DE60028067T2

DE60028067T2 - Zellulares kommunikationssystem mit mehreren flugzeugen

Info

Publication number: DE60028067T2
Application number: DE60028067T
Authority: DE
Inventors: George William Scottsdale IRWIN; Melvin Mark Chandler KANNE
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Cdc Propriete Intellectuelle Sa Paris Fr
Priority date: 1999-09-13
Filing date: 2000-06-26
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2020-06-27
Also published as: AU5891700A; HK1050448A1; EP1224751B1; DE60045038D1; AU6337800A; ATE326797T1; WO2001020719A1; WO2001020943A1; WO2001020814A1; ATE483281T1; CN1373978A; EP1232661B1; ES2353731T3; EP1232661A1; AU5891100A; HK1050448B; CN1174656C; DE60028067D1; EP1224751A1; CN1373944A

Description

Querverweis auf eine verwandte Anmeldung
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf die vorläufige Patentanmeldung Nr. 60-153620 (Motorola Docket I-RI05288), mit dem Titel Wireless AERO Solutions for Communications Networks, eingereicht am 13. September 1999.
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf ein zellulares Kommunikationssystem, das einen luftgestützten Verstärker umfasst, und im Besonderen auf ein durch zwei Flugzeuge implementiertes System.
Hintergrund der Erfindung
Der steigende Bedarf an Kommunikationsnetzen und -fähigkeiten an abseits gelegenen und geographisch ver schiedenartigen Standorten hat einen größeren Bedarf an zellularen Systemen erzeugt. Viele neue Betreiber, die die Infrastruktur für solche Systeme zur Verfügung stellen, haben ihre Ressourcen darauf fokussiert, so viele terrestrische Zellenstationen wie möglich zu bauen, um ihre jeweiligen Versorgungsbereiche auszudehnen und folglich mehr Einnahmen zu erzeugen.
Die Ausbaurate für die terrestrischen Zellenstationen ist jedoch typischerweise langsam und teuer, im Besonderen im Gebirge oder in auf andere Weise schwierig zugänglichen Bereichen. Zusätzlich kann es sein, dass in einigen dieser Bereiche die Rendite des Betreibers nicht den Anreiz zur Verfügung stellt, der für den Anbieter erforderlich ist, um die notwendigen Zellenstationen zu bauen, wodurch diese Bereiche weiterhin über entweder einen begrenzten oder keinen zellularen Dienst verfügen. Weiter können viele Bereiche, die über eine hinreichende Zahl von zellularen Kommunikationsbasistransceiverstationen verfügen, um Anrufe sowohl außerhalb von als auch während Spitzenzeiten zu handhaben, große Mengen von Anrufen im Zuge von Sportereignissen oder anderen kurzfristigen besonderen Ereignissen, die vorübergehend große Menschenmassen anziehen, nicht angemessen handhaben.
In Reaktion auf die oben dargelegten Bedingungen sind luftgestützte zellulare Systeme vorgeschlagen worden, in denen ein zellularer Verstärker, der in einem Flugzeug eingebaut ist, das ein vorbestimmtes Flugmuster über einem geographischen Bereich durchführt, der eine zellulare Versorgung benötigt, Anrufe von Zellulartelefonen in dem geographischen Bereich mit einer terrestrischen Basisstation verbindet. Da das Flugzeug in der Lage ist, geographische Hindernisse zu überqueren und die Stelle der Zellenstationen einnimmt, überwindet solch ein System die oben erwähnten Begrenzungen konventioneller terrestrischer zellularer Systeme.
Trotz seiner vielen Vorteile zeigt ein luftgestütztes zellulares System Konstruktions- und Implementierungsprobleme auf, die es in der Konstruktion und Implementierung konventioneller terrestrischer zellularer Systeme nicht gibt. Zum Beispiel umfasst ein luftgestütztes System typischerweise ein einzelnes Flugzeug, das einen zellularen Verstärker trägt. Daher muss, wenn das Flugzeug auf Schlechtwetterbedingungen trifft, sein Flugmuster und daher der Versorgungsbereich des Verstärkers geändert werden. Aktuell vorgeschlagene luftgestützte Systeme verwenden ein hochfliegendes Flugzeug, das imstande ist, über Schlechtwetterbedingungen zu fliegen. Da solch ein Flugzeug jedoch speziell ausgebildete Piloten, eine spezielle Wartung und längere Einsätze erfordert, sind verknüpfte Systemkosten erhöht.
Die WO 99 23769 offenbart ein Kommunikationssystem, das ein Flugzeug umfasst, das einen luftgestützten Schaltknoten unterstützt, der Kommunikationsdienste an eine Vielfalt von bodenbasierten Vorrichtungen zur Verfügung stellt, die in dem Dienstbereich lokalisiert sind. Die Vorrichtungen umfassen Teilnehmervorrichtungen, wie zum Beispiel Ausrüstungen in Kunden- und Geschäftsräumen, sowie Gateway-Vorrichtungen.
Die WO 95 04407 offenbart ein suborbitales Kommunikationssystem mit hoher Flughöhe, das mindestens zwei Bodenstationen und mindestens eine Relaisstation mit hoher Flughöhe umfasst. Jede der Bodenstationen umfasst Mittel zum Senden und Empfangen von Telekommunikationssignalen. Die Relaisstationen umfassen Mittel zum Empfangen und Senden von Telekommunikationssignalen von und zu den Bodenstationen und von und zu anderen Relaisstationen. Es werden Mittel zur Verfügung gestellt, um die Lateral- und Vertikalbewegung der Relaisstationen zu steuern, so dass eine vorbestimmte Flughöhe und ein vorbestimmter Standort einer jeden der Relaisstationen erreicht und aufrechterhalten werden kann. Es werden Mittel zur Verfügung gestellt, um die Relaisstationen zu empfangen, so dass sie Dienste zur Wiederverwendung sein können.
Die US 2,598,064 offenbart ein luftgestütztes Funkrelaissystem, das Relaisstationen einsetzt, die in Flugzeugen getragen werden.
Die US 5,067,172 offenbart ein Luft-Boden-Kommunikationssystem, wobei die kommunizierenden Frequenzkanäle in Abhängigkeit von der Amplitude der bei den Basisstationen empfangenen Signalen und in Abhängigkeit von der Flughöhe des Flugzeuges zugewiesen werden. Die US 2,626,348 offenbart ein luftgestütztes Funkrelais- und Rundfunksystem. Keines dieser Dokumente offenbart ein Variieren von Flugzeugmustern und Strahlenwinkel, um eine kontinuierliche ununterbrochene Versorgung des geographischen Zielbereiches in einer wettermusterunabhängigen Art und Weise zur Verfügung zu stellen.
Es besteht eindeutig ein Bedarf an Lösungen für die vorgenannten Probleme.
Zusammenfassung der Erfindung
In einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein zellulares Kommunikationssystem gemäß Anspruch 1 zur Verfügung.
Weitere Aspekte werden in den abhängigen Ansprüchen ausgeführt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsformen leicht deutlich, wenn sie zusammen mit den begleitenden Zeichnungen aufgenommen werden.
