JP2014526224A - 衛星システムに割り当てられたスペクトルに空対地通信システムをオーバーレーすること - Google Patents

Abstract

空対地通信システムは、地上基地局から航空機にインターネット・アクセスを提供する。前記空対地システムは、衛星通信スペクトルのアップリンク部分とスペクトルを共有する。干渉緩和技術が、前記地上基地局および衛星通信間の干渉を防ぐために、使用される。フェード緩和技術が、雨のあるところにおける、小さい仰角における航空機に通信を提供するために、使用される。

Description

[0001] 本開示の態様は、ワイヤレス通信のための、特に、航空機にインターネット通信を提供するための、システムおよび方法を提供する。

[0002] ２つの主なアプローチが、航空機にインターネット・アクセスを提供するために、使用されている。１つのアプローチでは、空対地（ＡＴＧ：Air to Ground）システムが、陸地の上を飛行する航空機にインターネット・アクセスを提供するために、セルラー式通信技術を使用して、陸地上の地上基地局（ＧＢＳ：Ground Base Station）を使用する。アメリカ大陸全域で動作するように現在使用されているＡＴＧシステムは、３ＭＨｚのスペクトルのみを使用する。このシステムは、商業的には実現可能であり得るが、このような制限されたスペクトルは、航空機への、インターネット・コンテンツのストリーミングのようなインターネット・サービスに対する需要の高まりに対応するためには、不十分であり得る。他のアプローチでは、衛星リンクが、航空機にインターネット・サービスを提供する。このような衛星を基盤としたシステムは、より多くのスペクトルを使用可能にするが、コストが高い。

[0003] 航空機のインターネット通信のために衛星リンクを使用することのコストが高額であるために、地上を基盤としたＡＴＧシステムを使用することが、好ましい。ＡＴＧのための利用可能なスペクトルを増やすことと、このようなシステムが実質的にコストをあげることなく航空機のインターネット・サービスに対する高まる需要に対応することを可能にし得る技術を提供することが、望ましい。

[0004] 本開示の態様は、地上基地局が航空機のトランシーバーと共に衛星アップリンク帯域において信号を送信および受信するように構成され得る、ワイヤレス通信のためのシステムを含む。前記地上基地局は、前記衛星アップリンク帯域における衛星通信への干渉を低減するように、構成され得る。

[0005] 本開示の他の態様は、地上基地局と通信している航空機のトランシーバーを含む、ワイヤレス通信のためのシステムを含む。前記航空機のトランシーバーは、前記衛星アップリンク帯域における衛星通信への干渉を低減しながら、前記衛星のアップリンク帯域において信号を送信および受信するように、構成され得る。

[0006] 本開示の他の態様は、ワイヤレス空対地通信システムにおける信号の劣化を防ぐ方法を含む。この方法は、衛星アップリンク帯域において通信する航空機のトランシーバーおよび地上基地局間の信号強度を監視することを含む。前記方法は、信号が信号強度に基づいた所定の基準に従って過度のレイン・フェード（rain fade）を受けるかどうかを決定することを含み得る。前記信号強度が過度のレイン・フェードを受けることを決定することに応答して、通信は、前記地上基地局から第２の地上基地局へとハンドオフされ得る。

[0007] これは、以下の詳細な説明がより良く理解され得るように、本開示の特徴および技術的利点をいくぶん幅広く概説している。本開示のさらなる特徴および利点が、以下に説明される。この開示が、本開示と同じ目的を実行するための他の構造を改良または設計するための基礎として容易に利用され得ることが、当業者によって理解されるべきである。また、そのような等価の構成が、添付された請求項に記載の本開示の教示から逸脱しないことも、当業者によって理解されるべきである。さらなる目的および利点とともに、本開示の構成および動作の方法の両方について、本開示の特徴であると考えられる新規な特徴は、添付図面と関連して考慮されるとき、以下の説明からより良く理解されるであろう。しかしながら、各々の図は、例示および説明のみの目的で提供され、本開示の限定の定義として意図されるものではないことが、明確に理解されるべきである。

[0008］ 本開示の特徴、特性、および利点は、図面と関連して考慮されるとき、以下に記載される詳細な説明からより明らかになるであろう。これらの図面では、同様の参照符号が、全体にわたって互いに対応しているものとみなす。
[0009］ 図１は、本開示の態様に係る空対地通信システムおよび衛星通信システムのダイヤグラムである。 [0010］ 図２は、本開示の態様に係る空対地通信システムのブロック図である。 [0011］ 図３は、静止衛星通信システムを参照した、本開示の態様に係る空対地通信システムのダイヤグラムである。 [0012］ 図４は、本開示の態様に係る空対地通信システムにおける方向性アンテナの放射パターンのダイヤグラムである。 [0013］ 図５は、非静止衛星通信システムを参照した、本開示の態様に係る空対地通信システムのダイヤグラムである。 [0014］ 図６は、本開示の態様に係る信号減衰を緩和する方法を示すプロセス・フロー・ダイヤグラムである。

[0015］ 本開示の態様は、他のシステムにおける通信との耐え難い干渉を引き起こすことなく他の通信システムによって使用されるスペクトルを共有するための技術および装置を提供することによって、地上のＡＴＧシステムのために使用可能なスペクトルを増やす。

[0016］ 地上のＡＴＧシステムによって航空機に対するインターネット通信のために使用可能なスペクトルは、実際的および経済的理由のために制限されている。アメリカ大陸のような広大なエリアの上空を高い高度で飛行する航空機とのシームレス通信を提供することは、広大なエリアの上空で使用可能なスペクトルを伴う。すなわち、ＡＴＧに割り当てられたスペクトラムは、全国にわたって使用可能であるべきである。全国にわたって使用可能なスペクトルの一部分を特定すること、または、他のユーザーに対して割り当てられているスペクトルのこのような一部分を確保することが、問題となっている。

