特許第6440362号(P6440362)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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特許6440362無線受信可能範囲のためのオーバーラップセル
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6440362
(24)【登録日】2018年11月30日
(45)【発行日】2018年12月19日
(54)【発明の名称】無線受信可能範囲のためのオーバーラップセル
(51)【国際特許分類】
   H04W 16/32 20090101AFI20181210BHJP
   H04W 84/06 20090101ALI20181210BHJP
   H04W 16/28 20090101ALI20181210BHJP
   H04W 24/02 20090101ALI20181210BHJP
【FI】
   H04W16/32
   H04W84/06
   H04W16/28
   H04W24/02
【請求項の数】7
【外国語出願】
【全頁数】15
(21)【出願番号】特願2014-21993(P2014-21993)
(22)【出願日】2014年2月7日
(65)【公開番号】特開2014-155228(P2014-155228A)
(43)【公開日】2014年8月25日
【審査請求日】2017年1月24日
(31)【優先権主張番号】13/766,273
(32)【優先日】2013年2月13日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】500520743
【氏名又は名称】ザ・ボーイング・カンパニー
【氏名又は名称原語表記】The Boeing Company
(74)【代理人】
【識別番号】100109726
【弁理士】
【氏名又は名称】園田 吉隆
(74)【代理人】
【識別番号】100101199
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 義教
(72)【発明者】
【氏名】フェリア, イン ジェー.
(72)【発明者】
【氏名】サリヴァン, ジョン エム.
(72)【発明者】
【氏名】ブシェ, グレッグ
(72)【発明者】
【氏名】ヴェイソグル, ムラート イー.
(72)【発明者】
【氏名】シマ, ロリ
【審査官】 大濱 宏之
(56)【参考文献】
【文献】 米国特許出願公開第2011/0075601(US,A1)
【文献】 欧州特許出願公開第02290842(EP,A2)
【文献】 米国特許出願公開第2010/0233973(US,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H04B 7/24− 7/26
H04W 4/00−99/00
3GPP TSG RAN WG1−4
SA WG1−2
CT WG1、4
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも第一の組のビームウェイト及び第二の組のビームウェイトを含む複数のビームウェイトを生成すること、及び
それぞれ別個の第一の種類のユーザ端末及び第二の種類のユーザ端末により通信に最適化された基準を有するセルのオーバーラップする第一の層及び第二の層に配置されるセルに分割される地理的領域にわたって受信可能範囲を提供するセルラー通信システムの信号に、前記第一の組のビームウェイト及び前記第二の組のビームウェイトを適用することであって、前記基準は前記第一の組のビームウェイト及び前記第二の組のビームウェイトに反映される、適用することを含む方法であって
前記基準は、衛星アンテナ基準、セルのサイズ及び周波数再利用パターンを含み、前記衛星アンテナ基準は、アンテナ利得及びサイドローブ抑圧を含み、
セルの前記第一の層は、第一の周波数再利用パターンに配置される第一のサイズのセルを含み、かつアンテナ利得に最適化され、セルの前記第二の層は、異なる第二の周波数再利用パターンに配置される第二のサイズのセルを含み、かつサイドローブ抑圧に最適化され、
前記第二のサイズのセルは、前記第一のサイズのセルよりもサイズが小さい、方法。
【請求項2】
ルの前記第一の層及び前記第二の層は、異なるアンテナ利得及びサイドローブ抑圧を有する、請求項1に記載の方法。
【請求項3】
セルの前記第一の層及び前記第二の層はオーバーラップするPセル及びQセルの周波数再利用パターンに配置され、前記Pセル周波数再利用パターンは制御チャネルの通信のためのものであり、前記Qセル周波数再利用パターンは制御チャネルを除くトラフィックチャネルの通信のためのものであり、
前記Qセル周波数再利用パターンの任意のトラフィックチャネルは、前記Pセル周波数再利用パターンの制御チャネルを介して割り当て可能である、請求項に記載の方法。
【請求項4】
QはPよりも大きく、かつ前記Qセル周波数再利用パターンのセルは前記Pセル周波数再利用パターンのセルよりもサイズが小さい、請求項に記載の方法。
【請求項5】
前記Qセル周波数再利用パターンの前記セルのうちの少なくともいくつかは、前記Pセル周波数再利用パターンの一つのセルにオーバーラップし、かつ前記Qセル周波数再利用パターンの他のセルは、前記Pセル周波数再利用パターンの複数のセルにオーバーラップする、請求項に記載の方法。
【請求項6】
前記複数のビームウェイトは第三の組のビームウェイトをさらに含み、
