特開2024-54144軌道上の環境内で動作中の宇宙船と地上電気通信デバイスとの間の通信を取り扱うための方式および装置
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024054144
(43)【公開日】2024-04-16
(54)【発明の名称】軌道上の環境内で動作中の宇宙船と地上電気通信デバイスとの間の通信を取り扱うための方式および装置
(51)【国際特許分類】
H04W 84/06 20090101AFI20240409BHJP
H04B 7/204 20060101ALI20240409BHJP
H04W 56/00 20090101ALI20240409BHJP
H04W 28/06 20090101ALI20240409BHJP
【ＦＩ】
H04W84/06
H04B7/204
H04W56/00 130
H04W28/06 110
【審査請求】有
【請求項の数】16
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2024006951
(22)【出願日】2024-01-19
(62)【分割の表示】P 2022024211の分割
【原出願日】2018-02-28
(31)【優先権主張番号】62/465,945
(32)【優先日】2017-03-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/490,298
(32)【優先日】2017-04-26
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】15/857,073
(32)【優先日】2017-12-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．３ＧＰＰ
(71)【出願人】
【識別番号】519315811
【氏名又は名称】リンク グローバル、インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110000877
【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】スピーデル、タイゲ ロバート
(72)【発明者】
【氏名】ガーバー、アンドリュー
(57)【要約】 （修正有）
【課題】地上電気通信のために典型的に使用される地上電気通信デバイスの特徴および設備を使用した通信を提供する。
【解決手段】必ずしもモバイル局の修正を必要とすることなく、モバイル局の設計上の想定を超える環境内でモバイル局との通信を取り扱う多元接続トランシーバであって、地球軌道内にある多元接続トランシーバは、より大きな距離、より大きな相対運動及び／又は地上トランシーバの機能が軌道トランシーバによって実施される場合に一般的に見られる他の条件などのモバイル局の設計上の想定を超えている間は、モバイル局との通信を閉鎖する。軌道トランシーバは、フレームデータ構造を解析するデータ解析器と、軌道から地上への伝播遅延に基づいてタイミングを調節する信号タイミングモジュールと、周波数偏移器と、多元接続プロトコルを使用する地球軌道から通信することができるプログラム可能なラジオと、を含む。
【選択図】図１
【解決手段】必ずしもモバイル局の修正を必要とすることなく、モバイル局の設計上の想定を超える環境内でモバイル局との通信を取り扱う多元接続トランシーバであって、地球軌道内にある多元接続トランシーバは、より大きな距離、より大きな相対運動及び／又は地上トランシーバの機能が軌道トランシーバによって実施される場合に一般的に見られる他の条件などのモバイル局の設計上の想定を超えている間は、モバイル局との通信を閉鎖する。軌道トランシーバは、フレームデータ構造を解析するデータ解析器と、軌道から地上への伝播遅延に基づいてタイミングを調節する信号タイミングモジュールと、周波数偏移器と、多元接続プロトコルを使用する地球軌道から通信することができるプログラム可能なラジオと、を含む。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の地上モバイル局との通信を取り扱う１つ以上のトランシーバを有する多元接続基地局であって、前記複数の地上モバイル局のうちのある地上モバイル局が、（１）前記地上モバイル局から制限距離内にあり、かつ／または（２）前記地上モバイル局に対して制限速度未満で移動している、地上セルラ基地局との基地局通信を予想するように構成されており、前記多元接続基地局が、
フレーム構造に従って、前記多元接続基地局によって受信されたデータを解析する、データ解析器であって、前記フレーム構造が、どの時間スロットが前記複数の地上モバイル局のうちのどれに割り当てられるかを定義し、前記フレーム構造が、前記多元接続基地局から前記複数の地上モバイル局までの距離に起因する可変伝送遅延をもたらすゼロまたは非ゼロの時間スロット同期オフセットを各々が有する複数のスロットを備える、データ解析器と、
前記多元接続基地局と前記地上モバイル局との間の基地－モバイル間の距離に基づいて、前記地上モバイル局への伝送信号の前記フレーム構造に対する信号タイミング調節を判定する、信号タイミングモジュールであって、前記基地－モバイル間の距離が、前記制限距離を超えている、信号タイミングモジュールと、
多元接続プロトコルを使用して前記多元接続基地局から前記地上モバイル局までの通信を通信すること、および前記信号タイミング調節を考慮することができる、プログラム可能なラジオであって、そのため、前記通信は、前記基地－モバイル間の距離が前記制限距離を超えているにもかかわらず、地上セルラ基地局と前記地上モバイル局との間の通信と互換性があるか、または前記地上モバイル局にはそのように見える、プログラム可能なラジオと、を備える、多元接続基地局。
フレーム構造に従って、前記多元接続基地局によって受信されたデータを解析する、データ解析器であって、前記フレーム構造が、どの時間スロットが前記複数の地上モバイル局のうちのどれに割り当てられるかを定義し、前記フレーム構造が、前記多元接続基地局から前記複数の地上モバイル局までの距離に起因する可変伝送遅延をもたらすゼロまたは非ゼロの時間スロット同期オフセットを各々が有する複数のスロットを備える、データ解析器と、
前記多元接続基地局と前記地上モバイル局との間の基地－モバイル間の距離に基づいて、前記地上モバイル局への伝送信号の前記フレーム構造に対する信号タイミング調節を判定する、信号タイミングモジュールであって、前記基地－モバイル間の距離が、前記制限距離を超えている、信号タイミングモジュールと、
多元接続プロトコルを使用して前記多元接続基地局から前記地上モバイル局までの通信を通信すること、および前記信号タイミング調節を考慮することができる、プログラム可能なラジオであって、そのため、前記通信は、前記基地－モバイル間の距離が前記制限距離を超えているにもかかわらず、地上セルラ基地局と前記地上モバイル局との間の通信と互換性があるか、または前記地上モバイル局にはそのように見える、プログラム可能なラジオと、を備える、多元接続基地局。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、宇宙船と地上電気通信デバイスとの間の通信を取り扱うための方式および装置に関し、より具体的には、地上電気通信のために典型的に使用される地上電気通信デバイスの特徴および設備を使用した通信に関する。
【0002】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年３月２日に出願された「Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｌｏｗ－Ｃｏｓｔ ａｎｄ Ｌｏｗ－Ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ Ｉｎｔｅｒ－Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｌｉｎｋ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｗｉｔｈｉｎ ａ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ ｆｏｒ Ｎｅａｒ Ｒｅａｌ－Ｔｉｍｅ，Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ，ａｎｄ Ｇｌｏｂａｌ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ」と題する米国仮特許出願第６２／４６５，９４５号の優先権を主張するものであり、かつその非仮出願である。
本出願は、２０１７年３月２日に出願された「Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｌｏｗ－Ｃｏｓｔ ａｎｄ Ｌｏｗ－Ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ Ｉｎｔｅｒ－Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｌｉｎｋ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｗｉｔｈｉｎ ａ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ ｆｏｒ Ｎｅａｒ Ｒｅａｌ－Ｔｉｍｅ，Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ，ａｎｄ Ｇｌｏｂａｌ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ」と題する米国仮特許出願第６２／４６５，９４５号の優先権を主張するものであり、かつその非仮出願である。
【0003】
本出願は、２０１７年４月２６日に出願された「Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｂｅｔｗｅｅｎ Ｂａｓｅ Ｓｔａｔｉｏｎｓ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｉｎ ａｎ Ｏｒｂｉｔａｌ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ Ｇｒｏｕｎｄ－Ｂａｓｅｄ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｄｅｖｉｃｅｓ」と題する米国仮特許出願第６２／４９０，２９８号の優先権を主張するものであり、かつその非仮出願である。
【0004】
上に引用される出願の開示全体は、あらゆる目的のために、本文書に完全に記載されているかのように、参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【0005】
モバイル通信は、音声およびデータ通信、場合によってはロケーション発見特徴も搬送するために、モバイル局（ｍｏｂｉｌｅ ｓｔａｔｉｏｎ、ＭＳ）と、ＭＳが電気通信ネットワーク、インターネットなどのような他のネットワークリソースとの間で通信するためのインターフェースを提供し得るトランシーバと、の間で送信されている信号を伴う。トランシーバは、複数のトランシーバからのトラフィックを取り扱う基地トランシーバ局（ｂａｓｅ ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ、ＢＴＳ）内の構成要素であり得る。ＢＴＳには、アンテナおよび暗号化／復号化要素も含まれ得る。アンテナは、選択的なアンテナであり得、異なるロケーションにある異なるＭＳは、それらのそれぞれのトランシーバに、ＢＴＳの異なるアンテナを介して通信し得る。ＢＴＳは、それらの他のネットワークリソースと通信するために、有線、無線、および／または光チャネルを有し得る。ＢＴＳは、１つ以上のトランシーバをサポートすることができ、モバイル通信をサポートするための所与の基地局は、その基地局の１つ以上のＢＴＳを制御する基地局コントローラ（ｂａｓｅ ｓｔａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ、ＢＳＣ）を有し得る。
【0006】
モバイル局の例としては、モバイル電話、セルラ電話、スマート電話、および特定のＢＴＳと通信するように備え付けられた他のデバイスが挙げられる。本明細書では、モバイル局はその名前で言及されているが、モバイル局の動作、機能、または特性は、効果的または機能的にはモバイル局であるが、現在はモバイルではない局の動作、機能、または特性でもあり得ることを理解されたい。一部の例では、モバイル局は、いくつかの接続された周辺機器を備え、セルラ接続を有するラップトップコンピュータなどの、場所から場所へと移動し得るが、動作中は静止しているポータブル局の代わりと考慮され得るか、またはモバイル局は、実装されたホームセキュリティシステム内に埋め込まれたセルラデバイスなど、静止していてもよい。必要なのは、モバイル局がモバイル通信インフラストラクチャを使用して通信することができるか、または通信するように構成されていることである。
【0007】
ＢＴＳは、基地局制御機能（ｂａｓｅ ｓｔａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎ、ＢＣＦ）を介して、親ＢＳＣによって制御され得る。これらの要素の各々は、ハードウェアおよび／またはソフトウェアを使用して実装され、かつネットワーク管理および保守機能を含み得るが、基地局は、合意されたプロトコルに従ってモバイル局と通信する１つ以上のトランシーバを有するとして記載され得る。これは、ＢＴＳの合意されたプロトコルに従って動作するようにＢＴＳを構成、適合、またはプログラムすること、ならびにＭＳの合意されたプロトコルに従って動作するようにＭＳを構成、適合、またはプログラムすることによるものであり得る。プロトコルは、トランシーバとＭＳとの間でデータを送信する方法、エラーを取り扱う方法、暗号化を取り扱う方法、ならびにＢＴＳとＭＳとの間で制御指示およびステータスデータを送信する方法の詳細を含み得る。例えば、プロトコルの一部は、ＭＳがＢＴＳに接触し、ＭＳが使用するタイミング、キャリア周波数、および他のプロトコルオプションを、ＢＴＳがＭＳに示す相互作用を含み得る。この相互作用は、音声データを搬送すること、テキストデータを搬送すること、他のデータを搬送すること、イントラセルハンドオーバおよび他のタスクを提供することを含み得る。
【0008】
説明を簡素化するために、本明細書の多くの例では、通信は、１つのＭＳとの相互作用のためのＢＴＳとＭＳとの間のものであるように記載されているが、相互作用は、ＢＴＳからトランシーバ、ラジオ回路、アンテナ、ＭＳアンテナ、ＭＳラジオ回路、ＭＳ内のソフトウェア／ハードウェア、およびＭＳからＢＴＳへの他の方向の対応するパスであり得ることを理解されたい。したがって、ＢＴＳがＭＳと通信している一部の例では、通信は、トランシーバを介しており、本例は、ＢＴＳが制御している可能性がある他のトランシーバに関する記述は無視する。
【0009】
ＢＴＳが使用し得るプロトコルの例としては、ガウス型最小偏移キーイング（Ｇａｕｓｓｉａｎ ｍｉｎｉｍｕｍ－ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ、ＧＭＳＫ）を含むＧＳＭ（登録商標）（Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ：モバイル通信用グローバルシステム、ＧＳＭアソシエーションの商標）２Ｇ＋プロトコル、ＧＭＳＫおよび８－ＰＳＫキーイングを含むＥＤＧＥプロトコルが挙げられる。ＢＴＳは、プロトコルで許容される無線スペクトルのスペクトルバンド内で複数のセットのキャリア周波数を使用する複数のトランシーバを取り扱うことができる。したがって、スペクトルバンドがキャリア周波数スペクトルに論理的に分割される場合、トランシーバは、それらのキャリア周波数のうちの１つ（または複数）を使用してＭＳと通信するチャネルを使用し得る。プロトコルは、所与のチャネルに対して、アップリンクサブチャネルおよびダウンリンクサブチャネルが存在し、場合によっては、キャリア周波数が互いに分離されていることを特定し得る。一部の事例では、アップリンクサブチャネルは、ダウンリンクサブチャネルのキャリア周波数に隣接するキャリア周波数を有する。一部の事例では、すべてのアップリンクサブチャネルが１つのスペクトルバンド内にあり、すべてのダウンリンクサブチャネルが別のスペクトルバンド内にある。説明を簡単にするために、チャネルは、アップリンク部分およびダウンリンク部分を有し、それらの部分がキャリア周波数内に広く分離されている場合であっても、１つのチャネルであるかのように記載される場合がある。
【0010】
一部のＢＴＳは、周波数ホッピングを提供し得、この場合、トランシーバおよびモバイル局は一緒に、キャリア周波数からキャリア周波数に迅速にジャンプして、ＢＴＳの全体的な性能を改善する。プロトコルは、使用するホッピング系列を特定し得る。
【0011】
ＧＳＭプロトコルでは、トランシーバ－ＭＳ間の通信はフレームを伴い、各フレームは、最大８つの時間スロットを有する。８つの時間スロットで、トランシーバは最大８つのＭＳに方向付けられたフレームを送信し、各ＭＳにはトランシーバのＢＴＳによってフレーム内の一意の時間スロットが割り振られる。ＭＳはそれらの分配された時間スロット内でそれらの伝送を送信し得、そのトランシーバと通信している各ＭＳはどの時間スロットを使用するべきかを知っているので、同様に位置付けられたＭＳはそれらの分配された時間スロット内でトランシーバに通信し返すことができる。トランシーバは、８つの時間スロットすべてを使用するわけではない。
【0012】
ＧＳＭプロトコルの共通制御チャネル（Ｃｏｍｍｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌ、ＣＣＣＨ）などの信号用チャネルを使用して、ＭＳにそれらの時間スロットおよびキャリア周波数に対する割り当てを伝達することができる。例えば、一部の共通制御チャネルは、ページング（例えば、ＢＴＳからＭＳへのものであるＰＣＨ要求の作成）、アクセス認可（例えば、ＢＴＳからＭＳへのものであるＡＧＣＨ）、およびセルブロードキャスト（例えば、ＢＴＳからＭＳへのものであるＣＢＣＨ）のために、アクセス要求を作成する（例えば、ＭＳからＢＴＳへのものであるＲＡＣＨ要求を作成する）ために使用される。ＡＧＣＨ（Ａｃｃｅｓｓ Ｇｒａｎｔ Ｃｈａｎｎｅｌ：アクセス認可チャネル）は、時間スロットの割り当て／キャリアの割り当てを認可するために使用される。別のチャネルのブロードキャスト制御チャネル（Ｂｒｏａｄｃａｓｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌ、ＢＣＣＨ）は、ロケーションエリア識別子（Ｌｏｃａｔｉｏｎ Ａｒｅａ Ｉｄｅｎｔｉｔｙ、ＬＡＩ）、ＭＳによって監視されるべき隣接セルのリスト、セル内で使用される周波数のリスト、セル識別子、電力制御インジケータ、ＤＴＸが許可されているかどうか、およびアクセス制御（すなわち、緊急通話、通話制限など）のような情報をＭＳに送信するために使用される場合とされない場合がある。
【0013】
ＢＴＳの例としては、セルラ電話塔、マクロセルトランシーバ、フェムトセルトランシーバ、（１つのトランシーバのみを有し得る）ピコセルなどが挙げられる。ＢＴＳは、ＭＳと無線で通信するであろう。一部のＢＴＳは、セルラ電話塔などと有線接続されたバックホール（ＢＴＳと他のネットワークリソースとの間のインターフェース）を有するが、一部は、マイクロ波ポイントツーポイント双方向通信チャネルなどの無線バックホールを有し得る。したがって、ＢＴＳは、ＭＳからデータストリームを受信してそれらを処理し、かつ／またはそれらを他のネットワークリソースに転送し、ならびに他のネットワークリソースからデータストリームを受信してそれらを処理し、かつ／またはそれらをＢＴＳ－ＭＳリンク（複数可）を介してＭＳに転送する、いくつかの異なるタイプの電動デバイスのうちのいずれかであり得る。この意味で、ＢＴＳはＭＳのアクセスポイントとして作用し、ＭＳが電気通信ネットワーク、インターネット、プライベートネットワークなどのようなネットワークリソースにアクセスすることを可能にする。アクセスを使用して、音声通話、その他の通話、テキスティング、データ転送、動画などをルーティングすることができる。
【0014】
ＢＴＳの後ろの電気通信ネットワークは、データを適切なＢＴＳにルーティングする方法と、ＢＴＳから受信したデータをルーティングする方法とを判定するネットワークおよびスイッチングサブシステムを含み得る。電気通信ネットワークはまた、回路接続およびパケットベースのインターネット接続、ならびにネットワーク保守サポートを取り扱うためのインフラストラクチャを有し得る。いずれの場合でも、ＢＴＳは、一部のプロトコルをＭＳで使用し、その他のプロトコルをバックホールで使用するように構成され得る。
【0015】
ＭＳとＢＴＳとの間の通信のためのプロトコルは、それらが標準化され、その結果、任意の標準ＭＳが任意のＢＴＳと通信することができ、レンジ要件が満たされ、メンバーシップ要件が満たされていると想定する（例えば、ＭＳはそれ自体をＢＴＳに対して、ＢＴＳまたはＢＴＳが使用するサービスが、ＭＳが権限を与えられたグループのメンバーであるか、または別様に、ＢＴＳによって提供されるサービスを使用する権限を与えられていると判定するような方法で識別する）ようなものであり得る。一部のプロトコルの例には、２Ｇ（すなわち、第２世代）ネットワークプロトコルとも呼ばれることがあるＧＳＭプロトコルが含まれる。他の例には、ＧＰＲＳ（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｐａｃｋｅｔ Ｒａｄｉｏ Ｓｅｒｖｉｃｅ：汎用パケットラジオサービス）、ＥＤＧＥ（Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｄａｔａ ｒａｔｅｓ ｆｏｒ ＧＳＭ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ：ＧＳＭ進化型高速データレート、またはＥＧＰＲＳ）、３ＧＰＰ本体によって開発された３Ｇ（第３世代）ＵＭＴＳ標準、または第４世代（ｆｏｕｒｔｈ－ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ、４Ｇ）ＬＴＥ拡張プロトコルが含まれる。
【0016】
これらのプロトコルには、スペクトルバンドの使用、タイミング、コード化、およびコンフリクト解決の規則がある。ＢＴＳは同時に多くのＭＳと通信しなければならない可能性があるため、利用可能な無線通信経路はプロトコルに従って分割される。所与のプロトコルは、周波数、時間、コード、またはそれらのうちの２つ以上によって分割された利用可能な無線通信経路を有し得る。これにより、複数のユーザが同じ無線通信経路を共有することができる。
【0017】
例えば、時分割多元接続（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ、ＴＤＭＡ）では、ＢＴＳおよび複数のＭＳは、期間を時間スロット（または「バースト期間」）に分割することに同意し、第１のＭＳが第２のＭＳと干渉する可能性がある場合、第１のＭＳには第１の時間スロットが割り振られ、第２のＭＳには利用可能な時間スロットのうちの異なる時間スロットが割り振られる。異なるＭＳは異なる時間スロットを使用するため（および、すべての当該ＭＳが、タイミングは十分適当であることに合意しているため）、当該ＭＳは、共通のキャリア周波数を共有することができ、それらのそれぞれの伝送は干渉しない。一例は、各フレームに対して各々５７６．９２μｓ（ｍｉｃｒｏｓｅｃｏｎｄ：マイクロ秒）の８つの時間スロットがあり、そのため、第１の時間スロットに割り振られたＭＳが第１の時間スロット中にいくつかのビットを送信し、その時間スロットの終了時またはその前に伝送を停止し、無音を維持し、次いで次の期間の第１の時間スロット中に必要に応じて伝送を続ける可能性がある場合であろう。いつＭＳがＢＴＳから何かを聴取するかを判定するために（およびいつＢＴＳがそのデータの伝送を開始するかを判定するために）同様の割り当てが発生する。
【0018】
したがって、単一のキャリア周波数を使用して、ＢＴＳの各トランシーバは最大８つのＭＳと通信することができ、それらのＭＳへの通信はＴＤＭＡフレームにグループ化され、そのキャリア周波数チャネルを使用するダウンリンクチャネル上で伝送される。タイミングは、それらのＭＳの各々がそれらのそれぞれの時間スロット内で、そのキャリア周波数チャネルを使用するアップリンクチャネル上のＢＴＳと通信し得るようなものである。これは「ＴＤＭＡフレーム」と呼ばれ、そのキャリア周波数を使用する８つのＭＳのすべてにわたるデータレートは２７０．８３３キロビット／秒（ｋｉｌｏｂｉｔｓ／ｓｅｃｏｎｄ、ｋｂｉｔ／ｓ）であり、ＴＤＭＡフレーム持続期間はいずれの方向でも４．６１５ミリ秒（ｍｉｌｌｉｓｅｃｏｎｄ、ｍｓ）である。
【0019】
周波数分割多元接続（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ、ＦＤＭＡ）は、利用可能な無線通信経路を分割して割り当てる別の方法である。ＦＤＭＡでは、無線通信経路に利用可能なまたは割り当てられたスペクトルバンド幅は、キャリア周波数によって異なるチャネルに分割される。第１のＭＳには１つのキャリア周波数が割り振られ、第２のＭＳには別のキャリア周波数が割り振られるため、両方が同時に１つのＢＴＳと送受信することができる。
【0020】
上の例では、複数のモバイル局が同時にＢＴＳと通信する可能性があり、ＢＴＳと特定のＭＳとの間の通信は、特定のＭＳまたはＢＴＳからの信号で情報を送信することを含むため、無線信号の衝突が、ＢＴＳと特定のＭＳとに、複数の時間スロットのうちのどの時間スロットを使用するか（ＴＤＭＡ）、および／または複数のキャリア周波数のうちのどのキャリア周波数を使用するか（ＦＤＭＡ）について同意させることによって、回避される。これらは、多元接続通信の例である。
【0021】
「直交周波数分割多元接続（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ、ＯＦＤＭＡ）」と呼ばれる別のタイプの多元接続通信では、モバイルデバイスにはサブキャリアのサブセットが割り振られ、ＦＤＭＡと比較して分配されたスペクトルをより効率的に使用するために、直交狭周波数サブチャネルがモバイルデバイスに割り振られる。
【0022】
一部の周波数割り当てでは、割り当てはチャネルブロックごとであり、チャネルブロックは双方向チャネルのセットまたはグループであり、各双方向チャネルはアップリンクサブチャネルにはアップリンクキャリア周波数を使用し、ダウンリンクサブチャネルにはダウンリンクキャリア周波数を使用する。チャネルは、各セットが共通の識別子または属性を共有するような分類のいくつかの論理に基づいて、２つ以上のチャネルのセットに一緒にグループ化され得る。
【0023】
