JP2024501707A - 地対航空機通信における無線周波数スペクトルを管理するシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

飛行中に使用するために確定的に航空機にスペクトルを割り当てるスペクトル管理システムを含むように構成することができる地上対空通信ネットワークが開示される。１つ以上の例では、ユーザは、所与の空域でＲＦスペクトルを管理するように構成されたスペクトル管理システムに飛行計画を送信する。１つ以上の例では、受信した飛行計画に基づいて、スペクトル管理システムは、飛行中に使用する航空機にＲＦスペクトル周波数「スロット」（すなわち、タイムスロット、サブチャネル、又はリソースブロック）を割り当てることができる。スペクトル管理システムは、その飛行中に航空機に安定した連続的な通信チャネルを提供できるＲＦスペクトルスロットを判定するために、予測されたネットワークトラフィック及びそれらのスペクトル割り当てと共に、利用可能なスペクトルを考慮に入れることができる。

Description

関連出願への相互参照

本出願は、２０２１年１２月２３日に出願された米国仮出願第６３／２９３，５７９号、２０２１年７月１日に出願された米国仮出願第６３／２１７，４６６号、及び、２０２１年１月６日に出願された米国仮出願第６３／１３４，５２１号（これらの各々の内容の全部は、参照することによって本明細書に組み込まれる）に対して利益を主張する。

本開示は、空対地通信ネットワークにおけるＲＦスペクトル管理に関し、より具体的には、地上通信ネットワークとの通信を容易にするために、ＲＦ狭帯域スペクトルチャネルを航空機のアセットに割り当てるためのシステム及び方法に関する。

有人飛行と無人飛行の両方に対する航空安全の重要な特徴の１つは、航空機のアセットが地上と通信して、運用上重要な通信を中継する能力である。航空機のアセットが地上との連続的かつ中断のない通信リンクを維持できることを確実にすることは、所与の飛行中の任意の及び全ての地点で航空機のアセットが地上コントローラから必要な情報を受け取り、地上コントローラに必要な情報を送信することを確実にする。

航空機のアセット、特に無人航空機（ＵＡＶ）の拡散は、各航空機のアセットが地上ステーションとの連続通信チャネルを有することを確実にするタスクを複雑化した。ＵＡＶは、地上との特別な通信要件を有する間中、広範囲の地理的領域にわたって長距離を飛ぶことができるようになった。例えば、地上をベースにしたＵＡＶオペレータは、地上からＵＡＶに命令を与えるだけでなく、地上をベースにしたオペレータにＵＡＶの動作状態を知らせるＵＡＶからのクリティカルテレメトリを受信するために、ＵＡＶと常時通信していなければならない。

空域における航空業務のための地上基地局と遠隔無線との間のクリティカルデータリンクの性能を確保することは、有人、無人及び任意のパイロット飛行の安全要件を支援する上で極めて重要である。データリンクは、規制当局が定めた信頼性、完全性、可用性の性能目標を満たす必要がある。遠隔無線のための連続的なデータリンクを確保することは、多くの航空機のアセットが、任意の時間に空域を通過している環境において困難である可能性がある。ＲＦスペクトルの利用可能性は特に困難な問題であり得る。航空トラフィック量の増加に伴い、ある航空機の通信が飛行中に別の航空機の通信を妨害する可能性が高まっている。所与のネットワーク内の航空機が大きな地理的エリアを横切って移動しているとき、ネットワーク干渉がさらに悪化する可能性があり、そのため、地上との連続的な通信リンクを維持するために、その飛行中に複数の地上基地局に依存しなければならない。

一態様によれば、地上対空通信ネットワークは、飛行中に使用するために確定的に航空機にスペクトルを割り当てるスペクトル管理システムを含むように構成することができる。１つ以上の例では、航空機を飛行させたいユーザは、所与の空域でＲＦスペクトルを管理するように構成されたスペクトル管理システムに飛行計画を送信する。１つ以上の例では、飛行計画には、航空機の意図された地理的ルート、飛行の開始時刻、予想される飛行の終了時刻、及びデータスループット要件や航空機の無線設定などの飛行の運用詳細を含めることができる。１つ以上の例では、受信した飛行計画に基づいて、スペクトル管理システムは、飛行中に使用する航空機にＲＦスペクトル周波数「スロット」（すなわち、タイムスロット、サブチャネル、又はリソースブロック）を割り当てることができる。１つ以上の例では、スペクトル管理システムは、飛行計画だけでなく、飛行用に作成された動的リンクバジェット、動的ＲＦカバレッジ予測、動的干渉及び共存（すなわち、時間、空間、及びＲＦチャネル使用率における他の航空機との）予測などの他の様々な要因に基づいて、どのスペクトルスロットを航空機に与えるかを選択することができる。スペクトル管理システムは、その飛行中に航空機に安定した連続的な通信チャネルを提供できるＲＦスペクトルスロットを判定するために、予測されたネットワークトラフィック及びそれらのスペクトル割り当てと共に、利用可能なスペクトルを考慮に入れることができる。

一態様によれば、飛行計画ベースの動的スペクトル／トラフィックチャネル管理システム（すなわち、スペクトル管理システム）は、地上基地局、遠隔地ベースの無線機、及び／又は遠隔機内無線機で利用可能なスペクトルリソースを予約し、割り当てることができる。１つ以上の例では、これらのスペクトルリソースは、デジタルシステムの周波数及び時間ドメインの両方に存在することができ、スペクトル帯域幅及びスペクトル帯域幅内のサブチャネル又はリソースブロックと呼ばれる個々のトラフィックチャネルを含むことができる。１つ以上の例では、トラフィックチャネル（開示全体を通じてサブチャネル、フレーム、リソースブロック、及びベアラとも呼ばれる）は、航空機と航空ネットワーク上のパイロットとの間のデータ通信を可能にする、指定された周波数での通信リンクを参照することができる。１つ以上の例では、トラフィックチャネルは、複数のサブチャネル、フレーム、リソースブロック、及びベアラとして表すことができる。システムは、利用可能なスペクトルリソース、無線リンクのスループット及び性能要件、位置（高度を含む）、期間、及び無線周波数環境などのいくつかの変数を見て、地上ベースの無線と遠隔無線との間で競合しないリソースを割り当てる。１つ以上の例では、これらの変数は、スペクトル管理システムに対するいくつかの内部及び外部コンポーネントによって取り込むことができる。大量の情報と、スペクトル管理システム内の何千ものエンドユーザによるスペクトル及び／又はトラフィックチャネル要求の可能性のために、スペクトル管理システムの「デジタルツイン」を含むことができ、これは、運用システムに影響を与えることなく、必要な解析を実行するように構成することができる。

一態様によれば、スペクトル管理システムは、航空機に提供するＲＦスペクトルスロットを決定すると、システムは、選択されたＲＦスペクトルスロット及びＲＦチャネルに関する追加情報（変調方式、エラー訂正コードなど）を、情報を取る通信ネットワーク内の１つ以上の基地局に送信し、飛行中にＲＦ通信チャネルを実行することができる。１つ以上の例では、地上基地局は、干渉のために所与の空域のアクティブなＲＦ環境を連続的に監視するように構成されるスペクトル監視システムを含むことができる。１つ以上の例では、飛行動作に衝撃を与える可能性のある望ましくない干渉が検出された場合、地上基地局は、干渉を最小化又は除去するために、望ましくない干渉源で干渉信号（すなわち、「ヌル」）を導くことができるヌル形成、ビームステアリング技術を備えたアンテナを利用することができる。１つ以上の例では、地上ベースのビーム形成アンテナを採用するのではなく、システムは、衛星上に採用されるビーム形成アンテナを利用することができる。

一態様によれば、空対地通信ネットワークにおけるＲＦスペクトルチャネルを割り当てる方法は、ユーザからの飛行計画を受信することであって、飛行計画は、空対地通信ネットワークの１つ以上のカバレッジエリア内を飛行するためのタイミング、位置、高度情報を含む、ことと、受信した飛行計画に基づいて通信ネットワークの１つ以上のカバレッジエリア内のＲＦ利用可能性を判定することと、受信した飛行計画に基づいてトラフィックチャネルプールから１つ以上のＲＦスペクトルチャネルを選択することと、受信した飛行計画に基づいて通信ネットワーク内の１つ以上の干渉信号の存在を判定し、トラフィックチャネルプールから選択した１つ以上のＲＦスペクトルチャネルがないと判定した場合、通信ネットワーク内に干渉信号がないと判定した場合、受信した飛行計画用の１つ以上のＲＦスペクトルチャネルを予約することとを含む。

