複信チャネルの容量が部分的に犠牲になる場 合は、２つの追加の周波数アクセスで２つの追加のバーストが送信される。それ ぞれ異なる単信バーストは、異なるメイン・ミッション・アンテナ・ビームで送 信されるので、単信バーストは異なる地理的エリアをカバーする。４つの周波数 アクセスの周波数は、世界操業を認可された単信チャネル周波数帯でページング に予約された周波数アクセスから選択される。任意のときに使われる周波数アク セスとビームとは、干渉を防ぐため、システムのすべての衛星間で調整される。 個々のページング・バーストは、システム制御情報フィールドと４つのページ ング・データ・フィールドに時分割多重化される。好適な実施例において、各デ ータ・フィールドは２０文字の数字（ＢＣＤ）メッセージと１０文字の英数字（ ＡＳＣＩＩ）メッセージのいずれかを含むことができる。１ページの英数字メッ セージは、最高４つのページング・データ・フィールドを占めることができる。 当業者にとって は、ページング・システムに追加の柔軟性を提供するため、ページング・データ ・フィールドが可変長になりうることが明白であろう。 以下に詳しく説明されるように、ページングに使われる周波数アクセスには永 久優先度が割り当てられ、ページングのトラフィック需要に従ってシステム制御 セグメントによって起動される。周波数アクセスは優先順位に従って起動される 。つまり、一次ページング周波数アクセスは常にアクティブである。より多くの ページング容量が要求される場合は、二次周波数アクセスが起動される。同じこ とが、三次および四次の周波数アクセスでもって行われる。 ページングのタイミング階層 第６図は、本発明の通信システムのページングのタイミング階層の概念図を示 す。 スーパーフレーム ページングのフレーム化構造は、４レベルのタイミング階層を使用する。この 階層の最高レベルは１９４.４秒（２１６０個のフレーム）のスーパーフレーム ８０である。スーパーフレーム８０は、各々が２１.６秒（２４０個のフレーム ）の９個のページング・ブロック８２からなる。各ブロック８２は、 ４.３２秒（４８個のフレーム）の５個のグループ８４からなる。最後に、各グ ループ８４は、４８個の９０ミリ秒Ｌバンド・フレーム８６からなる。単信メッ セージのタイム・スロット８８は、９０ミリ秒のＬバンド・フレーム８６の２０ .４８ミリ秒を占める。当業者は、前記のタイミング階層が単なる見本であり、 特定システムの所要条件に応じて、他の数多くの変形が可能であることを理解す るだろう。 各ページャは、１つのブロック８２のあいだアクティブである。そのアクティ ブ・ブロックの中の任意のグループの任意のフレームのあいだは、アクティブ・ ページャにメッセージを送信できる。メッセージは、任意のアクティブ周波数ア クセスで加入者装置のトランシーバ・アンテナ７５（第５図）の１つのビームに 向けてのみ送信される。各ブロック８２の最初のグループは、そのブロックの捕 捉グループ８３である。捕捉グループ８３は、特殊なブロック・ヘッダ・メッセ ージ１１４（第９図）を含む。ブロック・ヘッダ・メッセージ１１４は、それに 続くブロックのグループにおけるフレームのうち、捕捉グループ８３によってカ バーされるエリアにメッセージを送信するフレームを指示する。これは、割り当 てられたブロックのあいだに、ページャがページング・トラフィックの受信エリ アにいない場合に、ページャがスリープ・モードに復帰することを可能にする。 残りの４つのグループは、捕捉グループ・ヘッダ８３を含まないメッセージ・グ ループであり、ブロック８２のメッセージ・容量の ほとんどを提供する。 チャネル多重化 Ｌバンド通信サブシステムは、時分割多重アクセス／周波数分割多重アクセス （ＴＤＭＡ/ＦＤＭＡ）の混成アーキテクチャである。各Ｌバンド・チャネルは 、タイム・スロットと周波数アクセスからなる。 複信チャネルは、共通の周波数帯、時分割複信化（ＴＤＤ）によって提供され るので、個々の複信サービス・ユーザには、アップリンク・チャネルとダウンリ ンク・チャネルが提供される。各ユーザが自分のサービスを終了させるか、また は別のチャネルにユーザがハンドオフされるまでのあいだ、割り当てられたチャ ネルを各ユーザが独占使用できるようにするため、複信チャネル割り当てには回 路交換が使われる。 ＴＤＭＡ/ＦＤＭＡアーキテクチャは、単信チャネルと複信チャネルとのあい だに周波数の直交性と時間の直交性とを提供する。時間の直交性は、宇宙船が多 くの複信トラフィック・チャネルと同時に高出力の単信信号を送信しないこと、 そして宇宙船がアップリンク・チャネルの受信中にチャネルを送信しないことを 保証する。周波数の直交性は、ある１つの衛星の単信タイム・スロットと他の衛 星のアップリンク・タイム・スロットとが干渉することによって生成さ れる相互変調積を最小限に抑える。この直交時間／周波数アーキテクチャでは、 送受信の時間と周波数とを制限しないシステムに比べて、相互変調，アンテナ・ サイドローブおよびフィルタリングの所要条件が甘く、衛星のピーク送信電力は 少ない。 第７図は、基本的なＴＤＭＡのフレームを示す。これは、第６図におけるフレ ーム８６に対応する。 単信チャネルは、複信チャネルのダウンリンク・タイム・スロット９１と複信 チャネルのアップリンク・タイム・スロット９０とのあいだのガード・タイム・ スロット８８のあいだにアクティブである。本実施例において、この周波数帯は ２ないし４のページング・チャネルとリング警報チャネルとを提供する。 ＴＤＭＡフレーム ＴＤＭＡチャネルの基本単位はタイム・スロットである。タイム・スロットは 、９０ミリ秒のフレーム８６に編成される。Ｌバンド・サブシステムのＴＤＭＡ フレーム８６は、第７図に示される。フレーム８６は、リングおよびページング ・タイム・スロット８８を含み、その後ろに４つのアップリンク・タイム・スロ ット９０と４つのダウンリンク・タイム・スロット９１が続く。第７図において 狭いすき間で示されるように、タイム・スロットは種々のガード・タイムによっ て分 離される。 ２４００ ｂｐｓのトラフィック・チャネルは、１つのフレーム８６につき１ つのアップリンク・タイム・スロットと１つのダウンリンク・タイム・スロット を使用する。