JP2001522191A - 浮遊スイッチングノードを用いたワイヤレス通信 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 通信システムは、サービス領域内に設けられた様々な地面に設置された装置に通信サービスを提供する浮遊スイッチングノードをサポートする航空機を有する。装置は、ゲートウェイ装置同様、カスタマ建物内装置およびビジネス建物内装置のような加入者装置を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （技術分野） 本発明は、ワイヤレス通信に関し、さらに詳しくは、浮遊スイッチングノード
を用いたワイヤレス通信に関する。

【０００２】 （背景技術） 情報化時代の現代において、増大するユーザの要求を満たし得る接続性および
容量を提供可能な通信システムが必要とされている。リモートコンピューティン
グ、インターネット検索、マルチメディア通信等のデータインテンシブな応用が
、既存の通信基盤に顕著な歪みを与えている。公共交換電話ネットワーク（ＰＳ
ＴＮ）、長距離運搬データネットワーク、そして、他の開発された有線及びワイ
ヤレスネットワークでは、これらの要求を満たすことはできない。

【０００３】 接続性と容量を増加させる一つの方法は、既存の地上の基盤施設を更新するこ
とである。新しい地上システムには、個人通信サービス（ＰＣＳ）周波数帯にお
けるワイヤレスデータサービス、ケーブルテレビ用に取り付けられた同軸ケーブ
ルによるデータ転送、又は、テレホンネットワーク用のより線対によるデジタル
加入者回線サービスの組合せがある。これらの地上の解決手段は、サービスを提
供する前に基盤施設の準備と取り付けのために多くの時間を必要とするのみなら
ず、破壊、雷、仮交換、周波数の再割り当て、高周波装置の再調整のための装置
の維持管理に多大なコストを必要とする。また、地上の解決手段には、地形や建
物からの干渉散乱により引起されるレイリー損失の問題があるため、受信信号強
度の大きな変動を補償するために高いダイナミックレンジを有し高性能の装置が
必要となる。

【０００４】 接続性と容量を増加させる別の方法として、静止軌道（ＧＥＯ）及び低高度軌
道（ＬＥＯ）での衛星ベースの基盤施設を更新することがある。地上システムの
ように、衛星システムは、完全に展開するのに、特に、大きな星座ＬＥＯシステ
ムに展開するのには何年も要する。また、衛星システムは、維持管理するのも更
新するのにも多大なコストがかかる。その結果、衛星システムは過酷な放射環境
においても確実に作動するように設計された証明された通信技術を含むので、シ
ステムのコストを増大させ、そして、システムの容量を減少させる。

【０００５】 衛星システムは、また、重量や電力容量が制限されるので、密集地域に提供す
るために必要な回路密度を提供することができない。

【０００６】 （本発明の要旨） 本発明によると、以前に開発された通信システムおよび方法に関連する欠点ま
たは問題を実質的に除去または低減する通信システムおよび方法が提供される。
特に本発明は浮遊スイッチングノードを使用するワイヤレス通信を提供する。

【０００７】 本発明のある実施形態においては、多数のセルを有するサービス領域への通信
を提供するためのシステムが、サービス領域上を飛行する航空機を有する。航空
機に結合された浮遊スイッチングノードは、複数のビームをサービス領域内のセ
ルへと電気的に指向するフェイズドアレーアンテナを有する。浮遊スイッチング
ノードは、第１セルから第２セル（または同じセル内の異なる加入者に）に送信
するためのアンテナに受信されたデータに結合するスイッチも有する。サービス
領域のセル内に配置された多数の装置は、浮遊スイッチングノードでデータを通
信する。

【０００８】 本発明の他の実施の形態において、多数のセルを有するサービス領域に通信を
提供するために航空機上に設けられた浮遊スイッチングノードは、多数のビーム
をサービス領域内のセルへと電気的に指向するフェイズドアレーアンテナを有す
る。スイッチは、第１セルから第２セルに送信するためのアンテナに受信された
データを結合する。ペイロードアダプタは、ビームをサービス領域のセルに指向
するために、航空機の移動に応答してアンテナの向きを機械的に調整する。

【０００９】 本発明のさらに他の実施形態においては、装置は航空機上に設けられた浮遊ス
イッチングノードと通信する。浮遊スイッチングノードは、電気的にビームを装
置を含むセルに指向するフェイズドアレーアンテナを有する。装置はアンテナを
有し、ビーム内において通信されるパケットデータとアンテナに結合されるＲＦ
ユニットとを受信する。装置はさらに、パケットデータ引き出すためにＲＦユニ
ットに結合されるネットワークインターフェイスユニットと、パケットデータを
処理するためにネットワークインターフェイスユニットに結合される情報機器と
を有する。

【００１０】 本発明の技術的効果は、サービス領域上の高い高度（例えば５２,０００〜６ ０,０００フィート）で軌道を描いて回っている航空機によって運ばれる浮遊ス イッチングノード（ＡＳＮ）を有する。ＡＳＮは、サービス領域のセル内に設け
られた加入者装置およびゲートウェイ装置のような地面設置（ｇｒｏｕｎｄ−ｂ
ａｓｅｄ）装置に通信サービスを提供する。加入者装置は、広帯域および狭帯域
レートで音声と映像とデータとを処理および通信するカスタマ建物内装置（ＣＰ
Ｅ）とビジネス建物内装置（ＢＰＥ）とを有する。ゲートウェイ装置は、ＡＳＮ
を公共の交換電話ネットワーク（ＰＳＴＮ）、インターネットサービスプロバイ
ダ（ＩＳＰｓ）、ケーブルまたはビデオサービスプロバイダ、またはＡＳＮのサ
ービス領域内または領域外のその他のネットワークにリンクするために作動する
。

【００１１】 本発明の他の重要な技術的効果は、ＡＳＮが、サービス領域内のあらかじめ定
義された地理的セルにビームを電気的に指向するフェイズドアレーアンテナを有
することである。フェイズドアレーアンテナは、選択されたセル上にビームを維
持するかまたは、サービス領域上をＡＳＮが軌道にのって回っているときに頻繁
にセル間のビームハンドオフを提供する。特定の実施の形態において、ＡＳＮは
、ビームと、サービスされたセルと、このメモリにアクセスしてビームのハンド
オフを補償するパケットスイッチとの間の関連を記憶するメモリを有する。フェ
イズドアレーアンテナを使用して操る電子ビームに加えて、ＡＳＮは、アンテナ
の向きを機械的に調整してビームをサービス領域内のセルに指向するアダプタも
また含み得る。

【００１２】 ＡＳＮは、アンテナタワー、セルサイトビルディング、およびセルサイトラン
ドのような陸上システムと関連するベースステーション装置および設備の必要性
を排除する。特定の実施形態において、地面設置装置とＡＳＮとの間のリンクは
、約２０度の最小の見通し線（ＬＯＳ）を有し、陸上システムからのインターフ
ェアレンスを最小にする。特定の実施形態においてＡＳＮ通信と他の陸上システ
ムとの隔離は十分であり、ローカルマルチポイント分配サービス（ＬＭＤＳ）周
波数バンドのような設計された陸上の周波数が再利用可能である。ＡＳＮはまた
、ゲートウェイ装置の使用により、重要な「バックホール」インフラストラクチ
ャーを排除し、ＰＳＴＮ、ＩＳＰｓおよび他のネットワークインターフェイスへ
の直接のアクセスを提供する。ＡＳＮはまた、サテライトシステムと比較して高
パワー、増大したペイロードキャパシティ、複雑なサーマルマネージメントシス
テムおよび増大した加入者密度から利益を得る。