オプションとして、飛行計画は、飛行計画を実行する航空機の無線構成に関する情報を含む。

オプションとして、方法は、飛行計画を実行する航空機の無線構成についての受信情報に基づいて、航空機のスループット要件を判定することを含む。

オプションとして、飛行計画は、飛行計画を実行する航空機のスループット要件を含む。

オプションとして、ユーザから受け取った飛行計画に基づいて、通信ネットワークの１つ以上のカバレッジエリアにおけるＲＦ利用可能性を判定することは、受け取った飛行計画に基づいて、飛行に対する１つ以上の動的リンクバジェットを生成することを含み、各動的リンクバジェットは、通信ネットワークの１つ以上のカバレッジエリアにおける通信リンクのＲＦ利用可能性を判定し、１つ以上のジオフェンスを

動的リンクバジェットに基づいて生成し、ユーザから受け取った飛行計画に基づいて、飛行している通信ネットワークの１つ以上のカバレッジエリアに対応する動的リンクバジェットに基づいて、ＲＦ利用可能性を判定するように構成される。

オプションとして、飛行の１つ以上の動的リンクバジェットを生成することは、動的ＲＦカバレッジ予測ツールを使用して、１つ以上の動的リンクバジェットの１つ以上のパラメータを入力することを含む。

オプションとして、トラフィックチャネルプールから１つ以上のＲＦスペクトルチャネルを選択することは、飛行のスループット要件に基づいて、飛行に割り当てるＲＦスペクトルチャネルの数を決定することを含む。

オプションとして、トラフィックチャネルプールから１つ以上のＲＦスペクトルチャネルを選択することは、トラフィックチャネルプール内の利用可能なＲＦスペクトルチャネルから、決定した数のＲＦスペクトルチャネルを選択することを含む。

オプションとして、トラフィックチャネルプールは、１つ以上の予約されたＲＦスペクトルチャネルを含み、予約されたＲＦスペクトルチャネルは、通信ネットワークの別の飛行によって既に予約されているＲＦスペクトルチャネルを含む。

オプションとして、トラフィックチャネルプールは、１つ以上の制限されたトラフィックチャネルを含み、制限されたＲＦスペクトルチャネルは、スペクトル管理システムによって使用するために予約されたＲＦスペクトルチャネルを含む。

オプションとして、通信ネットワークにおける１つ以上の干渉信号の存在を判定することは、動的干渉予測ツールを使用することを含む。

オプションとして、方法は、選択された１つ以上のＲＦスペクトルチャネルを、承認のために第三者規制機関に送信し、規制機関からの承認を受けた場合に、受信した飛行計画のために、選択された１つ以上のＲＦスペクトルチャネルを予約することを含む。

オプションとして、方法は、選択された１つ以上のＲＦスペクトルチャネルをスペクトル管理システムに送信することを含む。

オプションとして、基地局コントローラは、飛行中に受信した飛行計画を実行するために使用されるパイロットと航空機との間の通信リンクを動作するように構成される。

オプションとして、方法は、パイロットと航空機との間の通信リンクを操作するための変調方式を選択することを含む。

オプションとして、方法は、パイロットと航空機との間の通信リンクを操作するために、前方エラー訂正コードを選択することを含む。

一態様によれば、空対地通信ネットワークにおけるＲＦリンク通信を実装し維持するための方法は、空対地通信ネットワークの１つ以上のカバレッジエリアで行われる飛行に関する情報を受信することであって、情報は、飛行に関連する１つ以上のＲＦスペクトルチャネルを含む、ことと、飛行に関連する１つ以上のＲＦスペクトルチャネルに基づいて、ユーザと航空機との間の通信ネットワークにおける無線通信リンクを生成することと、受信した情報に基づいて、及び通信ネットワークの１つ以上の条件に基づいて、飛行に対する動的リンクバジェットを生成することと、生成された動的リンクバジェットに基づいて、飛行中のＲＦ通信リンクにおける１つ以上の性能低下の存在を判定することと、１つ以上の性能低下がＲＦ通信リンクに存在すると判定した場合、ＲＦ通信リンクに１つ以上の軽減策を適用することと、適用された１つ以上の軽減策に基づいて動的リンクバジェットを更新することとを含む。

オプションとして、空対地通信ネットワークの１つ以上のカバレッジエリアで実行される飛行に関する情報は、空対地通信ネットワークの１つ以上のカバレッジエリア内を飛行する飛行のタイミング、位置、及び高度情報を含む。

オプションとして、情報は、飛行計画を実行している航空機の無線構成に関する情報を含む。

オプションとして、ユーザと航空機との間の基地局でＲＦ通信リンクを生成することは、飛行に関連する１つ以上のＲＦスペクトルチャネルに基づいて、ＲＦ周波数でユーザから航空機にデータを送信することを含む。

オプションとして、ユーザと航空機との間の基地局でＲＦ通信リンクを生成することは、ユーザと航空機との間の通信のための変調方式を選択することを含む。

オプションとして、ユーザと航空機との間の基地局におけるＲＦ通信リンクを生成することは、ユーザと航空機との間の通信のための前方誤り訂正コードを選択することを含む。

オプションとして、受信された情報に基づいて、通信ネットワークの１つ以上の条件に基づいて、飛行の動的リンクバジェットを生成することは、基地局における１つ以上のＲＦ環境条件に関連する基地局からの情報を受信することを含む。

オプションとして、基地局における１つ以上のＲＦ環境条件に関連付けられた基地局からの情報は、基地局に配置されたスペクトル監視デバイスによって生成される。

オプションとして、基地局における１つ以上のＲＦ環境条件に関連する基地局からの情報は、ユーザと航空機との間のＲＦ通信リンクの１つ以上の条件を検出するように構成された基地局リンク監視ツールによって生成される。

オプションとして、動的リンクバジェットは、スペクトル監視デバイス及び基地局リンク監視ツールによって生成された情報に基づいている。

オプションとして、スペクトル監視デバイスは、基地局の監視用アンテナで受信されたＲＦ信号を受信し、処理するように構成されたソフトウェア定義受信機を含む。

オプションとして、スペクトル監視デバイスは、基地局におけるノイズフロアの電力レベルを検出するように構成されたノイズフロア監視ツールを含む。

オプションとして、スペクトル監視デバイスは、基地局では望ましくないＲＦ信号を検出するように構成された望ましくない信号検出コンポーネントを含む。

オプションとして、スペクトル監視デバイスは、基地局では望ましくないＲＦ信号電力及び方向を検出するように構成された方向及び電力検出コンポーネントを含む。

オプションとして、ＲＦ通信リンクに１つ以上の緩和を適用することは、動的リンクバジェットに関連する１つ以上のパラメータを調整することを含む。

オプションとして、動的リンクバジェットに関連する１つ以上のパラメータを調整することは、基地局のアンテナによって航空機に送信される信号の電力を増加させることを含む。

オプションとして、生成された動的リンクバジェットに基づいて、飛行中のＲＦ通信リンクにおける１つ以上の性能劣化の存在を判定することは、ＲＦ通信リンクにおける１つ以上の干渉信号の存在を判定することを含む。

オプションとして、ＲＦ通信リンク内の１つ以上の干渉信号の存在を判定することは、１つ以上の干渉信号が伝搬される基地局での方向を判定することを含む。

オプションとして、１つ以上の緩和をＲＦ通信リンクに適用することは、１つ以上の干渉信号が伝搬される方向にヌル信号を送信するように、ビームステアリングアンテナを制御することを含む。

一態様によれば、空対地通信ネットワークにおけるＲＦスペクトルチャネルを割り当てるシステムは、メモリと１つ以上のプロセッサとを含み、メモリは、１つ以上のプロセッサによって実行される１つ以上のプログラムを格納し、１つ以上のプログラムは、１つ以上のプロセッサによって実行されると、１つ以上のプロセッサに、ユーザから飛行計画を受信することであって、飛行計画は、空対地通信ネットワークの１つ以上のカバレッジエリア内を飛行するためのタイミング、位置、及び高度情報を含む、ことと、ユーザから受信した飛行計画に基づいて、通信ネットワークの１つ以上のカバレッジエリア内のＲＦ利用可能性を判定することと、受信した飛行計画に基づいて、トラフィックチャネルプールから１つ以上のＲＦスペクトルチャネルを選択することと、受信した飛行計画と、トラフィックチャネルプールから１つ以上のＲＦスペクトルチャネルにと基づいて通信ネットワークの１つ以上の干渉信号の存在を判定することと、通信ネットワーク内に干渉信号がないと判定された場合、受信した飛行計画のために選択した１つ以上のＲＦスペクトルチャネルを予約することとをさせる。