一部のプロトコルでは、スペクトルはキャリア周波数のサブスペクトルに分割され、期間も時間スロットに分割される。典型的には、ＢＴＳは、どのＭＳにどのチャネルを割り当てるかを判定するためのロジックを含む。ＭＳが使用するためのチャネルを割り振る際、ＢＴＳには、特定のキャリア周波数を使用するために特定のトランシーバが割り振られ、ＢＴＳがその特定のキャリア周波数を使用することをＭＳに示し、かつそのキャリア周波数を使用して、伝送／受信されたフレームからどの時間スロットを使用するかを示すこともできる。チャネルは、アップリンクサブチャネルおよびダウンリンクサブチャネルを備え得る。所定のトランシーバ－ＭＳ間の通信は、２つ以上のチャネル、例えば、２つ以上のキャリア周波数および／または２つ以上の時間スロットを使用する場合があるが、本明細書の多くの例では、プロトコルは、１つのキャリア周波数のみ、および１つの時間スロットのみを備えるチャネルを使用するＭＳに関するものとして例示されている。
【0024】
「コード分割多元接続」（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ、ＣＤＭＡ）と呼ばれる多元接続通信のさらに別の例では、モバイルデバイスは同じ時間スロットおよびキャリア周波数を使用することができるが、各モバイルデバイスには、ＢＴＳとの間で信号をコード化するための一意の擬似ランダムコードが割り振られるため、ＭＳが同じキャリア周波数もしくはほぼ同じ時間、および／または同じ時間スロットを使用して同時に伝送する場合であっても、それらが使用される場合、一意のＣＭＤＡコードを適用すると、受信器が擬似ランダムコードを使用して復調のために十分適当に特定の信号を各々復号化することによって異なる受信を分離し得るのと同じ時間および周波数を複数の伝送器が占有することを可能にする。
【0025】
実際には、ＣＤＭＡはチャネルを時間によって厳密にまたは周波数によって厳密に分離しない。ＣＤＭＡの使用は、信号のビットレートよりも速いチッピングレートを使用することによって、コード化なしよりも広いバンド幅にわたって拡散するスペクトル拡散信号の伝送をもたらす。したがって、各コードが時間および周波数ドメインの両方でアーティキュレーションの一部の要素を表すため、擬似ランダムコードで信号をコード化すると、ＴＤＭＡ／ＦＤＭＡプロトコルで典型的に見られるタイミング要素と周波数要素とを置き換えることができる。ＣＤＭＡ通信では、ＭＳとＢＴＳとの間の信号伝播遅延とタイミングとが理解され、そのため、擬似ランダムコードは、いくつかのビット／チップにわたって受信信号に適用され、これらは当然ながら、時間ドメインの一部の離散化されたスパンおよび周波数ドメインの一部の離散化されたスパンの両方を占有する。
【0026】
一部の多元接続プロトコルでは、２つ以上の手法が使用される。
【0027】
ＧＳＭプロトコルのデジタルモバイルラジオ電話システムでは、ＭＳおよびＢＴＳは、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）チャネルおよび時分割多元接続（ＴＤＭＡ）チャネルの両方にわたって通信を活用し、そのため、ＭＳは、各キャリア周波数上での個別の時間スロットの割り振りにより、同じ伝送キャリアおよび受信キャリアを共有することができ、各キャリア周波数を個別のトランシーバもしくはトランシーバモジュールまたは論理ブロックによって取り扱うことができる。
【0028】
ＧＳＭでは、ＢＴＳは、アクセスを要求するときに時間スロットをモバイル局（ＭＳ）に割り振る役割を果たす。ＧＳＭのフレーム構造では、各ＴＤＭＡフレーム内に８つの時間スロットがある。使用されるキャリア周波数の数は変化し得る。一部の地域では、一部のキャリアは多数のキャリア周波数のライセンスを受けており、それらの地域内のＭＳは、千個ものキャリア周波数のうちの１つ（これは、ＢＴＳもサポートすることになる）を使用するための指示を受諾するように構成されている。例えば、欧州では、ＧＳＭ９００ＭＨｚのスペクトルバンドは、２５Ｍｈｚのスペクトルを含む。これが２００ｋＨｚのキャリア周波数（例えば、各々２００ｋＨｚのサブスペクトルバンド内に中心を置くキャリア周波数）に論理的に割り当てられ、トランシーバがそれらのキャリア周波数上で信号を送信する場合、１２５個のキャリア周波数が提供される。周波数ドメイン内でガードバンド（未使用のキャリア周波数）を使用すると、この数を低減させることがあるが、信頼性の向上または信号処理の容易さをもたらすことがある。ＴＤＭＡフレームが８つの時間スロットを可能にする場合、利用可能な十分な数の論理上または実際のトランシーバを有するＢＴＳは、同時に８＊１２５＝１０００個のＭＳチャネルをサポートすることができる。時分割および周波数分割では、ガードスロットおよびガード周波数がそれぞれ存在し得るため、１つの分割は隣接する分割からある程度分離されている。一部のプロトコルでは、より大きなバンド幅を提供するために、２つ以上の時間スロットおよび／または２つ以上のキャリア周波数を１つのＭＳに割り振ることができる。
【0029】
一部の事例では、サポートされるＭＳのレンジ内に複数のＢＴＳが存在し、そのため、ＭＳのサポートはＢＴＳ間で拡散されることがあり、それらは隣接するＢＴＳが可能な場合に同じキャリア周波数を使用することを回避するように調整する可能性がある。ＢＴＳは、これらの周波数を、当該ＢＴＳの塔全体に特定の再利用スキームを用いて拡散するようにプログラムされ得る。ＢＴＳは、他のネットワークリソースへのパイプのサイズによってサポートし得るＭＳの数が制限されている場合もある。一例では、ＢＴＳは１～１５個のキャリア周波数を使用する（すなわち、そのトランシーバは、送信／受信フレーム内で１～１５個のキャリア周波数を使用して伝送するため、８～１２０個のユーザを同時にどこでもサポートすることができる。
【0030】
各ＭＳは、その機能を実施するために、典型的には、プロセッサ、メモリ、ラジオ回路、電源、ディスプレイ、入力要素などを含む。プロセッサは、所望の機能を実施するためにプログラムメモリから読み取ることができる。例えば、プログラムメモリは、データストリームを形成する方法、それをラジオ回路に渡す方法、内部クロックを読み取ってシステムクロックの値を判定し、適切に聴取および送信のタイミングをはかる方法、ならびに伝送および受信に適切な周波数を設定する方法に関する指示を有し得る。
【0031】
各ＢＴＳは、その機能を実施するために、典型的には、プロセッサ、メモリ、ラジオ回路、電源（複数可）、電気通信ネットワークとのインターフェース、診断インターフェースなどを含む。ＢＴＳのプロセッサは、所望の機能を実施するためにプログラムメモリから読み取ることができる。例えば、プログラムメモリは、データストリームを形成する方法、それをラジオ回路に渡す方法、電気通信ネットワークと通信する方法、内部クロックを読み取ってシステムクロックの値を判定し、適切に聴取および送信のタイミングをはかる方法、伝送および受信に適切な周波数を設定する方法、さまざまなＭＳおよびそれらの状態、ロケーション、割り当てなどを追跡し続け、場合によってはそれをローカルで利用可能なメモリに記憶する方法に関する指示を有し得る。
【0032】
上に記載される方法では、ＭＳはＢＴＳに接触して、いくつかのキャリア周波数のフレーム内にいくつかの時間スロットを割り当てられ、ＢＴＳはＭＳの割り当てをＭＳに通知する。ＢＴＳとＭＳの両方は、同じ（またはほぼ同じ）システムクロックを有するため、それらの分配された時間スロットおよびキャリア周波数内で通信する。ＭＳに対する割り振りおよび割り振りの通信は、ＭＳが割り当てを要求するために使用されるランダムアクセスチャネルを使用して行われ得る。ＧＳＭプロトコルでは、これはＲＡＣＨ処理と呼ばれる。
【0033】
ＧＳＭの例では、無線通信経路を介した通信は、ＴＤＭＡフレームごとに８つの時間スロットを有する、４．６１５３８ｍｓの持続期間のＴＤＭＡフレームに解析される。各時間スロットは、１５６．２５ビットのデータを保つのに十分な長さである。一用途では、ＭＳまたはＢＴＳは、時間スロット間の８．２５ビット（３０．４６μｓ）のガード時間で、５４６．４６μｓを超える時間スロット内で１４８ビットのデータを伝送する。ＧＳＭ９００バンドでは、無線通信経路は、アップリンク方向およびダウンリンク方向に各々２５ＭＨｚのバンド幅を有し、アップリンクサブチャネルには８９０～９１５ＭＨｚのスペクトルバンドを使用し、ダウンリンクサブチャネルには９３５～９６０ＭＨｚのスペクトルバンドを使用して、１２５個のキャリア周波数（２００ｋＨｚ間隔で各方向に１２５個のキャリア周波数）を提供する。各スペクトルバンドの両側に２００ｋＨｚのガード分離を有することにより、移動しているデータ用に２４．６Ｍｈｚのスペクトルまたは１２３個のキャリア周波数が残る。次いで、かかる無線通信経路（両方向）の総容量は、時間スロット当たり１５６．２５ビット掛けるフレーム当たり８つの時間スロット掛ける２１６．６６７フレーム／秒＊１２３個のキャリア＝３３．３１２Ｍｂｉｔｓ／秒になるであろう。
【0034】
ＭＳはモバイルであり得ることを考慮すると、ＢＴＳがセル電話の塔に固定されているが、ＭＳが１０ｋｍ離れており、１００ＫＰＨで移動している間に、ＭＳを使用して電気通信ネットワークを介して音声会話を続ける場合など、ＭＳはＢＴＳからある程度距離がある可能性があり、その距離は変化する可能性がある。ＢＴＳとＭＳとが互いに数メートル以内にあり、ＭＳが移動していない場合、信号の伝播時間および移動によるドップラー偏移を無視することができる。ＭＳがＢＴＳに対して１００ＫＰＨで移動している場合、場合によってはそれを無視することができるが、ＭＳがある程度の距離離れている場合は、伝播時間を考慮する必要があり、または代わりに、１つの時間スロット内での伝送がその時間スロット内で完全に受信されないが、別の時間スロットの時間内に遅れて到達する可能性があり、これは、通信損失を引き起こすことがある。
【0035】
伝播遅延を考慮するために、伝送器は伝送を前進させたり遅らせたりして、ラジオ周波数（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ、ＲＦ）信号のバーストを送信して伝播遅延を考慮し、受信器は調節された時間で割り当てられた伝送を予想する。多くのＭＳと１つのＢＴＳが存在する場合、時間スロットがすべて整合されている場所がＢＴＳであるように、ＭＳがそれらの伝送時間を調節するものであることがしばしば有用である。同様に、ＢＴＳはその伝送を指定された時間スロット内で送信することができるが、伝播遅延を考慮して、ＭＳは、それらが聴取するか、または伝送を受信することを予想する時間を遅延させたり前進させたりする。時間スロットまたはスロット、およびキャリア周波数（複数可）をＭＳに割り当てるＢＴＳに加えて、ＢＴＳは、ＢＴＳ－ＭＳ間の伝播遅延または距離をＭＳに示すことがある。
【0036】
ＧＳＭプロトコルを使用して動作するＢＴＳの場合、ＢＴＳは、信号がＲＡＣＨ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌ：ランダムアクセス制御チャネル）に到達する方法により、ＭＳ信号の伝播遅延を認識する。ＲＡＣＨチャネルは、ＭＳがデータを送信するためにチャネルにアクセスする必要がある場合に使用されるアップリンクのみの時間スロットである。ＭＳは、ＲＡＣＨで８７ビット長の信号バーストを送信することによって、チャネルアクセスを要求する。ＲＡＣＨバーストは、それと次の時間スロットとの間に６９．２５ビットのガード期間があるように設計されている。その結果、バーストは、悪影響を与えることなく、ＲＡＣＨスロット内で最大６９．２５ビットまでスライドし得る。ＲＡＣＨバーストがＢＴＳに到達すると、ＢＴＳは、信号バーストが右にスリップした（すなわち、時間内にさらに移動した）これらのガードビットの数を測定することができ、それゆえに、信号の伝播遅延を判定することができる。ＢＴＳがそのチャネル割り振りに関する情報でＭＳに応答すると、ＢＴＳは、「タイミング前進」（ｔｉｍｉｎｇ ａｄｖａｎｃｅ、ＴＡ）と呼ばれるものを含み、これは、ＭＳが正しい時間スロット内でＢＴＳに到達し、隣接する時間スロット内に流れ出ないように、その信号を前進させる必要があるビット数として表されることがある。ＧＳＭプロトコルでは、タイミング前進の値は、０～６３ビットの範囲内であり得、０ビットは、往復伝播遅延なしに対応し、６３ビットは、ＢＴＳから３５ｋｍ離れたＭＳで経験されるであろう伝播遅延に対応しており、無線信号は光の速度で進む。
【0037】
慎重に時間調整しないと、異なる距離で動作しているＭＳからの伝送が同じ時間スロット内でＢＴＳに到達し、衝突または重畳を引き起こす場合がある。これらの衝突は、ＢＴＳの観点から干渉を作り出し、これは、通信の品質と信頼性を妨げる。ガード時間（ビットで測定され、「ガードビット」と呼ばれる）を用いて、バーストタイミングエラーが信号衝突を作り出すことを防ぐことができるが、これは、内部クロック内の小さな時間整合エラーを考慮することができるだけで、拡張された可変の伝播距離の違いを考慮することはできない。
【0038】
例えば、時間スロット間に３０．４６１μｓのガード時間（８．２５ガードビット）が存在し得るため、第１のＭＳがＢＴＳから４．５６９ｋｍ（往復距離で９．１３８ｋｍ）離れていて、第１の時間スロットが割り振られており、第２のＭＳがＢＴＳのすぐ近くにあり、次の時間スロットが割り振られていた場合でも、信号の相対的な伝播遅延は干渉を引き起こさないであろう。これは、第１のＭＳからの信号が３０．４６１μｓ遅延することになる一方、ＢＴＳはガード時間中に伝送の後半部分を受信することになり、その伝送は第２のＭＳの時間スロットが始まる前に終了することになるためである。多くの場合、ガード時間は短すぎて、見つけることができるすべての距離にあるＭＳに適応させることができない。例えば、ＭＳが１０ｋｍ（往復２０ｋｍ）離れている場合、そのＭＳからＢＴＳへの伝送の伝播遅延は３３．３３３μｓ遅延することになり、これは、ガード時間を超えるため、ＢＴＳはその伝送を次の時間スロットが割り振られた別のＭＳからの伝送と同時に受信することになる。
【0039】
同じＢＴＳを共有する遠位のＭＳに適応させるための１つの解決策は、タイミング前進機構を使用することである。ＧＳＭプロトコルは、この一例を提供する。ＧＳＭプロトコルのランダムアクセス制御チャネル（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｈａｎｎｅｌ、ＲＡＣＨ）の使用など、ＭＳとＢＴＳとの間の初期のハンドシェイクでは、ＢＴＳはＭＳとＢＴＳと間の距離を判定する。ＢＴＳは、各ＭＳがアップリンク伝播遅延に基づいている場合、ＭＳとＢＴＳとの間の距離を計算する際のＲＡＣＨハンドシェイク中に時間スタンプを伝送および受信し得る。
【0040】
判定された距離は、ＭＳとＢＴＳとの間の実際の距離ではないことがあるが、多くの目的の場合では、擬似距離で十分である。本明細書で使用される場合、「擬似距離」は、ある距離の実際の値である場合とそうでない場合がある値であるが、プロキシまたはみなし距離として使用される。すなわち、ＭＳ、ＢＴＳ、または他の場所のモジュールは、値が距離であると想定し、さまざまな構成要素は、その値が実際の値に十分に近い場合にその値の使用が十分適切に機能するように設計される。極端な例として、ＭＳとＢＴＳが２メートル離れているが、それらの間に直接信号を妨げる何かがあり、最も近いパスが非常に多くの反射を伴う３ｋｍのパスであると仮定する。かかる事例では、擬似距離は３ｋｍであることになり、ＭＳとＢＴＳは３ｋｍ分離されていると想定して動作することになる。それらの伝送が追従する信号パスは３ｋｍであるため、それらの間の距離の値として使用すると機能する。
【0041】
概して、２つの物体の間で測定される擬似距離または距離の擬似レンジは、ラジオ周波数信号が一方の物体から他方の物体に伝播するのにかかる時間を判定することによって測定され得る実際の距離または距離のレンジとは異なる場合がある。信号の反射およびマルチパスにより、信号の発信元と受信側との間の見通し距離の線（または距離のレンジ）は、その信号の伝播距離とはわずかに異なることがあり、その場合、擬似距離（または擬似距離のレンジ）は実際の距離（または距離のレンジ）とは異なる。しかし、一貫した使用では、多くの動作は擬似距離の値だけで機能し得る。他の使用では、「擬似」を同様に使用して、推定値、想定値、近似値などを示すことができる。
【0042】
いったんＢＴＳがＭＳの擬似距離を判定すると、ＢＴＳは、そのＢＴＳのトランシーバを使用して活動中のＭＳの各々のパラメータおよび変数のためにＢＴＳが維持するテーブル内に擬似距離を記憶する。ＢＴＳは、その値を、本明細書の他の場所に記載される制御メッセージでＭＳに通信する。次いで、ＭＳは、「タイミング前進」を実装するようにプログラムされ、ＭＳは、そのシステムクロックのコピーを考慮し、擬似距離に対応する伝播遅延を減算し、その伝送をスケジュールされた時間スロットの開始よりも早くＢＴＳに送信する。ＲＡＣＨプロセスは、これらの値を判定するために、以下でさらに詳細に記載されるさまざまなステップを含み得る。
【0043】
本明細書で使用される場合、伝播遅延を、変換係数またはその近似値としてｃ＝３＊１０８ｍ／ｓを使用して伝播距離から計算することができ、その逆もまた同様である。ＧＳＭの２７０．８３３ｋｂｉｔｓ／ｓなど、伝送に標準化されたビットレートがある場合、伝播遅延または距離をビット数として表すことができる。例えば、１２ｋｍの分離は８０μｓの往復伝播遅延をもたらし、各ビットは３．６９２μｓで伝送されることになり、１２ｋｍの分離と８０μｓの伝播遅延とを、２２（より正確には２１．６６）ビットの分離または伝播として同等に表すことができる。したがって、１「ビット」の伝播は、約５５５メートルの往復伝播距離および３．６９２μｓと同等である。
【0044】
ＢＴＳとは異なる距離で動作するＭＳには、それらのそれぞれの通信距離に適応させるために異なるタイミング前進が割り振られる。便宜上、これは整数のビット数として表されることがある。ＭＳの移動を考慮するために、このタイミング前進の値は、ＭＳに通信され、いつ伝送または受信するかを判定するためにＭＳ内のモジュールによって使用され、ＢＴＳに対して時変通信距離を有し得る移動中の標的に適応させるのに十分な周期および頻度で更新され得る。例えば、２００ＫＰＨで進む高速列車でユーザがＭＳを使用している場合、ユーザが路上を歩いている場合よりも頻繁に距離を更新する必要がある場合がある。
【0045】
ＧＳＭプロトコルの特定の例では、タイミング前進は６ビットの値として表され、最小値は０ビットのタイミング前進を表し、最大値は６３ビットのタイミング前進を表す。ＧＳＭプロトコルでは各ビットは３．６９２μｓ（および往復伝播遅延では約５５５メートル）に対応すると想定されているため、擬似距離が約５５５ｍ／ビット＊６３ビット＝３４，９６５ｍ、つまり約３５ｋｍである場合、６３ビットのタイミング前進が使用されることになる。したがって、このタイミング前進の手法は、ＢＴＳから０～３５ｋｍの範囲のＭＳで正常に機能することになる。ＧＳＭプロトコルでは、ＢＴＳは、ＭＳがＢＴＳから３５ｋｍよりも遠いとＢＴＳが判定した場合、ＭＳからの要求に応答しないか、または当該要求を少なくとも予想しないようにプログラムされている。これは、他のより近くのＢＴＳがある場合、またはすべてのポイントが１つ以上のＢＴＳから３５ｋｍ以内にあるＢＴＳの分布の場合には問題にならない。
【0046】
タイミング前進では、ＭＳは、その時間スロットが始まる前に（ＭＳのクロックタイミングから）伝送を送信し、その伝送が伝播遅延後にＢＴＳで受信されると、ＢＴＳは、その伝送を、タイミング前進が伝播遅延に対応する時間スロット内で完全に受信する。ＭＳは、使用するタイミング前進の量に関する値を提供されているため、これを正しく行うことができる。実際の距離、ひいては実際の伝播遅延は、擬似距離とは異なる場合があるが、多くの場合、ＭＳ－ＢＴＳ間の通信には内部クロックの差、伝送器の変動などを取り扱う余裕がある程度あるため問題にはならないことに留意されたい。
【0047】
このタイミング機構は、任意のＭＳから３５ｋｍ以内に常に１つ以上のＢＴＳがある場合に適切に機能するが、常にそうであるとは限らない。一部の地理的地域では、その地域のいずれのポイントからも３５ｋｍ以内にＢＴＳを有することは実用的、実行可能、または経済的ではない可能性がある。例えば、地方、遠隔地、または島の地理的地域では、かかる間隔を有するＢＴＳインフラストラクチャは、その土地にアクセスすることができない可能性があり、ＭＳを有するユーザが点在し広範囲に及ぶ可能性があるため、ＢＴＳが使用されないか、または設置することができないか、もしくは電力を得ることができない可能性がある。かかる状況では、「拡張レンジ」機構を使用することができる。ＧＳＭプロトコルでは、かかる機構が可能である。
【0048】
拡張レンジ機構では、各ＭＳには１つの代わりに、２つの連続した時間スロットが割り振られるため、ＭＳは、１つの時間スロットの持続期間だけ伝送をＢＴＳで遅延させることができる場合、いかなるタイミング前進も必要とすることなくＢＴＳと通信することができる。これにより、許容されるＭＳ－ＢＴＳ間の距離（例えば、３５ｋｍ～１２０ｋｍ）が増加するが、各ＴＤＭＡフレームでは８つの代わりに４つの割り振り可能な時間スロットだけが利用可能であることになるため、スループットが半分に減少する。これは、データレートが低い場合、地方、遠隔地、または島のエリアにとって重要ではない可能性がある。タイミング前進機構と拡張レンジ機構との組み合わせを使用することによって、最大許容ＭＳ－ＢＴＳは、３５ｋｍ＋８５ｋｍ＝１２０ｋｍになり得る。
【0049】
拡張レンジ機構では、各ＭＳには、スループットを半分に減少させる追加のガード期間として時間スロット全体が分配される。これの変形例は、例えば、米国特許第５，６４２，３５５号に示されているものと同様の「ソートされた拡張レンジ機構」である。ソートされた拡張レンジ機構では、時間スロットは、「消費」されてガードビットとして使用されるが、その時間スロットは距離によってＭＳに割り振られ、最も近いＭＳが第１の時間スロットを取得し、最も遠いＭＳが、ＭＳに分配された、すなわち、いずれのＭＳにも割り振られていない任意の「消費」された時間スロットの前の最後の時間スロットを取得する。ＭＳの拡張レンジが伝送を拡散させるため、消費された時間スロットは必要なガードビットに使用される。実際には、これはバースト間で未使用の時間スロットを「分割」する。
【0050】
８５ｋｍ超の隔たりがある場合またはその他の理由で、「リング拡張レンジ」機構を使用することができる。リング拡張レンジ機構では、固定された最小距離が想定され、ＢＴＳでのタイミングは、その固定された最小距離によって調節され、ＢＴＳはすべてのＭＳが少なくともその距離離れていると想定するため、最小通信距離より近いＭＳはサポートされない。これは、米国特許第６，１０１，１７７号に示されている手法と同様である。いかなるＭＳの修正も必要とすることなく、タイミング前進機構を使用して得られた３５ｋｍのレンジを使用して、最小距離から最小距離プラス３５ｋｍに及ぶＭＳ－ＢＴＳ間の距離をサポートすることができる。一例では、最小距離は８５ｋｍであるが、異なる最小通信距離を使用することができる。その場合、この例では、ＢＴＳは、ＢＴＳから８５ｋｍ～１２０ｋｍの範囲のＭＳをサポートすることができる。
【0051】
リング拡張レンジ機構は、割り当てられた８つの時間スロットのうちの８つを用いて使用されてもよく、ＢＴＳから８５ｋｍ～１２０ｋｍに及ぶ距離を有するＭＳを取り扱うことができる。しかしながら、これは、そのエリアから送信された任意の信号バーストは、ＢＴＳがその時間スロットを視認する方法に比べてＢＴＳに非常に早く到達するため、ＢＴＳからある程度半径方向に離れる物理的なカバレッジの隔たりを作り出す。代わりに、ＢＴＳは、エリアリングのカバレッジを提供する。リング拡張レンジ機構は、ＢＴＳとサービス用に設計されたＭＳとの間に湖または谷などの物理的な隔たりを有する地理的エリアで使用され得るため、ＭＳがサポートされていないリング内側の領域を有することは問題にはならないであろう。
【0052】
ＧＳＭシステムは、アップリンクサブチャネルとダウンリンクサブチャネルとの間のＴＤＭＡフレームオフセットを用いることに留意されたい。典型的なＧＳＭフレーム構造では、アップリンクＴＤＭＡフレーム（またはＭＳ ＴｘおよびＢＴＳ Ｒｘ）は、ＭＳが同時に伝送および受信する必要がないことを確実にする目的で、ダウンリンクＴＤＭＡフレーム（またはＢＴＳ ＴｘおよびＭＳ Ｒｘ）から３つの時間スロットだけオフセットされる。ＴＤＭＡ通信の当業者には、アップリンクサブチャネルとダウンリンクサブチャネルとの間のこのオフセットは拡張された距離にわたる通信とは無関係であり、リング拡張レンジ機構内でのみアップリンクＴＤＭＡフレームで使用される時間スロット同期オフセットとは同じではないことは明らかであろう。
【0053】
リング拡張レンジ機構を拡張レンジ機構と組み合わせる場合、これを単独でまたは組み合わせて使用して、１２０ｋｍの半径を超え得るＢＴＳのカバレッジを有することができる。これらの技法は多くの場合、かかる通信が典型的には地球の曲率によって制限されるため、地上通信には十分である。例えば、地表ベースのＭＳとＢＴＳトランシーバとの間の見通し線通信に距離Ｄを提供するためには、ＢＴＳトランシーバは、少なくともｈ＝［ＳＱＲＴ（６３７０＾２＋Ｄ＾２）－６３７０］ｋｍの高さに装備されるべきである。Ｄ＝１２０ｋｍ、ｈ＝１１３０ｍの場合、１，１３０メートルは今日建設されているいかなる構造よりも高いため、塔の高さは距離よりも地上通信の制限要因の高さよりもはるかに高く、そのため、距離を仮に１２０ｋｍ以上に拡張する技法は、セルラの音声、データ、テキスト、および同様の容量の地上通信にはそれほど有用ではないが、場合によっては、上にトランシーバを装備する大きな地質構造がある選択されたロケーションでは例外である。
【0054】
いくつかのロケーションに近い任意の場所、例えば、いくつかのロケーションから３５ｋｍもしくは８５ｋｍ以内、または高い塔を装備することができる１２０ｋｍ以内に基地局を置くことが非実用的である場合など、カバレッジを広くするように基地局の塔を分布させることが実用的ではない地域の場合、衛星通信を使用することができる。典型的には、衛星通信は非常に高価であり、それゆえに、リソースの探索、探索器、捜査、および救助などのコストをサポートする用途でのみ使用される。
【0055】
本明細書において、「衛星」とは、軌道上で動作することを目標として地球から打ち上げられた人工衛星、および／または地表で全体もしくは部分的に組み立てられ、かつ／または軌道内で全体もしくは部分的に組み立てられているかにかかわらず軌道内で動作する人工衛星を指す。衛星は、１つの軌道内で組み立てられ、かつ／または動作し、別の軌道に移動することがある。衛星は、その独自の推進力手段なしで推進されているか、または動作している可能性があり、推進力を提供するために軌道内の他の物体に依存している場合とそうでない場合がある。本明細書で使用される場合、軌道内で動作し、推進力下にないときの衛星は、多かれ少なかれ安定した軌道内にある。かかる軌道は、大気抵抗のために地球の表面の上に最小距離を有する。軌道に乗せるのに十分な真空と、衛星が軌道から外れることを引き起こし得る過剰な大気との間には厳密な分割線はなく、地球の上、約４００～５００ｋｍの地球低軌道（Ｌｏｗ Ｅａｒｔｈ Ｏｒｂｉｔ、ＬＥＯ）が実用的であることが示されているが、ナノ衛星などの特に密集した宇宙船の場合、これらの高度よりもさらに低くなる可能性がある。