[0017］ ＡＴＧアプリケーションにより多くのスペクトルを提供することに関わる他の問題は、このようなアプリケーションからの収益が、地上のセルラー式の携帯電話システムのような他の目的のために使用される同程度のスペクトルの部分からの収益より、大幅に少なくなり得ることである。したがって、例えば連邦通信委員会（ＦＣＣ：Federal Communication Commission）のオークションにおいて、ＡＴＧオペレータがスペクトルの更なる部分を確保するためのコストが、地上のセルラー式の携帯電話システム・オペレータによって入手可能であり得る額より、大幅に低い必要があり得る。本開示の態様は、他のサービスに割り当てられているスペクトルを、これらのサービスを干渉することなく再利用するためのシステムおよび方法を提供する。

[0018］ 大量のスペクトルが、２方向のＦＳＳ（固定衛星サービス（Fixed Satellite Service））および放送ＴＶにおける使用のために、静止衛星に割り当てられている。本開示の態様は、ＡＴＧアプリケーションおよび静止衛星通信システム間でスペクトルの一部分を共有するためのシステムおよび方法を提供する。Ｃ帯域（４ＧＨｚのダウンリンク、６ＧＨｚのアップリンク）、Ｋｕ帯域（１２ＧＨｚのダウンリンク、１４ＧＨｚのアップリンク）、Ｋａ帯域（２０ＧＨｚのダウンリンク、３０ＧＨｚのアップリンク）のような周波数帯域が、静止衛星システムによって現在使用されている。図１を参照すると、ダウンリンク通信１０２が、衛星１０４から、地上局１０６の受信機に向けられ、アップリンク通信１０８は、前記地上局１０６の送信機から前記衛星１０４に向けられている。

[0019］ 衛星システム・スペクトルのダウンリンクの部分にＡＴＧシステムをオーバーレーすることは、ＡＴＧ地上基地局１１０が前記衛星地上局１０６の受信機に非常に近く、衛星受信機への干渉を過度に増加させ得るため、問題である。アップリンク周波数においては、しかしながら、前記ＡＴＧ送信機（航空機の送信機（ＡＴｓ）１１２および前記地上基地局１１０）は、前記衛星１０４に対してよりも、互いに対して相対的により近い。例えば、前記地上基地局１１０の場所が２００ｋｍだけ互いから離間されている場合、前記航空機のトランシーバー１１２と最も遠い地上基地局１１０との間の距離が、３００ｋｍであり得る。しかし、前記地上基地局１１０から前記衛星１０４への距離は、３５，０００ｋｍよりも大である。これは、パス・ロスの観点では、約４１ｄＢの差に相当する。

[0020］ 本開示の態様に従って前記ＡＴＧシステムに対して衛星システム・スペクトルのアップリンク部分を使用することによって、典型的なＡＴＧシステムの送信された信号が、それが前記衛星において受信されたとき、前記ＡＴＧ受信機において受信されたときの同じ信号よりも、４１ｄＢ弱くなり得る。かくして、前記ＡＴＧシステムに対してアップリンク周波数を使用することは、ダウンリンク周波数より、適している。

[0021] 本開示の例示的な実施形態に係るワイヤレス通信のためのシステム２００が、図２を参照して説明される。このシステム２００は、衛星アップリンク帯域において信号を送信および受信するように構成されている地上基地局２０２を含む。前記地上基地局２０２と通信している航空機のトランシーバー（ＡＴ）２０４は、前記衛星アップリンク帯域において信号を送信および受信するように構成されている。前記地上基地局２０２および航空機のトランシーバー２０４は、前記衛星アップリンク帯域における衛星通信との干渉を低減するように構成されている。

[0022] 本開示の態様は、航空機内の航空機のトランシーバー（ＡＴｓ）と通信する地上基地局（ＧＢＳｓ）が、衛星システムにおける通信との耐え難い干渉が無く、前記衛星システムに割り当てられたスペクトルのアップリンク部分を使用することができる、ＡＴＧシステムのための方法および装置を提供する。本開示で説明されるシステムおよび技術は、同じスペクトルにおいて、現行の衛星システムおよび新しいＡＴＧシステムが、両システム間にごくわずかな相互干渉（negligible cross interference）を伴って共存することを、可能にする。

[0023] 前記航空機のトランシーバーおよび前記地上基地局の両方が同じスペクトルを使用するので、これらは時分割二重（ＴＤＤ）スキームを使用して互いに通信し得、前記航空機のトランシーバーおよび前記地上基地局は、同じ周波数で、しかし異なるタイム・スロットで、交互に送信する。代わって、前記衛星システムに割り当てられているスペクトルの前記アップリンク部分（典型的に５００ＭＨｚ）が、中央で、ガード帯域によって、２つの部分に分割され得る。この場合、前記航空機のトランシーバーおよび地上基地局が、周波数分割双方向（ＦＤＤ）スキームを使用して通信し得、両側が、同時に、しかし前記アップリンク周波数の異なる部分において、送信する。このＦＤＤスキームの欠点は、これがガード帯域のためのスペクトルの一部を浪費し、前記トランシーバーが前記アンテナにおける送信および受信パスを分離するためにデュープレクサー・フィルターを必要とすることである。したがって、前記ＦＤＤアプローチは、スペクトル効率のいくらかの損失を引き起こし、前記システムに対してハードウェアのコストおよび複雑さを増大させる。

[0024] 前記衛星システム・スペクトルの前記アップリンク部分のみを使用することによる干渉緩和のために、前記ＡＴＧトランシーバーおよび前記衛星間の異なる距離を利用することに加えて、本開示の態様に係る衛星からの前記ＡＴＧの信号をさらに分離するために使用されることができる多くの他の技術がある。

