JP2007519314A - 航空機搭載無線セルラーネットワークを地上無線セルラーネットワーク及び公衆交換電話網と統合するためのシステム - Google Patents

Abstract

本発明の非陸上機能トランスペアレンシーシステムは、無線加入者デバイスが飛行中の航空機上に位置付けられる場合でもそのオペレーションに関連した特別な考慮事項がないものと空対地ネットワーク及び地上セルラー通信ネットワークに思い込ませる。このアーキテクチャは、航空機に搭載された非陸上機能トランスペアレンシーシステムが所与の無線加入者デバイスの全機能を複製し、航空機内に位置付けられた別の無線加入者デバイスで地上無線サービスプロバイダからの一定の所定機能セットを有することを必要とする。空対地ネットワークは、加入者データ（音声及び／又は他のデータを含む）並びに機能セットデータの両方を伝送し、これによって航空機内に位置付けられた無線加入者デバイスが一貫した無線通信サービスを受信できるようにする。
【選択図】図２

Description

関連出願の相互参照
本出願は、１９９３年３月８日出願の名称「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｒｅｄｕｃｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ａｍｏｎｇ Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｔｅｌｅｐｈｏｎｅ Ｓｉｇｎａｌｓ（セルラー電話信号間の干渉を低減するための方法及び装置）」の米国特許第５，４４４，７６２号及び１９９２年３月６日出願の名称「Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（移動体通信）」の米国特許第５，５５７，６５６号の一部継続出願である、１９９６年７月２日出願の名称「Ｍｕｌｔｉ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ（多次元移動体セルラー通信ネットワーク）」の米国特許第５，８７８，３４６号の一部継続出願である、１９９７年１０月２２日出願の名称「Ｎｏｎ−Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ（非陸上加入者局）」米国特許第６，１０８，５３９号の一部継続出願である、１９９９年８月２４日出願の名称「Ｕｂｉｑｕｉｔｏｕｓ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ（ユビキタス加入者局）」の米国特許第６，４０８，１８０号の一部継続出願である、２０００年１０月１１日出願の名称「Ａｉｒｃｒａｆｔ−Ｂａｓｅｄ Ｎｅｔｗｏｒｋ ｆｏｒ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎｓ（無線加入者局のための航空機ベースネットワーク）」の米国特許出願連番第０９／６８６，９２３号の一部継続出願である。

本発明は、セルラー通信に関し、詳細には、無線加入者局が、陸上（地上）領域及び非陸上領域の両方、並びに既存のセルラー通信ネットワークでは対応されていない他のエリアでの一貫した無線通信サービスを受けることを可能にするシステムに関する。

（課題）
セルラー通信ネットワークのセルサイト間でローミングする際の無線加入者に提供されるサービスの維持の管理は、無線通信の分野における課題である。無線モビリティを提供するこの機能は、無線加入者のロケーションに関係なく無線加入者が公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）、公衆交換データ網（ＰＳＤＮ）、及びインターネットに連続してアクセスする必要がある。更に、無線加入者は、そのロケーションに関係なく統一された方式で呼出し及び／又はデータメッセージを発信及び受信する機能を有する必要があり、これらの呼出し並びにあらゆる付帯サービスは、無線加入者の現在サービスを受けている無線システムが何であれ該システムによって均一に処理されなくてはならない。この課題は、航空機内又は沖合の船上などの地上無線システムの対象サービスエリアに含まれない環境に無線加入者が位置する場合に特に関係する。

無線通信の分野では、無線加入者がそのホーム無線サービスプロバイダのネットワークによってサービスされるエリア全体を移動し、その要求加入者機能セットを維持することは一般的なことである。ホームネットワーク全体にわたる機能セットの利用可能性は、ホーム無線サービスプロバイダのデータベース（ホームロケーションレジスタ（ＨＬＲ）と呼ばれることが多い）によって管理され、１つ又はそれ以上のスイッチ（パケット又は回線）並びにボイスメール及びにショートメッセージサーバーなどの種々の付属機器に対するデータ接続を提供し、このシームレスな機能セットの管理を可能にしている。例えば、所与の加入者が三者通話を含む好ましい機能セットを設定した場合、この三者通話機能は、加入者がホーム無線サービスプロバイダのセルラーネットワーク内で１つのセルから隣接するセルにハンドオフによって移行する場合に利用可能となる（ネットワーク内ハンドオフ）。

無線加入者が、無線加入者のホーム無線ネットワークのカバレッジエリアから同じ又は別の無線サービスプロバイダ（本明細書では「ローミング無線サービスプロバイダ」と呼ぶ）のネットワークにネットワーク間を移動する場合、無線加入者は、そのロケーションに関係なく統一された方式で呼出しを発信及び受信する機能を有する必要がある。更に、所与の無線加入者の機能セットは無線加入者と共にトランスペアレントに移動可能でなくてはならない。しかしながら、この機能セットの移動性を可能にするためには、ホーム無線サービスＨＬＲが加入者の許可された機能セットプロファイルをビジターロケーションレジスタ（すなわちＶＬＲ）と呼ばれることの多いローミング無線サービスプロバイダのデータベースに転送するデータベースファイル共有が必要である。次いでＶＬＲは、所与のローミング無線加入者がある機能セットについて許可されていることを認識し、ローミング無線サービスプロバイダネットワークがこれらの機能を無線加入者にトランスペアレントに提供することを可能にする。このように、ローミング無線加入者は、加入者のホーム無線サービスプロバイダネットワーク上で有していたのと同じ許可された機能セット、又は「加入者クラス」を保持する。この情報を転送するＨＬＲとＶＬＲとの間の通信により、ＨＬＲは、ＶＬＲが現在加入者にサービスを提供していることを「認識」することが可能となり、これによってホームシステムは、加入者へのインバウンド呼出し及び／又はメッセージを加入者へ配信するようにローミング無線サービスプロバイダに指示することができるようになる。

無線ネットワークが拡張機能を備えてユビキタスになるにつれて、汎用通信モビリティに向けて止めることのできない傾向が次第に起こりつつある。その最終的な構想では、無線モビリティの傾向は、無線加入者のロケーションに関係なく情報へ連続的にアクセスし、及び他の無線ネットワーク、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）、公衆交換データ網（ＰＳＤＮ）、及びインターネットへアクセスすることを意味する。データ又は電話機能へ「どこでも、いつでも」アクセスできるこのモビリティ傾向を考えると、この先見的なモビリティ動向を実際に実現するためには、かなりのホール又はギャップが空間無線カバレッジ領域に存在する。必要とされるのは、地上環境及び非陸上環境の両方でロケーションに関係なく無線加入者デバイスによる移動体通信アクセスを実際に統合することである。更に重要なことには、加入者が非陸上空間に入ったときに所与の地上無線通信ネットワークの機能及び利点を保持することが強く望まれる。この汎用ユビキタス無線サービス機能は、「Ｏｎｅ Ｐｈｏｎｅ Ｇｏｅｓ Ａｎｙｗｈｅｒｅ」又は「ＯＰＧＡ」と呼ばれる。

無線加入者が非陸上空間に入ったとき、すなわち無線加入者がタイプに関係なく航空機で飛行しているときには、加入者は現在、トランスペアレントな又はシームレスの機能セットポータビリティを持つことは実現可能ではない。地上無線加入者は現在、通信の真空状態にあり、すなわち、そのパーソナル無線加入者デバイスを介した電話及びインターネット／データアクセスの接続はもはや可能ではない。更に重要なことには、現在は、機内で地上ホスト無線サービスプロバイダに割り当てられたパーソナル無線加入者デバイスを使用することは今のところ不可能であり、許可された加入者機能セット又は「加入者クラス」へトランスペアレントにアクセスすることもできない。

更に、地上セルラー加入者クラスは、ＴＳＡ（運輸保安局）、連邦航空保安官、客室乗務員、操縦室乗務員、ファーストクラス利用者、エコノミークラス利用者、機内緊急医療サービス、及び航空業務サービスなどの加入者及びサービスの非陸上クラスのサポートを企図していない。最も重要なことには、地上セルラー加入者クラスは、フォワードパス９１１又はＥ９１１、或いはリバースパス９１１緊急呼出し機能（フォワードパスは基地から移動体、リバースパスは移動体から基地）などの有向非陸上緊急信号方式を可能にするための必要なネットワーク機能を企図していない。

同様に、地上無線ネットワークの現在の技術は、仮想私設非陸上ネットワーク（ＶＰＮＮ）の作成を企図していない。このような機能は、安全及びセキュリティに関する情報（ＴＳＡ／連邦航空保安官）又は航空業務情報／データの会社機密伝達のために極めて重要な要素である。

最後に、既存の無線ネットワークは、加入者が「非陸上」になったときのトランスペアレントな課金ソリューションの機能を持たない。この極めて単純な利用者中心の機能は、非陸上サービスのタイムリーな市場導入を保証するのに必要である。

（解決策）
航空機搭載無線セルラーネットワークを地上セルラーネットワーク及び公衆交換電話網と統合する本システム（本明細書では「非陸上機能トランスペアレンシーシステム」と呼ぶ）により上記で説明された課題が解決され、当該分野における技術的進歩が達成され、これにより地上無線ネットワーク及び公衆交換電話網機能を備えた「Ｏｎｅ Ｐｈｏｎｅ Ｇｏｅｓ Ａｎｙｗｈｅｒｅ」の無線加入者デバイスが、トランスペアレントで且つシームレスな方式で非陸上無線ネットワークにローミングできるようになる。

要求されるのは、非陸上無線ネットワークへのトランスペアレントでシームレスな「ローミング」を可能にするために非陸上ＯＰＧＡを地上無線ネットワーク及びＰＳＴＮ機能と統合することである。しかしながら、このアーキテクチャ機能の実現は、些細なものではなく、現在の技術を上回るかなりの技術革新を必要とする。アーキテクチャソリューションは、地上無線加入者が以下の「Ｏｎｅ Ｐｈｏｎｅ Ｇｏｅｓ Ａｎｙｗｈｅｒｅ」機能を備えた非陸上になったときに、地上ネットワークと非陸上ネットワークの統合に必要とされる。
・インバウンド信号方式及び呼出し終端
・アウトバウンド信号方式及び呼出し発信
・トランスペアレント機能セットポータビリティ
・ボイスメールへのトランスペアレントアクセス
・ＳＭＳ（ショートメッセージサービス）へのトランスペアレントアクセス
・トランスペアレント加入者クラスポータビリティ
・非陸上加入者クラス及びサービス
・トランスペアレント加入者課金サポート
・非陸上ＨＬＲへの地上ＨＬＲの接続性
・非陸上ＨＬＲへの地上ＶＬＲの接続性
・非陸上ＶＬＲへの地上ＨＬＲの接続性
・地上ＶＬＲへの非陸上ＨＬＲの接続性
・地上ＨＬＲへの非陸上ＨＬＲの接続性
・地上回線範囲は、非陸上ネットワークを含む
・非陸上対非陸上信号方式
・仮想私設非陸上ネットワーク（ＶＰＮＮ）
・地上無線通信ネットワークから非陸上無線ネットワークへのハンドオフ
・非陸上無線ネットワークから地上無線通信ネットワークへのハンドオフ
・トランスペアレントインターネットアクセス
・トランスペアレントＥメールアクセス
・トランスペアレントマルチメディアアクセス

これは、航空機客室内ネットワーク要素及び「外部ネットワーク」の地上ネットワーク要素をスプーフィングし、無線加入者デバイスが飛行中の航空機上に位置する場合でも無線加入者デバイスにはそのオペレーションに関連する特別な考慮事項がないと思わせる、本発明の非陸上機能トランスペアレンシーシステムによって達成される。このアーキテクチャでは、航空機に搭載されて位置付けられる非陸上機能トランスペアレンシーシステムが、地上無線サービスプロバイダからのある所定の機能セットを有する所与の無線加入者のホームネットワークの全機能を非陸上モードにある場合の当該無線加入者デバイスで提供することが必要とされる。無線加入者デバイス属性のこのミラーリングは、客室内通信用の局所セルを可能にし、更に、空対地リンク用の同じ無線加入者デバイス属性を保持する。

機能セットトランスペアレンシーのこの提供は、部分的には、航空機客室内ネットワーク及び非陸上セルラー通信ネットワークの地上部分を含む「外部ネットワーク」の２つのセグメントを接続する「内部ネットワーク」の使用によって達成される。内部ネットワークは、加入者トラフィック（音声及び／又は他のデータを含む）並びに機能セットデータの両方を航空機客室内ネットワークと地上セルラー通信ネットワークとの間で送信し、これによって航空機内に位置する無線加入者デバイスは陸上（地上）領域及び非陸上領域の両方で一貫した無線通信サービスを受けることができるようになる。

セルラー無線通信システムは、各々が無線加入者デバイスを有する無線通信利用者を電気通信事業者の公衆電話網によってサービスされる地上利用者並びに他の無線通信利用者に接続するサービスを提供する。このようなシステムでは、トラフィックが回線交換型である場合、全ての着信及び発信は、一般に移動体交換局（ＭＳＣ）又は移動体電話交換室（ＭＴＳＯ）と呼ばれ、その各々が１つ又はそれ以上の基地局制御装置（ＢＳＣ）及び複数の基地局送受信装置（ＢＴＳ）からなる基地局サブシステムに接続される無線ネットワークスイッチを経由する。各基地局送受信装置は、そのサービスエリア内に位置付けられた無線加入者デバイスと通信し、該基地局送受信装置は、広範なサービス領域にわたって連続したサービスを集合的に提供するように地理的に配置されている。サービス領域内の各基地局送受信装置は、通信リンクによって基地局制御装置に接続され、該基地局制御装置は、別の通信リンクによって移動体交換局に接続される。各基地局送受信装置は、１つ又はそれ以上の無線送受信装置を含み、該送受信装置の数は、基地局送受信装置のカバレッジエリア内に発生する加入者トラフィックに依存する。

「セルサイト」及び「セル」という用語は、厳密でなく文字通りに使用されている場合もあるが、用語「セルサイト」は一般に、基地局送受信装置のロケーションを表すのに対し、用語「セル」は一般に、送受信装置及び関連するアンテナシステムの特定のセットによってセルサイトでサービスされる空間の領域を表す。「セクター」とは一般に、セルサイトを囲む名目上円形のカバレッジエリアを対応する幾つかのセルに細分割することによって、より大きなキャパシティ及び／又はカバレッジを提供するために、複数の指向性アンテナシステムがセルサイトで使用される場合に生成されるセクター型カバレッジエリアを指す。無線加入者デバイスと送信器−受信器ペアとの間の通信を実現するのに使用される特定の技術、並びにこれらの間で転送されるデータの性質は、音声、ビデオ、テレメトリ、コンピュータデータ及び同様のものであれば、既存のシステム概念の特定の技術に限定された実施ではなく新規のシステム概念が開示されるので、本明細書で説明されるシステムに限定されるものではない。従って、本明細書で使用される用語「セルラー」は、空間を複数の容量的セクション又はセルに分割し、これらのセル内に位置付けられた無線加入者デバイスと、これらのセルの各々に対するセルサイトに位置付けられた関連する送信器−受信器ペアとの間の通信を管理することに基づいて動作する通信システムを表す。

