JP2011519237A - 光自由空間データ伝送 - Google Patents

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Abstract

本発明は、航空機データ通信システム、およびこのようなデータ通信システムを備える航空機に関し、特に、航空機サービスのための、航空機の客室内外の無線光通信システムに関する。該航空機データ通信システムは、第1の送信器11および第1の変調器13を備える第1の送信ユニット10と、第1の受信器32および第1の復調器34を備える第1の受信ユニット30とを備えている。該通信システム1は、第1の送信器と第1の受信器との間で信号伝送を行うように構成される。ここで、第1の送信ユニットと第1の受信ユニットとの間の上記信号伝送は、光によって実現され、また、上記第1の変調器は、この伝送される光の振幅を変調するように構成されている。

Description

発明の詳細な説明
〔関連出願の参照〕
本出願は、米国特許仮出願第61/125,788号(出願日2008年4月29日)に基づいて優先権を主張し、該特許出願の内容は参照によってここに引用されるものとする。
〔技術分野〕
本発明は、航空機データ通信システム、およびこのようなデータ通信システムを備える航空機に関し、特に、航空機サービスのための航空機の客室内外の無線光通信システムに関する。
〔背景技術〕
現在、航空機の客室内のデータ通信および機外の航空機サービスのためのデータ通信は、主に有線信号伝達または無線周波数(radio frequency; RF)を用いた信号伝送に基づいている。有線信号伝送は、標準的な機器を備えた航空機と比較すると、付加的な重量、コストおよび設計努力に関して、航空機の客室の(再)構成、短時間で対応すべき顧客の要望、およびリードタイムついて柔軟性が少ない。無線RF技術に基づいた航空機の客室内における信号伝送は、乗客および乗務員の健康に対して、付加的な電磁干渉(electromagnetic interference; EMI)による弊害を発生させることがある。
したがって、無線周波数を用いた信号伝送の替わりに、データ伝送に光が使用されることがある。コヒーレントな光には、強い指向性および低い空間的受信可能範囲という問題や、眼の安全に関する課題、ならびに高いコストが伴う。これらの諸問題は、コヒーレントではない光であれば避けられる問題である。コヒーレントではない光源は、そのままでは、データ変調のための位相情報を用いることができない(つまり、複素数に値を持つ信号をそのままでは伝送できない)。したがって、情報を信号の振幅として符号化することしかできない。この電気的な振幅信号は、発光ダイオード(light emitting diode; LED)によって、光パワー信号(optical power signal)に変換され、その結果、強度変調(intensity modulation)が実現される。
〔発明の概要〕
EMIを発生させず、簡単に再構成を可能にする、航空機通信システムを提供する必要性がある。
本発明の第1の態様によれば、航空機用無線データ通信システムが、第1の送信器および第1の変調器を備える第1の送信ユニットと、第1の受信器および第1の復調器を備える第1の受信ユニットとを備えている。ここで、上記通信システムは、該第1の送信器と該第1の受信器との間で信号伝送を行うように構成され、該第1の送信ユニットと該第1の受信ユニットとの間の上記信号伝送は、光によって実現され、さらに、該第1の変調器は、この伝送される光の振幅を変調するように構成されている。
換言すれば、本発明の第1の態様によると、本発明は、伝送媒体が光である、送信器から受信器へデータを伝送するように構成された航空機用無線データ通信システムを提供するという発想の基礎だと考えてもよい。ここで、信号伝送の前に、データの情報が光の変調振幅に含まれるように、変調器を使ってデータが変調される。
本発明に係わるデータ通信システムは、例えば航空機の機内娯楽(in−flight entertainment; IFE)システム、サービスサポートやメンテナンスサポートなどの、航空機内部の光無線データ伝送に使用されてもよい。さらに、上記データ通信システムは、航空機の客室内部で個々人同士の通信に使用可能である。該システムは、航空機の客室の内部で使用されても、外部で使用されてもよい。
以下の記載では、本発明の第1の態様に係わる航空機用無線データ通信の、可能な詳細、特徴、および長所を詳細に説明する。
「第1の送信ユニット」という言葉は、例えば光アクセスポイント(optical access point; OAP)を意味していてもよい。「第1の受信ユニット」という言葉は、例えば光端末または光送受信器(optical transceiver; OT)を意味していてもよい。
本発明に係わるデータ送信法は、例えば光源および/または光開口部を介して、高速データレートの長距離デジタルデータ伝送を可能にするものであってもよい。換言すれば、達成可能なデータレートおよび伝送範囲は、変調技術から独立したものであってもよい。
上記技術は、光無線アクセスポイントで使用されても、固定型受信器で使用されてもよく、さらに、例えば乗客サービスユニット(passenger service unit; PSU)、客室乗務員パネル(flight attendant panel; FAP)、照明バラストユニット(illumination ballast unit; IBU)などの、航空機の客室内部の部品に設置された移動型受信器で使用されてもよい。
本発明に係わる通信システムの手法は、(1)例えば旅客情報、客室のビデオによる監視(cabin video monitoring; CVM)、機内娯楽などに用いる例えばオーディオコンテンツおよび/またはビデオコンテンツの伝送、(2)乗客サービスユニット、客室照明モジュール、標識およびセンサ、客室乗務員パネル、クルー用インターコム、CVMカメラなどのデバイス制御および監視、(3)航空機サービスを行うスタッフおよびそのスタッフが使用するデバイスのための信号伝送、(4)センサのサブネットワークのデータ伝送、および、(5)メンテナンスのサポート、積荷およびその他の機器のステータスのデバイスステータスの配信などのための、航空機の客室内外の光無線データ通信の基礎となってもよい。