[0025] 本開示の態様に従って衛星通信との干渉をさらに低減するために使用されることができる他の技術は、前記ＡＴＧシステムの送信パワーをより広い帯域幅に広げることである。前記Ｃ、Ｋｕ、Ｋａ帯域は、前記アップリンクに対して割り当てられたスペクトルの５００ＭＨｚを有する。前記ＡＴＧの送信パワーをより広い帯域幅に広げることによって、例えば５００ＭＨｚにわたって広げられたスペクトルのうち５０ＭＨｚのみを有効に使用する場合、パワー・スペクトル密度は、１０のファクターによって低減され得る。この例は、さらなる１０ｄＢの前記衛星に対する有効なアイソレーション(isolation)を提供し得る。

[0026] さらなる干渉緩和技術が、本開示の態様に従って説明される。図３を参照すると、ここに説明される所定の干渉技術が、静止衛星システムに適用されており、ここにおいて、前記静止衛星３０２は、赤道軌道に、すなわち、北半球３０６ではＡＴＧシステム・コンポーネント３０４に対してほぼ南の方向に、南半球３１０ではＡＴＧシステム・コンポーネント３０８に対してほぼ北の方向に、配置されている。本開示の態様が、北半球３０６に配置されているＡＴＧシステム・コンポーネント３０４を参照してここに最初に説明されているが、このような態様が南半球３１０にも適用され得、北または南の方向性を示す用語をほとんどの場合入れ替えて説明され得ることが、この分野の当業者によって理解されるべきである。他の干渉緩和技術が、非静止衛星システムに適用されるものとして、説明される。非静止衛星が地球低軌道（ＬＥＯｓ）または中軌道（ＭＥＯｓ）に沿って移動することが、理解されるべきである。

[0027] 本開示のさまざまな態様および実施形態は、例えば、地球の赤道を参照して、および赤道軌道にある所定の衛星を参照してここに説明されているが、例えば、静止衛星が、地球の赤道面に常に正確に一致するわけではない静止の弧（geostationary arc）上の静止位置で周回し得ることが、この分野の当業者によって理解されるべきである。「赤道（equator）」という用語に言及する本開示の実施形態および態様の各々は、「赤道」という用語が「静止の弧（geostationary arc）」という用語によって置き換えられ得る実施形態および態様に、より正確に向けられていることが、理解されるべきである。しかしながら、明瞭かつ簡潔にするために、「赤道」という用語は、本開示の全体にわたって使用されている。

[0028] 本開示の態様に従えば、静止衛星通信およびＡＴＧトランシーバー間の干渉を緩和するための技術は、前記ＡＴＧトランシーバーにおいて方向性アンテナを使用することと、ＡＴＧ送信アンテナを、アメリカ大陸のＡＴＧトランシーバーのために、赤道から離れる方向に、すなわち北に向けることである。図４を参照すると、前記方向性アンテナの放射パターンの後方のローブ部分４０２は、前記方向性アンテナの放射パターンの前方のローブ部分４０４より大いに少ない利得を有することが、示されている。赤道４０６から離れるように前記方向性アンテナの前方のローブ部分４０４を向けることによって、前記衛星４０８によってみられるＡＴＧ信号強度は、前記ＡＴＧアンテナの前後電界比の相対的な利得によって、低減される。前記方向性アンテナの前記前方のローブ部分４０４および後方のローブ部分４０２間の前記相対的な利得の差は、約２５ｄＢであることができ、この結果、前記放射パターンの前記前方のローブにおけるＡＴＧコンポーネントによって受信される信号が、前記放射パターンの前記後方のローブにおいて同様の距離のところで受信機によって受信される信号より、２５ｄＢ強い。本開示の態様に従って赤道から離れる方向に前記ＡＴＧ送信アンテナを向けるこのような技術は、ＡＴＧ通信信号および静止衛星通信間の干渉をさらに低減する。

[0029] 本開示の態様に従えば、航空機のＡＴＧシステム・トランシーバーおよび地上基地局のＡＴＧシステム・トランシーバーは、北へ（赤道から離れる方向に）送信し、南へ（赤道へ）受信機を向ける。言い換えると、米国の上空における前記航空機のトランシーバー（ＡＴ）は、赤道の上空の衛星との干渉を防ぐために、北の方向にある地上の基地局へ向けて送信する。しかし、前記航空機のトランシーバーは、地上基地局からの信号を受信しているとき、前記地上基地局の送信機が北の方向に向けられているので、南の方向を向く。従って、本開示の態様に従えば、航空機における航空機のトランシーバー・アンテナは、これが送信しているときは北に向けられ、受信しているときは南に向けられる。１つの例示的な実施形態に従えば、前記航空機のトランシーバーは、２つの別個のアンテナを同時に使用して受信および送信することができる。しかし、他の例示的な実施形態に従えば、前記航空機のトランシーバーは、２方向のビームを電気的に形成することによって、１つの物理的なアンテナを使用することができる。

[0030] 他の実施形態では、航空機上の前記航空機のトランシーバー・アンテナは、これが受信しているとき、およびこれが送信しているときに、赤道を避けるように向けられ得る。この場合、例えば前記航空機から赤道への送信によって生じられる静止衛星との干渉が許容範囲内である、ということが、決定され得る。前記ＧＢＳ受信アンテナは、赤道から離れる方向に向けられ得、またはそうでなければ、赤道から離れる方向にある航空機からの送信を受信するように構成され得る。例示的な実施形態では、前記ＧＢＳは、赤道から離れる方向に向けられた送信のために使用する同様のアンテナにおいて、受信し得る。

[0031] 非静止衛星は、多数の衛星の集まりによって構成されており、多くの場合約５０の、地球低軌道（ＬＥＯｓ）または中軌道（ＭＥＯｓ）の軌道に乗る衛星によって、構成されている。非静止衛星は、高速で軌道を絶え間なく移動している。図５を参照すると、本開示の実施形態に従えば、前記地上基地局５０２は、前記航空機５０６に向けてナロー・ビーム５０４を形成している。前記地上基地局５０２と、地上基地局５０２によってサービス提供される航空機５０６と、非静止衛星５０８が、前記ナロー・ビーム５０４内で一列に並んでいない場合、地上基地局のビーム５０４の送信は、非静止衛星５０８への干渉を生じさせない。