【0056】
実用的な軌道の最小距離が非常に大きいことは、従来、衛星通信でまったく異なる技術が用いられたことを意味していた。一部の事例では、地表局はモバイルではなく、他の事例では、地表局はモバイルであったが、電力集約型で、重く、大きく、かつ特殊な機器を必要とした。距離に加えて、軌道内の衛星の移動に対処しなければならなかった。
【0057】
衛星と、通信にＴＤＭＡプロトコルを使用する、地球上の地表ベースの携帯型送受話器との間の通信には、多くの解決策がある。いくつかの衛星プロバイダとしては、Ｉｒｉｄｉｕｍ（商標）、Ｇｌｏｂａｌｓｔａｒ（商標）、Ｔｈｕｒａｙａ（商標）、およびＩｎｍａｒｓａｔ（商標）の衛星システムが挙げられ、これらは、独自に開発された衛星電話またはユーザ端末（すなわち、物理的接続またはＲＦ接続によって既存のモバイル電話に取り付けられるか、または接続する一意のハードウェアデバイス）に基づいている。特定のユーザ端末では、各々が他のユーザ端末と共に機能するように特別に設計され得るため、システム、衛星、および端末の設計を簡素化することができる。欠点は、高価で非現実的であり得る、すべてのエンドユーザまたは小さいグループのエンドユーザのために必要であろう特定の端末機器を必要とすることである。カスタム端末の手法はシステム設計を簡素化するが、オペレータは通信方式、電力レベル、周波数などの詳細を自由に設定することができるため、ユーザを特定のプロバイダに縛り付ける。その結果、エンドユーザは、数百から数千ドルの費用がかかり、大きく、扱いにくいアンテナを有し、かなりの電力を使用し、動作させるための月々の法外な会費を必要とする、衛星電話（または既存のモバイル電話につながるユーザ端末）を購入する必要がある可能性があり、これを２つ以上の衛星プロバイダで行わなければならない可能性がある。これが伝統的な衛星電話の市場の魅力を制限してきた。
【0058】
一例として、米国特許第８，５３８，３２７号は、衛星の位置を示すデータおよびユーザ機器の位置を示すデータに基づいて遅延測定値を算定するユーザ機器の修正例を記載している。ユーザ機器からのアップリンク通信のタイミングは、衛星まで伝送するときに、その遅延を調節する。ユーザ機器はまた、衛星の位置と速度を示すデータに基づいて周波数オフセットを算定し、それに応じてそのアップリンク信号周波数を調節して、通信システム内の動的ドップラー偏移を考慮する。当然ながら、これは、衛星通信用に設計された、地表の特定のユーザ機器を必要とする。
【0059】
別の例として、米国特許公開第２００６／０２４６９１３号は、往復伝播遅延差の差を低減することを特徴とするサブカバレッジリングを使用してＲＦ信号の伝播遅延を管理するための方式を記載している。これは、静止地球軌道（ｇｅｏｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｅａｒｔｈ ｏｒｂｉｔ、ＧＥＯ）衛星を使用して中継としての働きをし、遠隔モバイル局をそのネットワーク内の基地局に接続する。ＧＥＯ衛星が伝えるはるかに大きな遅延に対処するために、リング／ゾーンの許容伝播遅延のレンジに合わせてそれ自体を構成することによって、別個の処理デバイスが別個のサブカバレッジリングまたはゾーンにサービスを提供する。モバイル局とＧＥＯ衛星との間のリンクを、電力、信号指向性、および周波数操作のための追加のユーザ端末のハードウェアの支援なしで閉鎖することはできない。
【0060】
携帯型デバイスまたはモバイルデバイスとの衛星ベースの通信のための改善されたシステムが必要とされている。
【発明の概要】
【0061】
環境内でのモバイル局との通信のための多元接続トランシーバは、地球軌道内で見られ得るように、必ずしもモバイル局の修正を必要とすることなく、モバイル局の設計上の想定を超える条件を取り扱う。多元接続トランシーバは、より大きな距離、より大きな相対運動、および／または地上トランシーバの機能が軌道トランシーバによって実施される場合に一般的に見られる他の条件などのモバイル局の設計上の想定を超えている間は、モバイル局との通信を閉鎖するように適合されている。軌道トランシーバは、フレームデータ構造を解析するデータ解析器と、軌道から地上への伝播遅延に基づいてタイミングを調節する信号タイミングモジュールと、周波数偏移器と、多元接続プロトコルを使用する地球軌道から通信することができるプログラム可能なラジオと、を含み得るため、通信は、地上セルラ基地局と地上モバイル局との間の通信と互換性があるか、または地上モバイル局にはそのように見える。
【0062】
多元接続トランシーバは、セルラ電話送受話器、スマート電話、および／または接続されたデバイスである地上モバイル局をサポートし得る。信号タイミングモジュールは、軌道に基づいて、伝送信号の周波数を地上ドップラー偏移に調節するように適合され得る。信号割り当て論理は、複数の時間スロット、複数のキャリア周波数、複数の直交サブキャリア、および／または複数のコード系列にわたって分布する、多元接続トランシーバの容量を、地上モバイル局を含む複数の地上モバイル局に割り当てることができる。多元接続トランシーバは、各地上モバイル局に対して、多元接続トランシーバから地上モバイル局までの距離を判定するレンジ計算器と、フレーム構造に対する伝送信号のタイミングを判定する信号タイミングモジュールと、を含み得、フレーム構造は、多元接続トランシーバから地上モバイル局までの距離に起因する可変伝送遅延をもたらすゼロまたは非ゼロの時間スロット同期オフセットを各々が有する複数のスロットと、フレーム構造内に聴取時間スロットを割り当てて、地上モバイル局からの通信を聴取する、入力信号割り当て器とを備え、聴取時間スロットは、多元接続トランシーバから地上モバイル局までの距離に基づいてタイミングがはかられ、聴取時間スロットは、複数の時間スロットのうちの１つであり、複数の時間スロットは、多元接続トランシーバからの複数の距離を有する複数の地上モバイル局からの通信を取り扱う多元接続トランシーバを考慮するように、フレーム構造内で可変的に遅延される。
【0063】
多元接続トランシーバは、複数の時間スロットを有し得、複数の時間スロットは、複数の異なる距離レンジの各々を複数のチャネルブロックの各々に割り振ることによって、多元接続トランシーバからの複数の距離を有する複数の地上モバイル局からの通信を取り扱う多元接続トランシーバを考慮するように、フレーム構造内で可変的に遅延される。異なる距離レンジは、天頂距離から最小標高距離までのスラントレンジを集合的に網羅し得、天頂距離は、地上モバイル局に対する、多元接続トランシーバを搬送する衛星の天頂位置との間の距離であり、最小標高距離は、地上モバイル局が衛星の設計フットプリントに進入するときの衛星の位置との間の距離である。異なる距離レンジは各々、おおよそ３４～３５キロメートルに及び得、天頂距離と低い標高距離との間の差は、２１０～２５０キロメートルである。衛星の設計フットプリントは、円形、楕円形、矩形であり、かつ／またはアンテナの機能および／もしくはアンテナビームの形状とは無関係であり得るが、多くの例では、円形として近似する。
【0064】
多元接続トランシーバは、地球軌道内での動作のために適合され、かつ地上モバイル局と通信するように構成され、データ解析器であって、データ解析器が、フレーム構造であって、どの時間スロットが複数の地上モバイル局のうちのどれに割り当てられるかを定義する、データ解析器と、各地上モバイル局に対して、多元接続トランシーバから地上モバイル局までの距離を判定するレンジ計算器と、複数の地上モバイル局を複数のチャネルブロックに割り振るチャネル割り振りモジュールであって、チャネルブロックが、地上周波数および軌道周波数オフセットを有する、チャネル割り振りモジュールと、フレーム構造に対する伝送信号のタイミングを判定する信号タイミングモジュールと、軌道周波数オフセットを用いて、地上周波数で地上モバイル局への信号を変調する、信号変調器であって、軌道周波数オフセットが、多元接続トランシーバおよび地上モバイル局の相対移動に起因して、地上モバイル局に伝送される信号における予想されたドップラー偏移に少なくともほぼ対応し、そのため、地上モバイル局が、地上周波数で信号を受信する、信号変調器と、を備える。複数のチャネルブロックは、多元接続トランシーバを搬送する衛星および地上モバイル局の相対位置に基づいて割り当てられ得、軌道周波数オフセットは、５キロヘルツの増分など、小さい増分で変化する。
【0065】
特定の実施形態では、１つ以上のトランシーバを有する多元接続基地局は、複数の地上モバイル局との通信を取り扱い、地上モバイル局は、地上モバイル局から制限距離内にあり、かつ／または地上モバイル局に対して制限速度未満で移動している、地上セルラ基地局との基地局通信を予想するように構成されている。多元接続基地局は、フレーム構造に従って、多元接続基地局によって受信されたデータを解析する、データ解析器であって、フレーム構造が、どの時間スロットが複数の地上モバイル局のうちのどれに割り当てられるかを定義し、フレーム構造が、多元接続基地局から複数の地上モバイル局までの距離に起因する可変伝送遅延をもたらすゼロまたは非ゼロの時間スロット同期オフセットを各々が有する複数のスロットを含む、データ解析器と、多元接続基地局と地上モバイル局との間の基地－モバイル間の距離に基づいて、地上モバイル局への伝送信号のフレーム構造に対する信号タイミング調節を判定する、信号タイミングモジュールであって、基地－モバイル間の距離が、制限距離を超えている、信号タイミングモジュールと、多元接続プロトコルを使用して多元接続基地局から地上モバイル局までの通信を通信すること、および信号タイミング調節を考慮することができる、プログラム可能なラジオであって、そのため、通信は、基地－モバイル間の距離が制限距離を超えているにもかかわらず、地上セルラ基地局と地上モバイル局との間の通信と互換性があるか、または地上モバイル局にはそのように見える、プログラム可能なラジオと、を備える。
【0066】
多元接続基地局は、複数の地上モバイル局と通信するように適合され得、複数の地上モバイル局は、セルラ電話送受話器、スマート電話、および／または接続されたデバイスを備える。制限距離は、約１００キロメートル、１２０キロメートル、またはある程度の他の距離であり得、基地－モバイル間の距離は、その制限距離を超える。多元接続プロトコルは、ＣＤＭＡベースのプロトコル、ＬＴＥプロトコル、ＧＳＭプロトコル、ＯＦＤＭＡベースのプロトコル、ＦＤＭＡベースのプロトコル、ＴＤＭＡベースのプロトコル、ＥＧＰＲＳプロトコル、またはＥＤＧＥプロトコルのうちの１つであり得る。多元接続基地局は、地球軌道内で動作する軌道基地局であり得、制限距離は、１２０キロメートルであり、複数の地上モバイル局の地上モバイル局の基地－モバイル間の距離は、約５００キロメートル～約７５０キロメートルである。別の変形例では、多元接続基地局は、地球大気内で動作可能な基地局であり、飛行機、ドローン、および／もしくはバルーンのうちの１つ以上の上または中に装備されることを含み、制限距離は、１２０キロメートルであり、基地－モバイル間の距離は、１２０キロメートルを超える。
【0067】
多元接続基地局は、複数の時間スロット、複数のキャリア周波数、複数の直交サブキャリア、および／または複数のコード系列にわたって分布する、多元接続基地局の容量を、地上モバイル局を含む複数の地上モバイル局に割り当てるための信号割り当て論理を含み得る。プログラム可能なラジオは、多元接続プロトコルを使用して地上モバイル局からの通信を聴取することができ、かつ複数の地上モバイル局の各地上モバイル局について、多元接続基地局から地上モバイル局までの各地上モバイル局の基地－モバイル間の距離を判定する、レンジ計算器と、地上モバイル局の基地－モバイル間の距離に基づいて、フレーム構造に対する地上モバイル局の受信信号のタイミングを判定する、受信タイミングモジュールと、フレーム構造内に聴取時間スロットを割り当てて、地上モバイル局からの通信を聴取する、入力信号割り当て器と、を含み、聴取時間スロットは、地上モバイル局の基地－モバイル間の距離に基づいてタイミングがはかられ、聴取時間スロットは、複数の時間スロットのうちの１つであり、複数の時間スロットは、複数の基地－モバイル間の距離を有する複数の地上モバイル局からの通信を取り扱う多元接続基地局を考慮するように、フレーム構造内で可変的に遅延される。
【0068】
複数の時間スロットは、複数の異なる基地－モバイル間の距離レンジの各々を複数のチャネルブロックの各々に割り振ることによって、複数の基地－モバイル間の距離を有する複数の地上モバイル局を考慮するように、フレーム構造内で可変的に遅延され得る。多元接続基地局は、地球軌道内で動作する軌道基地局であり得、複数の異なる基地－モバイル間の距離レンジは、天頂距離から最小標高距離までのスラントレンジを集合的に網羅し、天頂距離は、地上モバイル局に対する、多元接続基地局を搬送する衛星の天頂位置との間の距離であり、最小標高距離は、地上モバイル局が衛星の設計フットプリントに進入するときの衛星の位置との間の距離である。
【0069】
異なる基地－モバイル間の距離レンジは各々、おおよそ３４～３５キロメートルに及び得、天頂距離と最小標高距離との間の差は、２１０～２５０キロメートルである。
【0070】
衛星の設計フットプリントは、円形、楕円形、矩形などであり得、かつアンテナの機能および／もしくはアンテナビームの形状とは無関係であり得る。
【0071】
一部の変形例では、１つ以上のトランシーバを有する多元接続基地局は、地上モバイル局から制限距離内にあり、かつ／または地上モバイル局に対して制限速度未満で移動している、地上セルラ基地局との基地局通信を予想するように構成されている複数の地上モバイル局との通信を取り扱う。多元接続基地局は、データ解析器であって、データ解析器が、フレーム構造であって、どの時間スロットが複数の地上モバイル局のうちのどれに割り当てられるかを定義する、フレーム構造に従って、かつ多元接続プロトコルであって、地上モバイル局が特定された周波数で信号を受信し、特定された周波数で信号を伝送することを予想する、多元接続プロトコルに従って、多元接続基地局によって受信されたデータを解析する、データ解析器と、複数の地上モバイル局の各地上モバイル局について、多元接続基地局に対する各地上モバイル局の速度に起因する各地上モバイル局のドップラー偏移を判定する、ドップラー偏移計算器と複数の地上モバイル局の各々を複数のチャネルブロック内のチャネルブロックに割り振るチャネル割り振りモジュールであって、各チャネルブロックが、地上周波数およびドップラー周波数オフセットを有する、チャネル割り振りモジュールと、ドップラー周波数オフセットを用いて、地上周波数で地上モバイル局への信号を変調する、信号変調器であって、ドップラー周波数オフセットが、多元接続基地局および地上モバイル局の相対移動に起因して、地上モバイル局に伝送される信号における予想されたドップラー偏移に少なくともほぼ対応し、そのため、地上モバイル局が、地上周波数で信号を受信する、信号変調器と、多元接続プロトコルを使用して地上モバイル局からの通信を受信すること、および地上モバイル局のドップラー周波数オフセットを考慮に入れることができる、プログラム可能なラジオであって、そのため、通信は、多元接続基地局に対する地上モバイル局の速度が制限速度を超えているにもかかわらず、地上セルラ基地局と地上モバイル局との間の通信と互換性があるか、または地上モバイル局にはそのように見える、プログラム可能なラジオと、を備える。
【0072】
多元接続基地局に対する地上モバイル局の速度は、多元接続基地局が地球軌道内にあるという結果であり得、ドップラー周波数オフセットは、５キロヘルツの増分で変化し得る。
【0073】
多元接続基地局は、複数の時間スロット、複数のキャリア周波数、複数の直交サブキャリア、および／または複数のコード系列にわたって分布する、多元接続基地局の容量を、地上モバイル局を含む複数の地上モバイル局に割り当てるための信号割り当て論理を有し得る。
【0074】
多元接続基地局は、複数のチャネルブロックの各々について、アップリンクサブチャネルの連続スペクトルおよびダウンリンクサブチャネルの連続スペクトルを含むアップリンクサブチャネルおよびダウンリンクサブチャネルを提供し得る。チャネルブロックは、隣接するチャネルブロックが隣接するドップラー周波数オフセットに割り振られるように割り振られ得る。
【0075】
複数の地上モバイル局との通信を取り扱う１つ以上のトランシーバを有する多元接続基地局の特定の実施形態では、地上モバイル局は、地上モバイル局から制限距離内にあり、かつ／または地上モバイル局に対して制限速度未満で移動している、地上セルラ基地局との基地局通信を予想するように構成されており、多元接続基地局は、データ解析器であって、データ解析器が、フレーム構造であって、どの時間スロットが複数の地上モバイル局のうちのどれに割り当てられるかを定義し、多元接続基地局から複数の地上モバイル局までの距離に起因する可変伝送遅延をもたらすゼロまたは非ゼロの時間スロット同期オフセットを各々が有する複数のスロットを備える、フレーム構造に従って、かつ多元接続プロトコルであって、地上モバイル局が特定された周波数で信号を受信し、地上周波数で信号を伝送するとの予想で伝送し、ドップラー周波数オフセットで受信され、多元接続プロトコルが、複数のチャネルブロック内でチャネルブロックを特定し、各チャネルブロックが、指定された地上周波数および指定された時間スロットを有する、多元接続プロトコルにさらに従って、多元接続基地局によって受信されたデータを解析する、データ解析器と、多元接続基地局と地上モバイル局との間の基地－モバイル間の距離に基づいて、地上モバイル局への伝送信号のフレーム構造に対する信号タイミング調節を判定する、信号タイミングモジュールであって、基地－モバイル間の距離が、制限距離を超えており、各チャネルブロックには、指定された信号タイミング調節が割り振られる、信号タイミングモジュールと、複数の地上モバイル局の各地上モバイル局について、多元接続基地局に対する各地上モバイル局の速度に起因する各地上モバイル局のドップラー偏移を判定し、各チャネルブロックには、指定されたドップラー周波数オフセットが割り振られる、ドップラー偏移計算器と複数の地上モバイル局の各々を複数のチャネルブロック内の指定されたチャネルブロックに、チャネルブロックの指定された信号タイミング調節と指定されたドップラー周波数オフセットとに基づいて割り当てる、動的チャネル割り当て器であって、指定されたチャネルブロック内のチャネルの数が、指定された信号タイミング調節および指定されたドップラー周波数オフセットを有するか、またはそれらを有することが予想される、複数の地上モバイル局の数に対応する、動的チャネル割り当て器と、ドップラー周波数オフセットを用いて、地上周波数で地上モバイル局への信号を変調する、信号変調器であって、ドップラー周波数オフセットが、多元接続基地局および地上モバイル局の相対移動に起因して、地上モバイル局に伝送される信号における予想されたドップラー偏移に少なくともほぼ対応し、そのため、地上モバイル局が、地上周波数で信号を受信する、信号変調器と、多元接続プロトコルを使用して地上モバイル局からの通信を受信すること、および地上モバイル局のドップラー周波数オフセットを考慮に入れることができる、プログラム可能なラジオであって、そのため、通信は、基地－モバイル間の距離が制限距離を超えているにもかかわらず、かつ多元接続基地局に対する地上モバイル局の速度が制限速度を超えているにもかかわらず、地上セルラ基地局と地上モバイル局との間の通信と互換性があるか、または地上モバイル局にはそのように見える、プログラム可能なラジオと、を含み得る。
【0076】
添付の図面と共に以下の詳細な説明は、本発明の性質および利点のより良い理解を提供するであろう。
【図面の簡単な説明】
【0077】
本開示によるさまざまな実施形態を、図面を参照して記載する。
【0078】
【図1】本発明が使用され得る一環境を例示している。
【図3】基地トランシーバ局とモバイル局との間で使用されるフレームベースのプロトコルの一例を例示している。
【図4】時分割プロトコルを使用する際の、伝播遅延およびタイミング前進の使用の効果の一例を示している。
【図5】時分割プロトコルの拡張レンジ特徴の使用の一例を示している。
【図6】時分割プロトコルでの拡張レンジ特徴の使用およびタイミング前進の使用の一例を示している。
【図7】ＢＴＳから異なる距離にあるさまざまなＭＳの一例を示しており、それらの距離は少なくともほぼ判定される。
【図9】同期オフセットを使用するリング方式のカバレッジエリアを例示している。
【図10】タイミングがどのようにリング方式のために調節されるかを例示している。
【図11】衛星フットプリントの一例、およびその衛星フットプリント内の結果として生じる距離レンジを例示している。
【図12】リング方式、およびＴＤＭＡ通信のためのソートされた拡張レンジを実装するために、異なるモバイル局に、それらの地上ロケーションに基づいて、どのように異なる時間スロットが割り振られるかの一例を示している。
【図13】異なるキャリア周波数について、変化するリング直径でリング方式を使用することができるように、異なるモバイル局に、それらの地上ロケーション距離に基づいて、どのように異なるキャリア周波数が割り振られるかを例示している。
【図14】衛星フットプリントがどのようにドップラー偏移ストリップに細分割され得るかを示している。
【図15】ＭＳからの擬似距離およびドップラー偏移を判定するための測定プロセスのフローチャートである。
【図16】衛星フットプリントがどのようにレンジリング、ドップラー偏移ストリップ、ならびにレンジリングおよびドップラー偏移ストリップの両方に細分割され得るかを示している。
【図17】衛星フットプリントのレンジリング／ドップラー偏移セルの一例を例示している。
【図19】ＢＴＳとＭＳとの間の通信におけるドップラー偏移を考慮して、周波数スペクトルをどのようにチャネルのさまざまなドップラーオフセットブロックに割り当てるかを例示している。
【図20】セルごとのＭＳの予期された密度に基づいて、衛星フットプリントのセルを割り振る一例を例示している。
【図22】セットアップおよび距離判定のプロセスを例示するスイム図（ｓｗｉｍ ｄｉａｇｒａｍ）である。
【図23】例示的なトランシーバおよび関連する構成要素を例示している。
【発明を実施するための形態】
【0079】
以下の説明において、さまざまな実施形態を記載する。説明の目的で、実施形態の完全な理解を提供するために、特定の構成および詳細を説明する。しかしながら、実施形態が特定の詳細なしに実施され得ることも当業者には明らかであろう。さらに、記載されている実施形態を不明瞭にしないために、周知の特徴は省略または簡素化され得る。
【0080】
本明細書に記載および提案される技法には、軌道内で動作し得る衛星または衛星の一部であり、地上ＢＴＳで使用されるように設計されたモバイル局であるモバイル局（ＭＳ）などの地表ベースのデバイス間で伝送および受信するためのトランシーバを実装する衛星ベースの基地トランシーバ局（ＢＴＳ）の設計が含まれる。多くの場合、いかなる物理的な修正も、またはいかなるソフトウェアの修正でさえも必要とすることなしにＭＳを使用することができ、この場合、ＭＳは、トランシーバおよびＢＴＳと通信しており、かつＢＴＳが地上ＢＴＳでないこと、またはより概略的には、ＢＴＳが、距離の設計上の想定よりも大きい相対距離にあること、ＭＳが設計されるであろう相対速度よりもはるかに速い相対速度にあること、およびその他の設計上の想定など、ＭＳの設計上の想定の範囲を超えて動作していることに気づいていない可能性がある。
【0081】
軌道トランシーバおよび地上ＭＳでは、ＢＴＳは、ＢＴＳからＭＳまでの最大距離が仮に約３５ｋｍであると想定するＭＳ設計の設計上の想定の範囲を超えていることになり、通信時のＢＴＳ－ＭＳ間の距離の時間微分などの相対運動が無視され得るか、または軌道トランシーバと比較して、経験されるであろう７．２～７．８ｋｍ／ｓよりもはるかに小さいと想定するＭＳ設計の設計上の想定の範囲を超えていることになる。他の設計上の想定も影響を与える可能性がある。例えば、軌道トランシーバは、衛星が反対側の地平線の最小高度を下回るまでＭＳに対して最小高度を超えて上昇するため、通信するための限られた時間窓を有するであろう。
【0082】
本明細書の例および詳細の多くは、あたかもそれらの設計上の想定が依然として当てはまるかのように動作するＭＳとの通信を閉鎖するように適合、構成、プログラムなどされる軌道トランシーバに関連するが、これらの技法を軌道の例以外にも使用することができる。例えば、スラント角が１２０ｋｍを超えるほど十分高く位置するＢＴＳのために使用することができる。例えば、ＢＴＳを１，１３０メートルの高度に装備することができる場合、１２０ｋｍ以上のＭＳまでの見通し線（スラントレンジ）を可能にするのに十分である。飛行機、ＵＡＶ、高高度ドローン、熱気バルーン、高高度バルーン、準軌道車両、スペースプレーン、山、またはさらにはいくつかの非常に大きな塔などのプラットフォームは、これらの技法の一部またはすべてが有用だと発見する条件であり得る。また、記載される技法は地表ベースのＢＴＳであっても展開され得るが、（１２０ｋｍを超えるなど）長い通信距離および／または約２００ＫＰＨを超えるような高いドップラー偏移環境を作り出すプラットフォームで動作しているＭＳにサービスを提供するようにアンテナが向けられることは注目に値する。これは、ＭＳが地表上、大気中、もしくは宇宙環境内で動作しており、ＢＴＳが地表上にあり、（例えば、いくつかの車両の上で）モバイルであるか、もしくは場合によっては静止しているかのいずれかである条件を含み得る。
【0083】
これらの技法は、ＭＳが軌道内にあり、あたかも設計上の想定が真であり、ＢＴＳが地上のものであり、かつ設計上の想定が真でなくても動作し、それらのＭＳに適応させるように調節し得るように動作させる必要がある場合に、有用だと発見する可能性もある。例えば、ＭＳを移動中の飛行機、または場合によっては将来の宇宙局で使用することができる。十分大きいアンテナを備えた地表上の基地局の塔は、長い距離および高いドップラー偏移などの同様の設計上の想定の違反に対処しながら、ＭＳとの通信を閉鎖する動作を実施することができる。
【0084】
ＢＳＣおよびＭＳＣ（ホームロケーションレジスタまたはＨＬＲ、および加入者取扱いを含む）機能もまた、衛星で供給される場合があり、または軌道内に不要な機能の一部は地上で実装される。ＢＴＳ、ＢＳＣ、および／またはＭＳＣ機能は、必要な機能を実施するようにプログラム、構成、または適合され得る限り、従来のオフザシェルフのソフトウェア定義のラジオ、または商用グレード（もしくは独自の）ハードウェア／ソフトウェアを使用して実装され得る。
【0085】