1 ist ein Systemdiagramm eines luftgestützten zellularen Kommunikationssystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein physikalisches Blockdiagramm, das die Komponenten des in 1 gezeigten luftgestützten zellularen Kommunikationssystems ausführlicher darstellt;
3 ist ein Blockdiagramm einer Flughafenkonfiguration einer ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei Flughafenstandorte bezüglich eines Flugmusters des in 1 gezeigten Flugzeuges gezeigt werden;
4 ist ein schematisches Diagramm, das Strahlenmusterversorgungsbereiche für ein luftgestütztes Zellularsystem mit mehreren Flugzeugen einer zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, sowie ein luftgestütztes Zellularsystem mit hoher Flughöhe mit einem einzelnen implementierten Flugzeug zeigt;
5 ist ein Grundriss, der einen Strahlenmusterempfangsbereich für das luftgestützte Zellularsystem mit mehreren Flugzeugen der zweiten Ausführungsform, sowie ein luftgestütztes Zellularsystem mit hoher Flughöhe mit einem einzelnen implementierten Flugzeug zeigt;
6–8 sind schematische Diagramme, die Empfangsbereiche zeigen, die durch ein luftgestütztes Zellularsystem mit mehreren Flugzeugen gemäß der zweiten Ausführungsform gebildet werden können.
9–10 sind schematische Diagramme, die zwei Flugzeuge in dem luftgestützten Zellularsystem mit mehreren Flugzeugen einer dritten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen, die ein Signal-Handoff beziehungsweise Wettermusterabschwächungstechniken durchführen;
11 ist ein Flugmusterdiagramm, das zwei Flugzeuge in einem luftgestützten Zellularsystem mit mehreren Flugzeugen einer vierten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, die eine Kommunikationsschalttechnik durchführen;
12–13 sind Flussdiagramme von zwei alternativen Verfahren der vierten Ausführungsform, um von einem Flugmuster auf dem in 11 gezeigten Versorgungskreis zu einem anderen Flugmuster zu schalten;
14 ist ein Grundriss eines Strahlenmusters eines luftgestützten Zellularsystems mit mehreren Flugzeugen einer fünften Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, in der es mehrere mögliche Flugmuster auf einem größeren Versorgungskreis gibt; und
15 ist ein Flussdiagramm des Verfahrens der vierten Ausführungsform, das ein Schalten von einem der in 14 gezeigten Flugmuster zu einem nachfolgenden Flugmuster zeigt, ohne dass eine Versorgung in dem unterliegenden geographischen Versorgungsbereich verloren geht.
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnen, darin zeigt 1 ein luftgestütztes zellulares Kommunikationssystem 10. Das System 10 umfasst im Allgemeinen drei primäre Segmente: ein zellulares Infrastruktursegment 12, ein Funkinfrastruktursegment 14 und ein Flugzeugsegment 16. Diese drei Segmente sind in Kombination fähig, eine zellulare Kommunikationsversorgung für einen großen geographischen Bereich dadurch zur Verfügung zu stellen, dass Systemanwender, die im Allgemeinen durch die Handgeräte 18 dargestellt werden, befähigt werden, sich über eine Flugzeugnutzlast 22, die einen Verstärker umfasst, mit einem öffentlichen Telefonnetz (PSTN) 20 zu verbinden. Die Struktur und Funktion eines jeden dieser drei Systemsegmente werden ausführlich diskutiert.
Das zellulare Infrastruktursegment 12 umfasst eine mobile Funkvermittlungsstelle (MSO) 24, die eine Ausrüstung, wie zum Beispiel einen Telefonschalter, Sprachnachrichten- und Nachrichtendienstzentralen und andere für einen zellularen Dienst erforderliche konventionelle Komponenten umfasst. Die MSO 24 verbindet sich mit dem PSTN 20, um Telefonanrufe zu senden und zu empfangen, in einer Art und Weise, die dem Fachmann auf dem Gebiet gut bekannt sind. Zusätzlich ist die MSO 24 mit einer Betriebs- und Wartungszentrale (OMC) 26 verbunden, von der aus ein zellularer Systemoperator das zellulare Infrastruktursegment 12 hand habt. Die MSO 24 ist außerdem mit einer oder mehreren Basistransceiverstationen (BTSs), wie zum Beispiel den bei den Blöcken 30a, 30b gezeigten BTSs, verbunden. Die BTSs 30a, 30b übertragen und empfangen RF-Signale von dem Systemanwender 18 durch das Funkinfrastruktursegment 14.
Im Besonderen übertragen und empfangen die BTSs 30a, 30b RF-Signale durch die Erdwandlerausrüstung 32. Die Erdwandlerausrüstung 32 wandelt terrestrische zellulare Formatsignale in C-Bandsignale und kommuniziert mit der luftgestützten Nutzlast 22 über eine Zubringerverbindung 33 und eine Telemetrieverbindung 34, die beide später ausführlich diskutiert werden. Die Nutzlast 22 etabliert eine Funkverbindung 36, um Anrufe über einen weiten geographischen Versorgungsbereich oder -korridor, zu verbinden, der 350 km übersteigen kann, wenn das Flugzeug ein Flugmuster bei oder um 30.000 Fuß über der Erde aufrechterhält.
Zusätzlich zu dem Flugzeug 35 umfasst das Flugzeugsegment 16 außerdem eine Flugzeugbetriebszentrale 37, die die Einsatzlogistik steuert, die mindestens teilweise auf Informationen von Quellen, wie zum Beispiel einer Wetterzentrale 38, basiert und alle Systemflugzeuge handhabt, da das System vorzugsweise drei Flugzeuge umfasst, um eine fortgesetzte Versorgung sicherzustellen. Das Flugzeug empfängt außerdem zusätzliche Routineanweisungen von Quellen, wie z.B. einer Flugsicherungszentrale 40.
2 zeigt bestimmte Komponenten des Systems 10 ausführlicher. Im Besonderen umfasst die Erdwandlerausrüstung 32 eine C-Bandantenne 42 zum Empfangen/Übertragen von Signalen von/zu der Nutzlast 22 (außerdem wird eine zweite Antenne zu Redundanzzwecken zur Verfügung gestellt) und einen C-Bandwandler 44 zum angemessenen Wandeln der Signale, die von der Nutzlast 22 empfangen werden, oder zu der Nutzlast 22 übertragen werden sollen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform befähigen die C-Bandantenne 42 und der Wandler 44 die luftgestützten zellularen 800 MHz-Antennen 70, mit den BTSs 30a, 30b über eine etablierte Abwärtsverbindung, oder Zubringerverbindung, 33 zu kommunizieren, und der Wandler 44 aufwärtswandelt nominale Signale von den BTSs 30a, 30b zu C-Bandsignalen, bevor die Signale an das Flugzeug 35 übertragen werden. Außerdem wird jeder BTS 30a, 30b ein unterschiedliches Band in dem C-Bandspektrum zugewiesen, so dass Signale von den unterschiedlichen BTSs 30a, 30b getrennt werden und zu der richtigen Antenne, wie zum Beispiel der Antenne 56, bei der Nutzlast 22 geführt werden können. Zusätzlich umfasst die Erdsteuerausrüstung 32 Telemetriekomponenten, wie z.B. eine Telemetrieantenne 46, ein Telemetriemodem 48 und einen Telemetrieprozessor 50, um Flugzeugdaten, die von einer Flugzeugtelemetrieantenne 52 übertragen werden, zu empfangen und zu verarbeiten, während eine Leitstation 54 eine Übertragung der verarbeiteten Telemetriedaten an die OMC 26 und die Flugzeugbetriebszentrale 37 steuert.
In dem Flugzeugsegment 16 überträgt die oben erwähnte Flugzeugtelemetrieantenne 52 Flugzeugavionikdaten, die durch eine Flugzeugavionikausrüstung erzeugt werden, die im Allgemeinen bei dem Block 58 dargestellt werden, die Flugzeugstandort-, -richtungs- und -flugmusterdaten umfassen, sowie anderen Daten, wie zum Beispiel Flugzeugneigungs-, -roll- und -gierdaten. Die Daten von der Flugzeugavionikausrüstung 58 werden in einen Nutzlastprozessor 60 eingegeben und durch diesen verarbeitet, bevor sie an die Telemetrieantenne 52 durch ein Telemetriemodem 62 ausgegeben werden.