【００１３】 本発明はまた迅速に展開可能でかつ柔軟性のある技術を提供し、高人口領域で
十分な回路密度を有するモジュール式かつスケーラブルな通信サービスを提供す
る。あるアプリケーションは、緊急または軍事用のＡＳＮベースの通信ネットワ
ークを迅速に配置および配備する。航空機隊（例えば８時間シフトの３つの航空
機）は通信を提供するので、各航空機および関連するＡＳＮは、より軽く安価で
早いデジタル通信技術を組み込むための連続的なサービス、変更および更新から
利益を得る。また、航空機は高い高度で作動するので、ＡＳＮは、低減衰、高周
波数、サテライトへのＬＯＳ通信リンクまたは他のＡＳＮサービス近傍領域をサ
ポートする。その他の技術的な効果は、以下の図面、説明および請求範囲により
、当業者にすみやかに明らかにされる。

【００１４】 （発明を実施するための最良の形態） 図１は、サービス領域１６に配置された種々の地面設置デバイスに通信サービ
スを提供するための浮遊（ａｉｒｂｏｒｎｅ）スイッチングノード（ＡＳＮ）１
４を搭載した航空機１２を含む通信システムを示す。地面設置デバイスは、ゲー
トウェイのデバイスのみならず、カスタマ建物内装置（ＣＰＥ）１８やビジネス
建物内装置（ＢＰＥ）２０のような加入者デバイスを含む。一般に、ＡＳＮ１４
は、サービス領域１６における種々のデバイス間の無線による広帯域及び／又は
狭帯域の通信を可能とする。

【００１５】 高揚力の、複合材料からなる航空機１２は、サービス領域１６の上空の所定の
軌道３０をＡＳＮ１４を運んで飛行する。軌道３０は、円、楕円、８の字、又は
、ＡＳＮ１４をサービス領域の上空に維持できる他の適当な軌道であれば良い。
高い高度を長時間巡回することにより、航空機１２は、無線のセル状通信ネット
ワークが可能となるＡＳＮ１４用の安定なプラットホームを提供する。実施例に
おいては、航空機１２は、５２０００〜６００００フィートの高度で、直径約５
から８マイルの円を飛行することにより、ステーションを維持している。３機の
航空機１２が交替で８時間ずつ飛行することにより、サービス領域１６では１日
２４時間、1週間７日の間、連続して通信可能となる。

【００１６】 航空機１２と結合されたＡＳＮ１４は、周波数２０ＧＨｚ以上のミリメータ波
（ＭＭＷ）によるサイト線の良好な通達範囲を確保するため２０度以上の視野角
を有し、２８００平方マイルまでの大都市域に通達可能な通達範囲を有する。Ｍ
ＭＷ周波数による操作は、広帯域通信サービス（例えば、１Ｇｂｐｓから１０Ｇ
ｂｐｓ）をサービス領域１６の加入者デバイスへ提供することを可能とする。通
信システム１０はＭＭＷ周波数で動作するので、ＡＳＮ１４、ＣＰＥ１８、ＢＰ
Ｅ２０、そして、ゲートウェイデバイス２２の中の小さなアンテナアパーチャー
を用いることにより、非常に狭く、集束されたビーム幅が得られる。

【００１７】 航空機１２は大気圏の上の軌道を回っているので、ＡＳＮ１４が低高度軌道（
ＬＥＯ）及び／又は静止軌道（ＧＥＯ）衛星３４との衛星リンク３２を維持する
ようにしても良い。実施例においては、リンク３２は、地面設置の妨害を受ける
ことなく６０ＧＨｚバンドで動作し、衛星間リンク３６との分離を可能とする。
隣接するサービス領域１６にサービスを行う隣接するＡＳＮｓ１４は、衛星リン
ク３２と衛星間リンク３６とを使用する１以上の衛星３４を通して通信すること
ができ、又は、赤外線、マイクロ波若しくは適当なＡＳＮ間リンク３８を使用し
て直接通信することもできる。リンク３６用には、代表的には、６０ＧＨｚバン
ドが使用される。これは、この周波数では地上と通信する場合、大気に大部分が
吸収されてしまうからである。しかし、ＡＳＮ１４は大気圏の上に位置している
ので、６０ＧＨｚバンドはまた、ＡＳＮ１４から衛星３４へのリンク３２をサポ
ートする。非常に狭いビームが使用され、そして、リンク３２は傾斜しているが
、リンク３６はかなり水平であるので、リンク３２とリンク３６との間の干渉は
減少する。サービス領域１６には、大都市地域、指定避難地域、軍用地、又は、
広帯域及び／又は挟帯域の無線サービスを必要とする地理的地域がある。

【００１８】 ＡＳＮ１４は、ビーム４０をサービス領域１６内のセル４２へ電子的に指向す
るフェイズドアレイアンテナを有している。図１は、サービス領域内の選択され
たセル４２に指向されたビーム４０を示している。しかし、通信システム１０は
、サービス領域１６内の各地域に、連続的に、又は、間欠的にビーム４０を指向
するようにしている。サービス領域１６は、一つの中心セクタ４４と、多くの周
囲セクタ４６からなり、各周囲セクタ４６は、サービス領域１６内のセル４２の
選択されたサブセットセルを含んでいる。実施例では、各セクタ４４と４６とは
、ＡＳＮ１４のフェイズドアレイアンテナの異なる部分に対応する。以下に詳細
に記載されているように、ビーム４０は、特定のセクタ４４と４６の中の特定の
セル４２に常に向けられていても良く、又は、航空機１２とＡＳＮ１４が軌道３
０を巡回する時、ビーム４０をセル間にスイープ又はハンドオフしても良い。

【００１９】 実施例では、軌道３０の中心付近の中心セクタ４４に配置されているゲートウ
ェイ２２は、ゲートウェイ２２とＡＳＮ１４との間の傾斜を減少させるので、大
雨を通過する信号の経路の長さを減少させる。この配置は、最大データ速度の利
用性や、使用可能な最小の値以上であって減速されたデータ速度の利用性を高め
ることを可能とし、そして、高濃度の雨柱により信号の経路が遮られて小地域へ
のサービスが停止となることを防止できる。データ速度と信頼性を向上させるた
め、ゲートウェイ２２は、ＣＰＥ１８とＢＰＥ２０にサービスするＡＳＮ１４上
のフェイズドアレイアンテナから独立した、専用で、高ゲインで、機械的にジン
バル制御されたアンテナ（例えば、パラボラ）を使用してＡＳＮ１４と通信でき
る。

【００２０】 隣接するセル４２の間の干渉を減らすため、ＡＳＮ１４からのビーム４０によ
り形成されるセル状パターンは、適用可能であればいかなる多重化技術、又は分
離技術を用いることができる。実施例では、各セル４２は、加入者デバイス（例
えば、ＣＰＥ１８とＢＰＥ２０）と通信するために多くの周波数サブバンドの中
の一つを使用する。ここで、各周波数サブバンドは、送信と受信の両方向の通信
用の結合バンド幅を有している。この実施例では、別々のサブバンドにより、Ａ
ＳＮ１４とゲートウェイ２２との間の通信を行う。２８ＧＨｚのローカルマルチ
ポイント分配サービス（ＬＭＤＳ）バンドを使用して、通信システム１０は、Ａ
ＳＮ１４のための約２８００平方マイルの範囲への通達を可能とするために、サ
ービス領域１６内で全バンド幅を何度も再使用する。１個のＡＳＮ１４を有する
通信システム１０の全容量は、１００Ｇｂｐｓ以上である。この容量は、地上の
光ファイバーネットワークを介してのみ通常可能であるところの、２方向の広帯
域のマルチメディアサービスを提供する。