本発明に係わる通信システムの技術に基づいて、光無線データ伝送は、電子デバイスと、例えば客室相互通信データシステム(cabin intercommunication data system; CIDS)などの客室管理システムのバックボーンをなすバスとの間での、「最後の部分」の信号配線に置き換わってもよい。
本発明に係わる通信システムは、例えば客室の(再)構成および設計の柔軟性の増加を実現してもよく、例えば特殊なまたは短時間で対応すべき顧客の要望のリードタイムを削減してもよく、例えば最終組み立てライン(final assembly line; FAL)でアドレシングおよびシステムのテストをするための支出を削減してもよく、例えば出荷セット当たりの重量およびコストの削減を削減してもよい。
また、無線光データ伝送システムは、航空機の客室内部で無線周波数(RF)電力を発生させなくてもよく、この場合、付加的な電磁干渉による健康に対する弊害が発生しない。
本発明の一実施形態によれば、上記光がコヒーレントではない光である。
光源には、基本的に、例えばレーザ光のようなコヒーレントな光と、コヒーレントではない光との2つのタイプがある。本発明では、コヒーレントではない光がデータ伝送に使用されてもよい。コヒーレントではない光は、光波が、互いに固定された位相関係ではなく、互いに可変である位相関係を持つ光であってもよい。コヒーレントではない光源は、安価で、取り扱いが簡単で、また、眼を傷める危険性が低い。
本発明の一実施形態によれば、上記光は赤外線光である。
赤外線光は、他の通信信号に干渉したり、他の信号によって影響されたりすることが少ない。また、赤外線光は取り扱いが簡単である。赤外線光は可視光ではなく、このことは、乗客や作業担当者の視覚を攪乱したり刺激したりすることがないことを意味している。
本発明の一実施形態によれば、上記光は、780nmから2500nm、特に900nmと1100nmとの間の範囲の赤外線光である。
赤外線放射の波長は、約750nmと約2500nmとの間である。本発明では、900nmと1100nmとの間の範囲が関連していてもよい。この範囲であれば、可視光域まで充分な距離があり、このことは、この好ましい帯域の赤外線光がヒトの生体によっては知覚されないことを意味している。
上記航空機内外の無線光データ伝送は、拡散自由空間の信号伝播の原理に基づいていてもよい。航空機の客室内部で調査を行ったところ、自由空間の信号伝播は、航空機の客室形状などの次に列挙する各種の要因によって影響されることがあることが示された。この各種の要因の例としては、(1)客室内の物体、トピックス(topics)、および機器、(2)客室部品および機器の物質および表面の整合性、(3)近赤外線周波数域(near infrared frequency range; NIR)内で信号伝送のために選択された光の波長、(4)光セル中に座っているまたはその中を通って移動している人の数、さらに、そういった人の衣服および衣服の材料などがあげられる。
上述の調査では、航空機の客室内部の無線による信号伝播にとって最適なスペクトル域が、900nmと1100nmとの間に存在することも示された。このスペクトル域が使用に好適であるのは、900nmと1100nmとの間のスペクトル域は、自由空間の信号伝播を利用した航空機内外の光データ伝送を実現するための使用について、ライセンスによって保護可能であるからである。この提案されている帯域で波長が短かければ、それだけ高速のデータ転送レートが可能になる。
本発明の一実施形態によれば、上記第1の送信ユニットは光源を備え、上記光源が、デジタル変調法を使って振幅変調することができる。
本発明では、伝送すべき情報を信号の振幅として符号化することは、有用である。この電気振幅信号は、例えば発光ダイオード(LED)によって光信号に変換されてもよい。
本発明の一実施形態によれば、上記デジタル変調法が、直交振幅変調(quadrature amplitude modulation; QAM)と、パルス振幅変調(pulse amplitude modulation; PAM)と、多重アクセス技術と組み合わせた両変調法とからなる群のうちの少なくとも1つの変調法である。
本発明は、例えばコヒーレントではない光源を使った、複素数に値を持つ信号の伝送を可能にするかもしれない方法を提案する。このことは、高次の変調法、例えばQAMが適用可能であることを意味している。その結果、実際のチャンネルの状態しだいでは、サンプル期間当たりにわずか1ピットではなく、複数ピットを伝送することが可能になり、ずっと高いスペクトル効率を可能にする。その結果、より強力なリンク適応(link adaptation)技術を使用することができるので、低いスペクトル効率の欠点は、大幅に緩和され得る。
本発明に係わるデータ伝送法は、多経路伝播に対して感度を有しなくてもよい。これは、遅延時間が異なるタイミングで到着する信号の効果が、伝送データ信号の検出に影響しないことを意味している。
本発明に係わるデータ伝送法は、例えば、時分割多重アクセス(time division multiple access; TDMA)、周波数分割多重アクセス(frequency division multiple access; FDMA)、コード分割多重アクセス(code division multiple access; CDMA)、空間分割多重アクセス(space division multiple access; SDMA)、および搬送波検知多重アクセス(carrier sense multiple access; CSMA)などの、多重アクセス法の使用を可能にしてもよい。
これらの多重アクセス法を、従来技術である「パルス変調法」に対して適用することは、実際には非常に困難または不可能である。しかし、本発明を用いれば、コヒーレントでない光源のデータ変調に使用される伝送信号に対して、マルチユーザアクセス法を適用することは可能である。