[0032] しかしながら、図５に示されているように、前記地上基地局５０２と、地上基地局５０２によってサービス提供される前記航空機５０６と、前記非静止衛星５０８は、前記航空機５０６に向けられている地上基地局５０２からのビーム５０４内で、一列に並ぶ場合もあるであろう。この状況では、前記航空機５０６に向けられている前記地上基地局のビーム５０４は、前記衛星通信に干渉を生じさせ得る。本開示の態様に従えば、前記衛星５０８との干渉を防ぐために、前記航空機５０６に現在サービス提供している地上基地局５０２（サービス提供地上基地局）は、別の地上基地局５１０に前記航空機５０６をハンドオフすることができる。前記別の地上基地局５１０は、前記航空機が前記衛星に干渉しないで高速のデータ・レートを受信する前記地上基地局となるように、選択される。前記別の地上基地局５１０は、前記航空機５０６および前記衛星５０８間のパスと一列に並んでいないので、これは、前記衛星への干渉を生じさせることなく、前記航空機５０６にサービス提供することができる。

[0033] 本開示の態様に従えば、前記地上基地局は、前記非静止衛星のアルマナックおよび軌道を表す情報を入手できる。前記サービス提供する地上基地局は、前記地上基地局と、この地上基地局がサービス提供している航空機と、衛星とが、地上基地局のビーム内に一列に並んでいるかどうかを、前記衛星および航空機の位置に基づいて決定する。この決定に従って、前記地上基地局は、別の地上基地局に前記航空機をハンドオフすることができる。前記地上基地局は、前記衛星と、ハンドオフ前の最初にサービス提供している地上基地局と、航空機が、一列に並んでおらず、航空機に向けられた最初の地上基地局のビームが、前記衛星への干渉を生じさせないことを決定すると、現在の最適でない別の地上基地局は、前記航空機を、前記最初のサービス提供する地上基地局に戻るように、または、航空機が最高のデータ・レートを受信することができる地上基地局に、ハンドオフし得る。前記サービス提供している地上基地局が、航空機に対して利用可能な地上基地局のみであり、前記地上基地局と前記航空機と衛星が偶然一列に並ぶ、という珍しいケースでは、前記地上局は、一時的にデータ・レートを低減し、この結果前記衛星に生じられる干渉を低減するか、前記地上基地局、前記航空機および前記衛星が一列に並ばなくなるまで、前記航空機への送信を中断する。

[0034] 非静止衛星が常に移動し、前記航空機、および非静止衛星通信にも干渉し得る航空機のトランシーバーからの地上基地局の送信に対して空間のどこにでも配置され得るので、本開示の態様は、前記航空機の端末から非静止衛星への干渉が、航空機および衛星の相対位置に関わらず、ごくわずかであることを、確実にする。本開示の一態様に従えば、干渉は、前記地上基地局のアンテナの利得を拡大することによって、低減される。このことは、前記航空機からの送信パワーの要件を低減することを助ける。上述のように、本開示の態様に従えば、前記地上基地局のアンテナは、サービス提供される航空機へ、送信および受信方向の両方においてナロー・ビームを形成する。前記地上基地局における前記受信方向のナロー・ビームは、前記衛星に生じさせる干渉をごくわずかにするために、前記航空機における送信パワーの要件を大幅に低減する。前記本開示の他の態様に従えば、干渉は、航空機の下部貨物室の下に航空機のトランシーバー・アンテナを位置づけることによって、さらに低減され得、この結果、航空機の機体は、前記アンテナおよび前記衛星間に相当のアイソレーションを提供する。

[0035] 非静止衛星の端末からの送信は、地上基地局から、サービス提供される航空機上の航空機のトランシーバーへの通信に干渉し得る。前記非静止衛星と通信する地上端末は、通例、これらが通信している衛星を追うように、アンテナを移動させる。ひとたび衛星が前記地上端末のアンテナの視野から離れる方向に移動すると、前記端末は、前記非静止衛星の集まりの中の他の衛星に、ハンドオフする。前記端末が前記衛星を追うようにアンテナを移動させるので、前記端末のアンテナの照準、すなわち前記アンテナの最高の利得方向が、方位角（azimuth）および仰角（elevation）の両方における全角度で、場合によっては移動することができる。従って、前記非静止衛星の地上の端末のアンテナの照準が、前記航空機のアンテナに直接的に向いている、という例があり得る。本開示の態様は、前記航空機の端末へのこの種の干渉を緩和するために、多数の技術を提供する。

[0036] 本開示の態様に従えば、地上基地局は、広範囲の周波数にわたり信号を広げ得、この結果、たとえスペクトルの一部が衛星地上端末によって干渉されても、航空機は、依然として、前記地上基地局から、おそらく低レートではあるが、データを受信することが可能であり得る。この広げる技術は、前記非静止衛星地上端末が一般に前記使用可能なスペクトルの小さい部分の範囲内で送信するので、使用され得る。

[0037] 本開示の態様に従えば、前記地上基地局およびサービス提供される航空機間のリンクが、レート（rate）制御され得る。フィードバックが、前記地上基地局にレートを調整するように指示するために、前記地上基地局に、前記航空機から与えられ得、かくして、前記航空機受信機は、干渉がある場合に、送信されたパケットを復号することを可能にし得る。前記航空機における干渉が増加した場合、前記航空機は、レートを落とすように、フィードバック機構を介して、前記地上基地局に通知し得る。