オプションとして、飛行計画は、飛行計画を実行する航空機の無線構成に関する情報を含む。

オプションとして、１つ以上のプロセッサに、飛行計画を実行する航空機の無線構成に関する受信情報に基づいて、航空機のスループット要件を判定させる。

オプションとして、飛行計画は、飛行計画を実行する航空機のスループット要件を含む。

オプションとして、ユーザから受信した飛行計画に基づいて、通信ネットワークの１つ以上のカバレッジエリアにおけるＲＦ利用可能性を判定することは、受信した飛行計画に基づいて、飛行に対する１つ以上の動的リンクバジェットを生成することであって、各動的リンクバジェットは、通信ネットワークの１つ以上のカバレッジエリアにおける通信リンクのＲＦ利用可能性を判定するように構成される、ことと、動的リンクバジェットに基づいて１つ以上のジオフェンスを生成することと、ユーザから受信した飛行計画に基づいて航空機が飛行する通信ネットワークの１つ以上のカバレッジエリアに対応する動的リンクバジェットに基づいて、ＲＦ利用可能性を判定するように構成される。

オプションとして、飛行のための１つ以上の動的リンクバジェットを生成することは、動的ＲＦカバレッジ予測ツールを使用して、１つ以上の動的リンクバジェットの１つ以上のパラメータを追加することを含む。

オプションとして、トラフィックチャネルプールから１つ以上のＲＦスペクトルチャネルを選択することは、飛行のスループット要件に基づいて、飛行に割り当てるＲＦスペクトルチャネルの個数を決定することを含む。

オプションとして、トラフィックチャネルプールから１つ以上のＲＦスペクトルチャネルを選択することは、トラフィックチャネルプール内の利用可能なＲＦスペクトルチャネルから、決定された数のＲＦスペクトルチャネルを選択することを含む。

オプションとして、トラフィックチャネルプールは、１つ以上の予約されたＲＦスペクトルチャネルを含み、予約されたＲＦスペクトルチャネルは、通信ネットワークのうちの別のものによってすでに予約されているＲＦスペクトルチャネルを含む。

オプションとして、トラフィックチャネルプールは、１つ以上の制限されたトラフィックチャネルを含み、制限されたＲＦスペクトルチャネルは、使用のために予約されたＲＦスペクトルチャネルを含む。

オプションとして、通信ネットワークにおける１つ以上の干渉信号の存在を判定することは、動的干渉予測ツールを使用することを含む。

オプションとして、１つ以上のプロセッサに、選択された１つ以上のＲＦスペクトルチャネルを、承認のために第三者規制機関に送信することと、規制機関からの承認を受けた場合に、受信した飛行計画のために、選択された１つ以上のＲＦスペクトルチャネルを予約することとをさせる。

オプションとして、１つ以上のプロセッサに、選択された１つ以上のＲＦスペクトルチャネルをスペクトル管理システムに送信させる。

オプションとして、基地局コントローラは、飛行中に受信した飛行計画を実行するために使用される、パイロットと航空機との間の通信リンクを動作するように構成される。

オプションとして、１つ以上のプロセッサに、パイロットと航空機間の通信リンクを動作させる変調方式を選択させる。

オプションとして、１つ以上のプロセッサに、パイロットと航空機間の通信リンクを操作するために順方向エラー訂正コードを選択させる。

一態様によれば、空対地通信ネットワークにおけるＲＦスペクトルチャネルを実施し維持するシステムは、メモリと１つ以上のプロセッサとを含み、メモリは、１つ以上のプロセッサによって実行される１つ以上のプログラムを格納し、１つ以上のプログラムは、１つ以上のプロセッサによって実行されると、１つ以上のプロセッサに、空対地通信ネットワークの１つ以上のカバレッジエリアで生じる飛行についての情報を受信することであって、情報は、飛行に関連する１つ以上のＲＦスペクトルチャネルを含む、ことと、飛行に関連する１つ以上のＲＦスペクトルチャネルに基づいて、ユーザと航空機との間の通信ネットワークの基地局におけるＲＦ通信リンクを生成することと、受信した情報に基づいて、且つ通信ネットワークの１つ以上の条件に基づいて、飛行のための動的リンクバジェットを生成することと、生成された動的リンクバジェットに基づいて、飛行中のＲＦ通信リンクにおける１つ以上の性能低下の存在を判定することと、ＲＦ通信リンクにおいて１つ以上の性能低下の存在が判定された場合に、ＲＦ通信リンクに１つ以上の緩和を適用することと、適用された１つ以上の緩和に基づいて動的リンクバジェットを更新することと、をさせる。

オプションとして、空対地通信ネットワークの１つ以上のカバレッジエリアで実行される飛行に関する情報は、空対地通信ネットワークの１つ以上のカバレッジエリア内を飛行する飛行のタイミング、位置、及び高度情報を含む。

オプションとして、情報は、飛行計画を実行している航空機の無線構成に関する情報を含む。

オプションとして、ユーザと航空機との間の基地局でＲＦ通信リンクを生成することは、飛行に関連する１つ以上のＲＦスペクトルチャネルに基づいて、ＲＦ周波数でユーザから航空機にデータを送信することを含む。

オプションとして、ユーザと航空機との間の基地局でＲＦ通信リンクを生成することは、ユーザと航空機との間の通信のための変調方式を選択することを含む。

オプションとして、ユーザと航空機との間の基地局におけるＲＦ通信リンクを生成することは、ユーザと航空機との間の通信のための前方誤り訂正コードを選択することを含む。

オプションとして、受信された情報に基づいて、且つ通信ネットワークの１つ以上の条件に基づいて、飛行の動的リンクバジェットを生成することは、基地局における１つ以上のＲＦ環境条件に関連する基地局から情報を受信することを含む。

オプションとして、基地局における１つ以上のＲＦ環境条件に関連付けられた基地局からの情報は、基地局に配置されたスペクトル監視デバイスによって生成される。

オプションとして、基地局における１つ以上のＲＦ環境条件に関連する基地局からの情報は、ユーザと航空機との間のＲＦ通信リンクの１つ以上の条件を検出するように構成された基地局リンク監視ツールによって生成される。

オプションとして、動的リンクバジェットは、スペクトル監視デバイス及び基地局リンク監視ツールによって生成された情報に基づいている。

オプションとして、スペクトル監視デバイスは、基地局の監視用アンテナで受信されたＲＦ信号を受信し、処理するように構成されたソフトウェア定義受信機を含む。

オプションとして、スペクトル監視デバイスは、基地局におけるノイズフロアの電力レベルを検出するように構成されたノイズフロア監視ツールを含む。

オプションとして、スペクトル監視デバイスは、基地局では望ましくないＲＦ信号を検出するように構成された望ましくない信号検出コンポーネントを含む。

オプションとして、スペクトル監視デバイスは、基地局では望ましくないＲＦ信号電力及び方向を検出するように構成された方向及び電力検出コンポーネントを含む。

オプションとして、ＲＦ通信リンクに１つ以上の緩和を適用することは、動的リンクバジェットに関連する１つ以上のパラメータを調整することを含む。

オプションとして、動的リンクバジェットに関連する１つ以上のパラメータを調整することは、基地局のアンテナによって航空機に送信される信号の電力を増加させることを含む。

オプションとして、生成された動的リンクバジェットに基づいて、飛行中のＲＦ通信リンクにおける１つ以上の性能劣化の存在を判定することは、ＲＦ通信リンクにおける１つ以上の干渉信号の存在を判定することを含む。

オプションとして、ＲＦ通信リンク内の１つ以上の干渉信号の存在を判定することは、１つ以上の干渉信号が伝搬される基地局での方向を判定することを含む。

オプションとして、１つ以上の緩和をＲＦ通信リンクに適用することは、１つ以上の干渉信号が伝搬される方向にヌル信号を送信するように、ビームステアリングアンテナを制御することを含む。

一態様によれば、空対地通信ネットワークにおいてＲＦスペクトルチャネルを割り当てるため及び電子デバイスの１つ以上のプロセッサによる実行のための１つ以上のプログラムを記憶する非一時的コンピュータ可読記憶媒体は、デバイスによって実行されると、デバイスに、ユーザから飛行計画を受信することであって、飛行計画は、空対地通信ネットワークの１つ以上のカバレッジエリア内を飛行するためのタイミング、位置、及び高度情報を含む、ことと、ユーザから受信した飛行計画に基づいて、通信ネットワークの１つ以上のカバレッジエリア内のＲＦ利用可能性を判定することと、受信した飛行計画に基づいて、トラフィックチャネルプールから１つ以上のＲＦスペクトルチャネルを選択することと、受信した飛行計画とトラフィックチャネルプールから選択した１つ以上のＲＦスペクトルチャネルに基づいて、通信ネットワーク内の１つ以上の干渉信号の存在を判定することと、通信ネットワーク内に干渉信号がないと判定された場合には、選択した１つ以上のＲＦスペクトルチャネルを予約することとをさせる。

