特許 7510574 ＧＳＭ電話と直接通信する衛星通信ＧＳＭソリューション

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-25

(45)【発行日】2024-07-03

(54)【発明の名称】ＧＳＭ電話と直接通信する衛星通信ＧＳＭソリューション

(51)【国際特許分類】

   H04B 7/185 20060101AFI20240626BHJP

   H04B 7/155 20060101ALI20240626BHJP

   H04W 84/06 20090101ALI20240626BHJP

   H04W 36/32 20090101ALI20240626BHJP

【ＦＩ】

H04B7/185

H04B7/155

H04W84/06

H04W36/32

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2023546564

(86)(22)【出願日】2022-02-07

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2024-03-05

(86)【国際出願番号】 US2022015502

(87)【国際公開番号】W WO2022170197

(87)【国際公開日】2022-08-11

【審査請求日】2023-10-02

(31)【優先権主張番号】63/146,322

(32)【優先日】2021-02-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/165,404

(32)【優先日】2021-03-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】517362118

【氏名又は名称】エーエスティー アンド サイエンス エルエルシー

【氏名又は名称原語表記】ＡＳＴ ＆ Ｓｃｉｅｎｃｅ， ＬＬＣ

【住所又は居所原語表記】１００ ＳＥ ２ｎｄ Ｓｔ，Ｓｕｉｔｅ ３５００ Ｍｉａｍｉ， Ｆｌｏｒｉｄａ ３３１３１， Ｕ．Ｓ．Ａ

(74)【代理人】

【識別番号】100102934

【弁理士】

【氏名又は名称】今井 彰

(72)【発明者】

【氏名】ユー ジー ジョン

(72)【発明者】

【氏名】ファウジ フェデリコ ペドロ

(72)【発明者】

【氏名】アヴェラン アーベル

【審査官】前田 典之

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２０／１９０５１７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０２２／０２４０１５１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第１１０３１９９９（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２９００１２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ ７／１８５

Ｈ０４Ｂ ７／１５５

Ｈ０４Ｗ ８４／０６

Ｈ０４Ｗ ３６／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のアクティブなユーザー機器（ＵＥ）が配置されている第１の複数のセルを含む第１の視野を有する第１の衛星と通信する移動体通信用世界的システム（ＧＳＭ）衛星通信システムであって、前記複数のアクティブなＵＥは前記第１の衛星と直接通信し、当該衛星通信システムは、
前記第１の複数のセルに直にサービスを提供する前記第１の衛星を介して前記複数のアクティブなＵＥと通信するように構成された、第１のフィーダーリンクおよび第１の追跡アンテナと、
前記複数のアクティブなＵＥと通信するように構成された第１の処理装置と、
前記第１の複数のセルの複数のビーム中心に対する遅延を正規化し、正規化された遅延を前記第１の処理装置に提供するように構成された第２の処理装置とを有し、前記第２の処理装置は、さらに、前記第１の複数のセルの前記複数のビーム中心に対してドップラー補償を実行し、補償された周波数を前記第１の処理装置に提供するように構成されており、
地上と、前記第１の衛星から前記第１の複数のセルのうち１つのセルへのビームとの間の仰角が、所定の閾値と同等またはそれ以上である場合、通常の３ＧＰＰタイミングアドバンスの範囲が用いられ、
前記仰角が前記閾値より小さい場合、拡大されたタイミングアドバンスが用いられる、ＧＳＭ衛星通信システム。

【請求項2】

請求項１において、
前記複数のビーム中心のうちの１つのビーム中心における前記ＵＥのタイミングアドバンスは、前記正規化された遅延を含むタイミングアドバンスの範囲の中間値を有する、ＧＳＭ衛星通信システム。

【請求項3】

請求項１において、
前記第１の処理装置は、ＧＳＭ無線基地局の処理装置であり、
前記第２の処理装置は、ＧＳＭフレーム構造に応じて前記第１の複数のセルのビーム中心における遅延を正規化するように構成されている、ＧＳＭ衛星通信システム。

【請求項4】

請求項１において、
前記第１の処理装置は、前記正規化された遅延に応じて、予想される受信のタイミングを調整し、タイマーを設定するように構成されている、ＧＳＭ衛星通信システム。

【請求項5】

請求項１において、
前記第１の衛星は、前記第１の複数のセルに対して複数のビームを形成するように構成された複数の位相アレイアンテナ素子を含む、ＧＳＭ衛星通信システム。

【請求項6】

請求項１において、
前記第１の衛星は、前記第１の衛星が前記第１の複数のセル上を通過するときに、前記第１の複数のセルを追跡するように構成されている、ＧＳＭ衛星通信システム。

【請求項7】

請求項１において、
前記閾値が４３．１８３度である、ＧＳＭ衛星通信システム。

【請求項8】

請求項１において、
前記第１の処理装置は、ＧＳＭ無線基地局の処理装置であり、
前記第１の処理装置はコアネットワークに接続されている、ＧＳＭ衛星通信システム。

【請求項9】

請求項１において、
前記第１の追跡アンテナは第１のゲートウェイサイトにあり、
当該ＧＳＭ衛星通信システムは、さらに
第２のゲートウェイサイトと、
前記第１および第２のゲートウェイサイト間のファイバーリンクとを有する、ＧＳＭ衛星通信システム。

【請求項10】

請求項１において、
前記第１の処理装置は、ＧＳＭ無線基地局の処理装置であり、
前記第１の衛星は、前記ＧＳＭ無線基地局および標準３ＧＰＰ準拠から変更されていない複数のＵＥに対してトランスパレントであり、前記第１の衛星は、前記ＧＳＭ無線基地局の変更された基地局用低ＰＨＹ（物理層）および変更されていない前記標準３ＧＰＰ準拠の複数のＵＥと通信するように構成されている、ＧＳＭ衛星通信システム。

【請求項11】

複数のアクティブなユーザー機器（ＵＥ）が配置されている第１の複数のセルを含む第１の視野を有する第１の衛星と通信する移動体通信用世界的システム（ＧＳＭ）衛星通信システムであって、前記複数のアクティブなＵＥは前記第１の衛星と直接通信し、当該衛星通信システムは、
前記第１の複数のセルに直にサービスを提供する前記第１の衛星を介して前記複数のアクティブなＵＥと通信するように構成された、第１のフィーダーリンクおよび第１の追跡アンテナと、
前記複数のアクティブなＵＥと通信するように構成された第１の処理装置と、
前記第１の複数のセルの複数のビーム中心に対する遅延を正規化し、正規化された遅延を前記第１の処理装置に提供するように構成された第２の処理装置とを有し、前記第２の処理装置は、さらに、前記第１の複数のセルの前記複数のビーム中心に対してドップラー補償を実行し、補償された周波数を前記第１の処理装置に提供するように構成されており、
前記第１の衛星は第１の沈みゆく衛星であり、
当該ＧＳＭ衛星通信システムは、第２の視野を有する第２の昇りゆく衛星と通信しており、前記第１の沈みゆく衛星と前記第２の昇りゆく衛星は、前記第１の視野が前記第２の視野と重なる重複する視野を有し、重複する複数のセルが前記重複する視野に位置し、
当該ＧＳＭ衛星通信システムは、さらに、
第２の複数のセルの複数のアクティブなＵＥに直接サービスを提供する前記第２の昇りゆく衛星と通信するように構成された、第２のフィーダーリンクおよび第２の追跡アンテナを有し、
前記第１の処理装置は、さらに、前記複数のアクティブなＵＥを制御して、前記第２の昇りゆく衛星と直接通信するように構成されている、ＧＳＭ衛星通信システム。

【請求項12】

請求項１１において、
前記第１の処理装置は、指示信号に応答してビームハンドオーバーを開始または終了するように構成されている、ＧＳＭ衛星通信システム。

【請求項13】

請求項１１において、
前記第１の視野内の前記複数のアクティブなＵＥは、複数の第１のサービスリンクビームを介して前記第１の沈みゆく衛星と直接通信し、
前記第２の視野内の前記複数のアクティブなＵＥは、複数の第２のサービスリンクビームを介して前記第２の昇りゆく衛星と直接通信する、ＧＳＭ衛星通信システム。

【請求項14】

請求項１３において、
前記第１の追跡アンテナは、第１のフィーダーリンクを介して前記第１の沈みゆく衛星と通信し、
前記第２の追跡アンテナは、第２のフィーダーリンクを介して前記第２の昇りゆく衛星と通信する、ＧＳＭ衛星通信システム。

【請求項15】

請求項１４において、
前記第１の処理装置は、さらに、前記第１の沈みゆく衛星との通信を停止するように前記アクティブなＵＥを制御するように構成されている、ＧＳＭ衛星通信システム。

【請求項16】

請求項１４において、
前記第１の追跡アンテナは、前記第１の沈みゆく衛星との通信を停止する、ＧＳＭ衛星通信システム。

【請求項17】

請求項１１において、
前記第１の処理装置は、
第１の基地局カラーコード（ＢＣＣ）を用いて、前記第１の沈みゆく衛星を介して、前記重複する視野内の前記アクティブなＵＥと通信し、
前記アクティブなＵＥが前記重複する視野内に入ると、第２のＢＣＣを用いて、前記第２の昇りゆく衛星を介して、前記重複する視野内の前記アクティブなＵＥと通信するように構成されている、ＧＳＭ衛星通信システム。

【請求項18】

請求項１において、
前記第１の処理装置は、
予想されている受信タイミングを前記正規化された遅延と一致するように調整し、
前記第２の処理装置、前記第１の追跡アンテナ、前記第１のフィーダーリンク、および前記第１の衛星を介して、前記複数のアクティブなＵＥと通信するように構成されている、ＧＳＭ衛星通信システム。

【発明の詳細な説明】

【関連出願との相互参照】

【0001】

本出願は、２０２１年２月５日に出願された米国仮出願第６３／１４６３２２号および２０２１年３月２４日に出願された米国仮出願第６３／１６５，４０４号に対する優先権を主張するものであり、両出願の内容は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

【背景】

【0002】

最初の世界的な電気通信の成功であるＧＳＭは、地球上でのフットプリント（通信エリア）が最も広く、その商業的成功の要因は、最も長い運用の歴史だけではなく、音声通話の需要を満たす最も安価な携帯電話、さらにはよく知られているＳＭＳである。その主要な更新であるＧＰＲＳとＥＧＰＲＳはまた、モバイルインターネットを開始し、３Ｇ、４Ｇおよび５Ｇへの道を開いた。

【0003】

通信市場は５Ｇへとさらに移行しているが、世界のほとんどの地域ではＧＳＭがまだ存在している。世界にはまだ携帯電話を所有したことのない人々が１０億人以上おり、彼らにとってＧＳＭサービスを受けることは生活や仕事にとって大きな改善となる。ＧＳＭは、多くの後発開発途上国（国連ではＬＤＣと呼ばれている）でも必要とされている。彼らにとって、ＧＳＭが繋がることは多大なチャンスをもたらす。それは新たな経済成長を飛躍させ、多くの人々がより良い幸せな生活を送れるようになるだろう。