前記第一の組のビームウェイト及び前記第二の組のビームウェイトを適用することは、それぞれ別個の第一の種類のユーザ端末、第二の種類のユーザ端末及び第三の種類のユーザ端末により通信に最適化された基準を有するセルのオーバーラップする第一の層、第二の層及び第三の層に配置されるセルに分割される前記地理的領域にわたって受信可能範囲を提供する前記セルラー通信システムの信号に、前記第三の組のビームウェイトを適用することをさらに含み、前記基準は、前記第一の組のビームウェイト、前記第二の組のビームウェイト及び前記第三の組のビームウェイトに反映される、請求項1に記載の方法。
【請求項7】
少なくとも第一の組のビームウェイト及び第二の組のビームウェイトを含む複数のビームウェイトを生成するように構成されたビームウェイト生成器、及び
前記ビームウェイト生成器に結合され、かつそれぞれ別個の第一の種類のユーザ端末及び第二の種類のユーザ端末により通信に最適化された基準を有するセルのオーバーラップする第一の層及び第二の層に配置されるセルに分割される地理的領域にわたって受信可能範囲を提供するセルラー通信システムの信号に、前記第一の組のビームウェイト及び前記第二の組のビームウェイトを適用するように構成されるビームフォーマであって、前記基準は前記第一の組のビームウェイト及び前記第二の組のビームウェイトに反映される、ビームフォーマを備えるシステムであって、
前記システムは、請求項1からのいずれか一項に記載の方法により動作するように構成される、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、概してセルラー通信システムに関し、具体的にはセルラー通信システムの無線受信可能範囲のためのオーバーラップセルに関する。
【背景技術】
【0002】
無線通信アクセスは、我々の社会及び経済がますます依存するようになっており、毎日の社会的機能すべての面に普及しはじめている。例えば、無線通信は、陸上車両、航空機、宇宙船、船舶などのモバイルプラットフォームに搭載されて、ますますユーザが利用できるようになってきている。モバイルプラットフォームの乗客のための無線通信サービスは、例えば、電子メール及びウェブブラウジング、生放送、音声サービス、バーチャルプライベートネットワークアクセス並びに他の双方向かつリアルタイムのサービスなどのインターネットアクセスを含む。
【0003】
例えば、モバイルプラットフォームなどの、遠隔ユーザ端末、アクセスするのが難しいユーザ端末、又はモバイルユーザ端末のための無線通信プラットフォームは、しばしば陸上領域又は水上(水中)領域を含む大きな地理的に受信可能な地域にわたってサービス受信可能範囲を提供することができる通信衛星をしばしば使用する。概して、地上基地局などの基地局は、一又は複数の衛星を経由するベントパイプによってユーザ端末まで情報(例えば、データ)を送信する。より具体的には、基地局は、送信リンクの情報を衛星に送信し、衛星は、情報を受信すると、それを増幅しかつ一又は複数の固定ユーザ端末又はモバイルユーザ端末のアンテナに再送信する。次に、ユーザ端末は、衛星を介して基地局にデータを送り返すことができる。基地局は、インターネット、公衆電話交換ネットワーク、並びに/若しくは他の公的ネットワーク及びサービス又は他の私的ネットワーク及びサービスへのリンクをユーザ端末に提供することができる。
【0004】
現代の衛星及び他のセルラー通信システムは、複数のセルに分割される地理的領域にわたって受信可能範囲を形成するビームレイダウンを提供する任意の数のスポットビームをしばしば用いる。スポットビームを使用する通信システムでは、同一の周波数が、2以上のセルで同時に使用される。これらのビームは、ビーム間の干渉を最小化するために、所定の同一極アイソレーション(co-polar isolation)(例えば、搬送波対干渉比率)の値を維持するように構成される。これは、空間的アイソレーション及び空間的再利用と呼ばれる。一つの通常の用語では、各スポットビームには、周波数再利用パターンに一致する色パターンを作り出すための色が割り当てられる。次いで、等しい周波数が、同一色の異なるビームにより再利用される。
【0005】
これらのセルラー通信システムは、システム制約の範囲内に留まりつつ、多様な種類のユーザ端末のためのサービスを最適化する際に多くの課題にしばしば直面する。システムは、音声及びデータを同時に提供する高いシステム能力をしばしば必要とする。音声サービスを提供するリンクは、しばしばノイズが支配的となり、高い衛星アンテナ利得を必要とする一方で、データサービスを提供するリンクは、しばしば対向する衛星アンテナ基準の最適化を必要とする。すなわち、データリンクは、しばしば干渉が支配的であり、高い信号対干渉比を提供するためにサイドローブ抑圧を必要とする。
【0006】
現在の多くのセルラー通信システムは、通信可能範囲領域の多様な種類のユーザ端末による通信を可能にするようにしばしば構成され、最適性能を得るために時おり対向する別の衛星アンテナ基準から恩恵を受けることがある。また、異なる種類の端末も、異なる周波数再利用パターン及び/又はセルのサイズから恩恵を受けることがある。小さなサイズの携帯情報端末は、衛星とのリンクを閉じるために高い衛星アンテナ利得からしばしば恩恵を受け、また中間サイズのセルを有する中間―高次周波数再利用から恩恵を受けることもある。他方で、中間サイズのポータブル端末及び車載端末は、極小サイズのセルを有する高密度のユーザ基地へ高速のデータサービスを提供するための高次周波数再利用だけではなく、対応する高い信号対干渉比を提供するための高いサイドローブ抑圧からもしばしば恩恵を受ける。