オプションとして、飛行計画は、飛行計画を実行する航空機の無線構成に関する情報を含む。

オプションとして、デバイスに、飛行計画を実行する航空機の無線構成に関する受信した情報に基づいて、航空機のスループット要件を判定させる。

オプションとして、飛行計画は、飛行計画を実行する航空機のスループット要件で構成される。

オプションとして、ユーザから受信した飛行計画に基づいて、通信ネットワークの１つ以上のカバレッジエリアにおけるＲＦ利用可能性を判定することは、受信した飛行計画に基づいて、飛行に対する１つ以上の動的リンクバジェットを生成することを含み、各動的リンクバジェットは、通信ネットワークの１つ以上のカバレッジエリアにおける通信リンクのＲＦ利用可能性を判定し、動的リンクバジェットに基づいて１つ以上のジオフェンスを生成し、ユーザから受信した飛行計画に基づいて、飛行する通信ネットワークの１つ以上のカバレッジエリアに対応する動的リンクバジェットに基づいて、ＲＦ利用可能性を判定するように構成される。

オプションとして、飛行のための１つ以上の動的リンクバジェットを生成することは、動的ＲＦカバレッジ予測ツールを使用して、１つ以上の動的リンクバジェットの１つ以上のパラメータを追加することを含む。

オプションとして、トラフィックチャネルプールから１つ以上のＲＦスペクトルチャネルを選択することは、飛行のスループット要件に基づいて、飛行に割り当てるＲＦスペクトルチャネルの個数を決定することを含む。

オプションとして、トラフィックチャネルプールから１つ以上のＲＦスペクトルチャネルを選択することは、トラフィックチャネルプール内の利用可能なＲＦスペクトルチャネルから、決定された数のＲＦスペクトルチャネルを選択することを含む。

オプションとして、トラフィックチャネルプールは、１つ以上の予約されたＲＦスペクトルチャネルを含み、予約されたＲＦスペクトルチャネルは、すでに予約されているＲＦスペクトルチャネルを含む。

オプションとして、トラフィックチャネルプールは、１つ以上の制限されたトラフィックチャネルを含み、制限されたＲＦスペクトルチャネルは、使用のために予約されたＲＦスペクトルチャネルを含む。

オプションとして、通信ネットワークにおける１つ以上の干渉信号の存在を判定することは、動的干渉予測ツールを使用することを含む。

オプションとして、１つ以上のプロセッサに、選択された１つ以上のＲＦスペクトルチャネルを、承認のために第三者規制機関に送信することと、規制機関からの承認を受けた場合に、受信した飛行計画のために、選択された１つ以上のＲＦスペクトルチャネルを予約することとをさせる。

オプションとして、デバイスに、選択された１つ以上のＲＦスペクトルチャネルをスペクトル管理システムに送信させる。

オプションとして、基地局コントローラは、飛行中に受信した飛行計画を実行するために使用されるパイロットと航空機との間の通信リンクを動作するように構成される。

オプションとして、デバイスに、パイロットと航空機との間の通信リンクを操作するための変調方式を選択させる。

オプションとして、デバイスに、パイロットと航空機間の通信リンクを操作するために、デバイスは前方エラー訂正コードを選択させる。

オプションとして、空対地通信ネットワークにおいてＲＦスペクトルチャネルを割り当てる、空対地通信ネットワークにおいてＲＦ通信を実現し維持するための１つ以上を格納する非一時的なコンピュータ読み取り可能な記憶媒体であって、電子デバイスの１つ以上のプロセッサで実行されると、デバイスに、空対地通信ネットワークの１つ以上のカバレッジエリアにおいて発生する飛行に関する情報を受信することであって、情報は、飛行に関連する１つ以上のＲＦスペクトルチャネルを含む、ことと、飛行に関連する１つ以上のＲＦスペクトルチャネルに基づいて、ユーザと航空機との間の通信ネットワークの基地局におけるＲＦ通信リンクを生成することと、受信した情報に基づいて、且つ通信ネットワークの１つ以上の条件に基づいて、飛行についての動的リンクバジェットを生成することと、生成された動的リンクバジェットに基づいて、飛行中のＲＦ通信リンクにおける１つ以上の性能低下の存在を判定することと、ＲＦ通信リンクにおける１つ以上の性能低下が存在すると判定された場合、ＲＦ通信リンクに１つ以上の緩和を適用することと、適用された１つ以上の緩和に基づいて動的リンクバジェットを更新ことと、をさせる。

オプションとして、空対地通信ネットワークの１つ以上のカバレッジエリアで実行される飛行に関する情報は、空対地通信ネットワークの１つ以上のカバレッジエリア内を飛行する飛行のタイミング、位置、及び高度情報を含む。

オプションとして、情報は、飛行計画を実行している航空機の無線構成に関する情報を含む。

オプションとして、ユーザと航空機との間のＲＦ通信リンクを基地局で生成することは、飛行に関連する１つ以上のＲＦスペクトルチャネルに基づいて、ＲＦ周波数でユーザから航空機にデータを送信することを含む。

オプションとして、ユーザと航空機との間のＲＦ通信リンクを基地局で生成することは、ユーザと航空機との間の通信のための変調方式を選択することを含む。

オプションとして、ユーザと航空機との間のＲＦ通信リンクを基地局で生成することは、ユーザと航空機との間の通信のための前方誤り訂正コードを選択することを含む。

オプションとして、受信された情報に基づいて、且つ通信ネットワークの１つ以上の条件に基づいて、飛行の動的リンクバジェットを生成することは、基地局における１つ以上のＲＦ環境条件に関連する基地局から情報を受信することを含む。

オプションとして、基地局における１つ以上のＲＦ環境条件に関連付けられた基地局からの情報は、基地局に配置されたスペクトル監視デバイスによって生成される。

オプションとして、基地局における１つ以上のＲＦ環境条件に関連する基地局からの情報は、ユーザと航空機との間のＲＦ通信リンクの１つ以上の条件を検出するように構成された基地局リンク監視ツールによって生成される。

オプションとして、動的リンクバジェットは、スペクトル監視デバイス及び基地局リンク監視ツールによって生成された情報に基づいている。

オプションとして、スペクトル監視デバイスは、基地局の監視用アンテナで受信されたＲＦ信号を受信し、処理するように構成されたソフトウェア定義受信機を含む。

オプションとして、スペクトル監視デバイスは、基地局におけるノイズフロアの電力レベルを検出するように構成されたノイズフロア監視ツールを含む。

オプションとして、スペクトル監視デバイスは、基地局では望ましくないＲＦ信号を検出するように構成された望ましくない信号検出コンポーネントを含む。

オプションとして、スペクトル監視デバイスは、基地局では望ましくないＲＦ信号電力及び方向を検出するように構成された方向及び電力検出コンポーネントを含む。

オプションとして、ＲＦ通信リンクに１つ以上の緩和を適用することは、動的リンクバジェットに関連する１つ以上のパラメータを調整することを含む。

オプションとして、動的リンクバジェットに関連する１つ以上のパラメータを調整することは、基地局のアンテナによって航空機に送信される信号の電力を増加させることを含む。

オプションとして、生成された動的リンクバジェットに基づいて、飛行中のＲＦ通信リンクにおける１つ以上の性能劣化の存在を判定することは、ＲＦ通信リンクにおける１つ以上の干渉信号の存在を判定することを含む。

オプションとして、ＲＦ通信リンク内の１つ以上の干渉信号の存在を判定することは、１つ以上の干渉信号が伝搬される基地局での方向を判定することを含む。

オプションとして、１つ以上の緩和をＲＦ通信リンクに適用することは、１つ以上の干渉信号が伝搬される方向にヌル信号を送信するように、ビームステアリングアンテナを制御することを含む。