本発明の一実施形態によれば、上記第1の送信ユニットは第2の受信器を備え、上記第1の受信ユニットは第2の送信器を備え、上記信号伝送は、第1の送信器と第1の受信器との間、および第2の送信器と第2の受信器との間の双方向伝送である(全二重伝送)。
第2の受信器を備える第1の送信ユニットおよび第2の送信器を備える第1の受信ユニットを使用することによって、データを双方向に、つまり第1の送信ユニットから第1の受信ユニットへ、かつ、第1の受信ユニットから第1の送信ユニットへ伝送することが可能になる。
本発明の一実施形態によれば、上記通信システムは複数の受信ユニットを備える。
上記通信システムは、複数の受信ユニットを備えてもよい。つまり、データが、第1の送信ユニットから、1より多くの上記第1の受信ユニットに伝送されてもよい。
本発明の一実施形態によれば、少なくとも1つの受信ユニットは、別の受信ユニットと上記第1の送信ユニットとの間で、信号を転送するための中継局として動作するように構成されている。
受信ユニットは、別のもう一つの送信ユニットまたは受信ユニットによって送信されるデータを検出し、そのデータを別のもう一つの受信ユニットまたは送信ユニット伝達してもよい。あるいは、受信ユニットが、上記第1の送信ユニットによって送信されるデータを検出し、別のもう一つの受信ユニットにデータを伝達してもよい。
本発明の一実施形態によれば、航空機用無線データ通信システムは、さらに、第2の送信ユニットを備え、上記複数の受信ユニットの一部は、第1の送信ユニットに割り当てられ、上記複数の受信ユニットの別の一部は、第2の送信ユニットに割り当てられる。
本発明の一実施形態によれば、上記通信システムが、第1の送信ユニットから第2の送信ユニットへの、受信ユニットの引き渡し(handover)を実施するように構成されている。
適応的無線リソース割り当て法を適用してもよい。その結果、この新しい伝送法は、例えば、一対多の伝送構造および多対一の伝送構造に特徴づけられる光無線セルネットワークを確立することを可能にする。よって、この方法は、動的に変化している、屋内環境および/または屋外環境のマルチセルトポロジーにおいてマルチユーザ通信に最適化されてもよい。
「ユーザ」またはユーザグループに対して付与されてもよい最小のリソースの単位は、「チャンク(chunk)」であってもよく、この場合、「チャンク」は単一のサブ搬送波であっても、または複数のサブ搬送波であってもよい。「ユーザ」は、データ通信をするために認証された電子デバイスであってもよい。各「チャンク」は、ベースバンドにおいて、サブ搬送波の周波数、時間スロット、およびその時間的長さによって決定されてもよい。その他のチャンク特性は、各ユーザグループの個々のユーザとのリンクの品質しだいで変更可能な変調方式およびコーディングタイプであってもよい。
すべてのユニット(認証済みデバイス)が、航空機の客室内外で操作されてもよい、動的に組織化される無線光ネットワークの一部であってもよい。ネットワークセルの、チャンクおよび光スペクトル線はどちらも、上記無線光ネットワークの他の提供エリアで再使用可能である。冗長性が必要とされているのであれば、提供エリア(光セル)が互いに重なり合っていてもよい。
本発明の第2の態様によれば、航空機は本発明に係わる無線データ通信システムを備え、第1の送信ユニットは航空機の制御ユニットに接続され、該航空機は複数の受信ユニットを分散して搭載している。
上記制御ユニットは、送信ユニットおよび受信ユニットへのデータ伝送ならびに該送信ユニットおよび受信ユニットからのデータ伝送を制御してもよい。また、上記制御ユニットは、必要であれば他のプロセス、例えば警報装置、標識、カメラの制御などのプロセスを実行してもよい。
本発明の第2の態様の一実施形態によれば、上記受信ユニットは乗客席に設置されている。
本発明の第2の態様の一実施形態によれば、上記送信ユニットは、客室のパネル部材または乗客サービスユニットに設置されている。
本発明の上述の態様、およびさらに別の態様、特徴点、ならびに長所は、以下に記載する実施形態の実施例からも導くことができ、実施形態の実施例を参照して説明される。本発明について、以下においてさらに詳細に例を参照しながら記載する。
〔図面の簡単な説明〕
図1は、本発明の一実施形態に係わる、第1の送信ユニットと乗客サービスユニットとの間の光無線データ伝送の提供エリアを示す側面図を概略的に示す。
図2は、本発明の一実施形態に係わる、第1の送信ユニットと乗客サービスユニットとの間の光無線データ伝送の提供エリアを示す正面図を概略的に示す。
図3は、本発明の一実施形態に係わる、第1の送信ユニットのリンクの冗長性を示す正面図を概略的に示す。
図4は、本発明の一実施形態に係わる、第1の送信ユニットと客室照明モジュールとの間の光無線データ伝送の提供エリアを示す正面図を概略的に示す。
図5は、本発明の一実施形態に係わる、第1の送信ユニットとクルー同士の相互通信のためのクルー用インターコムデバイスまたは/およびヘッドホンとの間の光無線データ伝送の提供エリアを示す正面図を概略的に示す。
図6は、本発明の一実施形態に係わる、第1の送信ユニットと必要に応じて設けられる客室乗務員用小型パネルとの間の光無線データ伝送の提供エリアを示す正面図を概略的に示す。
図7は、本発明の一実施形態に係わる、第1の送信ユニットと、乗客席の上側に設けられる機内娯楽受信器(例えば第1の受信ユニット)との間(直接的な経路)の光無線データ伝送の提供エリアを示す正面図を概略的に示す。
図8は、本発明の一実施形態に係わる、サポート点として使用される乗客サービスユニットと、乗客席の上側に設けられる機内娯楽受信器(例えば第1の受信ユニット)との間(二次的経路)の光無線データ伝送の提供エリアを示す正面図を概略的に示す。
図9は、本発明の一実施形態に係わる、第1の送信ユニットが設けられた移動型メンテナンスサービス用コンピュータと、第1の受信ユニットがそれぞれ設けられた、試験対象となっているデバイスとの間の光無線データ伝送の提供エリアを示す正面図を概略的に示す。
図10は、本発明の一実施形態に係わる、第1の受信ユニットが設けられた貨物コンテナおよび積荷を追跡するための、航空機の外部および貨物室の内部の光無線データ伝送の提供エリアを示す正面図を概略的に示す。