さらに、大きなサイズの航空機用端末及び船舶用端末は、大きなサイズのセルを有する低密度のユーザ基地へデータサービスを提供するための低次周波数再利用からしばしば恩恵を受ける。特に航空機用端末は、しばしば高速で移動するため、大きなサイズのセルから恩恵を受け、地理的領域上を飛行する際にビーム間ハンドオーバーの頻度を減らすことができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の例示的実施形態は、概してセルラー通信システムの無線受信可能範囲のためのオーバーラップセルのシステム及び関連する方法を対象にする。例示的実施形態の一つの態様によれば、システムは、ビームウェイト生成器、及びビームウェイト生成器に結合されたビームフォーマを備える。ビームウェイト生成器は、少なくとも第一の組のビームウェイト及び第二の組のビームウェイトを含む複数のビームウェイトを生成するように構成される。さらに、ビームフォーマは、第一の組のビームウェイト及び第二の組のビームウェイトをセルラー通信システムの信号に適用するように構成される。セルラー通信システムは、それぞれ別個の第一の種類のユーザ端末及び第二の種類のユーザ端末により通信に最適化された基準を有するセルのオーバーラップする第一の層及び第二の層に配置されるセルに分割される地理的領域にわたって受信可能範囲を提供する。この点で、基準は第一の組のビームウェイト及び第二の組のビームウェイトに反映される。
【0008】
一つの例では、基準は、衛星アンテナ利得及びサイドローブ抑圧を含む。この例では、セルの前記第一の層及び前記第二の層は、異なるアンテナ利得及びサイドローブ抑圧を有し、セルの前記第一の層はアンテナ利得に最適化され、セルの前記第二の層はサイドローブ抑圧に最適化される。
【0009】
一つの例では、基準はセルのサイズを含み、この例では、セルの前記第一の層は第一のサイズのセルを含み、セルの第二の層は異なる第二のサイズのセルを含む。
【0010】
一つの例では、基準は周波数再利用パターンを含むことができ、この例において、セルの前記第一の層のセルは第一の周波数再利用パターンに配置され、セルの前記第一の層のセルは異なる第二の周波数再利用パターンに配置される。
【0011】
さらなる例では、セルの前記第一の層及び前記第二の層は、オーバーラップするPセル及びQセルの周波数再利用パターンに配置され、Pセル周波数再利用パターンは制御チャネルの通信のためのものであり、Qセル周波数再利用パターンは制御チャネルを除くトラフィックチャネルの通信のためのものである。このさらなる例において、前記Qセル周波数再利用パターンの任意のトラフィックチャネルは、前記Pセル周波数再利用パターンの制御チャネルを介して割り当て可能である。種々の例では、QはPよりも大きく、かつ前記Qセル周波数再利用パターンのセルは、前記Pセル周波数再利用パターンのセルよりもサイズが小さい。前記Qセル周波数再利用パターンの前記セルのうちの少なくともいくつかは、前記Pセル周波数再利用パターンの一つのセルにオーバーラップし、かつ前記Qセル周波数再利用パターンの他のセルは、前記Pセル周波数再利用パターンの複数のセルにオーバーラップすることができる。
【0012】
一つの例では、前記基準は、衛星アンテナ基準、セルのサイズ及び周波数再利用パターンを含み、前記衛星アンテナ基準は、アンテナ利得及びサイドローブ抑圧を含む。この例では、セルの第一の層は、第一の周波数再利用パターンに配置された第一のサイズ(例えば、中間サイズ)のセルを含むことができ、アンテナ利得に最適化される。さらに、セルの前記第二の層は、異なる第二の周波数再利用パターンに配置される第二のサイズ(例えば、極小サイズ)のセルを含むことができ、サイドローブ抑圧に最適化される。この例では、前記第二のサイズのセルは、前記第一のサイズのセルよりもサイズが小さい。
【0013】
一つの例では、前記複数のビームウェイトは、第三の組のビームウェイトをさらに含むことができる。この例では、それぞれ別個の第一の種類のユーザ端末、第二の種類のユーザ端末及び第三の種類のユーザ端末により通信に最適化された基準を有するセルのオーバーラップする第一の層、第二の層及び第三の層に配置されるセルに分割される地理的領域にわたって受信可能範囲を提供するセルラー通信システムの信号に、前記第三の組のビームウェイトをさらに適用するように構成される。先述と同様に、基準は、第一の組のビームウェイト、第二の組のビームウェイト及び第三の組のビームウェイトに反映される。
【0014】
さらなる例では、セルの前記第一の層及び第二の層は、異なる第一の周波数再利用パターン及び第二の周波数再利用パターンに配置される第一のサイズ(例えば、中間サイズ)のセル及び第二のサイズ(極小サイズ)のセルのそれぞれを含むことができ、アンテナ利得及びサイドローブ抑圧のそれぞれに最適化される。次いで、セルの前記第三の層は、異なる第三の周波数再利用パターンに配置される第三のサイズ(例えば、大きなサイズ)のセルを含むことができ、サイドローブ抑圧に最適化される。この例では、前記第一のサイズのセルは、前記第三のサイズのセルよりもサイズが小さく、かつ前記第二のサイズのセルは、前記第一のサイズのセルよりもサイズが小さいとすることができる。
【0015】
例示的実施形態の他の態様において、セルラー通信システムの無線受信可能範囲のオーバーラップセルのための方法が提供される。ここで説明される特徴、機能及び利点は、本発明の種々の実施形態で単独で実現可能であり、また、以下の説明及び図面を参照してさらなる詳細が理解される、さらに別の実施形態で組み合わせが可能である。
【0016】