ＢＴＳは、距離に起因する電力低減および距離に起因する飛行時間の遅延を引き起こす、ＢＴＳとＭＳとの間の距離が拡張されているにもかかわらず、ならびにまた、ＭＳがＢＴＳに対して行う可能性のある典型的な地表ベースの相対移動を超える、ＢＴＳとＭＳとの間のより大きな相対移動の影響にもかかわらず、その機能を提供し得る。後者はドップラー偏移を引き起こし、セル電話などの従来のＭＳは、場合によってはＬＥＯで経験される７．６ｋｍ／ｓの速度でＭＳに対して移動している衛星によって引き起こされるほど大きなドップラー偏移を取り扱うようには設計されていない可能性がある。これらのドップラー偏移は、衛星のフットプリント内のＭＳのロケーションによって変化するため、可変であるであろう。衛星の後ろのロケーションでは負のドップラー偏移が見られ、衛星の前のロケーションでは正のドップラー偏移が見られる。
【0086】
電力レベルが対処されるべきである。一例として、ＧＳＭ仕様では、必要に応じて、モバイル電話が（周波数に応じて）伝送電力を１～２Ｗに急増させることを要求している。モバイル電話は、これをＲＡＣＨ上で当然のこととして行い、いったんチャネルが割り振られると、ＢＴＳは「大音量」で伝送する必要がない場合に、静かにするように命令することができる。好適なＢＴＳアンテナの容量では、２ワットは、５０ｃｍのフォームファクタのようなアンテナを使用して５００ｋｍの高度で妥当な仰角でリンクを閉鎖するのに十分な伝送電力であり得、データ転送の速度は必要に応じて調節される。例えば、一実装例は、４Ｇ ＬＴＥなどのデータレートをサポートしようとするのではなく、２Ｇ速度および短いデータバーストを伴うナローバンドメッセージングに焦点を当て得るが、後者が可能である可能性がある。かかる方法では、より低い電力レベルおよびより高いデータレートは依然として、十分なアンテナ技術を備えた宇宙ベースの基地局によって典型的にはサポートされ得る。しかしながら、地表のデバイスの電力レベルを低くし、データレートを速くすると、宇宙セグメントの電力要件および質量要件が増加する傾向がある。
【0087】
本明細書で使用される場合、「フットプリント」とは、衛星上でＢＴＳとの通信チャネルを閉鎖するレンジ内にある地表上のエリアを指す。本明細書の例では、円形のフットプリントが使用されているが、フットプリントは円形ではない場合があり、不明瞭な要因、地球の表面の形状、大気条件などに依存し得ることを理解されたい。一部の例では、フットプリントは、実際のフットプリントとは異なる「設計フットプリント」である。例えば、衛星は、実際には、ある程度距離が離れており、それゆえに、衛星の実際のフットプリント内にあるモバイルデバイスと通信することができる場合があるが、選択性、性能、または他の理由により、その衛星を使用するシステムは、実際のフットプリントよりも小さいフットプリント、つまり、設計フットプリントなどの、異なるフットプリントのために設計されている。設計フットプリントの境界は、衛星のすぐ下の表面のポイントを中心とし、かつ衛星が、ある特定のスラントレンジなど、設計によって網羅することになっている半径を有する、衛星によって地球上に放たれる円形または楕円形であり得る。
【0088】
本明細書で使用される場合、「地表」とは、ＭＳのロケーションを指すために使用されるが、「地表」は地球の表面に限定されないことを理解されたい。ＭＳが地表ベースであるかまたは地表上にあると記載される場合、ＭＳは、地球の表面、水域の表面、地球の表面よりいくぶんか下もしくは水域の表面よりいくぶんか下、建物の上層階、正確には地表レベルではない構造の中、飛行機の中もしくは別様に空中であるが大気中、または同様のロケーションに立っている人物の手の中にある可能性がある。しかしながら、説明を明確にするために、ＭＳは、軌道内にある要素と区別するために、地表上にあるとして記載され得る。これは、本明細書に記載されるシステムが軌道内にあるＭＳには使用可能ではないということを述べているのではない。該当する場合、別様に述べられていない限り、軌道内のＭＳが軌道内のＢＴＳと通信するように特別に修正されていない場合であっても、デバイスが電気的、機械的、および別様に軌道上の使用に十分な耐久性があると想定すると、軌道内のＭＳをサポートすることもできる。
【0089】
本明細書で使用される場合、「軌道内にある」とは、あるロケーションにあり、地球の引力の中心に対して（多かれ少なかれ）静止している慣性フレームに対してある速度で進み、かつ軌道を容易に維持することができるように、そのロケーションで大気抵抗をほとんど経験しないことを指す。本明細書の一部の例では、軌道距離が与えられ、これは、軌道を説明するために、従来のように、地球の表面上の平均または通常のポイントからのおおよその典型的な距離を指す。「ＬＥＯ」が一部の例では使用されており、これらの例は、ＬＥＯとして従来定義されているが、依然として軌道であるように考慮される範囲のいくぶんか外側にあり得る軌道に適用することができることを理解されたい。別様に示されない限り、軌道内にあるとは、火星、月、他の惑星の月、またはさらにはＬ１もしくはＬ２などの対象となるポイントなど、他の天体の周りの軌道を説明することもできる。本明細書の例の多くでは、ＢＴＳは地球の周りの軌道内にあり、ＭＳは地上のものである。ＢＴＳとＭＳとが場所を交換する場合、もしくは地球軌道の代わりにＢＴＳが飛行機、操縦者のいない自律車両、バルーンなどの中にある場合、同様の困難に遭遇する場合、またはより概略的には、距離、伝播遅延、および／もしくはドップラー偏移などの困難が、ＭＳが典型的にはサポートもしくは経験するように設計されているものを超える条件が存在する場合、例えば、設計がＭＳの構築および／もしくはプログラミングに入ることを想定する場合など、他の状況のために、本明細書の教示を使用することが可能である。
【0090】
伝統的なＴＤＭＡ通信システムでは、通信リンクを閉鎖する、すなわち、受信信号電力がノイズ／干渉環境よりも十分に高く、そのため、データが所望のデータレートとビットエラーレートでチャネル上を流れることができ、通信しているデバイスがいずれのエンドでも断念しないように、予想されるプロトコルに追従する条件を作り出す、タイミングと信号電力の側面がある。本明細書に記載されるように、衛星ベースのＢＴＳは、地表ベースのＢＴＳと共に使用するために設計された地表ベースのＭＳと通信することができる。衛星ベースのＢＴＳは、ＭＳに対して透過的でありながら、可変伝播遅延を考慮することによって、ある程度の差異の距離にわたって通信を可能にする方法で、ＭＳとのＴＤＭＡ通信を修正する。ＬＥＯ内に衛星群があると、許容可能な経済的展開コストおよび妥当なサービス耐用年数で、地球の上４００～５００ｋｍの軌道から、従来の地上通信技術とプロトコルとを使用するＭＳまでの連続接続を提供することができる。ＢＴＳは、ＴＤＭＡフレーム構造に好適なタイミングを提供し、これにより、軌道レンジの通信と、必要とされるレンジの擬似距離およびドップラー偏移の軽減をサポートするチャネル割り当てまたは割り振りスキームとが可能になり、軌道干渉に起因するドップラー偏移に関連付けられた信号干渉の問題および不整合が処理される。結果として、本明細書に記載されるＢＴＳは、宇宙船と地上電気通信デバイスとの間の通信、ならびに地上電気通信のために典型的に使用される地上電気通信デバイスの特徴および設備を使用した通信を提供することができる。これは、通信システムのラジオカバレッジのレンジを拡張させて、軌道上の宇宙船とモバイル電話または他の通信／無線デバイスとの間の通信を可能にさせ得る。ＢＴＳは、ＧＳＭセルラ通信プロトコルまたは同様の地上プロトコルを使用して軌道内で宇宙船と通信するために、従来のモバイル電話で使用される周波数および／または時間ドメイン（すなわち、ＴＤＭＡ、ＦＤＭＡ、ＯＦＤＭＡなど）で多元接続技法を活用する通信システムで使用され得る。
【0091】
ＢＴＳは、ＢＴＳが時間ドメインおよび周波数ドメインの両方でスライドしているＲＦ信号を取り扱うため、ＴＤＭＡ、ＦＤＭＡ、ＣＤＭＡ、ＯＦＤＭＡなどのような時間ドメインおよび／または周波数ドメインで多元接続方式を使用する通信様式を使用して実装され得、これは、所与の伴われる距離および関係する伴われる速度を処理する必要がある。概して、別様に示されない限り、本明細書の教示を多元接続方式およびシステムのこれらの例のうちの１つ以上に適用することができ、複数のモバイル局は、ＢＴＳと通信しているか、または通信を試みており、干渉を回避するために、使用されるプロトコルは、ＭＳが各々異なる時間スロット、キャリア周波数、および／またはコード系列を使用することによって、多元接続を提供する。したがって、多くの例は、ＴＤＭＡ／ＦＤＭＡプロトコルを参照して記載されているが、他のプロトコルに拡張することができる。
【0092】
本明細書では、距離はキロメートル以外で表される場合があり、それらの場合では、ある特定の変換が想定される。例えば、真空中での光の速度は、距離がマイクロ秒およびミリ秒などの秒単位で表される変換係数になる場合がある。特定の状況での伝播遅延は、真空中の光の速度であり得るか、またはより長くなり得るが、文脈から、秒単位で表される伝播遅延が与えられた距離を判定する方法は当業者には明らかであろう。
【0093】
同様に、距離および／または時間がビット単位で表される場合があり、それらの場合では、ある特定のビットレートが想定される。例えば、ビットレートが２７０．８３３ｋｂｉｔ／ｓの場合、「１５６．２５ビット」で表される期間は５７６．９２μｓの期間を指すことになり、１０ビットで表される距離は、１０ビットを伝送すると３６．９２μｓを占有することになり、３６．９２μｓの期間では、信号は真空中の光の速度で５．５３８ｋｍ（往復）の距離を進み得るため、５．５３８ｋｍの距離に対応し得る。真空中の光の速度と実際の伝播速度との間の差は異なる場合があり、これが考慮される場合があるが、それらの詳細は、例示の目的のために、説明を複雑にしないように省略されることがある。
【0094】
例示的なＢＴＳおよびその動作の説明
本発明を、本発明の特定の、ただし、必ずしも好ましいとは限らない、実施形態を参照して詳細に記載する。これらの特定の実施形態は例としてのものであり、多元接続通信システムおよび軌道機構の当業者は、本開示を読むと、他の変形例が可能であること、ならびに本開示が惑星体の表面上のＭＳと、その惑星体の周りのさまざまな軌道内で動作する宇宙船ＢＴＳとの間の多くのタイプの多元接続通信システムに関連することを認識するであろう。
本発明を、本発明の特定の、ただし、必ずしも好ましいとは限らない、実施形態を参照して詳細に記載する。これらの特定の実施形態は例としてのものであり、多元接続通信システムおよび軌道機構の当業者は、本開示を読むと、他の変形例が可能であること、ならびに本開示が惑星体の表面上のＭＳと、その惑星体の周りのさまざまな軌道内で動作する宇宙船ＢＴＳとの間の多くのタイプの多元接続通信システムに関連することを認識するであろう。
【0095】
本明細書の多くの例では、ＢＴＳを含む衛星の軌道には５００ｋｍの高度を有する円形軌道として与えられているが、本明細書の教示はそれに応じて調節された他の軌道に適用されることを理解されたい。一部の例では、ＢＴＳはＧＳＭ ＢＴＳとして動作するか、もしくはＧＳＭ ＢＴＳの動作をシミュレートするか、または地球の表面近く、すなわち、軌道内にない地上モバイル局（ＭＳ）と通信するための機能を十分に実施する。
【0096】
本明細書の例のうちのいくつかでは、衛星のフットプリントは、ＭＳから見たときに、衛星が最小仰角以上にある地球の表面または地球の表面近くのポイントのセットとして与えられる。本明細書で使用される場合、衛星がＭＳの真上にあるとき、ＭＳは９０度の仰角で衛星を「見る」（それゆえに、ＭＳは衛星に対して天底の方向にある）。本明細書の例では、スラントレンジは９０度～４０度であるが、それよりも大きいまたは小さい他のスラントレンジが使用されてもよい。当業者は、本開示を読んだ後、本明細書の計算を適宜修正する方法を理解するであろう。
【0097】
地球に対して６３７０ｋｍの半径を使用し、５００ｋｍの円形軌道を想定すると、仰角が９０度の場合、フットプリント内のＭＳはＢＴＳから５００ｋｍにある。基本的な幾何学を使用すると、地球の表面上のあるポイントから、５００ｋｍの円形軌道内の衛星は、衛星からそのポイントまでの距離が約７４１ｋｍである場合、そのポイントの地平線に対して約４０度の標高で現れるであろうと判定することができる。ＭＳと衛星ＢＴＳとの間の信号の伝播遅延は距離の関数であり、軌道内の衛星までの距離は軌道半径と仰角との関数であり、これは、衛星の位置ベクトルとＭＳの位置ベクトルとの間の角度である。仰角が９０度である場合、すなわち、衛星が頭上にあり、ＭＳが衛星の天底の方向の表面ポイントにある場合、距離は、軌道半径と地球の半径との間の差として、またはほぼそのようにとられ得る。仰角が９０度未満の場合、距離を計算することができる。接続が作り出されると予想される一部の最小仰角については、角度がかかる接続のためにサポートされる最長距離に対応するであろうと概して考慮される。４０度の最小仰角では、ＭＳと衛星ＢＴＳとの間の相互作用時間は、ＢＴＳおよび／またはＭＳで次のように計算され得る。４０度の仰角、５００ｋｍの円形軌道の場合、地球の中心角は、ＡＣＯＳ（Ｒ＿ｅａｒｔｈ＊ＣＯＳ（ｍｉｎ＿ｅｌｅｖ）／（Ｒ＿ｅａｒｔｈ＋ｈ））－ｍｉｎ＿ｅｌｅｖ＝４．７４度であり、式中、Ｒ＿ｅａｒｔｈ＝６３７０ｋｍ（地球の半径）、ｍｉｎ＿ｅｌｅｖは最小仰角（この例では４０度）であり、ｈは衛星高度（この例では５００ｋｍ）である。ＭＳが一方の地平線上の衛星に対して４０度の最小仰角から、他方の地平線上の衛星に対して４０度の最小仰角まで動くのにかかる時間は、衛星が地球の表面の２＊４．７４＝９．４７度を進むのにかかる時間として算定され得る。本明細書に説明されるように、５００ｋｍの円形軌道にある衛星は、地球の表面に対して７．１１ｋｍ／ｓで移動している。そのため、この速度で地球の表面を９．４７度進むのにかかる時間は秒単位で、おおよそ９．４７度＊円周率／１８０＊（Ｒ＿ｅａｒｔｈ＋ｈ）／７．１１ｋｍ／ｓ＝１５９．８６秒である。当然ながら、他の最小仰角を使用し、それに応じて計算を調節することができる。これは、ＭＳが頭上を通過するときに、衛星フットプリントの中心をまっすぐに通って進むことを想定している。さまざまな状態で、ＢＴＳおよび／またはＭＳは、通信およびスケジューリングを計画および調整するために、この１５９．８６秒という値を考慮に入れることができる。
【0098】
実際の距離は、大気効果および他の物理的相互作用に応じて異なる場合がある。この例では、次いで、ＢＴＳは、ＢＴＳとＭＳとの間で約５００ｋｍ～７４１ｋｍの範囲にあるデバイスとの通信をサポートするように構成されており、それらのＭＳが局所地平線から４０度より低い標高でＢＴＳを見る場合、ＭＳをサポートする必要がある。一部の実装例では、下限が軌道距離から下げられて、地表の十分上にあるＭＳとの通信を可能にする。例えば、ＭＳが１５，０００メートルで飛行する飛行機内に位置するが、衛星が４８５ｋｍの最小距離を想定している場合、そのＭＳをサポートすることはできない。別の例では、静止地球軌道（ＧＥＯ）内の衛星がＢＴＳを提供することがあり、この場合、最小距離は約３５，７８６ｋｍである。
【0099】
図１は、本発明が使用され得る一環境を例示している。そこに示されるように、地球（またはそれに関する惑星体もしくは天体）の表面１０２上には、モバイルであり得るか、または場合によっては携帯型もしくは静止しているが、ＭＳとして機能し得る、いくつかのモバイル局（ＭＳ）１０４がある。これらのＭＳ１０４は、ＢＴＳ－ＭＳ間のリンク１０８を介して、軌道ＢＴＳ１０６と通信する。例示されるように、ＢＴＳ１０６の各々は、表面１０２に対する軌道速度、およびある程度の分離距離を有する。
【0100】
図２は、図１の環境の追加例を例示しており、人物２０２は、スマート電話２０４（１）、ラップトップコンピュータ２０４（２）、およびタブレットデバイス２０４（Ｎ）などのモバイル局を構成する要素を含むさまざまなデバイス２０４を有し、これらの各々は、地上ＢＴＳと通信するように構成および／または適合されており、人物２０２がインターネット２０８および／またはインターネット接続されたリソース２１０に通信またはアクセスすることを所望する場合、それらはＢＴＳ２０６を介してそうすることができる。デバイスの他の例は、ネットワークを介して相互作用する産業用機器または家庭用機器などのユーザインターフェースのないデバイス（例えば、「モノのインターネット」デバイス）であり得る。
【0101】
図３は、ＴＤＭＡなどのプロトコルまたは地上通信のために使用することもできる他のプロトコルを使用する地表－軌道間のリンク３０８を介して、基地トランシーバ局（ＢＴＳ）３０６とモバイル局（ＭＳ）３０４との間で使用されるフレームベースのプロトコルの一例を例示している。
【0102】
本明細書の例で説明されるように、ＢＴＳは、それが単に地上セルラ通信のために構成されたＭＳを透過的にサポートすることを可能にするさまざまな技法を使用する。いくつかの例を記載するが、最初に、ＴＤＭＡシステムのレンジ拡張のためのいくつかの方式を記載する。
【0103】
図４は、タイミング前進機構がどのように使用され得るかを例示している。理解されるべきように、タイミング図が示されている場合、タイミング図に追従する論理を備えた対応するモジュールがあることを暗に意味している。図４はまた、時分割プロトコルを使用する際の、伝播遅延およびタイミング前進の使用の効果を示している。
【0104】
図４では、ＴＤＭＡフレームの８つの時間スロットが示されている。これらは、説明を明確にするために省略されている、より大きなデータ構造の一部であり得る。ＭＳまたはＢＴＳがＭＳ－ＢＴＳ間の通信のために割り振られた時間スロットを有する場合、デバイスの各々は、システムクロックの各デバイスのローカルコピーを使用して、伝送をいつ開始するか、伝送をいつ停止するか、聴取をいつ開始するか、および聴取をいつ停止することができるかを判定するようにプログラムされており、これは、それらの割り振られた時間スロットに対応するであろう。
【0105】
図４では、頂部線は、ＭＳからの伝送４０２を例示している。本明細書において、「Ｔｘ」は、文脈が必要とし得るように、伝送、伝送器、伝送することの略語である。同様に、「Ｒｘ」は、文脈が必要とし得るように、受信、受信器、受信することの略語である。本明細書で使用される場合、「伝送」は、伝送器から通信または信号の一部として送信されるものであり、「受信」は受信されるものである。伝送器と受信器とが同じシステム時間を有し、測定可能な伝播遅延がある場合、伝送およびその対応する受信は、同じシステム時間では発生しない。ＭＳの観点から、伝送４０２を送信するプロセスは、時間スロット１内で完全に発生し、ここではＭＳに時間スロット１が割り振られていると想定される。分配された時間スロットの大部分を伝送４０２が占める場合、それは伝播遅延後にＢＴＳでＢＴＳ Ｒｘとして受信されると、時間スロット２の間に部分的に受信される受信４０４として受信される。これは望ましくない。タイミング前進では、ＭＳは、時間スロット１が始まる前に（ＭＳのクロックタイミングから）伝送４１２を送信し、それが受信４１４として伝播遅延後にＢＴＳで受信されると、ＢＴＳにおいて時間スロット１内で完全に完了する。
【0106】
図５は、時分割プロトコルの拡張レンジ特徴の使用の一例を示している。この例の時間スロットの持続期間は、約０．２８ミリ秒であり、８５ｋｍの距離を表しており、そのため、ＭＳは、１つの時間スロットの持続期間だけ伝送をＢＴＳで遅延させることができる場合、いかなるタイミング前進も必要とすることなくＢＴＳと通信することができる。余分の時間スロットは、追加のガード期間として役立つ。
【0107】
図５に例示されるように、ＭＳには、８つの時間スロットがあるが、第１（スロット０）、第３（スロット２）、第５（スロット４）、および第７（スロット６）の時間スロットのみが使用されている。例示されるように、ＭＳ１は時間スロット０の間に伝送５０２（０）を行い、ＭＳ２は時間スロット２の間に伝送５０２（２）を行い、ＭＳ３は時間スロット４の間に伝送５０２（４）を行い、ＭＳ４は時間スロット６の間に伝送５０２（６）を行う。ＢＴＳは、かかる伝送の受信を受信し、時間スロット０の開始後の任意の時間で開始し、時間スロット１の終了前の任意の時間で終了する受信５０４（０）を受信する（図では「（０）」として称される）。同様に、ＢＴＳは、時間スロット２の開始後で、かつ時間スロット３の終了前の任意の時間で終了する受信５０４（２）を受信し（「（２）」）、受信５０４（４）および５０４（６）についても同様である。
【0108】
図６は、時分割プロトコルでの拡張レンジ特徴の使用およびタイミング前進の使用の一例を示している。そこに示されるように、ＭＳ伝送６０２はそれらのそれぞれの時間スロットの間であり、ＢＴＳはかかる伝送を受信し、適切な時間で受信６０４を受信する。図６に例示されるように、タイミング前進機構と拡張レンジ機構との組み合わせでは、最大許容ＭＳ－ＢＴＳは、３５ｋｍ＋８５ｋｍ＝１２０ｋｍになり得る。タイミング前進機構を単独で使用するか、拡張レンジ機構を単独で使用するか、または両方を使用するかにかかわらず、ＢＴＳはどちらを使用するかを管理し得る。ＭＳは、ＢＴＳが単に１つおきに時間スロットを割り振らないことになるため、拡張レンジ機構が使用されているかどうかさえ気づかない場合がある。例えば、ＭＳが６０ｋｍ離れているとＢＴＳが判定した場合、ＢＴＳはＭＳに０ビットのタイミング前進を使用する（すなわち、タイミング前進を使用しない）ように伝え、次のタイムスロットをいずれのＭＳにも割り振らないことがある。ＭＳが９５ｋｍ離れているとＢＴＳが判定した場合、ＢＴＳはＭＳに１８ビットのタイミング前進を使用するように伝え、次のタイムスロットをいずれのＭＳにも割り振らないことがある。
【0109】
図７は、ＢＴＳから異なる距離にあるさまざまなＭＳの一例を示しており、それらの距離は少なくともほぼ判定される。この例では、ｄＡ～ｄＧの間のそれぞれの擬似距離を有するＡ～Ｇでラベル付けされた７つのＭＳがある。これは、ＭＳがどのように距離によってソートされ得るかを例示している。
【0110】
図８は、図７の異なる距離にあるさまざまなＭＳが、それらの判定された距離に基づいて、どのように時間スロットに割り振られて、ソートされた拡張レンジ通信のために提供されるかを例示している。図８に示されるように、時間スロット０は、図７でＢＴＳに最も近いユーザＧに割り振られ、時間ロット６は、図７でＢＴＳから最も遠いユーザＥに割り振られる。７つの時間スロットのみが割り振られる。伝播遅延のレンジを考慮すると、さまざまなＭＳからの伝送８０２は受信８０４として受信され、その結果、伝送８０２は別の伝送８０２と重畳せず、受信８０４のすべてはＴＤＭＡフレーム期間内に受信される。図８に例示されるように、信号バーストは、衝突および干渉を排除し得る時間スロットにわたって次第に遅延される。
【0111】
ソートされた拡張レンジ方式は、拡張レンジ機構よりもスループットが高くなるが、依然として最大１２０ｋｍのレンジのＭＳ－ＢＴＳ間の距離および最大フレーム容量の７／８を許容することができる（ソートされた２つのＭＳ間の距離の隔たりが全体で８５ｋｍを超えない限り）。一部の事例では、２つ以上の時間スロットが距離の隔たりに分けられるように割り当てられることになり、そのため、Ｎ個の時間スロットがそのように割り当てられる場合、Ｎは１～７であり、スループットは最大フレーム容量の１－（Ｎ／８）になることになる。時間スロットが１５６．２５ビットである場合、隔たりを、時間スロット間に分布するビット数として割り振ることができる。この論理がＢＴＳによって実施される場合、ソートされた拡張レンジ機構の実装例は、ＢＴＳが計算された時間スロットの割り振りを編成しているため、ＭＳの論理または動作へのいかなる修正も必要としない。
【0112】
図９は、リング拡張レンジ機構を使用するＢＴＳの距離レンジ、および同期オフセットを使用するリング方式のカバレッジエリアを例示している。クロスハッチされたエリアは、ＢＴＳがサポートするエリアである。すべてのＭＳが少なくともｄ＊だけ離れているとＢＴＳが想定する場合、最小通信距離ｄ＊よりも近いＭＳはサポートされない。いかなるＭＳの修正も必要とすることなく、タイミング前進機構を使用して得られた３５ｋｍのレンジを使用して、ｄ＊～ｄ＊＋３５ｋｍに及ぶＭＳ－ＢＴＳ間をサポートすることができる。一例では、ｄ＊＝８５ｋｍであるが、他の最小通信距離を使用することができる。その場合、この例では、ＢＴＳは、ＢＴＳから８５ｋｍ～１２０ｋｍの範囲のＭＳをサポートすることができる。
【0113】
図１０は、伝送および受信のタイミング、ならびにタイミングがどのようにリング方式のために調節されるかを例示している。最小通信距離ｄ＊は、アップリンクサブチャネル上のＢＴＳが使用するために選択された時間スロット同期オフセットで直接スケーリングされる。ＭＳでは、ＭＳが時間スロット０として見る伝送１００２がＭＳによって送信される。ＢＴＳでは、光の速度の少なくともｄ＊倍である伝播遅延後に受信４０４が受信される。光の速度のｄ＊倍の値がわかっているため、ＢＴＳはその時間スロットのタイミングを、あるオフセット（Ｔ＿ｏｆｆｓｅｔ＝２×ｄ＊／（光の速度））分だけ単に偏移することができ、２は、ＭＳ－ＢＴＳ間の往復距離を考慮し、ＢＴＳは、ＢＴＳの時間スロット０内で受信１００４を受信する。
【0114】
図１１は、衛星フットプリント、リングの一例、およびその衛星フットプリントのリングの結果として生じる距離レンジを例示している。衛星１１０２は、図１１では真横向きのフットプリント１１０４として例示され、上からのフットプリント１１０６として例示されているカバレッジフットプリントを有することになる。フットプリント１１０６内の異なるクロスハッチ部分は、リングを形成する、表面とＢＴＳとの間の異なる距離レンジを示している。この例では、７つのリングがあるが、必要に応じて、より多くのまたは少ないリングが存在してもよい。この例では、リングはｒ０～ｒ６でラベル付けされており、（擬似距離レンジであり得る）ＢＴＳ－ＭＳ間の距離｛５００－５３４．４、５３４．４－５６８．９、５６８．９－６０３．３、６０３．３－６３７．７、６３７．７－６７２．１、６７２．１－７０６．６、７０６．６－７４１｝（すべてｋｍ）に対応する。これらのレンジの各々は、たまたまちょうど３５ｋｍ未満であり、これは、以下で説明されるように、有用な設計上の選択である。他の用途では、異なる設計上の選択を使用し得る。ＲＡＣＨプロセスなどの初期ハンドシェイクでは、ＢＴＳ－ＭＳ間の距離が判定され、そこからＭＳを衛星フットプリント内のリングのうちの１つに割り振ることができる。
【0115】
以下に説明されるように、リングのうちの特定の１つに割り振られたＭＳはすべて、１つのキャリア周波数、またはＴＤＭＡ／ＦＤＭＡフレーム上で伝送されるキャリア周波数のブロックに割り振られ得るか、または他の手法がとられ得る。いくつかの実施形態では、リングは、ＭＳが２つ以上のリング内にあり得るように重畳する場合がある。例えば、第１の２つのリングは、４９０～５４０および５３０～５８０であり得、そのため、ＢＴＳから５３５ｋｍにあるＭＳは、これらのリングのうちのいずれかの中にあり得る。
【0116】