【0004】

しかしながら、ＬＤＣでのＧＳＭ地上波ネットワーク構築は、通信用に固定された回線インフラから始める必要があるため、そう簡単ではない。電気がなく、太陽光発電が始まったばかりの場所もある。大半の人々は固定回線による通信システムを全く利用できず、電力供給も１００％ではない。また、ケーブル、機器、まばらに存在している資産を安全に維持することに問題を抱えているところも多い。

【0005】

ＧＳＭハンドセットやＧＳＭ電話のような標準的なＧＳＭユーザー機器（ＵＥ）は、通常は３５ｋｍまで、拡張ＴＡ（Ｔｉｍｉｎｇ Ａｄｖａｎｃｅ、タイミングアドバンス）機能では１２０ｋｍという近い距離にある地上ベースのセルタワー（通信塔）を有するＧＳＭ基地局（ＢＴＳ）と通信する。しかしながら、衛星との通信が行われない、というのは、例えば、基地局－衛星－ＵＥ間の距離による遅延や、７ｋｍ／ｓｅｃ～８ｋｍ／ｓｅｃの速度で飛行する衛星が引き起こすドップラー効果などの問題がり、さらに、衛星が通信しているＵＥの上空を飛行することによる遅延やドップラー効果の動的な変化という問題があり、これはＵＥが地上にある場合も、飛行中の航空機にある場合も同様である。

【0006】

電力網や地上の通信インフラに頼ることなく、太陽光発電で充電可能なＧＳＭ端末と直接通話する衛星通信ＧＳＭシステムが必要とされている。これを実現するためには、ＢＴＳのＳＷ（ソフトウェア）の変更、遅延の正規化、ドップラー補償が必要であり、本申請で開示されている。

【概要】

【0007】

本開示の出願では、ゲートウェイサイトに格納されたＧＳＭ基地局である無線基地局（ＢＴＳ）の革新的な変更と、新しい衛星ＲＡＮ衛星ビームハンドオーバー機構とにより、十分な大きさの位相アレイを持つ衛星コンステレーションにより、国や地域全体の主電源や地上レベルの通信インフラに依存することなく、太陽光発電で充電可能なＧＳＭ携帯端末と直接通話することを可能とする。本開示のＢＴＳ／コアネットワーク（ＣＮ）衛星通信ＧＳＭは、音声およびデータ通話のために、市販の未変更ＧＳＭの複数のＵＥと直接通話することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

添付の図面は、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する。図面は、本開示のいくつかの実施例のみを示しており、図に具体的に図示されていない他の実施例または様々な実施例の組み合わせは、依然として本開示の範囲内に含まれ得ることを理解されたい。次に、実施例について、図面を用いてさらに詳細に説明する。

【0009】

【図1A】図１Ａは、衛星の視野（ＦＯＶ）と遅延との問題における等遅延線（iso-delay）の概要を示す。

【0010】

【図1B】図１Ｂは、遅延正規化後の衛星のＦＯＶにおける中心ビームの遅延差を示す。

【0011】

【図1C】図１Ｃは、遅延正規化後の衛星のＦＯＶの右端におけるビームの遅延差を示す。

【0012】

【図2A】図２Ａは、ドップラー問題を示す。

【0013】

【図2B】図２Ｂは、ＦｏＶ（Ｆｉｅｌｄ ｏｆ Ｖｉｅｗ、視野）の中心にあるセルにおけるドップラー補償結果を示す。

【0014】

【図2C】図２Ｃは、ＦｏＶの端のセルにおけるドップラー補償結果を示す。

【0015】

【図3】図３は、ビームハンドオーバーが起こる場合のＬＥＯ衛星通信の視野（ＦｏＶ）とオーバーラップ（重複する）状況を示す。

【0016】

【図4】図４Ａ、４Ｂ、４Ｃは、ゲートウェイの相互接続リンクを示すブロック図。

【0017】

【図5】図５は、大型位相アレイアンテナの一例を示す。

【0018】

【図6】図６は、ビームハンドオーバープロセスの一例を示す。

【詳細な説明】

【0019】

米国特許出願番号１７／５８３，９９２は、衛星無線アクセスネットワーク（衛星ＲＡＮ）におけるビームおよびゲートウェイのシームレスなハンドオーバーを開示しており、その内容は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

【0020】

衛星通信ＧＳＭは、標準的なＧＳＭ電話のユーザー機器（ＵＥ）で動作することを目的としているため、ＧＳＭ３ＧＰＰ仕様に基づいている。ＧＳＭの詳細は３ＧＰＰ（登録商標）仕様に記載されている。ＧＳＭのフレーム構造は、全ての商用ＧＳＭ携帯電話が衛星通信ＧＳＭで動作することが順守されている。以下は、衛星通信ＧＳＭを可能にするＧＳＭＢＴＳの主な革新的変更点である。説明の効率化のため、本文では地上ネットワーク（ＴＮ）ＧＳＭシステムの詳細な記載は避け、変更点に焦点を当てる。ここでは、携帯加入者（Ｍｏｂｉｌｅ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ、ＭＳ）はユーザー機器（ＵＥ）に相当する。

【0021】

ＧＳＭフレーム構造は、ＧＳＭ０５．０１，Ｄｉｇｉｔａｌ ｃｅｌｌｕｌａｒ ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｓｙｓｔｅｍ（Ｐｈａｓｅ２＋）；Ｐｈｙｓｉｃａｌ ｌａｙｅｒ ｏｎ ｔｈｅ ｒａｄｉｏ ｐａｔｈ；Ｇｅｎｅｒａｌ ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ（ＧＳＭ０５．０１）（ｅｔｓｉ．ｏｒｇ），ＧＳＭ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ，Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｖｅｒｓｉｏｎ５．０．０，Ｍａｙ１９９６（以下、「ＧＳＭ仕様」）に示されており、その全内容は参照により本明細書に組み込まれる。ＧＳＭ仕様の図１には、ダウンリンク（ＤＬ）とアップリンク（ＵＬ）の両方のフレーム構造が記述されており、３タイムスロットのオフセットのレベルでは同じである。衛星ＧＳＭの変更は、ＵＬのＲｘタイミングに対するＢＴＳのソフトウェアについてであり、ＧＳＭ携帯端末およびＢＴＳのＤＬに変更を加えることなく、変更されていないＧＳＭのＵＥの予想（期待値）に合致するＤＬ構造を実現する。ＢＴＳのＲｘタイミングは、ＵＬが３タイムスロットでなくなるため変更が必要であり、衛星中継が関わる場合、ラウンドトリップタイム（ＲＴＴ）は数１０ミリ秒になる可能性がある。

【0022】

ＧＳＭ仕様の図１に示されるようなＧＳＭ仕様によると、本開示は、ＢＴＳ１２（例えば１２Ａ、１２Ｂ）およびチャネルルーティングおよび補償装置（チャネル経路制御および補償装置、チャネルルーティングアンドコンペンセイションデバイス）１０を示し、これらの装置は、衛星通信ネットワークシステムと協働するとき、ＧＳＭ電話機に変更を加えることなく、ＧＳＭ電話機をサットホン（すなわち、衛星電話機）に変えることができる。すなわち、本開示のＢＴＳ１２およびチャネルルーティングおよび補償装置１０により、通常のＧＳＭ電話機であるＵＥ３０は、地上のセルタワーを介さず、通常のＧＳＭ電話機に変更を加えることなく、ビーム（１６、１７など）を介して衛星（２０Ａ、２０Ｂなど）と直接通信（直に通信）することができ、通常のＧＳＭ電話機であるＵＥ３０は、衛星２０およびチャネルルーティングおよび補償装置１０を介して、ＢＴＳ１２と通信することができる。以下に、衛星を最大限に活用するメカニズムを説明する。

【0023】

例示的な実施形態では、例えば、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第１１１５９２２８号および第１０９７９１３３号に示されるように、地上に固定されたセルに３ＧＰＰ無線アクセスネットワーク（ＲＡＮ）サービスを提供するために、電子的にステアリング（操舵）可能な数１００のビームを送出するための大型フェーズアレイを使用することができる。遅延の正規化も適用可能である。ドップラー補償も適用可能である。衛星ＧＷ（ゲートウェイ）サイトのＢＴＳファームとの衛星ビームハンドオーバーを有効にすることも可能である。

【0024】

なお、航空機に搭載された通常の電話機も、衛星によって追跡され、サービスを受けることができる。衛星ＲＡＮシステムにとっては、それはセルが移動する構成にすぎず、地上のセルが配置されているのと同じように簡単にサービスを受けることができる。地上セルは、陸と海とを含む地表に固定されたものであってもよい。

【0025】

時間フレームの構造を図式化したものが、ＧＳＭ仕様の図１に示されている。図示の通り、１つのハイパーフレームは２０４８個のスーパーフレームを持ち、１つのハイパーフレームは２７１５６４８個のＴＤＭＡフレームを含む。ハイパーフレームは構造の中で最も再帰時間（繰り返し時間）の長い期間であり、継続する時間は３時間２８分５３秒７６０ミリ秒（または１２，５３３．７６秒）である。ＴＤＭＡフレームには、このハイパーフレームをモジュロした番号（法とした番号、ＴＤＭＡフレーム番号、または０～２７１５６４７のＦＮ）が付けられ、この長い期間は、ＧＳＭ０３．２０で定義されている暗号化のメカニズムをサポートするために必要である。

【0026】

１つのハイパーフレームは２０４８個のスーパーフレームに分割または対応し、１つのスーパーフレームは６．１２秒の持続時間を持ち、１３２６個のＴＤＭＡフレーム（時間分解多重アクセスフレーム）を持つ。スーパーフレームは時間フレーム構造の最小公倍数である。スーパーフレームはそれ自体マルチフレームに細分化され、システムには２種類のマルチフレームが存在する。１つのスーパーフレームは、２６フレームを５１個含むマルチフレームと、５１フレームを２６個含むマルチフレームを持つか、またはそれに対応する。２６フレームのマルチフレームは１２０ｍｓの持続時間を有し、２６個のＴＤＭＡフレームから構成される。２６フレームのマルチフレームは、ＴＣＨ（Ｔｒａｆｆｉｃ Ｃｈａｎｎｅｌ、通信用チャネル）、およびＳＡＣＣＨ／Ｔ（Ｓｌｏｗ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ Ｃｏｎｇｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌ／Ｔ、低速付随制御チャネル）とＦＡＣＣＨ（Ｆａｓｔ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ Ｃｏｎｇｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌ、高速付随制御チャネル）を伝送するために使用される。５１フレームのマルチフレームは、約２３５．４ｍｓ（３０６０／１３ｍｓ）の持続時間を持ち、５１個のＴＤＭＡフレームで構成される。５１フレームのマルチフレームは、ＢＣＣＨ（Ｂｒｏａｄｃａｓｔ Ｃｏｎｇｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌ、報知チャネル）、ＣＣＣＨ（（Ｃｏｍｍｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌ、共通制御チャネル（ＮＣＨ（Ｎｏｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｃｈａｎｎｅｌ、連絡チャネル）、ＡＧＣＨ（Ａｃｃｅｓｓ Ｇｒａｎｔ Ｃｈａｎｎｅｌ（アクセス承認チャネル））、ＰＣＨ（Ｐａｇｉｎｇ Ｃｈａｎｅｒｌ（ページングチャネル））、ＲＡＣＨ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｈａｎｎｅｌ（ランダムアクセスチャネル）））、ＳＤＣＣＨ（（Ｓｌｏｗ Ｄｅｄｉｃａｔｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｎｅｒｌ、低速個別制御チャネル）およびＳＡＣＣＨ／Ｃ）の伝送に使用される。１つのＴＤＭＡフレームは約４．６２ｍｓの持続時間を持ち、８つのタイムスロットから構成される。１つのＴＤＭＡフレームは８つのタイムスロット（１２０／２６または４．６１５ｍｓ）を持ち、１つのタイムスロットは１５６．２５ビット持続時間（１５／２６または０．５７７ｍｓ）を持ち、１ビットの持続時間は４８／１３または３．６９μｓである。