本開示の実施形態は一般的な用語で述べられており、ここで添付図面を参照するが、これらは必ずしも正確な縮尺で描かれているわけではない。
【図面の簡単な説明】
【0017】
図1】本発明の例示的実施形態によるセルラー通信システムを示す。
図2】本発明の一つの例示的実施形態によるオーバーラップセルの3つの層の部分を含む地理的領域を示す。
図3】本発明の一つの例示的実施形態によるセルラー通信システムの概略的ブロック図である。
図4】本発明の例示的実施形態の一つの態様によるオーバーラップする周波数再利用パターンにレイダウンされるビームを示す。
図5】本発明の例示的実施形態の一つの態様によるオーバーラップする周波数再利用パターンにレイダウンされるビームを示す。
図6】本発明の例示的実施形態の一つの態様によるオーバーラップする周波数再利用パターンにレイダウンされるビームを示す。
図7】本発明の例示的実施形態の態様の方法における種々の動作を含むフローチャートを示す。
図8】本発明の例示的実施形態の態様の方法における種々の動作を含むフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【0018】
添付図面を参照して、本発明のいくつかの実施形態について、以下でより詳しく説明するが、添付図面には本発明のすべての実施形態が示されているわけではない。実際、本発明の種々の実施形態は、多くの異なる形態で実施可能であり、ここで説明される実施形態に限定されるものと解釈されるべきではなく、むしろ本発明が包括的で完全となるように、かつ当業者に本発明の範囲を十分に伝えるために、これらの実施形態が提供される。例えば、コンポーネントの寸法又はコンポーネント間の関係について、ここで言及される。これらの及び他の類似の関係は、工学的許容範囲などにより起こりうる変化を説明するために完全であるかもしれないし、又は近似的であるかもしれない。全体を通して、類似の参照番号は類似の要素を示す。
【0019】
本発明は、セルラー通信システムの無線受信可能範囲のオーバーラップセルに関する。本発明の例示的実施形態が、衛星通信システムを参照してここで示され、説明される。しかしながら、本発明はいかなる任意の数の他の種類のセルラー通信システムにも等しく適用可能であるということが理解されるべきである。例えば、種々の例示的実施形態は、基地局及びユーザ端末が衛星を利用せずに直接互いに通信する地上セルラー通信システムに等しく適用可能である。ここで述べられるように、「衛星」という用語は、一般性を含まずに使用され、他の種類の中継及び分配装置を含むことができ、種々の例では、陸上に配置されてもよく又はモバイルプラットフォーム(例えば、陸上車両、航空機、宇宙船、船舶)に搭載されてもよい。ゆえに、例示的実施形態の通信システムが一又は複数の「衛星」を含むとして示され説明されるが、用語は、一又は複数の中継及び分配装置を含むようにより広く使用される。
【0020】
図1は、本発明の種々の例示的実施形態によるセルラー通信システム100の一例を示す。示されるように、セルラー通信システムは、一又は複数の衛星102、一又は複数の衛星地上基地局104、及び複数のユーザ端末106を含む衛星通信システムである。以下でより詳細に説明されるように、ユーザ端末は、小さなサイズの携帯情報端末106a、中間サイズのポータブル端末及び車載端末106b、及び/又は大きなサイズの航空機用端末及び船舶用端末106cなどの多様な異なる種類のものである。衛星は、基地局及び一又は複数のユーザ端末が配置される地理的領域108をカバーすることができる。基地局は、例えば、インターネット、公衆電話交換ネットワーク(PSTN)、地上波公共移動通信ネットワーク(PLMN)、企業ネットワーク及び政府ネットワークなどの私的ネットワーク、並びに/若しくは他のサーバ及びサービスなど、一又は複数のネットワーク110に結合される、若しくはそうでなければそれらの一部とすることができる。
【0021】
種々の例では、衛星102及び基地局104は、ユーザ端末106とネットワーク110との間の通信を可能にする。この点で、基地局は、ネットワークから情報(例えば、データ)を受信し、衛星に情報を伝達することができる。衛星は、次にスポットビームの一又は複数のユーザ端末に情報を送信又は中継することができる。反対に、例えば、衛星は、ユーザ端末から情報を受信し、基地局に情報を伝達し、基地局は同様に情報をネットワークに送信又は中継することもできる。この種の通信は、ときに「ベントパイプ」通信と呼ばれることもある。しかしながら、例示的実施形態はまた、搭載パケット交換を有するものなど、他の種類の衛星システムにも適用可能である。
【0022】
衛星102は、複数のセルに分割される地理的領域108にわたって受信可能範囲を形成するビームレイダウンを提供する任意の数のスポットビームを用いることができる。一つの例におけるビームは、セルラー通信システムのそれぞれのセルをカバーすることができる。各ビームには、衛星の周波数再利用パターンに一致するパターンを作り出すためにいくつかのビーム証印(indicia)が割り当てられる。いくつかの例では、ビーム証印は色又はセルであってもよく、若しくはアルファベット文字、数字又はアルファベットと数字を組み合わせた文字であってもよい。本発明の例示的実施形態によれば、衛星は、2以上のセルについて同時に同一の周波数を使用することができる。すなわち、衛星は、同一の色の異なるビームにおいて同一の周波数を再利用することができる。一つの例では、再利用距離は、一つのビームの中心から同一の色の別のビーム端までとして測定される。
【0023】