図11は、本発明の一実施形態に係わる、第1の送信ユニットと、標識、センサ、およびカメラとの間の光無線データ伝送の提供エリアを示す第1の正面図を概略的に示す。
図12は、本発明の一実施形態に係わる、第1の送信ユニットと、標識、センサ、およびカメラとの間の光無線データ伝送の提供エリアを示す第2の正面図を概略的に示す。
図13は、本発明の一実施形態に係わる、地上で行う作業について航空機の外部の光無線データ伝送の提供エリアを示す、航空機の正面図を概略的に示す。
図14は、本発明の一実施形態に係わる、地上で行う作業について航空機の外部の光無線データ伝送の提供エリアを示す、航空機の側面図を概略的に示す。
図15は、本発明に係わる信号処理を概略的に示す。
図16は、本発明に係わる通信システムのブロック図を示す。
図面中の図示は、概略的なものに過ぎず、縮尺を考慮していない。なお、図面が異なっても、類似の要素には同一参照記号を当てている。
〔符号の説明〕
1 通信システム
10 第1の送信ユニット/光アクセスポイント
11 第1の送信器
12 第2の受信器
13 第1の変調器
14 第2の復調器
15 光源
20 第2の送信ユニット/光アクセスポイント
30 第1の受信ユニット/光端末/光送受信器
31 第2の送信器
32 第1の受信器
33 第2の変調器
34 第1の復調器
40 第2の受信ユニット/光端末/光送受信器
50 第3の受信ユニット/光端末/光送受信器
60 第4の受信ユニット/光端末/光送受信器
70 第5の受信ユニット/光端末/光送受信器
100 航空機
101 制御ユニット
110 客室のパネル部材
130 乗客席
140 乗客席
150 乗客用供給ユニット
200 光信号の拡散伝播
220 光モジュール
230 ヘッドセット
240 クルー用通信デバイス
250 客室乗務員用小型パネル
260 調理室
270 デバイス
280 メンテナンスサービス用コンピュータ
290 貨物室
310 積荷用ドア
320 貨物の積み下ろし
330 洗面所
340 煙センサ
350 煙報知標識
360 カメラ
370 標識
380 センサ
383 ノイズセンサ
385 振動センサ
387 温度センサ
389 湿度センサ
910 複素/実変換器
920 同期およびDCオフセット除去
930 実/複素変換器
a 客室内から機体外への、地上での使用
b 貨物室内から機体外への、地上での使用
c 外部に割り当てられた無線アクセスポイントから機体外への、地上での使用
〔代表的な実施形態の詳細な説明〕
以下の記載において、「光アクセスポイント(optical access point; OAP)」という言葉は、「第1の送信ユニット」という言葉に対応することもある。OAPは、さらに第2の受信器を備えていてもかまわない。複数のOAPが存在してもかまわない。「光端末/送受信器(optical terminal/transceiver; OT)」という言葉は、「第1の受信ユニット」という言葉に対応する。OTは、第2の送信器ユニットを備えていてもかまわない。複数のOTが存在してもかまわない。
図1および図2は、本発明の一実施形態に係わる、第1の送信ユニットと乗客サービスユニットとの間の光無線データ伝送の提供エリアを示す側面図および正面図を概略的に示す。
図1〜図3は、「制御、監視、およびブロードキャストPSU」の使用の場合を示す。乗客サービスユニット(PSU)150のコマンドおよび監視データは、ブロードキャスト情報とともに、提供エリア(光セル)内のOAP10とOT30、40、50、60、70との間で、光によって無線伝送される。このような理由で、各PSU150にはOT30、40、50、60、70が設けられている。
200は、光信号がOAP10とOT30、40、50、60、70との間で拡散伝播する様子を示している。図中において、連続線からなる矢印は信号の名目伝送ルートを示し、破線からなる矢印は予備伝送ルートを示す。
上記無線光ネットワークは、OAP10を中心としたセル状構造を取ってもよい。無線光ネットワークは、少なくとも1つのOAP10および1つ以上のOT30、40、50、60、70を少なくとも備える、少なくとも1つのセルからなっていてもよい。冗長性が必要とされているのであれば、上記提供エリア(光セル)は互いに重なり合っていてもよい。この互いに重なり合うセル構造はデフォルトの構成であり、これが航空機に適用される。
光送受信器40は、光送受信器30から別のもう一つの光送受信器50に情報を伝達してもかまわない。
一般に、OAP10は、拡散光信号伝播の送受信条件しだいで、PSU150の近くまたはPSUの上に配置可能である。
図3は、本発明の一実施形態に係わる、OAPリンクの冗長性を示す正面図を概略的に示す。
図4は、本発明の一実施形態に係わる、第1の送信ユニット10と客室照明モジュール220との間の光無線データ伝送の提供エリアを示す正面図を概略的に示す。
客室照明モジュール220の制御および監視は、「無線光PSUネットワーク」に基づいている。その原理は、使用の場合1(図1〜図3)に類似、または使用の場合1と同一であってもよい。OAP30は、光モジュール220と組み合わせて、あるいは、組み合わせずに単独で、必要であれば天井またはその他の部位に付加されてもよい。
客室照明モジュール220は、それぞれLEDモジュールであるLEDストライプ、蛍光性ランプ、またはその他の客室照明用ランプであってもよい。
図5は、本発明の一実施形態に係わる、第1の送信ユニット10と、クルー同士の相互通信のためのクルー用インターコムデバイスまたは/およびヘッドホン230、240との間の光無線データ伝送の提供エリアを示す正面図を概略的に示す。
航空機の客室内部のクルー同士の相互通信は、無線光客室ネットワークまたはその一部に基づいてもかまわない。このネットワークは、必要であれば(使用の場合2)天井またはその他の部位にOAP10によって付加される、使用の場合1(図1〜図3)の「無線光PSUネットワーク」に類似、またはそれぞれ同一であってもよい。