【0027】

フィーダーリンクおよびサービスリンクのＲＴＴ（Ｒｏｕｎｄ Ｔｒｉｐ Ｔｉｍｅ、往復時間、往復遅延時間）は、変動が多く、最も長いもの、例えば４０ｍｓに補償することができ、その後、ＧＳＭフレーム長については、近いもの、９ＴＤＭＡフレーム、または７２タイムスロットであり、約ＲＴＴが４１．５ｍｓのものに補償することができ、それは例えば、ルーティングおよび補償装置１０（図３）により提供できる。したがって、ＧＷ（デートウェイ、例えば、ＧＷアンテナ、またはＧＷアンテナを含む）および衛星がサービスを提供する全てのセルはＲＴＴ４１．５ｍｓを有し、衛星ＧＳＭシステムで機能するための簡易なＢＴＳの変更のベースラインとなる。ＲＦパス長やＴＡ範囲に応じて他のＲＴＴ値を使用することもでき、同じか類似のコンセプトが適用される。

【0028】

衛星（例えば、図３の２０Ａ、２０Ｂ）は、レイヤー０（ＲＦ、最下層の物理レイヤー）のリレーの役割を果たし、ゲートウェイサイト３１のＢＴＳ（図３の１２Ａ、１２Ｂなど）からＤＬ信号をフィーダーリンク（例えば、Ｑバンド）で取り込み、ローカルに指定されたライセンスバンドでＧＳＭサービスリンクによって地上のセルにビーミングダウンする（ビームを送る）。その後、ＧＳＭ電話のＵＬ信号がピックアップされ、衛星によってゲートウェイのＢＴＳに送信される。ランダムアクセスチャネル（ＲＡＣＨ）の応答タイマーは１５秒（３ＧＰＰのＴＳ４４．１８）であり、ＲＴＴ４１．５ｍｓというＲＦパス遅延が長くても問題ない。ＢＴＳの変更点は、主に送受信タイミングを長いＲＦ遅延状況に適合させること、またはそれを含むものである。ＢＴＳの主な変更点は、ＵＬ受信時間遅延に関するパラメータを、一般的には、タイムスロット単位で構成可能（再構成可能）にすること、またはそれを含むものである。通常のＢＴＳは定数が３タイムスロットに固定されており、本開示により、ＢＴＳソフトウェアに対し非常に簡単な変更をするだけで、旧来のＵＥを、開示された衛星ＲＡＮの設計で動作させることができる。例えば、ＢＴＳ（またはＢＴＳの１つ以上の処理装置）は、予想されている（予定されている、期待される）受信タイミングを調整し、正規化された遅延にしたがってタイマーを設定するように構成することができる。

【0029】

遅延の正規化（ノーマライゼーション、ノーマライズ）は、システム内で最も長い遅延パスに信号処理の時間を加えたもので、ＬＥＯ衛星の場合、ＤＬとＵＬとで２０ミリ秒になってもよい。そのため、ＢＴＳソフトウェアの修正に必要な好適な例としての数は、ＧＳＭ仕様の図１に示されているように、９つのＧＳＭのＴＤＭＡフレームである７２のＧＳＭタイムスロットである。ＧＳＭのＵＥには、ＴＲｘは地上ネットワーク（ＴＮ）と全く同じフレーム構造に見え、同様の動作に見えるため、旧来のＵＥは電話機に変更を加えることなく、サットホン（すなわち衛星電話）に成り代わることができる。

【0030】

ＧＰＲＳ（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｐａｃｋｅｔ Ｒａｄｉｏ Ｓｅｒｖｅｉｃｅ、汎用パケット無線サービス）のＲＬＣレイヤー（Ｒａｄｉｏ Ｌｉｎｋ Ｃｏｎｇｒｏｌ、無線リンクコントロール層）のＨＡＲＱ（Ｈｙｂｒｉｄ ＡＲＱ、自動再送要求）は、パケットデータ通話において４０ｍｓを変更なしで許容する。ＧＰＲＳのＵＳＦ（Ｕｓｅｒ Ｓｔａｔｅ Ｆｌａｇ、ユーザー状態フラグ）はデコードに１～４バーストかかり、ＢＴＳは次のフレームでＵＥ（Ｕｓｅｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ、ユーザー機器））のＵＬを予定し、それは４．６１５ｍｓのみであり、ＵＥのＴｘがＢＴＳのＰＣＵ（Ｐａｃｋｅｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ、パケットコントロールユニット）に到達するまでに２０ｍｓかかるため、ＢＴＳ側で修正が必要である。ＮＡＳ（Ｎｏｎ－Ａｃｃｅｓｓ Ｓｔｒａｔｕｍ）タイマーは通常１５秒の倍数で使われるため、４０ｍｓ程度の長いＲＴＴでも問題はない。

【0031】

図１Ａから図１Ｃは、遅延の問題と遅延の正規化（ノーマライズ）を示している。ＢＴＳの修正を簡略化するために、最小の遅延は、ＢＴＳからセル中心までの最長のＲＦパスに正規化される。図１Ａは、衛星視野（ＦＯＶ）における等遅延コンター（等遅延線）を示し、図１Ｂは、遅延正規化後の衛星ＦＯＶにおける中心ビームに対する差分遅延を示し、図１Ｃは、遅延正規化後の衛星ＦＯＶの右端のビームに対する差分遅延を示す。

【0032】

図１Ａは、衛星ＦＯＶ２１１、衛星軌道経路２１２、および衛星から送出され、４５ｋｍの直径を有するビーム２１３、２１４、２１５を示し、ＦＯＶが数千ｋｍ（緯度および経度で示す）の寸法を有するため、衛星からのＲＦ信号の遅延量は、異なる遅延時間となる。等遅延線２１６は、遅延が同じである線を示している。等遅延線２１６の曲線上に重ねた数字は、ｍｓ（すなわち、ミリ秒）の単位で遅延量を示す。例えば、等遅延線２１６の値は３ｍｓ、４ｍｓ、５ｍｓであり、これは３ＧＰＰのＧＳＭ仕様で許容されるＲＦ遅延の範囲外であり、このような場合、ＧＳＭ電話が３ＧＰＰ仕様に準拠した標準のＢＴＳと通話できない。さらに、他の課題もある。図１Ａは、ＧＳＭが直面している問題を次のように示している。
・ＲＦ遅延が３ＧＰＰ仕様で定義された範囲（標準は３５ｋｍ、拡張された場合は１２０ｋｍ）より長い。
・ＲＦ遅延が許容範囲より長く、ビームによって変化する。
・ＲＦ遅延の合計には、フィーダーリンクの遅延もカウントする必要がある。フィーダーリンクはＧＷＳとＬＥＯ衛星間のリンクであるため、３ＧＰＰの仕様から大きく外れるだけでなく、衛星の位置によっても変化する。

【0033】

課題を解決するためには、２つのステップまたはプロセスを実行することが必要であり、これには、遅延を正規化して一定の遅延にするステップ１、および一定の遅延に適応するようにＢＴＳソフトウェア（ＳＷ）またはプログラム命令を修正するステップ２が含まれる。ＢＴＳは、ＢＴＳのための機能または処理を実行するように構成された１つまたは複数の処理装置を含むことができ、例えば、ＢＴＳソフトウェア（ＳＷ）またはプログラム命令を変更することにより一定の遅延に適応する機能または処理を実行するようにすることができる。修正されたＢＴＳソフトウェア（ＳＷ）またはプログラム命令は、例えば、ＢＴＳの記憶装置に格納されてもよい。

【0034】

ルーティングおよび補償装置（ルーティングアンドコンペンセイションデバイス、経路制御および補償を行う装置）１０（図３）は、ビーム２１３、２１４および２１５（例えば、ビーム２１３、２１４および２１５のビーム中心）の様々なＲＦ遅延に様々な人工的な遅延を付加して、ビーム中心において一定の遅延を達成することができる（遅延を一定にすることができる）。例えば、０ｍｓ、１ｍｓ、２ｍｓの人工的な遅延を、それぞれ５ｍｓ、４ｍｓ、３ｍｓの遅延を有する３つの等遅延線２１６におけるビーム中心に加えることができ、それにより、３つの等遅延線２１６におけるビーム中心の遅延を同じ値である５ｍｓにすることができる。ＦＯＶ内の全てのセルについて時間遅延を正規化することにより、遅延の変動範囲を３ＧＰＰ仕様の許容遅延範囲内にすることができ、ＢＴＳのＳＷの簡易な変更で、長いＲＴＴの問題に対処することが可能になる。

【0035】

図１Ｂは、中心ビームに対するステップ１の効果を示す図である。図１Ｂは、ＦＯＶ２１１の中央ビーム２１３に対し遅延の差分が等しい線２１７を示している。遅延時間の正規化は全てのセル中心に対して行われるため、全てのセルに対して残される遅延はセル内の任意の点からセル中心までの相対的な遅延であり、中央ビーム２１３に対する遅延の差分が等しい線（等差分遅延線）２１７に示されるように１マイクロ秒未満である。図１Ｃは、ＦＯＶ２１１の右端にあるビーム２１４に対し遅延の差分が等しい線（等差分遅延線）２１８を示している。２１７、２１８で示す差分遅延は、遅延時間の範囲に関していずれも３ＧＰＰ仕様の範囲内であり、これはＢＴＳとＵＥとの両方で３ＧＰＰ仕様を適用するための基本条件である。このようにすることの重要なポイントは、ＢＴＳのＳＷを変更することによって、ＢＴＳを変更するだけで通常のＧＳＭ電話で動作することを可能にし、通常のＧＳＭ電話に変更を加えることなく、通常のＧＳＭ電話を衛星電話に変えることである。特定の例では、ＢＴＳのＳＷは、正規化された遅延と一致するように、または互換性があるように変更することができる。