背景技術の節で説明されたように、現在のセルラー通信システムは、システム制約の範囲内に留まるもので、多様な種類のユーザ端末のためのサービスを最適化する際に多くの課題にしばしば直面する。システムは、高い衛星アンテナ利得などの異なる衛星アンテナ基準から反対に恩恵を受けることができるように音声及びデータを同時に提供するための高いシステム能力、及び高い信号対干渉比を提供するための高いサイドローブ抑圧をしばしば必要とする。また、異なる種類のユーザ端末106は、時おり対向する別の衛星アンテナ基準を必要とする。これらの異なる種類のユーザ端末は、異なる周波数再利用パターン及び/又はセルのサイズからさらに恩恵を受けることができる。小さなサイズの携帯情報端末106aは、概して音声及び低速データサービスを提供し、低利得の小さなアンテナを備えることができる。これらの端末は、衛星102とのリンクを閉じるために高い衛星アンテナ利得から恩恵を受けることができ、かつ中間サイズのセルを有する中間から高次周波数再利用からも恩恵を受けることができる。
【0024】
中間サイズのポータブル端末及び車載端末106bは、概して高速データサービスを提供することができる。これらの端末は、しばしば高いサイドローブ抑圧から恩恵を受け、対応する高い信号対干渉比を提供する。また、これらの端末は、衛星によりカバーされる地理的領域にわたった高密度のユーザ基地によりしばしば特徴づけられ、高次周波数再利用から恩恵を受け、高速データサービスを極小サイズのセルを有するそれのユーザ基地に提供することができる。その一方、大きなサイズの航空機用端末及び船舶用端末106cは、しばしば低密度ユーザ基地により特徴づけられ、かつ低次周波数再利用から恩恵を受けることができる。さらに、具体的に航空機用端末は、しばしば高速で移動するため、大きなサイズのセルから恩恵を受け、地理的領域上を飛行する際にビーム間ハンドオーバーの頻度を減らすことができる。
【0025】
従来のセルラー通信システムは、地理的領域にわたる受信可能範囲に単一の周波数再利用パターンに配置される等しいサイズのセルの単一の層を提供する。システムは、例えば、衛星アンテナ利得、サイドローブ抑圧(信号対干渉比)、又はそれらには及ばないもののそれら両方の何らかの組み合わせなど、任意の数の異なる衛星アンテナ基準に最適化され、大きな領域ごとに常に一種類の最適化がなされる。また、セルのサイズ及び周波数再利用パターンは、セルの単一層により設定されてもよい。衛星アンテナ基準、セルのサイズ及び/又は周波数再利用パターンを含むこれらの基準は、一種類のサービス(音声、データ)及び/又はユーザ端末106に最適化されてもよい。他方で、他の種類のサービス及び/又はユーザ端末は、次善の性能にならざるを得ないかもしれない。
【0026】
本発明の例示的実施形態のセルラー通信システム100は、ゆえにそれぞれ異なる種類のサービス及び/又はユーザ端末106に最適化されるオーバーラップセルの多重層を提供することができる。例えば、セルラー通信システムは、それぞれ異なる種類のサービス及び/又はユーザ端末についての基準(例えば、衛星アンテナ基準、セルのサイズ及び/又は周波数再利用パターン)を最適化することができる。いくつかの例では、層により最適化されるすべての基準は、別の層により最適化される基準とは異なってもよい。いくつかの例では、層により最適化されるすべてとは限らないが少なくともいくつかの基準は、別の層により最適化される同一の基準とすることができる。異なる基準を最適化するオーバーラップセルの多重層を提供することにより、本発明の例示的実施形態のセルラー通信システムは、妥協なく同一の地理的領域108の異なる種類の端末にサービスを提供することができる。
【0027】
図2は、本発明の一つの例示的実施形態によるオーバーラップセルの3つの層の部分を含む地理的領域200を示す。示されるように、システムは、第一の方法で最適化される衛星アンテナ基準で第一の周波数再利用パターンに配置される第一のサイズのセル204を含む第一の層202、及び第二の方法で最適化された衛星アンテナ基準で第二の周波数再利用パターンに配置される第二のサイズのセル208を含む第二の層206を提供することができる。第三の層210は、第三の方法で最適化される衛星アンテナ基準で第三の周波数再利用パターンに配置される第三のサイズのセル212を含むことができる。一つの例では、第一の周波数再利用パターンは、第二の周波数再利用パターンより低次であるが、第三の周波数再利用パターンよりも高次であるとすることができる。同様に、一つの例では、第一のサイズのセルは、第二のサイズのセルよりも大きく、第三のサイズのセルよりも小さくすることができる。さらに、一つの例では、一又は複数の衛星アンテナ基準は、セルの一又は複数の層間で異なってもよい。
【0028】
より具体的な例では、第一の層202は、小さなサイズの携帯情報端末106aについての基準を最適化することができる。セルの第一の層は、第一の周波数再利用パターン(例えば、7色パターン)に配置された中間サイズのセル204を含むことができ、アンテナ利得に最適化される。第二の層206は、中間サイズのポータブル端末及び車載端末106bの基準を最適化することができる。セルの第二の層は、異なる第二の周波数再利用パターン(例えば、28色パターン)に配置される極小サイズのセル208を含むことができ、サイドローブ抑圧に最適化される。第三の層210は、大きなサイズの航空機用端末及び船舶用端末106cについての基準を最適化することができる。セルの第三の層は、異なる第三の周波数再利用パターン(例えば、4色パターン)に配置される大きなサイズのセル212を含むことができ、サイドローブ抑圧に最適化される。