図１は、本開示の例に従う地対空のネットワークを示す。

図２は、開示の例に従う地対空通信ネットワークのＲＦスペクトル管理のための例示的なシステムを示す。

図３は、本開示の例に従うＲＦスペクトル割り当て及び管理のための例示的なシステムを示す。

図４Ａは、本開示の例に従う例示的なトラフィックチャネルプールを示す。

図４Ｂは、本開示の例に従う別の例示的なトラフィックチャネルプールを示す。

図５は、本開示の例に従う地対空通信ネットワークのＲＦスペクトル管理のための例示的なチャネル割当処理を示す。

図６は、本開示の例に従う例示的なスペクトル監視デバイスを示す。

図７は、本開示の例に従う代表的なビームステアリングアンテナシステムを示す。

図８は、本開示の例に従う地対空通信ネットワークのＲＦスペクトル管理のための例示的な機内処理を示す。

、 図９は、本開示の例に従うネットワークのネットワークのための例示的なシステムを示す。

図１０は、本開示の例に従う例示的な計算システムを示す。

ここで、本明細書に記載するシステム及び方法の様々な態様及びバリエーションの実装及び実施形態について詳細に言及する。本明細書には、システム及び方法のいくつかの例示的なバリエーションが説明されるが、システム及び方法の他のバリエーションは、本明細書に記載されるシステム及び方法の態様を、記載される態様のすべて又は一部の組み合わせを有する任意の適切な方法で組み合わせて含むことができる。

ここで説明するのは、地上基地局と航空機のアセットとの間のＲＦ通信を割り当て、管理するためのシステム及び方法である。開示の１つ以上の例において、パイロット又は他のユーザは、飛行計画を生成し、スペクトル管理システムに送信することができる。さらに、あるいは代替的に、パイロット又はユーザは、飛行中に使用する航空機／無線構成のタイプや、飛行中にアクセスしたい一定量のデータスループットの要求など、追加情報をスペクトル管理システムに送信することもできる。

１つ以上の例では、飛行計画及び／又はパイロットからの情報を受信すると、スペクトル管理システムは、計画された飛行中に使用するパイロットのために、ユーザとＲＦスペクトルスロットとを一致させるように進行することができる。以下でさらに詳細に説明するように、スペクトル管理システムによるパイロットの使用のためのスロットの選択は、パイロットによって提出された情報及び飛行計画に加えて、飛行中に発生する可能性のあるＲＦスペクトル干渉、ＲＦカバレッジ予測、及び飛行中に航空機が通過することになる地理的領域又は複数の地理的領域におけるＲＦスペクトル利用可能性に関する予測などの他の要因に基づいて行うことができる。

様々な実施形態によれば、所定の飛行計画に対してＲＦスペクトルスロット又はスロットが選択されると、スペクトル管理システムは、航空機に割り当てられたＲＦスペクトルスロットとその飛行計画を使用して、パイロット／オペレータと航空機との間の通信リンクを実施するように構成することもできる。１つ以上の例では、スペクトル管理システムは、選択されたＲＦスペクトルスロットを地上基地局に適用し、通信リンクに関連する他のパラメータを選択することによって、オペレータと平面との間の通信リンクを構成することができる。

以下の様々な実施形態の説明において、以下の説明で使用される単数形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、文脈が明確に別段の指示をしない限り、複数形を同様に含むことを意図していることを理解されたい。また、本明細書で使用される「及び／又は」という用語は、関連するリストされた項目の１つ以上の任意の及びすべての可能な組み合わせを指し、それらを包含することを理解されたい。「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、及び／又は「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、本明細書で使用される場合、記載された特徴、整数、ステップ、操作、要素、コンポーネント、及び／又はユニットの存在を特定するが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、操作、要素、コンポーネント、ユニット、及び／又はそれらのグループの存在又は追加を妨げないことをさらに理解されたい。

本開示のある側面では、アルゴリズムの形式で本明細書に記載する処理ステップ及び命令が含まれる。本開示の処理ステップ及び命令は、ソフトウェア、ファームウェア、又はハードウェアで具体化することができ、ソフトウェアで具体化される場合、様々なオペレーティングシステムによって使用される様々なプラットフォーム上に存在し、それらのプラットフォームから操作されるようにダウンロードすることができることに留意されたい。特に言及されない限り、以下の議論から明らかなように、記述全体を通して、「処理」、「計算（ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ）」、「計算（ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ）」、「判定」、「表示」、「生成」などの用語を利用する議論は、コンピュータシステム、又は同様の電子計算デバイスの動作及びプロセスを意味し、コンピュータシステムメモリ又はレジスタ又は他のそのような情報記憶、送信、又は表示デバイス内で物理的（電子的）量として表されるデータを操作し、変換することを意味することが理解されよう。

いくつかの実施形態における本開示はまた、本明細書における操作を実行するためのデバイスに関する。このデバイスは、要求される目的のために特別に構成されてもよく、又は、コンピュータに記憶されたコンピュータプログラムによって選択的に作動又は再構成される汎用コンピュータを含んでもよい。このようなコンピュータプログラムは、フロッピーディスク、ＵＳＢフラッシュドライブ、外付けハードドライブ、光ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、磁気光学ディスク、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気カード又は光学カード、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、又は電子命令を記憶するのに適した任意のタイプの媒体を含む、任意のタイプのディスクなどの一時的でないコンピュータ可読記憶媒体に記憶することができるが、これらに限定されない。さらに、本明細書で言及されるコンピューティングシステムは、単一のプロセッサを含んでもよく、又は異なる機能を実行したり、又は演算能力を増大させるためなど、複数のプロセッサデザインを採用したアーキテクチャであってもよい。適切なプロセッサには、中央演算装置、グラフィカル処理装置、フィールドプログラマブルゲートアレイ、及びＡＳＩＣが含まれる。

本明細書に記載する方法、デバイス、及びシステムは、特定のコンピュータ又は他のデバイスに本質的に関連するものではない。本明細書に記載される教示に従って、様々な汎用システムをプログラムとともに使用することもでき、また、必要な方法ステップを実行するために、より特殊化された装置を構築することが便利であることが判明する。様々なこれらのシステムに対して必要とされる構造は、下記の記載から明らかとなる。更に、本発明は、任意の特定のプログラミング言語を参照して記載されていない。本明細書に記載する本開示の教示を実施するために、様々なプログラミング言語を使用することができることが理解されよう。

航空機が飛行中である場合、航空機が地上と信頼性のある連続的な通信リンクを有することが重要である。例えば、航空機が地上から飛行し、オペレータによって制御される無人航空機（ＵＡＶ）の文脈では、オペレータは、ＵＡＶの状態に関する情報が継続的に更新されることを必要とする。無人飛行を容易にするために、ＵＡＶは命令を受け取ることができるように、そして、重要な遠隔測定情報を送信して飛行の状態をオペレータに知らせることができるように、地上のオペレータと継続的に連絡を取る必要がある。しかし、航空トラフィックが世界中で増加するにつれて、その飛行期間全体にわたって航空機に信頼性がある連続的な通信リンクを提供することは、困難であり得る。地対空通信ネットワークは、そのネットワーク内の単一の航空機がその飛行中に信頼性のある連続的な通信チャネルを提供できることを保証するために調整する必要がある多くの航空機、地上局、及び地理的区域を含むことができる。

図１は、本開示の例による地対空ネットワークを示す。図１の例は、１つ以上の地上基地局１０４ａ－ｃと、飛行中の１つ以上の航空機１０２との間の通信を提供するように構成することができる例示的な通信ネットワーク１００を示す。１つ以上の例では、通信ネットワーク１００は、１つ以上の地上基地局１０４ａ－ｃを含むことができる。地上基地局１０４ａ－ｃの各々は、地上から１つ以上の航空機１０２に通信を送信するように構成される１つ以上のアンテナを含む。１つ以上の例では、各地上基地局１０４ａ－ｃは、カバレッジエリア１０８ａ－ｃ内に送信を提供するように構成することができる。例えば、地上基地局１０４ａは、ＲＦスペクトル無線信号を地理的カバレッジエリア１０８ａ上で送信するように構成することができる。地上基地局１０４ｂはＲＦスペクトル無線信号を地理的カバレッジエリア１０８ｂ上で送信するように構成することができ、地上基地局１０４ｃはＲＦスペクトル無線信号を地理的カバレッジエリア１０８ｃ上で送信するように構成することができる。１つ以上の例では、地理的なカバレッジエリア１０８ａ－ｃは、特定の緯度と経度の範囲をカバーするだけでなく、地上からサービス可能な最大高度までのエリアへのカバレッジを提供する３次元エリアとすることができる。