[0038] 本開示の他の態様に従えば、前記地上基地局は、前記地上基地局および前記航空機間のリンクに、比較的狭い周波数チャンネルを割り当て得る。これらのチャンネルが衛星地上端末によって一定の時間により干渉されていることが判る場合、前記地上基地局は、前記航空機端末に、異なる周波数チャンネルを動的に割り当て得る。前記地上基地局による動的な周波数チャンネルの割り当ては、前記航空機端末がすべての送信リンク周波数チャンネルのために前記地上基地局に送信するＳＩＮＲ（信号対干渉および雑音：Signal to Interference plus Noise Ratio）フィードバックに基づき得る。前記地上基地局および航空機端末間の送信リンクにおけるレート適応（rate adaptation）を使用することによって、上述のように、衛星地上端末からのいかなる干渉も平均的な線に落ち着かせるようにより広範囲の帯域幅にわたって前記送信リンクを広げることによって、また、高い干渉チャンネルを防ぐために動的な周波数の割り当てを使用することによって、前記地上基地局は、前記衛星地上端末が偶然前記航空機アンテナの方向に向いているときでも、おそらく低レートではあるが、地上基地局と航空機端末との間のリンクを維持することができる。

[0039] 衛星通信への起こり得る干渉に対処することに加えて、他の信号劣化問題が、本開示の態様によって、対処される。特に、本開示の態様は、前記Ｋａ帯域または前記Ｋｕ帯域がＡＴＧ通信システムによって使用されるときに、雨によって引き起こされる信号の劣化に対処するための技術を、提供する。ＡＴＧ通信システムにおいて、前記地上基地局からの航空機の仰角が小さいので、航空機および地上基地局間のパスのごく一部が、雨によって減衰される可能性が高い。衛星システムと比較してＡＴＧシステムにおける仰角が小さいので、例えば、前記ＡＴＧ信号が雨の中を横断し得る距離は、衛星システムの信号が一般的に雨の中を横断する距離より、大きい。従って、レイン・フェードによる起こり得る劣化は、衛星リンクに対してより、ＡＴＧ通信リンクに対して、より問題であり得る。

[0040] 本開示の態様は、リンク・バジェット（link budget）に適切なマージンを提供し、また、ＡＴＧシステムにおけるレイン・フェードを緩和するための技術を提供する。本開示の態様に従えば、レイン・フェードを緩和する技術は、地上基地局ダイバーシティ（ground base station diversity）を使用することである。この技術に従ってレイン・フェードを緩和するための方法は、図６を参照して説明される。方法６００のブロック６０２では、航空機のトランシーバーおよび／または地上基地局受信機が、信号強度を監視する。ブロック６０４では、前記航空機のトランシーバーおよび／または地上基地局は、前記航空機のトランシーバーおよびこれの割り当てられた地上基地局間のパスが、過度のフェードを有するかどうかを決定する。ブロック６０６では、過度のフェードがリンクに存在する場合、前記航空機のトランシーバーおよび新しい地上基地局間のパスが同様にフェードされ得る可能性を低減するために、航空機のトランシーバーが、現在の地上基地局から適切な地理的間隔を伴って他の地上基地局と通信するように、ハンドオフされる。例示的な実施形態では、航空機のトランシーバーは、典型的に、特定の時期において、北の方向に少なくとも３つの地上基地局を見ることができる。従って、前記航空機のトランシーバーから３つすべての地上基地局へのパスが同時にフェードされる可能性は低い。

[0041] 本開示の態様に従えば、前記航空機のトランシーバーは、信号強度の観点から、通信する最良の地上基地局にアクセスするために、他の隣の地上基地局から送信される信号を、定期的に探す。受信されたより強い信号を有する地上基地局が見つけられると、前記航空機のトランシーバーは、前記新しい地上基地局との通信を開始するように、指示される。各航空機のトランシーバーおよび前記地上基地局間のリンクは、衛星への干渉を低減し、すなわち最小限にしながら前記リンクを閉じるために、低減された、すなわち最小限の量のパワーが、前記航空機のトランシーバーおよび前記地上基地局の両方によって送信されることを、確実にするためにパワー制御され得る。

[0042] 本開示の態様に従えば、前記航空機のトランシーバーおよび前記地上基地局間のデータ・レートが、同様にレート制御されている。前記航空機のトランシーバーおよび前記地上基地局は、前記リンクの両端において、受信される信号対干渉および雑音（ＳＩＮＲ）を推定し、受信機が高い可能性で正確に復号し得る最高レートに、データ・レートを調整する。まず、前記航空機のトランシーバーおよび前記地上基地局は、各端部でＳＩＮＲを推定し、前記システムが動作するようにセットアップされている最高レートで送信しながら、受信機側がパケットを復号することができるように、パワーを増大させる。前記衛星アップリンク送信機からの干渉が、前記ＡＴＧシステムに対して増大する場合、または、レイン・フェードが増大し、前記送信機が最大の（もしくはいくつかの閾値の）利用可能な送信パワーを超える場合、前記航空機のトランシーバーおよび地上基地局は、これらが依然として確実にパケットを復号できるように、データ・レートをより低く調整する。

[0043] 航空機におけるアンテナは、リンク・バジェットの地上基地局アンテナ利得を増大させるために、右の地上基地局に向くようにビームを機械的または電気的に調整し得る。しかしながら、前記地上基地局のアンテナ利得は、前記地上基地局のセクター・アンテナが１つの固定のセクター・ワイド・アンテナに限定されている場合、制限されるだろう。前記地上基地局のアンテナ利得を増大させるために、１つのアプローチは、前記地上基地局から各航空機のトランシーバーへのビーム・フォーミングを使用することであり得る。本開示の一態様に従えば、航空機のトランシーバーの位置は、ＧＰＳ情報のような位置標定情報（position location information）を例えば使用して推定され、前記地上基地局からのビームは、前記航空機のトランシーバーに向けられている。これは、前記地上基地局のアンテナ利得を増大させることを助ける。本開示の他の態様に従えば、前記セクターは、複数の固定ナロー・ビーム・アンテナ（multiple fixed narrow beam antenna）を使用して、構成されている。航空機が移動するのに従って、前記地上基地局は、前記航空機のトランシーバーから受信される信号を増大させ、すなわち最大にするように、前記アップリンクにおける複数のナロー・ビームからの信号を組み合わせる。