【0029】
図3は、一つの例において、図1のセルラー通信システム100に対応するセルラー通信システム300をより具体的に示す。示されるように、セルラー通信システムは、一又は複数の衛星302、一又は複数の衛星地上基地局又はゲートウェイ局304及び複数のユーザ端末306を備えることができ、一つの例では、衛星102、地上基地局104及びユーザ端末106のそれぞれに対応することができる。ゲートウェイ局は、一又は複数のネットワーク308(例えば、ネットワーク110)から情報(例えば、データ)を受信し、一又は複数のフィーダーリンク310により衛星に情報を伝達することができる。示されるように、ゲートウェイ局は、ネットワークと通信することができるように構成されたゲートウェイサブシステム又は衛星地上基地サブシステム(SBSS)及びコアネットワーク(CN)312を備えることができ、衛星と通信することができるように構成された無線周波数(RF)装置(RFE)314を備えてもよい。さらに以下で説明されるように、ゲートウェイ局は、地上ベースのビームフォーマ(GBBF)を含むことができる。
【0030】
衛星302は、ゲートウェイ局304から一又は複数のユーザ端末306に、及びそれとは逆に情報を送信又は中継することができる。衛星は、アンテナ給電装置(又は給電素子)のアレーを含むアンテナシステムを運び、かつ位相アレー又は反射装置を含むことができる通信プラットフォーム316を含むことができる。この給電アレーは、ゲートウェイ局304から情報を受信し、一又は複数のユーザリンクによりスポットビーム318の一又は複数のユーザ端末306に情報を送信又は中継するように構成される。種々の例では、通信プラットフォームは、ユーザ端末とのユーザリンクを「閉じる」ためにアンテナ利得を適用するように構成された適切な電気回路をさらに含むことができる。
【0031】
衛星302は、複数のセルに分割される地理的領域(例えば、地理的領域108)にわたって受信可能範囲を形成するビームレイダウンを提供する任意の数のスポットビームを用いることができる。この指向送信又は指向受信を少なくとも部分的に促すために、セルラー通信システム300は、ビーム係数、ビームウェイトなどに従い各給電素子への各径路の振幅及び位相を調節するように構成されるビームフォーマを備えることができる。ビームフォーマは、それゆえにビームフォーマのそれぞれのポート(「ビームポート」と呼ばれることもある)を介して衛星へ出力されるビームを生成することができる。ビームフォーマは、衛星に搭載されて実施されてもよく、又は示されるように、GBBF320としてゲートウェイ局で実施されてもよい。
【0032】
一つの例では、セルの多重層についての基準が、それぞれのビームウェイト又は組のビームウェイトに反映される。一つの例では、ビームウェイトは、一又は複数のビームウェイト生成器(BWG)322により任意の数の異なる方法で生成され、一般性を失わなければ、アンテナ最適化ツールであってもよく、又はそうでなければアンテナ最適化ツールを含んでもよい。ビームフォーマ同様に、BWGは、衛星302に搭載されて又はゲートウェイ局304で実施され、一つの例では、BWGは、層ごとにBWGを含んでもよい。ビームウェイトは、GBBF320に読み込まれてもよく又はそうでなければGBBF320により受信されてもよく、次いでGBBF320でビームウェイトを使用して、セルのそれぞれの層に対応するビームの多重層を形成することができる。GBBFは、それぞれのビームポートを介して衛星に多重層のビームを出力することができる。一つの例では、ビームポートは、層の各セルがそれぞれのビームポートに関連付けられた状態で、セルのそれぞれの層のビームポートの組に分割される。
【0033】
一つの例では、ユーザ端末306の種類は、それぞれの組のビームポートに割り当てられ、それゆえにセルのそれぞれの層に割り当てられる。この割り当ては、基準が最適化されるセルの層に各種類のユーザ端末を割り当てるために行われる。一つの例では、割り当てはリソース配分計画に従って行われるが、オフラインで生成され定期的に更新される。割り当てにおいて、異なる種類のユーザ端末は、先に述べられた方法など、任意の数の異なる方法のいずれにおいても区別される。一つのより具体的な例では、異なる種類のユーザ端末は、GEOモバイル無線インターフェース(GMR)規格により定義される端末種類に従って区別される。
【0034】
順方向において、ネットワーク308からの信号は、SBSS及びCN312を介してGBBF320に送信される。GBBFは、適切なビームウェイト又は組のビームウェイトを信号に適用し、次いでRFE314を介して衛星302に信号を転送することができる。衛星は、次いで、受信可能範囲エリアのスポットビーム318の適切なユーザ端末306に信号を提供することができる。戻り方向において、GBBFは、ユーザ端末から衛星及びRFEを介して信号を受信することができる。GBBFは、適切なビームウェイト又は組のビームウェイトを使用してこれらのユーザ信号を強化することができ、この状態は処理及びルーチンのためのネットワークまで続く。特に、セルの層は、GBBFに対しては透明であり、層への関連付けの具体的な知識がなくても、ビームウェイト又は組のビームウェイトを適用することができる。しかしながら、GBBFは、セルの層を支持するために十分なビームポートを必要とする。
【0035】