Der Nutzlastprozessor 60 ist außerdem für ein Verarbeiten von Signalen verantwortlich, die durch die Zubringerverbindung 33, die zwischen den C-Bandantennen 42, 56 etabliert ist, an die Erdwandlerausrüstung 32 übertragen und von dieser empfangen werden, und für ein Verarbeiten von Signalen, die durch eine Abwärtsverbindung oder Anwenderverbindung 69, die zwischen den Anwendern 18 und einer Abwärtsverbindungsnutzlastantenne, wie zum Beispiel einer 800 MHz-Antenne 70, etabliert ist, an die Systemanwender 18 übertragen und von diesen empfangen werden, wobei die Signale, die von der Nutzlast empfangen und von ihr übertragen werden, durch einen 800 MHz-Wandler 72 in geeigneter Weise aufwärts- oder abwärtsgewandelt werden. Zusätzlich zu der oben erwähnten Ausrüstung umfasst die Nutzlast 22 außerdem die GPS-Ausrüstung 74, die auch in den Prozessor 60 eingegeben und an die Erdwandlerausrüstung 32 oder die Flugzeugbetriebszentrale 37 zu Flugsteuerungs- und/oder -überwachungszwecken übertragen werden kann. Die in dem Flugzeug und in der Nutzlast gezeigten Komponenten bilden zusammen den Flugzeugverstärker, der gewährleistet, dass einem großen geographischen Bereich, der andernfalls aufgrund einer unzureichenden Zahl von Zellenstationen oder dergleichen keine terrestrische zellulare Versorgung unterstützen kann, eine zellulare Versorgung zur Verfügung gestellt wird.
Wie aus der in 1 und 2 gezeigten Systemkonfiguration hervorgeht, erscheinen dem PSTN 20 und den Systemanwendern 18 das luftgestützte zellulare System 10 und das konventionelle terrestrische zellulare System identisch. Mit anderen Worten, es gibt keine erkennbaren dienstbezogenen Unterschiede zwischen Anrufen, die mit dem PSTN 20 durch die zellulare Infrastruktur, Funkinfrastruktur und den Flugzeugsegmenten 12–16 verbunden sind und Anrufen, die durch eine konventionelle terrestrische Systeminfrastruktur gehandhabt werden, zum Teil aufgrund der Tatsache, dass das zellulare Infrastruktursegment 12 einen Standardtelefonschalter in der MSO 24 und den BTSs 30a, 30b umfasst, die identisch oder fast identisch, zu jenen sind, die in einer konventionellen terrestrischen Systeminfrastruktur enthalten sind.
Es wird weiterhin auf 1 und 2 Bezug genommen, darin wird nun der Betrieb der Komponenten des luftgestützten zellularen Systems 10 während der Beendigung eines Anrufes beschrieben, der durch einen der Systemanwender 18 geführt wird. Das Flugzeug 35 fliegt, wenn es sich in Position befindet, vorzugsweise in einem kreisförmigen oder nahezu kreisförmigen Flugmuster (obwohl das Flugmuster gemäß spezifischen Wetter- und Versorgungsbedingungen variieren kann), um während eines Einsatzes einem vorbestimmten geographischen Bereich eine Versorgung zur Verfügung zu stellen. Während es sich in Position befindet, hält das Flugzeug Kontakt mit der Erdwandlerausrüstung 32, um sowohl die Zubringerverbindung 33 als auch die Anwenderverbindung 36 für das zellulare Infrastruktursegment 12 durch das Funkinfrastrukturausrüstungssegment 14 zur Verfügung zu stellen. Außerdem überträgt das Flugzeug 35 eine vorbestimmte Zahl von Kommunikationsstrahlenbündeln, wie zum Beispiel 13 Strahlenbündel, über den Versorgungsbereich, wobei jedes Strahlenbündel einen Sektor einer der BTSs 30a, 30b zugewiesen wird und seinen eigenen Satz von Steuer- und Verkehrskanälen hat, um Signalisierungs- und Sprachdaten zwischen den Systemanwendern 18 und dem zellularen Infrastruktursegment 12 zu übertragen. Wenn sich das Flugzeug 35 in seinem Flugmuster bewegt, rotieren die von dem Flugzeug ausgestrahlten Strahlenbündel. Daher "sieht" der Systemanwender 18 alle 45 Sekunden, oder so, ein anderes Strahlenbündel und das zellulare Infrastruktursegment 12 führt eine Sektor/Sektor-Verbindungsumschaltung des Anrufes durch, um zu verhindern, dass der Anruf abgebrochen wird.
Wenn ein Systemanwender, so wie zum Beispiel einer der Anwender 18, einen Anruf initiiert, verwendet er den Steuerkanal in dem Strahlenbündel, um der MSO 24 zu signalisieren, einen Verbindungsaufbau anzufordern. Die Anforderung wird von einem Handgerät des Anwenders 18 an die Flugzeugnutzlast 22 gesendet und dann an die Erdwandlerausrüstung 32 weitergeleitet. Die Erdwandlerausrüstung 32 leitet die Anforderung an die entsprechenden BTS, wie zum Beispiel die BTS 30a, weiter. Die BTS 30a sendet dann die Anforderung an die MSO 24, die die Verbindung mit dem PSTN 20 aufbaut. Somit dehnt die Nutzlast 22 einfach die physikalische Schicht der BTS 30 auf die Anwender 18 aus, um einen weiteren Versorgungsbereich zu erlauben, als typischerweise durch ein konventionelles terrestrisches System zur Verfügung gestellt werden würde, und mit geringeren verknüpften Infrastrukturausbaukosten. Das luftgestützte System 10 ist außerdem vorzugsweise nützlich, um eine vorübergehende zellulare Versorgung für spezielle Ereignisbereiche zur Verfügung zu stellen, wo eine Versorgung nur für einige Tage benötigt wird, wodurch der Bedarf und die Kosten eliminiert werden, die mit einem Errichten von Zellenstationen und dann einem Abriss der Zellenstationen, nachdem die speziellen Ereignisse beendet sind, verknüpft sind.
Wenn der Verbindungsaufbau einmal abgeschlossen ist, wird eine Sprachkommunikation mit dem PSTN 20 durch die Verkehrskanäle in dem Strahlenbündel initiiert und die Sprachinformationen werden dann in der selben Weise wie die Signalisierungsinformationen weitergeleitet. Wenn der Anruf endet, wird ein Signal an die MSO 24 gesendet, um den Anruf zu trennen, das Handgerät des Anwenders 18 gibt den Verkehrskanal frei, der für eine Sprachkommunikation verwendet wird, und der Kanal kehrt in einen Ruhezustand zurück.
3 zeigt eine Zweiflughafenunterstützungskonfiguration 80 einer ersten bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, die verwendet wird, um das Flugzeug 35 zu unterstützen und um eine Verfügbarkeit des in 1 und 2 gezeigten luftgestützten zellularen Kommunikationssystems sicherzustellen. Im Besonderen umfasst die Zweiflughafenunterstützungskonfiguration die ersten und zweiten Flughäfen 82, 84, die einen vorbestimmten Abstand von einander aufweisen, wobei 400 Meilen die beispielhafte Entfernung in der in 3 gezeigten Ausführungsform ist.