【００２１】 １個のＡＳＮ１４を有する通信システム１０には、地上あるいは衛星システム
以上の種々の利点がある。衛星システムと異なり、通信システム１０は、スペク
トル使用を全て、特定の地理的地域に集中する。これにより、周波数調整が容易
となり、ＬＭＤＳのような地面設置システムとの周波数の共用が可能となる。さ
らに、ＡＳＮ１４は、住宅サイトで維持されているＣＰＥ１８による広帯域デー
タアクセスを可能とするのに十分高いパワーで動作する。ＡＳＮ１４は、地上シ
ステムと接続したベースステーション用の装置や設備、例えば、アンテナ塔、セ
ルサイト用の建物、そして、セルサイト用の土地等の必要性を低下させる。ＡＳ
Ｎ１４は、また、衛星システムと比べ、高パワー、ペイロード容量を増加できる
、複雑な熱管理システムが不要、そして、加入者密度を増加させることができる
という恩恵を与える。一般的に、ＡＳＮ１４を有する通信システム１０は、モジ
ュール化でき、計量可能で、更新可能で、そして、低コストである通信サービス
に対し、高人口密度地域のための十分な回線密度を提供することの可能な技術、
すなわち、短時間で展開可能で、かつ、融通性の高い技術を提供することができ
る。

【００２２】 運用中は、航空機１２は、サービスセンタ１６上空のある高度でＡＳＮ１４を
維持して、軌道３０中を飛行する。ＡＳＮ１４中のフェイズドアレーアンテナ１
４は、ビームをサービス領域のセクタ４４、４６中のセル４２に電気的に指向し
ている。第１のセル４２に配置された始発信デバイス（例えば、ＣＰＥ１８、Ｂ
ＰＥ２０、ゲートウェイ２２）は、その第１のセル４２に提供されている第１の
ビームを使用してＡＳＮ１４にデータ送信する。ＡＳＮ１４中のスイッチが始発
信デバイスから受信したデータを、第２のビームによって提供される第２のセル
４２に配置された目的地デバイス（ｄｅａｔｉｎａｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ）（
例えば、ＣＰＥ１８、ＢＰＥ２０、ゲートウェイ２）に送信するためのフェイズ
ドアレーアンテナに接続する。このようにして、ＡＳＮ１４は、サービス領域１
６内にある２つのデバイス間を相互通信するようにスタートポロジーを実行する
。

【００２３】 特別な実施例において、目的地デバイスはまた、始発信デバイスと同じセルに
配置されてもよい。ＡＳＮ１４は、与えられたビームにつき多重加入者チャンネ
ルを持っており、各チャンネルは、時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）、符号分割
多重アクセス（ＣＤＭＡ）、周波数分割多重アクセス（ＦＤＭＡ）、その他の適
当なチャンネル選択法により、分離されている。同じビームを使用して加入者間
の通信においては、ＡＳＮ１４は、第１のセル４２の始発信デバイスからのパケ
ットデータを受信し、そのパケットデータを第１のセル中の第２の加入者に送信
するためのアンテナに指向して、同じビーム４０内でチャンネル−チャンネル間
通信を可能にする。

【００２４】 大抵のサービス領域（例えば、大都市領域、緊急地域、軍用地域）は、直径４
０ないし６０マイルの足跡の範囲内にうまく収まる。しかし、ネットワーク化し
た多重のＡＳＮ１４は、この大きさを超えるか又は容量の増加を必要とするよう
な領域を重なり合ってカバーすることができる。例えば、４つ以上のＡＳＮ１４
は、ニューヨーク大都市圏を重ね合わせてカバーすることができ、信頼性の高い
リンクを提供して、サービスの要請に対する遮断要因を低減することができる。

【００２５】 通信システム１０は、種々のサービスを提供する。ＣＰＥ１８のための通常の
顧客サービスは１Ｍｂｐｓから５Ｍｂｐｓのリンクから成るが、ＢＰＥ２０のた
めの通常の業務用サービスでは、５Ｍｂｐｓから１２．５Ｍｂｐｓのサービスリ
ンクを含む。例えば、これらのリンクは、非同期伝送モード（ＡＴＭ）又は他の
パケット交換プロトコルを使用して、要求時帯域幅（ＢＯＤ）を備えており、全
体に利用可能なスペクトルが、ＣＰＥ１８とＢＰＥ２０との種々の活動時間の間
で時分割される。公称データ速度は低くくても、ピーク時のデータ速度は特定の
レベルまで拡張する。ゲートウェイ２２は、同様の時分割ＢＯＤあるいは、２５
Ｍｂｐｓないし１５５Ｍｂｐｓ以上の一層高度な優先的「専用」リンクを含んで
もよい。典型的な通信システム１０の容量は、ＡＳＮ１４ごとに１００００から
７５０００個の同時対称Ｔ１回路（１．５Ｍｂｐｓ）である。それゆえ、単一の
ＡＳＮ１４で都市及び地方全体のカバー範囲は、４０ないし６０マイルサービス
領域内１６（１２５０から２８００平方マイル）で１００００から７５０００の
加入者を含んでいる。

【００２６】 図２は、通信システム１０の要素を詳細に示している。一般に、ＡＳＮ１４は
、サービス領域１６内のいずれか２つのデバイス間のパケットデータ伝送のため
のスタートポロジーネットワークのハブとして表される。ＡＳＮ１４と交叉する
一行程は、二つのリンク５０から成り、各リンク５０は、ＡＳＮ１４と、ＣＰＥ
１８、ＢＰＥ２０又はゲートウェイ２２とを接続する。パケットデータは、接続
のない通信と、接続を配向した（例えば、仮想回路）通信の両方に便宜があるが
、しかし、特に実施形態は、パケットデータは、要求時帯域幅（ＢＯＤ）を支持
する接続のない環境で通信するデータのパケット、グループ又は配列を含んでい
る。リンク５０は、広帯域か狭帯域で、ワイヤレスで、見とおし線（ｌｉｎｅ
ｏｆ ｓｉｇｈｔ）である。

【００２７】 ＣＰＥ１８、ＢＰＥ２０又はゲートウェイ２２（一般には、デバイスと呼ばれ
る）は、全て同様の機能を果たす。これらのデバイスは、自動的にＡＳＮ１４を
追跡する高利得アンテナを含み、リンク５０から搬送された変調信号をＭＭＷ周
波数を使用して取り出す。デバイスは、取り出した信号をデジタルデータに変換
し、標準ベースの又は独占的なデータ通信プロトコルを実行して、そのデジタル
データを種々の情報提供に伝送する。ＣＰＥ１８、ＢＰＥ２０又はゲートウェイ
２２は、寸法、複雑さ、価格に変化があるが、ハードウエアとソフトウエアの両
面で技術と部品のいくつかは、設計に共通している。ＣＰＥ１８は、顧客に提供
する通信システム１０に個人的ゲートウェイを提供し、ＢＰＥ２０は、より高度
のデータ速度を要求する企業にゲートウェイを提供する。ゲートウェイ２２は、
ＡＳＮ１４、ＣＰＥ１８及びＢＰＥ２０をインターネットサービスプロバイダ（
ＩＳＰ）５２やＰＳＴＮ５４、ビデオ／ケーブルサービス５６、さらに、他のロ
ーカルな又は遠隔地のネットワークサービスにリンクさせるための基幹構造ない
し高度な信頼性のある高帯域幅通信を提供するものである。ＩＳＰ５２、ＰＳＴ
Ｎ５４、ビデオ／ケーブルサービス５６は、適当な備え付けのデバイスを使用し
て、又は広帯域幅無線または有線のリンク５８、例えば、マイクロウエーブ、光
ケーブル、他の適当な方法で、ゲートウェイ２２を使用して、ＡＳＮ１４と直接
接続することができる。

