JPH06237209A

JPH06237209A - 階層通信システムのネットワ−クおよびその方法

Info

Publication number: JPH06237209A
Application number: JP5303243A
Authority: JP
Inventors: Raymond J Leopold; レイモンド・ジェイ・レオポルド; Gregory B Vatt; グレゴリー・バートン・ヴァット; William F Zancho; ウィリアム・エフ・ザンチョ
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1992-11-12
Filing date: 1993-11-10
Publication date: 1994-08-23
Also published as: EP0597225A1; US5452471A; CA2105710A1

Abstract

(57)【要約】【目的】１次通信システム１００，２次通信システム
２００および３次通信システム３００を含む階層通信ネ
ットワーク。【構成】１次システム１００は通信ノードとして周回
衛星１０２を利用して、地球全体を網羅しかつ地球上を
移動するセル１０６のパターンを形成する。あるスペク
トルは、再利用計画に基づいてセル１０６の間で分割さ
れる。任意の数の地球上の２次システム２００は、１次
システム１００が利用する衛星１０２の軌道間での距離
よりも実質的に小さい２次サービス区域を有する。２次
システム２００は１次システム１００を監視して、２次
区域２０２においてスペクトルのどのチャンネルが利用
可能か調べる。任意の数の地球上の３次システム３００
は２次区域２０２内にあり、建物内に実質的に制限され
る３次サービス区域３０２を有する。３次システム３０
０は、３次区域３０２が位置している同じ区域において
１次システム１００が同時に利用しているチャンネルを
利用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般に無線通信に関す
る。さらに詳しくは、本発明は、セルラ再利用計画に基
づいてスペクトルを再利用する無線通信システムに関す
る。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】通信
システムは、割り当てられた電磁スペクトルを有効に利
用するという目的をほとんど常に有している。この目的
を満たすため、通信システムは干渉の可能性を制限して
いる。周波数またはタイミング・パラメータが大幅に異
なる信号は干渉せず、互いに区別しやすい。同様に、同
じような周波数およびタイミング・パラメータを有する
比較的弱い信号から強い信号を区別することができる。
しかし、同様なパラメータを有するほぼ等しい強度の信
号が存在する場合、干渉が起こりうる。干渉の可能性を
低減するため、実質的に同じ周波数を有する２つの実質
的に等しい強度の信号がシステムのサービス圏内に同時
に存在することを防ぐ制約を通信システムは採用してい
る場合が多い。

【０００３】与えられたスペクトルを有効利用するた
め、セルラ通信システムが考案されている。従来のセル
ラ・システムでは、サービス圏(area of coverage)がセ
ルに分割される。通信信号は、一つのセルの範囲内で送
受信される。従って、送信電力レベルはできるだけ低く
調整され、しかもセル内で確実に受信できるようにして
いる。一般に隣接セルには、与えられたスペクトルの異
なる部分が割り当てられ、隣接セル内で通信間の干渉が
発生しないようになっている。しかし、互いに隣接して
いないセルが同じスペクトルを利用することがある。送
信電力レベルは十分低いので、非隣接セルで行なわれる
通信間で大きな干渉問題はない。

【０００４】セルの大きさが小さくなると、それに応じ
て伝送電力が低下するので、あるスペクトルで伝搬され
る通信トラヒック量は増加するというのがセルラ・シス
テムの特性である。伝送電力が低下すると、ある区域の
あるスペクトルで可能な再利用量は増加する。従って、
通信トラヒックが多い場合にはセルの大きさをできるだ
け小さくすることが望ましい。

【０００５】一方、通信トラヒックが少ない場合や、サ
ービス圏が広い場合には、大きなセルが望ましい。大き
なセルは、より長い距離で通信サービスを提供する。同
様に、少ない数の大きなセルに対処するために必要な機
器の設置／運用／保守コストは、多くの小セルを設置／
運用／保守するコストに比べて低い。さらに、加入者装
置はセルに対して移動するので、セルからセルに呼を受
け渡す(handoff) するために必要なオーバヘッド通信(o
verhead communication)量は、セルの大きさが大きくな
るにつれて大幅に低下する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】従って、本発明の利点
は、改善された通信システムを提供することである。

【０００７】本発明の別の利点は、大きなセルの通信シ
ステムと協調して動作する小さなセルの通信システムを
提供することである。

【０００８】さらに本発明の別の利点は、任意の数の独
立した小セル通信システムと共に、広範囲なサービス圏
を有する大セル通信システムを提供し、これらの小セル
通信システムは大セル・システムのサービス圏内にあ
り、かつ大セル・システムに割り当てられている同じス
ペクトルを利用することである。

【０００９】さらに本発明の別の利点は、互いに非常に
大量の通信トラヒックを伝搬し、かつ極めて広い範囲を
カバーする通信システムのネットワークを提供すること
である。

【００１０】本発明の別の利点は、互いに整合性がある
通信システムの階層的ネットワークを提供し、一つの加
入者装置はネットワーク内の任意のシステムと通信する
ことができることである。

【００１１】本発明の上記および他の利点は、一つの例
において、主通信システム(primarycommunication) と
協調する副通信システム(subordinate communication)
によって実施される。この主通信システムは地球上に複
数のセルを投影し、隣接セルにおいてスペクトルの直交
(orthogonal)チャンネルを割り当て、地理的に離間した
セルにおいてチャンネルを再利用する。副通信システム
は、地球上に副領域を投影するアンテナを含む。副領域
とローカル・セルの一つが共通の区域を占めるように、
このアンテナは配置される。主通信システムから割当デ
ータを受信する手段も含まれる。これらの割当データ
は、ローカル・セルで利用するために主システムによっ
て割り当てられたチャンネルを識別する。さらに、副区
域で利用可能なスペクトルのチャンネルを選択する手段
も含まれる。この選択手段は、割当データに応答する。

【００１２】本発明の上記および他の利点は、別の例で
は、通信システムの階層的ネットワークに基づいて加入
者装置を運用する方法によって実施され、主システムと
副システムとは共通のサービス圏を有する。主システム
は、副システムよりも大きなサービス圏を有する。この
方法は、第１および第２捕捉信号(acquisition sigina
l) を受信することを必要とする。第１および第２識別
データは、第１および第２捕捉信号からそれぞれ得られ
る。これらの識別データは、それぞれの捕捉信号が主シ
ステムまたは副システムから放送されたのかどうかを示
す。第１および第２捕捉信号が主システムおよび副シス
テムからそれぞれ放送されたことを第１および第２識別
データが示すと、加入者装置は主装置との通信を控え
る。

【００１３】図面と共に以下の詳細な説明と特許請求の
範囲を参照することにより、本発明についてさらに理解
を深めることができよう。ただし、図面を通して同様な
参照番号は同様な項目を表すものとする。以下の説明
は、参照番号を用いることによって各図面と結びついて
いる。これらの参照番号は、参照される項目がもっとも
わかりやすい図面の番号を反映している。特に、すべて
の３桁の参照番号の最上位の桁およびすべての４桁の参
照番号の上位２桁は、参照項目を見ることのできる図面
の番号に等しい。

【００１４】

【実施例】図１において、本発明の好適な実施例に基づ
いて構成された通信ネットワークは、主通信システム１
００と、一つ以上の副通信システム（以下で説明する）
を含む。主システム１００は、例えば、宇宙に設置され
るセルラ通信システムでもよい。従って、システム１０
０は地球を周回する多数の衛星１０２を利用できる。各
衛星１０２は、指向性アンテナのアレイ１０４を含む。
各アレイ１０４は、衛星１０２に対して複数のさまざま
な角度で、地球の表面に複数の離散的なアンテナ・パタ
ーンを投影する。図１は、衛星１０２が地球上に形成す
る地理的に離間したセル１０６のパターンの図を示す。
図１において二重線によって囲まれた区域１０８は、一
つの衛星１０２のアンテナ・アレイ１０４によって形成
されるアンテナ・パターンから得られる。区域１０８の
外側にあるセル１０６は、他の衛星１０２からのアンテ
ナ・アレイ１０４によって形成される。地球から約７６
５ｋｍ上空の軌道で地球の周りに分散された６６基の衛
星によって、地球の表面付近の大気を含む地球の全表面
は主システム１００のサービス圏となる。