４８００ ｂｐｓのトラフィック・チャネルは、１つのフレーム８ ６につき２つの連続するアップリンク・タイム・スロットと２つ連続するダウン リンク・タイム・スロットを使用する。２つの連続するアップリンク・タイム・ スロットは同じ周波数アクセスになければならず、２つの連続するダウンリンク ・タイム・スロットは同じ周波数アクセスになければならない。ある特定のチャ ネルと関係するアップリンクおよびダウンリンク・タイム・スロットは、同じ周 波数アクセスにある必要はない。 ９０ミリ秒のＬバンド・フレーム８６は、２５ ｋｓｐｓのチャネル・バース ト変調速度で、１フレームあたり２２５０個の記号を提供する。差分符号化され たＢＰＳＫ変調を使用する同期チャネルのアップリンク部分と捕捉チャネルを除 き、チャネルはすべて、５０ ｋｂｐｓのチャネル・ビット速度を有する差分符 号化された直角位相偏移キー（ＱＰＳＫ）変調を使用する。 本実施例において、タイム・スロットとガード・タイムとは２０マイクロ秒の チャネル・ビット間隔で定義され、フレーム・クロックとビット・クロックとは 互いに一貫する。 ４つのアップリンク９０タイム・スロットと４つのダウン リンク９１タイム・スロットは、複信チャネルを提供するために使われるＴＤＤ 構造を形成する。リングおよびページング・タイム・スロット８８は、単信チャ ネルを支援する。 ＴＤＭＡフレーム８６は、ハードウェアのセットアップを可能にし、アップリ ンク・チャネルに許容差を与えるため、ガード・タイムを含む。 関係するガード・タイムとともに、単信タイム・スロットによって提供される ダウンリンク・タイム・スロットとアップリンク・タイム・スロットとのあいだ の分離８８は、衛星対衛星の干渉と電話対電話の干渉を防ぐ。その結果、タイム ・スロット８８のあいだに使われる周波数は複信トラフィック・チャネルにおけ る用途に使用できず、これは複信トラフィック・チャネルの周波数から十分に遠 く隔てて、実用フィルタによってこれが拒絶されるようにしなければならない。 ページングの周波数階層 第８図は、本発明の通信システムにおけるダウンリンク通信について、ページ ング周波数割り当てを含む、全体的な周波数計画の概念図を示す。 第８図において、用語「ページ」はページング・チャネルを示し、用語「リン グ」はリンギング・チャネルを示し、用語「ＧＲＤ」はガード・チャネルを示す 。 チャネルの数と各種のチャネルが周波数帯で割り当てられる順番は、単に説明 のためのものであり、多数の変形が可能であるということに注意するべきである 。 ＦＤＭＡ周波数計画 本発明のＦＤＭＡ構造における周波数の基本単位は、あらかじめ定められた帯 域幅を占める周波数アクセスである。各チャネルは、１つの周波数アクセスを使 用する。複信チャネルに使われる周波数アクセスは、サブバンド（ｓｕｂｂａｎ ｄ）に編成され、サブバンドの各々は８つの周波数アクセスを含む。 １２周波数アクセス周波数帯は、単信（リング警報およびページング）チャネ ルのために確保される。これらの周波数アクセスは、ダウンリンク信号のためだ けに使われ、単信タイム・スロットのあいだに送信できる唯一のＬバンド周波で ある。衛星の受信機は、これらの信号を拒絶するように設計されるので、衛星か ら衛星にかけて伝播するこの周波数帯のエネルギは、複信チャネルの動作に干渉 しない。 さらに加入者装置のトランシーバ・アンテナ７５（第５図）は、リンギングお よびページング・キャリアが複信チャネル周波数帯で有害な干渉を生成すること がないように、十分な送信機直線性でもって設計される。このため単信タイム・ スロットは、単信周波数帯で有用なシステム動作を提 供する一方で、複信周波数帯のダウンリンク送信を同じ周波数帯のアップリンク 送信から隔離することでＴＤＤ動作を可能にする。 ページング・チャネルは、トラフィック・チャネルよりも大幅に高い電力レベ ルで宇宙船によって送信され、リング警報信号は、トラフィック・チャネルより も適度に高いレベルで送信される。 本発明の本実施例においては、単信周波数アクセス１０１，１０２，１０５の ３つだけを、トラフィックの搬送に使用できる。残りの周波数アクセスはガード ・バンドである。アクティブな周波数アクセスの１つはリング警報チャネル１０ ５に割り当てられ、他の２つ（１０１，１０２）はページング搬送波として使わ れる。 ただし、追加のページング容量は、ページング・トラフィックを搬送するため の追加の周波数アクセス（たとえば１０３，１０４）を起動するだけで提供でき る。ページング容量の追加は、加入者装置のトランシーバ・アンテナの特性によ っては、複信容量を減らすことがあるということが理解されよう。 周波数アクセス ページング・サブシステムは、最高４つの周波数アクセスを使用できる。一次ペ ージング周波数アクセスは、各ブロ ックの捕捉グループ８３のあいだに常にアクティブである。一次周波数アクセス だけではページング・トラフィックを配送できないエリアでは、システム制御の もと、他のページング周波数アクセスがメッセージ・グループで起動される。周 波数は、階層的順序で起動される。各ブロックの捕捉グループ８３は、そのブロ ックのあいだにアクティブであるページング周波数アクセスを指示するメッセー ジ（つまりブロック・ヘッダ・メッセージ１１４）を含む。 各ページャには、ある特定のときにアクセスがアクティブである機能として、 どのアクセスを監視すべきかを指示する、周波数アクセス表が割り当てられる。 この割り当ては、たとえばページャが製造されるときに実施できる。これは、一 次ページング・チャネル上で再プログラムすることもできる。周波数割当表の例 は表１に示される。すべてのページャについて、表１の最初の項目だけが同じで あることに注意せよ。 ページャ周波数アクセス割当表の例 ページング・バーストの構造 第９図は、本発明の通信システムで捕捉グループの中で発生するページング・ バースト１００の構造を示す。 捕捉グループ８３（第６図）の中で発生するページング・バースト１００は、 リンギング／ページング・タイム・スロット８８（第７図）のあいだに、たとえ ばページ・チャネル１０１またはページ・チャネル１０２（第８図）で送信され る。 