Der erste Flughafen 82 dient als die Unterstützungs- und Wartungsbasis für das Flugzeug 35, für das gezeigt wird, dass es eine Versorgung für einen vorbestimmten geographischen Bereich durch Ausführen eines Flugmusters 86 zur Verfügung stellt, das über ein Musterzentrum 88 verfügt, das im Allgemeinen von beiden der Flughäfen 82, 84 gleich weit entfernt ist. Der erste Flughafen 82 umfasst Mechanikerpersonal zum Versorgen des Flugzeuges 35 zwischen den Einsätzen, sowie Flugsicherungseinrichtungen, wie zum Beispiel die Flugzeugbetriebszentrale 37 und die Wetterzentrale 38, die in 1 gezeigt werden. Der zweite Flughafen 84 dient als die Unterstützungs- und Wartungsbasis für ein Flugzeug eines zweiten Systems, wie zum Beispiel ein Flugzeug 35, das sich mit dem Flugzeug 35 bei der Aus führung des Flugmusters 86 abwechselt, um dem vorbestimmten geographischen Bereich eine ununterbrochene zellulare Versorgung zur Verfügung zu stellen. Zusätzlich kann der zweite Flughafen 84 außerdem als die Unterstützungs- und Wartungsdatenbank für ein zusätzliches Flugzeug, wie zum Beispiel ein Flugzeug 35, dienen, das in das System 10 als ein Ersatzflugzeug aufgenommen werden kann, um das Flugmuster 86 auszuführen, wenn ein oder mehrere der Flugzeuge 35, 35, sowohl aufgrund von Schlechtwetterbedingungen als auch von Wartungsproblemen, wie unten weiter diskutiert, unverfügbar werden.
Obwohl beschrieben wird, dass der Flughafen 82 als die Unterstützungs- und Wartungsdatenbank für das Flugzeug 35 dient, und beschrieben wird, dass der Flughafen 82 als die Unterstützungs- und Wartungsdatenbank für das Flugzeug 35 dient, kann tatsächlich jedes der Flugzeuge 35, 35, 35 jeden der Flughäfen 82, 84 für Wartungs- und Unterstützungsbedürfnisse verwendet werden. Weiterhin kann einer der Flughäfen 82, 84 als eine Hauptwartungs- und Unterstützungsbasis dienen, während der andere der zwei Flughäfen als eine Nebenbasis dient und begrenztere Dienste, wie zum Beispiel Hangar- und Betankungsdienste und/oder eine redundante Flugzeugbetriebszentrumsunterstützung zur Verfügung stellen kann. In einer solchen Konfiguration kann es sein, dass der als die Nebenbasis dienende Flughafen nur während bestimmter Zeiten verwendet wird, wie zum Beispiel während Schlechtwetterbedingungen, wenn die Flugzeuge nicht auf dem Flughafen landen können, der als die Hauptwartungs- und -unterstützungsbasis dient, oder wenn der als die Hauptwartungs- oder -unterstützungsbasis dienende Flughafen technische Schwierigkeiten, wie zum Beispiel einen Stromausfall, zeitigt. Die spezifischen durch jeden der Flughäfen 82, 84 zur Verfügung gestellten Dienste werden basierend auf spezifischen Bedürfnissen und Betriebsbedingungen bestimmt.
Gemäß der ersten Ausführungsform ist jedes der Flugzeuge 35, 35 ein Flugzeug, das konstruiert ist, um in niedrigen Flughöhen zu fliegen, wie zum Beispiel ein Pilatus Modell PC12-Flugzeug, das imstande ist, tägliche Einsätze von jeweils bis zu einer Dauer von 8 Stunden zu fliegen. Das Flugzeug 35 übernimmt die Ausführung des Flugpfades 86 für das Flugzeug 35 am Ende des Einsatzes des Flugzeuges 35 auf eine Art und Weise, die unten diskutiert wird. Genauso übernimmt das Flugzeug 35 die Ausführung des Flugpfades 86 für das Flugzeug 35 am Ende des Einsatzes des Flugzeuges 35. Wenn eines der Flugzeuge, wie zum Beispiel das Flugzeug 35, wie in 1 gezeigt, aufgrund von rauem Wetter in der Nähe des Flughafens 84 oder aufgrund von wartungsbezogenen Problemen nicht von einem Flughafen, wie zum Beispiel dem Flughafen 84, abheben kann, bei dem es lokalisiert ist, kann stattdessen das Flugzeug 35 verwendet werden, um die Flugmusterausführung von dem Flugzeug 35 zu übernehmen.
Es wird weiterhin auf 3 Bezug genommen, darin werden die Flughäfen 82, 84 in einem vorbestimmten Abstand voneinander bereitgestellt, wobei der vorbestimmte Abstand vorzugsweise einer Landestrecke eines niedrig fliegenden kleinmotorigen Flugzeuges entspricht. Die oben diskutierte 400 Meilen-Trennung zwischen den Flughäfen 82, 84 entspricht der 200 Meilen-Landestrecke der kommerziell hergestellten Pilatus PC12, die konstruiert ist, um bei zwischen 30.000 und 45.000 Fuß zu arbeiten. Der aktuelle Abstand variiert jedoch in Abhängigkeit von der Art und dem Modell von Flugzeugen, die verwendet werden, um das Flugmuster auszuführen, sowie von lokalen Wettermustern, dem Gelände und Kundenversorgungsschwankungen und kann von zum Beispiel 15.000–60.000 Fuß reichen. Daher kann ein Flugzeug, wenn es Motorprobleme entwickelt, wenn es das Flugmuster 86 ausführt, zur Wartung sicher zu beiden Flughäfen hinabgleiten. Der Trennungsabstand minimiert außerdem die Wahrscheinlichkeit, dass ein einzelner Sturm, der selten einen ganzen geographischen Bereich mit einem Radius von 400 Meilen abdeckt, Starts und Landungen bei beiden Flughäfen 82, 84 verhindert. Weiterhin kann, wenn sich ein Sturm in den Bereich des Flughafens 84 bewegt und ein Ersatzflugzeug, wie zum Beispiel das Flugzeug 35 bei dem Flughafen 82 nicht verfügbar ist, das Flugzeug 35 alternativ zu dem Flughafen 82 befördert werden, um den nachfolgenden Einsatz zu unterstützen.
Daher ermöglicht die Konfiguration 80 der ersten bevorzugten Ausführungsform eine dynamische Einsatzplanung für Flugzeuge, die eine Verstärkerversorgung eines geographischen Bereiches für das zellulare Kommunikationssystem 10 auf eine Art und Weise zur Verfügung stellen, die eine Systemausfallzeit aufgrund von Schlechtwetterbedingungen, wie zum Beispiel Gewitter, und aufgrund einer mechanischen Störung eines Flugzeuges minimiert. Die Aufstiegs- und Abstiegszeit für jedes der Flugzeuge 35, 35, 35 ist flexibler, da eine oder mehr Flugzeuge stets bereit sind, die Ausführung des Flugmusters 86 zu übernehmen. Eine weitere Flexibilität kann dem System 10 entsprechend der obigen bevorzugten Ausführungsform durch Bereitstellen von Flugzeugen in der Konfiguration 80 zusätzlich zu den Flugzeugen 35, 35, 35, oder durch Bereitstellen von Flughäfen zusätzlich zu den Flughäfen 82, 84, um weiter zu helfen, eine Systemausfallzeit aufgrund von Wetterproblemen zu vermeiden, und eine weitere Systemredundanz zur Verfügung zu stellen.