クルー用デバイス230、240には、無線光相互通信を行うために、特別にOT30が設けられている。例えばポケットPCやミニPC240などのクルー用通信デバイスは、クルー用ヘッドセット230とともに、適切なOAP10と通信を行う。クルー用通信デバイスおよびヘッドセット230、240が移動すると、客室を通る移動経路にしたがって、一つのOAPから別のOAPへと、ネットワークによってローミングされる。
図6は、本発明の一実施形態に係わる、第1の送信ユニット10と、必要に応じて設けられる客室乗務員用小型パネル(ミニFAP、mini flight attendant panel、Mini−FAP)250との間の光無線データ伝送の提供エリアを示す正面図を概略的に示す。
ミニFAP250には、OT30が設けられている。このFAPは、OAP10の提供エリアに配置されている。OAP10の設置場所は、客室の形状および材質、ならびに光セル内の選択された光の波長に応じて、図示したものとは異なってもかまわない。
図7は、本発明の一実施形態に係わる、第1の送信ユニット10と、乗客席の上側に設けられる機内娯楽受信器(例えば第1の受信ユニット)30との間(直接的な経路)の光無線データ伝送の提供エリアを示す正面図を概略的に示す。
乗客娯楽用デバイスおよびモニターは、航空機の客室内部の様々な部位に配置可能である。この機器は、例えば、乗客の頭上のPSU150のチャンネルの下方、または乗客席の背もたれに配置可能である。何れの場合においても、機内娯楽用コンテンツは光を使って無線伝送可能である。
各乗客席または複数の乗客席にはOT30が設けられ、該OT30は背もたれの上側に配置されている。OTは、例えばPSU、PSUチャンネルまたはその近く、天井などの適切な部位に収容された適当なOAP10から、IFE用コンテンツを受信する。OAP10の最終的な設置場所は、客室の形状および材質、ならびに光セル内の選択された光の波長に応じて、図示したものとは異なっていてもよい。
図8は、PSU10と、乗客席の背もたれに設けられたOT30との間のIFEデータ伝送のための代替構成を示す正面図を概略的に示す。同図は、本発明の一実施形態に係わる、サポート点として使用される乗客サービスユニット150と、乗客席の上側に設けられる機内娯楽受信器(例えば第1の受信ユニット)30との間(二次的経路)の光無線データ伝送の提供エリアを示している。
図9は、本発明の一実施形態に係わる、第1の送信ユニット10が設けられた移動型メンテナンスサービス用コンピュータ(MSC)280と、第1の受信ユニット30がそれぞれ設けられた、試験対象となっているデバイス270との間の光無線データ伝送の提供エリアを示す正面図を概略的に示す。
ここで、無線光データ伝送は、客室のネットワークとは独立して、デバイス270またはサブシステムを特定、制御、および監視できる可能性を提供してもよい。この特徴は、機器のチェック、ステータスの表示、メンテナンスの軽減、または特殊なサービスのために使用可能である。
この目的のために、MSC280には、OAP10が設けられている。サービス担当者は、このMSCを使って、航空機内外のデバイス270またはサブシステムと光無線通信ができる。この言わば「移動式」の機器特定、機器ステータスの監視、および機器制御のための前提条件は、a)スタッフが使用するMSC/OAP280、10は、特殊なデバイスまたはシステムに接続するためには、必ず認証を受けなければならない。b)MSC−OAP280、10は、接続または管理される機器の近くで操作されなければならない。つまり、該デバイスは移動型OAP10の範囲内にいなければならない。
図10は、本発明の一実施形態に係わる、第1の受信ユニット30が設けられた貨物コンテナおよび積荷を追跡するための、航空機の外部および貨物室290の内部の光無線データ伝送の提供エリアを示す正面図を概略的に示す。
静止型OAP10と移動型OT30との間の、拡散光伝播の原理を使った無線光データ伝送は、貨物の揚げ降ろし320および積荷の特定の際に使用されてもよい。この理由によって、OAP10は、それぞれ貨物室290および貨物コンテナに通じる、ドア310の範囲またはその近くに設置される。OT30は、貨物コンテナまたは積荷に搭載される。このようにして、どの貨物コンテナまたは積荷が揚げ降ろしされたのか、または揚げ降ろしされるのかを特定することが可能になる。
図11および図12は、本発明の一実施形態に係わる、第1の送信ユニット10と、標識、センサ、およびカメラ360との間の光無線データ伝送の提供エリアを示す第1のおよび第2の正面図を概略的に示す。標識は、一般的な標識(例えば出口の標識)370や煙報知標識350などであればよい。センサは、例えば煙センサ340、一般的なセンサ380、ノイズセンサ383、振動センサ385、温度センサ387、湿度センサ389などであればよい。
標識、センサ、および客室警備のための機器は、航空機内部のさまざまな位置に設置可能である。これらの標識、センサ、および機器は、客室、洗面所330などのモニュメント、調理室260、または貨物室290などの内部に配置可能である。
上記光無線による客室のネットワークは、データを伝送するために使用可能である。互いに別々のネットワーク構成部分、または局所的な「ミニネットワーク」も可能である。上記光無線による客室のネットワークは、標識、センサ、またはカメラに設けられたOAP10および1つ以上のOT30を含んでいてもよい。
図13および図14は、本発明の一実施形態に係わる、地上で行う作業(例えば航空機の外部のメンテナンスのサポート、サービス、管理、および警備など)について、航空機の外部の光無線データ伝送の提供エリアを示す、航空機の正面図および側面図を概略的に示す。
この目的のために、MSC280には、OAP10が設けられている。サービス担当者は、このMSCを使って、航空機内外のデバイスまたはサブシステムと光無線通信ができる。この言わば「移動式」の機器特定、機器ステータスの監視、および機器制御のための前提条件は、a)スタッフが使用するMSC/OAP280、10は、特殊なデバイスまたはシステムに接続するためには、必ず認証を受けなければならない。b)MSC−OAP280、10は、接続または管理される機器の近くで操作されなければならない。つまり、該デバイスは移動型OAP10の範囲内にいなければならない。