【００１５】衛星１０２が地球から約７６５ｋｍ上空の
軌道にある場合、これらの衛星は最高２６，０００ｋｍ
／時の速度で地球に対して移動している。見通し線(lin
e ofsight) に実質的に従う電磁通信では、約４０７５
ｋｍの直径の区域１０８が定められる。一つの区域１０
８内で投影されるセル１０６の厳密な数および厳密な寸
法は本発明では重要なパラメータではない。しかし、好
適な実施例では、任意の一つのセル１０６の直径は４０
０〜８００ｋｍの範囲であると想定される。衛星１０２
は最高２６，０００ｋｍ／時の速度で地球に対して移動
しているので、セル１０６もほぼこの速度で地球上を移
動している。この速度では、地球の表面上の任意の点は
約１分以下の間一つのセル１０６に位置し、約９分以下
の間一つの衛星の区域に位置する。

【００１６】便宜上、図１はセル１０６および区域１０
８を重複やギャップのない分離した六角形として示して
いる。しかし、実際には、アンテナ１０４から投影され
る同じ強さの線は六角形ではなく円または楕円であり、
また、アンテナのサイドローブはパターンを変形するこ
とがあり、また、隣接セル間のわずかな重複が予想され
ることが当業者に理解される。さらに、主システム１０
０の上記の好適な軌道形状は説明通りに厳密に構成する
必要はないことが当業者に理解される。例えば、衛星１
０２の数および軌道特性は上記以外でもよく、衛星１０
２によって与えられる通信ノードは地球の表面上でもそ
の付近でもよい。

【００１７】主システム１００は、限定された量の電磁
スペクトルを利用して、衛星１０２の衛星網を介して数
百万という任意の数の加入者装置５００と通信を行な
う。本発明の好適な実施例では、システム１００によっ
て用いられる電磁スペクトルの一部はマイクロ波の範囲
である。これらの周波数の電磁エネルギは見通し線に沿
って実質的に伝搬し、送信アンテナと受信アンテナとの
間に障壁を配置することによって実質的に減衰すること
ができる。

【００１８】図１は、システム１００によって採用され
る例示的な再利用計画を示している。特に、主システム
１００によって利用される電磁スペクトルの全領域は、
以下でチャンネル・セットという個別部分に分割され
る。各個別のチャンネル・セットは他のすべてのチャン
ネル・セットと直交しており、かつ各チャンネル・セッ
トは任意の数の直交チャンネルを含むことが望ましい。
つまり、任意の２チャンネル間で大きな干渉を発生せず
に、各チャンネル・セット内のあらゆるチャンネル上に
おいて共通の場所で同時通信を行なうことができる。

【００１９】スペクトルが分割されるチャンネル・セッ
トの正確な数は、本発明にとって重要ではない。図１
は、７つの個別のチャンネル・セットにスペクトルを分
割することに基づいて、セル１０６を割り当てる例を示
している。図１では、７つの個別チャンネル・セットを
記号「Ａ」，「Ｂ」，「Ｃ」，「Ｄ」，「Ｅ」，
「Ｆ」，「Ｇ」を用いて表している。別の数のチャンネ
ル・セットを利用でき、また、別の数を用いる場合、そ
れに伴いセル１０６に対するチャンネル・セットの割当
は図１に示す割当パターンとは異なることが当業者に理
解される。同様に、各チャンネル・セットは一つのチャ
ンネルまたは任意の数の直交チャンネルを含むことが当
業者に理解される。図１に示すような再利用計画に基づ
いてチャンネル・セットを割り当てることにより、隣接
セル１０６は互いに直交しているチャンネルのみを利用
し、同一スペクトルを再利用する同一チャンネル(co-ch
annel)セルは、互いに隣接しないように地理的に離間さ
れる。

【００２０】セルラ通信システムで一般的なように、加
入者装置５００または他の地球局（図示せず）がセル境
界に近づくと、この局は別のセルに受け渡される。しか
し、本発明の好適な実施例では、主にセル１０６の移動
によってこのような局はセル境界に近づく。地球局は固
定している必要はないが、一般に、地球の表面上または
付近の物体は、セル１０６が移動する速度よりもはるか
に低い速度で移動している。受渡(passing off) 処理で
は、局は前回利用していたスペクトルとは異なる部分を
利用して、進行中の通信を継続する必要がある。つま
り、局が現在いるセル１０６に割り当てられたチャンネ
ル・セットからのチャンネルを利用するため、その局が
通信しているチャンネルを切り換えなければならない。
主システム１００内の受渡では、局は全く異なる衛星と
通信しなければならないことがある。図２は、副通信シ
ステムと、主システム１００から任意に選択された３つ
のセル１０６上に重ねられたそれぞれのサービス区域と
を示す。特に、図２は複数の２次通信システム２００と
複数の３次通信システム３００とを示す。各２次通信シ
ステム２００は自局の２次区域２０２内で動作し、各３
次システム３００は自局の３次区域３０２内で動作す
る。図２は、明確にするため、セル１０６に対して好適
な２次区域２０２および３次区域３０２の大きさを誇張
している。各３次区域３０２は、２次区域２０２の一つ
と共通の領域を占めている。各２次区域２０２は、セル
１０６と共通の領域を占めている。異なる３次区域３０
２は異なる領域を占有し、異なる２次区域２０２は異な
る領域を占有することが好ましい。

【００２１】本発明の好適な実施例では、２次区域２０
２および３次区域３０２は地球上の固定局である。つま
り、加入者装置５００が通信を行なう基地局アンテナ
（以下で説明する）は、地球の表面付近の固定位置に配
置されることが好ましい。従って、これらは都市や建物
などの相対的に固定された地球上の設備に適用できる。
主システム１００の好適な実施例におけるセル１０６は
移動するので、２次区域２０２および３次区域３０２と
共通領域を共有する特定セル１０６と、これらのセルの
識別を記述するデータとはこの移動に応答して絶えず変
化する。

【００２２】各２次システム２００は、２次システム・
コントローラ６００を含む。２次コントローラ６００
は、各２次区域２０２内の監視位置２０４に配置され
る。しかし、明瞭にするため、図２は２次区域２０２内
の一部のコントローラ６００しか示していない。一般
に、２次コントローラ６００は位置２０４から一次シス
テム１００を監視して、監視位置２０４が現在配置され
ているローカル・セル１０６を識別し、かつ、このロー
カル・セルに割り当てられているチャンネル・セットを
判定する。ローカル・セルのチャンネル・セットが判定
されると、２次コントローラ６００は、現在のローカル
・セル以外のセル１０６において主システム１００が使
用しているチャンネルを利用して、通信を行なうことが
できる。

【００２３】このような２次システム通信では、２つの
要因の組み合わせによって、衛星１０２で大きな干渉が
発生しない。まず第１に、２次通信で用いられるチャン
ネルは、ローカル・セルにおける一次通信で用いられる
チャンネルと直交している。第２に、２次通信は比較的
低い電力レベルで行なわれるので、２次通信信号が衛星
１０２まで伝搬するころには、この信号は一次通信信号
に比べて大幅に減衰されている。

【００２４】２次通信に低電力レベルを用いる結果、２
次区域２０２内のすべての点は監視位置２０２に近接し
ていることになる。地球上に投影される２次区域２０２
の半径が衛星１０２までのもっとも短い距離よりも大幅
に、好ましくは少なくと１桁小さくなるように、２次コ
ントローラ６００のアンテナから送信される信号の電力
レベルは調整される。

【００２５】一般に、２次区域２０２は、通信トラヒッ
クが高いと予想される都市または他の区域に配置され
る。別の区域では、２次システム２００の小セルの性質
によって、１次システム１００によって収容されるより
も多くの容量の通信トラヒックを収容できる。２次区域
２０２があまり重複しないように、監視位置２０４は互
いに離間されることが好ましい。しかし、広い都市地域
で完全な２次サービスを提供する必要もあるため、２次
区域２０２は互いに隣接していることもある。一方、２
次区域２０２は互いに隣接している必要はなく、単一の
区域２０２または区域２０２の集合を必要に応じて配置
して、任意のレベルの通信トラヒックに対処することが
できる。

【００２６】また図２は、１次システム１００，２次シ
ステム２００および３次システム３００の間の相互接続
を示すブロック図も示す。図２では一基のみが示されて
いる衛星１０２は、近傍の中央交換局２０８と通信を行
なうためのアンテナ２０６を含む。中央交換局２０８と
のこのような通信は、加入者装置５００との通信で用い
られるスペクトルの同じ部分で行なう必要はない。高容
量トランク通信リンクによって衛星１０２と中央交換局
２０８とを接続することが好ましい。中央交換局２０８
は、地政的制約を満たすため必要に応じて地球上に配置
されることが好ましい。中央交換局２０８は一般通信交
換網（ＰＳＴＮ）２１０に結合し、このＰＳＴＮは世界
中で利用可能であり、かつ数百万台の通信機器，コンピ
ュータ，ファクシミリ装置および他の装置に結合してい
る。同様に、各２次システム・コントローラ６００およ
び３次システム・コントローラ６０２はＰＳＴＮ２１０
に結合する。ＰＳＴＮ２１０を介して、交換局２０８，
２次コントローラ６００および３次コントローラ６０２
は呼トラヒックを中継したり、互いに通信することがで
きる。