4 und 5 zeigen Strahlenmuster und entsprechende Strahlenempfangsbereiche sowohl eines luftgestützten zellularen Kommunikationssystems 90 mit hoher Flughöhe als auch eines luftgestützten zellularen Kommunikationssystems 92 mit niedriger Flughöhe, während 5 die Strahlenempfangsbereiche 94, 96 entsprechend den Strahlenempfangsbereichen 90 beziehungsweise 92, sowie einen geographischen Bereich 98, der eine zellulare Versorgung benötigt, zeigt. In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung werden das Strahlenmuster 92 und der resultierende Strahlenempfangsbereich 96 durch eine simultane Verwendung zweier kommerziell erzeugter Flugzeuge, wie zum Beispiel der in 3 gezeigten und im Allgemeinen wie in 4 gezeigt dargestellten Flugzeuge 35, 35 realisiert, während das Strahlenmuster 90 des luftgestützten zellularen Kommunikationssystem mit hoher Flughöhe und der resultierende Empfangsbereich 94 durch die Verwendung eines einzelnen Flugzeuges mit hoher Flughöhe realisiert werden, das imstande ist, ein Flugmuster in einer Höhe von mehr als 50.000 Fuß auszuführen und im Allgemeinen in 4 bei 100 dargestellt wird.
Die Flugzeuge mit niedrigerer Flughöhe 35, 35 sind preiswerter, als es ein Flugzeug mit höherer Flughöhe wäre, wenn ein solches Flugzeug zur Verfügung stünde. Aktuell werden, obwohl ein solches Flugzeug mit hoher Flughöhe vorgeschlagen worden ist, keine solchen Flugzeuge mit hoher Flughöhe hergestellt. Allerdings lägen die Inbetriebsetzungskosten für ein solches Flugzeug bei 30–60 Millionen Dollar. Zusätzlich müssten stringentere FAA-Erfordernisse erfüllt werden, die redundante Sauerstoffsysteme, höhere Kabinenbruchdrücke und ein Pilotentraining für hohe Flughöhen umfassen. Die Flugzeuge 35, 35 verfügen über mehr wünschenswerte Leistungsparameter, wie zum Beispiel Aufstiegs- und Abstiegszeit (ungefähr 30 Minuten) und Flugeinsatzdauer (4–6 Stunden), als ein Flugzeug mit hoher Flughöhe (geschätzte Anstiegs-/Abstiegszeit von 1–2 Stunden; geschätzte Flugeinsatzdauer von 20–40 Stunden). Zusätzlich sind Flugzeugeinsätze mit niedriger Flughöhe insofern flexibler, als mehrere Vorsorgeoptionen, wie zum Beispiel Wetterprobleme, eine mechanische Flugzeugstörung und Flughafenwartungsoptionen, durch das Flugzeugbetriebszentrum 37 in eine Einsatzplanung eingebaut werden können, um einer Systemausfallzeit aufgrund von Flugzeugwartungsproblemen vorzubeugen.
Wie in 5 gezeigt, sind die zwei Flugzeuge 35, 35 imstande, einen genaueren einsatzspezifischen Empfangsbereich 96 zur Verfügung zu stellen, der besser auf den geographischen Bereich 98 fokussiert ist, als das Flugzeug 100 mit hoher Flughöhe. Die Größe und Form eines solchen Empfangsbereiches kann durch Variieren der Flughöhe von einem oder beiden der Flugzeuge 35, 35 variiert werden, um das oder die Strahlenmuster zu variieren. Folglich können Strahlenempfangsbereiche zum Beispiel in einer 8-artigen Form, wie von den Strahlenmustern 104 bei 102 in 6 gezeigt, oder in einer Box-artigen Form, wie von den Strahlenbündeln 106 bei 108 in 7 gezeigt, geformt sein. Alternativ können, wie in 8 gezeigt, mehrere Flugzeuge verwendet werden, um Kombinationsstrahlenmuster zu bilden, die auf eine spezifische Kundenbasis zugeschnit ten sind. Wenn zum Beispiel drei Flugzeuge, wie zum Beispiel die Flugzeuge 35, 35, 35, verwendet werden, kann ein dreieckartiger Versorgungsbereich, wie zum Beispiel der in 8 gezeigte Versorgungsbereich 108, von den Strahlenmustern 110 gebildet werden.
Es ist außerdem klar, dass die durch mehrere Flugzeuge implementierte Versorgung auf die Zwei-Flughäfen-Unterstützungskonfiguration der ersten Ausführungsform ausgedehnt werden kann, sodass luftgestützte Versorgungsgruppen implementiert werden können, von denen jede zwei oder mehr Flugzeuge umfasst, um vorbestimmte Flugmuster in einer zyklischen Art und Weise auszuführen, ziemlich ebenso, wie die oben in Verbindung mit 3 diskutierten einzelnen Flugzeugflugmuster implementiert wurden.
Somit stellt die zweite bevorzugte Ausführungsform ein luftgestütztes zellulares Kommunikationssystem mit mehreren implementierten Flugzeugen dar, in dem zwei oder mehr verstärkertragende Flugzeuge imstande sind, die selbe, wenngleich fokussiertere, zellulare Versorgung zur Verfügung zu stellen, wie ein einzelnes verstärkertragendes Flugzeug mit hoher Flughöhe. Mehrere Flugzeuge sind in der Lage, aufgrund der Flexibilität in möglichen Antennenmustern aufgrund eines Variierens der Flugmuster und/oder Flughöhen eines oder mehrerer Flugzeuge, die verwendet werden, um den Bodenempfangsbereich zu bilden, eine bessere Bodenempfangsbereichsversorgung zur Verfügung zu stellen.
Es wird auf 9 und 10 Bezug genommen, darin wird nun eine dritte bevorzugte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung diskutiert. Im Besonderen zeigt 9 zwei Flugzeuge in einem luftgestützten zellularen Kommunikationssystem, wie zum Beispiel die Flugzeuge 35, 35, die ein Kommunikationsversorgungs-Handoff durchführen, um eine Kommunikationsversorgung in einem geographischen Bereich, wie zum Beispiel dem Bereich 112 sicherzustellen. Wenn zum Beispiel das Flugzeug 35 sein Flugmuster ausführt und die Wetterzentrale 38 bestimmt, dass sich Schlechtwetter, wie zum Beispiel ein Gewitter 113 in 10, in den Bereich bewegt, kann das Flugzeug 35 von einem Flughafen, wie zum Beispiel dem Flughafen 84 in 3, abheben und bis zu einer vorbestimmten Flughöhe aufsteigen. Bei dieser vorbestimmten Flughöhe projizieren die Flugzeuge 35, 35 nahezu identische Strahlenmuster 114, 116 auf den geographischen Bereich 112, um einen Kombinationsempfangsbereich 118 zu bilden. Daher stellen beide Flugzeuge 35, 35 Systemanwendern am Boden Kommunikationsverbindungen zur Verfügung.
Wie in 10 gezeigt, trennen sich die zwei Flugzeuge 35, 35, um dem Sturm 113 zu gestatten, zwischen den Flugzeugen hindurch zu ziehen. Vorzugsweise zeigt der zwischen den zwei Flugzeugen 35, 35 gebildete Spalt 120 in die Richtung des Sturms 113. Die Antennenwinkel für jedes der Flugzeuge 35, 35 werden vergrößert, aber die Strahlenmustersignale aufgrund einer Strahlenmusterverdopplung werden bei weitreichenden Strahlenstandorten bei 122 verstärkt, wodurch eine fortgesetzte Kommunikationsversorgung in Bereichen sichergestellt wird, die durch den Sturm 113 betroffen werden. Dies ist der Fall, weil Strahlenmustersignale weniger von dem Sturm durchdringen müssen, da die Signale von der Seite des Sturms eher als durch ihn strahlen. Zusätzlich kann die Nebenkeulenleistung von Flugzeugantennen, wie zum Beispiel der Antenne 70 in 2, erhöht werden, um in einer solchen Situation adäquate Verbindungsspannen sicherzustellen.