[0044] 一実施形態では、各地上基地局が、航空機のトランシーバーへの前記ダウンリンクの方向におけるシステム・ワイド制御チャンネル（system wide control channel）に、タイム・スロットを割り当てる。前記地上基地局は、前記航空機のトランシーバーによる信号強度測定を可能にするように許容されたタイム・スロットにおいて、ワイド・ビーム上で送信する。実際のデータ送信の間に、データは、前記航空機のトランシーバーに向けられたナロー・ビーム上で、送信される。位相配列技術が、また、前記ナロー・ビームを固定するために使用されることができる。他の実施形態では、複数の固定ナロー・ビームが、形成される。

[0045] 当業者は、情報及び信号が、さまざまな異なる技術と技法のいずれかを使用して表され得ることを理解するだろう。たとえば、上記説明全体を通して言及され得るデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁場または磁性粒子、光場または光粒子、またはそれらの任意の組み合わせによって表され得る。

[0046] 本明細書に説明された機能ブロックおよびモジュールは、プロセッサ、電子デバイス、ハードウェア・デバイス、電子コンポーネント、論理回路、メモリー、ソフトウェア・コード、ファームウェア・コード等、またはそれらの任意の組み合わせを備え得る。

[0047] 当業者はさらに、ここでの開示に関連して説明されたさまざまな例示的な論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムのステップが、電子ハードウェア、コンピュータ・ソフトウェア、または両者の組み合わせとして実現され得ることを理解するだろう。ハードウェアとソフトウェアとのこの互換性を明確に説明するために、さまざまな例示的なコンポーネント、ブロック、モジュール、回路、およびステップが、それらの機能の観点で一般的に上述されている。そのような機能がハードウェアとして実現されるかソフトウェアとして実現されるかは、システム全体に課された特定の用途および設計の制約に依存する。当業者は、説明された機能を、特定の用途の各々のためにさまざまな方法で実現し得るが、そのような実現の決定は、本開示の範囲からの逸脱を生じるものとして解釈されるべきではない。

[0048] ここでの開示に関連して説明された、さまざまな例示的な論理ブロック、モジュール、および回路は、ここで説明された機能を実施するように設計された、汎用プロセッサ、デジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、または他のプログラマブル論理デバイス、離散ゲートまたはトランジスタ論理、離散ハードウェア・コンポーネント、またはそれらの任意の組み合わせを用いて、実現または実施され得る。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサであり得るが、その代わりに、プロセッサは、任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、またはステートマシンであり得る。プロセッサは、また、コンピューティング・デバイスの組み合わせ、例えば、ＤＳＰと、１つのマイクロプロセッサ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと結合された１つ以上のマイクロプロセッサとの組み合わせ、またはその他任意のそのような構成として、実現され得る。

[0049] ここでの開示に関連して説明された方法またはアルゴリズムのステップは、ハードウェアで直接的に、プロセッサによって実行されるソフトウェア・モジュールにおいて、または両者の組み合わせにおいて、具現化され得る。ソフトウェア・モジュールは、ＲＡＭメモリー、フラッシュ・メモリー、ＲＯＭメモリー、ＥＰＲＯＭメモリー、ＥＥＰＲＯＭメモリー、レジスタ、ハード・ディスク、リムーバブル・ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、または当該技術で周知のその他任意の形態の記憶媒体に存在し得る。例示的な記憶媒体は、プロセッサが記憶媒体から情報を読み取り、記憶媒体に情報を書き込むことができるように、プロセッサに結合される。あるいは、記憶媒体は、プロセッサに組み込まれ得る。プロセッサおよび記憶媒体は、ＡＳＩＣ内に存在し得る。ＡＳＩＣは、ユーザー端末内に存在し得る。代わって、プロセッサおよび記憶媒体は、ユーザー端末内の離散コンポーネントとして存在し得る。

[0050] １つ以上の例示的な設計において、説明された機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組み合わせで実現され得る。ソフトウェアで実現される場合、機能は、コンピュータ可読媒体において、１つ以上の命令またはコードとして、記憶または送信され得る。コンピュータ可読媒体は、１つの場所から別の場所へのコンピュータ・プログラムの転送を容易にする任意の媒体を含む通信媒体およびコンピュータ記憶媒体の両方を含む。記憶媒体は、汎用または専用コンピュータによってアクセスされることができる任意の利用可能な媒体であり得る。限定ではなく例として、そのようなコンピュータ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、または他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置、または他の磁気記憶デバイス、または、命令またはデータ構造の形態で所望のプログラム・コード手段を搬送または記憶するために使用されることができ、かつ、汎用または専用コンピュータ、または汎用または専用プロセッサによってアクセスされることができるその他任意の媒体を含むことができる。また、任意の接続が、コンピュータ可読媒体と適切に称される。例えば、ソフトウェアが、同軸ケーブル、光ファイバー・ケーブル、ツイスト・ペア、デジタル加入者回線（ＤＳＬ）、または赤外線、電波、およびマイクロ波などの無線技術を使用して、ウェブサイト、サーバ、または他のリモート・ソースから送信される場合、この同軸ケーブル、光ファイバー・ケーブル、ツイスト・ペア、ＤＳＬ、または赤外線、電波、およびマイクロ波などの無線技術は、媒体の定義に含まれる。ここで使用されるように、ディスク（disk）およびディスク（disc）は、コンパクト・ディスク（ＣＤ）、レーザー・ディスク（登録商標）、光ディスク、デジタル多目的ディスク（ＤＶＤ）、フロッピー（登録商標）ディスクおよびブルーレイ（登録商標）ディスクを含み、ここでディスク（disks）は、通常磁気的にデータを再生し、一方ディスク（discs）は、レーザーを用いて光学的にデータを再生する。上記の組み合わせは、また、コンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。