【００２７】１次システム１００，２次システム２００
および３次システムの階層によって得られる通信ネット
ワークは、加入者装置５００に多くの通信オプションを
提供する。加入者装置５００が複数の通信システムを利
用できる場合、加入者装置はサービス圏がもっとも小さ
い通信システムを利用することが好ましい。なぜなら
ば、このようなシステムは単位面積当たりもっとも大き
い通信トラヒック容量に対処でき、それによりサービス
圏の広いシステムにおいて通信トラヒック容量を解放す
るためである。加入者装置５００が３次区域３０２にあ
る場合、世界中の任意の通信装置または任意の他の加入
者装置５００と通信するために対応する３次システム３
００を利用することが好ましい。加入者装置５００が３
次区域３０２にないが、２次区域２０２にある場合、世
界中の任意の通信装置または任意の他の加入者装置５０
０と通信するために対応する２次システム２００を利用
することが好ましい。また、加入者装置５００が３次区
域３０２にも２次区域２０２にもない場合、世界中の任
意の通信装置または任意の他の加入者装置５００と通信
するために１次システム１００を利用することが好まし
い。

【００２８】図３は、３次通信区域３０２の配置図を示
す。３次区域３０２は、加入者装置５００との通信で用
いられる種類の電磁エネルギの横伝搬を遮る遮蔽となる
建物や他の構造物に制限されることが好ましい。３次区
域３０２は、一つ以上のアンテナ３０６を配置すること
によって建物に制限され、これらのアンテナを介して３
次システム３００は建物３０４内で加入者装置５００と
通信を行なう。従って、３次区域３０２内のすべての点
はアンテナ３０６からわずかな距離にあり、この距離は
２次区域２０２の半径よりもはるかに小さいのが一般的
である。建物３０４の外壁および屋根はアンテナ３０６
と衛星１０２のアンテナ１０４との間に配置される。

【００２９】３次システム３００は、３次システム・コ
ントローラ６０２を含む。３次コントローラ６０２はア
ンテナ３０６に結合し、建物３０４内に配置される加入
者装置５００と通信する基地局として機能する。３次シ
ステム・コントローラ６０２は、自局が位置する２次区
域２０２において、２次コントローラ６００とデータ通
信を行なう。このデータ通信は、ＰＳＴＮ２１０を介し
て行なうことができる。あるいは、３次コントローラ６
０２は、２次コントローラ６００の管轄圏内に位置する
加入者装置として構成することもできる。この別の実施
例では、アンテナ３０８は建物３０４の外に配置され、
データ通信は２次通信システム２００を介して行なわれ
る。さらに別の実施例では、３次コントローラ６０２は
加入者装置として構成して、データ通信を１次システム
１００を介して行なうことができる。

【００３０】３次システム３００は、１次システム１０
０の現ローカル・セルに割り当てられたチャンネルを利
用して通信を行なう超低電力システムとして構成される
ことが好ましい。つまり、１次システム１００および３
次システム３００は、同一セル１０６内で同じスペクト
ルを利用する。３次システム３００内の伝送が低電力な
性質のため、衛星１０２における干渉は防がれ、アンテ
ナ３０６からの伝送の電力レベルの適切な調整とあいま
って、建物３０４による減衰は建物３０４内の加入者装
置５００間における干渉を防ぐ。建物３０４および区域
３０２は、２次システム２００と通信を行なっている加
入者装置５００の近傍に配置できる。２次システム２０
０はローカル・セルに割り当てられたチャンネルを利用
することを避けるので、３次システムの通信は２次シス
テムの通信と干渉しない。

【００３１】図４は、１次，２次または３次システム１
００，２００，３００がそれぞれ加入者装置５００と通
信を行なう際に利用するスペクトル４００のブロック図
を示す。図４に示すように、スペクトル４００は多数の
直交チャンネル４０２に分割される。スペクトル４００
をチャンネル４０２に分割する厳密な方法は本発明にと
って重要ではない。例えば、スペクトル４００は離散的
な周波数帯域，離散的な時間スロット，離散的な符号化
方法またはこれらの組み合わせに分割することができ
る。図４は、時分割および周波数分割多元化の組み合わ
せを示している。つまり、スペクトル４００は離散的な
周波数帯域４０４と離散的な時間フレーム４０６とに分
割される。各フレーム４０６は時間スロット４０８にさ
らに分割される。時間スロット４０８は、一つのフレー
ム４０８から別のフレームまで反復する。図示していな
いが、時間スロット４０８は独立した送信および受信時
間スロットに分割することができ、これらの独立した時
間スロットをフレーム４０６内で互いに隣接して配置す
る必要はない。ある時間スロット４０８におけるある周
波数帯域４０４はチャンネル４０２のうちの一つのチャ
ンネルを定める。スペクトル４００は１０００以上の直
交チャンネルに分割することができる。

【００３２】チャンネル４０２は、１次システム１００
によって用いられる前述のチャンネル・セット（Ａ，Ｂ
など）に割り当てられる。一般に、チャンネル４０２を
チャンネル・セットに割り当てるために特定のアルゴリ
ズムに従う必要はない。しかし、所定のパラメータを有
する捕捉チャンネル(acquisition channel) ４１０を各
チャンネル・セットに割り当てることが望ましい。捕捉
チャンネル４１０は、加入者装置５００および副通信シ
ステムからのコントローラが同期を確立することができ
るように、通信システムによって放送される。同期が確
立されると、捕捉チャンネル４１０を放送するシステム
との通信が開始される。１次システム１００が各セル１
０６において一つの捕捉チャンネル４１０を連続的に放
送していることが好ましい。２次および３次システム２
００，３００はそれぞれのサービス圏について一つの捕
捉チャンネル４１０を放送することが好ましい。捕捉チ
ャンネル４１０は他のチャンネルと全く同じ特性を有す
る必要はなく、同期を容易にするため厳密でないタイミ
ング・パラメータが望ましい。

【００３３】捕捉チャンネル４１０は、このチャンネル
を受信するすべての当事者に情報を伝達することが望ま
しい。例えば、捕捉チャンネル４１０は、同期を支援す
るためにデータまたはデータの不在を伝達することがで
きる。チャンネル４１０は、放送発信源を１次システム
・ノード（すなわち、衛星１０２），２次システムまた
は３次システムとして特定できる。１次システム１００
によって放送されるチャンネル４１０について、追加デ
ータによって、チャンネル４１０に伴いセル１０６によ
って用いられるチャンネル対セルの割当と共に、セルＩ
Ｄおよび衛星ＩＤを特定できる。このようなチャンネル
対セル割当は、チャンネル・セット（Ａ，Ｂなど）を識
別することによって短く通信することができる。さら
に、チャンネル４１０は、このチャンネル４１０を発信
するシステムに対して、初期登録または他のメッセージ
を返送するために用いる別のチャンネルを特定すること
ができる。

【００３４】図５は、任意の１次，２次または３次シス
テム１００，２００，３００とそれぞれ通信し、これら
のシステムを介して他の加入者装置５００または他の通
信装置と通信する加入者装置５００のブロック図を示
す。加入者装置５００は、システム１００，２００，３
００によって用いられるスペクトルと整合性のあるフォ
ーマットで信号の送受信を行なうトランシーバ５０２を
含む。トランシーバ５０２はプロセッサ５０４に結合
し、このプロセッサはトランシーバ５０２が動作する周
波数およびタイミング・パラメータを制御する。さら
に、プロセッサ５０４は、トランシーバ５０２が信号を
送信する電力レベルを制御することが好ましい。さら
に、プロセッサ５０４は入力／出力（Ｉ／Ｏ）部５０
６，タイマ５０８およびメモリ５１０にも結合する。プ
ロセッサ５０４はタイマ５０８を利用して、現在日付お
よび時間を維持する。メモリ５１０は、プロセッサ５０
４に対する命令として機能するデータを含み、これはプ
ロセッサ５０４によって実行されると、以下で説明する
手順を加入者装置５００に実行させる。さらに、メモリ
５１０は、加入者装置５００の動作によって処理される
変数，テーブルおよびデータベースを含む。