【００２８】 図３は、通信システム１０によって支持された色々な通信プロトコルと機器を
図解している。ＡＳＮ１４は、ＭＭＷ搬送波周波数を使用して広帯域幅データサ
ービスに提供するためにリンク５０を使用して二つのデバイス１００間を接続し
ている。デバイス１００は、ＣＰＥ１８、ＢＰＥ２０及びゲートウェイ２２内に
ある通信プロトコルと機器の集合体である。

【００２９】 各デバイス１００は、リンク５０に結合された高帯域マルチプレクサ１０２（
ＭＵＸ）を含んでいる。マルチプレクサ１０２は、リンク５０とデバイス１００
中の種々の通信機器との間でパケットデータ、例えば、ＡＴＭパケットを接続す
る。一つの実施例は、マルチプレクサは、同期光ネットワーク（ＳＯＮＥＴ）プ
ロトコル、例えば、ＯＣ−１（５２Ｍｂｐｓ）、ＯＣ−３（１５５Ｍｂｐｓ）、
ＯＣ−１２（６２２Ｍｂｐｓ）、或いは他の高帯域通信プロトコルをサポートし
ている。パケット交換環境で標準的なＳＯＮＥＴまたはＡＴＭのプロトコルを使
用すれば、ＡＳＮ１４は要求時帯域幅を提供して広範な音声、データ、及びビデ
オ機器を使用させることができる。後述するが、ＡＳＮ１４は、サービス領域内
のデバイス間での有効なスケーラブルでモジュールによる通信を促進するＡＴＭ
パケット交換を含んでもよい。

【００３０】 マルチプレクサ１０２は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）１０４と直
接接続し、ビデオ会議サービス１０６をサポートする。マルチプレクサ１０２は
、またＶ．３５プロトコルとフレームリレーアダプタ１１０を支援して部分Ｔ１
接続を使用してＬＡＮ１０４と直接接続することもできる。デバイス１００は、
マルチプレクサ１０２と、適当なブリッジャー及びまたはルータ１１４と、の接
続を通じて、ローカルエリアネットワークまたは広範囲ネットワークにある１つ
以上のコンピュータ１１２との直接接続を支援する。デバイス１００は、Ｄ４チ
ャンネルバンク１１６とのＴ１接続を含んでよく、アダプタ１２０により通常電
話サービス（plain old telephone service)（ＰＯＴＳ）１１８、ローカル無線
サービスを提供し、或いはＤ４チャンネルバンク１１６を通じて他の音声、ビデ
オ或いはデータのサービスを提供する。デバイス１００は、またマルチプレクサ
１０２とＰＯＴＳ１２４との直接接続を通じて、さらに、データインターフェー
ス１２６を使用して長距離データネットワークへの内部または外部接続を通して
、ＰＯＴＳサービスを支援する。

【００３１】 図３中のデバイス１００は、特別の通信プロトコルと機器を示しているが、デ
バイス１００は、通信システム１０中で音声、ビデオ、データを処理し通信する
どのようなプロトコルも機器もサポートすることができる。例えば、Ｔ１リンク
は、Ｔ３、Ｅ１、Ｅ３または他の適当なデジタル通信リンクを含んでもよい。同
様に、ＬＡＮ１０４、ＬＡＮ１０８、及びコンピュータ１１２は、イーサネット
、高速イーサネット、ギガビットイーサネット、交換イーサネット、その他ネッ
トワークプロトコルを実施してもよい。さらに、Ｄ４チャンネルバンク１１６は
、他の適当な通信方法を含んでもよく、マルチプレクサ１０２と、デバイス１０
０内に含むかデバイス外から提供される多数の情報ネットワークないし情報機器
と、の間のインターフェースを提供する。

【００３２】 運用においては、ＡＳＮ１４は、デバイス１００間を接続して、電話データ通
信、ローカル無線サービス、ＬＡＮ／ＷＡＮ相互接続（ブリッジング／ルーティ
ング）、図形データ送信、ビデオ送信、他のシステムとの接続性、例えば、Ｄ４
チャンネルバンク１１６やデータインターフェース１１６を使用する長距離デー
タネットワークを提供する。ＡＳＮ１４は、フレームリレー、ＬＡＮ／ＷＡＮ、
Ｔ１、Ｖ．３５、及び他のパケット交換、例えば、ＡＴＭ交換を使用するトラヒ
ックを輸送する。本発明の重要な形態は、パケットデータの輸送とＡＳＮ１４で
の交換とをサポートするエンドツーエンド（end-to-end)ＡＴＭプロトコル又は ＡＴＭ型プロトコルの使用である。デバイス１００によるパケットデータの通信
は、リンク５０内での帯域幅の使用を効果的に促し、特定の実施例では、サービ
ス領域での航空機とＡＳＮ１４とが周回しながら、セル間にビームを頻繁にハン
ドオフすることを補償する。

【００３３】 図４は、さらに詳細に、航空機に搭載したＡＳＮ１４を示している。航空機１
２は、高揚力複合材航空機であり、高高度（５２０００から６００００フィート
）で長時間（８ないし１２時間）作動するターボファン推進器と組み合わせてあ
る。航空機１２は、ＡＳＮ１４の部分を、胴体と、胴体の下に取り付けたペイロ
ードとの両方で搭載している。ＡＳＮ１４の航空機同体内の部分には、冷却装置
１５２、電力機器１５４、及び通信機器１５６を含んでいる。ポッド１５０には
、傾斜した周縁部１６４によって囲まれた実質的に水平部１６２を設けている。
多数の送信／受信ペア１６６がアンテナ１６０の水平部１６２と周縁部１６４に
搭載されている。特別の実施例では、水平部に搭載された送信／受信ペア１６６
は、サービス領域１６の中心セクタ４４にあるセル４２のために提供されるが、
傾斜周縁部１６４上の送信／受信ペア１６６は、サービス領域のセクタ内にある
セル４２に供される。図４に示すアンテナ１６０上の送信／受信ペア１６６の特
別な配置は、一つの中心セクタ４４と８つの周辺セクタ１６に提供される。各送
信／受信ペア１６６は、２つの１６Ｘ１６と３０インチ四方のフェイズドアレイ
エレメントとから成っている。送信／受信ペア１６６は、アンテナ１６０上にモ
ジュール化して追加し、取外しし、或いは変更することができ、種々の通信容量
を提供することができる。

【００３４】 アンテナ１６０は、プラットフォーム固定ビーム、地上固定ビーム又はプラッ
トフォーム固定ビームと地上固定ビームとの結合ビームを発生する。プラットフ
ォーム固定ビームに対して、各送受信ペア１６６はアンテナ１６０に関係する固
定角に方向付けられた固定された視界を維持する。ＡＳＮ１４のためのトータル
視界は、個々の送受信ペア１６６の視界の総計である。プラットフォーム固定ビ
ームアプローチは、サービス領域１６の上の航空機とＡＳＮ１４の軌道に従って
複数のセル４２をビーム４０が横切るようにひんぱんなビームハンドオフを必要
とする。コミュニケーション装置１５６内のパケットスイッチは、ビーム４０と
ビーム４０が供給されるセル４２と間の関係を維持することによってビームのハ
ンドオフを補償する。特定の具体例において、アンテナ１６０は、航空機１２の
動きを補償するためと安定してかつそれらの関係するセル４２上にそれらをセル
４２に供給されるタイム期間の間、固定されたビーム４０を保つために電気的に
ビームを操縦する。