第９図に示されるように、ページング・バースト１００は、プリアンブル部分 １１０，固有語部分１１１，フレーム・ヘッダ１１２，ブロック・ヘッダ・メッ セージ１１４およびＭ個のページング・データ・フィールド１１５からなる。好 適な実施例においては、Ｍ＝２である。 第１０図は、本発明の通信システムで後続グループの中で 発生するページング・バースト１３５の構造を示す。 捕捉グループ８３の中で発生しないページング・バースト１３５は、ページン グ・バースト１００と同じ部分からなるが、ブロック・ヘッダ・メッセージ１１ ４を持たないので、拡張されたメッセージ・ペイロード・フィールドを持つ。メ ッセージ・ペイロード・フィールドは、Ｎ個のページング・データ・フィールド からなる。好適な実施例においては、Ｎ＝４である。ただし、ページング・デー タ・フィールドは可変長でありえるので、ＭとＮも変化するということが理解さ れよう。 プリアンブルと固有語を除き、バースト・フィールドは、データ・ビットだけ でなく、転送エラー訂正ビットも含む。ページング・バーストのプリアンブルは 、２.５６ミリ秒の変調されない周波数アクセスからなる。固有語は１６進で「 ７８９」である。 ページング・フレーム・ヘッダの内容 各ページング・バーストに含まれるフレーム・ヘッダ・フィールド１１２は、 ブロックＩＤ，グループＩＤ，フレームＩＤおよび周波数アクセスＩＤからなる 。このフィールドは、エラー訂正コード用として追加のビット割り当てを含むこ とができる。 ブロック・ヘッダの内容 第１１図は、本発明の通信システムのブロック・ヘッダ・メッセージ１１４の 構造を示す。 各ブロック８２において、４８フレームからなる最初のグループは、捕捉グル ープ８３である。捕捉グループの中の各フレームは、別のアクティブ周波数アク セスで送信できるが、システムの複雑性を抑えるため、捕捉グループのあいだに は一次ページング周波数アクセスだけを使用できるということが理解されよう。 好適な実施例において、捕捉グループ８３は最初の２つのデータ・フィールド をブロック・ヘッダ・メッセージ１１４として使用する。残りの２つのデータ・ フィールドは、数字ページング・メッセージに使用できる。 第１１図に示されるように、ブロック・ヘッダ・メッセージ１１４は、二次周 波数アクセス・ステータス・フィールド１２１，三次周波数アクセス・ステータ ス・フィールド１２２，四次周波数アクセス・ステータス・フィールド１２３， 一次周波数ビジット・フィールド１２４，二次周波数ビジット・フィールド１２ ５，三次周波数ビジット・フィールド１２６および四次周波数ビジット・フィー ルド１２７からなる。 二次，三次および四次周波数アクセス・ステータス・フィールドは、下の表２ で非常に詳しく示されるように、それぞれに対応する周波数アクセスの現在と将 来の（つまり 次のスーパーフレーム内での）動作状態を指示する。 周波数アクセス・ステータスのコード 一次，二次，三次および四次周波数ビジット・フィールドは、アクティブな周 波数アクセスの各々について、送信順序を指示する。これらのフィールドはそれ ぞれ、１つのグループの各フレームにつき１ビットを含み、たとえば、好適な実 施例においてそれは４８である。ブロック・ヘッダ・メッセージ１１４が受信さ れたところのビームが、ブロックのメッセージ・グループにおける１つないし複 数のフレームにあいだに周波数アクセスによってビジットされる場合、これらの フレームに対応するビットは１に設定される。ブロックのメッセージ・グループ のあいだにこのビームがビジットされないフレームに対応するビットは０に設定 され る。好適な実施例において、ビジット順序は各メッセージ・グループについて同 じであるため、ブロックのあいだのビームに対する潜在的ビジットのすべてにつ いて順序を定義するには、４セットの４８ビットで十分である。 ブロック・ヘッダ・メッセージ１１４はまた、エラー訂正コード用として追加 のビット割り当てを含むことができる。 ４つより少ない周波数アクセスが使われる場合、周波数ビジット・フィールド の一部を使用してページング・メッセージを搬送できることが理解されよう。 ページング・データ・フィールド 第１２図は、本発明の通信システムのページング・データ・フィールド１１５ の構造を示す。各ページング・バーストは、最高Ｎ個のページング・データ・フ ィールド１１５（第１０図）を含む。 ページング・データ・フィールド１１５は、ページャ・アドレス・フィールド １３１，メッセージ・タイプ・フィールド１３２，メッセージ・シーケンス番号 フィールド１３３およびメッセージ・フィールド１３５からなる。 メッセージ・フィールド１３５は、たとえば、ＢＣＤコードを用いて２０文字 の数字メッセージを含んだり、またはＡＳＣＩＩコードを用いて１０文字の英数 字メッセージを含むことができる。ページング・データ・フィールドはまた、エ ラー訂正コード用として追加のビット割り当てを含むことができる。 当業者は、ページング・データ・フィールド１１５が多数の異なる方法で構成 できることを理解するだろう。たとえば、格納メッセージや非格納メッセージの ように、複数の異なるページ・タイプのうちの１つを指示するために、メッセー ジ・タイプ・フィールド１３２を拡張できる。格納メッセージは、自宅に電話す ること、オフィスに電話すること、その他を加入者に告げることができるし、ま たは加入者によって定義される固有のメッセージを伝達できる。格納メッセージ の使用は、頻繁に使われるページを配置するのに要する、システム５の資源を節 約する。ページング・データ・フィールドは、種々のメッセージを提供するため 、可変長でありえる。 すべてのページング情報フィールドは、エラー訂正コード用として追加のビッ ト割り当てを含むことができる。 ページング配送動作 これより、ページング・メッセージの配送について、システム５の動作が説明 される。 チャネルのスケジューリングとチャネル使用の制約 システム５は、宇宙船１のすべてについて、チャネルのスケジューリングをコ ントロールする。