【００３５】加入者装置５００のＩ／Ｏ部５０６は、加
入者装置５００のユーザから入力を収集し、ユーザの知
覚できる出力を与えるために利用される。Ｉ／Ｏ部５０
６は、例えば、キーパッド５１２を含み、これは呼が宛
てられた当事者を特定する番号を収集するために利用さ
れる。電源スイッチ５１４は、加入者装置の動作および
非動作を制御するために用いられる。送信キー５１６は
被呼側の番号が入力されたことを示すために用いられ、
フック・スイッチ５１８は従来の意味で用いられる。デ
ィスプレイ５２０は視覚情報をユーザに提示するために
用いられ、アラームまたはビーパ(beeper)５２２はユー
ザに聴覚報知を与えるために用いられる。ハンドセット
またはマルチトーン５２４は、聴覚信号を電気信号に変
換し、電気信号を聴覚信号に変換する。

【００３６】図６は、２次システム・コントローラのブ
ロック図を示す。２次コントローラ６００は捕捉チャン
ネル受信機６０４を含み、この受信機６０４はアンテナ
６０６に結合する。さらに、コントローラ６００は、ア
ンテナ６１０に結合するマルチチャンネル加入者装置ト
ランシーバ６０８を含む。受信機６０４およびトランシ
ーバ６０８はそれぞれチャンネル４０２と整合性があ
る。アンテナ６０６の位置は、監視位置２０４を定め
る。アンテナ６１０の位置とアンテナ６１０から送信さ
れる信号の電力とは区域２０２を定める。受信機６０４
およびアンテナ６０６によって実行される機能は、ある
用途では、トランシーバ６０８およびアンテナ６１０に
含めてもよいことが当業者に理解される。アンテナ６０
６およびアンテナ６１０はほぼ同じ位置に配置されるこ
とが好ましい。トランシーバ６０８は、スペクトル４０
０からの任意の数のチャンネル４０２を利用して任意の
数の呼に同時に対応できるように構成される。

【００３７】受信機６０４およびトランシーバ６０８は
プロセッサ６１２に結合する。プロセッサ６１２は、受
信機６０４およびトランシーバ６０８が同調されるチャ
ンネルを制御する。また、プロセッサ６１２はＩ／Ｏ部
６１４，タイマ６１６，メモリ６１８およびＰＳＴＮイ
ンタフェース６２０に結合する。交差接続スイッチ(cro
ss-connect switch)６２２は、トランシーバ６０８に結
合するポートと、ＰＳＴＮインタフェース６２０に結合
するポートとを有する。プロセッサ６１２はスイッチ６
２２の入力に結合して、スイッチ６２２のさまざまなポ
ートの接続を制御する。トランシーバ６０８のポートは
ＰＳＴＮインタフェース６２０のポートのみに切り換え
られる必要はない。従って、トランシーバ６０８の一方
のポートを介して中継される呼はトランシーバ６０８の
別のポートに切り換えることができ、２次区域２０２内
の２つ以上の加入者装置５００を互いに直接通信させる
ことができる。

【００３８】Ｉ／Ｏ部６１４は、キーボードおよび他の
入力装置から入力を受信し、ディスプレイ端末，プリン
タおよび他の出力装置にデータを与える。プロセッサ６
１２はタイマ６１６を用いて、現在日付および時間を維
持する。メモリ６１８は、データを保存するための半導
体，磁気または他の保存装置を含み、このデータはプロ
セッサ６１２に対する命令として機能し、プロセッサ６
１２によって実行されると、以下で説明する手順をコン
トローラ６００に実行させる。さらに、メモリ６１８
は、コントローラ６００の動作によって処理される変
数，テーブルおよびデータベースを含む。インタフェー
ス６２０を介して、コントローラ６００はＰＳＴＮ２１
０と通信する。同様に、コントローラ６００は、加入者
装置５００と他の通信装置との間で、インタフェース６
２０およびスイッチ６２２を介して呼を確立する。従っ
て、コントローラ６００は、加入者装置５００が呼の間
に通信を行なうための基地局として動作する。

【００３９】好適な実施例では、図６のブロック図は３
次コントローラ６０２にも適用される。つまり、３次コ
ントローラ６０２は図６に示すものと同様なブロック図
を有する。しかし、アンテナ６０６および受信機６０４
は、３次コントローラ６０２では付随的な機能である。
以下で説明するように、３次コントローラ６０２は、１
次システム１００によって放送される変化する捕捉チャ
ンネル信号を受信する必要がない。むしろ、３次コント
ローラ６０２がその管轄圏内に配置されている２次コン
トローラ６００は、３次コントローラが利用可能なチャ
ンネルを決定する。このようなチャンネルを決定するデ
ータは、ＰＳＴＮ２１０や加入者装置トランシーバ６０
８などを介して、任意の従来の方法で３次コントローラ
６０２に送信することができる。２次コントローラ６０
０と３次コントローラ６０２との間の他の相違点は、メ
モリ６１８に保存されるプログラミング命令によって設
定できることが当業者に理解される。

【００４０】図７〜図１３は、２次通信システム２００
が１次通信システム１００と整合性を持つように、２次
システム・コントローラ６００において実行される手順
を説明する。好適な実施例では、すべての２次コントロ
ーラ６００は実質的に同じ手順を実行する。従って、図
７〜図１３で説明する手順は複数の２次コントローラに
適用される。さらに、３次コントローラ６０２によって
実行される手順も図７〜図１３の手順と、範囲が狭いこ
とはないとしても同様である。従って、３次コントロー
ラの動作は、図７〜図１３で説明するタスク（動作）お
よび特徴の多くを含んでいる。図１４，図１５は、１
次，２次または３次システム１００，２００，３００と
通信する際に加入者装置５００によって実行される手順
を説明する。好適な実施例では、すべての加入者装置５
００は、本発明に限り、実質的に同じ手順を実行する。

【００４１】図７は、２次コントローラ６００によって
実行されるバックグランド(Background)手順７００のフ
ローチャートを示す。一般に、手順７００は、同時に起
動されている他の手順とはかかわりなく、バックグラン
ド・モードで連続的に動作している。手順７００はタス
ク７０２を実行して、１次システム１００から放送され
ている次に利用可能な捕捉チャンネルに同期する。１次
システム１００から放送されるすべての捕捉チャンネル
がコントローラ６００によって受信可能なわけではな
い。コントローラ６００によって受信される可能性がも
っとも高い捕捉チャンネル４１０は、ローカル・セルに
おいて放送される。しかし、さまざまな時間において、
コントローラ６００はローカル・セルに隣接するセル１
０６から捕捉チャンネル４１０を受信したり、隣接する
２次システムから受信したり、あるいは極めて近い３次
システム３００から受信することができる。前述のよう
に、捕捉チャンネル４１０で放送されるデータは放送の
発信源を１次，２次または３次システムとして特定す
る。このようなデータはタスク７０２によって用いら
れ、２次または３次システム２００，３００からのそれ
ぞれの捕捉チャンネル４１０を除外することができる。
コントローラ６００は捕捉チャンネル４１０の信号強度
および／またはドップラを解析して、ローカル・セルの
捕捉チャンネル４１０を他のセル１０６に宛てられた他
の捕捉チャンネルから識別できる。

【００４２】タスク７０２が１次システムの捕捉チャン
ネル４１０を捕捉した後、この捕捉チャンネルが新たな
ローカル・セルを示しているかどうかを問い合わせタス
ク７０４は判定する。セル１０６は監視位置２０４に対
して移動するので、振幅やドップラなどその捕捉チャン
ネルのパラメータは変化する。このようなパラメータを
他の１次システム捕捉チャンネルの同様なパラメータと
比較することにより、新たなローカル・セルによってカ
バーされているとコントローラ６０２は判断できる。そ
うなると、このセルの捕捉チャンネルによって放送され
るローカル・セルの識別は変化する。

【００４３】監視位置２０４が新たなローカル・セルに
よってカバーされているとタスク７０４が判断すると、
この新規ローカル・セルに割り当てられているチャンネ
ルを利用不可能チャンネル(unavailable channels)リス
ト８００に追加する。コントローラ６００は、新ローカ
ル・セルの捕捉チャンネルで放送される割当データによ
って、新ローカル・セルのチャンネルを知ることができ
る。この割当データは使用されるチャンネルを個別に特
定でき、あるいはチャンネル・セットを特定できる。タ
スク７０６はチャンネル・セット・データをチャンネル
・リストに変換する。