所望の用途に応じて、軌道ＢＴＳは、そのプロトコルおよび動作を、（１）タイミング前進方式、（２）拡張レンジ方式（利用可能なすべての時間スロットよりも少ない時間スロットを使用し、代わりに未使用の時間スロットをガードビットとして使用する）、（３）ソートされた拡張レンジ方式（利用可能なすべての時間スロットよりも少ない時間スロットを使用し、代わりに、予想される可変遅延に基づいて時間スロットが割り振られる時間スロット間に割り当てられるガードビットとして未使用のタイムスロットを使用する）、（４）リング拡張レンジ方式（カバレッジが、サポートされていない内側の円形を有するリングであるようにタイミングを偏移する）、（５）複数リング拡張レンジ方式（方式（４）と同様に、距離の異なるレンジを同時に網羅するための複数のリングと、ＢＴＳ－ＭＳ間の距離に基づいてリングに割り振られたＭＳとを用いる）、ならびに（６）ソートされたチャネル－リング間の割り当て方式（方式（５）と同様に、かつ異なるキャリア周波数に関連付けられた異なるリングを用いて、キャリア周波数については、そのリングの距離レンジ内のＭＳに方式（３）を使用して時間スロットを割り当てる）、または（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、および（６）のうちの１つ以上の組み合わせに従って調節することができる。
【0117】
タイミング前進、リング、およびソートされた拡張レンジ方式
図１２は、タイミング前進方式、リング拡張レンジ方式、およびソートされた拡張レンジ方式を使用するＢＴＳの第１の例を例示している。そこでは、異なるモバイル局に、それらの地上のロケーションに基づいて異なる時間スロットを割り振って、ＴＤＭＡ通信のためのソートされた拡張レンジ方式を実装することができ、リング方式を使用してレンジを地上のものにする。
図１２は、タイミング前進方式、リング拡張レンジ方式、およびソートされた拡張レンジ方式を使用するＢＴＳの第１の例を例示している。そこでは、異なるモバイル局に、それらの地上のロケーションに基づいて異なる時間スロットを割り振って、ＴＤＭＡ通信のためのソートされた拡張レンジ方式を実装することができ、リング方式を使用してレンジを地上のものにする。
【0118】
この例では、衛星１２０２は、ｄ＊の高度で軌道に乗っており、衛星１２０２がｄ＊より近いＭＳをサポートする必要がなく、かつＢＴＳからある程度の最大距離ｄｍａｘだけは離れているＭＳをサポートする必要がないことを想定している。この例では、ｄ＊～ｄｍａｘの範囲である、ＢＴＳからの距離によってラベル付けされた５つのＭＳ、ＭＳ１～ＭＳ５がある。ＭＳのＭＳ１～ＭＳ５は、時間スロット４～０にそれぞれ割り振られており、時間スロット５、６、および７は割り当てられておらず、そのため、ソートされた拡張レンジ方式をガード時間に値する３つの時間スロットで使用することができる。これは、約４８６ビットに対応し、ＭＳフレーム１２０４に例示されている。ＭＳとＢＴＳとの間の距離の結果として、示されるＢＴＳフレーム１２０６に示されるように、ＭＳ１～ＭＳ５の信号バーストが受信される。
【0119】
この例では、タイミング前進は、（１２ｋｍのレンジのために必要とされる）２２ビットであり、リングの同期オフセットは８７５ビットであり、これは、約４８８ｋｍの距離に対応し、そのため、ｄ＊は約４８８＋１２＝５００ｋｍである。拡張レンジのガード時間は、３つの時間スロットを使い切るが、約２９５ｋｍのＭＳ－ＢＴＳ間の距離（すなわち、ｄｍａｘ－ｄ＊）の完全レンジを提供する。タイミング前進のために、０～６３ビットであり得る最大３５ｋｍのレンジを想定すると、ソートされた拡張レンジ方式のレンジは、表１に示されるように、ガード時間に割り当てられる時間スロットの数に応じて、約３５ｋｍ～約６４０ｋｍであり得る。表１では、レンジは、タイミング前進の０～６３ビットの完全レンジが利用可能であることを想定している。
【表1】
【0120】
このＴＤＭＡフレーム構造により、広い地理的エリアの衛星ベースの広いセルラカバレッジが可能になる。この解決策を用いても、依然として、解決が必要な動作上の問題および課題がある。まず、各フレームは、典型的なＧＳＭフレームの潜在的なスループットのかろうじて半分以上を有する。次に、この構成では、各フレームは、（軌道の選択、スラントレンジ、周波数の使用などに応じて、解決策ごと変化する）プラスまたはマイナス約３５ｋＨｚの間の可変ドップラー偏移に供される。しかしながら、ドップラー偏移の問題は、本明細書に記載される軌道上のＢＴＳの方式および装置を使用して軽減され得る。タイミングの課題は、次の方式を用いて解決され得る。
【0121】
タイミング前進およびソートされたチャネル－リング間の割り当て方式
図１３は、異なるチャネルについて、変化するリング直径でリング方式を使用することができるように、異なるモバイル局に、それらのＢＴＳに対する地上ロケーションに基づいて、どのように異なるチャネルが割り振られるかを例示している。そこに示されるように、（約０～３５ｋｍのレンジについて）タイミング前進を使用する方式、およびソートされたチャネル－リング間の割り当て方式は、時間スロットを使い切ることなく、別の約２４１ｋｍのレンジを提供し得る。ソートされたチャネル－リング間の割り当て方式では、図１１に例示されるように、衛星フットプリントがリングに分割され、各リングが個別のキャリア周波数とペアをなす。各リングは、異なる同期オフセットで動作する。
図１３は、異なるチャネルについて、変化するリング直径でリング方式を使用することができるように、異なるモバイル局に、それらのＢＴＳに対する地上ロケーションに基づいて、どのように異なるチャネルが割り振られるかを例示している。そこに示されるように、（約０～３５ｋｍのレンジについて）タイミング前進を使用する方式、およびソートされたチャネル－リング間の割り当て方式は、時間スロットを使い切ることなく、別の約２４１ｋｍのレンジを提供し得る。ソートされたチャネル－リング間の割り当て方式では、図１１に例示されるように、衛星フットプリントがリングに分割され、各リングが個別のキャリア周波数とペアをなす。各リングは、異なる同期オフセットで動作する。
【0122】
本明細書で使用される場合、チャネルは、一群のキャリア周波数など、プロトコル内の１つ以上の特定の周波数分割を含み得る。図１３では、最も近い潜在的標的と最も遠い潜在的標的との間でサポートされる擬似距離のレンジは、２４１ｋｍであり、７つの擬似距離レンジのリングに分配されている。これは、リング当たり約３４ｋｍのカバレッジレンジをもたらし、同期オフセットは、チャネルブロックまたはチャネルのセットに割り振られた異なるリングごとに異なり得る。チャネルブロック間のオフセットを約３５ｋｍ未満にすることによって、完全なスループットが余分なスロットガード期間の必要性を排除することによって各チャネル内で可能になり、次いで、それ自体によるタイミング前進が十分になる。
【0123】
ＲＡＣＨ要求バーストを使用して、各ＭＳの信号からの伝播距離を判定することができる。ＢＴＳは、報知チャネル（ｂｒｏａｄｃａｓｔ ｃｈａｎｎｅｌ、ＢＣＣＨ）を使用して、ＲＡＣＨ上のＭＳに、ＢＴＳがどのキャリア周波数および時間スロットをアップリンクに使用するためにそのＭＳに割り当てるかについて、常にまたは定期的に通知することができる。ＢＴＳは、ＭＳがいつそのＲＡＣＨバーストを伝送するかを正確に知ることになり、その時間と実際のバーストが到達する時間との間のビット数をカウントすることができる。そのビット数をチャネルビットレート（ＧＳＭの場合、２７０．８３ｋｂｐｓ）で除算することによって、ＢＴＳは往復伝播遅延時間を計算することができる。次いで、ＢＴＳは、光の速度を往復伝播遅延時間で除算することによって、伝播距離または擬似距離を計算する。計算された擬似距離に応じて、各ＭＳは、特定のチャネルブロック内のチャネルへの割り振りを修飾する。例えば、図１３に示される構成では、チャネルブロックｂ０内のチャネルは、５００ｋｍ～約５３４ｋｍの擬似距離を計算したＭＳに割り振られ、チャネルブロックｂ１内のチャネルは、軌道上のＢＴＳから約５３４ｋｍ～約５６８ｋｍで測定された擬似距離を有するＭＳに割り振られ、図１１および図１３に示される他のレンジについても同様である。
【0124】
第１のチャネルブロックｂ０は、図１２に示されるのと同じ量だけ伝送アップリンクフレームからオフセットされたアップリンクＴＤＭＡフレームを有する。次のチャネルブロックｂ１は、チャネルブロックｂ０のフレームから追加の約６２ビットだけオフセットされたフレームを有する。その後、各チャネルブロックのフレームは、前のチャネルブロックと比較して追加のオフセット約６２ビットを有する（すなわち、チャネルブロックｂｉ＋１のフレームは、チャネルブロックｂｉのフレームから約６２ビット余分にオフセットされる）。フレームオフセットの各ビットは約５５５ｍに対応し、各リング／チャネルブロックは前のものよりもさらに約３４ｋｍ拡張されるため、６２ビットを活用するこの構成は、各々約３４ｋｍのさまざまなカバレッジリングを作り出す。さまざまな同期オフセットを割り振ることによって、各チャネルブロックは、宇宙（および地球の表面）の異なるリングのカバレッジを示す。チャネルブロックに６２ビットの増分で同期オフセットが与えられ、ＧＳＭの伝統的な実施形態が使用される場合、完全なスループットをすべてのチャネルで達成することができ、非常に拡張的なカバレッジを実現することができる。ＧＳＭのＭＳの修正を必要とすることなく、これを行うことができる。レンジリングの見下ろし図を図１１に示す。各レンジリングのチャネルブロックは、図１１の左のキーでこの特定の実施形態のために規定された特徴的な「距離のレンジ」によって定義される。
【0125】
ドップラー偏移の取り扱い
上の方式およびそれらの変形例はすべてのチャネルスペクトルの最大スループットを提供し得るが、ＢＴＳおよびＭＳの相対移動に起因して、伝送の周波数が伝送と受信とで異なることがある。ドップラー解決策を使用して、複数のＭＳが軌道上のＢＴＳから同様の擬似距離レンジ内に存在するが、知覚されるキャリア周波数偏移で広い範囲のばらつきを経験し得るシナリオを考慮することができる。例えば、図１１では、同じリング／チャネルブロックｂ６内に存在するように計算された２つのＭＳを考慮されたい。この場合、一方のＭＳは衛星カバレッジフットプリントの頂部前方の先端に位置決めされ、他方は衛星カバレッジフットプリントの底部先端に位置決めされる。
上の方式およびそれらの変形例はすべてのチャネルスペクトルの最大スループットを提供し得るが、ＢＴＳおよびＭＳの相対移動に起因して、伝送の周波数が伝送と受信とで異なることがある。ドップラー解決策を使用して、複数のＭＳが軌道上のＢＴＳから同様の擬似距離レンジ内に存在するが、知覚されるキャリア周波数偏移で広い範囲のばらつきを経験し得るシナリオを考慮することができる。例えば、図１１では、同じリング／チャネルブロックｂ６内に存在するように計算された２つのＭＳを考慮されたい。この場合、一方のＭＳは衛星カバレッジフットプリントの頂部前方の先端に位置決めされ、他方は衛星カバレッジフットプリントの底部先端に位置決めされる。
【0126】
図１１では、衛星はチャネルブロックｂ０について示されたカバレッジエリアの中心の真上（矢印の原点）にあり、「速度」とラベル付けされた矢印の方向に移動している。衛星の速度ベクトルの前の第１のＭＳは受信周波数内で正のドップラー偏移を経験し、衛星の速度ベクトルの後ろの第２のＭＳは受信周波数内で負のドップラー偏移を経験する。これらのＭＳに同じ周波数が割り振られている場合、衛星は、数キロヘルツ離れた（１８００／１９００ＧＳＭバンドの場合は最大７０ｋＨｚ離れた）信号バースト周波数をＭＳから受信し得る。さらに、隣接するチャネルを、大きく異なるドップラー偏移環境を経験するＭＳに割り振ると、衛星での信号干渉をもたらすことがある。
【0127】
図１４は、この問題を軽減する方式について、衛星フットプリントがどのようにドップラー偏移ストリップに細分割され得るかを示している。そこに例示されるように、地球の表面１４０４に対してある速度で進んでいる衛星１４０２を想定されたい。衛星フットプリント１４０６は、示される速度での衛星からの眺めである。衛星フットプリント１４０６のベクトルのエリア１４１０内のＭＳは、衛星１４０２からの信号の受信周波数内で正のドップラー偏移を経験する一方、衛星フットプリント１４０６のベクトルのエリア１４１２内のＭＳは、衛星１４０２からの信号の受信周波数内で負のドップラー偏移を経験する。受信周波数内の特定のドップラー偏移を、簡素な幾何学を使用して判定することができ、ドップラー偏移のレンジについては、衛星フットプリント１４０６を輪郭線で区切られたストリップに分割することができ、輪郭線にはそれらのそれぞれのドップラー偏移に対する値１４２０が割り振られ得る。
【0128】
三次元空間では、十分な情報を考慮すると、衛星フットプリント内の任意のポイントでのドップラー偏移をＢＴＳまたはＭＳによって計算することができる。そのように行う１つの方式は、すべてのベクトルが地球中心地球固定（Ｅａｒｔｈ－Ｃｅｎｔｅｒｅｄ、Ｅａｒｔｈ－Ｆｉｘｅｄ、ＥＣＥＦ）座標フレームで表されることを想定し得る。これは、それが宇宙において地球をその回転軸を中心として回転させる座標系であるため、地球の回転フレームとしても知られている）。このプロセスでは、ベクトルの各々は、３つの構成要素値を有するベクトル量として扱われ、その結果、ベクトル内の各構成要素値は、ベクトルによって表される座標フレームの各次元に沿った値を表す。かかる数値は、プロセッサが操作するためにメモリに記憶され得る。
【0129】
【数1】
【数2】
【数3】
【数4】
【数5】
【数6】
【数7】
【数8】
【数9】
【数10】
【数11】
【0130】
等式１では、Ｄは算定されたドップラー偏移であり、λは、キャリア周波数を光の速度で除算したときに算定され得る、キャリア周波数の波長である。
【0131】
例として、５００ｋｍの高度で赤道軌道内で動作しており、特定の瞬間（例えば、衛星に対する直接の天底が赤道と子午線との交点である）に子午線の真上にたまたまいる宇宙船を考慮されたい。同じ特定の瞬間に、静止しているＭＳ１４３０は、宇宙船のほぼ海面下に位置決めされているが、（例えば、緯度と経度の位置が［０、１］として記載され得る）東経１度で赤道上に休止している。
【0132】
このシナリオでは、衛星のＥＣＥＦ位置座標は、おおよそ［６８７０ｋｍ、０ｋｍ、０ｋｍ］である。５００ｋｍで円形軌道内にある宇宙船の速度ベクトルは、位置ベクトルにほぼ直角であり、（赤道軌道の場合）赤道と平行である。地球の表面に対する速度ベクトルの大きさを、ＳＱＲＴ（ｍｕ＿ｅａｒｔｈ／（Ｒ＿ｅ＋ｈ））－ｗ＿ｅａｒｔｈ＊（Ｒ＿ｅ＋ｈ）＝７．１１ｋｍ／ｓとして計算することができ、式中、ｍｕ＿ｅａｒｔｈは地球の引力定数（ｍｕ＿ｅａｒｔｈ＝３９８６５８．３６６ｋｍ３／ｓ２）であり、Ｒ＿ｅは赤道における地球の半径（Ｒ＿ｅ約６３７０ｋｍ）であり、ｗ＿ｅａｒｔｈは地球の回転の角速度（ｗ＿ｅａｒｔｈ＝７．２７＊１０－５ラジアン／秒）であり、ｈは衛星の高度（この例では、ｈ＝５００ｋｍ）である。したがって、宇宙船のＥＣＥＦ速度ベクトルは、おおよそ［０ｋｍ／ｓ、７．１１ｋｍ／ｓ、０ｋｍ／ｓ］である。緯度０度、東経１度で静止しているＭＳのＥＣＥＦ位置は、おおよそ［Ｒ＿ｅａｒｔｈ＊ｃｏｓ（１度）、Ｒ＿ｅａｒｔｈ＊ｓｉｎ（１度）、０］＝［６３６９ｋｍ、１１１ｋｍ、０］である。したがって、宇宙船に対するこの静止しているＭＳのＥＣＥＦ位置は、［６３６９ｋｍ、１１１ｋｍ、０］－［６８７０ｋｍ、０ｋｍ、０ｋｍ］＝［－５０１ｋｍ、１１１ｋｍ、０］である。したがって、このＭＳによって宇宙船から受信される１９００ＭＨｚの信号のドップラー偏移は、等式２、３、および４に示されるとおりになる。
【数12】
【0133】
上に説明されるように、ＲＡＣＨ上のＭＳからＢＴＳで受信される信号を使用して擬似距離を計算することができる。その信号を使用してＭＳからのドップラー偏移に近似させることもできる。ＢＴＳは、ＲＡＣＨがオンになっている時間スロットを知っているのと同じように、オンになっているキャリア周波数も知っている。そのため、ＢＴＳは、ＲＡＣＨバーストを受信すると、バースト周波数の中心を測定し、ＲＡＣＨ上の予想される中心周波数からのオフセット（差）を計算することができる。これは、システムが経験するドップラー偏移の大きさに応じて、衛星ＢＴＳがＲＡＣＨ上でより広い周波数レンジで聴取する必要がある場合とない場合とがある。
【0134】
図１５は、ＭＳからの擬似距離およびドップラー偏移を判定するための、ＢＴＳについてＲＡＣＨを使用し得る測定プロセスのフローチャートである。ＲＡＣＨは、ＭＳがセッション（例えば、ＳＭＳテキストを送信する、電話をかける、データを送信する）を始めたいときに示され得る。ドップラー偏移の値をたびたび測定／更新する必要はない。ドップラー偏移の値は、チャネルへのアクセスを要求し、データを送信するのにかかる時間と共に変化し、ペイロードは、典型的には、信号を送受信するためのシステムの能力を損なうほどには大きくない。それが問題になり得る事例では、ＢＴＳは予測的な変更を行い、ＭＳが高速で移動していないと想定し得る。チャネルの割り振り／分配を調整するために擬似距離およびドップラー偏移の測定値を管理する際に、このプロセスを衛星ＢＴＳに使用することができる。
【0135】
図１５のフローチャートに例示されるように、プロセスの開始時に、衛星ＢＴＳはＲＡＣＨのタイミング情報をＢＣＣＨチャネル上に報知し（ステップ１５０１）、次いで、ＭＳはＲＡＣＨがオンになっている時間スロットを学習する（ステップ１５０２）。それを知ることで、ＭＳは、ＢＴＳがＭＳに使用するように指示したＲＡＣＨの時間スロットの間にバーストを送信する（ステップ１５０３）。バーストは、周波数が遅延およびオフセットされてＢＴＳに到達する（ステップ１５０４）。次いで、ＢＴＳのフローは、遅延のために１つ、ドップラー偏移のために１つの２つのスレッドを有する。第１のフローでは、ＢＴＳは、バーストが遅延したビット数をカウントし（ステップ１５０５）、カウントしたビット数をチャネルビットレートで除算して往復遅延を算定し（ステップ１５０６）、次いで、往復遅延を光の２倍の速度で除算して擬似距離を算定する（ステップ１５０７）。第２のフローでは、ＢＴＳは、バーストの中心周波数を測定し（ステップ１５０８）、その中心周波数をＲＡＣＨの中心周波数から減算してドップラー偏移を算定する（ステップ１５０９）。次いで、２つのスレッドは結合され、ＢＴＳは、ＭＳにその擬似距離およびドップラー偏移のために構成されたチャネルを割り振るように、チャネル構成マトリクスを確認する（ステップ１５１０）。次いで、ＢＴＳは、チャネルが既に構成されているかどうかを確認する（ステップ１５１１）。「はい」の場合、ＢＴＳはＭＳに構成されたチャネルを割り振り（ステップ１５１３）、「いいえ」の場合、ＢＴＳは検出されたＭＳの擬似距離およびドップラー偏移環境のためのチャネルを構成し（ステップ１５１２）、そしてプロセスは終了する。
【0136】
ＢＴＳは各ＭＳからドップラー偏移の知識を獲得することができるため、特定のドップラー偏移レンジを特定のチャネルに割り振ることができる。これを行う際、個々のチャネルの各々は、それ自体の、潜在的なドップラー偏移の値の特定の局所的に低減したレンジを有し得る。例えば、一部のチャネルは、チャネルが図１４に示される特定のストリップ内のＭＳに割り振られているため、キャリア周波数内で０～５ｋＨｚの偏移のみを経験し得るが、その他のチャネルはキャリア周波数内で２５～３０ｋＨｚの偏移のみを経験するであろう。ドップラーレンジは明確に定義され、各チャネルに対してより局所化されているため、チャネルの割り当ておよび割り振りの修飾子として使用され得る。この方式により、衛星フットプリント内のサービス可能なＭＳのセット全体にわたる幅広いドップラー偏移のばらつきを取り扱うことがはるかに簡素化される。
【0137】
戻って図１４を参照すると、その図は、衛星カバレッジフットプリントにわたるさまざまなロケーションで知覚されたドップラー偏移を例示している。直観的に言えば、速度ベクトルの方向の衛星フットプリントの半分は正のドップラー偏移を経験し、他の半分は負のドップラー偏移を経験する。より直観的でないことは、地球の曲率の幾何学が、次第に湾曲する輪郭線によって描かれた衛星フットプリントにドップラー偏移マップを作り出すことである。
【0138】
本明細書に記載される１つの手法は、上に記載されるように、チャネルブロックが事前に判定された擬似距離レンジのリングに割り当てられるのと同じように、チャネルブロックを事前に判定されたドップラー偏移ブロックに割り当てることである。キャリア周波数が特定の擬似距離レンジおよびドップラー偏移に割り振られている場合、各チャネルで経験される実際のドップラー偏移は、そのチャネルの周波数に対して一意である。この方式の実装例は、これを考慮するであろう。１つの設計では、ドップラー偏移の輪郭マップは、くだんのスペクトルの中心周波数を使用し、図では、５００ｋｍの高度の衛星および４０度の仰角を有する１９００ＭＨＳのＧＳＭが想定されている。
【0139】
図１４では、各破線は、各チャネルの潜在的なドップラー偏移を局所化し、ひいては、干渉を最小限に抑えるために使用されるドップラー偏移ストリップの境界を定義している。マップ上の輪郭線の曲率は、通信リンクの幾何学および通信の周波数の結果である。
【0140】
図１６は、衛星フットプリントがどのようにレンジリング、ドップラー偏移ストリップ、ならびにレンジリングおよびドップラー偏移ストリップの両方に細分割され得るかを示している。例示されるように、擬似距離のレンジはリングを形成し、ドップラー偏移の輪郭はストリップを形成する。これらをグリッド（必ずしも直交グリッドまたは線形グリッドである必要はない）に重ね合わせると、衛星フットプリント１６０２は、第１の距離の値、第２の距離の値、第１のドップラー偏移の値、および第２のドップラー偏移の値で境界付けられたグリッドセルに分割される。したがって、これらのグリッドセルの各々は、擬似距離のレンジと、軌道上のＢＴＳに対するドップラー偏移のレンジとの組み合わせに対応し、特定のチャネル（または特定のチャネルのセットの中の１つ）に割り振られるＭＳの修飾子である。
【0141】
本明細書に表される衛星フットプリントは本質的に円形であるが、それは必須ではないことに留意されたい。フットプリントは、衛星でどのアンテナが使用されているか、およびそれらがどのように構成されているかに応じて、形状がより正方形または楕円形になり得る。非円形のフットプリントは、それがフットプリント内の伝播遅延および／またはドップラー偏移環境の拡散を増加または減少させ得るという利点を提供し得る。
【0142】
このグリッドは、擬似距離のレンジと、擬似距離およびドップラー偏移チャネルブロックの修飾に対応するドップラー偏移のレンジとの組み合わせを表す。上に記載されるグリッドセルは、衛星の速度ベクトルに関して対称であることが想定されている。これは、衛星のカバレッジエリアの中心線から外れた各グリッドセルが衛星フットプリントの反対側に「ツイン」グリッドセルを有することを意味する。「ツイン」グリッドセルという用語が使用されるのは、これらのグリッドセルの両方のＭＳが同様の擬似距離およびドップラー偏移で動作するので、これらの２つのグリットセルが擬似距離のレンジおよびドップラー偏移のレンジに論理的に関連付けられた「バケット」を共有する（すなわち、ＭＳは、バケットに、ＭＳの擬似距離がそのバケットに割り振られた擬似距離のレンジ内にあるかどうか、およびＭＳのドップラー偏移がそのバケットに割り振られたドップラー偏移のレンジ内にあるかどうかに基づいて論理的に割り振られる）ためである。
【0143】
ある特定のＭＳデバイスのドップラー偏移の取り扱い
一部のプロトコルはダウンリンク信号を復調するときにドップラー偏移に対してより回復力がある場合があるが、他のプロトコルはそうでない場合がある。一部のデバイスまたは一部のプロトコルでは、２．５ｋＨｚの偏移がドップラー偏移の閾値になり得る。しかしながら、一部の低級なセルラ電話であっても、典型的にそのチャネルの中心キャリア周波数であろうものから最大２０ｋＨｚのオフセットでＢＣＣＨ信号を復調することができる場合がある。これは、ＢＴＳと、ローカルクロックをＢＴＳと同期させるために使用する別の報知チャネルであるＦＣＣＨ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｃｈａｎｎｅｌ：周波数補正チャネル）上のＭＳとの間の相互作用に関連し得る。この同期は最終的に、電話がその後にＢＣＣＨおよび他のダウンリンクチャネルを復調するのに必要とする情報である。したがって、上の例で使用される例示的な５ｋＨｚのストリップよりも大きいドップラー偏移ストリップを使用することができる。例えば、バケットを、いずれかの方向で少なくとも２０ｋＨｚまでのより広いレンジのドップラー偏移に適応するように調節し、伸張させることができる。実際には、これは、最も高いドップラー偏移ケースが２０ｋＨｚ未満であるほどに衛星フットプリントが小さい場合、ドップラー偏移のバケット化の必要性を未然に防ぐことができる。これは、はるかに小さい信号バンド幅を使用するＮＢ－ＩｏＴなどの他のプロトコルには当てはまらないことがある。ＮＢ－ＩｏＴはまた、多元接続プロトコルがＬＴＥ ＮＢ－ＩｏＴプロトコルであり、かつ制限距離が、基地－モバイル間の距離を超過する４０ｋｍである場合など、その他の違いを有する。
一部のプロトコルはダウンリンク信号を復調するときにドップラー偏移に対してより回復力がある場合があるが、他のプロトコルはそうでない場合がある。一部のデバイスまたは一部のプロトコルでは、２．５ｋＨｚの偏移がドップラー偏移の閾値になり得る。しかしながら、一部の低級なセルラ電話であっても、典型的にそのチャネルの中心キャリア周波数であろうものから最大２０ｋＨｚのオフセットでＢＣＣＨ信号を復調することができる場合がある。これは、ＢＴＳと、ローカルクロックをＢＴＳと同期させるために使用する別の報知チャネルであるＦＣＣＨ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｃｈａｎｎｅｌ：周波数補正チャネル）上のＭＳとの間の相互作用に関連し得る。この同期は最終的に、電話がその後にＢＣＣＨおよび他のダウンリンクチャネルを復調するのに必要とする情報である。したがって、上の例で使用される例示的な５ｋＨｚのストリップよりも大きいドップラー偏移ストリップを使用することができる。例えば、バケットを、いずれかの方向で少なくとも２０ｋＨｚまでのより広いレンジのドップラー偏移に適応するように調節し、伸張させることができる。実際には、これは、最も高いドップラー偏移ケースが２０ｋＨｚ未満であるほどに衛星フットプリントが小さい場合、ドップラー偏移のバケット化の必要性を未然に防ぐことができる。これは、はるかに小さい信号バンド幅を使用するＮＢ－ＩｏＴなどの他のプロトコルには当てはまらないことがある。ＮＢ－ＩｏＴはまた、多元接続プロトコルがＬＴＥ ＮＢ－ＩｏＴプロトコルであり、かつ制限距離が、基地－モバイル間の距離を超過する４０ｋｍである場合など、その他の違いを有する。
【0144】
チャネル割り振り