Wenn sich der Sturm 113 verzehrt, können die Flugzeuge zu den in 9 gezeigten Flugmusterpositionen zurückkehren, sodass wieder nahezu identische Strahlenmuster gebildet werden. Wenn das erste Flugzeug 35 kurz vor dem Abschluss seines Einsatzes steht, kann dann das zweite Flugzeug 35 die Verantwortung für die ganze Kommunikationsverbindung übernehmen, wodurch das Flugzeug 35 befähigt wird, zu einem der Flughäfen 82, 84, zum Auftanken, zur Wartung, zum Wechsel der Flugzeugbesatzung und dergleichen hinunterzufliegen.
Daher ermöglicht die dritte Ausführungsform mehrere Antennenstrahlen, die von zwei Flugzeugen ausgerichtet werden, um Kommunikations-Handoffs von einem Flugzeug zu einem anderen zu verbessern, um eine kontinuierliche zellulare Versorgung für Systemanwender sogar während rauem Wetter sicherzustellen, da die Strahlen um den Sturm herum, eher als durch ihn, ausgerichtet sein können.
Es wird nun auf 11 Bezug genommen, darin wird nun ein zusätzliches Kommunikationsschalten zwischen zwei Flugzeugen 35, 35 gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung diskutiert. Im Besonderen muss die von dem luftgestützten Verstärker zur Verfügung gestellte Hauptkommunikationsverbindung von einem existierenden Flugzeug, das ein Kommunikationsflugmuster ausführt, zu einem nachfolgenden Flugzeug geschaltet werden, das den Platz des aktuellen Flugzeuges einnimmt. Dieses Umschalten muss jedoch auf eine übergangslose Art und Weise stattfinden, sodass der unterliegende Dienst nicht beeinträchtigt wird. Um solch eine Überführung durchzuführen, hebt zum Beispiel das Flugzeug 35 von einem der in 3 gezeigten Flughäfen 82, 84 ab und steigt bis zu einer Flughöhe auf, die von der des Flugzeuges 35 verschieden ist, während das Flugzeug 35 fortfährt, ein Kommunikationsversorgungsflugmuster 130 im Uhrzeigersinn auszuführen. Zum Beispiel kann, wie in 11 gezeigt, die Flughöhe des Flugzeuges 35 1.000 Fuß höher sein als die des Flugzeuges 35. Bei dieser vorbestimmten Flughöhe beginnt das Flugzeug 35 damit, sein eigenes Flugmuster 132, das über einen ähnlichen Radius wie das Flugmuster 130 verfügt, aber zu diesem leicht phasenverschoben ist, im Uhrzeigersinn auszuführen. Nachdem das Flugzeug 35 damit begonnen hat, das Flugmuster 132 auszuführen, wird entweder eine durch die Bodensteuerung angewiesene Kommunikationsumschaltung oder eine durch die Leistungssteuerung angewiesene Umschaltung initiiert, von denen jede nun ausführlicher beschrieben wird und von denen jede keinen Einfluss auf Systemanwender hat.
Es wird auf das Flussdiagramm in 12 Bezug genommen, darin wird nun eine durch eine Bodensteuerung angewiesene Umschaltung eines Rufverkehrs von einem Flugzeug zu einem anderen beschrieben. Im Besonderen überträgt ein erstes Flugzeug bei 140, wie zum Beispiel das Flugzeug 35, ein erstes Kommunikationsstrahlenmuster, während es ein normales Flugmuster 130 in einer vorbestimmten Einsatzflughöhe ausführt, die typischerweise in einem Standardflughöhenbereich von zum Beispiel 28.000–31.000 Fuß liegt, und bei einer minimalen Trödelgeschwindigkeit, um die Einsatzzeit zu maximieren. Bei 142 fliegt ein zweites Flugzeug, wie zum Beispiel das Flugzeug 35, bis zu einer vorbestimmten Flughöhe hoch und überträgt ein zweites Kommunikationsstrahlenmuster, während es ein Rendezvousflugmuster, wie zum Beispiel das Flugmuster 132, ausführt. Bei 144, nachdem das zweite Flugzeug das Rendezvousflugmuster initiiert hat und versucht, der Geschwindigkeit des ersten Flugzeuges mit einem Flugmuster-Phasen-Offset von 180 Grad näherungsweise gleichzukommen, wird bei 146 bestimmt, ob die Flugzeuge in entsprechenden Flugmustern ausgerichtet sind, und daher überlappen die entsprechenden Strahlenmuster von den Flugzeugen basierend auf Telemetriedaten von beiden Flugzeugen. Alternativ kann die Technik konstruiert sein, um eine Rufverkehrsumschaltung zur Verfügung zu stellen, wenn: (a) sich die ersten und zweiten Flugzeuge in parallelen Flugmustern in identischen Flughöhen und getrennt durch eine FAA-anerkannte Offset-Entfernung befinden; (b) die ersten und zweiten Flugzeuge jeweils ein identisches Flugmuster ausführen, jedoch 180 Grad phasenverschoben sind; oder (c) die ersten und zweiten Flugzeuge getrennte Flugmuster in unterschiedlichen Flughöhen und in entgegengesetzten Richtungen ausführen.
Wenn sich die Strahlenmuster nicht überlappen, wird der Zustand der Strahlenmuster bei 147 überwacht, bis bestimmt wird, dass die Flugzeuge ausgerichtet sind und sich die entsprechenden Strahlenmuster überlappen. Bei 148 etabliert dann der bodenbasierte Teil des Systems 10, das die Zellular- und Funkinfrastruktursegmente 12, 14 umfasst, eine Kommunikation mit dem zweiten Flugzeug und bestimmt eine Zeit zum Ausführen einer Kommunikationsumschaltung. Bei 150 kann zum Beispiel durch das zweite Flugzeug, das Kommunikationssignale von dem Funkinfrastruktursegment 14 und von Systemanwendern empfängt, eine Vorumschaltverifizierung durchgeführt werden. Bei 152 weist der bodenbasierte Teil des Systems 10 das erste Flugzeug an, aufzuhören, sein Kommunikationssignalstrahlenmuster zu übertragen, und weist bei 154 den Verstärker des zweiten Flugzeuges quasi simul tan an, einen Betrieb auf den Speise-, Telemetrie- und Anwenderverbindungen 33, 34, 36 zu beginnen, auf denen der Verstärker des ersten Flugzeuges seinen Betrieb einstellt. Folglich werden bei 154 Anrufe von allen Systemanwendern in einem geographischen Bereich, der durch die Strahlenmuster der ersten und zweiten Flugzeuge versorgt wird, von dem Strahlenmuster des ersten Flugzeuges zu dem Strahlenmuster des zweiten Flugzeuges umgeschaltet. Diese Umschaltung findet vorzugsweise in einem Kommunikationssignalzeitrahmen statt, der als eine 2–10 Millisekundenverarbeitungszeitperiode definiert ist. Bei 156 übernimmt das zweite Flugzeug durch Verlangsamen einer vorbestimmten Trödelgeschwindigkeit und Bewegen in das Flugmuster 130 die Kommunikationsversorgung von dem ersten Flugzeug, nachdem das erste Flugzeug das erste Flugmuster 130 verlassen hat.