【００３５】 地上固定ビームに対しては、アンテナ１６０は航空機１２とＡＳＮ１４が軌道
３０に沿って進行するにしたがって、その関係するセル４２に固定されるように
各ビーム４０を操縦する。このアプローチは、アンテナ１６０に対してより電気
的及び物理的な複雑さを伴うが、しかし、ビームハンドオフを非常に減少させ省
略できるので、コミュニケーション装置１５６の負担を減少させる。各送受信ペ
ア１６６は、サービス領域１６内において不変的に仕向けられ又は割り当てられ
たセル４２上にビームを維持するためにサービス領域１６を全て支配するための
より広い視界を維持する。プラットフォーム固定又は地上ビーム固定のいずれか
のアプローチにおいて、ビーム４０の操縦性は、湖、海、海域、及び散在する居
住領域により、必要とされるカバーレージギャップの回避が可能であろう。アン
テナ１６０は、プラットフォーム固定及び地上固定技術の両方を組み込んだ混成
アプローチを使用しても良い。

【００３６】 ポッド１５０は、アンテナ１６０の方向がビーム４０をサービス領域１６のセ
ル４２に指向するために機械的に順応するアダプター１７０を用いて航空機１２
に結合される。一実施形態において、アダプター１７０は、軌道３０に沿って進
む航空機１２の旋回時の横傾斜を補償するアクティブ又はパッシブの方向調整を
提供するための、１又はそれ以上のジンバル、ジョイント、又は、縦ゆれ、回転
及び／又は軸ゆれの中での他の適当な機械的結合を含む。アダプター１７０はま
た、アンテナ１６０を実質的に水平方向に維持するためにフラッターや他の高い
周波数の航空機振動を能動的に補償してもよい。地上固定ビーム操縦技術を使用
した場合、アンテナ１６０のコンパス方向を実質的に一定に維持するために、ア
ダプター１７０は軸１７２についてアンテナ１６０を回転させてもよい。この具
体例では、アダプター１７０は、航空機１２の軌道率に実質的に等しい率だけア
ンテナ１６０を回転させる。

【００３７】 図５は、ＡＳＮ１４のコンポーネントをさらに詳細に示している。ポッド１５
０は航空機１２の下に搭載され、各送受信ペア１６６又はゲートウエイアンテナ
１６８に対して無線周波数（ＲＦ）送信モジュール２００とＲＦ受信モジュール
２０２を含んでいる。さらに、ユーザーデータのために、送信モジュール２００
とＲＦ受信モジュール２０２は、アップリンク制御チャンネルとダウンリンク制
御チャンネルとをそれぞれ組み込んでいてもよい。ポッド１５０はまた、パイロ
ット送信モジュール２０４と接続されたアンテナとを含むパイロット送信機を持
っている。そのパイロット送信機は、地上設置装置によってアンテナトラッキン
グとパワーコントロール用に使用されるパイロット信号２０８を送信する。特定
の具体例において、パイロット信号２０８は地上設置装置の特定のトラッキング
回路によって認識されるシングルトーンである。

【００３８】 ＡＳＮ１４はまた、各送受信ペア１６６とゲートウエイアンテナ１６８に対し
てモデム２１０とマルチプレクサ２１２を含んでいる。各マルチプレクサ２１２
に接続されるスイッチ２１４は、コミュニケーションシステム１０内のデータの
相互接続をする。スイッチ２１４はサービス領域１６の各セル４２上とサービス
セル４２に関係した送受信ペア１６６によって形成されたビーム４０の情報を記
憶するデータベース２１６を含む。データベース２１６はまた、非同期伝送モー
ド（ＡＴＭ）又は他の適当なパケットスイッチング技術を遂行するために顧客、
アドレッシング、ルーティング及びマッピング情報を保存する。データベース２
１６は、ランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリー（ＲＯ
Ｍ）、磁気又は光デバイス、又は他の適当なメモリーを含んでいてもよい。コモ
ンエレクトロニクス２１８は、ＡＳＮ１４の動作をサポートするためにパワーサ
プライ、プロセッサー、及び他のハードウエアとソフトウエアを含む。

【００３９】 動作において、起点セル４２の起点デバイスは、パケットデータをリンク５０
を介してＡＳＮ１４に送信する。起点セル４２に供給する起点ビーム４０を形成
している送受信ペア１６６は、ダウンコンバートと適当なＲＦプロセス用にパケ
ットデータを受信モジュール２０２に渡す。モデム２１０のデェモジュレータは
、それからデジタルパケットデータを引き出してこの情報をマルチプレクサ２１
２に渡す。ＳＯＮＥＴ又は他の適当なプロトコルの使用して、マルチプレクサ２
１２はパケットデータをスイッチ２１４にルーティング用に渡す。

【００４０】 スイッチ２１４は、アドレッシング及びルーティング情報をパケットデータか
ら回収し、この情報を特定のサブスクライバー又は指定のデバイスに結合し、結
合される目標とするセル４２を決定し、目標とするセル４２に供給する目的地ビ
ーム４２を決定する。目的地ビーム４０の決定に基いて、スイッチ２１４は、目
的地ビーム４０を形成する送受信ペア１６６につながっている適当なマルチプレ
クサ２１４にパケットデータを送る。マルチプレクサ２１４は、同じ送受信ペア
１６６のために、そのパケットデータを他のパケットデータに結合させて、この
情報を、送信モジュール２００に供給するためにこの情報をモデム２１０のモジ
ュレータに送る。送受信ペア１６６は、パケットデータを含んでいる変調された
ＲＦ信号を目的地ビーム４０を用いて、目的地セル４２に伝達する。目的地デバ
イスはパケットデータを受信し、そのパケットデータを次の処理のためにデジタ
ルデータに変調する。ＡＳＮ１４は、ゲートウェイ２２とゲートウェイアンテナ
１６８とを含む通信のために同様の処理を行う。

【００４１】 図６は、ＣＰＥ１８、ＢＰＥ２０、ゲートウェイ２２及び、より一般的なＡＳ
Ｎ１４と通信するデバイス１００のより詳細な構成要素を示している。この議論
は、ＣＰＥ１８のデザインと動作に焦点をあてているが、同様な構成と同様の動
作を含むＡＳＮ１４と通信するどのようなデバイスであってもよい。

【００４２】 ＣＰＥ１８は、無線（ＲＦ）ユニット２４６、ネットワークインターフェイス
ユニット（ＮＩＶ）２４８、と種々の情報機器６０〜２７０を含む。ＲＦユニッ
ト２４６は、送信モジュール２５２に接続されたアンテナ２５０(例えば１２” 〜１８”パラボラＭＭＷアンテナ）と受信モジュール２５４を含む。ＮＩＶ２４
８は、送信モジュール２５２と受信モジュール２５４とに接続されたモデム２５
６とエンドユーザ機器(例えばコンピュータ２６０、電話２６２、ビデオサーバ ２６４、ビデオターミナル２６６、ビデオカメラ２６８）、ゲートウェイ機器（
例えばゲートウェイインターフェイス２７０）、及び他の通信、ディスプレイ２
は処理デバイスのような種々の情報機器接続されたマルチプレクサ２５８とを含
む。ＮＩＶ２４８のモデム２５６は、Ｌ−バンドチューナとダウンコンバータ、
モジュレータ、及びデモジュレータを含む。