このスケジューリング動作を実行するときにシステムが考慮す る、チャネル使用の制約がいくつかある。 ページングは、９０ミリ秒の各フレームの最初で単信チャネルのタイム・スロ ット８８のあいだに達成される。好適な実施例においては、アクティブな各ペー ジング周波数アクセスで、１つの加入者装置のトランシーバ・アンテナ（第５図 、７５）ビームに向けて１つのページング・バーストを送信できる。ある１つの フレームで１つのバーストだけが特定のビームで送信され、１つの加入者装置の トランシーバ・アンテナで２つより多いページング周波数アクセスは同時にアク ティブにならない。 他のページング・チャネルとリング警報チャネルとの干渉を防ぐため、所定の フレームに使われる周波数とビームの選択にも制約がかけられる。この干渉は、 空間的な隔離によって回避される。つまり、同時のページング・バーストは、そ れらが互いに干渉しないことを保証するのに十分なパターン隔離を有するアンテ ナ・ビームで送信される。 この干渉を考慮するうえで重要な考慮点は、宇宙船間の差動ドップラである。 外部ビームにおけるドップラ偏移は±３７.５ ｋＨｚていどになることがある ので、ドップラ偏移のために一次および二次または三次および四次の周波数アク セスが互いに干渉する可能性がある。システムには、こ れらのドップラ偏移が起こるときに、これらの信号を隔離するように、ページン グ周波数割り当てを計画することが求められる。 メッセージ配送のスケジューリング ページング・メッセージの配送は、メッセージが宛てられるページャ２のスリ ープ／ウェイク・サイクルとのあいだで調整される。ページャ２は、１９４.４ 秒の各スーパーフレーム８０のあいだで、２４０フレーム（２１.６秒）からな る１ブロック８２間隔のあいだに、アクティブでありメッセージを受信できる。 さらに、前記のとおり、各ページャには、周波数アクセス割当表（たとえば表１ ）が割り当てられる。周波数アクセス割当表は、システム５によって使われるか もしれないアクティブなページング周波数アクセスのすべての組み合わせについ て、ページャが使用する周波数アクセスを決める。 ページング・メッセージは、配送の信頼性を向上するため２回送信される。こ れらの配送は、宇宙船の位置から所定のエリアに向けて大きな角度オフセットで ページが送信されることを保証するようにスケジュールされる。この角度の相違 が、各種の幾何学的構造物（たとえば建物，山その他）の隠蔽と遮断が、２つの 配送試行のあいだで相関しない確率を高める。角度の相違は、２つの異なる軌道 面に ある宇宙船から送信することで好ましくは達成されるが、大きな角度オフセット を有する同一軌道面の位置を使用することが必要になることもある。 メッセージ配送の順序 第１３図は、本発明の通信システムのメッセージ配送順序の構造を示す。 宇宙船は、第１３図に示されたメッセージ配送順序（ＭＤＯ）形式を用いて、 ゲートウェイ６よりページングの配送順序を受け取る。これらの順序は、メッセ ージ配送順序ヘッダ１４０とメッセージ配送順序ペイロード１４１からなる。 メッセージ順序ヘッダ１４０は、配送フレーム１４２，配送ビーム１４３およ び周波数アクセス１４４からなる。 メッセージ配送順序ペイロード１４１は、ヘッダ１４５と最高Ｎ個のメッセー ジ１４６〜１４９からなる。好適な実施例においては、Ｎ＝４である。 各配送順序は、１つのメッセージ・データのフレームとともに、ページング・ チャネルにとって正しい形式による適切なヘッダ情報を含む。メッセージ・ペイ ロードは、Ｌバンドの物理チャネルのためのすべてのコードを含む。 宇宙船は、ＭＤＯを受信してＭＤＯのヘッダ部分１４０を読んで配送パラメー タを判定する。次に宇宙船は、適切なフレームに達するまで、ＭＤＯのペイロー ド部分１４１を蓄積する。 このとき宇宙船は、プリアンブル（第９図、１１０）と固有語（第９図、１１１ ）を追加して、ページング・バーストを送信する。 第１４図は、本発明の通信システムのページングの脈絡と情報の流れを示す。 以下の論議の目的のため、第１４図は宇宙船群１５０，ネットワーク資源マネー ジャ１５１，メッセージ終了コントローラ１５２，ページング加入者のホーム・ ゲートウェイ１５３，ページング加入者データベース１５４およびＰＳＴＮ（公 衆交換遠隔通信網）６６を含む。 ネットワーク資源マネージャは専用のシステム制御セグメント（ＳＣＳ）（図 示せず）に常駐し、システム制御セグメントの機能は追跡，遠隔測定法および宇 宙船の制御を含む。メッセージ終了コントローラ（ＭＴＣ）１５２とページング 加入者データベース１５４は、ゲートウェイ６に常駐する。 メッセージが正しいときに配送されることを保証するため、システム５はペー ジング加入者データベース１５４を管理し、ページング加入者データベースは各 ページャについて、アクティブ・ブロック８２と周波数アクセス割当表（たとえ ば表１）とを含む。メッセージ終了コントローラ１５２はこの情報を用いて、ペ ージング・メッセージの順序を、各ＳＶに送信される配送順序に編成する。これ らの配送順序は、１つのページング・データのフレームとともに、配送フレーム ，配送ビームおよび周波数アクセス（第１３図）を含む。 メッセージ配送スケジュールは、ページャの動作と併せ て、使用可能なＳＶの資源とその他のチャネル制約を考慮する。この情報は、シ ステム制御セグメント（ＳＣＳ）でネットワーク資源マネージャ１５１によって 生成される。ＳＣＳは、各フレームでどの周波数アクセスでどのビームがページ ングできるかということを判定するために、ページング需要予測，他のサービス 需要の予測，各ＳＶの動作状態とエネルギ状態に関する情報および干渉計画の規 則を使用する。 これらの資源配分は、ページ配送がスケジュールされるときに、違反できない 制約としてＭＴＣに送信される。ＭＴＣは、ページング需要履歴をＳＣＳに報告 することで、将来のページング・トラフィックの予想を援助する。このメッセー ジの流れは第１４図において示される。 ＳＶはページング・メッセージ配送順序を受信して、スケジュールされた配送 フレーム，配送ビームおよび周波数アクセスに従って、それらをページング・デ ータ・バッファに入れる。