【0036】

変動する遅延を一定の値にする（定数化する）ことで、変更を大幅に簡素化することができ、さらに重要なことは、これによりＢＴＳとＵＥとの両方で衛星を透過的に（意識せずに）利用できるようになることである。たとえば、ＢＴＳとＵＥとの両方が衛星にトランスペアレントである（衛星を意識せずに利用できる）場合、ＢＴＳとＵＥとが、どの衛星とゲートウェイ（たとえば、ゲートウェイアンテナ）とに接続するかを知る必要はない。いくつかの例では、ＢＴＳおよびＵＥは、衛星およびゲートウェイのアンテナが関連していることすら知る必要がないという効果がある。いくつかの例では、タイミングアドバンスは、セルの様々な位置にいるＵＥに対処するための標準的なメカニズムであり、最大７０マイクロ秒までの遅延変動に対応できればよい。

【0037】

遅延は、例えば、衛星のエフェメリス（衛星歴）、ＧＷまたはＧＷＳ（ゲートウェイ局）の位置および地球の回転、および／またはセルの位置の関数となり得、また、人工的な遅延は、ルーティングおよび補償装置１０（図３）内の処理装置によって、遅延正規化のために導入または追加されることができ、例えば、ＦＰＧＡまたはＡＳＩＣ信号処理装置であってもよく、それは衛星ネットワーク（ＮＷ）制御システムから（または衛星ＮＷ制御システムの監督下にある）指示信号を受信し、指示信号に応答して遅延正規化を実行することができ、正規化された遅延がＢＴＳ（図３の１２Ａ、１２Ｂなど）に対して一定に見えるようにすることができる。

【0038】

ルーティングおよび補償装置１０は、例えば、２つのアンテナ１４Ａおよび１４Ｂ並びにＢＴＳ（１２Ａおよび１２Ｂなど）に対して正しいチャネル信号を提供し、ルーティング（経路制御）を実行するように構成されたルーティング装置、および／または、各ビーム中心に対する遅延を正規化し、各ビーム中心に対するドップラー効果を動的に補償し、正規化された遅延および補償された周波数をそれぞれのＢＴＳに提供する１つ以上の補償装置を含んでもよい。１つまたは複数の補償装置は、例えば、１つまたは複数の処理装置を含んでもよい。

【0039】

ＵＥ（またはＭＳ）ごとに遅延は異なるが、セルの中心に対して中心から外れた場所でのこのようなばらつきは小さいものである（例えば、より小さい（２３ｋｍ）地上のセルでローミングする程度であり、３ＧＰＰ仕様で定義された動作範囲内である）。

【0040】

図２Ａは、衛星ＲＡＮのもう１つの課題である、ドップラー効果が３ＧＰＰ指定の制限を大幅に超えることを示している。図２Ａは、ＬＥＯ衛星が７．５ｋｍ／ｓの速度で周回することの結果としてのドップラー問題を示している。等ドップラー線（等ドップラー曲線、ドップラーが等しいところを結ぶ線）３１６は、ドップラー効果によって同じ周波数オフセット（周波数偏移）が発生する線であり、線上に数字で示されている。この周波数オフセットは、仕様で許容される範囲を遥かに超えているため、ＵＥが処理するには大きすぎ、フィーダーリンク上ではさらにドップラーシフトが発生する。等ドップラー線３１６の周波数オフセットは、サービスリンク上のドップラー効果のみであり、等ドップラー線３１６の等ドップラーの値は１２０００Ｈｚ以上になるが、３ＧＰＰが想定するドップラーシフトは数１００Ｈｚである。衛星ＲＡＮのドップラー補償メカニズムは、周波数オフセット（例えば、セル中心への）でビームを補償し、ドップラー効果を３ＧＰＰの許容範囲内に収めるようにすることである。

【0041】

図２Ｂは、ＦｏＶ２１１の中心にある中心ビーム２１３のセルのドップラーを補償した結果の図であり、ＵＥが動作可能な解決策の例を示している。等差分ドップラー線（ドップラーの差分が等しい部分を示す曲線、等差分ドップラー曲線）３１７の差分ドップラーは、７００Ｈｚ未満の値を示す。差分ドップラー（例えば、等差分ドップラー曲線３１７の差分ドップラー）は、ビーム中心（またはセル中心）においてドップラーを補償した後の残留ドップラーの周波数オフセットであり、０Ｈｚが示される。ドップラー補償において、ビーム中心（またはセル中心）のドップラーオフセットは０となる。各ビーム中心から離れると、残りのドップラーオフセット（またはビーム中心に対する差分ドップラー）は大きくなり、多くの場合、ＵＥがビーム端またはセル端に移動するにつれて大きくなるが、ドップラー補償後のドップラーオフセットは、３ＧＰＰが想定するドップラー範囲を超えることはない。このアプローチにより、衛星ＲＡＮのユースケースは、３ＧＰＰ仕様に戻り、衛星ＧＳＭが通常の複数のＧＳＭＵＥと直接通信できる。

【0042】

図２Ｃは、ＦｏＶ２１１の端におけるセル２１４のドップラー補償結果の図であり、残留するドップラー効果は、ＧＳＭ仕様で定義されたＧＳＭＵＥの能力の範囲内である。等差分ドップラー線３１８の差分ドップラーは４００Ｈｚ未満の値を有し、したがって、セル２１４内のＧＳＭＵＥは３ＧＰＰ仕様によってそれを扱うことができる。

【0043】

ＦＰＧＡまたはＡＳＩＣ信号処理装置などの、ルーティングおよび補償装置（経路制御および補償装置）１０の１つまたは複数の処理装置によって、ドップラー補償を実行することができる。いくつかの例では、ルーティングおよび補償装置１０の１つまたは複数の処理装置により、衛星エフェメリスおよびＧＷＳ３１のゲートウェイアンテナの緯度－経度－高度（すなわち、緯－経－高）およびセル位置に応じて、ドップラー事前補償がＤＬで実行され、事後補償がＵＬで実行される。事前補償とは、ドップラー効果が発生する前に逆の周波数オフセットを加える処理であり、事後補償とは、ドップラー効果が発生した後に逆の周波数オフセットを加える処理である。

【0044】

ドップラー効果は、速度、方向角（方位角）の変化、および／または相対位置に関係する。そのため、衛星経路（またはＵＥ上を通過する期間）において、ドップラー効果は自然に異なることがある。ドップラー補償（事前補償、事後補償など）は、衛星が通過中のドップラー変動を動的に補償することができる。

【0045】

いくつかの例では、ハンドオーバー中の突然のドップラーシフトは、ルーティングおよび補償装置１０の１つまたは複数の処理装置によってＧＳＭ仕様内に収まるように補償することができ、衛星が通過する前に、補償の詳細を事前にアレンジまたは事前に構成しておくことができる。

【0046】

事前補償はビーム間で行われ、ビームの中心座標（緯度経度）に基づいている。ＵＥ位置に基づく小さな残留ドップラーは、ＧＳＭ仕様の範囲内である。

【0047】

衛星モビリティを可能にするために、本開示は、衛星通信システムにおいてＢＨＯを実行する方法を提供する。図３は、ＬＥＯ衛星通信のＦｏＶおよびビームハンドオーバー（ＢＨＯ）が起こる重複する状況を示す。図３は、本開示の一実施形態によるゲートウェイサイト（ＧＷＳ）３１を示す。ゲートウェイサイト（ＧＷＳ）３１は、ルーティングおよび補償装置１０、指向性ゲートウェイアンテナ１４Ａおよび１４Ｂ、並びに複数のＢＴＳ（無線基地局、例えば、ｅＮｏｄｅＢまたは処理装置）１２Ａおよび１２Ｂを含む。ＧＷＳ３１は、沈みゆく（下降する）衛星２０Ａおよび昇りゆく（上昇する）衛星２０Ｂを介してユーザー機器（ＵＥ）３０と通信する。衛星２０Ａ、２０Ｂは、それぞれの沈みゆく衛星のＴＲｘビーム（無線ビーム、トランシーバービーム）１６および昇りゆく衛星のＴＲｘビーム１７を介して複数のＵＥ（例えば３０）と通信する。これらのＵＥはアイドル状態であってもよく、それらのアイドルＵＥは、セルをモニタし、必要なとき（例えば、ページングのため）にセルの再選択およびトラッキングエリアの更新を実行するだけでよく、ビームまたは衛星ハンドオーバー（ＢＨＯ）においてＢＴＳがそれらの面倒を見る必要はない。ＢＨＯでは、アクティブなＵＥのみが対象となる。アクティブＵＥは、通話中のＵＥであるか、通話中のＵＥを含み、下降中の衛星ビームから上昇中の衛星ビームに移動（移行）するためにＢＴＳ専用の制御が必要である。ルーティングおよび補償装置１０は、アンテナ１４Ａおよび１４Ｂを介し、それぞれのアウトバンドビーム１４、１５を介して衛星２０Ａ、２０Ｂと通信する。

【0048】

衛星２０Ａ、２０Ｂは、ＲＡＮ（無線アクセスネットワーク）信号のＦｏＶ５０Ａ、５０Ｂを地表にそれぞれ有する。沈みゆく衛星２０Ａは、沈みゆく衛星のＦｏＶ（セッティングＦｏＶ、沈みゆくＦｏＶ、下降中のＦｏＶ）５０Ａを有し、このＦｏＶ５０Ａ内の複数のセル５１内の複数のＵＥに直接（例えば、地上のセルタワーなしで、さらに、通常の複数のＧＳＭＵＥまたはＧＳＭ電話に変更を加えることなく）、ＤＬおよびＵＬ上の稼働中の（サービス中の、サービング）ビームで通信することができる。昇りゆく衛星２０Ｂは、昇りゆく衛星のＦｏＶ（ライジングＦｏＶ、昇りゆくＦｏＶ、上昇中のＦｏＶ）５０Ｂを有し、ＤＬおよびＵＬのサービングビームにより、ＦｏＶ５０Ｂ内の複数のセル５２内の複数のＵＥと（例えば、地上のセルタワーなしで、通常の複数のＧＳＭＵＥまたはＧＳＭ電話機に対していかなる変更もなしに）直接通信することができる。下降中および上昇中のＦＯＶ５０Ａおよび５０Ｂは、重複領域（重複する領域）５０ＡＢにおいて重複する（または少なくとも部分的に重複する）。沈みゆく衛星２０Ａは、下降中、すなわち、地上局アンテナ１４Ａによる現在のフットプリント５０Ａから離れ、昇りゆく衛星２０Ｂは、上昇し、地上局アンテナ１４Ｂによるフットプリント５０Ｂにサービスを提供する。一実施形態においては、ＢＨＯは、重複するＦＯＶ領域５０ＡＢの内側に位置する複数のセル５１ｈに対して発生する。