本明細書に説明されるように、ＢＴＳは、各々がそれらの独自のキャリア周波数を使用する複数のトランシーバをサポートすることができ、次に複数のトランシーバは各々、最大８つのＭＳをサポートすることができる。トランシーバは多くの可能なキャリア周波数のうちの１つを使用するように設定され得るため、チャネルをトランシーバに関連付けることができる。上の例では、１２３個の利用可能なキャリア周波数がある。これらの多くのキャリア周波数のうちのいくつかを必要に応じてＭＳに割り振ることができるが、それらがグリッドセルによって割り当てられている場合には、いくつかの利点を得ることができ、そのため、ＢＴＳからの同様の距離と、同じキャリア周波数（複数可）を使用する同様のドップラー偏移とを有する、同様に位置付けられたＭＳのバケットを戦略的に割り振ることができる。（上で説明されるように、論理的にはアップリンクサブチャネルとダウンリンクサブチャネルとを備え得る）チャネルに、複数の時間スロットのうちの１つ、および複数のキャリア周波数のうちの１つを割り振ることができる。チャネルは、チャネルのキャリア周波数およびチャネルの時間スロットなど、チャネルの割り振られた特性によってのみ識別され得るが、一部の状況では、各チャネルにチャネルラベルが与えられる。チャネルのラベルは、チャネルのキャリア周波数、チャネルの時間スロット、および場合によってはチャネルのタイミング前進、ならびにドップラー偏移をコード化し得るが、それは、ラベルが連続番号などの簡素なものであること、ならびにＢＴＳおよび／またはＭＳが、割り振られた特性（例えば、チャネル１がキャリア周波数ｆ１と時間スロット０とを使用し、チャネル２がキャリア周波数ｆ７と時間スロット３とを使用するなど）に対するチャネル番号ラベルの記憶されたマッピングを含むことであり得る。
本明細書に説明されるように、ＢＴＳは、各々がそれらの独自のキャリア周波数を使用する複数のトランシーバをサポートすることができ、次に複数のトランシーバは各々、最大８つのＭＳをサポートすることができる。トランシーバは多くの可能なキャリア周波数のうちの１つを使用するように設定され得るため、チャネルをトランシーバに関連付けることができる。上の例では、１２３個の利用可能なキャリア周波数がある。これらの多くのキャリア周波数のうちのいくつかを必要に応じてＭＳに割り振ることができるが、それらがグリッドセルによって割り当てられている場合には、いくつかの利点を得ることができ、そのため、ＢＴＳからの同様の距離と、同じキャリア周波数（複数可）を使用する同様のドップラー偏移とを有する、同様に位置付けられたＭＳのバケットを戦略的に割り振ることができる。（上で説明されるように、論理的にはアップリンクサブチャネルとダウンリンクサブチャネルとを備え得る）チャネルに、複数の時間スロットのうちの１つ、および複数のキャリア周波数のうちの１つを割り振ることができる。チャネルは、チャネルのキャリア周波数およびチャネルの時間スロットなど、チャネルの割り振られた特性によってのみ識別され得るが、一部の状況では、各チャネルにチャネルラベルが与えられる。チャネルのラベルは、チャネルのキャリア周波数、チャネルの時間スロット、および場合によってはチャネルのタイミング前進、ならびにドップラー偏移をコード化し得るが、それは、ラベルが連続番号などの簡素なものであること、ならびにＢＴＳおよび／またはＭＳが、割り振られた特性（例えば、チャネル１がキャリア周波数ｆ１と時間スロット０とを使用し、チャネル２がキャリア周波数ｆ７と時間スロット３とを使用するなど）に対するチャネル番号ラベルの記憶されたマッピングを含むことであり得る。
【0145】
図１７は、衛星フットプリントのレンジリング／ドップラー偏移セルの一例を例示している。擬似距離リングとドップラー偏移ストリップとの交点は、フットプリントグリットを形成する。グリットセル、レンジリング／ドップラー偏移セルにチャネルを割り振ることができる。
【0146】
図１８は、図１７のレンジリング／ドップラー偏移セルの、特定のキャリア周波数およびドップラーオフセットブロックへの割り振りの一例を例示している。論理チャネルブロックは、１つ以上のキャリア周波数および／またはそれらのキャリア周波数を使用するＴＤＭＡフレーム上の時間スロットに関連付けられ得る。図１７では、チャンネルは、任意のチャンネルラベル、この場合は１～７０で示されている。それらは、下から上、すなわち、最も負のドップラー偏移から最も正のドップラー偏移の順にたまたまラベル付けされている。チャネル１～７０は、８つのキャリア周波数を使用するフレーム内の８つの時間スロット、およびもう１つのキャリア周波数のためのフレーム内の６つの時間スロットの各々に割り振られたチャネルに対応し得る。
【0147】
図１７の図は、衛星フットプリントのグリッドセルにどのようにチャネル番号を割り振るかを示している。フットプリントの左側のみが番号付けされて示されているが、右側のツインセルもこれらのチャネル番号に割り振られていることを理解されたい。図１８のチャネル割り当て表は、各チャネル番号が、ドップラー偏移ストリップ（Ｄ０～Ｄ１３）およびチャネルブロック（ｂ０～ｂ６）に対応するドップラーオフセットブロックに関連付けられるか、割り当てられるか、または割り振られるチャネル割り当てスキームを例示している。他の実施形態では、チャネルの数は、ＭＳの擬似距離およびドップラー偏移をどのように「バケット化」するかの判定によって変化し得ることに留意されたい。複数のチャネルをグリッドセルに割り振ることができる。図１７および図１８の例では、簡素化のために、グリッドセルごとに１つのチャネル番号が割り振られている。グリッドセルは衛星の速度ベクトルに関して対称であるため、グリッドセルの半分のみがチャネル割り振りで満たされる。実際の実装例では、満たされていないグリッドセルには、輪郭マップ内の反対側のグリッドセル内の同じチャネル番号が割り振られる。これは、対称的なグリッドセルが輪郭マップ上（および実世界）の異なる物理的ロケーションに存在するが、それらが軌道上のＢＴＳからの擬似距離およびドップラー偏移の点で同じ修飾パラメータを表すためである。
【0148】
ピンチおよび摩損（Ｐｉｎｃｈｉｎｇ ａｎｄ Ｆｒａｙｉｎｇ）
ＢＴＳ設計の「ピンチおよび摩損」の特徴は、アップリンクサブチャネルが連続スペクトル内に存在し、かつダウンリンクサブチャネルが連続スペクトル内に存在し、ドップラー偏移が信号バンド幅以上になり得る場合には有用であるが、これらは、次の技法を実装するためにそうである必要はない。
ＢＴＳ設計の「ピンチおよび摩損」の特徴は、アップリンクサブチャネルが連続スペクトル内に存在し、かつダウンリンクサブチャネルが連続スペクトル内に存在し、ドップラー偏移が信号バンド幅以上になり得る場合には有用であるが、これらは、次の技法を実装するためにそうである必要はない。
【0149】
図１８の表は、チャネル割り振りマトリクスであり、これは、軌道上のＢＴＳがどのようにＭＳにチャネルを割り振るかを判定するために使用し、それらを、隣接する番号に隣接するキャリア周波数が割り振られる方法で割り振るであろう。信号バーストがＲＡＣＨ上で受信される場合、計算されたドップラー偏移および計算された擬似距離の推定値を使用して、適切なグリッドセルを発見し、表からＭＳのチャネル番号を検索することによって、どのチャネルがそのＭＳに割り振られるべきかを判定する。この例では、すべてのチャネルブロックがドップラー偏移の完全なレンジを経験し得る擬似距離に対応するわけではないため、すべてのチャネルブロック（図１８の列）が使用中または利用可能な同じ数の実際のチャネルを有しているわけではない。ＢＴＳは、この表のコピーを記憶し、グリッドセルに基づいてチャネル番号を割り振るときに使用するために、この表の異なるバージョンを有し得る。
【0150】
特定のドップラー偏移を有するグリッドセルの順にチャネルが割り振られるチャネル割り振りの利点が図１９に例示されている。宇宙船は予想されるドップラー偏移に基づいて活動的にチャネルを割り振るため、もはや受信周波数内の広いレンジの偏移などを考慮する必要はない。代わりに、軌道上のＢＴＳは、ある特定のキャリア周波数で通信するように既存のＭＳインフラストラクチャに命令し得るが、そのチャネルでどれだけの量のドップラー偏移が予想されているかに応じて、わずかに偏移したキャリア周波数で聴取する。これは、宇宙船セグメントでの隣接するキャリア周波数の干渉を低減する。
【0151】
この特定の実施形態では、ドップラー偏移の輪郭は、５ｋＨｚごとに間隔があけられているが、他の間隔を使用することができる。したがって、ＭＳに割り振られた各チャネルについて、衛星ＢＴＳは、当該チャネルのキャリア周波数の最大および最小ドップラー偏移の平均であるキャリア周波数で聴取し、当該チャネルに割り振られた時間スロット内のデータバーストを確認する。例えば、チャネル７０にはＭＳが割り振られており、周波数Ｆ７０および時間スロットＴＳ７０に論理的に関連付けられていると想定されたい。宇宙船上のＢＴＳは、ＴＳ７０＋２７．５ｋＨｚのキャリア周波数でＭＳからアップリンク信号を聴取することになる。この方法では、ＢＴＳによって聴取されている周波数から２．５ｋＨｚ超のオフセットの信号はない。リターンリンクでは、軌道上のＢＴＳは、ＴＳ７０－２７．５ｋＨｚで信号のバーストを伝送することによって、チャネル７０上の信号を伝送することができ、そのため、信号は、聴取されているキャリア周波数の妥当な限度内でＭＳにおいて受信される。
【0152】
図１９は、通信するためにＭＳとＢＴＳとが使用するアップリンクキャリア周波数およびダウンリンクキャリア周波数のマップを示している。具体的には、図１９は、図１７および図１８で参照されるドップラーブロックを示しており、ドップラーブロックは、それらが保つチャネルの数に基づいてスケーリングされる幅を有する。チャネルが一部の既知のドップラー効果の機能として、キャリア周波数が増加する順に割り振られている場合、アップリンク信号は、互いに「摩損」し合い、聴取するためにＢＴＳが選ぶチャネルを定義する。これは、軌道上のＢＴＳでの干渉を軽減する。ダウンリンク伝送周波数を「摩損」する代わりに、「ピンチ」して、信号がＭＳに到達するときに適切なキャリア周波数を有することを確実にする。ドップラーブロックはアップリンク周波数およびダウンリンク周波数の両方で参照され、これは、各チャネルがアップリンクおよびダウンリンクの構成要素を有することを暗に意味していることに留意されたい。他の変形例も可能である。
【0153】
図１９は、軌道上のＢＴＳが、ＭＳによって伝送される周波数に対してわずかに摩損した周波数で聴取することを示している。これは、新しいチャネル割り当てスキームの結果であり、ＭＳと通信する際のドップラー偏移の干渉および複雑さを低減する。ダウンリンク動作では、宇宙船はより多くの「ピンチ」チャネルで伝送し、そのため、標的のＭＳに到達する信号は正しい周波数である。チャネルブロックは、図１７および図１８で参照されるドップラーブロックとして表されており、それらが保つチャネルの数によってスケーリングされる幅を有する。
【0154】
同様に、チャネルは信号周波数の降順でドップラーブロックに分配され得ることを留意されよう。この方式では、ＢＴＳの観点からの受信信号および伝送信号の効果を逆にすることになる。この技法がＭＳからのアップリンク信号を閉鎖する能力を強化するのに実際に役立つ可能性があると想定することは妥当である。これは、アップリンク信号が図１９に示されるように、「摩損」される代わりに、「ピンチ」されることになるためである。「ピンチ」の量はかなりよく理解されているため、軌道上のＢＴＳは、この事実を活用して、各アップリンクチャネルをＢＴＳが「聴取」するバンド幅を賢く狭めることになる。これは、受信したアップリンク信号が２００ｋＨｚ未満で分離される（ＧＳＭと同様）ことを意味することになる。この場合、軌道上のＢＴＳは、理論上は、ノイズを低減するために、より狭いチャネルで聴取することができる。
【0155】
本発明のいくつかの実施形態は、アップリンクサブチャネルおよびダウンリンクサブチャネルの両方のＢＴＳで「摩損」または「ピンチ」されたチャネルを好む場合がある。これに応じるために、実装者は、アップリンク信号周波数が増加し、ダウンリンク信号周波数が減少するチャネルを割り振ることになる。これは、ＢＴＳのアップリンク受信機能およびダウンリンク伝送機能に対して「摩損」されたチャネルをもたらすことになる。逆に、アップリンク信号周波数が減少し、ダウンリンク信号周波数が増加するチャネルは、ＢＴＳのアップリンク受信機能およびダウンリンク送信機能に対して「ピンチ」されたチャネルをもたらすことになる。
【0156】
図１９はチャネルをボックスとして、ドップラーブロックごとに１つ例示しているが、摩損またはピンチされた図１９のボックスは、１つ以上のキャリア周波数および１つ以上の時間スロットに対応し得ることを理解されたい。例えば、ドップラーブロックＤ９の例では、図１８は、そのドップラーブロックによって網羅されるストリップ内のセルにチャネル５０～５６が割り振られていることを示している。チャネル５０～５６は、１つのキャリア周波数のフレーム内の７つの時間スロット、７つの異なるキャリア周波数のフレーム内の１つの時間スロット、またはいくつかの他の構成を表し得る。
【0157】
ロケーションの発見
ＢＴＳとＭＳと間のデータ通信に加えて、ＢＴＳを、ロケーションを発見するために、すなわち、ＭＳの地理的ロケーションを少なくともほぼ、またはさまざまな用途（例えば、遠隔捜査および救済の動作をサポートする）に十分な解像度で判定するために使用することができる。衛星がＭＳを通過する場合、その衛星のＢＴＳは（上で説明されるように）ＭＳのグリッドセル（実際には一対のツイングリッドセル）を判定する。別の衛星が同じＭＳを通過する場合、その第２の衛星のＢＴＳは、その第２の衛星のフットプリント内の一対のグリッドセルを判定する。第２の衛星が第１の衛星とは異なる軌道内にある場合、その擬似距離のレンジリングおよびドップラー偏移の輪郭ストリップの対称線は、第１の衛星のものとは多少異なる。ＢＴＳは、衛星フットプリントのスケールでＭＳが移動していないか、またはわずかに移動しただけで、２つの対のグリッドセルが、ある衛星の１つのグリッドセルが他の衛星の１つのグリッドセルと重畳するようなものであり、他の２つのグリッドセルが重畳していない場合を想定しており、このことから、ＢＴＳは、可能性の高いＭＳのロケーションを判定することができる。
ＢＴＳとＭＳと間のデータ通信に加えて、ＢＴＳを、ロケーションを発見するために、すなわち、ＭＳの地理的ロケーションを少なくともほぼ、またはさまざまな用途（例えば、遠隔捜査および救済の動作をサポートする）に十分な解像度で判定するために使用することができる。衛星がＭＳを通過する場合、その衛星のＢＴＳは（上で説明されるように）ＭＳのグリッドセル（実際には一対のツイングリッドセル）を判定する。別の衛星が同じＭＳを通過する場合、その第２の衛星のＢＴＳは、その第２の衛星のフットプリント内の一対のグリッドセルを判定する。第２の衛星が第１の衛星とは異なる軌道内にある場合、その擬似距離のレンジリングおよびドップラー偏移の輪郭ストリップの対称線は、第１の衛星のものとは多少異なる。ＢＴＳは、衛星フットプリントのスケールでＭＳが移動していないか、またはわずかに移動しただけで、２つの対のグリッドセルが、ある衛星の１つのグリッドセルが他の衛星の１つのグリッドセルと重畳するようなものであり、他の２つのグリッドセルが重畳していない場合を想定しており、このことから、ＢＴＳは、可能性の高いＭＳのロケーションを判定することができる。
【0158】
これは、単独で使用されても、他のロケーション発見システムとの組み合わせで使用されてもよい。
【0159】
ソフトウェア定義のラジオ、密度による動的割り当て
ＢＴＳは、本明細書に記載されるさまざまな機能を実施する。ＢＴＳは、商用のソフトウェア定義のラジオで実装されても、本明細書に提供される特定の機能でプログラムもしくは構成されてもよい。ソフトウェア定義のラジオは、ＢＴＳチャネル割り当てスキームのチャネル構成の周りで偏移するように、軌道内で再プログラムされ得る。これは、地表上のＭＳが均等に分布していない場合に価値があるであろう。例えば、図２０に例示されるように、ＢＴＳが接続されたＭＳのマッピングもしくは予期されたＭＳのマッピングを有する場合、またはＢＴＳが特定のドップラー偏移レンジを示しており、かつ同様の擬似距離内で動作しているＭＳからその要求の大部分を取得している場合、ＢＴＳはより多くのチャネルを有するより混雑したグリッドセルを好む場合がある。したがって、ドップラー偏移および擬似レンジのデータを使用して、チャネル割り当てを比例配分することができる。図２０の右側は、各グリッドセルについて、どれだけ多くのチャネルがそのグリッドセルに割り当てられ得るかを示す図である。衛星フットプリントが衛星の速度ベクトルに関して対称であるという想定で、半円のみが示されている。
ＢＴＳは、本明細書に記載されるさまざまな機能を実施する。ＢＴＳは、商用のソフトウェア定義のラジオで実装されても、本明細書に提供される特定の機能でプログラムもしくは構成されてもよい。ソフトウェア定義のラジオは、ＢＴＳチャネル割り当てスキームのチャネル構成の周りで偏移するように、軌道内で再プログラムされ得る。これは、地表上のＭＳが均等に分布していない場合に価値があるであろう。例えば、図２０に例示されるように、ＢＴＳが接続されたＭＳのマッピングもしくは予期されたＭＳのマッピングを有する場合、またはＢＴＳが特定のドップラー偏移レンジを示しており、かつ同様の擬似距離内で動作しているＭＳからその要求の大部分を取得している場合、ＢＴＳはより多くのチャネルを有するより混雑したグリッドセルを好む場合がある。したがって、ドップラー偏移および擬似レンジのデータを使用して、チャネル割り当てを比例配分することができる。図２０の右側は、各グリッドセルについて、どれだけ多くのチャネルがそのグリッドセルに割り当てられ得るかを示す図である。衛星フットプリントが衛星の速度ベクトルに関して対称であるという想定で、半円のみが示されている。
【0160】
図２１は、図２０に例示される割り当ておよびマッピングに使用され得るチャネル割り当て表の一例を例示しており、チャネル分配は、チャネル割り当てスキームを用いて順序付けられたチャネルでマップされる。グリッドセルにサービスを提供するチャネルを再構成するために、そのチャネルのトランシーバは、伝送ＴＤＭＡフレームとは異なる時間スロット同期オフセットで再構成され、トランシーバは、アップリンクキャリアおよびダウンリンクキャリアでそれぞれ受信および伝送するための、トランシーバの構成された周波数オフセットの更新を取得する。チャネルが再構成され、チャネル割り当てスキームに再マップされると、それらのチャネルは、示されるように、チャネル割り当て表の右下隅から左上隅までカウント順（昇順または降順）にとどまり得る。チャネル割り当て表は、ソフトウェア定義のラジオを制御するプロセッサがチャネル割り当て表に従って周波数およびタイミングを設定し得るように、アクセス可能なコンピュータ可読メモリに記憶され得る。
【0161】
チャネルのブロックへの再マッピングに加えて、軌道上のソフトウェア定義のラジオもそのブロックマッピングを再構成し得る。例えば、ＭＳが密集して詰まっている場合、ＢＴＳは、特定の地理的エリアのサービス、特にスループットを改善するために、擬似距離およびドップラー偏移のより細かい間隔でチャネル割り当てスキームを再構成することができる。さらに、軌道上のＢＴＳは、擬似距離およびドップラー偏移の最小測定値および最大測定値にそれぞれ基づいて、そのチャネルの最小および最大の時間スロット同期オフセットおよびドップラー補償を設定することができる。これにより、ＢＴＳは、その衛星フットプリントのグリッドセルをより緻密に定義し、より効率的にチャネルを割り振ってＭＳの高密度ポケットにサービスを提供することができる。ドップラーブロックの間隔がより細かいと、各チャネルでのドップラー偏移の影響がさらに低減する一方、擬似距離のレンジリングの間隔をより細かくすると、より密集して詰まったＭＳにサービスを提供するために、より具体的なリングロケーションでの潜在的なスループットが増加する。
【0162】
軌道上の処理では、既知の衛星の速度を活用して、衛星フットプリントの運動、ひいては、衛星がサービスを提供するＭＳに対する擬似距離およびドップラー偏移の輪郭を予測することもできる。これは、衛星ＢＴＳが、どの擬似距離バケットおよびドップラー偏移バケットが近い将来にチャネル分配を必要とし、どれが必要としないかを予測することを可能にすることになり、予測可能性は、チャネル分配スキームの再構成のより正確な実行を可能にするであろう。チャネル再構成に関連付けられたある程度のリード時間があるため、予測可能性を大いに活用して、そのチャネルのダウン時間が制限されることを確実にすることができる。例えば、このチャネル再構成のリード時間を考慮するために、軌道上のＢＴＳは、ＭＳにサービスを提供しているキャリア周波数が再構成されるために突然サービスを停止する必要がないように、１つ以上のチャネルを「ジャグリング」するか、または確保しておくことができる。チャネルは周波数の昇順または降順で構成されなければならないため、再構成は時折、ドミノ効果が作り出し、チャネル割り当てスキームでのこの重要な周波数順を維持するために多くのチャネルを再構成することを必要とする場合がある。例えば、ＧＳＭスペクトル内の８０個のチャネルへのアクセスを有する軌道上のＧＳＭ ＢＴＳを考慮されたい。チャネルが１～１２４でラベル付けされていると想定すると、すべての奇数チャネル（すなわち、１、３、５、７など）がＭＳにサービスを提供するように構成され得る一方、すべての偶数チャネル（すなわち、２、４、６、８など）は「ジャグリング」されるか、または確保され得る。再構成の必要性が発生すると、軌道上のＢＴＳは、「ジャグリング」されたチャネルを再構成することができ、すでに構成されている他の６２個のチャネルのうちの１つでサービスを妨げる必要はない。構成されたチャネルがもはやＭＳにサービスを提供していない場合、そのチャネルを確保または「ジャグリング」されたチャネルセットに循環させることができ、プロセス自体は、一貫したサービスを維持し、チャネルのダウン時間を制限することを繰り返す。
【0163】
軌道上のＢＴＳは、ＭＳの擬似距離、ドップラー偏移、および他のデータ（すなわち、ＧＰＳ）のリアルタイム測定値を使用して、かかるネットワークのサービスの品質をさらに強化するようにプログラムされ得る。例としては、経時的に収集された大きなデータセットおよび（ＭＳの比較的静的なロケーションに基づく）多くの衛星パスに基づいたチャネルの再割り当てまたは偏移、ならびに現在の宇宙船の直前にこのロケーションを通過した宇宙船によって、またはさらには現在の宇宙船によって検知されたＭＳ分布の変化に基づくより動的なリアルタイム偏移があげられる。
【0164】
上に記載される動的チャネル割り当てはまた、特定のチャネルを、衛星が全体を通過する特定のＭＳまたは地理的ロケーションのために取っておくことができる方法で行われ得る。換言すると、ある特定のチャネルのドップラー偏移および擬似距離の構成は、経時的にプロットされる場合、ある特定のＭＳまたは地理的ロケーションが通過コースにわたって経験したドップラー偏移および擬似距離の環境に一致するある程度滑らかな関数によって記載される。この実施形態は、地表上にあるある特定のＭＳがより長い期間（例えば、数秒ではなく数分）にわたって衛星とのロックされたリンクを維持する必要があるか、または当該リンクから利益を得る条件下では戦略的であり得る。
【0165】
接続されたＭＳが「クランプ」で、場合によっては遠隔地域で動作している、図２０に例示される事例を考慮されたい。メモとして、マップは、擬似距離バケットおよびドップラー偏移バケットが衛星の速度ベクトルに関して対称であるため、衛星フットプリントの半分しか示していない。宇宙船は、これらのユーザから擬似距離およびドップラー偏移のデータを収集する場合、そのチャネル割り当てスキームでチャネル分配を戦略的に比例配分し、この比例配分に基づいて、そのチャネルを、それらのサービス構成を偏移させるように再プログラムすることができる。このような技法は、予測データ分析ソフトウェアを活用することもできる。軌道上のＢＴＳは、過去のＭＳデータとＧＰＳナビゲーションデータとを密接に結合させて、そのフットプリント内の顧客の密集したポケットをどこでいつ横切るかを予測することができる。実際にサービスを提供されているＭＳからのＧＰＳデータを使用して、チャネルの予測分析および割り当て、ならびに追跡アプリケーションをさらに強化することもできる。これにより、かかるネットワークのサービス品質を増加させることを推し進めることができる。
【0166】
図２２は、ＲＡＣＨプロセスでＭＳのパラメータを判定するためのプロセスを例示している。ＭＳアップリンクバーストからの伝播遅延を測定することによって、ＢＴＳは、各ＭＳが正しい時間にバーストを伝送するために必要なタイミング前進を計算することができる。ＲＡＣＨプロセスは、（１）ＭＳがＢＴＳ上に居座るときにＢＣＣＨを聴取すること、（２）ＭＳのユーザがテキストメッセージをタイプして「送信」を強く押すこと、（３）ＭＳが、ＢＣＣＨ上に提供された情報を使用して、ＲＡＣＨ上にバーストを送信することによって、チャネルへのアクセスを要求すること、（４）ＢＴＳが、チャネル割り振りを検索し、チャネル割り振りおよびタイミング前進（ビット単位）で応答すること、ならびに（５）ＭＳが、タイミング前進を使用して、割り振られた時間スロットに対してバーストを前進させ、割り振られた周波数キャリアを使用すること、であり得る。
【0167】
図２２に例示されるより概略的な事例では、ＭＳは、コールセットアップを実施するために専用の信号用チャネルの割り当てを要求し、信号用チャネルの割り当て後に、ＴＭＳＩ（ＩＭＳＩ）および最後のＬＡＩを含むＭＯＣのコールセットアップの要求がＶＬＲに転送される。ＶＬＲは、トリプルのＨＬＲを介してＡＣを要求する（必要であれば）。次いで、ＶＬＲは、認証、暗号化開始、ＩＭＥＩ確認（任意選択）、およびＴＭＳＩ再割り当て（任意選択）を始める。このすべてがプロセスのキャンセルを必要とするエラーを引き起こさなかった場合、ＭＳはセットアップ情報（要求された加入者の番号および詳細なサービスの説明）をＭＳＣに送信し、ＭＳＣは（要求されたサービスおよび数を取り扱うことができるかどうか（またはコールセットアップをさらに処理させない制限があるかどうか）を（加入者データから）確認するようにＶＬＲに要求する。
【0168】
コールが取り扱われるべきであるとＶＬＲが示す場合、ＭＳＣはトラフィックチャネルをＭＳに割り振るようにＢＳＣに命令し、ＢＳＣはトラフィックチャネルＴＣＨをＭＳに割り振る。次いで、ＭＳＣは、要求された番号（着呼側）への接続をセットアップする。
【0169】
一実施形態によれば、本明細書に記載される技法は、ファームウェア、メモリ、他のストレージ、または組み合わせのプログラム指示に従って本技法を実施するようにプログラムされた１つのまたは汎用化されたコンピューティングシステムによって実装される。本技法を実装するためにハードワイヤード論理および／またはプログラム論理が組み込まれたデスクトップコンピュータシステム、携帯型コンピュータシステム、ハンドヘルドデバイス、ネットワークデバイス、または任意の他のデバイスなどの専用コンピューティングデバイスを使用することができる。
【0170】
例えば、図２３は、本発明の一実施形態が実装され得るコンピュータシステム２３００を例示しているブロック図である。コンピュータシステム２３００は、バス２３０２または情報を通信するための他の通信機構、および情報を処理するためにバス２３０２と連結されたプロセッサ２３０４を含む。プロセッサ２３０４は、例えば、汎用マイクロプロセッサであり得る。
【0171】