１つ以上の例では、各航空機１０２は、その飛行の飛行期間中に、１つの地上基地局から次の地上基地局へ引き渡すことができる。例えば、飛行の開始時に、地上基地局１０４ａは地上のオペレータと航空機との間の通信チャネルを提供する責務を負うことができ、一方、航空機１０２はカバレッジエリア１０８ａ内にある。飛行中に、航空機がカバレッジエリア１０８ａからカバレッジエリア１０８ｂに移動する場合、通信チャネルを提供する責務は、地上基地局１０４ａから地上局１０４ｂに移行することができる。飛行中、航空機１０２がカバレッジエリア１０８ｂからカバレッジエリア１０８ｃに移動する場合、通信チャネルを提供する責務は、地上基地局１０４ｂから地上局１０４ｃに移行することができる。このように、通信ネットワーク１００は、飛行計画がその飛行中の任意のポイントで少なくとも１つのカバレッジエリアを通過する限り、航空機がその飛行計画に沿った任意のポイントで少なくとも１つの地上基地局との確立された通信チャネルを有することを保証するように構成することができる。

１つ以上の例において、各基地局１０４ａ－ｃは、それぞれ基地局コントローラ１０６ａ－ｃに通信可能に接続することができる。したがって、１つ以上の例において、地上基地局１０４ａは、基地局コントローラ１０６ａに通信可能に接続することができ、地上基地局１０４ｂは、基地局コントローラ１０６ｂに通信可能に接続することができ、地上基地局１０４ｃは、基地局コントローラ１０６ｃに通信可能に接続することができる。以下にさらに詳細に説明するように、各基地局コントローラは、航空機が動作するように構成されている基地局に対応するカバレッジエリア１０８ａ－ｃを通過しているときに、地上オペレータと航空機１０２との間にＲＦベースの通信チャネルを実施するように構成することができる。１つ以上の例では、ＲＦベースの通信チャネルを実施することは、航空機１０２に割り当てられたＲＦスペクトル周波数に対してオペレータによって送信される変調信号を含み、送信される信号に適切な変調スキームを適用し、エラー訂正コードのような任意の他の物理層通信プロトコルを適用することができる。

１つ以上の例において、通信ネットワーク１００の目標は、その飛行期間を通して、ネットワーク内で動作する任意の所与の航空機１０２に、連続的で信頼性のあるＲＦスペクトルチャネルを提供することである。１つ以上の例では、航空機に連続的で信頼性のあるＲＦスペクトルを提供することは、飛行期間を通して地上と通信するために信頼性の高い使用が可能な単一のＲＦスペクトルチャネル（すなわちスロット）を航空機に提供することを含むことができる。１つ以上の例では、特定の空域内の各航空機は、専用のＲＦスペクトルチャネル（すなわち航空機に固有のＲＦスペクトル内の周波数範囲であり、地上との通信の送受信には、その個々の航空機でのみ使用できる）を使用して地上と通信することができる。効率的な飛行運用を容易にするために、１つ以上の例では、対応する基地局コントローラ１０６ａ－ｃに接続された各地上基地局１０４ａ－ｃは、そのカバレッジエリア１０８ａ－ｃ内の各航空機が、その航空機に割り当てられたＲＦスペクトルチャネルで送信される通信を使用して地上と通信できるように構成することができる。

航空機に専用のＲＦスペクトルチャネルを割り当ててその飛行の飛行期間を通して使用することは困難な場合がある。多くの場合、所与の基地局が何時でも何百回もの飛行に通信チャネルを提供する責務を負い、カバレッジ内の各航空機は、空域内の他の航空トラフィックによって途切れることなく地上と通信できるように、自身の専用ＲＦスペクトルチャネルを必要とする。さらに、飛行は所与の飛行中に複数の基地局を横断し得るので、地上と競合しない通信を行うために、飛行期間全体にわたって使用することができる、飛行に専用のＲＦスペクトルを割り当てることは、同一のＲＦスペクトルチャネルを用いる２機の航空機が同一のカバレッジエリアを通過しないことを保証するために、高レベルの調整を必要とし得る。さらに、所定のカバレッジエリア内のＲＦ環境が動的であるため、所定のカバレッジエリア内の２つの飛行が同じＲＦチャネル上で動作しないことを確実にする必要があるだけでなく、航空機と地上との間のあらゆる通信が、所定のカバレッジエリア内で動作することができる様々なノイズ源からの干渉を受けないことを確実にする必要もある。これらのノイズ源には、ＲＦノイズフロア、関連又は無関係であるネットワークの同一チャネル又は隣接チャネルの干渉、ならびに帯域外干渉源が含まれる。

航空機へのＲＦスペクトルチャネルの割り当てを調整するために、１つ以上の例で、安全な航空オペレーションをサポートするように構成された動的スペクトル管理のためのシステムを、所与の通信ネットワークで動作する航空機へのＲＦスペクトルチャネル割り当てを調整するように実施することができる。１つ以上の例では、スペクトル管理システムは、地上基地局とネットワーク内の航空機上で動作する航空無線との間で無線リソースが利用可能であることを確実にするために、決定論的な方法でスペクトルとトラフィックチャネルを割り当てることができる。

図２は、開示の例に従う地対空通信ネットワークのＲＦスペクトル管理のための例示的なシステムを図示する。開示の１つ以上の例において、図２の通信ネットワーク２００は、図１に関して上述した通信ネットワーク１００と同じコンポーネント（すなわち、航空機１０２、地上基地局１０４ａ－ｃ、基地局コントローラ１０６ａ－ｃ）を含むことができるが、ネットワーク２００内の航空機１０２にＲＦスペクトルチャネルを割り当てるプロセスを管理することができる１つ以上のスペクトル管理システムコンポーネント（さらに詳細に後述する）を含むこともできる。

開示の１つ以上の例では、１つ以上のパイロット／オペレータ２０６をネットワーク２００に接続して、１つ以上の航空機にデータ（コマンドや制御データなど）を送信することができる。パイロット２０６の各々は、パイロット２０６によって制御されている航空機１０２の各々にＲＦスペクトルチャネルを割り当てるように構成することができるスペクトル管理システム２０２を通じてネットワーク２００に通信可能に接続することができる。１つ以上の例において、スペクトル管理システム２０２は、各航空機に割り当てられた特定のＲＦスペクトルチャネルを使用してＲＦ通信リンクを確立することにより、各パイロット２０６とそれらの対応する航空機１０２との間の通信リンクを容易にするように構成することができる。

開示の１つ以上の例では、スペクトル管理システムは、航空機１０２とパイロット／オペレータ２０６との間の各通信リンクをリアルタイムで管理するように構成することができる。従って、１つ以上の例において、スペクトル管理システム２０２が所与の通信リンクが侵害され又は劣化したと判定した場合、スペクトル管理システム２０２は、問題を軽減するために通信リンクを調整するアクションをとることができる。例えば、１つ以上の例では、航空機１０２によって使用されている所与のＲＦスペクトルチャネルが、もはや満足のいく性能を発揮していない場合、又は要求される仕様に対して性能を発揮していない場合、スペクトルチャネル管理システム２０２は、ＲＦスペクトルチャネル（以下に詳述する）を、リアルタイムで代替の利用可能なチャネルに変更して、各航空機が信頼性のあるＲＦ通信リンクを維持することを確実にする。１つ以上の例において、パイロットが（例えば、予期されたより長く飛行することによって）アドバタイズされた飛行計画から逸脱した場合、スペクトル管理システム２０２は、通信チャネルへのいかなる中断も確実に緩和されるように行動をとる（例えば、ＲＦチャネルを切り替えることによって）ように構成され得る。

開示の１つ以上の例では、通信チャネルをリアルタイムで管理することに加えて、スペクトル管理システム２０２は、その飛行の飛行期間に使用される、所与の飛行のための１つ以上のＲＦチャネルを割り当て、予約するように構成することができる。以下にさらに詳細に説明するように、スペクトル管理システム２０２は、パイロット／オペレータ２０６から飛行計画を受信することができ、飛行中に遭遇する可能性のある潜在的な干渉を考慮に入れた決定論的方法で、申請された飛行計画と他の要因とに基づいてＲＦチャネルを各飛行に割り当てることができる。