【0049】

衛星２０Ａ、２０Ｂは、ゲートウェイアンテナ１４Ａ、１４Ｂを介して、ルーティングおよび補償装置１０にリンクしている。ＢＴＳ１２Ａ、１２Ｂの処理装置は、ＧＳＭ制御チャネル上で、衛星２０Ａ、２０Ｂを介して複数のＵＥとの通信を制御する（ＧＳＭ仕様書の図１を参照）。衛星通信システム５は、地上局またはＧＷＳ３１を含み、ＧＷＳ３１は、アンテナ１４Ａ、１４Ｂを介して２つの衛星２０Ａ、２０Ｂと通信するファーム（ｅＮｏｄｅＢまたはＢＴＳファームなど）３およびルーティングおよび補償装置１０を含む。衛星が重複する領域５０ＡＢ内のビームＨＯセル５１ｈ内に複数のＵＥ３０が存在してもよい（ここでは、重複する地上の複数のセルを５１ｈとラベル付けし、重複しない複数のセルを５１、５２とラベル付けする。衛星が経路または軌道２２に沿って地球の周りを周回するにつれて、セル５１は５２に変更されることになる）。複数のＵＥ３０がビームＨＯセル５１ｈ内にある場合、それらのＵＥ３０は、より具体的には「複数のＵＥ３０ｈ」として参照される。

【0050】

第１の衛星２０Ａは、下降し、それにより地上局アンテナ１４Ａによる現在のフットプリント５０Ａから離脱し、第２の衛星２０Ｂは、上昇し、それにより地上局アンテナ１４Ｂによるフットプリント５０Ｂにサービスを提供する。

【0051】

重複する領域５０ＡＢ内の複数のセル５１ｈでは、例えば、１つまたは複数のＨＯセル５１ｈ内のアクティブな複数のＵＥに対して衛星ビームハンドオーバ（ＢＨＯ）を行うことになる。すなわち、セル５１が重複する領域（重複エリア）５０ＡＢに入ると、それらの重複するセル５１ｈの通信を、沈みゆく衛星のビーム１６ｈから昇りゆく衛星のビーム１７ｈに切り替えるために、衛星ビームハンドオーバープロセスが開始される。なお、ビーム１６ｈおよび１７ｈは、ビーム１６および１７の他のビームとはわずかに異なり、ビーム１６ｈおよび１７ｈは、ＢＨＯでは同じＢＴＳ１２Ａからのものであり、それは以前においては沈みゆく衛星２０Ａに関連付けられていたが、ビームＨＯ（ＢＨＯ）では、ＢＴＳ１２Ａは沈みゆく衛星２０Ａおよび昇りゆく衛星２０Ｂの両方に関連付けられることになる。ビーム１６ｈは、ビーム１６と同じように、ベース局カラーコード（Ｂａｓｅ－ｓｔａｔｉｏｎ－ｃｏｌｏｕｒ－ｃｏｄｅ、ＢＣＣ）１３Ａ（１）を維持する。しかしながら、その最優先事項はデータトラフィックではなく、ビーム１７ｈへのアクティブなＵＥのＨＯであり、ビーム１７ｈは、同じＢＴＳ１２Ａが別のＲＦポート１２Ａ（２）上で、昇りゆく衛星２０Ｂを介して新たに開始されたものであり、異なるＢＣＣ１３Ａ（２）を持つ。ビーム１７ｈは昇りゆく衛星のビームに新たに追加され、ＢＨＯ期間中は１６ｈと１７ｈとが共存する。したがって、ＢＨＯは、沈みゆく衛星２０Ａと昇りゆく衛星２０Ｂとの複数の衛星が重複するセル５１ｈでのみ発生する。ＨＯビーム１７ｈは、ユーザートラフィックのために同じ構成を維持し、ビーム１７の１つとなる。

【0052】

図３は、ある１つのセルのＢＴＳ１２Ａを示しており、それは２つの衛星２０Ａおよび２０Ｂにサービスを提供する２つのＧＷアンテナ１４Ａおよび１４Ｂを介してＤＬ信号およびＵＬ信号を送出する２つのＲＦポート１２Ａ（１）および１２Ａ（２）を有し、あるセルの各ベースバンドユニット（ＢＢＵ）は、ＢＴＳ１２Ａの２つのＲＦポート１２Ａ（１）および１２Ａ（２）への２つのＴＲｘ経路のためのフィーダーリンク１４／１５を介してＨＯサービスリンク１６ｈ／１７ｈのためのビーム信号を提供する。新たに追加されたビーム１７ｈは、細線で示すインタフェース１２１４Ｂを有するターゲットＧＷアンテナ１４Ｂから開始する。さらに、ＢＨＯ後、ビーム１７ｈがビーム１７の１つになると、ＢＨＯセルは５０Ｂの現在の複数のセルとパック（一体に）され、ＢＴＳ１２Ｂに対応するようになり、ＩＱストリームでゲートウェイアンテナ１４Ｂインタフェースに供給され、そのような信号は、ＢＴＳ上では１２Ａから１２Ｂへ、ＧＷアンテナでは１４Ａから１４Ｂへ、フィーダーリンク１４から１５へ引き渡され、衛星２０Ａから２０ＢへのＢＨＯを達成する。その後、ＢＨＯセルのデータは衛星２０Ａから供給される必要はなくなり、２０Ｂから供給されるようになる。これは２つのセルのＨＯとして同等に扱える。なお、デフォルトでは各セルに２つのＲＦポートがあり、ＢＨＯは短期間だけそのうちの１つを借りることができ、初期の衛星ＲＡＮが、フィーダリンクのバンド幅を節約するために１Ｔ１Ｒを用いて地球規模でのカバーを提供していることを考慮すると、余分なハードウェアは必要ない。ＭＩＭＯの運用では、１つのポートを一時的にＢＨＯに使用できる。いくつかの例では、衛星ＧＳＭシステムは、同じハンドオーバーセルにオーバーラップ（重複）している２つの衛星からの２つのビームにより、ＵＥのＲＦ状態を同期してハンドオーバーさせることができる。

【0053】

この動作において、各衛星２０Ａ、２０ＢのＦＯＶ内のセル５１、５２は、指定されたＲＦポートを介してそれぞれのＢＴＳ１２Ａ、１２Ｂと通信する。具体的には、沈みゆく衛星２０ＡのＦｏＶ５０Ａ内の複数のセル５１は、沈みゆく衛星２０Ａを介し、第１のビーム１６を介して通信する。沈みゆく衛星２０Ａは、第１のＧＷアンテナ１４Ａを介し、第１の（プライマリ）ＲＦの送受信（ＴＲｘ）ポート１２Ａ（１）を介して、ゲートウェイサイト３１におけるクラスタ１２ＣＡの１つまたは複数の第１のＢＴＳ（例えば、ｅＮｏｄｅＢ）１２Ａと通信する。そして、昇りゆく衛星２０ＢのＦＯＶ５０Ｂ内の複数のセル５２は、昇りゆく衛星２０Ｂを介し、第２のビーム１７を介して通信する。そして、昇りゆく衛星２０Ｂは、第２のアンテナ１４Ｂを介し、第１の（プライマリ）ＲＦのＴＲｘポート１２Ｂ（１）を介して、クラスタ１２（ＣＢ）の１つまたは複数の第２のＢＴＳ（例えば、ｅＮｏｄｅＢ）１２Ｂと通信する。各ＢＴＳは、単一のセル５１、５２と通信してもよい。

【0054】

セルがオーバーラップ領域（重複領域、重複する領域）５０ＡＢに入ると、スムーズでシームレスなＢＨＯがトリガーされる（開始される）。ビームＨＯの際（その期間）には、２つのＲＦポート（１２Ａ（１）と１２Ｂ（１）など）が別々に利用されるが、簡略化のため、両方の衛星についてＳＩＭＯ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ、１入力多出力、１送信多受信）の構成だけを図示する。非重複エリアのセル５１、５２は、２つのＲＦのＴＲｘポート１２Ａ（１）、１２Ｂ（１）のうちの１つだけを使用し、各フットプリントでは、通常のユーザーデータトラフィックの動作のために独自のビーム１６、１７を有する。ＢＴＳ１２Ｂは、第１のＢＣＣ１３Ｂ（１）を使うプライマリＲＦのＴＲｘポート１２Ｂ（１）と、第２のＢＣＣ１３Ｂ（２）を使う第２の（セカンダリ）ＲＦのＴＲｘポート１２Ｂ（２）とを有する。

【0055】

図６は、例示的なビームハンドオーバープロセスを示す。図３および図６の両方を参照すると、アクティブなセル５１が重複する領域５０ＡＢに入ると、衛星通信システムは、ＢＴＳ（例えば、ｅＮｏｄｅＢ）にＢＨＯを開始するように指示する（図６の７０１）。例えば、ＢＴＳは、アクティブなセルが重複領域５０ＡＢに入ったときに衛星通信コムシステムから送信されるＢＨＯの開始の指示信号を受信することに応答して、ＢＨＯを開始してもよい。複数のセル５１が重複する領域５０ＡＢに入ると、ＢＨＯがオンとなり、それらのセル５１はＢＨＯセル５１ｈとなり、複数のビーム１６はビーム１６ｈとなり、複数のＵＥ３０はＵＥ３０ｈとなる。ＢＨＯは、重複する領域５０ＡＢで発生する。全てのアクティブなＵＥを沈みゆく衛星のビーム１６から昇りゆく衛星のビーム１７に移動させるプロセスが開始される。

【0056】

ＢＴＳ１２Ａは、ビーム１６ｈを第１のＢＣＣ１３Ａ（１）の第１のＲＦポート１２Ａ（１）を介して維持したまま、ビーム１７ｈのために第２のＢＣＣ１３Ａ（２）の第２のＲＦポート１２Ａ（２）をオンに切り替える（図６の７０２）。ソースビーム１６ｈおよびターゲットビーム１７ｈは、それぞれ、２つの異なるＢＣＣ１３Ａ（１）および１３Ａ（２）を持って、地面に固定された同じ物理セル５１ｈ上に重畳される。したがって、セル５１ｈ内の複数のＵＥ３０ｈは、ビーム１６ｈおよび１７ｈを２つの異なるセルに対応するものとして認識することができ、ＢＣＣを交互に使用することによって衛星ＢＨＯを実現することができる。ＢＴＳの２つのＲＦポート１２Ａ（１）、１２Ａ（２）は、２つのＲＦ経路１６ｈ、１７ｈおよび２つの衛星２０Ａ、２０Ｂを介して、セル５１ｈにピンポンＢＢＣ（ピンポンのように順番に異なるＢＣＣ）を配信する。

【0057】

アクティブなセル５１ｈ内の全てのアクティブなＵＥが新しいビーム１７ｈに引き渡される（ハンドオーバーされる）ことに応答して、アクティブなセル５１ｈ内のアクティブなＵＥのために古いビーム１６ｈを維持したり用意しておく必要がないため、２つの重複するビーム１６ｈおよび１７ｈの後方にいるＢＴＳ１２Ａ（例えば、ＢＴＳのｅＮｏｄｅＢまたはベースバンドユニット（ＢＢＵ））は、古いビーム１６ｈをオフに切り替える（またはオフに切り替えるように制御する）（図６の７０３）。ＢＴＳ１２Ａが第２のアンテナ１４Ｂおよび昇りゆく衛星２０Ｂを介してセカンダリポート１２Ａ（２）でセル５１ｈ内の複数のアクティブなＵＥ３０ｈと通信すると、ＢＴＳ１２Ａは、プライマリポート１２Ａ（１）および第１のアンテナ１４Ａを介してセル５１ｈ内の複数のアクティブなＵＥ３０ｈと通信することを停止し、セル５１ｈは、セカンダリＲＦポート１２Ａ（２）および第２のアンテナ１４Ｂを介してＢＴＳ１２Ａと通信し続けることができ、クラスタ１２ＣＡのそれぞれのＢＴＳ（例えば、ｅＮｏｄｅＢまたはベースバンドユニット（ＢＢＵ））は、クラスタ１２ＣＢのＢＴＳ（例えば、ｅＮｏｄｅＢまたはＢＢＵ）１２Ｂになり、または置き換えられ、さらに、クラスタ１２ＣＡのＢＴＳ１２ＡのそれぞれのセカンダリＲＦポート１２Ａ（２）およびＢＣＣ１３Ａ（２）は、クラスタ１２ＣＢのＢＴＳ１２ＢのプライマリＲＦポート１２Ｂ（１）およびＢＣＣ１３Ｂ（１）になるか、または成り代わることができる。