ここで簡単に図1に戻ると、セルラー通信システム100は、いかなる任意の数の異なる方法でもセルの層をオーバーラップするように構成される。種々の例では、ビームは、セルラー通信システムの制御チャネル及びトラフィックチャネルの通信(送信又は受信)を支持することができる。一つの例では、システムは、制御チャネル及びトラフィックチャネルのためのより効率的な周波数再利用スキームによりシステム容量を増やすことができる。例示的実施形態によれば、高次周波数再利用パターンがトラフィック容量を増やすために使用される一方で、別の方法で高次再利用パターンに関連付けられる制御チャネルのオーバーヘッドを避けることができる。
【0036】
例示的実施形態の一つの態様によれば、セルラー通信システム100は、Pセル及びQセルの周波数再利用パターンそれぞれにおいて2層のオーバーラップセルを提供するように構成される。Pセル周波数再利用パターンは、セルラー通信システムのトラフィックチャネル及び制御チャネルの通信のためのもの、Qセル周波数再利用パターンは、セルラー通信システムの制御チャネルを除く(含まない)トラフィックチャネルの通信のためのもの、とすることができる。
【0037】
一つの例では、QはPよりも大きく、Qセル周波数再利用パターンのセルはPセル周波数再利用パターンのセルよりもサイズが小さいとしてもよい。一つの例では、Qセル周波数再利用パターンのセルのうちの少なくともいくつかは、Pセル周波数再利用パターンの一つのセルにオーバーラップすることができ、Qセル周波数再利用パターンの他のセルは、Pセル周波数再利用パターンの複数のセルにオーバーラップすることができる。図4図5及び図6は、P=4かつQ=16である上述の態様の一つの例を示す。この点で、図4は、セルの一つの層の4セル周波数再利用パターン400を示し、図5は、セルの別の層の16セル周波数再利用パターン500を示し、図6は、16セル周波数再利用パターンが4セル周波数再利用パターンをオーバーラップする一つの例示的方法を示す。この例により示されるように、16セル周波数再利用パターンのトラフィックチャネルは、4セル周波数再利用パターンのみの制御チャネルによりカバーされる。
【0038】
例示的実施形態のこの態様によれば、Pセル周波数再利用パターンを含むセルの層のいかなるトラフィックチャネルも、Qセル周波数再利用パターンを含むセルの他の層の制御チャネルを通して割り当てられる。図1のセルラー通信システム100の場合には、Pセル周波数再利用パターンのセル内の基地局104又はユーザ端末106は、モバイル局又はユーザ端末の場所に基づくなどして、Pセル周波数再利用パターンのそれぞれのセルをオーバーラップするQセル周波数再利用パターンのセルのトラフィックチャネルに、それぞれの制御チャネルを通して割り当てられる。場所は、全地球測位システム(GPS)、補助GPS(A-GPS)などにより、理解され又は判定される。この例のセルラー通信システムは、ゆえにQセル周波数再利用パターンをトラフィックチャネルに提供することができるが、それぞれのトラフィックチャネルをカバーする制御チャネルにはわずかなPセル周波数再利用パターンを必要とするだけである。この態様でのさらなる情報については、2013年1月4日出願の米国特許出願番号13/734,030、表題:無線受信可能範囲の千鳥格子状配置セル(Staggered Cells for Wireless Coverage)を参照されたい。
【0039】
図7は、本発明の例示的実施形態の一つの態様の方法700における種々の動作を含むフローチャートを示す。ブロック702、704に示されるように、この態様の方法は、少なくとも第一の組のビームウェイト及び第二の組のビームウェイトを含む複数のビームウェイトを生成すること、及び第一の組のビームウェイト及び第二の組のビームウェイトをセルラー通信システムの信号に適用することを含む。セルラー通信システムは、それぞれ別個の第一の種類のユーザ端末及び第二の種類のユーザ端末により通信に最適化される基準を有するセルのオーバーラップする第一の層及び第二の層に配置されるセルに分割される地理的領域にわたって受信可能範囲を提供する。この点で、基準は第一の組のビームウェイト及び第二の組のビームウェイトに反映される。
【0040】
図8は、本発明の例示的実施形態の一つの態様の方法800における種々の動作を含むフローチャートを示す。ブロック802、804に示されるように、この態様の方法は、ビームがオーバーラップするPセル及びQセルの周波数再利用パターンにレイダウンされた状態で、セルラー通信システムのそれぞれのセルをカバーするアンテナシステムのビームをレイダウンすることを含む。Pセル周波数再利用パターンは、セルラー通信システムの制御チャネルの通信のためのもの、Qセル周波数再利用パターンは、セルラー通信システムの制御チャネルを除くトラフィックチャネルの通信のためのもの、とすることができる。この態様によれば、Qセル周波数再利用パターンの任意のトラフィックチャネルは、Pセル周波数再利用パターンの制御チャネルを介して割り当て可能である。
【0041】
さらに、本発明は、以下の条項による実施形態を含む。
【0042】
条項1
少なくとも第一の組のビームウェイト及び第二の組のビームウェイトを含む複数のビームウェイトを生成するように構成されたビームウェイト生成器、及び
ビームウェイト生成器に結合され、それぞれ別個の第一の種類のユーザ端末及び第二の種類のユーザ端末により通信に最適化された基準を有するセルのオーバーラップする第一の層及び第二の層に配置されるセルに分割される地理的領域にわたって受信可能範囲を提供するセルラー通信システムの信号に、前記第一の組のビームウェイト及び前記第二の組のビームウェイトを適用するように構成されたビームフォーマであって、前記基準は前記第一の組のビームウェイト及び前記第二の組のビームウェイトに反映される、ビームフォーマを備えるシステム。