既存のセルラー技術
無線業界で広く普及している幾つかのセルラー規格又は共通エアーインターフェースがある。以下は、このようなシステムの標準的特性の実施例であり、全てＲＦチャネルの再利用という共通特性を「セルラー」再利用パターンと共用する。

先進移動体電話サービス（ＡＭＰＳ）は、各セルラー呼出しのための無線周波数キャリアのペアでアナログ周波数変調を利用し、従って、セルラーサービスの周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）クラスのメンバーである。ＡＭＰＳネットワークは、１つのセル／セクターにつき１つの制御チャネル割り当てを有する。無線加入者デバイスは、イナクティブ時に共用制御チャネルに「キャンプオン」し、インバウンド又はアウトバウンド呼出しを終了するために要求時に専用トラフィックチャネルを割り当てるのに必要な信号方式情報を交換する。次いで、ＡＭＰＳ呼出しは、以下に説明されるように要求される宛先にセットアップされる。ＡＭＰＳでの隣接するセル／セクター間の無線加入者デバイスのハンドオフは、サービスが１つのセル／セクターから次のセル／セクターに変わるときに加入者デバイスが周波数変更を行うことが必要とされる。

対照的に、ＩＳ−１３６規格（ＮＡ−ＴＤＭＡとも呼ばれる）は、そのアクセス方式にＦＤＭＡ及び時分割多元接続（ＴＤＭＡ）を組み合わせたものを使用し、キャリアの各ペアが別々のタイムスロットに対し最大３つの呼出しをサポートする。無線加入者デバイスは、特定のＲＦチャネルにおける特定のタイムスロットとして定義される制御チャネルにキャンプオンする。加入者デバイスが呼出しを発信又は終了するためにトラフィックチャネルを必要とする際には、そのトラフィックをセットアップし伝達するためにＲＦチャネルと当該チャネルに対する３つの利用可能なタイムスロットの内の１つが提供される。ＴＤＭＡ無線周波数チャネル帯域幅は、ＡＭＰＳの場合と同じであり、ＴＤＭＡでの無線加入者デバイスのハンドオフは、１つのセル／セクターから次のセル／セクターにハンドオフする際に加入者デバイスの周波数変更の実行を必要とするＡＭＰＳに類似している。

ＧＳＭ、すなわち移動体通信用グローバルシステムも同様に、ＦＤＭＡ及びＴＤＭＡアクセスを利用するが、ＲＦチャネルの管理の点では著しく異なる。所与の「ＲＦチャネル」では、利用可能な複数のタイムスロットが存在する。セルで利用される第１ＲＦチャネルは、共通制御チャネルとして割り当てられる少なくとも１つのタイムスロットを有することになり、システム管理に必要とされる種々の信号並びに特定の加入者デバイスに向けられる信号を連続的に同報通信する。制御チャネルの目的で使用されないタイムスロットは、トラフィックチャネルとして使用可能である。加入者デバイスが隣接するセルに移動するときには、ＧＳＭでのハンドオフは、ＲＦチャネルシーケンス及びタイムスロットの変更を必要とする。

符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）システムは、多元接続の更に別の基本形式を使用する。ＣＤＭＡのオペレーションの中核をなすのは、個々のデジタルトラフィック信号をデジタルに変調するのに使用される特別なコードシーケンス（ワォルシュコードなど）のシステムの開発である。コードシーケンスは、互いに「直交」した固有のプロパティを有し、すなわち、各々は信号の数学的操作によって他のいずれとも完全に区別でき、そのプロパティはデジタルトラフィック信号による変調後も保持される。これにより、複数の変調コードシーケンスを用いて単一のＲＦキャリア及び受信器を変調し、複合信号を復調して元のデジタル処理でコード化された「チャネル」の各々を識別できるようにすることが可能となる。これによって元のデジタルトラフィック信号の各々が復元される。共通情報及び特定の加入者デバイス向けの情報を同報通信するのに使用する信号チャネルは、同じ符号化技術を使用し、専用コードチャネルを使用して処理される。ネットワーク容量は、各ネットワークサイトで追加のＲＦチャネルを使用すること、及び／又はセルをより小さなセルに細分化することによって、他のセルラーシステムと類似した方式で拡張される。無線加入者デバイスは、ＦＤＭ／ＴＤＭアーキテクチャに幾分類似した収集／登録シーケンスに従う。移動体は、各隣接するセルからパイロットチャネル（所与のコードワード又はシーケンス）を「リッスン」し、信号品質によって受信された信号を「アクティブ」、「候補」、「隣接」、及び「残存」のグループに分類する。移動体は、最も適切なセルからの信号にキャンプオンし、同報通信情報チャネルを復号するための同期を確立する。ここで移動体は、汎用的な信号手段により登録プロセスを実行でき、その後、呼出しを受信又は行える状態になる。例えば、インバウンド呼出し（基地対移動体）は、ページングチャネル（同様にコードが分離されている）を介して移動体に識別される。移動体は呼出しを受信する準備ができていることを応答すると、ＣＤＭＡシステムは、移動体が遷移するトラフィックコードチャネルを割り当て、次いで、インバウンド発信者との通信を開始する。ＣＤＭＡは、「ソフト」ハンドオフと呼ばれるものにおいて呼出しを保持する機能を有し、ここでは移動体が実際に時間並行同時方式で同じコンテンツを１つより多いセル／セクターに伝達している。ソフトハンドオフは、それぞれのセル／セクターの空間ダイバーシティに起因して受信される全体性能を改善し、加入者デバイスがネットワーク全体を移動するときに第１のセルから第２のセルに漸次的にサービスを移行させる「メイク−ビフォア−ブレイク」ハンドオーバーを使用してハンドオーバーを実行することが可能とする。ＣＤＭＡはまた、ハードハンドオフを実行でき、この場合１つのセルへの接続は、ＲＦチャネルの変更の有無に関係なく呼出しが第２のセルに接続される前に切断される。これは、ネットワーク内の領域間、又は２つのそれぞれのネットワークの境界にあるネットワークプロバイダ間でハンドオフされる呼出しにおいて最も一般的なことである。

前述のアーキテクチャの全て、すなわちＡＭＳＰ、ＴＤＭＡ、ＧＳＭ、及びＣＤＭＡは、送信及び受信のための異なるＲＦチャネルを備えた全二重モードで動作する。ＲＦチャネルの各ペアは、固定の周波数分離を有し、基地局送受信装置は一般により高い周波数を有するＲＦチャネル上で動作する。

呼出し接続
セルラー通信接続の第１段階は、無線周波数の所定のペア上で動作するセルサイトにおける送信器−受信器ペアがターンオンされ、更に無線加入者デバイスが無線周波数の同じペアに同調されたときにセットアップされる。通信接続の第２段階は、この送信器−受信器ペアと、共通キャリア公衆電話網又は別の無線通信システムに接続するネットワークインターフェースとの間である。通信接続の第２段階は、着信及び発信トランクとデータ接続によって他のネットワークに接続されるＳＳＳ（スイッチングサブシステム）においてセットアップされる。移動体交換局は、移動体利用者音声信号を通信リンクから着信トランク又は発信トランクに切り換えるためのスイッチングネットワークを含み。データスイッチングノード（ＣＤＭＡシステムにおけるＰＤＳＮ−パケットデータサービングノード、又はＧＳＭシステムにおけるＧＧＳＮ−ゲートウェイＧＰＲＳサポートノード）は同様に、公共の公衆交換データ網（ＰＳＤＮ）又は他のデータ網に相互接続するデータトラフィックを送信する。移動体交換局は、２者間のデータリンクにわたり交換される制御メッセージを生成し翻訳することによって関連する基地局制御装置の動作を制御する。各セルサイトにある基地局制御装置は、移動体交換局からの制御メッセージに応答してセルサイトにある送信器−受信器ペア（又はＣＤＭＡの場合のコードワード割り当て）を制御する。各セルサイトでの制御プロセスはまた、選択されたＲＦチャネル、タイムスロット、及び／又はコードワードへの無線加入者デバイスの同調を制御する。

地上（陸上）セルラー通信ネットワークにおける各セルは、セルサイト送信アンテナの回りに放射状に配置された空間のボリュームを含み、通常は円筒形ボリューム又は制限された高さを有する円筒形ボリュームの一部に近い空間領域を有する。全ての無線加入者デバイスは、従来のセルラー通信システムにおける地上ユニット（自動車又はハンドヘルドユニットにインストールされた）であるので、セルサイトのアンテナ放射パターンは、地上に最も近いように調整される。ＵＳセルラー帯域を含む幾つかの認可された周波数帯域では、セルサイトアンテナによって生成された信号の偏波は本質的に垂直である。ＦＤＭＡ及びＦＤＭＡ／ＴＤＭＡシステムでは、１つのセルサイトでの無線信号が隣接するセルサイトの無線信号に干渉するのを防ぐために、隣接するセルサイトの各ＲＦチャネルは異なるように選択され、隣接するセルサイトの間で送信のオーバーラップを防ぐために隣接する送信器の周波数の間を十分に周波数分離させる。相異なる周波数を有する有限の少数のＲＦチャネルを再利用するために、セルラー通信産業では、２つの隣接又は近くのセルサイトが同じＲＦチャネル上で確実に動作しない（周波数ドメインの代わりに符号ドメイン、すなわちＰＮコードに再利用パターンが用いられているＣＤＭＡアーキテクチャを組み入れていない場合）ＲＦチャネル割り当てパターンを開発してきた。地上無線加入者デバイスが呼出し接続を開始すると、ローカルセルサイト送信器からの制御信号は、地上無線加入者デバイスの周波数アジャイル送受信装置を当該特定のセルのために指定されたＲＦチャネル上で動作させる。地上無線加入者デバイスが１つのセルサイトから別のセルサイトに移動すると、呼出し接続は、連続したセルサイトにハンドオフされ、地上無線加入者デバイスの周波数アジャイル送受信装置は、ＲＦチャネル及びタイムスロット若しくはコードチャネルを変更することによって利用されるトラフィックチャネルを調節し、地上無線加入者デバイスが現在動作可能であるサービングセルのチャネルに一致させる。

この既存の地上セルラー通信システムは、現在広く普及しており、過度に干渉する可能性を生じることなく、隣接するセルサイト間での周波数オーバーラップの問題を排除し、広大なエリアにサービスするのに必要な周波数の数を最小にするように設計されてきた。しかしながら、これらの既存の地上セルラー通信システムは、ユーザの無線加入者デバイスが非陸上である場合には事実上動作不能である。特に、航空機搭載の移動体加入者デバイスが同じトラフィックチャネルを再利用している複数のサイトの有効サービスエリア内にあり、従って使用中の通信チャネル上で有意なレベルの干渉を受信及び生成する両方の可能性があるので、セルラー通信サービスの航空機への提供は、既存の地上セルラー通信ネットワークのアーキテクチャに矛盾する。既存の地上セルラー通信システムのアンテナパターンは、地上無線トラフィック要件を提供するのに必要なパターンで信号を同報通信し、個々のセルのためのＲＦチャネル再利用のパターンはどれも、ネットワークの上を移動する航空機にサービスを提供するため拡張できるようには設計されていない。

本明細書で提案される多次元セルラー通信システムは、地上ネットワークと非陸上無線加入者デバイス間の信号干渉の可能性を回避する方式で航空機内に位置付けられた無線加入者デバイスにサービスを拡張する。多次元セルラー通信システムは、所定の幾何形状及び空間位置の非陸上セルのオーバーレイを既存の地上セルラー通信ネットワークに付加する。

全体システムアーキテクチャ
図１は、航空機客室内ネットワーク３を地上ネットワーク１に相互接続する複合空対地ネットワーク２の全体的なアーキテクチャをブロック図形式で示しており、図２は、航空機客室内ネットワーク３を地上ネットワーク１に相互接続する機能セットトランスペアレント空対地ネットワーク２を提供する非陸上機能トランスペアレンシーシステムのための主要なネットワーク構築ブロックをブロック図で示している。これらの図は、多次元セルラー通信ネットワークの基本概念を示しており、説明を簡単にするために一般的なネットワークに見られる要素の全ては含んでいない。図１及び２に開示される基本的な要素は、無線加入者デバイスに機能セットトランスペアレンシーを提供するため多次元セルラー通信ネットワークを実現するのに使用される種々の要素の相互関係を教示する。

図１及び図２に示される全体的な概念は、航空機客室内ネットワーク３及び地上ネットワーク１を含む「外部ネットワーク」の２つのセグメントを接続する「内部ネットワーク」を提供することによって機能セットトランスペアレンシーが可能となることである。これは、加入者トラフィック（音声及び／又は他のデータを含む）並びに制御情報及び機能セットデータの両方を航空機客室内ネットワーク３と地上ネットワーク１間で送信する内部ネットワークによって達成され、これによって航空機１０３、１０４内に位置付けられた無線加入者デバイスは陸上（地上）ネットワークでの無線通信サービスと一貫性のある非陸上領域でのサービスを受けることが可能となる。空対地ネットワーク２は、非陸上セルラーサービスプロバイダによって動作され、セルラーネットワーク１０１及びそこから地上（地上）通信ネットワーク１のワイヤラインネットワーク１０２に接続される基地局送受信装置１３１、１３３及び関連する基地局制御装置１３２、１３４のセットを含む。

セルラーネットワーク１０１は、従来の要素からなるが、説明の目的のため２つのセグメント、すなわちコアネットワーク及びデータコアネットワークからなるものとして関連部分に示されている。コアネットワークは、その関連するビジターロケーションレジスタを備えた移動体交換局１２１を含み、これは、ホームロケーションレジスタ１２５及びゲートウェイ移動体交換局１２２に接続されている。コアネットワークは、ワイヤラインネットワーク１０２の音声送信セグメントへの音声トラフィックの相互接続を可能にし、ワイヤラインネットワーク１０２は、限定ではないが公衆陸上移動体ネットワーク、公衆交換電話網、総合サービスデジタルネットワーク、及び他のこのような機能を含む種々の構成要素を含む。データコアネットワークは、ルーター１２４に接続され、限定ではないがインターネット、公衆交換データ網、及び他のこのような機能を含む、種々の構成要素を含むワイヤラインネットワーク１０２のデータ送信セグメントへのデータトラフィックの相互接続を可能にするパケットデータ交換網１２３から構成される。