コンピュータシステム２３００はまた、プロセッサ２３０４によって実行される情報および指示を記憶するためにバス２３０２に連結された、ランダムアクセスメモリ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ、ＲＡＭ）または他の動的ストレージデバイスなどのメインメモリ２３０６を含む。メインメモリ２３０６もまた、プロセッサ２３０４によって実行される指示の実行中に、一時的変数または他の中間物を記憶するために使用され得る。かかる指示は、プロセッサ２３０４にアクセス可能な非一時的ストレージ媒体に記憶されると、コンピュータシステム２３００を、指示で特定された動作を実施するようにカスタマイズされた専用マシンにレンダリングする。
【0172】
コンピュータシステム２３００は、プロセッサ２３０４の静的情報および指示を記憶するための、バス２３０２に連結されたリードオンリーメモリ（ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ、ＲＯＭ）２３０８または他の静的ストレージデバイスをさらに含む。情報および指示を記憶するために、磁気ディスクまたは光ディスクなどのストレージデバイス２３１０が提供され、バス２３０２に連結される。
【0173】
コンピュータシステム２３００は、バス２３０２を介して、情報をコンピュータのユーザに表示するためのコンピュータモニタなどのディスプレイ２３１２に連結され得る。英数字および他のキーを含む入力デバイス２３１４は、情報および命令選択をプロセッサ２３０４に通信するためにバス２３０２に連結される。別のタイプのユーザ入力デバイスは、方向情報および命令選択をプロセッサ２３０４に通信するため、ならびにディスプレイ２３１２上でカーソルの移動を制御するためのマウス、トラックボール、またはカーソル方向キーなどのカーソル制御２３１６である。この入力デバイスは、典型的には、第１の軸（例えば、ｘ）および第２の軸（例えば、ｙ）の２つの軸に２つの自由度を有し、これにより、デバイスは平面内の位置を特定することができる。
【0174】
コンピュータシステム２３００は、カスタマイズされたハードワイヤード論理、１つ以上のＡＳＩＣもしくはＦＰＧＡ、ファームウェア、および／またはコンピュータシステムとの組み合わせでコンピュータシステム２３００を専用マシンにするか、もしくはそのようにプログラムするプログラム論理を使用して、本明細書に記載される技法を実装することができる。一実施形態によれば、本明細書の技法は、プロセッサ２３０４がメインメモリ２３０６に含まれる１つ以上の指示の１つ以上の系列を実行することに応答して、コンピュータシステム２３００によって実施される。かかる指示は、ストレージデバイス２３１０などの別のストレージ媒体からメインメモリ２３０６に読み込まれ得る。メインメモリ２３０６に含まれる指示の系列の実行は、プロセッサ２３０４に本明細書に記載されるプロセスステップを実施させる。代替の実施形態では、ソフトウェア指示の代わりに、またはそれらとの組み合わせで、ハードワイヤード回路を使用することができる。
【0175】
本明細書で使用される場合、「ストレージ媒体」という用語は、マシンを特殊な様式で動作させるデータおよび／または指示を記憶する任意の非一時的媒体を指す。かかるストレージ媒体は、不揮発性媒体および／または揮発性媒体を含み得る。例えば、不揮発性媒体としては、ストレージデバイス２３１０などの光ディスクまたは磁気ディスクが挙げられる。揮発性媒体としては、メインメモリ２３０６などの動的メモリが挙げられる。例えば、ストレージ媒体の一般的な形態としては、フロッピーディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、ソリッドステートドライブ、磁気テープ、もしくは任意の他の磁気データストレージ媒体、ＣＤ－ＲＯＭ、任意の他の光データストレージ媒体、穴のパターンを有する任意の物理的媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ－ＥＰＲＯＭ、ＮＶＲＡＭ、任意の他のメモリチップ、またはカートリッジが挙げられる。
【0176】
ストレージ媒体は、伝送媒体とは異なるが、伝送媒体と共に使用され得る。伝送媒体は、ストレージ媒体間で情報を転送することに関与する。例えば、伝送媒体としては、バス２３０２を備えるワイヤを含む、同軸ケーブル、銅線、および光ファイバが挙げられる。伝送媒体は、ラジオ波および赤外線のデータ通信中に発生するものなど、音波または光波の形態をとる場合もある。
【0177】
媒体のさまざまな形態は、実行用に１つ以上の指示の１つ以上の系列をプロセッサ２３０４に搬送することを伴い得る。例えば、指示は、最初に、遠隔コンピュータの磁気ディスクまたはソリッドステートドライブで行われ得る。遠隔コンピュータは、その動的メモリに指示をロードし、それらの指示を、ネットワーク接続を介して送信することができる。コンピュータシステム２３００のローカルのモデムまたはネットワークインターフェースは、データを受信することができる。バス２３０２はデータをメインメモリ２３０６に搬送し、そこからプロセッサ２３０４が指示を探して実行する。メインメモリ２３０６によって受信された指示は、任意選択で、プロセッサ２３０４による実行の前後いずれかで、ストレージデバイス２３１０に記憶され得る。
【0178】
コンピュータシステム２３００はまた、バス２３０２に連結された通信インターフェース２３１８を含む。通信インターフェース２３１８は、ローカルネットワーク２３２２に接続されたネットワークリンク２３２０に連結する双方向データ通信を提供する。例えば、通信インターフェース２３１８は、データ通信接続を対応するタイプの電話線に提供するための統合サービスデジタル通信ネットワーク（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｓｅｒｖｉｃｅｓ ｄｉｇｉｔａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ、ＩＳＤＮ）カード、ケーブルモデム、衛星モデム、またはモデムであり得る。無線リンクを実装することもできる。任意のかかる実装例では、通信インターフェース２３１８は、さまざまタイプの情報を表すデジタルデータストリームを搬送する電気信号、電磁信号、または光信号を送信および受信する。
【0179】
ネットワークリンク２３２０は、典型的には、データ通信を１つ以上のネットワークを介して他のデータデバイスに提供する。例えば、ネットワークリンク２３２０は、接続を、ローカルネットワーク２３２２を介してホストコンピュータ２３２４に、またはインターネットサービスプロバイダ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｐｒｏｖｉｄｅｒ、ＩＳＰ）２３２６によって動作されるデータ機器に提供し得る。次にＩＳＰ２３２６は、ここでは一般的に「インターネット」２３２８と呼ばれるワールドワイドパケットデータ通信ネットワークを介してデータ通信サービスを提供する。ローカルネットワーク２３２２およびインターネット２３２８は共に、デジタルデータストリームを搬送する電気信号、電磁信号、または光信号を使用する。コンピュータシステム２３００との間でデジタルデータを搬送する、さまざまなネットワークを介した信号ならびにネットワークリンク２３２０上および通信インターフェース２３１８を介した信号は、伝送媒体の形態の例である。
【0180】
コンピュータシステム２３００は、ネットワーク（複数可）、ネットワークリンク２３２０、および通信インターフェース２３１８を介して、メッセージを送信し、プログラムコードを含むデータを受信することができる。インターネットの例では、サーバ２３３０は、インターネット２３２８、ＩＳＰ２３２６、ローカルネットワーク２３２２、および通信インターフェース２３１８を介して、アプリケーションプログラムの要求されたコードを伝送することができる。受信されたコードは、受信されたときにプロセッサ２３０４によって実行され得、かつ／またはストレージデバイス２３１０もしくは後で実行するための他の不揮発性ストレージデバイスに記憶され得る。
【0181】
本明細書に記載されるプロセスの動作は、別様に本明細に示されていないか、または別様に文脈によってはっきりと否定されていない限り、任意の好適な順で実施され得る。本明細書に記載されるプロセス（または変形例および／もしくはそれらの組み合わせ）は、実行可能な指示で構成された１つ以上のコンピュータシステムの制御下で実施され得、かつ１つ以上のプロセッサ上で、ハードウェアによって、またはそれらの組み合わせで集合的に実行するコード（例えば、実行可能な指示、１つ以上のコンピュータプログラム、もしくは１つ以上のアプリケーション）として実装され得る。コードは、例えば、１つ以上のプロセッサによって実行可能な複数の指示を含むコンピュータプログラムの形態でコンピュータ可読ストレージ媒体に記憶され得る。コンピュータ可読ストレージ媒体は、非一時的であってもよい。
【0182】
別様に具体的に述べられていないか、または別様に文脈によってはっきりと否定されていない限り、「Ａ、Ｂ、およびＣのうちの少なくとも１つ」または「Ａ、ＢおよびＣのうちの少なくとも１つ」という形態の表現などの接続的な言語は、項目、用語などがＡもしくはＢもしくはＣ、またはＡおよびＢおよびＣのセットの任意の非空のサブセットのいずれかであり得ることを提示するために概して使用されるものとして文脈によって別様に理解される。例えば、３つの部材を有する例示的なセットの例では、「Ａ、Ｂ、およびＣのうちの少なくとも１つ」ならびに「Ａ、ＢおよびＣのうちの少なくとも１つ」という接続的な表現は、次のセット｛Ａ｝、｛Ｂ｝、｛Ｃ｝、｛Ａ、Ｂ｝、｛Ａ、Ｃ｝、｛Ｂ、Ｃ｝、｛Ａ、Ｂ、Ｃ｝のうちのいずれかを指す。したがって、かかる接続的な表現は概して、Ａの少なくとも１つ、Ｂの少なくとも１つ、およびＣの少なくとも１つが各々存在することをある特定の実施形態が必要とすることを暗に意味することを意図するものではない。
【0183】
本明細書に提供される任意の例およびすべての例、または例示的な言語（例えば、「などの（ｓｕｃｈ ａｓ）」）の使用は、単に、本発明の実施形態をより明らかにすることを意図するものであり、別様に主張されていない限り、本発明の範囲を限定することを引き起こさない。本明細書のいかなる言語も、任意の主張されていない要素が本発明の実践に不可欠であるとして示されるように解釈されるべきではない。
【0184】
前述の明細書では、本発明の実施形態は、実装例の間で変化し得る非常に多くの具体的詳細を参照して記載されている。したがって、本明細書および図面は、制限的な意味ではなく、例示的な意味で見なされる。本発明の範囲の唯一のおよび排他的な指標、ならびに本出願人が本発明の範囲とすることを意図するものは、かかる特許請求の範囲が発行する、任意のその後の補正を含む特定の形式において、本出願から発行される特許請求の範囲のセットの文字どおりの範囲および同等の範囲である。
【0185】
本開示を読んだ後に当業者がさらなる実施形態を思い描く可能性がある。他の実施形態では、上に開示される発明の組み合わせまたは副組み合わせを有利に行うことができる。例示のために、構成要素の配置例が示されており、組み合わせ、追加、再配置などが本発明の代替の実施形態で企図されることを理解されたい。したがって、本発明を例示的な実施形態に関して記載してきたが、非常に多くの修正例が可能性であることを当業者は認識するであろう。
【0186】
例えば、本明細書に記載されるプロセスを、ハードウェア構成要素、ソフトウェア構成要素、および／またはそれらの任意の組み合わせを使用して実装することができる。したがって、本明細書および図面は、制限的な意味ではなく、例示的な意味で見なされる。しかしながら、特許請求の範囲に記載される本発明のより広い趣旨および範囲から逸脱することなく、さまざまな修正例および変更をそれらに行うことができること、ならびに本発明が以下の特許請求の範囲の範囲内のすべての修正例および同等物を網羅することを意図するものであることは明らかである。
【0187】
本明細書に引用される出版物、特許出願、および特許を含むすべての参考文献は、各参考文献が個々におよび具体的に参照により組み込まれることが示され、その全体が本明細書に記載されるのと同程度に参照により本明細書に組み込まれる。
［項目１］
複数の地上モバイル局との通信を取り扱う１つ以上のトランシーバを有する多元接続基地局であって、前記複数の地上モバイル局のうちのある地上モバイル局が、（１）前記地上モバイル局から制限距離内にあり、かつ／または（２）前記地上モバイル局に対して制限速度未満で移動している、地上セルラ基地局との基地局通信を予想するように構成されており、前記多元接続基地局が、
フレーム構造に従って、前記多元接続基地局によって受信されたデータを解析する、データ解析器であって、前記フレーム構造が、どの時間スロットが前記複数の地上モバイル局のうちのどれに割り当てられるかを定義し、前記フレーム構造が、前記多元接続基地局から前記複数の地上モバイル局までの距離に起因する可変伝送遅延をもたらすゼロまたは非ゼロの時間スロット同期オフセットを各々が有する複数のスロットを備える、データ解析器と、
前記多元接続基地局と前記地上モバイル局との間の基地－モバイル間の距離に基づいて、前記地上モバイル局への伝送信号の前記フレーム構造に対する信号タイミング調節を判定する、信号タイミングモジュールであって、前記基地－モバイル間の距離が、前記制限距離を超えている、信号タイミングモジュールと、
多元接続プロトコルを使用して前記多元接続基地局から前記地上モバイル局までの通信を通信すること、および前記信号タイミング調節を考慮することができる、プログラム可能なラジオであって、そのため、前記通信は、前記基地－モバイル間の距離が前記制限距離を超えているにもかかわらず、地上セルラ基地局と前記地上モバイル局との間の通信と互換性があるか、または前記地上モバイル局にはそのように見える、プログラム可能なラジオと、を備える、多元接続基地局。
［項目２］
前記複数の地上モバイル局と通信するようにさらに適合されており、前記複数の地上モバイル局が、セルラ電話送受話器、スマートフォン、接続されたデバイスを備える、項目１に記載の多元接続基地局。
［項目３］
前記制限距離が、１２０キロメートルであり、前記基地－モバイル間の距離が、１２０キロメートルを超える、項目１または２に記載の多元接続基地局。
［項目４］
前記多元接続プロトコルが、ＬＴＥプロトコルであり、前記制限距離が、１００キロメートルであり、前記基地－モバイル間の距離が、１００キロメートルを超える、項目１または２に記載の多元接続基地局。
［項目５］
前記多元接続プロトコルが、ＬＴＥ－ＩｏＴプロトコルであり、前記制限距離が、４０キロメートルであり、前記基地－モバイル間の距離が、４０キロメートルを超える、項目１または２に記載の多元接続基地局。
［項目６］
前記多元接続プロトコルが、ＣＤＭＡベースのプロトコル、ＬＴＥプロトコル、ＧＳＭ（登録商標）プロトコル、ＯＦＤＭＡベースのプロトコル、ＦＤＭＡベースのプロトコル、ＴＤＭＡベースのプロトコル、ＥＧＰＲＳプロトコル、またはＥＤＧＥプロトコルのうちの１つである、項目１から３のいずれか一項に記載の多元接続基地局。
［項目７］
前記多元接続基地局が、地球の軌道内で動作する軌道基地局である、項目１から６のいずれか一項に記載の多元接続基地局。
［項目８］
前記制限距離が、１２０キロメートルであり、前記複数の地上モバイル局の地上モバイル局の基地－モバイル間の距離が、約５００キロメートル～約７５０キロメートルである、項目７に記載の多元接続基地局。
［項目９］
前記多元接続基地局が、地球大気内で動作可能な基地局であり、飛行機、ドローン、および／もしくはバルーンのうちの１つ以上の上または中に装着されることを含む、項目１から６のいずれか一項に記載の多元接続基地局。
［項目１０］
前記制限距離が、１２０キロメートルであり、前記基地－モバイル間の距離が、１２０キロメートルを超える、項目９に記載の多元接続基地局。
［項目１１］
複数の時間スロット、複数のキャリア周波数、複数の直交サブキャリア、および／または複数の符号系列にわたって分布する、前記多元接続基地局の容量を、前記地上モバイル局を含む前記複数の地上モバイル局に割り当てるための信号割り当て論理をさらに備える、項目１から１０のいずれか一項に記載の多元接続基地局。
［項目１２］
前記プログラム可能なラジオがさらに、多元接続プロトコルを使用して前記地上モバイル局からの通信を聴取することができ、前記多元接続基地局が、
前記複数の地上モバイル局の各地上モバイル局について、前記多元接続基地局から前記地上モバイル局までの距離である、前記各地上モバイル局の基地－モバイル間の距離を判定する、レンジ計算器と、
前記地上モバイル局の前記基地－モバイル間の距離に基づいて、前記フレーム構造に対する前記地上モバイル局の受信信号のタイミングを判定する、受信タイミングモジュールと、
前記フレーム構造内に聴取時間スロットを割り当てて、前記地上モバイル局からの通信を聴取する、入力信号割り当て器と、をさらに備え、前記聴取時間スロットが、前記地上モバイル局の前記基地－モバイル間の距離に基づいてタイミングがはかられ、前記聴取時間スロットが、複数の時間スロットのうちの１つであり、前記複数の時間スロットが、複数の基地－モバイル間の距離を有する前記複数の地上モバイル局からの通信を取り扱う前記多元接続基地局を考慮するように、前記フレーム構造内で可変的に遅延される、項目１に記載の多元接続基地局。
［項目１３］
前記複数の時間スロットが、複数の異なる基地－モバイル間の距離レンジの各々を複数のチャネルブロックの各々に割り当てることによって、複数の基地－モバイル間の距離を有する前記複数の地上モバイル局を考慮するように、前記フレーム構造内で可変的に遅延される、項目１２に記載の多元接続基地局。
［項目１４］
前記多元接続基地局が、地球の軌道内で動作する軌道基地局であり、前記複数の異なる基地－モバイル間の距離レンジが、天頂距離から最小標高距離までのスラントレンジを集合的に網羅し、前記天頂距離が、地上モバイル局に対する、前記多元接続基地局を保持する衛星の天頂位置との間の距離であり、前記最小標高距離が、前記地上モバイル局が前記衛星の設計フットプリントに進入するときの前記衛星の位置との間の距離である、項目１３に記載の多元接続基地局。
［項目１５］
前記複数の異なる基地－モバイル間の距離レンジが各々、おおよそ３４～３５キロメートルに及び、前記天頂距離と前記最小標高距離との間の差が、２１０～２５０キロメートルである、項目１４に記載の多元接続基地局。
［項目１６］
前記衛星の設計フットプリントが、円形、楕円形、矩形であり、アンテナの機能および／もしくはアンテナビームの形状とは無関係であるか、またはアンテナの機能および／もしくはアンテナビームの形状である、項目１４または１５に記載の多元接続基地局。
［項目１７］
複数の地上モバイル局との通信を取り扱う１つ以上のトランシーバを有する多元接続基地局であって、地上モバイル局が、（１）前記地上モバイル局から制限距離内にあり、かつ／または（２）前記地上モバイル局に対して制限速度未満で移動している、地上セルラ基地局との基地局通信を予想するように構成されており、前記多元接続基地局が、
データ解析器であって、どの時間スロットが前記複数の地上モバイル局のうちのどれに割り当てられるかを定義する、フレーム構造に従って、かつ前記地上モバイル局が特定された周波数で信号を受信し、特定された周波数で信号を伝送することを予想する、多元接続プロトコルに従って、前記多元接続基地局によって受信されたデータを解析する、データ解析器と、
前記複数の地上モバイル局の各地上モバイル局について、前記多元接続基地局に対する前記各地上モバイル局の速度に起因する前記各地上モバイル局のドップラー偏移を判定する、ドップラー偏移計算器と
前記複数の地上モバイル局の各々を複数のチャネルブロック内のチャネルブロックに割り振るチャネル割り振りモジュールであって、各チャネルブロックが、地上周波数およびドップラー周波数オフセットを有する、チャネル割り振りモジュールと、
前記ドップラー周波数オフセットを用いて、前記地上周波数で前記地上モバイル局への信号を変調する、信号変調器であって、前記ドップラー周波数オフセットが、前記多元接続基地局および前記地上モバイル局の相対移動に起因して、前記地上モバイル局に伝送される信号における予想されたドップラー偏移に少なくともほぼ対応し、そのため、前記地上モバイル局が、前記地上周波数で前記信号を受信する、信号変調器と、
前記多元接続プロトコルを使用して前記地上モバイル局からの通信を受信すること、および前記地上モバイル局の前記ドップラー周波数オフセットを考慮に入れることができる、プログラム可能なラジオであって、そのため、前記通信は、前記多元接続基地局に対する前記地上モバイル局の速度が前記制限速度を超えているにもかかわらず、地上セルラ基地局と前記地上モバイル局との間の通信と互換性があるか、または前記地上モバイル局にはそのように見える、プログラム可能なラジオと、を備える、多元接続基地局。
［項目１８］
前記多元接続基地局に対する前記地上モバイル局の速度は、前記多元接続基地局が地球の軌道内にあるという結果であり、前記ドップラー周波数オフセットが、５キロヘルツの増分で変化する、項目１７に記載の多元接続基地局。
［項目１９］
前記複数の地上モバイル局と通信するようにさらに適合されており、前記複数の地上モバイル局が、セルラ電話送受話器、スマートフォン、接続されたデバイスを備える、項目１７または１８に記載の多元接続基地局。
［項目２０］
前記多元接続基地局が、地球の軌道内で動作する軌道基地局である、項目１７から１９のいずれか一項に記載の多元接続基地局。
［項目２１］
前記多元接続基地局が、地球大気内で動作可能な基地局であり、飛行機、ドローン、および／もしくはバルーンのうちの１つ以上の上または中に装着されることを含む、項目１７から１９のいずれか一項に記載の多元接続基地局。
［項目２２］
複数の時間スロット、複数のキャリア周波数、複数の直交サブキャリア、および／または複数の符号系列にわたって分布する、前記多元接続基地局の容量を、前記地上モバイル局を含む前記複数の地上モバイル局に割り当てるための信号割り当て論理をさらに備える、項目１７から２１のいずれか一項に記載の多元接続基地局。
［項目２３］
前記複数のチャネルブロックの各々が、アップリンクサブチャネルの連続スペクトルおよびダウンリンクサブチャネルの連続スペクトルを含むアップリンクサブチャネルおよびダウンリンクサブチャネルを有し、前記チャネルブロックは、隣接するチャネルブロックが隣接するドップラー周波数オフセットに割り振られるように割り振られる、項目１７から２２のいずれか一項に記載の多元接続基地局。
［項目２４］
複数の地上モバイル局との通信を取り扱う１つ以上のトランシーバを有する多元接続基地局であって、地上モバイル局が、（１）前記地上モバイル局から制限距離内にあり、かつ／または（２）前記地上モバイル局に対して制限速度未満で移動している、地上セルラ基地局との基地局通信を予想するように構成されており、前記多元接続基地局が、
フレーム構造に従って、かつ多元接続プロトコルにさらに従って、前記多元接続基地局によって受信されたデータを解析するデータ解析器であって、前記フレーム構造は、どの時間スロットが前記複数の地上モバイル局のうちのどれに割り当てられるかを定義し、前記多元接続基地局から前記複数の地上モバイル局までの距離に起因する可変伝送遅延をもたらすゼロまたは非ゼロの時間スロット同期オフセットを各々が有する複数のスロットを備え、前記多元接続プロトコルは、前記地上モバイル局が特定された周波数で信号を受信し、地上周波数で信号を伝送するとの予測で伝送し、ドップラー周波数オフセットで受信され、前記多元接続プロトコルが、複数のチャネルブロック内でチャネルブロックを特定し、各チャネルブロックが、指定された地上周波数および指定された時間スロットを有する、データ解析器と、
前記多元接続基地局と前記地上モバイル局との間の基地－モバイル間の距離に基づいて、前記地上モバイル局への伝送信号の前記フレーム構造に対する信号タイミング調節を判定する、信号タイミングモジュールであって、前記基地－モバイル間の距離が、前記制限距離を超えており、各チャネルブロックには、指定された信号タイミング調節が割り振られる、信号タイミングモジュールと、
前記複数の地上モバイル局の各地上モバイル局について、前記多元接続基地局に対する前記各地上モバイル局の速度に起因する前記各地上モバイル局のドップラー偏移を判定し、各チャネルブロックには、指定されたドップラー周波数オフセットが割り振られる、ドップラー偏移計算器と
前記複数の地上モバイル局の各々を前記複数のチャネルブロック内の指定されたチャネルブロックに、前記チャネルブロックの指定された信号タイミング調節と指定されたドップラー周波数オフセットとに基づいて割り当てる、動的チャネル割り当て器であって、前記指定されたチャネルブロック内のチャネルの数が、指定された信号タイミング調節および指定されたドップラー周波数オフセットを有するかまたはそれらを有することが予想される、前記複数の地上モバイル局の数に対応する、動的チャネル割り当て器と、
前記ドップラー周波数オフセットを用いて、前記地上周波数で前記地上モバイル局への信号を変調する信号変調器であって、前記ドップラー周波数オフセットが、前記多元接続基地局および前記地上モバイル局の相対移動に起因して前記地上モバイル局に伝送される信号における予想されたドップラー偏移に少なくともほぼ対応し、そのため、前記地上モバイル局が、前記地上周波数で前記信号を受信する、信号変調器と、
前記多元接続プロトコルを使用して前記地上モバイル局からの通信を受信すること、および前記地上モバイル局の前記ドップラー周波数オフセットを考慮に入れることができる、プログラム可能なラジオであって、そのため、前記通信は、前記基地－モバイル間の距離が前記制限距離を超えているにもかかわらず、かつ前記多元接続基地局に対する前記地上モバイル局の速度が前記制限速度を超えているにもかかわらず、前記通信が地上セルラ基地局と前記地上モバイル局との間の通信と互換性があるか、または前記地上モバイル局にはそのように見える、プログラム可能なラジオと、を備える、多元接続基地局。
［項目２５］
前記多元接続基地局に対する前記地上モバイル局の速度は、前記多元接続基地局が地球の軌道内にあるという結果であり、前記ドップラー周波数オフセットが、５キロヘルツの増分で変化する、項目２４に記載の多元接続基地局。
［項目２６］
前記複数の地上モバイル局と通信するようにさらに適合されており、前記複数の地上モバイル局が、セルラ電話送受話器、スマートフォン、接続されたデバイスを備える、項目２４または２５に記載の多元接続基地局。
［項目２７］
前記多元接続基地局が、地球の軌道内で動作する軌道基地局である、項目２４から２６のいずれか一項に記載の多元接続基地局。
［項目２８］
前記多元接続基地局が、地球大気内で動作可能な基地局であり、飛行機、ドローン、および／もしくはバルーンのうちの１つ以上の上または中に装着されることを含む、項目２４から２６のいずれか一項に記載の多元接続基地局。
［項目２９］
複数の時間スロット、複数のキャリア周波数、複数の直交サブキャリア、および／または複数の符号系列にわたって分布する、前記多元接続基地局の容量を、前記地上モバイル局を含む前記複数の地上モバイル局に割り当てるための信号割り当て論理をさらに備える、項目２４から２８のいずれか一項に記載の多元接続基地局。