【００４４】図８は、利用不可能チャンネル・リスト８
００のブロック図を示す。コントローラ６００は、リス
ト８００をメモリ６１８内に維持する。特に、リスト８
００は、１次システム通信と干渉する可能性のあるチャ
ンネルを特定する構造８０２と、隣接２次区域２０２で
行なわれている２次システム通信と干渉する可能性のあ
るチャンネルを特定する構造８０４とを含む。タスク７
０６は、チャンネル特定データを構造８０２に入れる。
構造８０２にリストされるチャンネルは新規ローカル・
セル内で現在利用されているので、現在の２次システム
２０２で利用すると、スペクトル４００内の他のチャン
ネルに比べて、１次システム通信と干渉する可能性が高
い。

【００４５】図７に戻って、タスク７０６の次に、タス
ク７０８は利用可能チャンネル(available channels)リ
スト９００を変更する。図９は、利用可能チャンネル・
リスト９００のブロック図を示す。一般に、リスト９０
０にリストされるチャンネルは、１次通信または２次通
信と干渉する危険をおかさずに、２次区域２０２内でコ
ントローラ６００によって利用できる。タスク７０８
は、新規ローカル・セルに入ることによって利用不可能
チャンネル構造８０２に追加されたばかりのリスト９０
０で特定されていたチャンネルを除去することにより、
リスト９００を変更する。このようなチャンネルは次の
２次通信では利用されない。

【００４６】図７に戻って、タスク７０８は系統的ある
いは内在的に実行できることが当業者に理解される。つ
まり、利用可能チャンネル・リスト９００にチャンネル
が存在しないことは、メモリ６１８にリスト９００を実
際に構成しなくても、それらが利用不可能チャンネル構
造８０２に含まれていることから推測できる。

【００４７】タスク７０８の次に、捕捉された１次シス
テム捕捉チャンネルが新規ローカル・セルを示していな
いとタスク７０４が判断すると、手順７００は問い合わ
せタスク７１０を実行する。タスク７１０は、旧ローカ
ルセルが消えていることを、捕捉された捕捉チャンネル
が示しているかどうかを判定する。つまり、タスク７１
０は監視位置２０２がローカル・セルを離れているかど
うかを判定する。監視位置２０２がローカル・セルを離
れていない場合、プログラム制御は前述のタスク７０２
に戻る。手順７００は、捕捉できる次の１次捕捉チャン
ネルでこの処理を反復する。１次システムの捕捉チャン
ネルを反復的に調べることにより、手順７００は２次コ
ントローラ６００にローカル・セルの識別およびそこで
利用されるチャンネル／セットの変化と共に、衛星１０
２の移動を追尾させる。

【００４８】捕捉された捕捉信号の信号強度および／ま
たはドップラ・パラメータを調べて、これらのパラメー
タを所定の閾値および／または経時値(historical valu
e)と比較することにより、タスク７１０の判定を行なう
ことができる。旧セルを離れるときと厳密に同時に新規
ローカル・セルに入ることを手順７００は判定する必要
はないことが当業者に理解される。手順７００により、
旧ローカル・セル退出(exit)判定の前に、新規ローカル
・セル進入(entry) 判定を行なわせ、監視位置２０４が
セル１０６の間の境界付近にある場合（図２参照）に、
新旧両方のローカル・セルからのチャンネルが、短い期
間の間利用不可能としてリストされることが好ましい。

【００４９】旧ローカル・セルから離れているとタスク
７１０が判断すると、タスク７１２は旧セルのチャンネ
ル・セットに含まれるチャンネルを利用不可能チャンネ
ル構造８０２から除去する。次に、タスク７１４は旧セ
ルのチャンネル・セットに含まれるチャンネルをリスト
９００に追加することにより、利用可能チャンネル・リ
スト９００を変更する。しかし、チャンネルを利用可能
チャンネル・リスト９００に追加する前に、タスク７１
４は利用不可能構造８０４を調べて、これらのチャンネ
ルのいずれかが隣接２次区域２０２で利用されているこ
とに起因して、利用不可能としてリストされたかどうか
を判定することが望ましい。利用不可能構造８０４にリ
ストされたチャンネルは利用可能リスト９００から除外
されることが好ましい。タスク７１４の次に、プログラ
ム制御は前述のタスク７０２に戻り、衛星１０２および
セル１０６の移動を追尾する。

【００５０】手順７００を実行することによって、２次
システム２００によって利用可能なチャンネルからなる
リストと、２次システム２００によって利用不可能なチ
ャンネルからなるリストとが作成される。さらに、これ
らのリストは衛星１０２およびセル１０６の移動を追尾
するため最新状態に維持される。

【００５１】図１０は、２次コントローラ６００によっ
て実行される呼接続要求(Call Connection Request) 手
順１０００のフローチャートを示す。手順１０００は、
コントローラ６００が呼接続要求を受信するごとに実行
される。前述のように、手順１０００は、個別の２次区
域２０２において他のコントローラ６００によって独立
して実行できる。２次区域２０２内に位置する加入者装
置５００に対して通信装置が発呼を要求すると、呼接続
要求がＰＳＴＮ２１０から発信される。あるいは、別の
加入者装置５００またはＰＳＴＮ２１０に結合された通
信装置に発呼することを希望する２次区域２０２内の加
入者装置から、呼接続要求が発信することがある。手順
１０００を実行する前に、当業者に周知の呼出(ringin
g) 手順が実行され、被呼側が呼を受信できることを判
定する。従って、手順１０００は発呼を可能にするため
に必要なチャンネルおよび接続を確立し、維持する。

【００５２】手順１０００は処理１００２を実行して、
呼に関与する加入者装置５００と通信するために用いら
れる新規チャンネルをクリアする。２次区域２０２に位
置する２台以上の加入者装置５００が呼に関与する場
合、処理１００２は各装置５００について実行される。
処理１００２は、次の利用可能なチャンネルを識別する
タスク１００４を含む。次の利用可能なチャンネルは利
用可能チャンネル・リスト９００から判定でき、あるい
は、利用不可能チャンネル・リスト８０を調べることに
よって判定できる。タスク１００４の次に、タスク１０
０６はチャンネル識別を要求チャンネル・リスト(claim
ed channel list)１１００に移動する。図１１は、メモ
リ６１８に維持される要求チャンネル・リスト１１００
のブロック図を示す。チャンネル識別を移動する際に、
選択されたチャンネルの識別が利用可能チャンネル・リ
スト９００から削除される。

【００５３】次に、タスク１００８はチャンネル使用メ
ッセージ(channel usage message)をすべての隣接２次
システムに送出する。チャンネルが最初に要求される
と、チャンネル使用メッセージは単に隣接２次システム
に対して要求チャンネルを特定し、隣接２次システムは
この要求チャンネルを利用することを控える。チャンネ
ル使用メッセージは、ＰＳＴＮ２１０または１次通信シ
ステム１００など任意の便宜的なリンクを介して送出す
ることができる。また、以下で説明するように、呼が進
行中の場合にも新規チャンネル・クリア処理１００２を
実行することができる。この場合、チャンネル使用メッ
セージは解放される旧チャンネルと、要求されている新
規チャンネルの両方を特定する。

【００５４】図２を参照して、２次区域２０２が近隣区
域２０２によって完全に包囲されている場合、最大６つ
のメッセージを隣接２次システムに送出できる。現在の
２次システムに隣接していない２次システム２００に対
してはメッセージを送出する必要はない。

【００５５】タスク１００８の次に、タスク１０１０は
チャンネルが要求されている加入者装置５００にチャン
ネルの特定を通知し、トランシーバ６０８をプログラム
して、その空きチャンネルの一つをその指示されたチャ
ンネルに同調させる。２次システムの捕捉チャンネル上
の伝送を介して、または呼設定処理のこの段階において
加入者装置５００が監視している他のチャンネルを介し
て、要求されたチャンネルの特定を加入者装置５００に
通知できる。タスク１０１０を実行した後、サービスが
提供される加入者装置について新規チャンネルが要求さ
れ、プログラム制御は処理１００２から出る。

【００５６】処理１００２のタスク１０１０の次に、タ
スク１０１２はスイッチ６２２をプログラムして、呼を
トランシーバ６０８および／またはＰＳＴＮインタフェ
ースの適切なポートに接続させる。この時点で、呼は接
続され、いずれかの当事者によって終了されるまで無限
に継続される。呼が継続している場合、呼が利用してい
るチャンネルが利用不可能になっているかどうかを、問
い合わせタスク１０１４は判定する。この判定は、利用
不可能チャンネル・リスト８００を調べることによって
行なうことができる。例えば、１次通信用にチャンネル
を利用している新規ローカル・セルが、この呼が行なわ
れている２次区域２０２に移動した場合に、呼が利用し
ているチャンネルは利用不可能になる。この場合、バッ
クグランド手順７００は前述のように構造８０２におい
て利用不可能としてこのチャンネルを特定する。