従って、航空機１０３、１０４に位置付けられる無線加入者デバイスと、地上通信ネットワーク１のセルラーネットワーク１０１及びワイヤラインネットワーク１０２のセグメントとの間の非陸上セルラー通信は、航空機客室内ネットワーク３及び空対地ネットワーク２を介して非陸上セルラー通信ネットワークの地上基地局送受信装置１３１−１３３及び関連する基地局制御装置１３２、１３４に転送される。以下に説明され、航空機客室内ネットワーク３、空対地ネットワーク２、地上基地局送受信装置１３１−１３３、及び関連する基地局制御装置１３２、１３４によって提供される拡張機能は、航空機１０３、１０４に位置付けられる無線加入者デバイスへのサービスの提供をトランスペアレントにする。以下の説明では、非陸上セルラー通信に関連する基本パラメータの階層表示を提供し、種々のアーキテクチャは、通信サービスのレベルを益々高めることができ、結果として全機能セットがトランスペアレンシーとなる点に留意されたい。

空対地ネットワーク
図１及び２に示される空対地ネットワーク２は明らかに、地上セルラー通信ネットワーク１０１と航空機１０３、１０４内に位置付けられる無線加入者デバイスとの間の無線通信（無線周波数又は光）に基づくものであり、その好ましい方法は、無線周波数接続１０８、１０９のものである。この無線周波数接続１０８は、通常１つより多いセルが複合空対地ネットワーク２の地理上の電波到達範囲又はサービスエリアを記述するセルラートポロジーの形態をとる。空対地接続は、加入者トラフィック並びにネイティブネットワーク信号トラフィックの両方を伝達する。

或いは、空対地ネットワーク２は、無線衛星接続１０５−１０７を介して達成でき、この場合、無線周波数リンク１０６、１０７が航空機１０３、１０４と衛星１０５との間、及び衛星１０５と地上セルラー通信ネットワーク１０１との間それぞれに確立される。これらの衛星１０５は、静止している（地球基準ポイントから静止しているように見える）か、又は中高度軌道（ＭＥＯ）及び低高度軌道（ＬＥＯ）の場合のように移動することができる。衛星の実施例には、限定ではないが、静止Ｋｕ帯域衛星、ＤＢＳ衛星（直接放送衛星）、イリジウムシステム、グローバルスターシステム、及びインマルサットシステムが含まれる。直接放送衛星に使用されるような専用衛星の場合、リンクは通常一方向性であり、すなわち衛星から受信しているプラットフォーム（この場合は航空機）に向かう。このようなシステムでは、航空機から一方向に送信するリンクは、通信を双方向にする必要がある。このリンクは、上記で説明されたように本質的に衛星又は地上無線とすることができる。

最後に、航空機と通信するための他の手段は、ＨＦ（高周波）無線のようなブロードリンク又はワイドエリアリンク、及び対流圏散乱アーキテクチャなどのより固有のシステムを含む。

このようにして真の機能セットトランスペアレンシーが達成される。空対地ネットワーク２は、加入者トラフィック並びに制御及びネットワーク機能セットデータが地上ネットワーク１と航空機客室内ネットワーク３との間で移送されるコンジットとみなすことができる。空対地ネットワーク２は、単一無線周波数リンク又は複数無線周波数リンクとして実現することができ、信号の一部は、空対地リンク１０８及び衛星リンク１０５−１０７などの異なるタイプのリンクを介して送られる。従って、種々の組合せにおいて本明細書で開示される種々の構成要素及びアーキテクチャ概念を使用してこのシステムを実施することにはかなりのフレキシビリティがある。

ボイスオーバーインターネットプロトコル（ＶｏＩＰ）ネットワーク
ボイスオーバーインターネットプロトコルは、パケット化データストリームを使用してパケット中心インターネットプロトコルネットワークにわたって音声を伝達するネットワークのクラスである。本質的に音声はデータになる。実行可能な通信モードであるＶｏＩＰでは、待ち時間及びパケット配信信頼度は、歪み（ミッシングパケット）及び遅延（遅く到着するパケット）の両方が、呼出し了解度、呼出し信頼度、及び呼出し利用可能度の点で利用者のユーザ活動を損なわないよう十分に高水準のものでなくてはならない。

一般に、回線交換システムは、極めて高い信頼度及び利用可能度の性能レベルを達成する。しかしながら、回線交換パラダイムは、専用回線が呼出しセットアップ、接続、及び終端（終端とは、受信ノードが着信を受け付けて接続することを意味する）に使用されることを要求する。よって、回線交換呼出しの資本及び運転の両方の固定／変動コストは、ＩＰ ＶｏＩＰ接続のためのコストより高い。

しかしながら、純粋なＩＰ音声電話（ＶｏＩＰ）はコスト上の利点を有するが、インターネットは、最初から音声のような短待ち時間アプリケーション用に設計されていない。従って、初期のＶｏＩＰサービスでは、回線交換電話には一般的には見られない通話品質障害を生じた。しかしながら、インターネット（ＴＣＰ／ＩＰ）ネットワークの強化によって全体的な待ち時間遅延が短縮されたので、この待ち時間問題は争点ではなくなりつつある。同様に、ロスト又はミッシングパケットの問題も、希にしか生じないが、現在解決されつつある。従って、実施可能な代替案は、回線及びパケット交換音声電話技術の両方を利用し、インターネット及び従来の回線交換構成要素の両方を有するハイブリッドアーキテクチャである。音声電話のほとんどの部分は純粋にインターネットベースであることが推測できる。

以下の表は、音声通話がとり得る通信経路のタイプの考え方を提供する。
１．音声通話は、加入者回線セグメント用の回線交換ネットワークから始まり、パケット呼出しとしてイントラシステム区間のインターネットに移行し、次いで最終ノード（又は電話業界用語での終端）への最終配信のための回線交換ドメインに再び入る。
２．音声通話は、回線交換ドメインには入らず、終端間からのパケット交換ＩＰ呼出しを維持する。
３．音声通話は、回線交換呼出しとして始まり、次いで中央局（ＣＯ）で受信ノードに配信される場合にＩＰ呼出しに移行する。
４．音声通話は、ＩＰパケット交換呼出しとして始まり、回線交換呼出しとしてイントラスイッチセグメントを有し、次にＶｏＩＰ呼出しとして配信される。

従って、前述のケースは全てが包括的なものではないが、音声電話呼出しがとり得る多くの通信経路可能性を視覚化することは容易である。また、同様のことが、「機能セット」トランスペアレント非陸上セルラー通信ネットワークにわたるＶｏＩＰ呼出しについても当てはまる。

例えば、ＶｏＩＰ呼出しは、ＷｉＦｉベアラープラットフォームにわたってＶｏＩＰを使用して航空機客室内ネットワーク３内で開始することができる。ＶｏＩＰデータストリームのより大きなセグメントは、加入者音声トラフィックのために使用され、より小さなセグメントは、ＶｏＩＰネットワーク信号方式トラフィック（例えばダイヤルされた番号など）を伝達するために使用される。このＶｏＩＰ呼出しは、航空機客室内ネットワーク３に入り、空対地ネットワーク２又は「内部ネットワーク」を介して地上通信ネットワーク１に伝達され、次いで、データコアネットワーク経路に沿って図２の「ＰＤＳＮ」を介してインターネットに再度入る。次に、このＶｏＩＰ呼出しは、終端ノードへのＩＰ呼出しとして留まることができる。

或いは、ＷｉＦｉ全体に渡る航空機客室内ネットワークＶｏＩＰ呼出しは、図２に示される地上通信ネットワーク１のコアネットワーク側に入ることができ、そのポイントから終端ノードまで回線交換呼出しになる。

或いは、回線交換呼出しは、地上ＰＳＴＮで発信することができるが、飛行中の航空機内に位置付けられる加入者に向けることができ、ここでこの対象とする加入者だけがＶｏＩＰ呼出しフォーマットが可能である。信号ルーティング経路は、地上通信ネットワーク１に入り、コアネットワーク側からデータコアネットワークに移行し、次いで空対地ネットワーク２（「コアネットワーク」サブシステムの左の点線を参照）を介して航空機客室内ネットワーク３に伝達することができる。

本明細書で説明されるシステムは、音声電話呼出しのための種々の通信経路可能性を限定せず、音声電話呼出しが回線又はパケット交換される場所及び時間も限定しない。従って、システムは、伝達されるものが何であるか、音声かデータか又はその両方か、場所及び時間、並びにどのモード（回線又はパケット）であるかについては分からない。本明細書で示される技術的な可能性は、開示される基礎となるシステムを実現するために組み合わせることのできる種々の代替手段を示している。

航空機客室内ネットワーク
「航空機客室内ネットワーク」は、航空機１０３、１０４内で実現される通信環境であり、これらの通信は、限定ではないが有線、無線、光、音波（超音波）又は同様のものを含む種々の技術に基づくことができる。このようなネットワークの実施例は、２０００年１０月１１日出願の「Ａｉｒｃｒａｆｔ−Ｂａｓｅｄ Ｎｅｔｗｏｒｋ ｆｏｒ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎｓ（無線加入者局のための航空機ベースネットワーク）」という名称の米国特許出願シリアル番号０９／６８６，９２３で開示されている。

航空機客室内ネットワーク３のための好ましい実施形態は、無線技術の使用であり、無線技術は、乗客及び乗務員が航空機上で携行する無線加入者デバイスに固有のものである。従って、ラップトップコンピュータは、ＷｉＦｉ無線モードを介して（又はＬＡＮなどの有線接続を介して）通信することができ、或いはＰＤＡが、ＶｏＩＰ（ボイスオーバーＩＰ）を介して電話音声トラフィックを伝達することができる。同様に、ＧＳＭプロトコルを使用するハンドヘルド携帯電話は、航空機の内部から航空機客室内ネットワークに向かう場合にＧＳＭを介して通信する。ＣＤＭＡ携帯電話は、ＣＤＭＡを使用し、アナログＡＭＰＳ電話は、航空機の内部から航空機客室内ネットワーク３へ向かう場合にアナログＡＭＰＳを使用することになる。接続状態は、パケット交換型又は回線交換型或いはその両方とすることができる。全体として、航空機客室内ネットワーク３での目的は、乗客及び乗務員が携行する全ての無線加入者デバイスに航空機客室内ネットワーク３へのシームレスでユビキタスなアクセスを可能にすることである。

地上ネットワークへ航空機客室内ネットワーク３を接続することによって、航空機乗客及び乗務員が使用する無線加入者デバイスに特有の技術（ＷｉＦｉ、ＴＤＭＡ、ＧＳＭ、ＣＤＭＡ、ＶｏＩＰなど）は、地上ネットワーク上で通常は利用することができるネットワーク及び加入者機能のセットにアクセスすることが可能となる。これは、機内でネイティブ地上ネットワークと無線加入者デバイスに固有の対応する同様の技術との間で航空機客室内ネットワーク３を介してネットワーク信号情報を伝達することによって行われる。このようにして、航空機内に位置付けられた無線加入者デバイスの実装は、無線加入者デバイスが直接そのネイティブネットワーク（実際には地上に位置付けられている）に接続されると思い込まされる。

図３は、多乗客民間航空機３００で具現化されている無線加入者デバイスのための一般的な航空機ベースのネットワークのアーキテクチャをブロック図形式で示している。このシステムは、通信バックボーンを実現するのに使用される複数の要素を含み、前記通信バックボーンは多様な種類の複数の無線通信デバイス用の無線通信を可能にするのに使用される。無線加入者デバイス用の航空機ベースネットワークは、スペクトラム拡散パラダイムを使用した短距離動作を有する無線周波数通信システム３０１を含むローカルエリアネットワーク３０６を備える。このネットワーク３０６は、無線加入者デバイス３２１−３２３からの回線交換接続及びパケット交換接続の両方をサポートし、これらの無線加入者デバイス３２１−３２３の通信を１つ又は複数のゲートウェイ送受信装置３１０を介して公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）１２６及びインターネット１２７又は公衆交換データ網（ＰＤＳＮ）のような他の宛先に相互接続する。これによって無線加入者は、公衆交換電話網１２６に直接接続されたようにこれらの単一の番号アイデンティティを保持する。無線加入者デバイス３２１−３２３は、ラップトップコンピュータ３２１、セルラー電話３２２、ＭＰ３ミュージックプレイヤー（図示せず）、個人用携帯型情報端末（ＰＤＡ）（図示せず）、ＷｉＦｉベースデバイス３２３、及び同様のものなどの多様な通信デバイスを含み、説明を簡単にするために、これらの実施の特定の詳細に関係なく本明細書では全て総称して無線加入者デバイスと呼ぶ。

無線加入者デバイスのための航空機ベースネットワークの基本要素は、少なくとも１つのアンテナ３０５、又は航空機３００内に位置付けられた複数の無線加入者デバイス３２１−３２３と通信する役割を果たす、航空機３００内に位置付けられた航空機客室内ネットワーク３との電磁エネルギー結合手段を含む。少なくとも１つのアンテナ３０５は、複数の無線加入者デバイス３２１−３２３との無線通信を調整する役割を果たす複数の要素を含む無線制御装置３０１に接続されている。無線制御装置３０１は、ＰＣＳ（例えばＣＤＭＡ又はＧＳＭとすることができる）のような無線通信パラダイムを使用して回線交換型通信スペースを提供するための少なくとも１つの低電力無線周波数送受信装置３０２を含む。更に、無線制御装置３０１は、ＷｉＦｉ（同様にパケット交換ボイスオーバーインターネットプロトコル（ＶｏＩＰ）を伝達できる）のような無線通信パラダイムを使用してデータベースパケット交換通信スペースを提供する低電力無線周波数送受信装置３０３を含む。最後に、無線制御装置３０１は、複数の無線加入者デバイスの電力出力を調節する役割を果たす電力コントロールセグメント３０４を含む。これはまた、ＲＦノイズ又はジャム手段によって客室内無線加入者デバイスが非陸上モード時に直接及び誤って地上ネットワークにアクセスできないようにする役割を果たす。航空機搭載超低送信電力レベル機能は、無線加入者デバイス用の航空機ベースネットワークでの無線制御装置３０１の電力コントロール要素３０４による制御を表し、無線加入者デバイス３２１−３２３によって生じる出力信号電力を調節し、地上セルサイト又は地上加入者デバイスによるセルラー信号の受信の可能性を最小限にする。無線加入者デバイス３２１−３２３によって送信される信号の電力レベルは、一般に、ＦＤＭＡ／ＴＤＭＡ中心無線加入者デバイス（ＡＭＰＳ、ＴＤＭＡ、ＧＳＭ）でわずか数ミリワットより小さく、客室内ネットワーク内で動作する場合にはＣＤＭＡ中心無線加入者デバイスで−５０ｄＢｍ程低くすることができる。この大きさの出力信号強度は、標準の地上セルラー信号強度からのかなりの逸脱を示し、従って、非陸上セルラー信号は通常、地上セルサイト及び地上加入者デバイスによって拒否される。