【0058】

２つのＧＷアンテナ１４Ａ、１４Ｂおよび２つの衛星２０Ａ、２０Ｂを介した２つのＲＦポート１２Ａ（１）、１２Ａ（２）からの共存するビーム１６ｈ、１７ｈは、ＢＨＯの信頼性を向上させることができる。ＢＴＳ１２Ａは、ビーム１７ｈが引き継がれたときに、ビーム１６ｈのみをオフにし、ＢＨＯは、セルに対するＢＴＳ（例えば、ＢＴＳのｅＮｏｄｅＢまたはＢＢＵ）を変更することまではしなくてもよく、ＢＨＯの前後で同じＢＴＳがサービスするため、全てのアクティブなＵＥのコンテキストが保持され、必要に応じてシームレスに効果を得ることができる。ＢＨＯの後、ビーム１７ｈはビーム１７になり、複数のＵＥ３０ｈは次のＢＨＯまで一般的なＵＥ３０に戻る。

【0059】

ＢＨＯの詳細については、米国特許出願番号１７／５８３，９９２を参照することができ、ＬＴＥのシナリオで使用される物理セルＩＤ（ＰＣＩ）がＧＳＭのシナリオのＢＣＣに置き換えられることに留意されたい。例えば、ＰＣＩ１３Ａ（１）はＢＣＣ１３Ａ（１）と置き換えることができ、ＰＣＩ１３Ａ（２）はＢＣＣ１３Ａ（２）と置き換えることができ、ＰＣＩ１３Ｂ（１）はＢＣＣ１３Ｂ（１）と置き換えることができ、ＰＣＩ１３Ｂ（２）はＢＣＣ１３Ｂ（２）と置き換えることができる。

【0060】

図４Ａ、４Ｂ、４Ｃは、ゲートウェイの相互接続リンクを示す。特定のゲートウェイは、数１００から１０００ｋｍ以上離れている場合があり、異なるゲートウェイサイト（異なるゲートウェイサイト３１、３２など）の稼働中の（サービス中の、サービング）ＢＴＳを有するセル間のＵＥのモビリティに対応している。

【0061】

図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃは、セル５１からセル５３へのＵＥモビリティ（移動性）を確保するためのゲートウェイハンドオーバー（ＧＨＯ）の例を示す（図３にて図示）。ＧＨＯは、準備（図４Ａ）、実行（図４Ｂ）、および完了（図４Ｃ）の３つのフェーズを有することができる。

【0062】

準備段階（図４Ａ）において、ＵＥ３０はＧＷＳ３１内のソースＧＷのＢＴＳに接続され、そこからコアネットワーク３５に接続される。いくつかの例では、コアネットワーク３５は複数のノードによって形成され、これらのノードは、モビリティ管理、認証、セッション管理、ベアラの設定、および様々なサービス品質の適用など複数の機能を提供する。ある時点で、ＵＥ３０が、ターゲットＧＷのＢＴＳが異なるＧＷＳ３２であるセル５３に移動すると、そのターゲットＧＷのＢＴＳは、ビームＨＯのハンドオーバー通知を受信し、ターゲットＧＷのＢＴＳは、新規に参入したもののタイミングを受信し、そのＵＥおよびアクティブなサービスを正確に知ることにより、コアネットワークが、そのトラフィックを正しいＢＴＳに再ルーティング（リルート）する。実行フェーズ（図４Ｂ）の間、そのＵＥ３０はＧＷＳ３２内のターゲットＧＷのＢＴＳに接続されるが、トラフィックはゲートウェイ相互接続リンク（転送リンク、フォワードリンク）３４を介してＧＷＳ３１内のソースＧＷのＢＴＳにルーティングされ、その後コアネットワーク３５にルーティングされる。最後に、完了フェーズ（図４Ｃ）では、ＵＥ３０はＧＷＳ３２のターゲットＧＷのＢＴＳに接続され、そこからコアネットワーク３５に接続される。このように、衛星２０とコアネットワーク３５との間の通信は、本来、ソースＧＷＳ３１のソースＧＷのＢＴＳを経由したものが、ＧＷＳ３２のターゲットＧＷのＢＴＳに渡される（転送される）。

【0063】

図５は、ビルドイン大型位相アレイ衛星６０２の例を示す。位相アレイ衛星６０２は、地上の複数の固定したセルに連続的なサービスを提供するために電子的にステアリング可能な複数の（例えば、数１００の）ビーム１７を形成する複数の位相アレイアンテナ素子６０３を含む。ＧＷＳ追跡アンテナ１４Ｂからのフィーダーリンク１５は、衛星とＧＷＳとの間のＤＬおよびＵＬメカニズムを提供しており、衛星は、同時に多数のＧＷＳと通信することができる。衛星２０Ａ、２０Ｂは、それぞれ、例えば、大型位相アレイ衛星６０２になり得る（または、有することができる）。

【0064】

複数のＧＳＭＵＥ（またはＭＳ（携帯加入者））と通信する衛星通信技術の第１の課題は、モビリティ、ページング、およびロケーションエリアが全てセルに基づくため、ＧＳＭＵＥが把握している地上ネットワーク（ＴＮ）の展開と同じようにセルを提供することである。衛星通信は、地上でのタワー、アンテナのようなインフラストラクチャおよび装置の必要性は回避できるが、図３に示すように、衛星２０Ａ、２０ＢのＦＯＶ下のセル５１、５２に衛星からのビームを提供して、未変更のＵＥ（または未変更のＭＳ）が稼働または動作するするようなＢＴＳが、ゲートウェイサイトのＢＴＳファームに依然として必要とされる。

【0065】

第１の課題に対する衛星通信ＧＳＭの革新的なソリューションの例を以下に示す。

【0066】

いくつかの例では、図３に示すＧＷＳ３１や他のＧＷＳなどの地上の複数のゲートウェイサイト（ＧＷＳ）は、地球上に分布しており、十分な数の衛星を制御することにより、それらのＦＯＶ５０Ａ、５０Ｂにより地表をカバーすることができる。

【0067】

ある実施例では、各衛星２０Ａまたは２０Ｂは、十分な数の位相アレイアンテナ素子（アンテナ素子６０３など）を有し、これらの素子は、地表の衛星ＦｏＶ内の多くのセルにサービスを提供するために、ＴｘおよびＲｘ用の数１００のビームを形成するのに十分な素子を有する。これらの衛星がセル５１、５２を通過するとき、各セルは、サービングビーム（サービス中のビーム）を取得し、それらの衛星は、各地上セル上の通過または経路（２２）の間、それらのセルを追跡している。

【0068】

別の例では、ＬＥＯ（低軌道）を周回し、複数の軌道面に分布する衛星が十分にあれば、動的に地表全体をカバーすることができる。沈みゆく衛星（２０Ａなど）は、昇りゆく衛星（２０Ｂなど）にサービスを中断することなくスムーズに引き渡すことができる。

【0069】

ＧＷＳ（３１など）は次に多数のＤＬ信号を所定のパッキングの順番で複数の衛星に送り、それらの衛星が複数のビームをアレンジ（準備）して、それらを予め用意され固定された複数のセルに配信し、それにより多数のビームがそれぞれのＤＬを複数のセルに配信するように整えられる。

【0070】

同じ位相アレイ（または同じ位相アレイアンテナ素子）を用いて、各セルのＲｘビームを形成することができ、各セルでは、ＢＴＳ（１２Ａ、１２Ｂなど）に対するのと同様にＵＬ信号を受信することができる。

【0071】

衛星通信を、未変更のＧＳＭ電話で使えるようにするためには、ＢＴＳ側で変更することが必要であり、特に、通常、１０ｋｍを超えないタワーに対して稼働するのに対し、７００ｋｍのＬＥＯ軌道のフィーダーリンクおよびサービスリンクという長いＲＦ経路に起因する追加の遅延を処理するための変更が必要である。

【0072】

第２の課題は、ＧＷＳ－衛星－ＵＥ間の距離に起因する遅延であり、遅延は約５～１６ｍｓになる可能性があり、図１Ａで示されるように、それは衛星がセル上を飛ぶと動的に変化する。ＢＴＳおよびＵＥは、それらの衛星が何時、どの段階で関与するかは予想できないので、そのような要因をＢＴＳおよびＵＥが処理することは困難になり得る。問題は、（１）ＢＴＳおよびＵＥは、衛星がどの瞬間にどこにいるか分からないこと、および（２）そのような変動は、図１に示されるように、ＧＳＭ仕様のＧＳＭのフレーム構造を乱すことである。

【0073】

第２の課題に対する第２の革新的な解決策の例としては、最も長いＲＦパスに対応する遅延を取得し、以下に示すような（これらに限定されないが）様々な要因の遅延に対処（を含めてしまう、をカウント）することである。

【0074】

まず、各衛星と地球上の各セルの情報、例えば、それらの位置（緯度、経度、高度）などは十分に把握され、完全にＧＷＳの管理下にある。

【0075】

複数のＢＴＳ（１２Ａ、１２Ｂなど）は、ＩＱ形式のＤＬ信号を生成し、ルーティングおよび補償装置１０およびアンテナ１４Ａ、１４Ｂに渡し、さらに、サービス中の（サービング）衛星（２０Ａ、２０Ｂなど）に渡し、サービス中の衛星は、対応するセル（５１、５２など）内の複数のＵＥに渡す。ＵＬ信号は、それらのセル（５１、５２など）内の複数のＵＥからサービス中の衛星（２０Ａ、２０Ｂなど）へ、そして、アンテナ１４Ａ、１４Ｂおよびルーティングおよび補償装置１０へ、さらにＢＴＳ（１２Ａ、１２Ｂなど）へ戻る。