スケジュールされたフレームで、データはバッファか ら読み取られ、指示された周波数アクセスに変調され、指定された配送ビームに 向けて送信される。ＭＴＣは、アクティブな周波数アクセスまたは配送ビームの 各々について、任意のフレームのあいだに２つ以上のページング・バーストがス ケジュールされないことを保証する。 メッセージ配送順序は、それらの送信がスケジュールされたグループよりも前 にグループ８４のあいだに到着するように送信される。このためＳＶは、スケジ ューリング情報と ともに、２つのグループのページング・データ（１０キロバイト）を格納するう えで、十分に大きなバッファを含む。 ページング・チャネルの動作 これより、システム５のページング・チャネルの動作が説明される。 各ブロック８２の最初の４８個のフレームは捕捉グループ８３を構成し、その あいだにすべてのアクティブ周波数アクセスにより、ＳＶのすべてのアクティブ ・アンテナ・ビームに１つのバーストが送信される（つまり４８個のビーム）。 各フレーム８６のあいだに、各アクティブ周波数アクセスによって異なるビーム がビジットされる。 すべてのアクティブ・ページング周波数アクセスは、これらのフレームのあい だに捕捉グループ８３を送信する。捕捉グループ８３のあいだに送信されるバー ストは、ブロック・ヘッダ・メッセージ（第９図、１１４）とともに、２つの数 字ページ・データ・フィールド１１５を含む。これは、そのブロックのあいだに 動作することがスケジュールされたすべてのページャに、捕捉データを受け取る ための機会を保証する。 すべての周波数アクセスは、ビームを一度ビジットし、捕捉グループのあいだ に一度だけビジットする。このため、ＳＶでアクティブなビームが４８に満たな い場合、一部のフレ ームは全く送信されないか、またはすべての周波数アクセスでは送信されない。 この戦略は、システムがすべてのＳＶで同時の捕捉グループを持つことを許す。 好適な実施例において、捕捉グループのあいだには一次ページング周波数アク セスだけが使われる。これは、システムの複雑性を抑えるが、ページングの容量 も減ることがある。 捕捉グループの後、ブロックにおける残りのページング・バーストはそれぞれ 、最高Ｎ個の数字または英数字ページを含む。捕捉間隔のあいだを除き、ページ ング・バーストはトラフィックがあるエリアをカバーするビームにだけ送信され る。すべてのバーストは、フレーム・ヘッダ・メッセージ（第９図、１１２）を 含み、フレーム・ヘッダ・メッセージはそのバーストについてブロックＩＤ，グ ループＩＤ，フレームＩＤおよび周波数アクセスＩＤを提供する。フレーム・ヘ ッダ１１２は、ページャがシステムを捕捉するときにページャを援助する。 メッセージ・グループのあいだ、アクティブ周波数アクセスは、ブロックにつ いて固定されている送信フレーム順序の中で循環される。送信フレームの順序は 、トラフィックの需要に従ってスケジュールされる。 システム制御セグメント（ＳＣＳ）（図示せず）は、特定のＳＶによって提供 されるビームのうち、スーパーフレームのあいだにページング・トラフィックの 受信に使用できる ビームを判定する。任意のときのビームにおけるページング容量は、以前のペー ジング履歴に基づく需要予測に従って割り当てられる。大量のページング・トラ フィックの受信が見込まれるエリアをカバーするビームは、資源と干渉の制約が 許すできるだけ多くのビジットでスケジュールされる。これらの多数の送信順序 は、大量のトラフィック受信が見込まれないエリアに対する送信機会を犠牲にし て成立する。 ブロックのあいだ特定エリアへのビジットに用いるフレームと周波数アクセス についての指示は、捕捉グループ１１４のあいだにそのビームに送信されるブロ ック・ヘッダ・メッセージ１１４のすべてに含まれる。 メッセージ・グループに記述される送信スケジュールは、アクティブ周波数ア クセスのそれぞれで異なることがある。たとえば、一次周波数アクセスはフレー ムおよびビーム１〜４８での送信に使用できる。一方、二次周波数アクセスは、 ビーム１０〜２０におけるフレーム１〜１０での送信にだけ使うことができる。 各種の周波数アクセスによってこれらのグループで使われる送信シーケンス間 には、一定の関係はない。ただし、特定の周波数アクセスによって使われるシー ケンスは、特定ブロックのメッセージ・グループの各々で繰り返される。 捕捉グループ８３のあいだ、代替（つまり、二次，三次および四次）周波数ア クセスは、一次チャネルのシーケンス とのあいだで一定の時間関係を有する送信シーケンスに従う。ページャには、こ のタイミングがあらかじめプログラムされるので、次のブロック・ヘッダ・メッ セージ１１４を待たなくても、代替チャネルに移って正しいシーケンスと同期で きる。別のときに、代替周波数アクセスは、トラフィック要件を満たすために、 一次周波数アクセスと同様の方法で、ビームをビジットする。 ページャの動作 周波数の選択 一次ページング周波数アクセスは、単信タイム・スロットとともに、一次ペー ジング・チャネルを定義する。すべてのページャは、電源投入のときとスリープ 期間から目覚めるときに、最初に一次チャネルを捕捉する。ブロック・ヘッダ・ メッセージ１１４は、メッセージ・グループでアクティブである他のページング 周波数アクセスを指定する。捕捉グループの後、あらかじめ定められたページャ のグループは他のアクティブ・ページング周波数アクセスに移る。 代替チャネルに移るページャは、ブロック・ヘッダ・メッセージにおける周波 数アクセス・ステータス・フィールド（第１１図、１２１〜１２３）が、チャネ ルが操作を中断しようとすることを指示するまで、そのチャネルの監視を続け る。このメッセージは、周波数アクセスがアクティブになる最後のスーパーフレ ームで送信される。 これとは別に、代替チャネルで受信するページャは、ブロックをつうじてその チャネルを監視して、その後に次のブロックの捕捉グループにおける一次周波数 に復帰できる。 フェイドやその他のチャネルの損害により、ページャは、チャネルが終了する ことを指示するブロック・ヘッダ・メッセージの受信に失敗することがある。