無線制御装置３０１のこれらの上述されたセグメントを種々の方法で組み合わせ又は解析して、本明細書で開示されるものとは異なる実装をもたらすことができる点は明らかである。説明される特定の実装は、本発明の概念を説明する目的で選択され、この概念の応用範囲を他の実装に限定するものではない。

無線制御装置３０１は、バックボーンネットワーク３０６を介して、無線加入者デバイス３２１−３２３にサービスを提供する役割を果たす複数の他の要素に接続されている。これらの他の要素は、無線加入者デバイスの通信送信のための管理／スイッチング／ルーティング／集約機能を提供する航空機インターフェース３０９を含むことができる。データ収集要素３０７は、以下に説明されるような複数のソースからのデータを収集するために複数の飛行システムセンサー３１１−３１４及び全地球測位システム要素３１６とインターフェースする役割を果たす。更に、ディスプレイ３１７及びヘッドセット３１８のようなパイロット通信デバイスは、有線接続又は無線接続のいずれかを介してこのバックボーンネットワーク３０６に接続されている。

最後に、ゲートウェイ送受信装置３１０は、航空機インターフェース３０９をアンテナ３１５に相互接続するのに使用され、無線加入者デバイスのための航空機ベースネットワークから地上に位置付けられた送受信装置に信号を送信することができるようにする。これらの構成要素に含まれるのは、通信信号を適切な宛先に転送するための通信ルーター機能である。従って、航空機上の加入者に宛てられた信号は、これらの個人にルーティングされ、例えば地上に位置付けられた加入者にルーティングされた信号は、地上ネットワークにルーティングされる。一般的に天底（地球に向かって）実効放射電力（ＥＲＰ）を最小にする航空機アンテナパターンは、航空機上のアンテナ（又は複数のアンテナ）３１５の実装において使用して、無線加入者デバイスのための航空機ベースネットワークを提供することができる。２つの共通して使用されるアンテナタイプは、胴体取り付けブレード及び垂直スタビライザー取り付けブレードアンテナである。胴体取り付けブレードアンテナは、Ｅフィールドが水平に偏波される（しかしながら、このような偏波を防止するシステム制限がないので垂直に偏波することもできる）垂直スロットを使用する。このスロットアンテナは、垂直平面に配列されるが直交偏波を有する双極子を補完するパターンを有する。パターンは、これによって最小傾斜範囲、よって最小の伝播損失のための方向である地球（天底）に対してゼロを示す。エネルギーのレベルは、このパターン形状のために大幅に低減されるが、依然として地上アンテナパターンに対して直交偏波される。第２のアンテナタイプは、垂直スタビライザーのどちらかの側に配置された水平取付ブレードアンテナである。このアンテナは、水平偏波された放射要素の双極タイプを使用する。航空機の水平スタビライザーは、この水平取付ブレードアンテナと地球との間に取り付けられ、これによって地球（天底）に対して向けられた電力を大幅に低減する。垂直偏波が空対地ネットワーク２の接続性のために航空機上で使用される場合、一般的なアンテナタイプは、空気力学的ブレードハウジングに物理的に組み込まれた垂直１／４波長モノポールである。

航空機客室内ネットワーク３内では、無線加入者デバイスは、厳密に制御された動的電力制御設定によって動作する。エアーインターフェース３０９は、客室内無線加入者デバイスのその制御機能によって、上述のように電力が極めて低く設定される非常に厳しい動的電力制御範囲（通常は１電力ステップ）を有するようにプログラムされる。

非陸上通信と地上通信との間の干渉
航空機客室内環境において非陸上通信に固有の問題集合が存在し、非陸上機能トランスペアレンシーシステムによって解決される。１つの問題は、航空機が飛行中であるときに航空機内に位置付けられた無線加入者デバイスによる地上セルラー通信ネットワーク１への直接アクセスである。別の問題は、航空機内に位置付けられる無線加入者デバイスのオペレーションによる地上セルラー通信ネットワークの干渉を引き起こす信号の生成である。第３の問題は、客室内ネットワーク３から航空機システム／アビオニクスに対して発生する可能性がある望ましくない干渉に関する。全ての問題は、航空機内での無線加入者デバイスのオペレーションを可能にするために解決しなければならない。

これらの問題に対する１つの解決策は、対象となる信号周波数を広帯域で妨害する妨害デバイスを使用し、これによって上述の問題の発生を防ぐことである。妨害信号は、航空機内に位置付けられた無線加入者デバイスの機能を不能にする大きさとし、客室内の必要な信号の通常のオペレーションに干渉せずに地上セルラー通信ネットワーク１からの信号を効率的に受信する。この方法は技術的に達成可能であるが、その実装は些細なことではなく多くの通信管理問題を生じるので好ましい方法ではない。例えば、妨害スペクトラムは、空対地リンクの無線周波数の関数でなくてはならないので、一定となることはない。更に、航空機客室内ネットワーク３が空対地リンクに対しハードハンドオフモード（周波数が１つのセルから次のセルに移っていく）で動作している場合、妨害デバイスは、この動的スペクトル割り当て変更をも考慮する必要がある。これは、無線加入者デバイスによって使用されるどの通信技術に対しても使用可能でなくてはならない。妨害デバイスをオン及びオフにする時間を決めることも問題となり、この決定は、航空機姿勢などの複雑な決定データを必要とする。また、妨害デバイスが利用可能にされている場合、無線加入者デバイスを使用するための緊急アクセスを航空機乗務員にどのようにして許可するのか。別の問題は、広帯域妨害デバイスが航空機上に位置付けられたアビオニクスにＥＭＩ／ＲＦＩを引き起こすかどうかである。公知の測定に基づく地上制御信号（所与の技術に対する）は、場合によっては妨害レベルを越える程有意に高いかどうか。また、所与の無線加入者デバイスは地上の制御信号を捕らえ自動追跡するかどうか。最後に、妨害方法は、航空機客室内無線加入者デバイスに対する真の制御状態を決して得られない。従って、妨害方法には限界及び問題点がある。しかしながら、妨害方法は、航空機客室内環境を管理するための統合されたシステムレベルの方法の一部としては実行可能である。

純粋な妨害システムではないが、別の方法では、受信された地上セルラー信号を再送信し、十分な時間遅延を付加して、航空機内に位置付けられた無線加入者デバイスによるあらゆる地上セルラー信号へのコヒーレントなアクセスを防止する。この「遅延」方法は、標準的に割り当てられたセルラー無線周波数で受信された地上セルラー通信スペクトラム全体をデジタル化し、デジタル遅延回路によってこのデジタルストリームを実行させ、次いで結果として得られる信号をアナログ形式に変換して戻すことによって実現できる。本質的にこれは、アナログ−デジタル変換、信号遅延、及び最終的にデジタル−アナログ変換である。Ａ／Ｄ技術の進歩により、ＵＨＦ無線周波数でもこのような直接変換が可能である。

航空機内に位置付けられた無線加入者デバイスによるあらゆる地上セルラー信号のコヒーレントなアクセスも防止する別の方法は、航空機が飛行中である場合にそれぞれの技術タイプ（ＣＤＭＡ、ＧＳＭ、ＴＤＭＡなど）において航空機内で地上無線サービスプロバイダの全てのＳＩＤ（システムアイデンティフィケーション）を送信することである。このようにして、このプロセスは無線加入者デバイスを直接制御することができ、航空機が目標とする認可されたＯＰＧＡオペレーティング姿勢であるかどうかに応じて、アイドル状態又は超低電力状態のいずれかを無線加入者デバイスに命令するので、広帯域妨害デバイスは必要ではない。客室内無線加入者デバイスは、地上のセルラー通信ネットワークにアクセスできず、地上セルラー通信ネットワーク又はこのネットワークによりサービスされる無線加入者デバイスへの潜在的な干渉を引き起こすことはできないので、今や厳密且つ好ましい制御下にある。

別の方法は、乗客の窓の視界に影響を与えることなく航空機の窓全部にマイクロワイヤ又は反射フィルムのアップリケなどのＲＦを通さない表面材を取り付けることによって航空機客室内ネットワーク３を分離する段階を含み、当該技術分野よく理解されているファラデー遮蔽手段によって乗客客室と地上のセルラーネットワークとの間の分離を実質的に向上させる。

トランスペアレント機能セット空対地システム
以上、動作上の考慮事項の幾つかについて説明してきたが、ここで図１及び２に示されるような地上セルラー通信を使用する機能セットトランスペアレント空対地ネットワークのための主要なネットワーク構築ブロックを説明する。各航空機は、好ましい実施形態では無線であり、自己完結であり、更に自己の航空機、隣接する航空機、及び／又は地上セルラーオペレーションに干渉しないその固有の航空機客室内ネットワーク３を有する。所与の地上無線ノード又はセルは、一般に、複数の基地局送受信装置（ＢＴＳ）１３１、１３３、及び基地局送受信装置１３１、１３３の動作を管理するこれらに関連した基地局制御装置（ＢＳＣ）１３２、１３４、並びに所与のセルの近傍にあるものとすることができる（隣接する基地局送受信装置は通常ハンドオフ距離内にある）他の基地局送受信装置を備える。１つより多い基地局送受信装置を管理するために所与の基地局制御装置を有することも可能である。地上セルラー通信ネットワーク１０１は、利用者トラフィック（音声又はデータ）並びに、機能セットトランスペアレンシーを可能にする信号情報の両方に最終的な接続インターフェースを提供する。信号情報は、所与の無線アーキテクチャ（ＴＤＭＡ、ＧＳＭ、ＩＤＥＮ、ＣＤＭＡ、ＷＣＤＭＡ、ＣＤＭＡ２０００など）に固有のものである。

空対地ネットワーク２の実装は、限定ではないが、コスト（最少コストルーティング）、利用可能度、信頼度、帯域幅、冗長度などを含む幾つかのオペレーションパラメータに基づいて選択される。空対地リンクは無線セルラー１０８、１０９を介することができ、或いは衛星１０５−１０７を介することができる。上述のように衛星ベース空対地接続では、衛星１０５は、イリジウムのような特定のプラットフォームとすることができ、或いは複数の衛星プラットフォーム（例えば、ＤＢＳ及び静止Ｋｕバンド）とすることができる。典型的なトポロジーを図２に示している。

各航空機の客室内ネットワークは、地上セルラー通信ネットワーク１０１への配信のために衛星１０６に単独でアクセスできる。地上セルラー通信ネットワーク１は、衛星１０６からの信号を送信及び受信する地球局を有し、次いでこの信号が地上セルラー通信ネットワーク１に伝達される。航空機客室内ネットワーク３からこれらの衛星が伝達する信号は、加入者トラフィック（音声及びデータ）、並びに所与の加入者デバイスに固有の信号データ（ＣＤＭＡのための信号データはＧＳＭのものとは異なる）の両方を含む。

航空機客室内ネットワーク３は、航空機客室内で動作している無線加入者デバイスへのサービスの提供を管理するためのメカニズムを提供する。この管理は、加入者トラフィック接続性を提供することだけでなく、各加入者がそのホームネットワークで受信することが許可される機能セットの利用可能度も提供する。従って、機能セット管理は、無線加入者デバイスのロケーションをトランスペアレントにする方法で地上セルラーネットワーク１０１とインターフェースする段階を必要とし、航空機客室内ネットワーク３は地上セルラーネットワーク１０１に対して単純に別のセルサイトとして見える。

定義
専門用語を一貫して使用するために、本発明の非陸上機能トランスペアレンシーシステム及びその動作の種々の態様を説明する以下の定義を提供する。

インバウンドＯＰＧＡ信号方式：客室内ネットワークに向かって、データ又は音声或いはその両方のいずれかをワン・フォン・ゴーズ・エニウェア無線加入者デバイスへの着信は、非陸上セルラー通信ネットワークドメインで終端され、通常は無線ベースであるが、呼出しは有線セグメントを有することができる。

アウトバウンドＯＰＧＡ信号方式：ワン・フォン・ゴーズ・エニウェア無線加入者デバイスから、データ又は音声又はその両方のいずれかを客室内ネットワークから向けられる発信は、地上セルラー通信ネットワークドメイン内で終端され、通常は無線ベースであるが、呼出しは有線セグメントを有することができる。

トランスペアレント機能セットポータビリティ：この用語は、無線加入者デバイスのための許可され／確立された地上セルラー通信ネットワーク機能の非陸上セルラー通信ネットワークへのシームレスな移行を表している。

トランスペアレント加入者クラスポータビリティ：この用語は、許可され／確立された地上セルラー通信ネットワーククラスの非陸上セルラー通信ネットワークへのシームレスな移行を表している。

非陸上加入者クラス：この用語は、新しい加入者クラスがまた地上セルラー通信ドメインに移行することができる非陸上セルラー通信スペースに位置する新しい固有の加入者クラスの作成を意味する。

トランスペアレント加入者請求：この用語は、地上請求システムの非陸上請求システムへの相互接続及び統合を意味し、これによって加入者は、非陸上セルラー通信ネットワーク又はそのホスト地上セルラー通信ネットワークのいずれかから１つの請求書だけを受け取るようになる。

地上ＨＬＲ対非陸上ＨＬＲ接続性：この用語は、地上セルラー機能／クラスデータセットを非陸上ネットワークドメインへシームレスでトランスペアレントに伝達することを目的として、ＯＰＧＡ無線加入者デバイスの機能及びクラス設定／許可を含む地上ＨＬＲデータベースの非陸上ＨＬＲデータベースへの相互接続及び統合を意味する。

地上ＶＬＲ対非陸上ＨＬＲの接続性：この用語は、地上セルラー機能／クラスデータセットを非陸上セルラーネットワークドメインへシームレスでトランスペアレントに伝達することを目的として、ＯＰＧＡ無線加入者デバイスの機能及びクラス設定／許可を含む地上ＶＬＲデータベースの非陸上ＨＬＲデータベースへの相互接続及び統合を意味する。

地上ＨＬＲ対非陸上ＶＬＲの接続性：地上セルラー機能／クラスデータセットを非陸上ネットワークドメインへシームレスでトランスペアレントに伝達することを目的として、ＯＰＧＡ無線加入者デバイスの機能及びクラス設定／許可を含む地上ＨＬＲデータベースの非陸上ＶＬＲデータベースへの相互接続及び統合。