［項目１］
複数の地上モバイル局との通信を取り扱う１つ以上のトランシーバを有する多元接続基地局であって、前記複数の地上モバイル局のうちのある地上モバイル局が、（１）前記地上モバイル局から制限距離内にあり、かつ／または（２）前記地上モバイル局に対して制限速度未満で移動している、地上セルラ基地局との基地局通信を予想するように構成されており、前記多元接続基地局が、
フレーム構造に従って、前記多元接続基地局によって受信されたデータを解析する、データ解析器であって、前記フレーム構造が、どの時間スロットが前記複数の地上モバイル局のうちのどれに割り当てられるかを定義し、前記フレーム構造が、前記多元接続基地局から前記複数の地上モバイル局までの距離に起因する可変伝送遅延をもたらすゼロまたは非ゼロの時間スロット同期オフセットを各々が有する複数のスロットを備える、データ解析器と、
前記多元接続基地局と前記地上モバイル局との間の基地－モバイル間の距離に基づいて、前記地上モバイル局への伝送信号の前記フレーム構造に対する信号タイミング調節を判定する、信号タイミングモジュールであって、前記基地－モバイル間の距離が、前記制限距離を超えている、信号タイミングモジュールと、
多元接続プロトコルを使用して前記多元接続基地局から前記地上モバイル局までの通信を通信すること、および前記信号タイミング調節を考慮することができる、プログラム可能なラジオであって、そのため、前記通信は、前記基地－モバイル間の距離が前記制限距離を超えているにもかかわらず、地上セルラ基地局と前記地上モバイル局との間の通信と互換性があるか、または前記地上モバイル局にはそのように見える、プログラム可能なラジオと、を備える、多元接続基地局。
［項目２］
前記複数の地上モバイル局と通信するようにさらに適合されており、前記複数の地上モバイル局が、セルラ電話送受話器、スマートフォン、接続されたデバイスを備える、項目１に記載の多元接続基地局。
［項目３］
前記制限距離が、１２０キロメートルであり、前記基地－モバイル間の距離が、１２０キロメートルを超える、項目１または２に記載の多元接続基地局。
［項目４］
前記多元接続プロトコルが、ＬＴＥプロトコルであり、前記制限距離が、１００キロメートルであり、前記基地－モバイル間の距離が、１００キロメートルを超える、項目１または２に記載の多元接続基地局。
［項目５］
前記多元接続プロトコルが、ＬＴＥ－ＩｏＴプロトコルであり、前記制限距離が、４０キロメートルであり、前記基地－モバイル間の距離が、４０キロメートルを超える、項目１または２に記載の多元接続基地局。
［項目６］
前記多元接続プロトコルが、ＣＤＭＡベースのプロトコル、ＬＴＥプロトコル、ＧＳＭ（登録商標）プロトコル、ＯＦＤＭＡベースのプロトコル、ＦＤＭＡベースのプロトコル、ＴＤＭＡベースのプロトコル、ＥＧＰＲＳプロトコル、またはＥＤＧＥプロトコルのうちの１つである、項目１から３のいずれか一項に記載の多元接続基地局。
［項目７］
前記多元接続基地局が、地球の軌道内で動作する軌道基地局である、項目１から６のいずれか一項に記載の多元接続基地局。
［項目８］
前記制限距離が、１２０キロメートルであり、前記複数の地上モバイル局の地上モバイル局の基地－モバイル間の距離が、約５００キロメートル～約７５０キロメートルである、項目７に記載の多元接続基地局。
［項目９］
前記多元接続基地局が、地球大気内で動作可能な基地局であり、飛行機、ドローン、および／もしくはバルーンのうちの１つ以上の上または中に装着されることを含む、項目１から６のいずれか一項に記載の多元接続基地局。
［項目１０］
前記制限距離が、１２０キロメートルであり、前記基地－モバイル間の距離が、１２０キロメートルを超える、項目９に記載の多元接続基地局。
［項目１１］
複数の時間スロット、複数のキャリア周波数、複数の直交サブキャリア、および／または複数の符号系列にわたって分布する、前記多元接続基地局の容量を、前記地上モバイル局を含む前記複数の地上モバイル局に割り当てるための信号割り当て論理をさらに備える、項目１から１０のいずれか一項に記載の多元接続基地局。
［項目１２］
前記プログラム可能なラジオがさらに、多元接続プロトコルを使用して前記地上モバイル局からの通信を聴取することができ、前記多元接続基地局が、
前記複数の地上モバイル局の各地上モバイル局について、前記多元接続基地局から前記地上モバイル局までの距離である、前記各地上モバイル局の基地－モバイル間の距離を判定する、レンジ計算器と、
前記地上モバイル局の前記基地－モバイル間の距離に基づいて、前記フレーム構造に対する前記地上モバイル局の受信信号のタイミングを判定する、受信タイミングモジュールと、
前記フレーム構造内に聴取時間スロットを割り当てて、前記地上モバイル局からの通信を聴取する、入力信号割り当て器と、をさらに備え、前記聴取時間スロットが、前記地上モバイル局の前記基地－モバイル間の距離に基づいてタイミングがはかられ、前記聴取時間スロットが、複数の時間スロットのうちの１つであり、前記複数の時間スロットが、複数の基地－モバイル間の距離を有する前記複数の地上モバイル局からの通信を取り扱う前記多元接続基地局を考慮するように、前記フレーム構造内で可変的に遅延される、項目１に記載の多元接続基地局。
［項目１３］
前記複数の時間スロットが、複数の異なる基地－モバイル間の距離レンジの各々を複数のチャネルブロックの各々に割り当てることによって、複数の基地－モバイル間の距離を有する前記複数の地上モバイル局を考慮するように、前記フレーム構造内で可変的に遅延される、項目１２に記載の多元接続基地局。
［項目１４］
前記多元接続基地局が、地球の軌道内で動作する軌道基地局であり、前記複数の異なる基地－モバイル間の距離レンジが、天頂距離から最小標高距離までのスラントレンジを集合的に網羅し、前記天頂距離が、地上モバイル局に対する、前記多元接続基地局を保持する衛星の天頂位置との間の距離であり、前記最小標高距離が、前記地上モバイル局が前記衛星の設計フットプリントに進入するときの前記衛星の位置との間の距離である、項目１３に記載の多元接続基地局。
［項目１５］
前記複数の異なる基地－モバイル間の距離レンジが各々、おおよそ３４～３５キロメートルに及び、前記天頂距離と前記最小標高距離との間の差が、２１０～２５０キロメートルである、項目１４に記載の多元接続基地局。
［項目１６］
前記衛星の設計フットプリントが、円形、楕円形、矩形であり、アンテナの機能および／もしくはアンテナビームの形状とは無関係であるか、またはアンテナの機能および／もしくはアンテナビームの形状である、項目１４または１５に記載の多元接続基地局。
［項目１７］
複数の地上モバイル局との通信を取り扱う１つ以上のトランシーバを有する多元接続基地局であって、地上モバイル局が、（１）前記地上モバイル局から制限距離内にあり、かつ／または（２）前記地上モバイル局に対して制限速度未満で移動している、地上セルラ基地局との基地局通信を予想するように構成されており、前記多元接続基地局が、
データ解析器であって、どの時間スロットが前記複数の地上モバイル局のうちのどれに割り当てられるかを定義する、フレーム構造に従って、かつ前記地上モバイル局が特定された周波数で信号を受信し、特定された周波数で信号を伝送することを予想する、多元接続プロトコルに従って、前記多元接続基地局によって受信されたデータを解析する、データ解析器と、
前記複数の地上モバイル局の各地上モバイル局について、前記多元接続基地局に対する前記各地上モバイル局の速度に起因する前記各地上モバイル局のドップラー偏移を判定する、ドップラー偏移計算器と
前記複数の地上モバイル局の各々を複数のチャネルブロック内のチャネルブロックに割り振るチャネル割り振りモジュールであって、各チャネルブロックが、地上周波数およびドップラー周波数オフセットを有する、チャネル割り振りモジュールと、
前記ドップラー周波数オフセットを用いて、前記地上周波数で前記地上モバイル局への信号を変調する、信号変調器であって、前記ドップラー周波数オフセットが、前記多元接続基地局および前記地上モバイル局の相対移動に起因して、前記地上モバイル局に伝送される信号における予想されたドップラー偏移に少なくともほぼ対応し、そのため、前記地上モバイル局が、前記地上周波数で前記信号を受信する、信号変調器と、
前記多元接続プロトコルを使用して前記地上モバイル局からの通信を受信すること、および前記地上モバイル局の前記ドップラー周波数オフセットを考慮に入れることができる、プログラム可能なラジオであって、そのため、前記通信は、前記多元接続基地局に対する前記地上モバイル局の速度が前記制限速度を超えているにもかかわらず、地上セルラ基地局と前記地上モバイル局との間の通信と互換性があるか、または前記地上モバイル局にはそのように見える、プログラム可能なラジオと、を備える、多元接続基地局。
［項目１８］
前記多元接続基地局に対する前記地上モバイル局の速度は、前記多元接続基地局が地球の軌道内にあるという結果であり、前記ドップラー周波数オフセットが、５キロヘルツの増分で変化する、項目１７に記載の多元接続基地局。
［項目１９］
前記複数の地上モバイル局と通信するようにさらに適合されており、前記複数の地上モバイル局が、セルラ電話送受話器、スマートフォン、接続されたデバイスを備える、項目１７または１８に記載の多元接続基地局。
［項目２０］
前記多元接続基地局が、地球の軌道内で動作する軌道基地局である、項目１７から１９のいずれか一項に記載の多元接続基地局。
［項目２１］
前記多元接続基地局が、地球大気内で動作可能な基地局であり、飛行機、ドローン、および／もしくはバルーンのうちの１つ以上の上または中に装着されることを含む、項目１７から１９のいずれか一項に記載の多元接続基地局。
［項目２２］
複数の時間スロット、複数のキャリア周波数、複数の直交サブキャリア、および／または複数の符号系列にわたって分布する、前記多元接続基地局の容量を、前記地上モバイル局を含む前記複数の地上モバイル局に割り当てるための信号割り当て論理をさらに備える、項目１７から２１のいずれか一項に記載の多元接続基地局。
［項目２３］
前記複数のチャネルブロックの各々が、アップリンクサブチャネルの連続スペクトルおよびダウンリンクサブチャネルの連続スペクトルを含むアップリンクサブチャネルおよびダウンリンクサブチャネルを有し、前記チャネルブロックは、隣接するチャネルブロックが隣接するドップラー周波数オフセットに割り振られるように割り振られる、項目１７から２２のいずれか一項に記載の多元接続基地局。
［項目２４］
複数の地上モバイル局との通信を取り扱う１つ以上のトランシーバを有する多元接続基地局であって、地上モバイル局が、（１）前記地上モバイル局から制限距離内にあり、かつ／または（２）前記地上モバイル局に対して制限速度未満で移動している、地上セルラ基地局との基地局通信を予想するように構成されており、前記多元接続基地局が、
フレーム構造に従って、かつ多元接続プロトコルにさらに従って、前記多元接続基地局によって受信されたデータを解析するデータ解析器であって、前記フレーム構造は、どの時間スロットが前記複数の地上モバイル局のうちのどれに割り当てられるかを定義し、前記多元接続基地局から前記複数の地上モバイル局までの距離に起因する可変伝送遅延をもたらすゼロまたは非ゼロの時間スロット同期オフセットを各々が有する複数のスロットを備え、前記多元接続プロトコルは、前記地上モバイル局が特定された周波数で信号を受信し、地上周波数で信号を伝送するとの予測で伝送し、ドップラー周波数オフセットで受信され、前記多元接続プロトコルが、複数のチャネルブロック内でチャネルブロックを特定し、各チャネルブロックが、指定された地上周波数および指定された時間スロットを有する、データ解析器と、
前記多元接続基地局と前記地上モバイル局との間の基地－モバイル間の距離に基づいて、前記地上モバイル局への伝送信号の前記フレーム構造に対する信号タイミング調節を判定する、信号タイミングモジュールであって、前記基地－モバイル間の距離が、前記制限距離を超えており、各チャネルブロックには、指定された信号タイミング調節が割り振られる、信号タイミングモジュールと、
前記複数の地上モバイル局の各地上モバイル局について、前記多元接続基地局に対する前記各地上モバイル局の速度に起因する前記各地上モバイル局のドップラー偏移を判定し、各チャネルブロックには、指定されたドップラー周波数オフセットが割り振られる、ドップラー偏移計算器と
前記複数の地上モバイル局の各々を前記複数のチャネルブロック内の指定されたチャネルブロックに、前記チャネルブロックの指定された信号タイミング調節と指定されたドップラー周波数オフセットとに基づいて割り当てる、動的チャネル割り当て器であって、前記指定されたチャネルブロック内のチャネルの数が、指定された信号タイミング調節および指定されたドップラー周波数オフセットを有するかまたはそれらを有することが予想される、前記複数の地上モバイル局の数に対応する、動的チャネル割り当て器と、
前記ドップラー周波数オフセットを用いて、前記地上周波数で前記地上モバイル局への信号を変調する信号変調器であって、前記ドップラー周波数オフセットが、前記多元接続基地局および前記地上モバイル局の相対移動に起因して前記地上モバイル局に伝送される信号における予想されたドップラー偏移に少なくともほぼ対応し、そのため、前記地上モバイル局が、前記地上周波数で前記信号を受信する、信号変調器と、
前記多元接続プロトコルを使用して前記地上モバイル局からの通信を受信すること、および前記地上モバイル局の前記ドップラー周波数オフセットを考慮に入れることができる、プログラム可能なラジオであって、そのため、前記通信は、前記基地－モバイル間の距離が前記制限距離を超えているにもかかわらず、かつ前記多元接続基地局に対する前記地上モバイル局の速度が前記制限速度を超えているにもかかわらず、前記通信が地上セルラ基地局と前記地上モバイル局との間の通信と互換性があるか、または前記地上モバイル局にはそのように見える、プログラム可能なラジオと、を備える、多元接続基地局。
［項目２５］
前記多元接続基地局に対する前記地上モバイル局の速度は、前記多元接続基地局が地球の軌道内にあるという結果であり、前記ドップラー周波数オフセットが、５キロヘルツの増分で変化する、項目２４に記載の多元接続基地局。
［項目２６］
前記複数の地上モバイル局と通信するようにさらに適合されており、前記複数の地上モバイル局が、セルラ電話送受話器、スマートフォン、接続されたデバイスを備える、項目２４または２５に記載の多元接続基地局。
［項目２７］
前記多元接続基地局が、地球の軌道内で動作する軌道基地局である、項目２４から２６のいずれか一項に記載の多元接続基地局。
［項目２８］
前記多元接続基地局が、地球大気内で動作可能な基地局であり、飛行機、ドローン、および／もしくはバルーンのうちの１つ以上の上または中に装着されることを含む、項目２４から２６のいずれか一項に記載の多元接続基地局。
［項目２９］
複数の時間スロット、複数のキャリア周波数、複数の直交サブキャリア、および／または複数の符号系列にわたって分布する、前記多元接続基地局の容量を、前記地上モバイル局を含む前記複数の地上モバイル局に割り当てるための信号割り当て論理をさらに備える、項目２４から２８のいずれか一項に記載の多元接続基地局。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【手続補正書】
【提出日】2024-02-29
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
多元接続トランシーバであって、前記多元接続トランシーバと、第１の地上モバイル局を少なくとも含む複数の地上モバイル局との間の地球軌道－地上経路である部分を少なくとも有する通信経路に沿って通信するように構成され、
前記第１の地上モバイル局が第１の特定された周波数で信号を受信し、第２の特定された周波数で信号を伝送することを予想する、多元接続プロトコルに従って、前記多元接続トランシーバによって受信されたデータを解析する、データ解析器と、
前記複数の地上モバイル局の各地上モバイル局について、前記通信経路における第２の通信経路要素に対する前記通信経路における第１の通信経路要素の速度に起因するそのそれぞれのドップラー偏移を判定する、ドップラー偏移計算器と、
前記複数の地上モバイル局の各々を複数のチャネルブロック内のチャネルブロックに割り振るチャネル割り振りモジュールであって、各チャネルブロックが、地上周波数およびドップラー周波数オフセットを有する、チャネル割り振りモジュールと、
前記ドップラー周波数オフセットを用いて、前記地上周波数で前記第１の地上モバイル局への信号を変調する、信号変調器であって、前記ドップラー周波数オフセットが、前記第１の通信経路要素および記第２の通信経路要素の相対移動に起因して、前記第１の地上モバイル局に伝送される信号における予想されたドップラー偏移に少なくともほぼ対応し、そのため、前記第１の地上モバイル局が、前記地上周波数で前記信号を受信する、信号変調器と、
前記多元接続プロトコルを使用して前記第１の地上モバイル局からの通信を受信すること、および前記第１の地上モバイル局の前記ドップラー周波数オフセットを考慮に入れることができる、プログラム可能なラジオであって、そのため、前記通信は、前記第２の通信経路要素に対する前記第１の通信経路要素の速度が制限速度を超えていようとも、地上セルラ基地局と前記第１の地上モバイル局との間の通信と互換性があるか、または前記第１の地上モバイル局にはそのように見える、プログラム可能なラジオと、
を備える多元接続トランシーバ。
前記第１の地上モバイル局が第１の特定された周波数で信号を受信し、第２の特定された周波数で信号を伝送することを予想する、多元接続プロトコルに従って、前記多元接続トランシーバによって受信されたデータを解析する、データ解析器と、
前記複数の地上モバイル局の各地上モバイル局について、前記通信経路における第２の通信経路要素に対する前記通信経路における第１の通信経路要素の速度に起因するそのそれぞれのドップラー偏移を判定する、ドップラー偏移計算器と、
前記複数の地上モバイル局の各々を複数のチャネルブロック内のチャネルブロックに割り振るチャネル割り振りモジュールであって、各チャネルブロックが、地上周波数およびドップラー周波数オフセットを有する、チャネル割り振りモジュールと、
前記ドップラー周波数オフセットを用いて、前記地上周波数で前記第１の地上モバイル局への信号を変調する、信号変調器であって、前記ドップラー周波数オフセットが、前記第１の通信経路要素および記第２の通信経路要素の相対移動に起因して、前記第１の地上モバイル局に伝送される信号における予想されたドップラー偏移に少なくともほぼ対応し、そのため、前記第１の地上モバイル局が、前記地上周波数で前記信号を受信する、信号変調器と、
前記多元接続プロトコルを使用して前記第１の地上モバイル局からの通信を受信すること、および前記第１の地上モバイル局の前記ドップラー周波数オフセットを考慮に入れることができる、プログラム可能なラジオであって、そのため、前記通信は、前記第２の通信経路要素に対する前記第１の通信経路要素の速度が制限速度を超えていようとも、地上セルラ基地局と前記第１の地上モバイル局との間の通信と互換性があるか、または前記第１の地上モバイル局にはそのように見える、プログラム可能なラジオと、
を備える多元接続トランシーバ。
【請求項2】
前記第２の通信経路要素に対する前記第１の通信経路要素の前記速度は、前記第１の通信経路要素または前記第２の通信経路要素が地球の周りの軌道内にあるという結果であり、前記ドップラー周波数オフセットが、５キロヘルツの増分で変化する、請求項１に記載の多元接続トランシーバ。
【請求項3】
前記複数の地上モバイル局と通信するようにさらに適合されており、前記複数の地上モバイル局が、セルラ電話送受話器、スマートフォン、および／または接続されたデバイスを備える、請求項１または２に記載の多元接続トランシーバ。
【請求項4】
前記多元接続トランシーバが、地球の周りの軌道内で動作する軌道基地局である、請求項１から３のいずれか一項に記載の多元接続トランシーバ。
【請求項5】
前記多元接続トランシーバが、地球大気内で動作可能な基地局であり、飛行機、ドローン、および／またはバルーンのうちの１または複数の上または中に装着されることを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の多元接続トランシーバ。
【請求項6】
前記多元接続トランシーバは、１または複数のアンテナを使用して、地球の第１の表面上で動作する基地局であり、前記１または複数のアンテナは、地上で動作する地上モバイル局にサービスを提供するように方向付けられている、請求項１から３のいずれか一項に記載の多元接続トランシーバ。
【請求項7】
前記１または複数のアンテナは、地球の第２の表面上のアンテナを含む、かつ／または地球の周りの軌道におけるアンテナを含む、請求項６に記載の多元接続トランシーバ。
【請求項8】
複数の時間スロット、複数のキャリア周波数、複数の直交サブキャリア、および／または複数の符号系列にわたって分布する、前記多元接続トランシーバの容量を、前記第１の地上モバイル局を含む前記複数の地上モバイル局に割り当てるための信号割り当て論理をさらに備える、請求項１から７のいずれか一項に記載の多元接続トランシーバ。
【請求項9】
前記複数のチャネルブロックの各々が、アップリンクサブチャネルの第１の連続スペクトルおよびダウンリンクサブチャネルの第２の連続スペクトルを含むアップリンクサブチャネルおよびダウンリンクサブチャネルを有し、前記チャネルブロックは、隣接するチャネルブロックが隣接するドップラー周波数オフセットに割り振られるように割り振られる、請求項１から８のいずれか一項に記載の多元接続トランシーバ。
【請求項10】
地球の周りの軌道内で動作するように適合され、第１の地上モバイル局を含む地上モバイル局と通信するように構成される多元接続トランシーバであって、
フレーム構造に従って、前記多元接続トランシーバによって受信されたデータを解析するデータ解析器であって、前記フレーム構造は、どの時間スロットがどの地上モバイル局に割り当てられるかを定義する、データ解析器と、
各地上モバイル局について、前記多元接続トランシーバから前記地上モバイル局までの通信距離を判定するレンジ計算器と、
複数の地上モバイル局を複数のチャネルブロックに割り振るチャネル割り振りモジュールであって、各チャネルブロックが、地上周波数および軌道周波数オフセットを有する、チャネル割り振りモジュールと、
前記フレーム構造に対する伝送信号のタイミングを判定する信号タイミングモジュールと、
前記軌道周波数オフセットを用いて、前記第１の地上モバイル局への信号を前記地上周波数で変調する信号変調器であって、前記軌道周波数オフセットが、前記多元接続トランシーバおよび前記地上モバイル局の相対移動に起因して、前記地上モバイル局に伝送される信号における予想されたドップラー偏移に少なくともほぼ対応し、そのため、前記地上モバイル局が、前記地上周波数で前記信号を受信する、信号変調器と、
（１）前記多元接続トランシーバの位置、（２）前記フレーム構造に対する前記伝送信号の前記タイミング、および（３）前記軌道周波数オフセットまたは前記予想されたドップラー偏移から、前記第１の地上モバイル局の位置を判定する位置発見モジュールと、
を備える、多元接続トランシーバ。
フレーム構造に従って、前記多元接続トランシーバによって受信されたデータを解析するデータ解析器であって、前記フレーム構造は、どの時間スロットがどの地上モバイル局に割り当てられるかを定義する、データ解析器と、
各地上モバイル局について、前記多元接続トランシーバから前記地上モバイル局までの通信距離を判定するレンジ計算器と、
複数の地上モバイル局を複数のチャネルブロックに割り振るチャネル割り振りモジュールであって、各チャネルブロックが、地上周波数および軌道周波数オフセットを有する、チャネル割り振りモジュールと、
前記フレーム構造に対する伝送信号のタイミングを判定する信号タイミングモジュールと、
前記軌道周波数オフセットを用いて、前記第１の地上モバイル局への信号を前記地上周波数で変調する信号変調器であって、前記軌道周波数オフセットが、前記多元接続トランシーバおよび前記地上モバイル局の相対移動に起因して、前記地上モバイル局に伝送される信号における予想されたドップラー偏移に少なくともほぼ対応し、そのため、前記地上モバイル局が、前記地上周波数で前記信号を受信する、信号変調器と、
（１）前記多元接続トランシーバの位置、（２）前記フレーム構造に対する前記伝送信号の前記タイミング、および（３）前記軌道周波数オフセットまたは前記予想されたドップラー偏移から、前記第１の地上モバイル局の位置を判定する位置発見モジュールと、
を備える、多元接続トランシーバ。
【請求項11】
前記位置発見モジュールは、第２の多元接続トランシーバから取得された位置情報をさらに使用して、前記第１の地上モバイル局の前記位置を判定し、前記多元接続トランシーバを使用した位置発見は、前記第１の地上モバイル局の前記位置のグリッドセルのペアを判定し、前記第２の多元接続トランシーバから取得された前記位置情報は、前記グリッドセルのペアのうちどのグリッドセルが前記第１の地上モバイル局の前記位置に対応するかを判定する、請求項１０に記載の多元接続トランシーバ。
【請求項12】
前記フレーム構造は、前記多元接続トランシーバから前記第１の地上モバイル局までの第１の通信距離に起因する可変伝送遅延をもたらすゼロまたは非ゼロの時間スロット同期オフセットを各々が有する複数のスロットを含む、請求項１０または１１に記載の多元接続トランシーバ。
【請求項13】
前記フレーム構造内に聴取時間スロットを割り当てて、前記第１の地上モバイル局からの通信を聴取する、入力信号割り当て器をさらに備え、前記聴取時間スロットが、前記多元接続トランシーバと前記第１の地上モバイル局との間の前記通信距離に基づいてタイミングがはかられ、前記聴取時間スロットが、複数の時間スロットのうちの１つであり、前記複数の時間スロットが、前記多元接続トランシーバからの複数の通信距離を有する前記複数の地上モバイル局からの通信を取り扱う前記多元接続トランシーバを考慮するように、前記フレーム構造内で可変的に遅延される、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の多元接続トランシーバ。
【請求項14】
前記信号タイミングモジュールは、地球軌道からの地上ドップラー偏移に基づいて、前記伝送信号の周波数を調節するようにさらに適合され、前記地球軌道は、地球の周りの軌道である、請求項１０から１３のいずれか一項に記載の多元接続トランシーバ。
【請求項15】
複数の時間スロット、複数のキャリア周波数、複数の直交サブキャリア、および／または複数の符号系列にわたって分布する、前記多元接続トランシーバの容量を、前記第１の地上モバイル局を含む前記複数の地上モバイル局に割り当てるための信号割り当て論理をさらに備える、請求項１０から１４のいずれか一項に記載の多元接続トランシーバ。
【請求項16】
前記多元接続トランシーバは地球の周りの軌道内にあり、前記複数のチャネルブロックは、前記第１の地上モバイル局と前記多元接続トランシーバを保持する衛星の相対位置に基づいて割り当てられる、請求項１０から１５のいずれか一項に記載の多元接続トランシーバ。
【外国語明細書】