【0043】
条項2
前記基準は、衛星アンテナ利得及びサイドローブ抑圧を含み、かつ
セルの前記第一の層及び前記第二の層は、異なるアンテナ利得及びサイドローブ抑圧を有し、セルの前記第一の層はアンテナ利得に最適化され、セルの前記第二の層はサイドローブ抑圧に最適化される、条項1に記載のシステム。
【0044】
条項3
前記基準はセルのサイズを含み、
セルの前記第一の層は第一のサイズのセルを含み、セルの前記第二の層は異なる第二のサイズのセルを含む、条項1に記載のシステム。
【0045】
条項4
前記基準は、周波数再利用パターンを含み、
セルの前記第一の層のセルは第一の周波数再利用パターンに配置され、セルの前記第一の層のセルは異なる第二の周波数再利用パターンに配置される、条項1に記載のシステム。
【0046】
条項5
セルの前記第一の層及び前記第二の層はオーバーラップするPセル及びQセルの周波数再利用パターンに配置され、Pセル周波数再利用パターンは制御チャネルの通信のためのものであり、Qセル周波数再利用パターンは制御チャネルを除くトラフィックチャネルの通信のためのものであり、
前記Qセル周波数再利用パターンの任意のトラフィックチャネルは、前記Pセル周波数再利用パターンの制御チャネルを介して割り当て可能である、条項4に記載のシステム。
【0047】
条項6
QはPよりも大きく、かつ前記Qセル周波数再利用パターンのセルは、前記Pセル周波数再利用パターンのセルよりもサイズが小さい、条項5に記載のシステム。
【0048】
条項7
前記Qセル周波数再利用パターンの前記セルのうちの少なくともいくつかは、前記Pセル周波数再利用パターンの一つのセルにオーバーラップし、かつ前記Qセル周波数再利用パターンの他のセルは、前記Pセル周波数再利用パターンの複数のセルにオーバーラップする、条項5に記載のシステム。
【0049】
条項8
前記基準は、衛星アンテナ基準、セルのサイズ及び周波数再利用パターンを含み、前記衛星アンテナ基準は、アンテナ利得及びサイドローブ抑圧を含み、
セルの前記第一の層は、第一の周波数再利用パターンに配置された第一のサイズのセルを含み、かつアンテナ利得に最適化され、セルの前記第二の層は、異なる第二の周波数再利用パターンに配置された第二のサイズのセルを含み、かつサイドローブ抑圧に最適化され、
前記第二のサイズのセルは、前記第一のサイズのセルよりもサイズが小さい、条項1に記載のシステム。
【0050】
条項9
前記複数のビームウェイトは第三の組のビームウェイトをさらに含み、
前記ビームフォーマは、それぞれ別個の第一の種類のユーザ端末、第二の種類のユーザ端末及び第三の種類のユーザ端末により通信に最適化された基準を有するセルのオーバーラップする第一の層、第二の層及び第三の層に配置されるセルに分割される地理的領域にわたって受信可能範囲を提供するセルラー通信システムの信号に、前記第三の組のビームウェイトをさらに適用するように構成され、前記基準は前記第一の組のビームウェイト、前記第二の組のビームウェイト及び前記第三の組のビームウェイトに反映される、条項1に記載のシステム。
【0051】
条項10
前記基準は、衛星アンテナ基準、セルのサイズ及び周波数再利用パターンを含み、前記衛星アンテナ基準は、アンテナ利得及びサイドローブ抑圧を含み、
セルの前記第一の層は、第一の周波数再利用パターンに配置される第一のサイズのセルを含み、かつアンテナ利得に最適化され、セルの前記第二の層は、異なる第二の周波数再利用パターンに配置された第二のサイズのセルを含み、かつサイドローブ抑圧に最適化され、セルの前記第三の層は、異なる第三の周波数再利用パターンに配置された第三のサイズのセルを含み、かつサイドローブ抑圧に最適化され、
前記第一のサイズのセルは、前記第三のサイズのセルよりもサイズが小さく、かつ前記第二のサイズのセルは、前記第一のサイズのセルよりもサイズが小さい、条項9に記載のシステム。
【0052】
上述の説明及び関連する図面に示した教示の利点を有するこのような発明に関連する当業者であれば、本発明の多数の変形例および他の実施形態が想起されよう。したがって、本発明は開示された特定の実施形態に限定されるものでなく、変形例及び他の実施形態が添付の特許請求の範囲に含まれることを意図しているものと理解されるべきである。さらに、上述の説明及び添付図面は、要素及び/又は機能の特定の例示的な組み合わせに照らして実施形態を説明しているが、特許請求の範囲から逸脱せずに、別の実施形態によって要素及び/又は機能の異なる組み合わせが提供されてもよいと解されるべきである。この点で、例えば、上に明記したものとは異なる、要素及び/又は機能の組み合わせも、特許請求の範囲の一部に明記されるものと考慮される。ここでは特定の用語が使用されるが、それらは、一般的及び説明的な意味でのみ使用されており、限定を目的とするものではない。
【符号の説明】
【0053】
100 セルラー通信システム
102 衛星
104 基地局
106a〜106d 端末
108 地理的領域
110 ネットワーク
200 地理的領域
202 第一の層
204 第一のサイズのセル
206 第二の層
208 第二のサイズのセル
210 第三の層
212 第三のサイズのセル
300 セルラー通信システム
302 衛星
310 フィーダーリンク
318 スポットビーム
400 周波数再利用パターン
500 周波数再利用パターン
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8