１つ以上の例では、また、地上との通信のために航空機にトラフィックチャネルを割り当てることに加えて、スペクトル管理システム２０２は、地上基地局との通信において航空無線機が、航空高度計更新、強化ＧＰＳ（ＲＴＫ）、及び他の航空関連サービスなどのサービスへのアクセスを得るために利用できる汎用のブロードキャスト／マルチケースサービスのために、トラフィックチャネルを１つ以上の地上基地局に割り当てるように構成することもできる。１つ以上の例では、スペクトル管理システム２０２はまた、地上基地局と通信中であるが地上局制御チャネル上のアイドルモードにある航空無線機からのオンデマンド要求又はトラフィックチャネルのための動的割り当てのために、地上基地局に割り当てられるべきトラフィックチャネルを割り当てることができる。これらのチャネルの使用例には、そのようなサービスを別の航空ネットワークに移行しようとしている他のネットワーク（すなわち、セルラー、衛星、又は他のパブリック／民間地上ネットワーク）上で運用されている航空機が含まれる。１つ以上の例では、遷移を容易にするために、地上基地局は、パイロットの要求でサブチャネルをリアルタイムスペクトル管理システム２０２及び地上基地局に動的に割り当てることができる。トラフィックチャネルが割り当てられると、航空機は、飛行動作が完了するか、チャネルがもはや必要なくなるまで（すなわち、航空機が別の地上基地局又は他のサービスプロバイダからサービスを得た）、割り当てられたチャネルで飛行動作を継続する。チャネルが不要になると、１つ以上の例で、動的に航空機に割り当てられたチャネルは、動的に割り当てられたチャネルを必要とする別の航空機への将来の動的割り当てのために、動的に割り当てられたトラフィックチャネルプールに戻すことができる。１つ以上の例では、上述のように動的に割り当てられたトラフィックチャネルの場合、スペクトル管理システム２０２は、飛行計画が別のネットワークによって提供されてもよいが、動的チャネルが割り当てられた所与の航空機に申請された飛行計画を認識することができる。１つ以上の例では、スペクトル管理システム２０２は、スペクトル管理システム２０２を連続的に更新しながら、航空機の位置を連続的に監視できる制御チャネルに沿った接続を介して、航空機の航空無線機の位置とビーム形成アンテナシステムを認識することができ、これらの両方は要求に応じてトラフィックチャネルを提供するように準備されている。

１つ以上の例では、上述のスペクトル割り当てプロセスは、スペクトル管理システム２０２によって実行することができ、又は、本明細書では「デジタルツイン」と呼ぶ別個のコンポーネントで処理することができる。情報の大容量と、所与の空域の何万というエンドユーザによるスペクトル及び／又はトラフィックチャネル要求の可能性のために、スペクトル管理システムのデジタルツインを使用して、運用システムに影響を与えることなく所要の解析を実行することができる。１つ以上の例では、図２の例に示すように、デジタルツイン２０４は、スペクトル管理システム２０２の処理負荷を低減するようにスペクトル管理システム２０２とは別に実施することができ、したがって、スペクトル管理システム２０２によって管理されている空域を通過する航空機のアクティブな通信チャネルの管理に関連するリアルタイム動作を自由に実行することができる。代わりに、デジタルツイン２０４は、空対地通信リンクのリアルタイム管理と飛行計画の両方が同じコンポーネントによって実行されるように、スペクトル管理システムの一部として実施することもできる。

１つ以上の例において、デジタルツイン２０４は、所与の飛行計画中に使用するスペクトルのために、パイロット２０６から１つ以上の要求を受信するように構成することができる。パイロットが提供する飛行計画と他の要因（以下で説明）を使用しているデジタルツインは、飛行開始時にどのＲＦスペクトルチャネルを航空機に割り当てるかを決定することができる。デジタルツイン２０４で要求が確認されると、運用スペクトル管理システム２０２上の通信チャネルの実行及び割当てを実行することができる。

上述したように、スペクトル管理システム２０２及びデジタルツイン２０４は、所与の通信ネットワークにおいて複数の航空機のＲＦスペクトルニーズを調整することができ、これにより、各個々の航空機が、その飛行の全期間中、地上との信頼性のある連続する通信チャネルへのアクセスを確実に有することができるようになる。１つ以上の例において、スペクトル管理システム２０２及びデジタルツイン２０４は、各航空機にＲＦスペクトルチャネルを割り当て及び予約するために、タンデムで動作することができ、以下に説明するように、通信リンクがその要件に対して動作していることを確実にするために、飛行中の各通信リンクを監視することができる。

特定の航空機に割り当てるＲＦチャネルを選択するには、複数の変数を分析して、選択したチャネルが飛行期間中を通じて航空機のニーズに対応できるようにする必要がある。１つ以上の例において、スペクトル管理システム２０２及びデジタルツインは、利用可能なスペクトルリソース、無線リンクのスループット及び性能要件、位置、期間、ならびに無線周波数環境などのいくつかの変数を分析して、パイロットと航空機との間で競合しないリソースを割り当てることができる。１つ以上の例では、チャネル選択に影響を与える変数は、以下に説明するように、飛行中に使用する１つ以上のＲＦチャネルに航空機を一致させるために協働するスペクトル管理システム２０２に対して、いくつかの内部及び外部コンポーネントによって追加することができる。

１つ以上の例において、デジタルツインは、その性能を向上させるために機械学習及び／又は予測分析を使用することができる。１つ以上の例において、デジタルツインは、外部要因の影響を与えられた航空機の性能を予測するために、機械学習及び／又は予測分析を使用することができる。外部要因には、天候、大気速度、気圧、及び／又は飛行性能、ひいてはネットワークの予測可能性に影響を及ぼし得る他の要因が含まれ得る。１つ以上の例において、デジタルツインは、機械学習及び／又は予測分析を使用して、外部要因又は飛行性能に基づいてネットワーク干渉を予測することができる。

１つ以上の例において、通信ネットワーク内の各パイロットは、スペクトル管理システム２０２及びデジタルツイン２０４を介して、その飛行の前及び飛行中に、通信ネットワークとインターフェースすることができる。飛行前に、また、以下に説明するように、パイロットは、スペクトル管理システム及びデジタルツインとインターフェースし、それらのファイルされた飛行計画及び他の変数に基づいて、飛行中に使用するＲＦスペクトルチャネル割当を受信することができる。飛行の間、スペクトル管理システム２０２は、連続通信リンクを確立するために、割り当てられたＲＦスペクトルチャネルを航空機とパイロットの両方に提供することができ、スペクトル管理システムは、飛行の間、リンクを監視して、それが仕様内で実行していることを確認することができる。

開示の１つ以上の例において、ネットワーク２００は、スペクトル管理システム２０２に接続されていない１つ以上の基地局を含むことができる。１つ以上の例において、スペクトル管理システム２０２へのアクセスを提供し、維持するサービスプロバイダは、すべての所望の地理的位置へのカバレッジを提供しない場合がある。１つ以上の例では、パイロットが飛行を操作したいが、既存の基地局のカバレッジエリア内に収まらないエリアでは、サービスプロバイダは、パイロットに一時的又はポータブル基地局２０８を提供することができる。１つ以上の例において、一時／ポータブル基地局はスペクトル管理システム２０２との接続を有していないかもしれず、従って、航空機にＲＦチャネルを供給する目的でスペクトル管理システムに情報を受信／送信することができない。

１つ以上の例では、一時／ポータブル基地局２０８は、一時／ポータブル基地局２０８と飛行動作のための１つ以上の航空機無線機との間のポイントツーポイント及びマルチポイントリンクをセットアップするために使用することができる。開示の１つ以上の例では、一時／ポータブル基地局２０８のオペレータは、航空機の数、飛行する回数、航空機と通信するために使用するスペクトルを記述する基地局２０８の「動作コンセプト」をサービスプロバイダに知らせることができる。スペクトル監視システム２０２は、一時／ポータブル基地局２０８にリアルタイム情報を送信することはできないが、スペクトル管理システム２０２は、一時／ポータブル基地局２０８の動作の概念を使用して、ネットワークに接続されている基地局１０６ａ－ｃのジオフェンス（詳細は後述する）を更新することができ、そのネットワーク２００内を飛行している飛行が一時／ポータブル基地局２０８の飛行動作と干渉しないことを確実にするために動作することができる。１つ以上の例において、スペクトル管理システム２０２は、一時／ポータブル基地局２０８によってなされるそれらの動作に対する物理的制限について、ネットワーク２００を通過する飛行をオペレータに通知することができ、ＲＦスペクトルスロット割り当てを行うときに、一時／ポータブル基地局２０８の動作を要因にすることができる。このように、スペクトル管理システム２０２は、一時／ポータブル基地局２０８の動作を調整しないが、一時／ポータブル基地局のポイントツーポイント動作の動作から、それ自体のネットワーク（すなわち、スペクトル管理システムに接続された基地局）を保護するように動作することができる。

図３は、本開示の例に従うＲＦスペクトル割り当て及び管理のための例示的なシステムを示す。１つ以上の例において、システム３００は、図１及び２に示される通信ネットワークの単一リンクを表すことができ、パイロット／エンドユーザ３０２と航空機３３６との間のリンクを管理するコンポーネントを含む。パイロット３０２と航空機３３６との間のリンクの開示、計画、作成、及び実行の１つ以上の例では、パイロット３０２が、それらの提案された飛行に関する情報をデジタルツイン３０４に提出することから始めることができる。１つ以上の例において、及び図３に示されるように、パイロット３０２によってデジタルツイン３０４に送信される情報は、飛行計画、航空機／無線構成、及びスループット要件を含むことができる。