Es wird auf das Flussdiagramm in 13 Bezug genommen, darin wird nun eine graduelle Leistungssteuerungsumschalttechnik für einen Rufverkehr von einem Flugzeug zu einem anderen beschrieben. Die Schritte 140–146 sind denen identisch, die oben in Verbindung mit der bodensteuerungsangewiesenen Umschalttechnik beschrieben werden. Bei 160, nachdem das zweite Flugzeug sein Rendezvousflugmuster etabliert hat, etabliert es durch Kommunikationsstrahlenmuster, die mit jenen identisch sind, die durch das erste Flugzeug etabliert werden, Speise-, Telemetrie- und Anwenderverbindungen. Nachdem die Strahlenmuster etabliert sind, beginnt der Verstärker, der in dem ersten Flugzeug lokalisiert ist, bei 162 damit, seine Ausgangsleistung zu verringern. Bei 164 zwingt die Leistungsverringerung folglich Endgeräte/Hörer der Systemanwender 18 dazu, von einem Anwenderverbindungsstrahl, der von dem ersten Flugzeug über tragen wird, zu einem, der von dem zweiten Flugzeug übertragen wird, auf eine selbstbestimmende Art und Weise umzuschalten. Die Leistungsverringerung kann so geplant werden, dass sie über eine vorbestimmte Zeitperiode stattfindet, wie zum Beispiel eine Zeitperiode von mehreren Minuten, um Anrufen Zeit zu lassen, bei 164 von dem Verstärker in dem ersten Flugzeug zu dem Verstärker in dem zweiten Flugzeug weitergereicht zu werden.
Bei 166 wird bestimmt, ob der Verstärker in dem ersten Flugzeug vollständig abgeschaltet worden ist. Wenn der Verstärker nicht vollständig abgeschaltet worden ist, werden Leistungsverringerung bei 162 und Rufumschaltungen bei 164 fortgesetzt, bis der Verstärker vollständig abgeschaltet worden ist. Nachdem der Verstärker vollständig abgeschaltet worden ist, übernimmt der Verstärker in dem zweiten Flugzeug die gesamte Ruflast. Nachdem das erste Flugzeug das erste Flugmuster 130 verlassen hat, steigt das zweite Flugzeug bei 168 auf, um das erste Flugmuster 130 auszuführen, oder kann ein alternatives Flugmuster übernehmen, wie durch Systemparameter bestimmt.
In beiden der oben beschriebenen Umschalttechniken wird eine Umschaltung von Rufverkehr von einem Flugzeug zu einem anderen sowohl durch die Flugzeuge 35, 35 als auch das zellulare Infrastrukturelement 12 auf eine Art und Weise gehandhabt, die der ähnelt, die verwendet wird, um Ruf-Handoffs in einem terrestrischen zellularen Kommunikationssystem zu handhaben. Software kann spezifisch konstruiert sein, um das luftgestützte System 10 zu befähigen, diese selben grundlegenden Handoff-/Umschalttechniken zu verwenden. Die Umschalttechniken werden vorzugsweise während Zeiten eines niedrigen Rufverkehrs ausgeführt, wodurch weiter hin sichergestellt wird, dass das System robust ist und die Zahl von Anrufabbrüchen minimiert wird.
Als eine Modifikation der oben beschriebenen graduellen Leistungssteuerungsumschalttechnik können spektrale Ressourcen alternativ durch die Basistransceiverstationen 30a, 30b zwischen den ersten und zweiten Flugzeugen aufgeteilt werden, um eine Rufumschaltung von dem ersten Flugzeug zu dem zweiten Flugzeug zu erleichtern, wobei der prozentuale Anteil von spektralen Ressourcen, der dem zweiten Flugzeug zugewiesen ist, graduell erhöht wird, bis alle spektralen Ressourcen und somit der gesamte Rufverkehr, dem zweiten Flugzeug zugeordnet ist.
Angesichts des Vorangehenden ist klar, dass die vierte Ausführungsform sicherstellt, dass ein luftgestütztes zellulares Kommunikationssystem robust und in Reaktion auf Kundenbedürfnisse skalierbar ist und dass ein Kommunikationsdienst, sogar während einer Kommunikationsversorgungsumschaltung zwischen luftgestützten Systemverstärkern, ununterbrochen bleibt. Zusätzlich befähigt die oben diskutierte Umschalttechnik ein luftgestütztes zellulares Kommunikationssystem, existierende terrestrische System-Handoff-Hardware und -Software zu übernehmen. Die Umschalttechniken können an das unterliegende terrestrische Systemprotokoll angepasst werden, gleichgültig, ob das Protokoll zum Beispiel ein CDMA-, TDMA-, GSM- oder Breitband-zu-luftgestütztes-System-Protokoll ist. Zusätzlich können Spitzenrufverkehrslasten durch Verwenden der Versorgung beider oben diskutierter erster und zweiter Flugzeuge adressiert werden, um eine Rufhandhabungskapazität zu erhöhen, wobei eines der Flugzeuge durch Ausführung einer der oben diskutierten Umschalttechniken aus dem Versorgungsbe reich entfernt werden kann, wenn die Rufverkehrslast wieder auf ein Pegel abfällt, der durch ein einzelnes Flugzeug gehandhabt werden kann.
14 zeigt ein Flugmuster 170 eines Flugzeuges, wie zum Beispiel des in 1 und 2 gezeigten Flugzeuges 35, einer fünften bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Flugmuster umfasst einen allgemeinen Versorgungskreis 172, in dem das Flugzeug eine Kommunikationsversorgung durch Übertragen von Kommunikationsstrahlen zur Verfügung stellt, um die Strahlenempfangsbereiche 174a–174h in einem vorbestimmten entsprechenden geographischen Bereich zu bilden. Flugmuster mit kleinem Radius, wie zum Beispiel die kreisförmigen Flugmuster 176a–176d, sind jeweils tangential in einem Flugmuster mit größerem Radius angeordnet, das den Kreis 178 umfährt.
Wenn ein Flugzeug, wie zum Beispiel das Flugzeug 35, in dem luftgestützten zellularen Kommunikationssystem 10 eines der Flugmuster 176a–176d ausführt, ist es imstande, eine gewünschte Kommunikationsversorgung in dem allgemeinen Versorgungskreis 172 zur Verfügung zu stellen. Wettermuster können jedoch, wie es häufig passieren kann, das Flugzeug zwingen, durch Verschieben eines Mittelpunktes des Flugmusters von seinem vorbestimmten Flugmuster abzuweichen, wodurch die Kommunikationssystemversorgung und -verfügbarkeit verringert werden.
Die vorliegende Ausführungsform befähigt das Flugzeug jedoch, einiges von der Systemversorgung und -verfügbarkeit wiederzugewinnen, die zum Beispiel während eines Gewitters in der Nähe eines Flugzeugflugmusters verloren geht. Im Besonderen in Reaktion auf Schlechtwetterbedingungen reißt sich das Flugzeug von seinem ausgewählten kreisförmigen Flugmuster, wie zum Beispiel dem kreisförmigen Flugmuster 176a, los und bewegt sich entlang dem flugmusterumfahrenden Kreis 178 zu einem anderen Flugmuster, wie zum Beispiel dem kreisförmigen Flugmuster 176b, das ebenfalls tangential zu dem flugmusterumfahrenden Kreis 178 angeordnet ist. Bodenbasierte Steuerungen, wie zum Beispiel der Nutzlastprozessor 60, steuern daraufhin, die Richtung von Strahlen, die von der in 2 gezeigten Antenne 70 übertragen werden, die entweder eine Gruppenantenne oder eine feste Antenne ist, durch Ein- und Ausschalten von äußeren Antennenstrahlen und Formen der Strahlen, um eine adäquate Verbindungsspanne bezüglich äußerer Randzonen des gewünschten geographischen Versorgungsbereiches aufrecht zu erhalten. Folglich rotiert das Strahlenmuster nicht und schaltet sich nicht ein/aus, sondern bleibt bezüglich terrestrischer Standorte, die durch den resultierenden Strahlenmusterempfangsbereich versorgt werden, fest. Wenn das Flugzeug das neue Flugmuster 176b erreicht, führt es das Flugmuster 176b aus und übernimmt die Rotation des Strahlenmusters, um fortzufahren, eine zellulare Kommunikationsversorgung zur Verfügung zu stellen.