非陸上ＨＬＲ対地上ＶＬＲの接続性：この用語は、非陸上セルラー機能／クラスデータセットを地上ネットワークドメインへシームレスでトランスペアレントに伝達することを目的として、ＯＰＧＡ無線加入者デバイスの機能及びクラス設定／許可を含む非陸上ＨＬＲデータベースの地上ＶＬＲデータベースへの相互接続及び統合を意味する。

非陸上ＨＬＲ対地上ＨＬＲの接続性：この用語は、非陸上セルラー機能／クラスデータセットを地上ネットワークドメインへシームレスでトランスペアレントに伝達することを目的として、ＯＰＧＡ無線加入者デバイスの機能及びクラス設定／許可を含む非陸上ＨＬＲデータベースの地上ＨＬＲデータベースへの相互接続及び統合を意味する。

地上回線範囲は非陸上ネットワークを含む：既存の地上セルラー通信ネットワークは、このデバイスが非陸上モードであるときにＯＰＧＡ無線加入者デバイスへのパケット又は回線交換呼出しをルーティングすべき場所に関する事前情報を有する必要がある。従って、非陸上回線範囲は、地上セルラー通信ネットワーク内にスイッチ／ルーターデータベースを追加する必要がある。

非陸上対非陸上信号方式：非陸上ネットワークは、その更新されたＨＬＲ及びＶＬＲデータベースによってパケット又は回線交換呼出し、ＩＰデータパケット、及びその他を１つの非陸上無線加入者デバイスから第２の非陸上無線加入者デバイスにルーティングする。非陸上無線加入者デバイスは、同じ航空機上又は別の航空機上にあることができる。

仮想私設非陸上ネットワーク（ＶＰＮＮ）：この用語は、非陸上ネットワークを使用した選択的なアクセス及びアドレス指定手段による仮想私設非陸上ネットワークの作成を意味する。ＶＰＮＮは、その全体的なＶＰＮＮ構造の一部として地上仮想私設ネットワークを取り入れることができる。

地上無線通信ネットワークから非陸上無線ネットワークへのハンドオフ：このハンドオフ事象の実施例は、航空機が空港から離陸する場合である。地上無線通信ネットワークで終端されるあらゆる既存の呼出し（又はパケット又はインターネットアーキテクチャデータ接続）は、非陸上セルラー通信ネットワークにハンドオーバー又はハンドオフされる。ＨＬＲ／ＶＬＲ機能／統合セットで上述したように、所与の無線加入者デバイスの全ての関連する機能、クラス、仮想私設ネットワーク、仮想私設非陸上ネットワークはまた、地上セルラー通信ネットワークから非陸上セルラー通信ネットワークに転送されることになる。

非陸上無線ネットワークから地上無線通信ネットワークへのハンドオフ：これは、上記説明の逆である。実施例は、航空機が空港に着陸する場合である。非陸上セルラー通信ネットワークで終端したあらゆる呼出し（又はパケット又はインターネットアーキテクチャデータ接続）は、地上セルラー通信ネットワークにハンドオーバー又はハンドオフすることになる。ＨＬＲ／ＶＬＲ機能／統合セットにおいて上述したように、所与の無線加入者デバイスの全ての関連する機能、クラス、仮想私設ネットワーク、仮想私設非陸上ネットワークはまた、非陸上セルラー通信ネットワークから地上セルラー通信ネットワークに転送されることになる。

トランスペアレントインターネットアクセス：ＯＰＧＡ無線加入者デバイスは、非陸上モードの場合にユーザトランスペアレントな方式、すなわちユーザアクセス、パスワード、ユーザ名、データレート、コスト、コストプレミアム、ＩＰアドレス（静的又は動的）などでインターネットにアクセスする能力をシームレスに保持する。インターネットアクセスと共に、ＩＰｖ６無線インターネットプロトコル又は類似のものは、待ち時間、損失パケット、及び無線アクセスに関連した他の特定の集中的且つ長期間のエラー現象の点でより堅牢である。

トランスペアレントＥメールアクセス：ＯＰＧＡ無線加入者デバイスは、非陸上モードの場合に企業ファイアウォールの背後にあるか、或いはインターネットを介して直接アクセス可能であるかに関わらず、宛先のメールサーバーにアクセスする能力をシームレスに保持する。

トランスペアレントマルチメディアアクセス：地上インターネットの全ての標準機能は、音声ストリーミング、ビデオストリーミング、マルチプレーヤーゲームなどを含むために非陸上モードにある場合に無線加入者デバイスが直ぐに利用可能である。

空対地リンクフォーマット
航空機との空対地ネットワーク２では、トポロジーが地上１０８、１０９又は衛星１０５−１０７のいずれであってもリンク上で伝送される情報は、幾つかのアーキテクチャフォーマットに分割できる。一般に、フォーマットは、各客室内固有の技術（例えばＣＤＭＡ対ＧＳＭ）を単独又は集約された様態で伝達することができる。これらのフォーマットは、以下を含むが必ずしもこれらに限定されない。
１．ＦＤＭ技術タイプ（実施例−周波数ブロック１は、利用者発信トラフィック並びにシステムレベル信号方式の両方を含む伝達情報を備えたＣＤＭＡである全ての航空機客室内無線加入者デバイスを伝達するためのものである。）
２．ＣＤＭ技術タイプ（実施例−ワォルシュコード１は、利用者トラフィック及びシステム信号方式を含むために全航空機客室内ＧＳＭ発生通信を伝達するのに使用される。）
３．ＴＤＭ技術タイプ（実施例−タイムスロット１（１フレームにつき５スロットのうち）は、全ｉＤＥＮ航空機客室内ユーザ装置（ＵＥ）情報を伝達するために使用される。）
４．ボイス−オーバーインターネットプロトコル（ＶｏＩＰ）
５．上記のいずれかの組合せ。例えば、航空機からのリンクがＷＣＤＭＡ−ＦＤＤ（広帯域ＣＤＭＡ周波数分割二重通信）である場合、このアーキテクチャはＣＤＭ、ＴＤＭ、及びＦＤＭの要素を含む。
６．集約リンク：全航空機客室内ＯＰＧＡ無線加入者デバイスからのトラフィックは、全利用者発生トラフィック（信号方式、データ及び／又は音声）を単一の接続、パケット又は回線として航空機と伝達する複合データストリームに組み合わされる。

空対地リンクのタイプの選択は、以下のような無線接続性に固有のシステム性能パラメータを考慮しなければならない。
１．集中障害（リンクが瞬間的に損なわれる短期過渡事象；伝播異常によって引き起こされることが多い）
２．伝播特性（レイリー、リシアン、及びログ−ノーマル伝播フェード）
３．システム障害（選択されたリンクモードに一般的な固有の障害）
４．システム利用可能度（ネットワークがアップされ使用できる時間）
５．設備信頼度（設備は冗長であるか？）
６．リンク信頼度（リンクはパケット／コンテンツ配信を保証するか？）
７．冗長度（航空機と単一対二重経路）

空対地ネットワーク２の選択された実装は、実行可能なアーキテクチャとして許容可能な性能の最小目標レベルを提供しなければならない。極めて重要なことは、空対地リンクが航空機内の真のＯＰＧＡ機能を達成するために機能セットトランスペアレンシーを保証しなければならないことである。

非陸上機能トランスペアレンシーシステム
予期できるように、加入者機能トランスペアレンシーの程度は、システムの全体の複雑さに直接影響を与え、機能が増えるほど、機能トランスペアレンシーを可能にするシステムがより複雑になる。常に、好ましい技術的方法とバランスを取る必要のある経済的なトレードオフが存在する。これを考慮して、非陸上機能トランスペアレンシーシステムのための３つの一般的な好ましい実施形態を本明細書で説明する。
（１）「全機能、単一の利用者」
（２）「プリペイド及び／又はオウン利用者」
（３）「全機能、全利用者」

後の２つのアーキテクチャは、航空機客室内ネットワーク３がＣＤＭＡからＧＳＭ、更にＷｉＦｉまでに及ぶ複数の技術タイプをサポートすることができるマルチモード航空機客室内環境を記載している。これは好ましい実施形態であるが、機能トランスペアレントネットワークはまた、１つの単一の好ましい客室内技術を含むことができ、例えば、客室内のＧＳＭ単独動作専用とすることができ、空対地ネットワーク２は地上ＣＤＭＡ又は衛星ベースとすることができ、或いはネイティブの客室内技術をＣＤＭＡとすることができ、航空機のリンクオフも同様にＣＤＭＡとすることができる。

非陸上機能トランスペアレンシーシステム−全機能、単一利用者技術
地上配備された空対地ネットワーク２の第１の実施形態である、「全機能単一利用者技術」は、全ＯＰＧＡトランスペアレント機能を客室内技術の１つのタイプ（ＧＳＭなど）用だけに提供する。現在及び将来のセルラー技術が限定された数の規格に向けて移行していくと仮定すると、この「単一利用者技術」方法は、マーケッティングの見地からの利点を有する。これはかなり単純であり、航空機客室内ネットワーク３と空対地ネットワーク２との間の複数ネットワーク間インターフェースオプションを提供する。これは、選択された空対地技術が無線エアーインターフェース（又はプロトコル）の分割制御及びトラフィック機能の点でＦＤＭである場合に特に当てはまる。

「全機能、単一利用者技術」アーキテクチャでは、考えられる３つの一般的なトポロジーがある。
１．「ネイティブモード」
２．「リレーター」
３．「常駐セルラーインフラストラクチャ」

ネイティブモード
３つのうちの最初の全機能単一利用者技術アーキテクチャは、地上セルラー通信ネットワーク１への直接無線加入者デバイス客室内アクセスを行うネイティブモードである。航空機客室内には特別な通信機器はないが、地上にはより高利得のアンテナが必要とされる可能性がある。これらのより高利得のアンテナは、高品質リンクを維持するために航空機を追跡しなければならない可能性がある。

ネイティブモードの主要な利点は、航空機搭載装置のコストがかからないこと、システムのアップグレードが常に地上で行われること、ユーザ無線加入者デバイスに特別な修正が必要でないこと、地上の適切なアンテナによって既存のネットワークを使用できることである。この方法の主要な欠点は、他の純地上セルラー通信ネットワークとの干渉を防ぐのが困難であること、十分なリンクマージンを確立することが難しいこと、及び航空機客室内送信電力レベルを航空機アビオニクスとの干渉を防ぐのに十分低く維持し難いことを含む。この方法はまた、航空機客室内技術の各タイプに対して別個の地上通信ネットワーク１を必要とし、これはあまりコスト効率の良い方法ではない。

リレーター
リレータートポロジーは、３つの中の第２の全機能単一利用者技術アーキテクチャであって、航空機上の機器が「トランスレーター」と「リピーター」の組み合わされた機能を有する方法であり、その実施例は、米国特許第６，６５０，８９８号に記載されている。この機器は通常、ＲＦドメインでのみ動作し、ベースバンド信号では機能しない。「リレーター」の背後にある一般概念は、制御機能をトラフィック機能から分離することである。この分離は、アナログＡＭＰＳ、ＴＤＭＡ、及びＧＳＭのようなアーキテクチャに対して周波数ドメインで更に容易に達成される。この方法は、符号ドメインをデバイス（リレーター）のＦＤＭタイプ毎にフィルタ処理することができないので、ＣＤＭＡに対してはより困難である。機能上、リレーターは、客室内アンテナによって信号を受信し、外部航空機アンテナを介して航空機からの転送用信号を増幅するＲＦ手段で客室内トラフィックを直接リレーすることによってコンテンツトラフィックを転送する。航空機からの信号は、客室内で発信したものとは異なる周波数にすることができる。これは、地上から発する信号の可逆プロセスである。純地上セルラーシステムに使用される制御チャネル信号及び情報を除去し修正（調整又は変更）することが要求されるので、所与のＦＤＭ技術のための制御チャネルは、リレーターから取り除かれ、客室内バージョンがこれによって置き換えられる。この方法の全体的な利点は、低コスト、客室内デバイスの制御、及び空対地通信用に設計された地上セルラー通信ネットワークの再利用である。この方法の欠点は、１つより多い客室内技術タイプをサポートするのが極めて難しいことである。

常駐セルラーインフラストラクチャ
図４及び図５は、１つだけの客室内技術（ＣＤＭＡなど）に集中される空対地ネットワークの全機能単一利用者技術の常駐セルラーインフラストラクチャのアーキテクチャをブロック図形式で示している。常駐セルラーインフラストラクチャアーキテクチャは、機能トランスペアレント非陸上ネットワークを可能にする「論理」システム概念である。このアーキテクチャは、既存の大きな利用者基盤を有し、従って、航空機客室内サービスの「瞬間的な」利用者になることができるセルラーサービスプロバイダに対して非常に効果的である。地上通信ネットワーク１のほとんどが再利用され、プロバイダの利用者によって使用される特定のデバイスの機能セットトランスペアレンシーが維持される。他のキャリアの利用者が同一の技術を有する場合でも、請求及び「ローミング」加入者への機能トランスペアレンシーの欠如などの問題に起因して、他のキャリアの利用者にサービスを提供することは極めて難しい。しかしながら、この方法のコスト上の利点は、航空機及び地上（無線ネットワーク）の両方でかなり大きい。

空対地ネットワークアーキテクチャの全機能単一利用者技術のための常駐セルラーインフラストラクチャのトップレベルの技術的説明を以下に示す。

無線加入者デバイス４０１は、セルラー／ＰＣＳ地上通信ネットワーク１で使用されるものと同一であるが、これらの無線加入者デバイス４０１は、航空機にサービスするキャリアによって事前に登録されているか、又はユーザが認証のためのＰＩＮ番号を使用する。更に、アンテナ４０２は、無線加入者デバイス４０１を客室内エアーインターフェース４０３に相互接続する。航空機インターフェース４０３は、航空機内及び航空機との同一の無線「エアーインタフェース」を使用することによって以下に説明されるように航空機客室内で無線加入者デバイス擬態機能を実行する。「エアーインターフェース」は、例えばＧＳＭ又はＣＤＭＡなどの使用される技術タイプであり、プロトコル障壁を管理する段階を含む他の機能を有する航空機インターフェース４０３と混同すべきではない。

地上通信ネットワーク１では、オペレーションの選択されたエアーインターフェース／周波数帯域用の基地局送受信装置４０４、基地局制御装置４０５、移動体交換局４０６モジュールは、非陸上サービスプロバイダのホームロケーションレジスタ４０７とインターフェースし、呼出し接続のための仮想加入者として航空機インターフェース４０３電話のＭＩＮにアクセスする。更に、移動体交換局４０６は、呼出し完了のために公衆交換電話網４０９、ＳＳ７ネットワーク４１０、及び公衆交換データ網４１１に接続されている。