【００５７】進行中の呼において用いられているチャン
ネルが利用不可能になると、手順１０００は新規チャン
ネル・クリア処理１００２を再実行する。前述のよう
に、処理１００２は利用可能なチャンネルを選択し、近
隣２次システム２００にこの新たな要求チャンネルを通
知し、加入者装置５００にこの新規チャンネルの特定を
通知し、新たに確立された通信リンク上で通信を行なわ
せる。このハンドオフは、呼に関与するすべての当事者
が意識せずに行なわれる。処理１００２のハンドオフの
次に、プログラム制御は問い合わせタスク１０１６に進
む。また、呼のチャンネルが利用不可能にならないとタ
スク１０１４が判断した場合にも、プログラム制御はタ
スク１０１６に進む。

【００５８】呼に関与する加入者装置５００が隣接２次
システムとの境界に近づきつつあるかどうかタスク１０
１６は判定する。好適な実施例では、それぞれの２次シ
ステムから放送される捕捉チャンネルの相対的な信号強
度を調べることによってこの判定を実際に行なうのは加
入者装置５００である。加入者装置５００がハンドオフ
を希望する場合、自局の現在の２次システム２００から
ハンドオフを要求することができる。タスク１０１６は
このような要求を検出する。現在サービスが提供されて
いる加入者装置５００が２次システム境界に近づくと、
タスク１０１８は呼を隣接２次システム２００にハンド
オフする。タスク１０１８はデータ通信を隣接システム
に送出して、隣接システムにハンドオフを通知し、この
隣接システムからチャンネル割当およびタイミング情報
を受信することができる。次に、この新たなチャンネル
割当およびタイミング情報を加入者装置５００に送信す
ることができ、呼を隣接システムに送出することができ
る。呼が送出されると、解放されたチャンネルは利用可
能チャンネル・リスト９００にリストすることができ
る。

【００５９】タスク１０１８の次に、加入者装置５００
が境界に近づいていないとタスク１０１６が判定してい
る場合、呼が終了したかどうかを問い合わせタスク１０
２０は判定する。呼が終了していると、タスク１０２２
は呼で利用しているチャンネルの特定を利用可能チャン
ネル・リスト９００に移動し、チャンネル使用の変更を
隣接２次システム２００に報告する。タスク１０２２の
次に、呼が終了していないとタスク１０２０が判断して
いる場合、プログラム制御はタスク１０１４に戻り、進
行中の呼の監視を継続する。従って、２次通信システム
２００は、利用可能なチャンネルのセットからのチャン
ネルを利用して、加入者装置５０００と通信を行なう。
２次通信システム２００は、チャンネルの利用可能性の
変化を監視して、要求チャンネルが利用不可能になると
ハンドオフを強制する。

【００６０】図１２は、前述のチャンネル使用メッセー
ジの一つを受信する場合に２次コントローラ６００によ
って実行される手順を示す。隣接２次区域２０２で利用
するために新規チャンネルが要求される場合や、隣接２
次区域２０２で前回用いられたチャンネルが解放される
場合に、チャンネル使用メッセージは受信される。

【００６１】手順１２００はタスク１２０２を実行し
て、新たに要求されたチャンネルを利用不可能構造８０
４にリストする。前述のように、利用不可能構造８０４
は利用不可能リスト８００の一部を構成する。構造８０
４はさらに分割され、各隣接２次システムのセクション
を含むことが好ましい。２次コントローラ６００が前述
の呼接続要求手順１０００を実行すると、近傍の２次シ
ステム２００によって要求されるチャンネルは避けら
れ、利用するための選択はされない。現在要求され、隣
接２次システム２００で利用されているチャンネルの使
用を避けることにより、隣接２次システム２００で行な
われている通信間の干渉が防止される。

【００６２】また手順１２００はタスク１２０４を実行
して、新たに解放されたチャンネルを利用不可能リスト
８００の構造８０４から除外し、特定されたチャンネル
を利用可能チャンネル・リスト９００にリストする。し
かし、解放されたチャンネルを利用可能としてリストす
る前に、タスク１２０４はまず利用不可能リスト８００
を調べて、このチャンネルが利用不可能としてこのリス
ト８００にまだリストされているかどうか判定する。例
えば、別の隣接２次システムがこのチャンネルをすでに
要求していたり、あるいはこのチャンネルを利用するロ
ーカル・セルが２次システムの区域２０２上を移動して
いる場合には、このチャンネルは利用不可能としてまだ
リストされている。タスク１２０２，１２０４の次に、
プログラム制御は手順１２００から出る。

【００６３】図１３は、３次起動イベントを検出した場
合に２次コントローラ６００によって実行される手順１
３００を示す。任意の数のイベントは３次起動イベント
(tertiary activation event) として解釈することがで
きる。例えば、このようなイベントは決まった間隔で発
生して、つまり時間は起動イベントとして機能すること
ができる。あるいは、３次システム・コントローラ６０
２がこのようなイベントが発生することを要求した場合
に、発生しうる。さらに、チャンネル利用不可能リスト
８００や利用可能リスト９００における変化などの他の
条件に応答して、このようなイベントは発生しうる。

【００６４】このようなイベントが発生すると、手順１
３００はタスク１３０２を実行する。タスク１３０２
は、現在の２次システム・コントローラ６００の管轄内
の３次システム・コントローラに、利用不可能チャンネ
ルを特定するデータを送出する。最小限、タスク１３０
２は利用不可能構造８０２から１つまたはそれ以上のチ
ャンネル特定を送出する。前述のように、このデータは
任意の便宜的な方法で通信することができる。例えば、
このデータはＰＳＴＮ２１０を介して通信することがで
きる。あるいは、３次システム・コントローラ６０２を
加入者装置５００として２次システム２００にログイン
(log-in ）して、このデータを２次システム２００を介
して通信することができる。さらに別の実施例では、２
次システム２００と３次システム３００の両方を加入者
装置５００として１次システム１００にログインして、
このデータを１次システム１００を介して通信すること
ができる。

【００６５】タスク１３０２により、３次システム３０
０は１次システム１００に対する現チャンネル対ローカ
ル・セルの割当を把握する。さらに、３次システムは３
次システム３００が配置されているところの２次システ
ム２００によって利用されないチャンネルの特定を把握
する。３次コントローラ６０２はこのようなチャンネル
特定を自局の利用可能チャンネル・リストにリストす
る。３次システムに対して利用可能であるとリストされ
ていないチャンネルは、３次システムに対して利用不可
能であるとみなすことができる。３次システム・コント
ローラ６０２は手順１０００と同様な手順を実行して、
３次システム３００内で利用するため利用可能チャンネ
ル・リストからチャンネルを選択する。さらに、このよ
うな手順は利用可能リストを連続的に監視して、いつチ
ャンネルが利用不可能になるかを把握して、そのとき利
用可能な他のチャンネルに呼をハンドオフすることがで
きる。

【００６６】図１４，図１５は、本発明による加入者装
置５００の動作を示すフローチャートを示す。図１４は
開始(Start) 手順１４００を示し、図１５は待機(Stand
by)順１５００を示す。

【００６７】図１４において、加入者装置５００が電源
投入されたり、捕捉信号を失うごとに加入者装置５００
は手順１４００を実行する。さらに、捕捉信号を捕捉し
て、いつより良好な捕捉信号が利用できるようになるか
を判断した後に、手順１４００をバックグランド・モー
ドで実行することができる。

【００６８】手順１４００は、次の捕捉チャンネルと同
期するためタスク１４０２を実行する。捕捉チャンネル
は、１次システム，２次システムまたは３次システムの
いずれかから放送されている。捕捉チャンネルによって
通信されるデータを加入者装置５００が読むことができ
ると、同期に成功する。同期に失敗すると、問い合わせ
タスク１４０４はプログラム制御をタスク１４０２に戻
して、別の捕捉チャンネルを選択する。同期に成功する
と、この成功は加入者装置５００が通信できるシステム
を加入者装置５００が見つけたことを示す。

【００６９】同期に成功すると、タスク１４０６は捕捉
チャンネルが伝達するデータを保存する。前述のよう
に、このようなデータはチャンネルの発信側を１次，２
次または３次システムとして識別し、メッセージをこの
システムに送出するために利用できる他のチャンネルを
識別する。タスク１４０６の次に、問い合わせタスク１
４０８は捕捉チャンネルの評価が完全かどうか判定す
る。つまり、タスク１４０８は加入者装置５００がすべ
ての可能な捕捉チャンネルを検索したかどうかを判定す
る。捕捉チャンネルの評価が完全でない場合、プログラ
ム制御は前述のタスク１４０２に戻る。