【0076】

いくつかの例では、ビームの位置に応じて、異なる量の人工的な遅延が導入され、その遅延はルーティングおよび補償装置１０の遅延およびドップラー補償器によって正規化され、各ＩＱ上の積（プロダクト）を生成するために必要な位相を有する複素ユニット（コンプレックスユニット）を使用して、ＢＴＳ（１２Ａ、１２Ｂなど）によって観測される際に一定の遅延および予想周波数を有するようにされる。例えば、衛星（２１Ａ、２０Ｂなど）の位置、およびＧＷＳ３１のＧＷアンテナ（１４Ａ、１４Ｂなど）およびＵＥの位置（例えば、地上からの高度）に応じて、レイテンシー（待ち時間）または遅延は変化し得る。補償または正規化された遅延が、衛星の位置に関係なく、ＢＴＳ（１２Ａ、１２Ｂなど）によって観察される（見られる）のと同じ値（またはほぼ同じ値）を有するように、人工的な遅延を追加することができる。そして、一定の遅延（一定化された遅延）はＢＴＳのソフトウェア（ＳＷ）の修正によって処理することができるため、遅延の問題は単純化され、ＢＴＳは衛星がＬＥＯ上のどこにあるかを考慮する必要がなくなる。全てのＢＴＳは、衛星がどこにあるかに関係なく、同じかまたは同様の方法で動作することができる。図１Ｂおよび図１Ｃに示すように、残留遅延の差は小さく、仕様で定義された範囲内である。

【0077】

残留するタイミング差はＢＴＳの許容範囲内であるため、そのような残留するタイミング差はＢＴＳ（１２Ａ、１２Ｂなど）の通常のタイミングアドバンス（ＴＡ）制御で対応可能である。したがって、実装が簡素化され、信号処理が効率化される。

【0078】

いくつかの例では、セルサイズが４８ｋｍの場合、通常の３ＧＰＰＴＡ範囲は３５ｋｍまでである（または３５ｋｍに対応する）ため、仰角ａｃｏｓ（３５／４８）＝４３．１８３°であれば、セルサイズが４８ｋｍの場合であってもビーム差分ＴＡを３５ｋｍにすることができる。ここでは仰角は、地上と、衛星からセルへのビームとの間の角度のことである。仰角が４３．１８３°より大きい場合、ビーム差ＴＡは通常の３ＧＰＰのＴＡの範囲内に収まる。仰角が４３．１８３°より小さい場合は、拡張されたＴＡの範囲を使用する必要がある。ＢＴＳ（１２Ａ、１２Ｂなど）では、通常の３ＧＰＰ関連ＲＡＴのＴＡ範囲および／または拡張ＴＡ（ＧＳＭ用）範囲を使用できる。

【0079】

遅延量は、ルーティングおよび補償装置１０の遅延補償器によって構成することが可能であり、例えば、ＦＰＧＡ処理装置およびメモリに必要な時間だけＩＱ信号を保持することができ、各セルのセンターのＵＥが、３ＧＰＰのＴＡ範囲などのＴＡ値の範囲の中点値である中間のＴＡ値を有するようにすることができる。

【0080】

システムの同期メカニズムについては、ＤＬ／ＵＬはＧＰＳクロックに従い、ＬＴＥと同様にＵＴＣ（Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｔｉｍｅ、協定世界時）に同期する（ＢＴＳによって実行または制御される）。

【0081】

いくつかの例では、ゲートウェイ－衛星－ＵＥの長いＲＦパス遅延に対応するために、ＢＴＳに変更が加えられる（通常のＤＬとＵＬは通常通り３タイムスロットのままであってもよい）。必要な変更の１つはタイマーに関するものである。Ｔｘから、ＵＥのＵＬからの予想されるＲｘ信号までのギャップをより長く（例えば、４１．５ｍｓ＋３タイムスロット期間）設定できるように、ＢＴＳのタイマーが設定される。いくつかの例では、片方向のギャップは２０ｍｓの場合がある。

【0082】

固定待ち時間（数ＧＳＭフレーム）により、特別に長いＲＡＣＨ遅延をさらに処理することができ、ＢＴＳ（１２Ａ、１２Ｂなど）は最初の数ＲＡＣＨを受信できず（またはスキップし）、後のＲＡＣＨに応答してもよい。ＲＡＣＨを受信するためのＢＴＳ側のＧＳＭタイマーは、問題がない程度に十分長く設定してもよい。衛星通信ＧＳＭ用のＧＳＭＲＡＣＨの良い点は、最も強い電力レベルで開始することであり、衛星が受信をミスすることがない。いくつかの例では、電力レベルは３０ｄＢｍである。したがって、衛星（２０Ａ、２０Ｂなど）はＲＡＣＨを受信し、タイマー設定期間（たとえば、１５秒）内に応答することができる。

【0083】

第３の課題は、図２Ａに示すように、衛星速度が７ｋｍ／ｓｅｃ～８ｋｍ／ｓｅｃになることによるドップラー効果である。

【0084】

ＧＷＳ（３１など）は、図２Ｂおよび図２Ｃに示すように、各セルの位置のＤＬ信号およびＵＬ信号のドップラー効果を補償するように構成することができる。この目的のために、ルーティングおよび補償装置１０の、遅延およびドップラー補償装置を使用することができる。残留するドップラー効果は、例えば、±６００Ｈｚ以内とすることができる。残留するドップラー効果は十分にＧＳＭ仕様の範囲内であるため、通常のＧＳＭＵＥとＢＴＳの両方が円滑に動作する。

【0085】

ＵＥのＵＬ信号の復路において、ＧＷＳは、ドップラー効果の補償と遅延の正規化においてＢＴＳのＤＬ信号に対してと同じ（または同様の）処理を行うことができる。

【0086】

第４の課題はＵＳＦ（ユーザー状態フラグ）の処理である。ＴＮ（地上ネットワーク）の展開では、ＢＴＳは次のフレームでＵＬのＴｘを予定するが、衛星通信の場合ＲＦパスが長いので、ＵＬのＴｘにはもっと長い時間がかかる。したがって、ＧＰＲＳ／ＥＧＰＲＳのパケットデータでは、延長され（拡大され）正規化された遅延時間でＵＬ信号を予定するようにＢＴＳのソフトウェアを変更することができる。このような変更により、ＲＴＴによる遅延の問題を適切に調整することができる。特定の例では、ＢＴＳソフトウェアを延長され正規化された遅延時間でＵＬ信号を予定するように変更することができ、延長され正規化された遅延時間と一致するように、または延長され正規化された遅延時間と互換性があるようにすることができる。

【0087】

第５の課題は、地上の複数のセルにおけるビームトラッキングであり、衛星から衛星へのビームハンドオーバーおよびゲートウェイハンドオーバーの処理である。これは、低軌道（ＬＥＯ）の衛星が地球の周りを回転しており、さらに、地球が自転していることによるものである。解決策は、衛星通信ＧＳＭシステムに組み込まれた以下の機能を組み合わせることである。

【0088】

衛星（２０Ａ、２０Ｂなど）は、巨大な位相アレイ（または位相アレイアンテナ素子）を含むことができ、ビームフォーミングすることにより、地上セルとそのサービング（サービス中の）衛星との間の相対位置が変化するにつれてビームを動的にステアリングすることが可能であり、サービス中の複数のセルは、そのセルが衛星のＦＯＶ内にある限り追跡される。

【0089】

オーバーラップ領域（重複する領域、例えば、５０ＡＢ）で、衛星のＦｏＶ（例えば、５０Ａ、５０Ｂ）はそれら同士がオーバーラップ（重複）し、サービスが必要とされる地上にギャップ（空間、空きエリア）を残さないようにカバーする。

【0090】

あるセルが沈みゆく衛星２０ＡのＦＯＶ５０Ａからシフトアウトするとき、そのセルは昇りゆく衛星２０ＢのＦＯＶ５０Ｂにも入る。２つの衛星２０Ａ、２０Ｂ間のビームハンドオーバーは、そのセルが２つの衛星２０Ａ、２０Ｂの重複する領域５０ＡＢにある間に実行される。

【0091】

各ＢＴＳは、図３に示すように、２つのＢＴＳＲＦポート１２Ａ（１）および１２Ａ（２）にそれぞれ割り当てられた２つのＢＣＣ１３Ａ（１）および１３Ａ（２）を有し、各ＢＴＳＲＦポートは、２つの衛星２０Ａおよび２０Ｂにサービスを提供するルーティングおよび補償装置１０に対してＩＱベースバンド信号をストリーミングしており、２つの衛星２０Ａおよび２０Ｂは、ビームハンドオーバーセル５１ｈがあるオーバーラップ（重複する）ＦＯＶエリア５０ＡＢを有する。２つのビーム１６ｈおよび１７ｈは同じセルに重なっており、ＢＴＳはビームＨＯを開始し、ＵＥに対し、そのセルに供給されている別のＢＣＣを有する昇りゆく衛星ビームを検知するように指示し、その別のＢＣＣのビームは、ＢＴＳが昇りゆく衛星用に生成したものである。

【0092】

沈みゆく衛星２０Ａと昇りゆく衛星２０Ｂの重複する領域で、そのＵＥから測定レポートを取得した後、そのＢＴＳは昇りゆく衛星２０Ｂを使用して、そのＵＥへのサービスを継続できる。ビームＨＯはシームレスに達成される。

【0093】

図４に示すように、ゲートウェイハンドオーバーは、ゲートウェイ配置が適当なときに行われ、１つの衛星は２つのＧＷ（図４に示すＧＷＳ３１および３２のＧＷなど）を見ることができ、その衛星のＦｏＶが２つのゲートウェイ（例えば、２つのＧＷアンテナ）によってサービスを提供されるセルを有しているような配置である。衛星には、関連する複数のＧＷと通信できる十分なトランスポンダー（中継器）があり、衛星はそれら複数のセルにサービスを提供できるものである。ＧＷハンドオーバーは、衛星がそれらのセルを通過するときに行われる。

【0094】

ＴＮ（地上ネットワーク）の展開（ディプロイメント）と同様に、ＣＳ（Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｓｗｉｔｃｈｅｄ、回線交換）およびＰＳ（Ｐａｃｋｅｔ Ｓｗｉｔｃｈｅｄ、パケット交換）サービスに対して、コアＮＷ（ネットワーク）のＧＷ／ＢＴＳへのサポートが想定（または提供）される。ＧＷのＨＯ（すなわちＧＨＯ）は、図４および関連する文章で説明したように、３つのフェーズを経ることができる。タイミングと手順はＴＮと同様であり、転送リンク（フォワードリンク）３４（ファイバリンクなど）を介してより長い距離をカバーできる。

【0095】

第６の課題は、ＵＥモビリティ（ＵＥの移動性）のサポートであり、２つのセル間でセルハンドオーバーを行う際に、それらのセルのＢＴＳが互いに遠く離れた（例えば１０００ｋｍ離れた）２つのゲートウェイサイトにある場合である。これはＧＳＭ仕様の標準機能であるが、衛星通信で実現するメカニズムには、図４に示すような特定のゲートウェイ間のリンクが必要である。このＨＯは、制御チャネルからトラフィックへのセットアップと、ＨＯ後の余分なリンクのクリアダウンとの間の３つのフェーズを含む。これらのフェーズには、上述したような衛星通信無線の革新的なアプローチ（第１から第５の課題に対処するためのアプローチなど）が含まれ、複数のサイトと複数のエンティティとの間で実行される３ＧＰＰのＨＯプロトコルを、ＴＮの展開（ディプロイメント）におけるプロトコルと同様に有効にする。ＲＴＴ４０ｍｓに対応するために、いくつかのタイマーを調整する必要がある。例えば、２Ｇでは、ほとんどのタイマーが５秒から１５秒に設定されているため、ＧＷや衛星によってもたらされる長い遅延に対する耐性がある。