このアーキテクチャでの客室内航空機インターフェース４０３は、複数の役割を有し、すなわち、（１）サービスへの無線加入者デバイスアクセスを制御するために客室内ＲＦ環境を管理する、（２）無線加入者デバイスに最も低い必要なＲＦ電力を命令することによってＥＭＩ／ＲＦＩ環境を管理する、及び（３）地上通信ネットワーク１でのオペレーションに対して干渉を起こさない信号方式及びトラフィックのためのＲＦ方式を確立する。航空機インターフェース４０３は、チャネルの２つのセット４０３Ａ、４０３Ｂからなり、その各々は、無線加入者デバイス４０１及び地上送受信局４０４それぞれに無線周波数インターフェースを提供する。チャネルの第１セット４０３Ａは、疑似基地局にトランスペアレントハンドセット信号方式を提供し、基地局送受信装置４０４のオペレーションを無線加入者デバイス４０１に擬態する。チャネルの第２セット４０３Ｂは、無線加入者デバイス４０１のオペレーションを基地局送受信装置４０４に擬態するためにミラーされたハンドセット信号方式を提供する。チャネルのこれらの２つのセットは、一般的なプロトコルスタック４０３Ｃ、４０３Ｄを使用して、２つのエアーインターフェース間で無線加入者デバイス４０１の機能を移送する。従って、エアーインターフェース４０３は、航空機客室内ネットワークトラフィック信号を空対地ネットワーク２にブリッジする。

常駐セルラーインフラストラクチャトポロジー
「常駐セルラーインフラストラクチャ」法のために２つの一般的なトポロジーがある。すなわち、
１．移動セル
２．移動加入者

常駐セルラーインフラストラクチャ−移動セル
図１１は、空対地ネットワークの全機能単一利用者技術における常駐セルラーインフラストラクチャの移動セル実装のアーキテクチャをブロック図形式で示している。飛行中の航空機が複数の無線加入者デバイスにサービスする「セル」として現れ、これが移動している場合に、移動セルアーキテクチャは存在する。すなわち、選択された客室内技術における客室内呼出しの全ては、図１１で図示したｎチャネルによって示される各アクティブ呼出しに対しての航空機への通信経路であるように見えるので、従来の電話の観点から航空機１０３上で「終端」される。

従って、この構成では、通常は地上にありセルラー基地局を構成するのに必然的に十分な機器、ハードウェア、及びソフトウェアの全ては、航空機上に設置しなければならない（ローカル／リモートＭＳＣ接続性を備えたＢＴＳ及びＢＳＣ）。アーキテクチャ的には、従来のセルラーは現在、他のセルと相対的に「セル」移動を有するようには設計されていない。別のセルにハンドオフしているアクティブ無線加入者デバイスの全セルのような問題は、現在のセルラーネットワーキング規格では企図されていない。更に、セルラーネットワーク管理のための現在の内部信号パラダイムは、移動セルトポロジーで企図される場合に機能不全になる（信号ルーティングマップ及びセル間接続はもはや静的ではない）。更に機能セットトランスペアレンシーは益々難しくなる。

常駐セルラーインフラストラクチャ−移動加入者
「ネットワーク内のネットワーク」トポロジーが本明細書で説明されるように「全機能全利用者」に対して取られる場合、移動セル法は単純化される。この最先端の高度に統合されたアーキテクチャでは、空対地ネットワーク２は単に、隔てられた環境すなわち航空機１０３（外部ネットワークの一方の端）に存在する本質的に移動セルであるものに対する無線転送パイプ（内部ネットワーク）である。このような結果として、多くの複雑な技術的な問題は一般的な「移動セル」概念により解決される。「全機能全利用者」プラットフォームに関する詳細な検討は、本明細書の以下のセクションに含まれる。

図１２は、空対地ネットワークの全機能単一利用者技術のための常駐セルラーインフラストラクチャの移動加入者実装のアーキテクチャをブロック図形式で示している。移動セル方法に伴う複雑な問題はまた、移動セルが移動加入者トポロジーになるように修正された場合に解決される。概念的には、航空機客室内ネットワークは、それ自体で存在することができ、或いは図１２の単一空対地リンクによって示される「加入者端末」のように機能及び動作するよう空対地ネットワーク２に対して見える場合、これは、航空機内に位置付けられた複数の無線加入者デバイスのためのトラフィックを伝達する１つ又はそれ以上の集約されたチャネルを表す。従って、空対地ネットワーク２及び地上通信ネットワーク１は、地上無線加入者デバイスに対して行われるのと同じ方式で航空機客室内ネットワーク加入者端末（又はユーザ機器）を管理する。本質的に、空対地ネットワーク２及び地上通信ネットワーク１は、無線加入者デバイスが飛行中の航空機上に位置付けられる場合でも、そのオペレーションに関連する特別な考慮事項がないように思い込ませる。

常駐セルラーインフラストラクチャの概要
常駐セルラーインフラストラクチャトポロジーは、好ましい「移動加入者」実施形態を有する機能トランスペアレント非陸上ネットワークのための「論理」システム概念である。本質的に、常駐セルラーインフラストラクチャアーキテクチャは、航空機に搭載されたシステムが航空機内の無線加入者デバイスを擬態する機器の一部である所与の無線加入者デバイスの全機能を複製することを要求する。無線加入者デバイス属性のこのミラーリングは、客室内通信のためのローカライズされたセルを可能にし、更に、空対地ネットワーク２のための同じ無線加入者デバイス属性を保持する。従って、２つのネットワークがチャネル化方式でペアのワン・フォー・ワン（１対１）であるので、空対地ネットワーク２は、無線加入者デバイスが非陸上又は多次元であり、航空機客室内ネットワーク３が空対地ネットワーク２にオペレーション上トランスペアレントであることに気付かない。

常駐セルラーインフラストラクチャアーキテクチャでは、幾つかのシステム信号方式パラメータは、プロトコルスタックインターフェースのいずれかの側（空対地ネットワーク２側対航空機客室内ネットワーク３側）で一意的に且つ独立して管理しなければならないことを認識するのは重要なことである。例えば、動的電力制御は、空対地ネットワーク２対航空機客室内ネットワーク３上で別々に制御されることになる（極低送信電力が要求され、動的電力制御の目的が異なる機能で生じる場合）。更に、ソフトハンドオフを含めるようにするハンドオフ信号方式は、空対地ネットワーク２ではアクティブになるが、客室環境内ではイナクティブになる可能性がある。従って、これらの実施例及び当該リンクのそれぞれの半分だけに固有で且つ個々に重要な他のシステム信号の全てに対して、航空機客室内ネットワーク３が妨害し、両方の半分のオペレーションが一致する方式で共同ネットワークの他の半分に沿って転送又はスプーフィングしないことになる。よって、プロトコルスタックの信号のほとんどは、プロトコル障壁全体にわたってシームレスに伝達されるが、キー信号は個別的に個々に管理される。幾つかの点において、常駐セルラーインフラストラクチャ概念は、信号ドメイン対純無線周波数ドメインで機能するインテリジェント「リレーター」である。

常駐セルラーインフラストラクチャ概念の主な欠点は、これが単一の技術方法であり航空機客室内ネットワーク３と空対地ネットワーク２に対して同じ技術を必要とすることである。これはまた、単一のサービスプロバイダトポロジーである。上述のように、既にかなりの単一技術加入者人口を有するセルラーサービスプロバイダでは、この単一技術アーキテクチャの弱点はあまり重要ではない場合がある。

非陸上機能トランスペアレンシーシステム−プリペイド及び／又はオウン利用者トポロジー
図６及び図７は、空対地ネットワーク２のプリペイド及び／又はオウン加入者トポロジーのアーキテクチャをブロック図形式で示している。第２の実施形態「プリペイド及び／又はオウン利用者」は客室内のより多くの技術タイプにサービスを提供することができるが、加入者にトランスペアレンシーな豊富な機能セットを提供しない。一般に、好ましい実施形態は、「移動セル」タイプのトポロジーである（図１１）。しかしながら、これはあまり複雑ではなく、「全機能全利用者」よりも動作がはるかに簡単である。また、あまり複雑ではないことにより、信頼度及び利用可能度の点でより堅牢とすることができる。このアーキテクチャは、以下の利点及び欠点を有する。
利点
１．他のキャリアとの間のローミング協定が不要。航空機搭載の場合、システムのユーザは、サービスを提供するキャリアの加入者である。
２．現在のＡＴＧネットワーク（ＡＭＰＳ）を用いて、サービスを提供することができる（すなわち、空対地ネットワーク２である）。
３．既製のモジュールのカスタマイゼーションが最小（市場投入までの期間が短く技術リスクが少ない）。
４．請求／徴収が簡単。
５．加入者のホームサービスプロバイダは、アクセスを阻止することができない。
欠点
１．基本呼出し機能は存続するが、呼出し待ち、発信者ＩＤ、三者通話、ＳＭＳ、ボイスメール通知などの機能セットの全てが利用可能とは限らない。
２．インバウンド呼出しは管理／配信が難しく一般的にサポートされないので、アウトバウンド呼出しのみ。
３．複数のコーデック（少なくとも２つ）は音声品質に影響を与える可能性がある。
４．パケット交換データ網／機能は、ネットワークへの修正を必要とする可能性がある。

「プリペイド及び／又はオウン加入者」アーキテクチャのトップレベルの技術説明は以下の通りである。
無線加入者デバイス６０１−６０３は、セルラー／ＰＣＳ地上通信ネットワーク１で使用されるものと同一であるが、これらの無線加入者デバイス６０１−６０３は、航空機にサービスするキャリアで事前に登録され、及び／又はユーザは、認証用のＰＩＮ番号を有する。更に、アンテナ６０４は、無線加入者デバイス６０１−６０３を客室内基地局送受信装置（ＢＴＳ）６１１−６１３と相互接続し、この客室内基地局送受信装置（ＢＴＳ）は通常、統合されたＢＳＣ／ＭＳＣ機能を備えたピコセルである。ＢＴＳ／ＢＳＣ／ＭＳＣモジュールは、サポートされる各エアーインターフェース技術に対して付加される。

ＡＡＡ（認証、許可、及び課金）プラットフォーム６２１は、航空機客室内でＨＬＲ機能のサブセットを実行する（認証はＭＩＮ又はＰＩＮに基づいて行うことができる；請求システムへのインターフェースが必要とされることがあり、場合によっては別個の信号方式経路として衛星リンクを通じて実行できる）。呼出しブリッジ６２２は、航空機客室内ネットワーク３と地上通信ネットワーク１との間のブリッジング機能（限られた範囲内でのメディア／コンテンツ及び信号方式ためのもの）として機能する。ＡＡＡプラットフォーム６２１からの命令に応じて、呼出しブリッジ６２２は、電話バンクモジュール６２３を使用して地上通信ネットワーク１に電話して、航空機客室内ネットワーク３に対する呼出しをブリッジする。

空対地（ＡＴＧ）ネットワーク２は、設計者選択の周波数帯域及びエアーインターフェース技術（例えばセルラー又はＮＡＴＳ帯域で動作するＡＭＰＳ又はＣＤＭＡ）を使用し、航空機客室内ネットワーク３と地上通信ネットワーク１をリンクする。地上通信ネットワーク１では、オペレーションの選択されたエアーインターフェース／周波数帯域用の基地局送受信装置６２４、基地局制御装置６２５、移動体交換局６２６モジュールが、非陸上サービスプロバイダのホームロケーションレジスタ６２７とインターフェースし、呼出し接続の仮想加入者として電話バンクモジュール６２３電話のＭＩＮにアクセスする。更に、移動体交換局６２６は、呼出し完了のために公衆交換電話網６３１、ＳＳ７ネットワーク６３２、及び公衆交換データ網６３３に接続される。

このアーキテクチャにおける客室内基地局送受信装置（ＢＴＳ）６１１−６１３は、複数の役割を有し、すなわち、（１）サービスへの無線加入者デバイスのアクセスを制御するために客室内ＲＦ環境を管理すること、（２）無線加入者デバイスに必要な最低ＲＦ電力を指令することによってＥＭＩ／ＲＦＩ環境を管理すること、更に（３）地上通信ネットワーク１におけるオペレーションへの干渉を引き起こさない信号方式及びトラフィックのＲＦ方式を確立することである。種々の客室内基地局送受信装置（ＢＴＳ）６１１−６１３のＢＴＳ、ＢＳＣ、及びＭＳＣ構成要素は、航空機客室内ネットワークトラフィック信号をベースバンド情報に変換し、次いで、該ベースバンド情報は、空対地ネットワーク２への接続のために無線電話バンク６２３にブリッジされる。信号方式情報は、航空機客室内ネットワーク３と空対地ネットワーク２との間の境界を越えない。従って、このアーキテクチャは、加入者機能トランスペアレントではなく、逆に、主として回線タイプの音声又はデータ呼出し用、及び主として加入者発信トラフィック用に航空機客室内マルチハンドセット技術サポートを可能にする機能トポロジーである。加入者登録に関して信号情報がないので、地上通信ネットワーク１は、加入者ハンドセットが航空機搭載であるという更新された知識を持たない。同様に、事前情報が利用可能ではない。従って、インバウンド呼出し、地対空は、このアーキテクチャではサポートされない。

アウトバウンド（空対地）呼出しは、呼出し要求を開始する客室内無線加入者デバイスから始まる。公知の標準セルラー呼出しセットアッププロセスによってＢＴＳ／ＢＴＳ／ＭＳＣの組み合わせが呼出しを確立する。このプロセスは、ＣＤＭＡとは異なるプロトコル／方法を有するＧＳＭを用いたエアーインターフェースに依存する。加入者トラフィックをベースバンド（デジタル音声又は純粋なデータのいずれか）に変換して、呼び出される番号並びに呼出し番号などの必須の信号情報を抽出した後で、ＡＡＡプラットフォーム６２１は、認証、許可、及び課金機能を実行する。ＡＡＡプロセスを終了後、アウトバウンド呼出しは、呼出しブリッジ６２２を介して電話バンク６２３にわたされ、パス地上通信ネットワーク１へ伝送される。電話バンク６２３は、呼出し番号及び呼出しブリッジ６２２から呼び出された番号を受け取る。電話バンク６２３は、空対地ネットワーク２の航空機搭載末端部にあり、空対地ネットワーク２は、どのような技術タイプであってもよく、航空機客室内ネットワーク３エアーインターフェースの１つに類似したものである必要はない。好ましい実施形態は、チャネル化された方法を使用するが、集約されたパイプを使用してもよい（「全機能全利用者」を参照のこと）。地上では、空対地ネットワーク２は、標準セルラートポロジーにほぼ同一である（しかしながら、空に向けたアンテナを有し、関連する特別なハンドオフなどを備えた航空機との通信を管理するよう設計されている）。