【００７０】捕捉チャンネル評価が完全な場合、うまく
捕捉された捕捉チャンネルの一つが３次システムから放
送されたかどうか問い合わせタスク１４１０は判定す
る。放送されている場合、タスク１４１２はこのシステ
ムを通信すべきシステムとして選択し、そのトランシー
バ５０２の電力レベルを適宜調整する。特に、電力レベ
ルは低設定に設定され、衛星１０２の受信機において１
次通信と干渉する危険を最小限に抑える。

【００７１】３次システム捕捉信号が捕捉されていない
とタスク１４１０が判断すると、うまく捕捉された捕捉
チャンネルの一つが２次システムから放送されたのかど
うか問い合わせタスク１４１４は判定する。放送されて
いる場合、タスク１４１６はこの２次システムを通信す
べきシステムとして選択し、そのトランシーバ５０２の
電力レベルを適宜調整する。特に、電力レベルは中設定
に設定され、衛星１０２の受信機における１次通信と干
渉する危険を最小限に抑えるが、２次区域全体において
うまく通信することを可能にする。

【００７２】２次システムの捕捉チャンネルが捕捉され
ていないとタスク１４１４が判断すると、タスク１４１
８は１次システムを通信すべきシステムとして選択し
て、そのトランシーバ５０２の電力レベルを適宜調整す
る。特に、電力レベルは高設定に設定され、伝送が衛星
１０２においてうまく受信できるようにする。

【００７３】タスク１４１０〜１４１８の結果、２次シ
ステム２００および３次システム３００が利用不可能で
ないかぎり、加入者装置５００は１次システム１００を
選択することを控える。同様に、３次システム３００が
利用不可能でないかぎり、加入者装置５００は２次シス
テム２００を選択することを控える。従って、加入者装
置５００はその通信ニーズを満たすもっともサービス圏
が小さい利用可能なシステムを選択する。通信サービス
を提供するためにセルのもっとも小さいシステムを選択
することにより、加入者装置５００が位置している地理
的区域において最大の通信トラヒック量を処理できる。
より大きなセルのシステムによって用いられるチャンネ
ルは、小さなセルのシステムが利用できない加入者装置
５００によって利用できるように空けられる。

【００７４】タスク１４１２，１４１６または１４１８
の次に、タスク１４２０はログオン・メッセージを選択
されたシステムに送出する。このログオン・メッセージ
は選択されたシステムに対して加入者装置５００を識別
し、この選択されたシステムに加入者装置５００を登録
させる働きをする。このメッセージは、選択されたシス
テムの捕捉チャンネルによって指定されたチャンネル上
で送信することができ、タスク１４０６において保存で
きる。タスク１４２０の次に、タスク１４２０のログオ
ンの試みに成功したかどうか問い合わせタスク１４２２
は調べる。タスク１４２２は、選択されたシステムから
の肯定応答(acknowledgement) メッセージを待って、そ
れを調べることによってこの判断を行なう。肯定応答メ
ッセージは、ログオン・メッセージを送信するために用
いられる同じチャンネルの受信部分や、加入者装置５０
０と選択されたシステムの両方に通知されている他のチ
ャンネル上で受信することができる。ログオンの試みに
成功すると、プログラム制御は以下で図１５について説
明する待機手順１５００に進む。ここで、加入者装置５
００は呼を発信または終了する準備ができる。

【００７５】ログオンの試みに成功していないとタスク
１４２２が判断すると、タスク１４２４は別のシステム
を選択し、その伝送電力レベルを適宜調整する。ログオ
ンの試みは多くの理由によって成功しないことがある。
例えば、選択されたシステムはログオン・メッセージの
受信に失敗していることがある。あるいは、加入者装置
の所有者がこれまでの通信サービスについて課金を滞納
していたり、あるいは地政的な理由により、選択された
システムが特定の加入者装置５００を登録することを控
えるようにプログラムされていることがある。次に選択
されるシステムは、前述のようにまず３次，２次そして
１次システムを優先するように優先順位が決められる。
別のシステムを選択した後、プログラム制御はタスク１
４２０に戻り、この新たに選択されたシステムにログオ
ンすることを試みる。タスク１４２４において選択でき
るシステムがない場合、加入者装置５００は所定の時間
の間非アクティブ状態になる（図示せず）か、あるいは
タスク１４０２に戻る（図示せず）。

【００７６】図１５は、待機手順１５００のフローチャ
ートを示す。加入者装置が１次システム１００，２次シ
ステム２００または３次システム３００などの通信シス
テムにログオンするごとに、待機手順１５００は実行さ
れる。この時点で、呼のアクティビティは生じない。い
つ呼のアクティビティが発生するかを判定し、呼を管理
するのは手順１５００である。具体的に示されていない
が、バックグランド・モードでは、加入者装置５００は
待機手順が起動されている際に開始手順１４００と同様
な手順を実行し続けている。このバックグランド・モー
ドでは、加入者装置５００は捕捉信号の監視を続けてお
り、加入者装置５００の移動により加入者装置５００の
登録を別のシステムにいつ切り換える必要があるかを判
断する。ログオン・メッセージを送出することなどによ
って、新規システムと直接交信することにより、あるい
は加入者装置５００が現在登録されているシステムに登
録切り換え要求を送出することにより、このような登録
切り換えは行なわれる。次に、現システムは新規システ
ムと通信して、登録変更を行なうことができる。

【００７７】手順１５００は問い合わせタスク１５０２
を実行して、呼を設定する要求が受信されたかどうか調
べる。加入者装置５００のユーザが呼を起こす場合に、
呼設定要求は加入者装置５００のＩ／Ｏ部５０６を介し
て受信することができる。さらに、加入者装置５００に
よって監視されているチャンネル上で着信呼メッセージ
を受信することによって、呼設定要求を検出することが
できる。この着信呼メッセージは、別の当事者が加入者
装置５００に呼を起こそうとしていることを示す。呼設
定要求が検出されない場合、プログラム制御はタスク１
５０２に戻って、呼設定要求を待つ。

【００７８】呼設定要求が生じると、タスク１５０４は
呼設定処理を完了する。加入者装置５００において発信
された呼の場合、これは加入者装置５００が登録されて
いるシステムに対して被呼側を特定するメッセージを送
出し、呼出(ringing) フィードバック信号をハンドセッ
ト５２４に戻し、そして呼を開始できることを示し、か
つ呼を行なう際に用いる特定のチャンネルの指定を加入
者装置５００に通知するシステムからのメッセージを待
つことを必要とする。

【００７９】タスク１５０４の次に、タスク１５０６は
呼情報の送受信を処理する。つまり、ハンドセット５２
４からデータが収集され、指定されたチャンネル上でシ
ステムに送信され、そこでこのシステムはこの情報を他
方の当事者に中継する。同様に、指定されたチャンネル
上で他方の当事者からのデータがシステムから受信さ
れ、ハンドセット５２４に送られ、そこでこのデータは
加入者装置５００のユーザによって知覚される。もちろ
ん、加入者装置５００は音声データのみを通信すること
に限定されず、コンピュータ・データや他の自動化デー
タも通信できることが当業者に理解される。

【００８０】タスク１５０６の次に、ハンドオフ要求メ
ッセージが受信されたかどうか問い合わせタスク１５０
８は調べる。前述のように、手順１５００がアクティブ
の間、加入者装置５００は捕捉信号の監視を継続する。
例えば、加入者装置５００が現在他のシステムの管轄内
にあり、現システムの管轄から離れつつあることを信号
強度，ドップラなどにより別のシステムの捕捉信号が示
していると加入者装置が判断すると、ハンドオフが必要
になる。前述のように、加入者装置５００はハンドオフ
を要求するメッセージを送出することができ、システム
はハンドオフ必要メッセージ(handoff needed message)
で応答する。あるいは、加入者装置５００が２次システ
ム２０または３次システム３００と動作しており、かつ
セル１０６の移動によってこのシステムで利用可能なチ
ャンネルが変化した場合にも、ハンドオフは必要にな
る。この場合、システムは要求されなくてもハンドオフ
必要メッセージを加入者装置５００に送出する。