【００４３】 動作時に、送信モジュール２５２は、モデム２５６のモジュレータからＬ−バ
ンド（９５０〜１９５０ＭＨＺ）の中間周波数（ＩＦ）入力信号を受信し、この
信号をＭＭＷ周波数に変換し、電力増幅器を用いて１００ｍＷから５００ｍＷの
送信パワーレベルに増幅し、ＡＳＮ１４に送信するために、アンテナ２５０に供
給する。受信モジュール２５４は、アンテナ２５０でＡＳＮ１４から受信された
信号をローノイズアンプに結合させ、Ｌ−バンドＩＦにダウンコンバートし、モ
デム２５６のデモジュレータに信号を出力する前に増幅及び処理する。送信モジ
ュール２５２と受信モジュール２５４は広帯域で動作するけれども、これらのコ
ンポーネントは１度に４０ＭＨｚチャンネルの処理を行う、ＮＩＶ２４８のモデ
ム２５６は特定のチャンネル周波数に波長を合わせる。

【００４４】 ＮＩＶ２４８は、ＮＩＶ２４８とＲＦユニット２４６間のＬ−バンド送信信号
と結合させるコアペア２７０を介してＲＦユニット２４６とインターフェイス接
続される。各ＣＰＥ１８は、送信受信双方において高いデータレート(例えば、 ＯＣ−１ at ５２ＭｂｐＳ）を表示する。ある応用では、ＣＰＥ１８は、イン ターフェアレンスの対する性能を向上させるためにスペクトラム拡散を行う周波
数バンド幅を使用する。

【００４５】 ＲＦユニット２４６はまた、アンテナトラッキングモジュール２８０とアンテ
ナ２５０をＡＳＮ１４に指向するアンテナアクチュエータ２８２とを有するアン
テナトラッカーを含む。アンテナトラッキングモジュール２８０は、ＡＳＮ１４
のパイロット送信機２０４により送信されたトラッキング又はパイロットシグナ
ル２０８を受信し、アンテナアクチュエータ２８２がＡＳＮ１４の結合される送
受信ペア１６６によって発生されたビーム４０とアンテナ２５０とを調整する( 合致させる）ためのコマンドを発する。特定の具体例では、アンテナトラッキン
グモジュールとアンテナアクチュエータ２８２は、ＡＳＮ１４を追跡し、軸調整
のための２つの回転をサポート(支援）する。

【００４６】 アンテナ２５０、送信モジュール２５２、受信モジュール２５４、モデム２５
６、及びマルチプレクサ２５８を含んでいるＣＰＥ１８の装置の多くは、ローカ
ルマルチポイント分配サービス装置（ＬＭＤＳ）又は他の広帯域データサービス
用にもうすでに開発された現存するコンポーネントであろう。これは、コミュニ
ケーションシステムにおいて動作し、ＬＭＤＳ装置に適用するために最低コスト
となっているであろうから、ＣＰＥ１８のコストを減少させる。ＬＭＤＳバンド
（２８ＭＧＨｚ）においては処理を仮定すれば、ＣＰＥ１８は、現存するＬＭＤ
Ｓデザイン中にアンテナトラッキングモジュール２８０とアンテナアクチュエー
タ２８２を必要とするのみである。

【００４７】 図７は、コミュニケーションシステム１０に対するサービス領域１６を示して
いる。容量、地理的にカバーできる領域、ＡＳＮ１４の動作高度、及び他の付加
的なパラメータに依存して、サービス領域１６は、内部領域３００、第１週辺部
３０２、および第２週辺部３０４を含む。代表的なメトロポリタン応用では、内
部領域３００は、ゲートウェイ２２を含むであろう密集した都会領域をカバーし
、第１週辺部３０２は準都市領域を含み、第２周辺部３０４は田園領域をカバー
する。

【００４８】 通信システム１０において、地面に設置された装置と軌道３０上の遠距離点と
の間の、最小の見込み角３０６は、およそ２０度よりも大きな値と仮定される。
これは、サービスエリア１６の周辺部にある装置に対応する値である。一方、セ
ルラー電話の設計者は、カスタマから最も近いベースステーションにあるアンテ
ナまでの見通し線は、１度以下の角度を持つと仮定する。通信システム１０にお
いて、最小見込み角３０６として大きな値を組み込むことにより、装置が、濃密
な物体のない軌道３０中を飛ぶ航空機１２及びＡＳＮ１４によってスイープされ
る立体角に対して、確実にアクセスすることができるようにする。また、最小の
見込み角３０６は、比較的短い送信距離を提供して、激しい降雨時のサービス利
用の可能性を高める。最小の見込み角３０６は、また、通信システム１０が、２
８ＧＨｚで動作するＬＭＤＳのような地上の無線ネットワーク用に設計された共
通スペクトルを共有できるようにする。送信のためにより狭いビームを用いて、
より高い周波数とする程、通信システム１０とこれと同一バンドで動作している
地上のシステムとの分離は良好となる。第２の見込み角３０８は、サービス領域
１６の内側領域３００を規定する。ある実施形態においては、通信システム１０
は、ゲートウエイ２２を内側領域３００の中に備えることにより、激しい降雨中
や濃厚な雲が覆っている場合であっても、信頼性をもって、途切れずに通信でき
ることを保証する。

【００４９】 サービス領域１６（例えば、内側領域３００、第１の周辺部３０２、第２の周
辺部３０４）の大きさと形、及び見込み角３０６及び３０８は、航空機１２が動
作領域３１０内の異なる位置で運転された時には、変化する。これによって、航
空機１２が、ユーザの密度やサービス領域１６の大きさに適合するように、ＡＳ
Ｎ１４を異なる高度及び異なる軌道３０に運ぶことが可能になる。

【００５０】 図８は、通信システム１０で用いられる周波数分割多重化法をより詳細に示す
図である。ある実施形態においては、周波数プランは、サービスエリア１６を通
して５：１の再利用ファクタを得る。例えば、ＬＭＳＤバンドを用いると、送信
バンド３５０は２７．５ＭＨｚと２７．８ＭＨｚの間に５つの６０ＭＨｚ送信サ
ブバンド３５２（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）を含み、受信バンド３６０は、２８．０
５ＭＨｚと２８．３５ＭＨｚの間に５つの６０ＭＨｚ受信サブバンド３５２（Ａ
，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）を含む。２７．８ＧＨｚと２８．０５ＧＨｚの間の２５０Ｍ
Ｈｚガードバンドは、送信バンド２５０と受信バンド２６０の間の干渉を抑制す
る。サービス領域１６内の各々の加入者セル４２は、ＣＰＥ１８及びＢＰＥ２０
への送信及び受信リンクのための、４つのサブバンド３５２及び３６２（Ａ，Ｂ
，Ｃ，Ｄ）のうちの１つに対応しており、各々のサブバンド３５２及び３６２は
、異なる送信及び受信周波数に対応している。各々のサブバンド３５２及び３６
２は、異なる送信及び受信周波数に対応しており、セル４２は、隣接するセル４
２と同一の周波数サブバンドを利用することが無いように配列されている。５番
目のサブバンド３５２及び３６２（Ｅ）は、ゲートウェイ２２への送信及び受信
リンクを提供する。この５番目のサブバンドは、ＣＰＥ１８及びＢＰＥ２０に用
いられる通信周波数及び手法を変更することなく、ゲートウエイ２２の配置とア
ップグレードを行う自由を提供する。他のスペクトルオプション、例えば３８Ｇ
Ｈｚを用いれば、通信システム１０は他の同様の周波数プランを採用することも
できる。