こ の状況でページャは、あらかじめ定められた連続するスーパーフレームの数より も多く、捕捉グループ・ヘッダの捕捉に失敗するまで、チャネルを監視し続け、 あらかじめ定められた連続するスーパーフレームの数よりも多く、捕捉グループ ・ヘッダの捕捉に失敗すると、ページャは一次チャネルに切り替える。 タイミングと同期 ページャのバッテリ寿命は普通、実際のバッテリの制約によって大幅に制限さ れる。ページャは、この寿命を伸ばすために、負担の低いスリープ／ウェイク・ サイクルを使用できる。このサイクルは、ページャがシステムとの同期を維持す るために、ＳＶから信号を受信できない延長された長いスリープ期間を要求する 。同期の問題は、ページャの中で具体的に実用化される発振器の限られた安定性 によ って悪化する。安価な発振器を使用すると、スリープ期間のあいだに最も基本的 なタイミングのほとんどを維持できない。 低空軌道システムの大きな変動は、長い休止期間にわたって同期を維持するこ とと両立しない。衛星は、毎時約６.５キロメートルの地上速度で移動する。こ のため、伝播遅延とドップラ周波数は、非常に短い時間に大きく変化する。さら に、配慮と限られたらスペクトルを共有するＳＶのハードウェアにより、システ ムはシステムの複信チャネルに使われるのとほとんど同じ位相変調を使用するこ とを余儀なくされる。 ページング・システムのタイミング階層とそれに関連するページャの動作サイ クルにより、ページャは１７２.３秒という長いスリープ期間を利用でき、しか もページャは覚醒しているときのブロックでメッセージを受信するためにシステ ム同期を達成できる。 ページャは、スリープ期間のあいだにスーパーフレームのタイミングを追跡す るだけでよい。ページャは、そのウェイク・サイクルが始まるたびに、システム との同期を必要とする。これは以下の動作順序を用いて達成される。 探索モード ページャは、電源投入のときか、またはそのアクティブ・ ブロックの開始がスケジュールされている１.５秒前に、スリープ・サイクルか ら抜け出て、探索モードに入る。１.５秒のガード時間により、ページャは２０ ｐｐｍの長い安定性を有するタイミング基準発振器を使用することができる。 ページャは、それが受信できるすべてのバーストを処理し、フレーム・ヘッダ のデータを読み取る。ページャは、受信したバーストとヘッダ情報のタイミング に従って、内部のタイミングを再整合させる。そのグループがページャのアクテ ィブ・ブロックの捕捉グループではなく、かつまたアクティブ・ブロックに先行 するブロックの第４メッセージ・グループでもないことを、フレーム・ヘッダの データが指示する場合、ページャはフレームＩＤ，グループＩＤおよびブロック ＩＤとそのアクティブ・ブロックの捕捉グループとの差に基づいて、そのスリー プ・タイマ（第３図、４８）をリセットする。そしてページャはスリープ・モー ドに戻る。 受信したバーストが適切なブロックおよびグループからのものである場合、ペ ージャはそのアクティブ・ブロックから捕捉グループ・バーストを受信するまで 、それが検知するすべての信号を監視する。ページャは、捕捉グループ・バース トを受信すると、ブロック・ヘッダ・メッセージ１１４を読み取る。 ブロック・ヘッダ・メッセージが、そのブロックがページャのアクティブ・ブ ロックであることを指示するとペー ジャは引き続き捕捉できる全バーストの処理を続行する。 捕捉されるバーストごとにページャは、ページング・データ・フィールド内の ページャ・アドレス１１６をチェックする。ページャがバースト中のアドレスを 検知すると、ページャは監視するスケジュールとして、そのバースト中のスケジ ュールを選択し、メッセージ・データの読み取りと表示を行なう。ページャはま た、捕捉プロセスを中止して、追跡モードに入る（以下参照）。 ページャはそのアドレスを検知しない限り、それが４８フレームの捕捉間隔に わたって捕捉することのできる全バーストの処理を続行する。ページャは、別々 のビームから受信した３つの最高出力バーストのブロック・ヘッダ・メッセージ からデータを格納する。捕捉間隔の終りでページャは、最良の信号対雑音比で受 信したバーストのスケジュールを組み合わせて、監視するスケジュールを生成す る。３つのビームよりも多いあるいは少ないスケジュールの組み合わせが可能で あることは明白であろう。 追跡モード ページャは、捕捉グループ８３の終りに追跡モードに入り、残りの４つのグル ープをつうじてそのモードに留まる。追跡モードにおいてページャは、捕捉グル ープのあいだに選択したスケジュールでフレームを監視する。 追跡モードにおいてページャは、モニタ・スケジュールにおけるフレーム時間 のあいだだけページャの受信機をオンにする。受信しないときは、ページャは低 電力の休止モードに入る。混雑したエリアでは、ほとんど起こりえないことでは あるが、ブロックの２４０の全フレームがモニタ・スケジュールに含まれるとい うことが起こりうる。 ページャは、捕捉モードと追跡モードとをつうじて受信した信号のパラメータ に基づいて、内部のタイミングを補正する。 ページャは、アクティブ・ブロックを追跡した後に、スリープ・モードに戻る 。ページャは、次のスーパーフレームにおけるそのアクティブ・ブロックの捕捉 グループが差し迫っていることを、その内臓タイマが指示するまで、スリープ・ モードに留まる。 流れ図の説明 第１５図ないし第１９図は、本発明による、アドレス可能呼出受信機の動作方 法の複合流れ図を構成する。 本プロセスはブロック１６０で始まる。 次に、ボックス１６１を参照し、ページング受信機はそのスリープ・サイクル またはスリープ・モードから抜け出る。 次に、ボックス１６２において、受信機は送信されたフレーム・ヘッダの１つ を検査する。 次に、意思決定ボックス１６３において、フレーム・ヘッダがこの受信機のブ ロックＩＤを含んでいるか否かのチェックが行われる。ブロックＩＤが含まれて いる場合は、本方法はボックス１６４に進み、そこで受信機がグループＩＤを読 み取るが、ブロックＩＤが含まれていない場合は、本方法はライン１６５を経由 してボックス１９２に進む。