非陸上機能トランスペアレンシーシステム−全機能全利用者
第３の「全機能全利用者」と呼ばれる機能豊富アーキテクチャを図８及び図９に示している。このアーキテクチャは、更に複雑であるが、真のワン・フォン・ゴーズ・エニウェア（ＯＰＧＡ）機能を達成する。このアーキテクチャの利点及び欠点は以下の項目を含む。
利点
１．機内搭載時の全「ネイティブ」ネットワーク機能セット利用可能度
２．ネットワークが自律的に無線加入者デバイスを登録する
３．全インバウンド及びアウトバウンド呼出し機能
４．全インバウンド及びアウトバウンドネットワーク信号伝達機能
５．新しい技術（エアーインターフェース）は、いつでも外部ネットワーク（航空機上及び地上ネットワーク内）に追加することができ、航空機客室内ネットワーク３及び空対地ネットワーク２の両方を「古くならない」ようにする。
６．真のＯＰＧＡ機能−無線加入者デバイスは、サービスされるあらゆる共通のエアーインターフェースについてもそのホームネットワークに接続されているように機能し且つ見える。
７．ローミング協定を提供するそのホームネットワークからの加入者への請求書が１つだけ存在する（アクティブな使用を促進する）。
８．クレジットカード又はプリペイドサービスによるオプションの請求
９．全データ機能（パケット又は回線）
１０．トランスペアレント信号方式
１１．単一の空対地パイプが、全ての情報、トラフィック、及び信号を伝達する。これは、空対地ネットワークドメインでのハンドオフを大幅に簡単にする。
欠点
１．「ホーム」ネットワークホストサービスプロバイダとのローミング協定を必要とする。
２．ホームネットワークは、その優先ローミングリスト（ＰＲＬ）におけるネガティブなリスティングによりその加入者プールへのアクセスを理論的に阻止する可能性があるが、このネットワークは、これらの加入者プールへのクレジットカード呼出しを依然としてサポートする。
４．複雑である程、複数の客室内エアーインターフェース及び地上ネットワークの実装によりコストがかかる。
５．データ集信装置８２１は、トランスペアレント機能セット特性に影響を与えないように待ち時間全体を最小にする段階を含むため、その集約／不集約機能を絶対的に信頼する必要がある。

全機能全利用者アーキテクチャのトップレベルの技術的な説明を以下に示す。
無線加入者デバイス８０１−８０４は、セルラー／ＰＣＳ地上通信ネットワーク１で使用されるものと同一である。システムは、どのような共通エアーインターフェースもサポートすることが企図されており、通常は、最も広く使用されるＧＳＭ、ＣＤＭＡ、及びｉＤＥＮ、並びにＷｉＦｉ（８０２．１１）である。航空機１０３は、客室内に位置付けられた無線加入者デバイス８０１−８０４用のカバレッジを提供する客室内アンテナシステム８０５を備えている。複数のアンテナを利用して、一部又は全ての航空機の客室全体で無線加入者デバイス８０１−８０４にカバレッジを提供することができる。アンテナシステム８０５は、通常は複数の基地局及び／又はアクセスポイントからなる基地局機器８１１−８１４に接続されており、各々が単一の共通エアーインターフェース及び周波数帯域専用である。或いは、基地局機器８１１−８１４は、所与の共通エアーインターフェースのため複数の周波数帯域をサービスすることができる。基地局８１１−８１４は、航空機でのサービス向けに企図される各共通エアーインターフェースのための適切な工業規格に準拠する無線周波数を送受信する。基地局８１１−８１４は、送信及び受信信号をそれぞれ変調及び復調し、入力信号を受信し、工業用及び／又は商用規格に準じたトラフィック（音声及び／又はデータ）及び信号チャネル用の出力信号を生成する。全ての信号方式及びトラフィックチャネル（ＳＣは信号チャネルを示し、ＴＣはトラフィックチャネルを示す）は、送信フォーマットに関係なくデータ集信装置８２１に接続する。

このシステムのデータ集信装置８２１及び空対地無線機器８２２は、客室内ネットワーク３と、航空機との集約された無線リンクを有する空対地ネットワーク２との間で上記で説明された１対１ペアチャネル化インターフェースを置き換える働きをする。この機器は、基地局からの個々のトラフィック及び信号チャネルを集約データストリームに／集約データストリームから変換し、航空機が移動しているときに継続的なサービスを維持する空対地ネットワーク２全体で集約データストリームを送信／受信する。空−地無線機器８２２は、空対地ネットワーク２の地上部分で地上送受信装置と通信するための無線送信機器及びアンテナシステムを含む。空対地ネットワーク２に割り当てられた個々のトラフィックチャネルは、航空機からサポートされるトラフィック要求に基づいて起動される。空対地ネットワーク２は、ＮＡＴＳ帯域を含む空対地通信に利用可能ないずれの適切なスペクトラムも利用することができる。代替的に、スペクトラムは、使用される帯域を占めるどのような地上通信ネットワークとの適切な干渉協調によってＰＣＳ又はセルラー帯域で利用される。ＣＤＭＡ２０００ １×ＥＶＤＯに基づく共通エアーインターフェースは、様々なトラフィック要求で航空機に適用することができる種々のデータレートを含む多くの適切な特性を提供する。別の代替策として、ＧＳＭ／ＧＰＲＳ／ＥＤＧＥのような異なる共通エアーインターフェース、又は特殊化されたエアーインターフェースを利用できる。

地−空無線装置８２３、８２４は、地上局のサービスエリア内の複数の航空機からの通信をサポートする。地−空無線システム８２３、８２４は、単一の全方向性信号を使用することができ、或いは方位角及び／又は仰角の点で定義できる複数空間セクターを使用することができる。航空機通信は、空対地ネットワーク２でサービスの連続性を維持するために、種々のロケーションにある地−空無線システム８２３、８２４間にわたりハンドオーバーする。ハンドオーバーは、ハード又はソフトとすることができ、或いは空−地及び地−空リンクにおいてハード及びソフトを組み合わせたものとすることができる。

地上局制御装置８２５は、全ての航空機搭載システムのモビリティ管理を提供し、航空機搭載システムが隣接する地上局のサービスエリア間を移動するときに地上局間でのハンドオーバー管理を提供する。地上局制御装置８２５は、地−空無線装置８２３、８２４との全トラフィックを地−空無線機器８２３、８２４、及び８２６の残りにインターフェースする。データルーター及びポートマネージャー（ＤＲＰＭ）８２６は、種々の基地局制御装置及び関連する装置８３１、８３２、８３３、８３４、８３５との全トラフィックを集約し、それぞれのサービスエリア内の航空機搭載システム間で地−空無線機器８２３、８２４の各々の容量の割当てを制御する。データルーター及びポートマネージャー（ＤＲＰＭ）８２６はまた、空対地システム上で伝達されたＩＰデータトラフィックを各技術のためのそれぞれの基地局制御装置サブシステム８３１−８３４へのインターフェース用の従来の回線に変換する。これらは、ＧＳＭ８３１、ＣＤＭＡ８３２、及びｉＤＥＮ８３３、８３４のための基地局制御装置及びパケットデータサーバーと、ＷｉＦｉデータトラフィックのための認証、許可、及び課金（ＡＡＡ）サーバー８３５を含む。

基地局制御装置８３１−８３５は、サービスされるエアーインターフェース技術の各々について従来の音声及びデータスイッチング／ルーティングシステム８５１−８５５に接続されている。音声及びデータスイッチング／ルーティングシステムは、従来の方式で公衆電話及びデータ網に接続されている。接続は、飛行中の加入者をローミングするホーム無線システム、又は飛行中の自動ローミングをサポートするローミング協定を備えたホームキャリアを持たない飛行中の加入者のためのクレジットカード及び／又は事前加入サービスへのアクセスを提供する信号方式システムネットワークに供給される。

「全機能全利用者」アーキテクチャは、加入者トラフィック並びに内部ネットワーク信号方式の両方のための真の双方向通信機能を実現する。「全機能全利用者」トポロジーは、空対地ネットワーク２が実質的に航空機との単なる転送ポートである場合、実際には「ネットワーク内のネットワーク」である。この「内部転送ネットワーク」は、より大きなネットワーク又はネットワークのセットの「リンクレイヤ」と考えることができる。

好ましい実施形態では、空対地ネットワーク２は、航空機との全トラフィックを単一の集約された通信チャネルで転送する。この「単一パイプ」は、航空機が１つの地上セルと次のセル間で移行するときにハード及びソフトハンドオフを管理する点で別個の利点を有する。この方法は、より新規の高速の無線セルラー技術を利用する。

説明される好ましい実施形態は、カスタムハードウェア／ソフトウェアの使用を最小限にし、新しい新規性のある方式で利用可能な構築ブロックの構成の巧みなアーキテクトを利用する。トラフィックボリュームに応じて、所与の航空機は、複数の集約されたチャネルを有することができ、チャネル化構造は、フォワードパス及びリバースパスで異なるものとすることができる。一般にこのアーキテクチャは、航空機客室内ネットワーク環境内でどのような無線技術も事実上サポートすることができる。

ＧＳＭ、ＣＤＭＡ、ｉＤＥＮ及びその他を含むようサポートされる各航空機客室内ネットワークエアーインターフェース用のセルラー基地局は、各航空機に搭載されて常駐している。これらの基地局は、一般に、分離された環境ではなく、地上セルラー通信ネットワークのリモート拡張部分（無線加入者デバイスはフレキシブルな「臍帯」で取り付けられている）として動作する。この臍帯機能を終了するために、「ＳＣ」と呼ばれる基地局からの配線による信号方式経路が、通常どのような標準セルラーネットワークにも常駐するはずの必要な信号方式情報の全てを伝達する。これ以降、ＳＣシステム間通信は、当該技術分野で公知の標準的な手段を介して伝達される。各エアーインターフェースのＳＣ方法は、固有の属性、特徴、及び利点を有しており、これは、最小の修正で簡単に再利用される（固有の処理を必要とするＤＰＣのような特定の項目を参照）。

図８に見られるように、地上通信ネットワーク１は、各航空機客室内ネットワークサポートエアーインターフェース（ＧＳＭ対ＣＤＭＡ）用のネットワーク要素を有する必要がある点に留意されたい。本質的には、内部ネットワーク（又は空対地システム）は単に、全信号方式及びトラフィックデータの送信用の共通チャネルを提供し、該データは通常、異なる共通エアーインターフェースをサポートする幾つかの一般的なセルラーネットワークの基地局送受信装置と基地局制御装置との間でパスされることになる。

全利用者トラフィック及び全基地局対ＢＳＣ信号方式は、航空機客室内ネットワーク３と空対地ネットワーク２の間のチャネル対チャネルペアを使用せずに「全機能全利用者」方法に固有に、好ましい実施形態において１つの複合データストリームとして集約され、空対地ネットワーク２を介した１つの無線リンクにわって伝達される。類似の方式において、所与のセルサイトがある地上では、ＲＦ信号は、デジタルデータストリームに復調され（これは「内部ネットワーク」である）、「データルーター、ポートマネージャー」によってこれに応じて解析されて、航空機上のデータ集信装置によって提供されるＩＰアドレス指定情報に基づいて適切なＢＳＣに配信される。

ＧＳＭ無線加入者デバイスのイリジウムとの統合化
図１０は、イリジウムアーキテクチャに対するＧＳＭハンドセットをブロック図形式で示している。別の衛星空対地ネットワーク実施形態は、航空機客室内ネットワーク３内で動作するＧＳＭ無線加入者デバイス１００１とイリジウム（好ましい実施形態）衛星リンク又は空対地ネットワーク２との統合である。このアーキテクチャは、ＧＳＭ無線加入者デバイス１００１を使用し、飛行中はＧＳＭ基地局１００２を有する航空機客室内ネットワーク３に接続される。次いで、航空機客室内ネットワーク３は、空対地ネットワーク２を終了し加入者トラフィック及びＧＳＭ信号方式の両方を地上セルラー通信ネットワークに配信するイリジウムリンク１００３、１００４に接続される。このアーキテクチャは、ＧＳＭ番号をイリジウム番号とペアにするデータベースが存在しないので、アウトバウンド呼出しをサポートするだけである。イリジウム及びＧＳＭが類似の信号方式プラットフォームを有するとすれば、呼出しは、ホームセルラーサービスプロバイダの請求プロセスによって直接請求できる。

概念的には、ＧＳＭハンドセットは、電話のＳＩＭ情報を取り除いて収集するローカルＧＳＭセルサイト（客室内ネットワーク）に「話しかける」。このＳＩＭ情報は次に、そのネイティブ「イリジウム」ＳＩＭカードの代わりにＳＩＭ情報を使用するイリジウム送受信装置に送信される。ベースとなるイリジウムシステムのＨＬＲアーキテクチャがＧＳＭシステムと同じであるので、イリジウムシステムは、ＧＳＭハンドセットを間接的にローマーとして認識し、ＧＳＭで使用される通常のローマー検証プロセスを介してユーザを確認することができる。同様に、地上セルラー通信ネットワークは、ＧＳＭのホームプロバイダのハンドセットがイリジウムとのローミング協定を有すると仮定した場合に請求のためにＳＩＭ情報を使用できる。

要約
本発明の非陸上機能トランスペアレンシーシステムは、無線加入者デバイスが飛行中の航空機上に位置付けられる場合でもそのオペレーションに関連する特別な考慮事項がないものと空対地ネットワーク及び地上セルラー通信ネットワークに思い込ませる。空対地ネットワークは、加入者データ（音声及び／又は他のデータを含む）並びに信号方式及び機能セットデータの両方を航空機客室内ネットワークと地上セルラー通信ネットワークとの間で伝送し、これによって航空機内に位置付けられた無線加入者デバイスが陸上（地上）及び非陸上領域の両方で一貫した無線通信サービスを受信できるようにする。