[0051] 本開示の先の説明は、本開示を製造または使用することをいずれの当業者にも可能にさせるために提供されている。本開示に対するさまざまな変更は、当業者に容易に理解され、ここで定義された一般的な原理は、本開示の精神または範囲から逸脱せずに、他の変形例に適用され得る。かくして、本開示は、ここに説明された例および設計に限定することを意図されていないが、ここに開示された原理および新規の特徴と一致する最も広い範囲が付与されるべきである。

Claims (44)

1. 航空機のトランシーバーと衛星アップリンク帯域において信号を送信および受信するように構成されている地上基地局であって、前記地上基地局は、前記衛星アップリンク帯域における衛星通信との干渉を低減するように構成されている、地上基地局を備えたワイヤレス通信のためのシステム。
2. 前記地上基地局は、送信のパワー・スペクトル密度を低減するために、周波数帯域にわたって送信パワーを広げるようにさらに構成されている、請求項１に記載のシステム。
3. 前記地上基地局は、地球の静止の弧から離れる方向に送信を向けるようにさらに構成されている、請求項１に記載のシステム。
4. 前記静止の弧から離れる方向に向けられている前記地上基地局の送信アンテナをさらに備えている、請求項３に記載のシステム。
5. 前記静止の弧に向けられている前記地上基地局の受信アンテナをさらに備えている、請求項４に記載のシステム。
6. 前記受信アンテナおよび送信アンテナは、別個のアンテナとして構成されている、請求項５に記載のシステム。
7. 前記受信アンテナおよび送信アンテナは、単一のアンテナにおいてビーム・フォーミングにより別個に構成されている、請求項５に記載のシステム。
8. 前記地上基地局は、前記地上基地局および航空機のトランシーバーが衛星と一列に並んでいるときに、他の地上基地局に前記航空機のトランシーバーをハンドオフするようにさらに構成されている、請求項１のシステム。
9. 衛星アップリンク帯域において通信している航空機のトランシーバーおよび地上基地局間の信号強度を監視することと、
   所定の基準に従って、信号が過度のレイン・フェードを受けているかどうかを、前記信号強度に基づいて決定することと、
   前記信号強度が過度のレイン・フェードを受けていることを決定することに応答して、前記地上基地局から第２の地上基地局へ、通信をハンドオフすることを含む、無線空対地通信システムにおける信号の劣化を防ぐ方法。
10. 前記信号強度が過度のレイン・フェードを受けていないことを決定することに応答して、前記地上基地局への通信を返すことを、さらに含む、請求項９に記載の方法。
11. 地球の静止の弧から離れた、隣接する地上基地局から送信される信号を探すことと、
    信号強度に基づいて通信するための最良の地上基地局を決定することと、
    前記最良の地上基地局を決定することに応答して、前記最良の地上基地局との通信を確立することを、さらに含む、請求項９に記載の方法。
12. 衛星通信への干渉を低減しながら通信リンクを維持するために低減されたパワーを使用するように、前記地上基地局および前記航空機のトランシーバーの送信パワーを制御することを、さらに含む、請求項９に記載の方法。
13. 前記地上基地局および航空機のトランシーバーにおいて受信される信号対干渉および雑音（ＳＩＮＲ）を推定することと、
    前記トランシーバーが所定の確率で信号を正確に復号し得る最高レートに、前記地上基地局および前記航空機のトランシーバーのデータ・レートを調整することを、さらに含む、請求項９に記載の方法。
14. 前記地上基地局のビームが、前記航空機のトランシーバーの位置を示している位置標定情報に基づいて前記航空機のトランシーバーに向けられている、請求項１３に記載の方法。
15. 前記航空機のトランシーバーにサービス提供する地上基地局に向けられるように前記航空機のトランシーバーのビームを調整することを、さらに含む、請求項９に記載の方法。
16. 前記航空機のトランシーバーへのダウンリンク方向において、システム・ワイド制御チャンネルにタイム・スロットを割り当てることと、
    信号強度測定を可能にするために、前記割り当てられたタイム・スロットにおいてワイド・ビーム上で送信することと、
    他のタイム・スロットにおいて前記航空機のトランシーバーに向けられたナロー・ビーム上で、データを送信することを、さらに含む、請求項９に記載の方法。
17. 衛星アップリンク帯域における衛星通信への干渉を低減しながら、前記衛星アップリンク帯域において信号を送信および受信するように構成されている、地上基地局と通信する航空機のトランシーバーを備えている、ワイヤレス通信のためのシステム。
18. 前記航空機のトランシーバーは、送信のパワー・スペクトル密度を低減するように、周波数帯域にわたって送信パワーを広げるようにさらに構成されている、請求項１７に記載のシステム。
19. 前記航空機のトランシーバーは、地球の静止の弧から離れる方向に送信を向けるようにさらに構成されている、請求項１７に記載のシステム。
20. 前記静止の弧から離れる方向に向けられている前記航空機のトランシーバーの送信アンテナをさらに備えている、請求項１９に記載のシステム。
21. 前記静止の弧に向けられている前記航空機のトランシーバーの受信アンテナをさらに備えている、請求項２０に記載のシステム。
22. 前記受信アンテナおよび送信アンテナは、別個のアンテナとして構成されている、請求項２１に記載のシステム。
23. 前記受信アンテナおよび送信アンテナは、単一のアンテナにおけるビーム・フォーミングにより別個に構成されている、請求項２１に記載のシステム。
24. 前記航空機のトランシーバーは、前記地上基地局および航空機のトランシーバーが衛星と一列に並んでいるときに、他の地上基地局にハンドオフされるように、さらに構成されている、請求項１７に記載のシステム。
25. 衛星アップリンク帯域において通信している航空機のトランシーバーおよび地上基地局間の信号強度を監視するための手段と、
    所定の基準に従って、信号が過度のレイン・フェードを受けているかどうかを、前記信号強度に基づいて決定するための手段と、