【００５１】 通信システム１０は、ＭＭＷ周波数を用いて、広帯域無線データを送信し、サ
ービス領域１６に小さなアンテナを持つ比較的小さなセル４２を形成する。地上
のＬＭＤＳシステムは、２８ＧＨｚにおいて約１ＧＨｚのバンド幅を使用して、
広帯域サービスのローカル分配を行う。これらのシステムにおける経路は、ほぼ
地面に対する接線となっており、雨による減衰のために５ｋｍを越えることはで
きない。通信システム１０のような浮遊システムにおいては、最小の見込み角度
３０６が降雨速度の速い領域を通過するような経路部分を減少させる。さらに、
通信システム１０の構成部分にある高ゲインアンテナによって、セル４２を形成
するための細いビームが生成され、これによって、ＭＭＷ信号のレンジ許容量を
拡大する高いゲインがもたらされる。

【００５２】 表１は、通信システム１０内の典型的な経路ロスの分析の結果をまとめたもの
である。リンクバジェットにおいて、最小の見込み角３０６を３０度と仮定する
。最小の見込み角３０６を２０度とすると、経路ロスが約３ｄＢ増加する。この
ため、リンクマージンが約７ｄＢから４ｄＢに減少する。一般に、ＬＥＯサテラ
イトシステムにおける雨による減衰は、この周波数において、見込み角を約４０
度とすると、約１２ｄＢとなる。一方、地上のシステムにおける雨による減衰は
、下面にほぼ水平なリンクとの間では、約１８ｄＢとなる。

【００５３】 リンクバジェットを計算するには、地上設置された装置とＡＳＮ１４の間の直
線距離は３５ｋｍとし、浮遊したアンテナと地上アンテナの両方のゲインは３４
ｄＢとし、浮遊したセグメントと地上セグメントの両方の送信パワーは２８ＧＨ
ｚにおいて１００ｍＷとする。この分析において、通信システム１０はＱＰＳＫ
変調を用い、レート７/８のコンボルーションコードをリード−ソロモン（Reed-
Solomon）（２０４，１８８）コードと連結して用い、ＯＣ−１（例えば５１． ８４Ｍｂｐｓ）と等価な情報レートを獲得するために、最大ビットエラーレート
（ＢＥＲ）を１０^-9と仮定して、過剰バンド幅ファクタとして０．２１を用いる
。計算において、リンク有効率が９９．９％となる降雨速度を仮定する。この分
析の結果は、雨による減衰の後であっても、７ｄＢに近いマージンが得られるこ
とを示している。通信システム１０は、送信パワーが１Ｗにまで増加すれば、こ
のマージン１０ｄＢまで高めることができ、受信機のノイズレベルを改善すれば
、さらに３ｄＢ高めることもできる。

【００５４】 ＭＭＷ信号は、見通し線上を進行する。木、建物、車両、地形は、通常、許容
できない経路ロスを生じる。最小見込み角３０６を大きく設定することにより、
こうした影響を最小に抑えることができる。通信システム１０は、送信機と受信
機の間において経路が遮蔽されていないことを仮定している。影響を抑える手法
には、地上設置された装置の高さを増したり、代替となるノードを設けたり、遮
蔽物を除去することも含まれる。

【００５５】 本発明をいくつかの実施形態について説明したが、無数の変形、変更、置換、
変換、モディファイが当業者に示唆され、これらの変形、変更、置換、変換、モ
ディファイは、添付の請求の範囲における精神及び範囲の産物として本発明に含
まれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 浮遊スイッチングノード（ＡＳＮ）を含む通信システムを示す。

【図２】 図１の通信システムの構成要素をより詳細に示す。

【図３】 ＡＳＮを介してリンクされたデバイスに搭載された種々の通信プ
ロトコルや装置を示す。

【図４】 航空機に結合されたＡＳＮを示す。

【図５】 ＡＳＮの構成要素をより詳細に示す。

【図６】 ＡＳＮと通信するデバイスの構成要素をより詳細に示す。

【図７】 図１の通信システムのサービス領域を示す。

【図８】 図１の通信システムの用いられる周波数分割多重通信方式を示す
。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ， ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，Ｌ Ｕ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ， ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，Ｕ Ｇ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ Ｆターム(参考） 5K067 AA42 BB06 BB21 CC08 DD34 DD51 EE02 EE06 EE10 JJ39 KK02 KK15 5K072 AA19 BB01 BB22 BB27 CC03 DD01 DD13 DD16 DD17 EE01 FF22 FF27 GG02 GG05 GG14 GG26