航空機客室内ネットワークを地上通信ネットワークに相互接続する複合空対地ネットワークの全体的なアーキテクチャを示すブロック図である。 航空機客室内ネットワークを地上通信ネットワークに相互接続する機能セットトランスペアレント空対地ネットワークを提供する非陸上機能トランスペアレンシーシステムのための主要なネットワーク構築ブロックを示すブロック図である。 複数の乗客が乗る民間航空機に組み込まれる無線加入者局のための一般的な航空機ベースネットワークの一般的な実施形態のアーキテクチャを示すブロック図である。 空対地ネットワークにおける全機能単一利用者技術のための常駐セルラーインフラストラクチャのアーキテクチャを示すブロック図である。 空対地ネットワークにおける全機能単一利用者技術のための常駐セルラーインフラストラクチャのアーキテクチャを示すブロック図である。 空対地ネットワークにおけるプリペイド及び／又はオウン加入者トポロジーのアーキテクチャを示すブロック図である。 空対地ネットワークのためのプリペイド及び／又はオウン加入者トポロジーのアーキテクチャを示すブロック図である。 空対地ネットワークにおける全機能複数利用者トポロジーのアーキテクチャを示すブロック図である。 空対地ネットワークにおける全機能複数利用者トポロジーのアーキテクチャを示すブロック図である。 イリジウムアーキテクチャに対するＧＳＭハンドセットを示すブロック図である。 空対地ネットワークにおける全機能単一利用者技術のための常駐セルラーインフラストラクチャの移動セルのアーキテクチャを示すブロック図である。 空対地ネットワークのための全機能単一利用者技術のための常駐セルラーインフラストラクチャの移動加入者実行のアーキテクチャを示すブロック図である。

符号の説明

１ 地上ネットワーク
２ 空対地ネットワーク
３ 非陸上ネットワーク（航空機客室内ネットワーク）
１０１ コアネットワーク
１０２ 外部ネットワーク
１０３ 航空機客室内ネットワーク
１２１ 移動体交換局
１２２ ゲートウェイ移動体交換局
１３１、１３３ 基地局送受信装置
１３２、１３４ 基地局制御装置

Claims (39)

1. 航空機内に位置付けられた複数の無線加入者デバイスに無線通信サービスを提供するためのシステムであって、
   前記複数の無線加入者デバイスの少なくとも１つと通信するために無線周波数通信信号を生成する航空機ネットワーク手段と、
   前記航空機と、地上に位置付けられた少なくとも１つの送受信装置を有する地上通信システムとの間の無線周波数通信のための空対地ネットワーク手段と、
   前記航空機ネットワーク手段と該空対地ネットワーク手段とを相互接続して前記複数の無線加入者デバイスと前記地上通信ネットワークとの間で通信を確立する航空機インターフェース手段と、
   を含むシステム。
2. 前記航空機ネットワーク手段は、
   前記複数の無線加入者デバイスの少なくとも１つとの通信を介して通信するために少なくとも１つのセルサイトを確立する航空機セルラー通信手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の無線通信サービスを提供するためのシステム。
3. 前記航空機セルラー通信手段は、
   前記複数の無線加入者デバイスの少なくとも１つとの通信を介して通信するために各々がセルサイトを確立する少なくとも１つの基地局手段を含むことを特徴とする請求項２に記載の無線通信サービスを提供するためのシステム。
4. 前記航空機インターフェース手段は、
   前記複数の無線加入者デバイスのアイデンティティを検証する認証手段を含むことを特徴とする請求項３に記載の無線通信サービスを提供するためのシステム。
5. 前記航空機インターフェース手段は、
   前記複数の無線加入者デバイスの各々が受信を許可されるサービスのセットを決定するための許可手段を含むことを特徴とする請求項３に記載の無線通信サービスを提供するためのシステム。
6. 前記空対地ネットワーク手段は、
   前記少なくとも１つの基地局手段に接続され、前記複数の無線加入者デバイスの１つからの無線周波数通信信号の受信に応答し、前記地上通信システムと通信中の前記１つの無線加入者デバイスのオペレーションをエミュレートする無線加入者デバイス手段を含むことを特徴とする請求項３に記載の無線通信サービスを提供するためのシステム。
7. 前記空対地ネットワーク手段は、
   地上に位置付けられた前記少なくとも１つの送受信装置に送信するダウンリンク無線周波数信号を生成するための送信器手段と、
   地上に位置付けられた前記少なくとも１つの送受信装置から受信されるアップリンク無線周波数信号を受信するための受信器手段と、
   前記送信器及び前記受信器手段と地上に位置付けられた前記少なくとも１つの送受信装置との間で前記ダウンリンク及びアップリンク無線周波数信号を交換するための前記航空機の外部表面に位置付けられたアンテナ手段と、
   を含むことを特徴とする請求項３に記載の無線通信サービスを提供するためのシステム。
8. 前記航空機セルラー通信手段は、
   前記複数の無線加入者デバイスの少なくとも１つとの通信を介して通信するための複数の基地局手段を含み、前記複数の基地局手段の各々が、前記複数の基地局手段の残りのものとは異なるセルラー技術で動作することを特徴とする請求項２に記載の無線通信サービスを提供するためのシステム。
9. 前記航空機インターフェース手段は、
   前記複数の基地局手段から受信された個々のトラフィック及び信号チャネルを集約データストリームに変換するためのデータ集信装置手段を含むことを特徴とする請求項８に記載の無線通信サービスを提供するためのシステム。
10. 前記空対地ネットワーク手段は、
    前記複数の無線加入者デバイスのためのモビリティ管理及びハンドオーバー管理の地上局制御装置手段を含むことを特徴とする請求項９に記載の無線通信サービスを提供するためのシステム。
11. 前記空対地ネットワーク手段は、
    前記複数の無線加入者デバイスの少なくとも１つと通信するための複数の地上基地局手段と、
    技術毎に前記集約データストリームを複数のデータストリームに分け、前記複数のデータストリームの各々を前記複数の地上基地局手段の対応するものに配信するデータルーター手段と、
    を更に含むことを特徴とする請求項９に記載の無線通信サービスを提供するためのシステム。
12. 前記空対地ネットワーク手段は、
    前記複数の無線加入者デバイスの少なくとも１つからの前記通信を従来の音声及びデータスイッチングシステムに相互接続するための複数の移動体スイッチングシステム手段を更に含むことを特徴とする請求項９に記載の無線通信サービスを提供するためのシステム。
13. 前記航空機ネットワーク手段は、
    データベース通信を介して前記複数の無線加入者デバイスの少なくとも１つと通信するために少なくとも１つの無線ＬＡＮベースのセルサイトを確立する航空機セルラー通信手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の無線通信サービスを提供するためのシステム。
14. 航空機内に位置付けられた複数の無線加入者デバイスに無線通信サービスを提供するための方法であって、
    航空機ネットワークにおいて、前記複数の無線加入者デバイスの少なくとも１つと通信するために無線周波数通信信号を生成する段階と、
    空対地ネットワークにおいて、前記航空機と地上に位置付けられた少なくとも１つの送受信装置を有する地上通信システムとの間で無線周波数通信を生成する段階と、
    前記航空機ネットワークと該空対地ネットワークを相互接続して前記複数の無線加入者デバイスと前記地上通信ネットワークとの間で通信を確立する段階と、
    を含む方法。
15. 前記生成段階は、
    前記複数の無線加入者デバイスの少なくとも１つとの通信を介して通信するために少なくとも１つのセルサイトを確立する段階を含む請求項１４に記載の無線通信サービスを提供するための方法。
16. 少なくとも１つのセルサイトを確立する前記段階は、
    各々が前記複数の無線加入者デバイスの少なくとも１つとの通信を介して通信するためにセルサイトを確立する少なくとも１つの基地局を動作する段階を含む請求項１５に記載の無線通信サービスを提供するための方法。
17. 前記相互接続段階は、
    前記複数の無線加入者デバイスのアイデンティティを検証する段階を含むこ請求項１６に記載の無線通信サービスを提供するための方法。
18. 前記相互接続段階は、
    前記複数の無線通信デバイスの各々が受信を許可されるサービスのセットを決定する段階を含む請求項１６に記載の無線通信サービスを提供するための方法。
19. 空対地ネットワークでの前記生成段階は、
    前記複数の無線加入者デバイスの１つからの無線周波数通信信号の受信に応答して、前記地上通信システムと通信中の前記１つの無線加入者デバイスのオペレーションをエミュレートする段階を含む請求項１６に記載の無線通信サービスを提供するための方法。
20. 空対地ネットワークでの前記生成段階は、
    地上に位置付けられた前記少なくとも１つの送受信装置に送信するダウンリンク無線周波数信号を生成する段階と、
    地上に位置付けられた前記少なくとも１つの送受信装置から受信されるアップリンク無線周波数信号を受信する段階と、
    前記該ダウンリンク及びアップリンク無線周波数信号を地上に位置付けられた前記少なくとも１つの送受信装置と交換する段階と、
    を含む請求項１６に記載の無線通信サービスを提供するための方法。
21. 少なくとも１つのセルサイトを確立する前記段階は、
    前記複数の無線加入者デバイスの少なくとも１つとの通信を介して通信するために複数の基地局を動作させ、前記複数の基地局の各々が前記複数の基地局の残りの方とは異なるセルラー技術で動作するようにする段階を含む請求項１５に記載の無線通信サービスを提供するための方法。
22. 前記相互接続段階は、
    前記複数の基地局から受信された個々のトラフィック及び信号チャネルを集約データストリームに変換する段階を含む請求項２１に記載の無線通信サービスを提供するための方法。
23. 前記相互接続段階は、
    前記複数の無線加入者デバイスのためのモビリティ管理及びハンドオーバー管理段階を含む請求項２１に記載の無線通信サービスを提供するための方法。
24. 前記相互接続段階は、
    前記複数の無線加入者デバイスの少なくとも１つと通信するための複数の地上基地局を介して通信する段階と、
    技術毎に前記集約データストリームを複数のデータストリームに分け、前記複数のデータストリームの各々を前記複数の地上基地局の対応するものに配信する段階と、
    を更に含む請求項２２に記載の無線通信サービスを提供するための方法。
25. 前記相互接続段階は、
    複数の移動体スイッチングシステムを介して前記複数の無線加入者デバイスの少なくとも１つからの前記通信を従来の音声及びデータスイッチングシステムに相互接続する段階を更に含む請求項２２に記載の無線通信サービスを提供するための方法。
26. 航空機ネットワークでの前記生成段階は、
    前記複数の無線加入者デバイスの少なくとも１つとデータベースの通信を介して通信するために少なくとも１つの無線ＬＡＮベースのセルサイトを確立する段階を含む請求項１４に記載の無線通信サービスを提供するための方法。
27. 航空機に位置付けられた複数の無線加入者デバイスに無線通信サービスを提供するためのシステムであって、
    前記複数の無線加入者デバイスの少なくとも１つと通信するために無線周波数通信信号を生成する航空機ベースネットワーク手段と、
    前記複数の無線加入者デバイスの少なくとも１つからの前記通信を従来の音声及びデータスイッチングシステムに相互接続する地上ネットワーク手段と、
    前記航空機ベースネットワーク手段と前記地上ネットワーク手段とを相互接続して前記複数の無線加入者デバイスと前記従来の音声及びデータスイッチングシステムとの間で通信を確立する内部ネットワーク手段と、
    を含むシステム。
28. 前記航空機ベースネットワーク手段は、
    前記複数の無線加入者デバイスの少なくとも１つとの通信を介して通信するために少なくとも１つのセルサイトを確立する航空機セルラー通信手段を含むことを特徴とする請求項２７に記載の無線通信サービスを提供するためのシステム。
29. 前記航空機セルラー通信手段は、
    前記複数の無線加入者デバイスの少なくとも１つとの通信を介して通信するためにセルサイトを各々が設定する少なくとも１つの基地局手段を含むことを特徴とする請求項２８に記載の無線通信サービスを提供するためのシステム。
30. 前記航空機ベースネットワーク手段は、
    前記複数の無線加入者デバイスのアイデンティティを検証するための認証手段を更に含むことを特徴とする請求項２９に記載の無線通信サービスを提供するためのシステム。
31. 前記航空機ベースネットワーク手段は、
    前記複数の無線通信デバイスの各々が受信を許可されるサービスのセットを決定するための許可手段を更に含むことを特徴とする請求項２９に記載の無線通信サービスを提供するためのシステム。
32. 前記内部ネットワーク手段は、
    前記少なくとも１つの基地局手段に接続されて前記複数の無線加入者デバイスの１つからの無線周波数通信信号の受信に応答し、前記地上ネットワーク手段と通信している前記１つの無線加入者デバイスのオペレーションをエミュレートするための無線加入者デバイス手段を含む請求項２９に記載の無線通信サービスを提供するためのシステム。
33. 前記空対地ネットワーク手段は、
    地上に位置付けられた前記少なくとも１つの送受信装置に送信するためのダウンリンク無線周波数信号を生成するための送信器手段と、
    地上に位置付けられた前記少なくとも１つの送受信装置から受信されるアップリンク無線周波数信号を受信するための受信器手段と、
    前記送信器及び前記受信器手段と地上に位置付けられた前記少なくとも１つの送受信装置との間で前記ダウンリンク及びアップリンク無線周波数信号を交換するための前記航空機の外部表面に位置付けられたアンテナ手段と、
    を含むことを特徴とする請求項３２に記載の無線通信サービスを提供するためのシステム。
34. 前記航空機ベースネットワーク手段は、
    前記複数の無線加入者デバイスの少なくとも１つと通信を介して通信するための複数の基地局手段を含み、
    前記複数の基地局手段の各々は、前記複数の基地局手段の残りのものとは異なるセルラー技術で動作することを特徴とする請求項２８に記載の無線通信サービスを提供するためのシステム。
35. 前記航空機ベースネットワーク手段は、
    前記複数の基地局手段から受信された個々のトラフィック及び信号チャネルを集約データストリームに変換するためのデータ集信装置手段を含むことを特徴とする請求項３４に記載の無線通信サービスを提供するためのシステム。
36. 前記地上ネットワーク手段は、
    前記複数の無線加入者デバイスのためのモビリティ管理及びハンドオーバー管理の地上局制御装置手段を含むことを特徴とする請求項３５に記載の無線通信サービスを提供するためのシステム。
37. 前記地上ネットワーク手段は、
    前記複数の無線加入者デバイスの少なくとも１つと通信するための複数の地上基地局手段と、
    技術毎に前記集約データストリームを複数のデータストリームに分け、前記複数のデータストリームの各々を前記複数の地上基地局手段の対応するものに配信するためのデータルーター手段と、
    を更に含むことを特徴とする請求項３５に記載の無線通信サービスを提供するためのシステム。
38. 前記地上ネットワーク手段は、
    前記複数の無線加入者デバイスの少なくとも１つからの前記通信を従来の音声及びデータスイッチングシステムに相互接続するための複数の移動体スイッチングシステム手段を更に含むことを特徴とする請求項３５に記載の無線通信サービスを提供するためのシステム。
39. 前記航空機ベースネットワーク手段は、
    データベース通信を介して前記複数の無線加入者デバイスの少なくとも１つと通信するために少なくとも１つの無線ＬＡＮベースセルサイトを確立する航空機セルラー通信手段を含むことを特徴とする請求項２７に記載の無線通信サービスを提供するためのシステム。

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