Somit verringert die Flugmusterkonfigurations- und Flugzeugbewegungstechnik der fünften Ausführungsform im Vergleich zu einem ähnlichen zentral umkreisenden Flugzeug den gesamten möglichen geographischen Bereich, der durch ein Flugzeug versorgt werden kann, und erhöht die Konfiguration und Technik eine Gesamtsystemverfügbarkeit für einen geographischen Bereich, der dadurch versorgt wird, dass das Flugzeug befähigt wird, ein vorbestimmtes Flugmuster auszuführen, um um Stürme und andere Schlechtwettermuster herum zu manövrieren, ohne die Versorgung abzubrechen.
15 ist ein Flussdiagramm, das das Verfahren zusammenfasst, das verwendet wird, um zu bestimmen, ob ein Flugzeug, das eines der Flugmuster 176a–176d durchführt, entlang dem flugmusterumfahrenden Kreises 178 bewegt werden soll. Bei 180 wird bestimmt, dass Wetter, welches begonnen hat, eine Kommunikationsversorgung zu beeinträchtigen oder diese beeinträchtigen wird, in die Nähe eines aktuell ausgeführten Flugzeugflugmusters eingedrungen ist. Das Flugzeug fährt fort, sein aktuelles Flugmuster auszuführen, bis es bei 182 einen Punkt in dem Flugmuster erreicht, der tangential zu dem flugmusterumfahrenden Kreis 178 angeordnet ist. Bei 184 überträgt die OMC 26 Befehle an das Flugzeug, die das Strahlenmuster, das von dem Flugzeug übertragen wird, relativ zu dem Boden fixieren und bei 186 beginnt das Flugzeug, entlang dem flugmusterumfahrenden Kreis 178 zu navigieren. Das Flugzeug fährt fort, entlang dem flugmusterumfahrenden Kreis 178 zu navigieren, bis es bei 188 einen neuen Betriebspunkt außerhalb des eindringenden Wettermusters erreicht, der einem Punkt eines der kreisförmigen Flugmuster 176a–176d entspricht, der außerdem tangential zu dem flugmusterumfahrenden Kreis 178 angeordnet ist. Nach einem Erreichen des neuen Betriebspunktes beginnt das Flugzeug bei 190 erneut mit einer normalen Strahlenmusterrotation, wenn es sein neues Flugmuster ausführt, und fängt bei 192 erneut an, eine Konvektionszellenbewegung zu überwachen, bis entweder ein neues Schlechtwettermuster in sein Flugmuster eindringt oder bis das Flugzeug seinen Einsatz abschließt.
Somit erreicht die Flugmusterkonfigurations- und Flugzeugbewegungstechnik der fünften Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung eine höhere betriebsbedingte Verfüg barkeit für ein luftgestütztes zellulares Kommunikationssystem als ein einfaches kreisförmiges Flugmuster, da sie ein Flugzeug bereitstellt, das eine Kommunikationsversorgung bereitstellt, um Stürme und andere Schlechtwetterbedingungen durch Bewegen zwischen kleinen Flugmustern, die tangential auf einem größeren Flugmusterbetriebskreis angeordnet sind, zu umgehen. Eine Systemverfügbarkeit wird daher erhöht.
Obwohl die obige Beschreibung für die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gilt, ist klar, dass die Erfindung modifiziert, geändert oder variiert werden kann, ohne von dem Umfang und der eigentlichen Bedeutung der folgenden Ansprüche abzuweichen.

Claims

Zellulares Kommunikationssystem, das umfasst: ein erstes Flugzeug [35] zum Fliegen in einem ersten Muster, das eine erste Antenne [70] zum Übertragen eines RF-Strahls [104] bei einem ersten Strahlenwinkel umfasst, um einen ersten Empfangsbereich ("footprint") [96] in einem geographischen Zielbereich [98] zu bilden, um Zellulartelefonanwendern in dem Empfangsbereich eine erste Kommunikationsverbindung [69] zur Verfügung zu stellen; und ein zweites Flugzeug [35] zum Fliegen in einem zweiten Muster, das eine zweite Antenne [70] zum Übertragen eines zweiten RF-Strahls [104] bei einem zweiten Strahlenwinkel umfasst, um einen zweiten Empfangsbereich in einem geographischen Zielbereich [98] zu bilden, um Zellulartelefonanwendern in dem zweiten Empfangsbereich eine zweite Kommunikationsverbindung [69] zur Verfügung zu stellen; wobei das erste und zweite Flugzeug konfiguriert sind, um in dem ersten beziehungsweise zweiten Muster bei einer Höhe zwischen 15.000–60.000 Fuß zu fliegen, und wobei sowohl das erste als auch das zweite Flugzeug weiterhin konfiguriert ist, um das erste und zweite Muster beziehungsweise den ersten und zweiten Strahlenwinkel in Reaktion auf in dem geographischen Zielbereich auftretendes Schlechtwet ter [113] zu variieren, um eine kontinuierliche ununterbrochene Versorgung des geographischen Zielbereiches mit den ersten und zweiten RF-Strahlen in einer wettermusterunabhängigen Art und Weise zur Verfügung zu stellen.
System gemäß Anspruch 1, das weiterhin einen ersten Flughafen umfasst, der von einem Zentrum eines Versorgungsbereiches des ersten und zweiten Flugzeuges entsprechend einer antriebslosen Landestrecke des ersten und zweiten Flugzeuges entfernt lokalisiert ist.
System gemäß Anspruch 2, das weiterhin einen zweiten Flughafen umfasst, um Dienste zur Verfügung zu stellen, die im Allgemeinen redundant zu jenen bei dem ersten Flughafen sind, wobei sich der zweite Flughafen an einem Standort befindet, der für das erste und zweite Flugzeug erreichbar ist.
System gemäß Anspruch 3, das weiterhin ein drittes Flugzeug umfasst, das bei einem der ersten und zweiten Flughäfen lokalisiert ist, um eine Versorgung zur Verfügung zu stellen, die zu der der ersten und zweiten Flugzeuge redundant ist.
System gemäß Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Flugzeuge eine erste luftgestützte Versorgungsgruppe umfassen und weiterhin mindestens eine weitere luftgestützte Versorgungsgruppe umfassen, um Dienste zur Verfügung zu stellen, die im Wesentlichen zu jenen der ersten luftgestützten Versorgungsgruppe redundant sind.
System gemäß Anspruch 1, wobei die Flughöhen der ersten und zweiten Flugzeuge entsprechend Verbindungsspannenanforderungen ("link margin requirements") variieren.
System gemäß Anspruch 1, wobei das erste und zweite Flugzeug konfiguriert sind, um in den ersten und zweiten Mustern in Flughöhen von ungefähr dreißigtausend (30.000) Fuß zu fliegen.