【００８１】タスク１５０８がハンドオフ必要メッセー
ジを検出すると、タスク１５１０はハンドオフ必要メッ
セージに指示された正確な時間に、ハンドオフ必要メッ
セージで指示されたチャンネルに加入者装置５００のト
ランシーバ５０２を同調させる。従って、新規チャンネ
ル上の新規通信リンクは呼の継続中に確立される。新規
リンクは新たなシステムと確立できるが、必ずしもそう
でなくてもよい。タスク１５１０の次に、ハンドオフ・
メッセージが受信されていないとタスク１５０８が判断
していると、呼が終わったかどうか問い合わせタスク１
５１２は調べる。フックスイッチ５１８またはそれと同
等のスイッチなどが操作されたり、あるいは呼終了メッ
セージ(call finished message) がシステムから受信さ
れた場合に、呼は終了したとみなされる。呼が終了して
いない場合、プログラム制御はタスク１５０６に戻り、
呼の監視を継続する。呼が終了した場合、タスク１５１
４は呼を終了するための段取り(house-keeping) 処理を
実行し、プログラム制御はタスク１５０２に戻って、次
の呼を待つ。

【００８２】以上、本発明は改善された通信システムを
提供する。特に、大きなセルの通信システムと協調して
用いられる一つ以上の小さなセルの通信システムが提供
される。大セル通信システムは、地球の全表面と同じ大
きさのサービス圏を有することができる。任意の数の独
立した小セル・システムは、大セル・システムのサービ
ス圏内に位置する。すべての小セル・システムは大セル
・システムに割り当てられている同じスペクトルを利用
する。非常に大量の通信トラヒックを伝達し、かつ非常
に広範囲な区域を網羅する通信システムのネットワーク
が得られる。この通信システムのネットワークは階層構
造を形成し、ここで一つの加入者装置はネットワーク内
の任意のシステムと通信することができ、サービス圏が
もっとも小さい利用可能なシステムと通信することが好
ましい。

【００８３】好適な実施例を参照して、本発明について
説明してきた。しかし、本発明の範囲から逸脱せずに、
これらの好適な実施例に対して変更や修正が可能である
ことが当業者に理解される。例えば、加入者装置は本明
細書で説明してきた３つのシステム・レベルのすべてで
動作するように構成する必要はない。ある用途では、す
べての１次，２次および３次システムより少ないシステ
ムと整合性のある加入者装置を必要とすることもある。
さらに、本発明では本明細書で説明したシステム階層の
３つのレベルすべてを必要とするわけではなく、また２
次システムまたは３次システムは省略できることが当業
者に理解される。さらに、本発明を構成するうえで、タ
スクやメモリ構造の広い範囲の組織や構造を採用できる
ことが当業者に理解される。当業者に明らかなこれらお
よび他の変更や修正は、本発明の範囲内に含まれるもの
とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】１次通信システムによって発生されるセルラ・
パターンの配置図を示す。

【図２】図１のいくつかのセルで重複している複数の２
次通信区域の配置図を示す。

【図３】図２の２次通信区域にある３次通信区域の配置
図を示す。

【図４】チャンネルに分割される所定のスペクトルのブ
ロック図を示す。

【図５】１次，２次または３次通信システムと通信でき
る加入者装置のブロック図を示す。

【図６】２次通信システム・コントローラおよび３次通
信システム・コントローラの両方を表すブロック図を示
す。

【図７】２次通信システム・コントローラによって実行
されるバックグランド(Background)手順のフローチャー
トを示す。

【図８】２次通信システム・コントローラによって利用
され、利用不可能チャンネルのリストを保存するように
構成されたメモリ構造のブロック図を示す。

【図９】２次通信システム・コントローラによって利用
され、利用可能チャンネルのリストを保存するように構
成されたメモリ構造のブロック図を示す。

【図１０】２次通信システム・コントローラによって実
行される呼接続要求(Call Connection Request) 手順の
フローチャートを示す。

【図１１】２次通信システム・コントローラによって利
用され、請求チャンネル(claimedchannels)のリストを
保存するように構成されたメモリ構造のブロック図を示
す。

【図１２】２次通信システム・コントローラによって実
行されるチャンネル使用メッセージ(Channel Usage Mes
sage) 手順のフローチャートを示す。

【図１３】２次通信システム・コントローラによって実
行される３次起動イベント(Tertiary Activation Even
t) 手順のフローチャートを示す。

【図１４】加入者装置によって実行される開始(Start)
手順のフローチャートを示す。

【図１５】加入者装置によって実行される待機(Standb
y) 手順のフローチャートを示す。

【符号の説明】

１００主通信システム１０２衛星１０４アンテナ・アレイ１０６セル１０８区域２００２次通信システム２０２２次区域２０４監視位置２０６アンテナ２０８中央交換局２１０ＰＳＴＮ３００３次通信システム３０２３次区域３０４建物３０６アンテナ４００スペクトル４０２チャンネル４０４周波数帯域４０６時間フレーム４０８時間スロット４１０捕捉チャンネル５００加入者装置５０２トランシーバ５０４プロセッサ５０６Ｉ／Ｏ部５０８タイマ５１０メモリ５１２キーパッド５１４電源スイッチ５１６送信キー５１８フック・スイッチ５２０ディスプレイ５２２アラーム５２４ハンドセット６００２次システム・コントローラ６０２３次システム・コントローラ６０４捕捉チャンネル受信機６０６アンテナ６０８マルチチャンネル加入者装置トランシーバ６１０アンテナ６１２プロセッサ６１４Ｉ／Ｏ部６１６タイマ６１８メモリ６２０ＰＳＴＮインタフェース６２２交差接続スイッチ７００バックグランド手順８００利用不可能チャンネル・リスト９００利用可能チャンネル・リスト１０００呼接続要求手順１００２新規チャンネル・クリア処理１１００要求チャンネル・リスト１４００開始手順１５００待機手順

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ウィリアム・エフ・ザンチョアメリカ合衆国イリノイ州ホーソン・ウッズ、ローズウッド・ドライブ７

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のセル（１０６）を地球に投影する
主通信システム（１００）と協調し、前記セル（１０
６）の隣接セルにおいてスペクトル（４００）の直交チ
ャンネル（４０２）を割り当て、地理的に離間したセル
（１０６）においてチャンネル（４０２）を再利用する
副通信システム（２００，３００）であって：２次区域
（２０２）を地球に投影するアンテナ（６１０）であっ
て、前記２次区域（２０２）および前記セル（１０６）
の一つのローカル・セルが共通区域を共有するように配
置されたアンテナ（６１０）；前記主通信システム（１
００）から割当データ（６０４，７００）を受信する手
段であって、前記割当データは前記ローカル・セルで利
用するために前記主システム（１００）によって割り当
てられたチャンネル（４０２）を特定するところの受信
手段（６０４，７００）；および前記受信手段（６０
４，７００）と前記アンテナ（６１０）とに結合され、
前記２次区域（２０２）において利用可能な前記スペク
トル（４００）のチャンネル（４０２）を選択する手段
（７００，１００４）であって、前記割当データに応答
する選択手段（７００，１００４）；によって構成され
ることを特徴とする副通信システム（２００，３０
０）。
【請求項２】通信システムの階層ネットワークに基づ
いて加入者装置（５００）を運用する方法であって、主
システム（１００）および副システム（２００）は共通
のサービス圏（１０６，２０２）を有し、前記主システ
ム（１００）は前記副システムよりも大きいサービス圏
を有する方法は：第１および第２捕捉信号（４１０）を
受信する段階（１４０２）；前記第１および第２捕捉信
号（４１０）から第１および第２特定データをそれぞれ
取得する段階（１４０６）であって、前記特定データは
前記それぞれの捕捉信号（４１０）が前記主システム
（１００）または前記副システム（２００）のどちらか
ら放送されたのかを示す段階（１４０６）；および前記
第１および第２捕捉信号が前記主システム（１００）お
よび副システム（２００）からそれぞれ放送されたこと
を前記第１および第２特定データが示した場合に、前記
主システム（１００）と通信することを控える段階（１
４１４）；によって構成されることを特徴とする方法。
【請求項３】地球に投影されるセル（１０６）に割り
当てられた、直交チャンネル（４００）に分割されるス
ペクトルを利用して通信する主通信システム（１００）
と一つ以上の副通信システムとを統合する方法であっ
て：前記主システム（１００）から信号を受信する段階
であって、前記信号は監視位置（２０４）において受信
される段階；前記受信する段階に応答して、前記スペク
トルの利用可能チャンネル・セットを判定する段階であ
って、前記利用可能チャンネル・セットは、前記監視位
置が位置しているローカル・セルに対して前記主システ
ム（１００）によって割り当てられたチャンネルを含ま
ない段階；および前記利用可能チャンネル・セット内の
チャンネルを利用して、２次区域（２０２）において通
信する段階であって、２次区域のすべての点は前記監視
位置（２０４）に隣接位置する段階；によって構成され
ることを特徴とする方法。