Claims (42)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 サービス領域の上を飛行する航空機と、前記航空機に結合さ
   れた浮遊スイッチングノードであって、複数のビームを前記サービス領域に指向
   するフェイズドアレーアンテナを有し、各ビームが前記サービス領域内の関連す
   るセルに割り当てられる浮遊スイッチングノードと、前記浮遊スイッチングノー
   ドによってデータを通信する前記サービス領域のセル内に配置された複数のデバ
   イスとを有する複数のセルを有するサービス領域への通信を提供するためのシス
   テム。
2. 【請求項２】 前記サービス領域内において割り当てられたセルにビームを
   指向するアンテナの向きを機械的に調整するペイロードアダプタをさらに有する
   請求項１に記載のシステム。
3. 【請求項３】 前記アンテナが前記サービス領域内において割り当てられた
   セルにビームを電気的に指向する請求項１に記載のシステム。
4. 【請求項４】 前記アンテナが複数の送信／受信ペアを有し、各送信／受信
   ペアが前記サービス領域内におけるセルの選択されたサブセットに関連する請求
   項１に記載のシステム。
5. 【請求項５】 第１セルからパケットデータを受信し、かつ、前記パケット
   データを第２セルに送信するために前記アンテナへ指向するパケットスイッチを
   さらに有する請求項１に記載のシステム。
6. 【請求項６】 パケットデータを第１セル内の加入者から受信し、前記パケ
   ットデータを前記第１セル中の第２加入者に送信するための前記アンテナに指向
   して同じビーム内においてチャンネル−チャンネル間通信を可能にする請求項１
   に記載のシステム。
7. 【請求項７】 前記スイッチが、 セル間のビームのハンドオフを行う際に浮遊スイッチングノードがメモリを更
   新する、ビームとセルとの間の関連を記憶する前記メモリと、 パケットデータを第１セルから受信し、メモリにアクセスして第２セルに関連
   する目的地ビームを決定し、および、前記パケットデータを前記目的地ビームを
   使用して前記第２セルに送信するための前記アンテナに指向するパケットスイッ
   チとを有する請求項１に記載のシステム。
8. 【請求項８】 前記装置が、 複数の第１周波数バンドのうちの１つを使用して前記浮遊スイッチングノード
   と通信する複数の加入者装置と、 前記第１周波数バンドとは異なる第２周波数バンドを使用して前記浮遊スイッ
   チングノードと通信するゲートウェイ装置とを有する請求項１に記載のシステム
   。
9. 【請求項９】 前記浮遊スイッチングノードと前記装置とが、地面設置通信
   のために設計された周波数バンドを使用して通信する請求項１に記載のシステム
   。
10. 【請求項１０】 前記浮遊スイッチングノードがさらにパイロット信号を送
    信するパイロット送信器を有し、各装置がさらに 前記パイロット信号を受信するためのアンテナと、 前記パイロット信号に応答して前記浮遊スイッチングノードで前記アンテナを
    ポイントに位置決めするアンテナトラッカーとを有する請求項１に記載のシステ
    ム。
11. 【請求項１１】 前記データが非同期伝送モードパケットを有する請求項１
    に記載のシステム。
12. 【請求項１２】 複数のセルを有するサービス領域への通信を提供するため
    の航空機上に設置された浮遊スイッチングノードであって、前記浮遊スイッチン
    グノードが、 複数のビームを前記サービス領域内のセルに指向し、各ビームが前記サービス
    領域内の関連するセルに割り当てられるフェイズドアレーアンテナと、 前記サービス領域から送信のための前記アンテナに受信されたデータを結合す
    るスイッチとを有する浮遊スイッチングノード。
13. 【請求項１３】 前記アンテナの向きを機械的に調整し、前記ビームを前記
    サービス領域内の割り当てられたセルに指向するペイロードアダプタさらに有す
    る請求項１２に記載の浮遊スイッチングノード。
14. 【請求項１４】 前記ペイロードアダプタが前記アンテナを回転して実質的
    に一定の前記アンテナのコンパス方向を維持する請求項１３に記載の浮遊スイッ
    チングノード。
15. 【請求項１５】 前記アンテナが電気的に前記ビームを割り当てられたセル
    に指向する請求項１２に記載の浮遊スイッチングノード。
16. 【請求項１６】 前記アンテナが複数の送信／受信ペアを有し、各送信／受
    信ペアが前記サービス領域内の選択されたサブセットセルに関連する請求項１２
    に記載の浮遊スイッチングノード。
17. 【請求項１７】 前記アンテナが傾斜した周縁部によって囲まれた実質的に
    水平なセクションを有し、前記アンテナがさらに、 ビームを前記サービス領域の中心にあるセルに指向する水平セクション上に搭
    載された第１送信／受信ペアと、 前記傾斜した周縁部上に搭載され、前記サービス領域の中心を囲むセルにビー
    ムを指向する複数の第２送信／受信ペアとを有する請求項１２に記載の浮遊スイ
    ッチングノード。
18. 【請求項１８】 前記スイッチがパケットデータを第１セルから受信し、か
    つ第２セルへの送信のための前記アンテナに前記パケットデータを指向するパケ
    ットスイッチを有する請求項１２に記載の浮遊スイッチングノード。
19. 【請求項１９】 前記スイッチがパケットデータを第１セル内の加入者から
    受信し、かつ同じビーム内においてチャンネル−チャンネル間通信が可能になる
    ように前記パケットデータを前記第１セル内の第２加入者に送信するための前記
    アンテナに指向するパケットスイッチを有する請求項１２に記載の浮遊スイッチ
    ングノード。
20. 【請求項２０】 前記スイッチが、 セル間のビームのハンドオフを行う際に前記浮遊スイッチングノードがメモリ
    を更新する、ビームとセルとの間の関連を記憶する前記メモリと、 パケットデータを第１セルから受信し、メモリにアクセスして第２セルに関連
    する目的地ビームを決定し、および、前記目的地ビームを使用して前記パケット
    データを前記第２セルに送信するための前記アンテナに指向するパケットスイッ
    チとを有する請求項１２に記載の浮遊スイッチングノード。
21. 【請求項２１】 前記浮遊スイッチングノードが地面設置通信のために設計
    された周期バンドを使用してデータを通信する請求項１２に記載の浮遊スイッチ
    ングノード。
22. 【請求項２２】 前記浮遊スイッチングノードがサテライト間通信のために
    設計された周期バンドを使用してサテライトによりデータを通信する請求項１２
    に記載の浮遊スイッチングノード。
23. 【請求項２３】 パイロット信号を送信し、地面設置のアンテナトラッキン
    グを可能にするパイロット送信器をさらに有する請求項１２に記載の浮遊スイッ
    チングノード。
24. 【請求項２４】 前記データが非同期伝送モードパケットデータを有する請
    求項１０に記載の浮遊スイッチングノード。
25. 【請求項２５】 航空機に設置された浮遊スイッチングノートで通信するた
    めの装置であって、前記浮遊スイッチングノードは前記装置を含む割り当てられ
    たセルにビームを指向するフェイズドアレーアンテナを有し、前記装置が、 前記ビーム内で通信されたパケットデータを受信するためのアンテナと、 前記アンテナに結合されたＲＦユニットと、 前記パケットデータを引き出すために前記ＲＦユニットに結合されたネットワ
    ークインターフェイスユニットと、 前記パケットデータを処理するために前記ネットワークインターフェイスユニ
    ットと結合された情報機器とを有する装置。
26. 【請求項２６】 前記情報機器が、公共の交換電話ネットワーク、インター
    ネットサービスプロバイダまたはケーブルサービスプロバイダに結合するゲート
    ウエイインターフェイスを有する請求項２５に記載の装置。
27. 【請求項２７】 前記浮遊スイッチングノードから受信されたパイロット信
    号に応答して、前記ビームによってアンテナを位置合わせするアンテナトラッカ
    ーをさらに有する請求項２５に記載の装置。
28. 【請求項２８】 前記浮遊スイッチングノードと前記装置とが地面設置の通
    信のために設計された周波数バンドを使用して通信する請求項２５に記載の装置
    。
29. 【請求項２９】 前記アンテナとＲＦユニットとネットワークインターフェ
    イスユニットとがローカルマルチポイント分配サービス（ＬＭＤＳ）装置を有す
    る請求項２５に記載の装置。
30. 【請求項３０】 前記情報機器が、映像、データまたは音声をサポートする
    エンドユーザ機器を有する請求項２５に記載の装置。
31. 【請求項３１】 前記パケットデータが非同期伝送モードパケットデータを
    有する請求項２５に記載の装置。
32. 【請求項３２】 複数のセルを有するサービス領域への通信を提供する方法
    であって、前記方法は浮遊スイッチングノードで行われる以下の工程、 フェイズドアレーアンテナによって形成される始発信ビームを使用してデータ
    を原セルから受信する工程と、 目的地セルに関連する目的地ビームを決定するためにメモリをアクセスする工
    程と、 アンテナによって形成される目的地ビームを使用してデータを目的地セルに送
    信する工程とを包含する方法。
33. 【請求項３３】 前記始発信ビームを前記原セルに電気的に指向し、前記目
    的地ビームを前記目的地セルに指向する工程をさらに包含する請求項３２に記載
    の方法。
34. 【請求項３４】 前記始発信ビームを前記原セルに指向するため、および、
    前記目的地ビームを前記目的地セルに指向するために、航空機の移動に応答して
    前記アンテナの向きを機械的に調整する工程をさらに包含する請求項３２に記載
    の方法。
35. 【請求項３５】 前記アンテナが、前記始発信ビームを形成するために第１
    送信／受信ペアを有し、かつ、前記目的地ビームを形成するために第２送信／受
    信ペアを有する請求項３２に記載の方法。
36. 【請求項３６】 前記データがパケットデータを有し、前記方法が、前記目
    的地セルに送信するのためにパケットスイッチを介して前記アンテナに前記パケ
    ットデータをスイッチングする工程をさらに包含する請求項３２に記載の方法。
37. 【請求項３７】 前記目的地ビームが、 第１期間、前記目的地セルをサービスする前記アンテナによって形成される第
    １目的地ビームと、 前記第１期間の後の第２期間、前記目的地セルをサービスする前記アンテナに
    よって形成される第２目的地ビームとを有する請求項３２に記載の方法。
38. 【請求項３８】 前記第１目的地ビームと第２目的地ビームとの間のハンド
    オフを行う際に、前記メモリを更新する工程をさらに包含する請求項３２に記載
    の方法。
39. 【請求項３９】 地面設置の通信のために設計される周波数バンドを使用し
    て前記アンテナが通信する請求項３２に記載の方法。
40. 【請求項４０】 地面設置のアンテナトラッキングを可能にするためにパイ
    ロット信号を送信する工程をさらに包含する請求項３２に記載の方法。
41. 【請求項４１】 実質的に一定の前記アンテナのコンパス方向を維持するた
    めに前記アンテナを回転する工程をさらに包含する請求項３２に記載の方法。
42. 【請求項４２】 前記データが非不同期移動モードパケットデータを有する
    請求項３２に記載の方法。