【0096】

本開示では、ＢＴＳ／コアネットワークの解決と改善により、衛星ＧＳＭは、音声およびデータ通話のために商用ＧＳＭＵＥと直接通話できる。

【0097】

ある例では、本開示の衛星通信システムにおいて、ゲートウェイの配置は、複数のゲートウェイの、複数の衛星がサービスする複数のセルが、円滑なＧＷＨＯのためにそれらのゲートウェイに対し見通し線（ＬＯＳ）を有するものである。

【0098】

このように、本開示は、第１の複数のＵＥ３０が配置される第１の複数のセル５１を含む第１の視野５０Ａを有する第１の衛星２０Ａと通信するＧＳＭ（Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）衛星通信システム５を提供する。ＵＥ３０は、第１の衛星２０Ａと直接通信する。システム５は、第１の複数のセル５１に直接サービスを提供する第１の衛星２０Ａを介して複数のアクティブなＵＥ３０と通信するように構成された第１のフィーダーリンク１４および第１の追跡アンテナ１４Ａを含む。システム５はまた、複数のアクティブなＵＥ３０と通信するように構成された第１のＢＴＳ１２Ａ（例えば、第１の処理装置）と、第１の複数のセル５１の複数のビーム中心に対する遅延を正規化し、正規化された遅延を第１のＢＴＳ１２Ａに提供するように構成されたルーティングおよび補償装置（例えば、第２の処理装置）とを備える。ルーティングおよび補償装置１０は、遅延を正規化し、ドップラー効果を補償し、正規化された遅延および補償された周波数をＢＴＳ１２に提供することによって、ＢＴＳ１２Ａが第１の衛星２０Ａを介してＵＥ３０との通信を許容することを可能にし得る。本開示において、セル５１内に残留するタイミング差は、ＢＴＳ１２Ａの通常のタイミングアドバンス（ＴＡ）制御で処理することができ、それは遅延正規化後に残留するタイミング差がＢＴＳ１２Ａの許容範囲内だからである。この衛星ＲＡＮの設計の利点は、２つの技術が互いに透過的（トランスパレント）である衛星ＲＡＭを製造することであり、すなわち、そのＢＴＳ（またはｅＮＢおよびｇＮＢ）およびＵＥは、それらがどの衛星およびゲートウェイと通信する必要があるかを管理する必要がなく、一方、衛星側の技術（テクノロジー）は、ＲＡＮの詳細を管理する必要がなく、しかしながら、通信条件としてのＲＦ条件を提供することができる。複数の衛星と複数のＵＥとの間にダイレクトにリンクするための物理的なメカニズムは、衛星上の十分な大きさの位相アレイであり、またはそれを含むことである。ＢＴＳとＵＥは通常通りモデム動作を実行し、一方、ＢＴＳ（またはｅＮＢおよびｇＮＢ）は、数１０ミリ秒の長いＲＴＴを処理するために必要な修正を備えていればよい。
本書には、複数のアクティブなユーザー機器（ＵＥ）が配置されている第１の複数のセルを含む第１の視野を有する第１の衛星と通信するＧＳＭ衛星通信システムが開示されている。前記複数のアクティブなＵＥは前記第１の衛星と直接通信し、当該衛星通信システムは、前記第１の複数のセルに直にサービスを提供する前記第１の衛星を介して前記複数のアクティブなＵＥと通信するように構成された、第１のフィーダーリンクおよび第１の追跡アンテナと、前記複数のアクティブなＵＥと通信するように構成された第１の処理装置と、前記第１の複数のセルの複数のビーム中心に対する遅延を正規化し、正規化された遅延を前記第１の処理装置に提供するように構成された第２の処理装置とを有する。前記第２の処理装置は、さらに、前記第１の複数のセルの前記複数のビーム中心に対してドップラー補償を実行し、補償された周波数を前記第１の処理装置に提供するように構成されてもよい。前記複数のビーム中心のうちの１つのビーム中心における前記ＵＥのタイミングアドバンスは、前記正規化された遅延を含むタイミングアドバンスの範囲の中間値を有してもよい。前記第１の処理装置は、ＧＳＭ無線基地局の処理装置であり、前記第２の処理装置は、ＧＳＭフレーム構造に応じて前記第１の複数のセルのビーム中心における遅延を正規化するように構成されていてもよい。前記第１の処理装置は、前記正規化された遅延に応じて、予想される受信のタイミングを調整し、タイマーを設定するように構成されていてもよい。前記第１の衛星は、前記第１の複数のセルに対して複数のビームを形成するように構成された複数の位相アレイアンテナ素子を含んでもよい。前記第１の衛星は、前記第１の衛星が前記第１の複数のセル上を通過するときに、前記第１の複数のセルを追跡するように構成されていてもよい。地上と、前記第１の衛星から前記第１の複数のセルのうち１つのセルへのビームとの間の仰角が、所定の閾値と同等またはそれ以上である場合、通常の３ＧＰＰタイミングアドバンスの範囲が用いられ、前記仰角が前記閾値より小さい場合、拡大されたタイミングアドバンスが用いられてもよい。前記閾値が４３．１８３度であってもよい。前記第１の処理装置は、ＧＳＭ無線基地局の処理装置であり、前記第１の処理装置はコアネットワークに接続されていてもよい。前記第１の追跡アンテナは第１のゲートウェイサイトにあり、当該ＧＳＭ衛星通信システムは、さらに、第２のゲートウェイサイトと、前記第１および第２のゲートウェイサイト間のファイバーリンクとを有してもよい。前記第１の処理装置は、ＧＳＭ無線基地局の処理装置であり、前記第１の衛星は、前記ＧＳＭ無線基地局および標準３ＧＰＰ準拠から変更されていない複数のＵＥに対してトランスパレントであり、前記第１の衛星は、前記ＧＳＭ無線基地局の変更された基地局用低ＰＨＹ（物理層）および変更されていない前記標準３ＧＰＰ準拠の複数のＵＥと通信するように構成されていてもよい。前記第１の衛星は第１の沈みゆく衛星であり、当該ＧＳＭ衛星通信システムは、第２の視野を有する第２の昇りゆく衛星と通信しており、前記第１の沈みゆく衛星と前記第２の昇りゆく衛星は、前記第１の視野が前記第２の視野と重なる重複する視野を有し、重複する複数のセルが前記重複する視野に位置し、当該ＧＳＭ衛星通信システムは、さらに、第２の複数のセルの複数のアクティブなＵＥに直接サービスを提供する前記第２の昇りゆく衛星と通信するように構成された、第２のフィーダーリンクおよび第２の追跡アンテナを有し、前記第１の処理装置は、さらに、前記複数のアクティブなＵＥを制御して、前記第２の昇りゆく衛星と直接通信するように構成されていてもよい。前記第１の処理装置は、指示信号に応答してビームハンドオーバーを開始または終了するように構成されていてもよい。前記第１の視野内の前記複数のアクティブなＵＥは、複数の第１のサービスリンクビームを介して前記第１の沈みゆく衛星と直接通信し、前記第２の視野内の前記複数のアクティブなＵＥは、複数の第２のサービスリンクビームを介して前記第２の昇りゆく衛星と直接通信してもよい。前記第１のアンテナは、第１のフィーダーリンクを介して前記第１の沈みゆく衛星と通信し、前記第２のアンテナは、第２のフィーダーリンクを介して前記第２の昇りゆく衛星と通信してもよい。前記第１の処理装置は、さらに、前記第１の沈みゆく衛星との通信を停止するように前記アクティブなＵＥを制御するように構成されていてもよい。前記第１のアンテナは、前記第１の沈みゆく衛星との通信を停止してもよい。前記第１の処理装置は、第１の基地局カラーコード（ＢＣＣ）を用いて、前記第１の沈みゆく衛星を介して、前記重複する視野内の前記アクティブなＵＥと通信し、前記アクティブなＵＥが前記重複する視野内に入ると、第２のＢＣＣを用いて、前記第２の昇りゆく衛星を介して、前記重複する視野内の前記アクティブなＵＥと通信するように構成されていてもよい。前記第１の処理装置は、予想されている受信タイミングを前記正規化された遅延と一致するように調整し、前記第２の処理装置、前記第１の追跡アンテナ、前記第１のフィーダーリンク、および前記第１の衛星を介して、前記複数のアクティブなＵＥと通信するように構成されていてもよい。前記第１の複数のセルは、陸および海を含む地表に固定された地上の複数のセルであってもよい。前記第１の複数のセルは、１つまたは複数の航空機上の移動セルであり、前記複数のアクティブなユーザー機器（ＵＥ）は、前記１つまたは複数の航空機に搭載されていてもよい。
本書には、複数のアクティブなユーザー機器（ＵＥ）が配置される第１の複数のセルを含む第１の視野を有する第１の衛星と通信するＧＳＭ衛星通信システムが開示されている。前記複数のアクティブなＵＥは、前記第１の衛星と直接通信し、当該衛星通信システムは、前記第１の複数のセルに直接サービスを提供する前記第１の衛星を介して前記複数のアクティブなＵＥと通信するように構成された、第１のフィーダーリンクおよび第１の追跡アンテナと、第１の処理装置とを有し、前記第１の処理装置は、前記第１の追跡アンテナ、前記第１のフィーダーリンク、および前記第１の衛星を介して、前記複数のアクティブなＵＥと通信し、予想される受信タイミングを、前記第１の複数のセルの複数のビーム中心の正規化された遅延に対応して調整するように構成されている。ＧＳＭ衛星通信システムは、前記第１の複数のセルの複数のビーム中心に対する遅延を正規化し、前記正規化された遅延を前記第１の処理装置に提供するように構成された第２の処理装置を有し、前記第１の処理装置は、前記第２の処理装置、前記第１の追跡アンテナ、前記第１のフィーダーリンク、および前記第１の衛星を介して、前記複数のアクティブなＵＥと通信するように構成されていてもよい。前記第２の処理装置は、さらに、前記第１の複数のセルの複数のビーム中心に対してドップラー補償を実行し、補償された周波数を前記第１の処理装置に提供するように構成されていてもよい。前記第１の処理装置は、ＧＳＭ無線基地局の処理装置であり、前記第２の処理装置は、ルーティングおよび補償装置の処理装置であってもよい。

【0099】

図面に図示された例示的で非限定的な実施形態を説明する際に、明確さのために特定の用語に頼る。しかしながら、本開示は、そのように選択された特定の用語に限定されることを意図するものではなく、各特定の用語は、同様の目的を達成するために同様の方法で動作する全ての技術的等価物を含むことを理解されたい。いくつかの実施形態が例示の目的で記載されているが、本明細書および特許請求の範囲は図示された実施形態に限定されるものではなく、図面に具体的に示されていない他の実施形態も本開示の範囲内にあり得ることが理解される。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】