自由空間における拡散光信号伝播200の原理が、航空機外部の近傍のデータ伝送に適用されてもよい。この目的のために、OAP10は、航空機の外部の妥当な部位に配置されている。警備スタッフならびにメンテナンスおよびサービス担当者は、これらの光セルを、地上で航空機周辺において作業に使用することができる。前提条件は、各作業担当者の機器が、客室のネットワーク内で宣言されていることである。拡散光を使った自由空間伝送の範囲が限定されていることは、異なるスタッフがサービス作業を行っている、隣りあう航空機間の干渉が避けられるので、ここでは特に有益である。また、地上スタッフは、ネットワーク内で操作をするために、必ず認証を受けなければならない。
第3の条件は、ヘッドホン、カメラ、MSC280、および本発明のシステムとともに使用することを目的とするその他のデバイスにはOT30を必ず設けて、これらのOT30が適切なOAP10と光無線通信ができるようにしなければならないことである。スタッフが移動して、実際の提供エリアを離れると、デバイスはネットワークによってローミングされる。
図中、「a」は、客室の内部から外部への地上での使用のためのデータ伝送を表し、「b」は、貨物室の内部から航空機の外部への地上での使用のためのデータ伝送を表し、「c」は、外部に設けられた、割り当てられた無線アクセスポイント10から航空機の外部への地上での使用のためのデータ伝送を表す。
OAP10の最終的な設置場所は、航空機外部の形状および材質、ならびに航空機外部で実際に使用される、選択された光の波長に応じて、図示したものとは異なっていてもよい。
図15は、本発明に係わる信号処理の概略的な図面を示す。
強度変調/直接検出(intensity modulation/direct detection; IM/DD)リンクは、チャンネル入力が瞬間的な光のパワーを表わすので、従来のシステムと異なる。チャンネル入力は負にならない。したがって、この代表的な例としての実施形態の場合、DC成分が信号に必ず付加されなければならない。
従来の方法では、正のパルスを使用して、その性質を利用する。パルスは、アナログかデジタルのいずれでもよい。アナログの場合、該パルスのいくつかの属性は、サンプル値と一対一に対応して連続的に変化する。デジタルの場合、パルスのいくつかの属性は、取ることのできる値の組の中のある値を取る。
代表的なものとしては、パルス位置変調(pulse position modulation; PPM)、パルス幅変調(pulse width modulation; PWM)、およびオンオフキーイング(on−off keying; OOK)がある。例えばIrDA(infrared data association)の光無線標準では、PPMが使用されている。これらの方法の主な問題は、(a)これらの方法のスペクトル効率が低いこと、および(b)多経路伝播に対する脆弱性、の2つの事実から起こり得る。多経路伝播はシンボル間干渉を引き起こし、電装された情報信号の正しい検出を実質的に不可能にする。
このことは、非常に短い距離で比較的低い伝送レートだけが可能であることを意味している。IrDAを用いて通信するためには、デバイスは必ず直接的な見通し線を有していなければならない。例えば、現在利用可能なIrDA機器を使用すれば、典型的には数メートルの距離で4Mbpsまで伝送することができる。
この技術は光無線アクセスポイント、ならびに航空機の客室内部の機器、例えば乗客サービスユニット、客室乗務員パネル、照明バラストユニットなどの中に設けられた固定型受信器および移動型受信器において使用することもできる。
デジタル変調法、例えば直交振幅変調(QAM)が、コヒーレントではない光源の変調に適用されてもよい。その結果、システムは、パワー信号の送信しかできない送信器を介して、複素シンボルを伝達する必要がある。本発明に係わるQAMを使った信号処理を、図1に示す。
まず、時間について離散的な複素シンボルの一つのブロックSを、振幅がAで実数値の信号のベクトルに変換する。複素/実変換器910は、信号Aの振幅が与えられた限定値以内に収まる(−Amin≦A≦Amax)ことを保証する。そして、離散的時間級数は、BLEDによって帯域制限された、時間とともに変化する平均自由アナログ信号に変換される。
例えば、3dBのコーナ周波数(BLED)が25MHzのLEDの場合、16のQAM変調を使って100Mbpsで送信することが可能である。アナログAC信号は、動作点辺りでLEDを駆動するが、そうするためにはDCオフセットを印加しなければならない。上記動作点は、AminおよびAmaxがLEDの伝達特性の線形動作範囲にとどまるように選択される。
送信された信号は、少なくともチャンネルの最大遅延の分だけは周期的に延長可能である。こうすることによって、適切な等化法を使用することによって、多経路伝播の影響が取り除かれる。
受信器では、送信器によって導入されたDCオフセットおよび余分な低周波数の周囲の環境によるノイズが、まず除去され920、そしてアルゴリズムが適用される。こうすることで、トランスインピーダンス増幅器の負荷線の傾きを動的に変化させる。この可変フィードバック/ゲイン抵抗によって、増幅器の飽和が回避でき、フォトダイオードにおいて線形な電流/電圧伝達特性が実現できる。
A/D変換時に受信器において最適なサンプリングを保証する、同期アルゴリズムが適用される。そして、受信された離散的サンプルは実/複素変換器930に供給され、チャンネル等化および検出を経て、伝送された複素シンボルの配列(デジタル(高次の)変調シンボル)が得られる。
複素/実変換器910および実/複素変換器930を実現するための別の解決法が可能である。1つの解決法は、フーリエ変換の特性、つまり、サイズNのシンボルベクトルxおよびその共役複素数表現xをフーリエ変換にかけると、実数の要素だけを有する、サイズ2Nの出力ベクトルが得られるという事実を利用することである。