ボックス１９２において、受信機はこのフレームの フレーム・ヘッダＩＤをもとにして、スリープ・サイクルから覚醒すべきときを 判定し、次にボックス１９４に進んで、そこで受信機はスリープ・サイクルに入 る。 ボックス１６４から、本方法は判断ボックス１６６に進み、そこでフレームが 捕捉グループの部分であるか否かについてチェックが行われる。フレームが捕捉 グループの部分である場合は、本方法はボックス１６７に進むが、フレームが捕 捉グループの部分でない場合は、本方法はライン１６５を経由してボックス１９ ２に進む。 ボックス１６７において、受信機は捕捉グループを監視する。次にボックス１ ６８において、受信機はブロックの各フレームでそのアドレスを監視する。判断 ボックス１７０において、受信機がそのアドレスを検知する場合は、本方法はボ ックス１７１に進み、そこで受信機はそのメッセージの読み取りと表示を行なう 。ボックス１７２において、受信機は、それが監視するスケジュールとして、メ ッセージを送信したビームからスケジュールを選択する。 意思決定ボックス１７０において、受信機がそのアドレスを検知しなかった場 合は、それが検知するビームのうちの１つによって送信される捕捉グループの情 報を受信機が監視する（ボックス１７５）。 意思決定ボックス１７７において、受信機が捕捉グループの情報の中でブロッ ク・ヘッダを検知する場合、受信機はそれに対応するビーム・ビジット情報を読 み取って格納する（ボックス１７８）。そうでない場合は、本方法はライン１６ ５を経由してボックス１９２に進む。 意思決定ボックス１８１に進み、捕捉グループ全体がまだ送信されていない場 合は、捕捉グループ全体が送信されるまで、受信機が検知する追加のビームによ って送信される捕捉グループの情報を監視し続ける（ボックス１７５）。 次に、ボックス１８４において受信機は、少なくとも１つの最適特性（たとえ ば、信号強度）を持つＮ個のビーム（好適な実施例においては３個のビーム）を 選択し、選択ビームのブロック・ヘッダに含まれるビジット・スケジュールから モニタ・スケジュールを形成する。 ボックス１８６を参照し、受信機はスケジュールに含まれたフレームだけを監 視するため、格納されたモニタ・スケジュールの情報を使って、このブロックの 残りのグループのあいだに覚醒する。 ボックス１８８を参照し、受信機はそのブロックの捕捉グループが送信される 直前まで、スリープ・モードに入る。次 にページャは覚醒し、独自の捕捉グループの寸前に送信されるグループの情報と 同期する。 最後に、本方法はブロック１９６において終了する。 まとめ 要するに、本発明は衛星方式、世界的規模のセルラ・メッセージング・システ ムに用いる改善されたメッセージ装置を提供する。メッセージ装置は、メッセー ジを監視するために最適ビームを判定できる。さらにメッセージ装置は、そのメ ッセージ・ブロックと非常に速やかに同期できる。さらにメッセージ装置は、そ のバッテリ資源を大幅に節約するメカニズムを含む。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クルビー、クリストファー・ニール アメリカ合衆国イリノイ州エルムハース ト、イースト・マディソン・ストリート 120

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．アドレス可能呼出受信機を動作させる方法であって、前記受信機はスリー プ・サイクルとウェイク・サイクルとを有し、前記受信機には複数のメッセージ が１つのフレームにグループ化され、複数のフレームが１つのグループにグルー プ化され、複数のグループが１つのブロックにグループ化される被送信情報が与 えられ、前記フレームの各々がフレーム，グループおよびブロック識別子からな るフレーム・ヘッダを有し、所定フレームの各々がブロック・ヘッダを含み、前 記所定フレームが捕捉グループを構成し、前記受信機は前記受信機に割り当てら れたブロックを識別する識別値を格納し、当該方法は： （ａ）前記受信機が前記スリープ・サイクルから出て、送信されたフレーム・ ヘッダの１つを調べる段階； （ｂ）前記フレーム・ヘッダが前記の値を含む場合に、次の段階（ｃ）に進み 、そうでなければ段階（ｄ）に進む段階； （ｃ）前記受信機が前記グループ識別子をもとに前記フレームが捕捉グループ の一部であるか否かを判定する段階であって： （ｉ）前記フレームが捕捉グループの一部である場合に、前記受信機が前記 捕捉グループを監視する段階； （ii）前記フレームが捕捉グループの一部でない場合に、前記受信機が段階 （ｄ）に進む段階； によって構成される段階； （ｄ）前記受信機が前記フレーム・ヘッダ識別子を用いて、受信機が前記スリ ープ・サイクルからいつ出るかを判定して、次の段階（ｅ）に進む段階；および （ｅ）前記受信機がスリープ・サイクルに入る段階； によって構成されることを特徴とする方法。 ２．前記受信機が特定の受信機アドレスを格納し、前記フレームの１つが前記 特定の受信機アドレスから成り、前記方法は： （ｆ）段階（ｃ）（ｉ）が行われる場合に、前記受信機がそのアドレスに対し て前記ブロックを監視する段階； によってさらに構成される請求項１記載の方法。 ３．前記フレームの１つがメッセージを構成し、前記方法は： （ｇ）段階（ｆ）において、前記受信機がそのアドレスを検知する場合に、前 記受信機が前記メッセージを読み取り、そうでない場合に、前記受信機が前記ブ ロックでそのアドレスを監視し続ける段階； によってさらに構成される請求項２記載の方法。 ４．前記情報がいくつかの異なるビームによって送信され、特定のビームが前 記受信機に対する情報の送信に使用されるか否か，使用される場合には前記特定 のビームを用いて情報がいつ送信されるかに関するビーム・ビジット情報によっ て前記ブロック・ヘッダが構成される方法であって： （ｈ）前記受信機がそのアドレスを検知して前記メッセージを読み取る場合に 、前記受信機が前記メッセージを送信したビームを、監視するビームとして選択 する段階；および （ｉ）前記受信機が前記ブロック・ヘッダと対応する前記ビーム・ビジット情 報を格納する段階； によってさらに構成される請求項３記載の方法。 ５．（ｉ）格納されたビーム・ビジット情報を用いて、そのブロックの残りの グループの間に前記受信機が覚醒し、監視されたビームが訪れる前記フレームの みを監視する段階； によって構成される請求項４記載の方法。 ６．Ｎ個の異なるビームによって前記情報が送信され（Ｎは正の整数）、特定 のビームが前記受信機に対する情報の送信に使われるか否かということ，使われ る場合には前記特定ビームを用いて情報がいつ送信されるのかに関するビーム・ ビジット情報によって前記ブロック・ヘッダが構成され、前記方法は： （ｆ）前記受信機が第１ビームによって送信される前記捕捉グループ情報を監 視する段階； （ｇ）前記受信機が前記捕捉グループ情報内にブロック・ヘッダを検知する場 合に、前記受信機が前記ビーム・ビジット情報を読み取り、格納する段階；およ び （ｈ）前記捕捉グループのすべてが送信されるまで段階 （ｆ）および（ｇ）を繰り返す段階； によってさらに構成される請求項１記載の方法。 ７．（ｉ）前記受信機が、少なくとも１つの最適特性を有するＮ個のビームを 、監視するＮ個のビームとして選択する段階； によってさらに構成される請求項６記載の方法。 ８．前記少なくとも１つの最適特性が信号強度である請求項７記載の方法。 ９．前記少なくとも１つの最適特性が信号伝播特性である請求項７記載の方法 。 １０．（ｊ）前記格納済みビーム・ビジット情報を用いて、そのブロックの残 りのグループの間に前記受信機が覚醒し、監視されたビームが訪れる前記フレー ムのみを監視する段階； によってさらに構成される請求項７記載の方法。 １１．（ｋ）前記受信機がそのブロックの捕捉グループが送信される直前まで スリープ状態に入り、前記捕捉グループの寸前で覚醒して、グループで送信され る情報と同期する段階； によってさらに構成される請求項１０記載の方法。 １２．アドレス可能呼出受信機であって、複数のメッセージが１つのフレーム にグループ化され、複数のフレームが１つのグループにグループ化され、複数の グループが１つのブロックにグループ化される被送信情報が当該受信機に 与えられ、前記フレームの各々がフレーム，グループおよびブロック識別子から なるフレーム・ヘッダを有し、所定フレームの各々がブロック・ヘッダを含み、 前記所定フレームが捕捉グループを構成するアドレス可能呼出受信機であって： 前記受信機が割り当てられたブロックを識別する識別値を格納するメモリ； バッテリ； 前記バッテリに結合された受信回路であって、スリープ・サイクルとウェイク ・サイクルとを有する受信回路； タイマ；および 前記タイマおよび前記受信回路に結合されたプロセッサであって前記プロセッ サは前記受信機を前記ウェイク・サイクルに入らせ、前記被送信フレーム・ヘッ ダの１つを調べさせ、前記フレーム・ヘッダが前記値を含む場合に、前記プロセ ッサが前記受信機に前記グループ識別子をもとに前記フレームが捕捉グループの 一部であるか否かを判定させ、一部である場合には前記受信機が前記捕捉グルー プを監視し、前記フレーム・ヘッダが前記の値を含まない場合または前記フレー ムが捕捉グループの一部でない場合には、前記受信機が前記フレーム・ヘッダ識 別子を用いて、前記スリープ・サイクルからいつ出るべきかを判定し、その後ス リープ・サイクルに入るプロセッサ； によって構成されることを特徴とするアドレス可能呼出 受信機。 １３．前記メモリが特定の受信機アドレスを格納し、前記フレームの１つが前 記特定の受信機アドレスからなり、前記フレームが捕捉グループの部分である場 合に前記受信機が前記ブロックでそのアドレスを監視する請求項１２記載の受信 機。 １４．前記フレームの１つがさらにメッセージからなり、前記受信機がそのア ドレスを検知する場合に前記受信機が前記メッセージを読み取り、そうでない場 合に前記受信機が前記ブロックでそのアドレスを監視し続ける請求項１３記載の 受信機。 １５．前記情報が数個の異なるビームによって送信され、特定のビームが前記 受信機に対する情報の送信に使用されるか否か，使用される場合には前記特定ビ ームを用いて情報がいつ送信されるのかに関するビーム・ビジット情報によって 前記ブロック・ヘッダが構成され、前記受信機がそのアドレスを検知して前記メ ッセージを読み取る場合に、前記受信機が前記メッセージを送信したビームを、 監視するビームとして選択し、前記受信機が前記ブロック・ヘッダに対応する前 記ビーム・ビジット情報を格納する請求項１４記載の受信機。 １６．前記格納済みビーム・ビジット情報を用いて、そのブロックの残りのグ ループの間に前記受信機が覚醒し、監視されたビームが訪れる前記フレームのみ を監視する請求 項１５記載の受信機。 １７．Ｎ個の異なるビームによって前記情報が送信され、（Ｎは正の整数）特 定のビームが前記受信機に対する情報の送信に使われるか否か，使われる場合に は前記特定ビームを用いて情報がいつ送信されるのかに関するビーム・ビジット 情報によって前記ブロック・ヘッダが構成され、前記受信機が第１ビームによっ て送信される前記捕捉グループ情報を監視して、前記受信機が前記捕捉グループ 情報の中でブロック・ヘッダを検知する場合に、前記受信機が前記ビーム・ビジ ット情報を読み取り格納し、前記捕捉グループのすべてが送信されるまで前記受 信機がこのプロセスを繰り返す請求項１２記載の受信機。 １８．前記受信機が少なくとも１つの最適特性を有するＮ個のビームを、監視 するＮ個のビームとして選択する請求項１７記載の受信機。 １９．前記少なくとも１つの最適特性が信号強度である請求項１８記載の受信 機。 ２０．前記少なくとも１つの最適特性が信号伝播特性である請求項１８記載の 受信機。 ２１．前記格納済みビーム・ビジット情報を用いて、そのブロックの残りのグ ループの間に前記受信機が覚醒し、監視されたビームが訪れる前記フレームのみ を監視する請求項１８記載の受信機。 ２２．前記受信機がそのブロックの捕捉グループが送信さ れる直前までスリープ状態に入り、前記捕捉グループの寸前で覚醒して、グルー プで送信される情報と同期する請求項２１記載の受信機。