    前記信号が過度のレイン・フェードを受けているかどうかを決定することに応答して、前記地上基地局から第２の地上基地局に前記通信をハンドオフするための手段を備えている、ワイヤレス空対地通信システムにおける信号の劣化を防ぐための装置。
26. 前記信号強度が過度のレイン・フェードを受けていないことを決定することに応答して、通信を前記地上基地局に返すための手段をさらに備えている、請求項２５に記載の装置。
27. 地球の静止の弧から離れた、隣接する地上基地局から送信される信号を探すための手段と、
    信号強度に基づいて通信するための最良の地上基地局を決定するための手段と、
    前記最良の地上基地局を決定することに応答して、前記最良の地上基地局との通信を確立するための手段をさらに備えている、請求項２５に記載の装置。
28. 衛星通信への干渉を低減しながら通信リンクを維持するために低減されたパワーを使用するように、前記地上基地局および前記航空機のトランシーバーの送信パワーを制御するための手段をさらに備えている、請求項２５に記載の装置。
29. 前記地上基地局および前記航空機のトランシーバーにおいて、受信された信号対干渉および雑音（ＳＩＮＲ）を推定するための手段と、
    前記トランシーバーが所定の確率で信号を正確に復号し得る最高レートに、前記地上基地局および前記航空機のトランシーバーのデータ・レートを調整するための手段をさらに備えている、請求項２５に記載の装置。
30. 前記地上基地局のビームは、航空機のトランシーバーの位置を示す位置標定情報に基づいて前記航空機のトランシーバーに向けられる、請求項２９に記載の方法。
31. 前記航空機のトランシーバーにサービス提供する地上基地局に向けられるように、前記航空機のトランシーバーのビームを調整するための手段をさらに備えている、請求項２５に記載の装置。
32. 前記航空機のトランシーバーへのダウンリンク方向において、タイム・スロットを、システム・ワイド制御チャンネルに割り当てるための手段と、
    信号強度測定を可能にするために前記割り当てられたタイム・スロットにおけるワイド・ビームにおいて送信するための手段と、
    他のタイム・スロットにおける航空機のトランシーバーに向けられるナロー・ビームにおいてデータを送信するための手段を含む、請求項２５に記載の装置。
33. プログラム・コードが記憶されたコンピュータ読取可能な媒体を備え、前記プログラム・コードは、
    衛星アップリンク帯域において通信している航空機のトランシーバーおよび地上基地局間の信号強度を監視するためのプログラム・コードと、
    所定の基準に従って、信号が過度のレイン・フェードを受けるかどうかを、前記信号強度に基づいて決定するためのプログラム・コードと、
    前記信号強度が、過度のレイン・フェードを受けることを決定することに応答して、前記地上基地局から第２の地上基地局に、通信をハンドオフするためのプログラム・コードを備えている、無線ネットワークにおける無線通信のためのコンピュータ・プログラム・プロダクト。
34. 少なくとも１つのプロセッサと、
    前記少なくとも１つのプロセッサに結合されたメモリーとを備え、ここで、前記少なくとも１つのプロセッサは、
    衛星アップリンク帯域において通信する航空機のトランシーバーおよび地上基地局間の信号強度を監視するように、
    所定の基準に従って、信号が過度のレイン・フェードを受けるかどうかを、前記信号強度に基づいて決定するように、
    前記信号強度が過度のレイン・フェードを受けることを決定することに応答して、前記地上基地局から第２の地上基地局に通信をハンドオフするように、構成されている、無線通信のための装置。
35. 航空機のトランシーバーと共に衛星アップリンク帯域において地上基地局によって信号を送信および受信することを含み、前記地上基地局は、前記衛星アップリンク帯域における衛星通信への干渉を低減するように構成されている、ワイヤレス通信のための方法。
36. 送信のパワー・スペクトル密度を低減するように、周波数帯域にわたって送信パワーを広げることをさらに含む、請求項３５に記載の方法。
37. 地球の静止の弧から離れる方向に送信を向けることをさらに含む、請求項３５に記載の方法。
38. 前記静止の弧に前記地上基地局の受信アンテナを向けることをさらに含む、請求項３７に記載の方法。
39. 別個のアンテナとして、受信アンテナおよび送信アンテナを構成することをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
40. 単一のアンテナにおけるビーム・フォーミングによって、別個に前記受信アンテナおよび送信アンテナを構成することをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
41. 前記地上基地局および航空機のトランシーバーが、衛星と一列に並んでいるとき、前記航空機のトランシーバーを他の航空機のトランシーバーにハンドオフすることをさらに含む、請求項３５に記載の方法。
42. 航空機のトランシーバーと共に衛星アップリンク帯域において地上基地局によって信号を送信および受信するための手段であって、前記地上基地局は、前記衛星アップリンク帯域における衛星通信への干渉を低減するように構成されている、手段を備えている、無線通信のための装置。
43. 無線通信のための装置であって、
    少なくとも１つのプロセッサと、
    前記少なくとも１つのプロセッサに結合されたメモリーとを備え、前記少なくとも１つのプロセッサは、
    航空機のトランシーバーと共に衛星アップリンク帯域において信号を送信および受信するように構成されており、前記装置は、前記衛星アップリンク帯域における衛星通信への干渉を低減するように構成されている、装置。
44. 無線ネットワークにおける無線通信のためのコンピュータ・プログラム・プロダクトであって、
    プログラム・コードが記憶されたコンピュータ可読媒体を備え、前記プログラム・コードは、衛星アップリンク帯域における衛星通信への干渉を低減するように、航空機のトランシーバーと共に衛星アップリンク帯域において信号を送信および受信するためのプログラム・コードを含む、コンピュータ・プログラム・プロダクト。

Images