もう一つの解決法は、LEDにおいて異なる波長を使用して、信号の実部および虚部を変調することである。さらに別の可能な解決法は、多入力多出力(multiple−input−multiple−output; MIMO)法を使用することである。実部および虚部は、空間的分離された別のLEDによって送信される。2×2の伝送チャンネルは通常、特に散乱が顕著な環境では非相関であって、チャンネルマトリクスは最大階数であり、それゆえ、2つのデータストリームは分離可能である。
提案された伝送法は、異なる高次の変調方式をサポートするので、適応的リンク適応の使用を可能にする。
図16は、本発明に係わる通信システムのブロック図を示す。
本発明に係わる航空機用無線データ通信システム1は、第1の送信器11および第1の変調器13を備える第1の送信ユニット10を備えていてもよい。該システムは、第1の受信器32および第1の復調器34を備える第1の受信ユニット30を、さらに備えていてもよい。該通信システム1は、第1の送信器11と第1の受信器32との間で信号伝送ができるように構成されている。第1の送信ユニット10と第1の受信ユニット30との間の信号伝送は、光によって実現されてもよい。第1の変調器13は、伝送される光の振幅を変調するように構成されている。
上記航空機用無線データ通信システム1の第1の送信ユニット10は、第2の受信器12および第2の復調器14を、さらに備えていてもよい。第1の受信ユニット30は、第2の送信器31および第2の変調器33を備えていてもよい。信号伝送は、第1の送信器11と第1の受信器32との間および第2の送信器31と第2の受信器12との間において、双方向伝送であってもよい。
上に列挙した図および使用の場合は、航空機の客室内部および航空機外部における、無線光データ伝送の可能な適用例である。該図および使用の場合は、「強度変調されたコヒーレントではない光源のための、直交周波数分割多重法によって複素変調された信号(complex modulated signals with orthogonal frequency division multiplexing; CMS−OFDM)」に基づいている。
客室内部および航空機の外部の光信号伝播の特性は、拡散的であって、指向的ではないことが好ましい。
図面は、光アクセスポイント10および光送受信器30の原則的な位置を示しているのであって、最終的な位置を示しているのではない。なぜならば、最終的な位置は、航空機の客室の形状、客室部分および機器の材質および表面の整合性、近赤外線領域(NIR)内で信号伝送のために選択される光の波長、警備および信頼性に関する課題に左右されるからである。
図示したものと実際の最終的な位置との間の差異は発生し得る。
すべての図が、各々の考慮した使用の場合および光信号伝播をそれぞれ特徴付けることに関連する詳細のみを図示している。ただし、航空機の客室全体、貨物室およびその他の航空機内部のスペース、ならびに航空機のすぐ周りの機外周辺をカバーする光無線ネットワークが存在することには留意すべきである。このことは、無線光ネットワークまたは単一の適用/使用の場合の一部のみが設置および操作されることを排除しない。
無線光ネットワークは、光アクセスポイントを中心としたセル状構造を取る。無線光ネットワークは、1つのOAPおよび1つ以上のOTを少なくとも備える、少なくとも1つのセルからなる。上記提供エリア(光セル)は、冗長性が必要とされているのであれば、互いに重なり合っていてもよい。この互いに重なり合うセル構造はデフォルトの構成であり、これが航空機に適用される。
一般に、上記OAPは、乗客サービスユニットの近く、またはそれぞれ拡散光信号伝播の送受信条件に応じて個々の乗客サービスユニットに配置可能である。
拡散光伝播の原理は、この構成において、これらのゾーン中を動く乗務員または乗客が移動したり、該乗務員または乗客によって遮蔽されたりしても、OAPとミニFAPとの間のデータ伝送を確実に機能させるために使用されてもよい。
なお、「を備える...」という表現は、その他の部材やステップを排除するものではない。また、「a」および「an」は、複数個存在する可能性を排除するものではない。さらに、異なる実施形態に関連して記載された要素を、互いに組み合わせてもかまわない。なお、請求項中の参照記号は、請求項の範囲に限定して解釈すべきものではない。
本発明の一実施形態に係わる、第1の送信ユニットと乗客サービスユニットとの間の光無線データ伝送の提供エリアを示す側面図を概略的に示す。 本発明の一実施形態に係わる、第1の送信ユニットと乗客サービスユニットとの間の光無線データ伝送の提供エリアを示す正面図を概略的に示す。 本発明の一実施形態に係わる、第1の送信ユニットのリンクの冗長性を示す正面図を概略的に示す。 本発明の一実施形態に係わる、第1の送信ユニットと客室照明モジュールとの間の光無線データ伝送の提供エリアを示す正面図を概略的に示す。 本発明の一実施形態に係わる、第1の送信ユニットとクルー同士の相互通信のためのクルー用インターコムデバイスまたは/およびヘッドホンとの間の光無線データ伝送の提供エリアを示す正面図を概略的に示す。 本発明の一実施形態に係わる、第1の送信ユニットと必要に応じて設けられる客室乗務員用小型パネルとの間の光無線データ伝送の提供エリアを示す正面図を概略的に示す。 本発明の一実施形態に係わる、第1の送信ユニットと、乗客席の上側に設けられる機内娯楽受信器(例えば第1の受信ユニット)との間(直接的な経路)の光無線データ伝送の提供エリアを示す正面図を概略的に示す。 本発明の一実施形態に係わる、サポート点として使用される乗客サービスユニットと、乗客席の上側に設けられる機内娯楽受信器(例えば第1の受信ユニット)との間(二次的経路)の光無線データ伝送の提供エリアを示す正面図を概略的に示す。 本発明の一実施形態に係わる、第1の送信ユニットが設けられた移動型メンテナンスサービス用コンピュータと、第1の受信ユニットがそれぞれ設けられた、試験対象となっているデバイスとの間の光無線データ伝送の提供エリアを示す正面図を概略的に示す。 本発明の一実施形態に係わる、第1の受信ユニットが設けられた貨物コンテナおよび積荷を追跡するための、航空機の外部および貨物室の内部の光無線データ伝送の提供エリアを示す正面図を概略的に示す。 本発明の一実施形態に係わる、第1の送信ユニットと、標識、センサ、およびカメラとの間の光無線データ伝送の提供エリアを示す第1の正面図を概略的に示す。 本発明の一実施形態に係わる、第1の送信ユニットと、標識、センサ、およびカメラとの間の光無線データ伝送の提供エリアを示す第2の正面図を概略的に示す。 本発明の一実施形態に係わる、地上で行う作業について航空機の外部の光無線データ伝送の提供エリアを示す、航空機の正面図を概略的に示す。 本発明の一実施形態に係わる、地上で行う作業について航空機の外部の光無線データ伝送の提供エリアを示す、航空機の側面図を概略的に示す。 本発明に係わる信号処理を概略的に示す。 本発明に係わる通信システムのブロック図を示す。

Claims (14)

  1. 航空機用無線データ通信システムである航空機データ通信システムであって、
    第1の送信器(11)および第1の変調器(13)を備える第1の送信ユニット(10)と、
    第1の受信器(32)および第1の復調器(34)を備える第1の受信ユニット(30)とを備え、
    上記通信システム(1)が、該第1の送信器と該第1の受信器との間で信号伝送を行うように構成され、
    該第1の送信ユニットと該第1の受信ユニットとの間の上記信号伝送が、光によって実現され、
    該第1の変調器が、伝送される光の振幅を変調するように構成されている、
    ことを特徴とする航空機データ通信システム。
  2. 上記光がコヒーレントではない光である、
    ことを特徴とする請求項1に記載の航空機データ通信システム。
  3. 上記光が赤外線光である、
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の航空機データ通信システム。
  4. 上記光が、780nmから1mm、特に900nmと1100nmとの間の範囲の赤外線光である、
    ことを特徴とする請求項3に記載の航空機データ通信システム。
  5. 上記第1の送信ユニット(10)が光源(15)を備え、
    上記光源が、デジタル変調法を使って振幅変調することができる、
    ことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の航空機データ通信システム。
  6. 上記デジタル変調法が、直交振幅変調(quadrature amplitude modulation; QAM)とパルス振幅変調(pulse amplitude modulation; PAM)とからなる群のうちの少なくとも1つの変調法であり、
    上記多重アクセス法が、時分割多重アクセス(time division multiple access; TDMA)と、周波数分割多重アクセス(frequency division multiple access e; FDMA)と、コード分割多重アクセス(code division multiple access; CDMA)と、空間分割多重アクセス(space division multiple access; SDMA)と、搬送波検知多重アクセス(carrier sense multiple access; CSMA)とからなる群のうちの少なくとも1つのアクセス法である、
    ことを特徴とする請求項5に記載の航空機データ通信システム。
  7. 上記第1の送信ユニット(10)が第2の受信器(12)を備え、
    上記第1の受信ユニット(30)が第2の送信器(31)を備え、
    上記信号伝送が、第1の送信器(11)と第1の受信器(32)との間、および第2の送信器(31)と第2の受信器(12)との間の双方向伝送である、
    ことを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の航空機データ通信システム。
  8. 上記通信システム(1)が複数の受信ユニット(30、40、50、60、70)を備えている、
    ことを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の航空機データ通信システム。
  9. 少なくとも1つの受信ユニット(40)が、別の受信ユニット(30)と上記第1の送信ユニット(10)との間で、信号を転送するための中継局として動作するように構成されている、
    ことを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の航空機データ通信システム。
  10. 第2の送信ユニット(20)をさらに備え、
    上記複数の受信ユニットの一部(30、40)が、第1の送信ユニット(10)に割り当てられており、
    上記複数の受信ユニットの別の一部(50、60、70)が、第2の送信ユニット(20)に割り当てられている、
    ことを特徴とする請求項8または9に記載の航空機データ通信システム。
  11. 上記通信システム(1)が、第1の送信ユニット(10)から第2の送信ユニット(20)への、受信ユニット(30、40、50、60、70)の引き渡し(handover)を実施するように構成されている、
    ことを特徴とする請求項10に記載の航空機データ通信システム。
  12. 請求項1から11のいずれか一項に記載の航空機データ通信システムを備える航空機であって、
    上記第1の送信ユニット(10)が、航空機(100)の制御ユニット(101)に接続され、
    該航空機(100)が、複数の受信ユニット(30、40、50、60、70)を分散して搭載している、
    ことを特徴とする航空機。
  13. 請求項1から12のいずれか一項に記載の航空機データ通信システムを備える航空機であって、
    上記受信ユニット(30、40)が、乗客席(130、140)に設置されている、
    ことを特徴とする航空機。
  14. 請求項1から13のいずれか一項に記載の航空機データ通信システムを備える航空機であって、
    上記送信ユニット(10、20)が、客室のパネル部材(110)または乗客サービスユニット(150)に設置されている、
    ことを特徴とする航空機。
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