１つ以上の例では、パイロット３０２によって提出される飛行計画は、提案された飛行中の航空機の意図されたタイミング、高度、位置、及び速度などの飛行ミッションの詳細を含むことができる。１つ以上の例において、パイロット３０２は、承認のために、飛行計画を両方の規制機関（連邦航空局（ＦＡＡ）のような）に提出することができ、さらに、提案された飛行の間に使用するための１つ又はＲＦスペクトルチャネルを得る目的のために、デジタルツイン３０４を介して、飛行計画をスペクトル管理システムに送ることができる。飛行計画に加えて、パイロット３０２は、デジタルツインがＲＦスペクトルチャネルを選択してユーザに割り当てるために使用できる追加情報をデジタルツイン３０４に送ることができる。例えば、１つ以上の例では、パイロット３０４は航空機又は無線構成を送信して、デジタルツイン３０４に、飛行中にパイロットが通信していることを無線機のタイプについて知らせることができる。無線構成の知識は、デジタルツイン３０４が航空機のスペクトルニーズを理解することを可能にするだけでなく、デジタルツインが変調スキーム及び進行中に活動する前方エラー訂正コードのような通信チャネルに関する他の必要な情報を判定し予測することを可能にすることができる。

開示の１つ以上の例において、パイロット３０２はまた、スループット要求をデジタルツイン３０４に送信することができる。１つ以上の例では、スループット要件は、通信リンクを介して送受信される必要があるデータの量を表すことができる。１つ以上の例では、スループットは、パイロット３０２によって指定されるか、又はパイロットによって提出された航空機／無線構成に基づいて導出することができる。例えば、１つ以上の例では、特定の航空機（ＵＡＶなど）が自動パイロット機能を適切に動作させるために、チャネルの特定のデータスループットを必要とする場合がある。そのため、航空機のタイプを知ることで、システムはその航空機のスループット要件を導き出すことができる。以下で詳細に説明するように、スループット要件は、ＲＦスペクトルチャネルの帯域幅の合計量を決定するために使用することができ、したがって、飛行のスループット要件に対応するために有効な帯域幅を有するチャネルの選択を通知することができる。

上述したように、デジタルツイン１０４は、飛行計画と、飛行中にパイロット３０２によって使用される１つ以上のＲＦスペクトルチャネルを選択するための他の情報及びパイロット３０２によってそれに送信される他の情報を使用することができる。１つ以上の例において、デジタルツイン１０４は、トラフィックチャネルプール３１４にアクセスして、所与の飛行をサービスするためのＲＦスペクトルチャネルの利用可能性を判定することができる。１つ以上の例において、トラフィックチャネルプール３１４は、所与の飛行をサービスするために使用され得るすべてのＲＦスペクトルチャネルを表すことができる。しかしながら、ネットワーク内には任意の時間に複数の航空機が存在することが可能であり、また、緊急目的（以下で詳細に説明する）のために特定のチャネルを予約する必要があるため、トラフィックチャネルプール３１４内のすべてのチャネルが、その飛行計画に基づいて飛行が必要とする時間及び位置の間、特定の航空機によって利用可能になるわけではない。

図４Ａは、開示の例による例示的なトラフィックチャネルプールを示す。１つ以上の例において、トラフィックチャネルプール４００は、最小周波数４０２及び最大周波数４０４を含むことができる。最小周波数４０２と最大４０４との間の全範囲は、ネットワークの全ＲＦスペクトル範囲を表すことができる。図４Ａの例では、最小周波数は４５４．６６５ＭＨｚとして示されているが、最大周波数４０４は４５４．９８５ＭＨｚとして示されており、これは全ＲＦスペクトル範囲が３２０ｋＨｚであることを意味している。そのため、通信ネットワークによって運用される飛行ごとに、３２０ｋＨｚの周波数スペクトル範囲内のチャネルを割り当てる必要がある。図４Ａの例に示される周波数値は例としてのみ意図されており、開示を限定するものと見なすべきではない。

１つ以上の例では、最小周波数４０２及び最大周波数４０４によって生成されるＲＦスペクトル範囲は、１つ以上のチャネル４０６に細分することができる。各チャネル４０６は、個々のユーザに割り当て可能なＲＦスペクトル範囲の最小のサブ部分を表すことができる。図４Ａの例では、３２０ｋＨｚのＲＦスペクトル範囲を６４個の個々のチャネルに分割することができ、各チャネルは５ｋＨｚ範囲を示す。１つ以上の例では、意図した飛行計画に飛行が必要とするチャネルの量は、前述のようにユーザが定義したスループット要件に基づくことができる。例えば、１つ以上の例で、５ｋＨｚを超える帯域幅がユーザに必要な場合、システムは飛行をサービスするために複数のチャネル４０６を割り当てることができる。例えば、ある飛行が、そのスループット要件に基づいて１５ｋＨｚの帯域幅を必要とする場合、システムは、トラフィックチャネルプール４００内に、隣接又は非隣接の３つの５ｋＨｚチャネルを割り当てることができ、その結果、飛行は、そのスループット要件に見合った帯域幅割り当てを有することができる。上述のチャネルサイズ及びアプリケーション全体にわたるチャネルサイズは、単なる例として意図されたものであり、全体を通して説明される技術は異なる周波数及びチャネルサイズに適用可能であり、なおも開示の範囲内であるため、制限として解釈されるべきではない。

上述したように、任意の時間にネットワーク上で動作する複数の飛行がある場合、トラフィックチャネルプール４００のＲＦスペクトル範囲内のすべてのチャネルが所与の飛行計画で利用可能であるわけではない。図４Ａの例を用いると、１つ以上のチャネル４０８は、既に他の飛行計画に割り当てられていてもよく、従って、どのチャネルを割り当てるかを決定するときに、所与のユーザに割り当てることができなくてもよい。さらに、１つ以上の例において、特定の予約済みチャネル４１０は、緊急用途のために予約され、従って、割り当てのために使用不能であり得る。例えば、飛行中にチャネルのパフォーマンスが予期しない状況によって低下した場合、システムは、飛行をその割り当てられたチャネル／チャネルから予約されたチャネル４０８の１つに切り替えて、地上との信頼性の高い通信リンクを維持することができる。１つ以上の例において、トラフィックチャネルプール４００は、規制当局によって課されるかもしれない種々の基準及び規則によって禁止されているためにシステムによって使用信号ない１つ以上の制限チャネル（図示せず）を含むことができる。１つ以上の例では、トラフィックチャネルプール４００は、特定のチャネルが現在稼動中の飛行計画によって使用されているか、又は計画中の現行飛行が稼動する時点で別の飛行計画によって使用されているため、「使用中」として指定されている１つ以上のチャネルである。１つ以上の例において、トラフィックチャネルプール４００は、「動的に割り当てられた」チャネルとして指定することができる。上述したように、動的に割り当てられたチャネルを地上基地局に割り当てることにより、航空機が地上基地局を動作させているネットワークを積極的に使用していない場合でも、動的に割り当てられたチャネルを地上基地局と通信させることができる。これらのチャネルの使用例には、そのようなサービスを別の航空ネットワークに移行しようとしている他のネットワーク（すなわち、セルラー、衛星、又は他の公的／民間地上ネットワーク）上で運用されている航空機が含まれる。１つ以上の例では、遷移を容易にするために、地上基地局は、パイロットの要求でサブチャネルをリアルタイムスペクトル管理システム２０２及び地上基地局に動的に割り当てることができる。トラフィックチャネルが割り当てられると、航空機は、飛行動作が完了するか、チャネルがもはや必要なくなるまで（すなわち、航空機が別の地上基地局又は他のサービスプロバイダからサービスを得た）、割り当てられたチャネルで飛行動作を継続する。チャネルが不要になると、１つ以上の例で、動的に航空機に割り当てられたチャネルは、動的に割り当てられたチャネルを必要とする別の航空機への将来の動的割り当てのために、動的に割り当てられたトラフィックチャネルプールに戻すことができる。１つ以上の例では、上述のように動的に割り当てられたトラフィックチャネルの場合、スペクトル管理システム２０２は、飛行計画が別のネットワークによって提供されてもよいが、動的チャネルが割り当てられた所与の航空機に申請された飛行計画を認識することができる。１つ以上の例では、スペクトル管理システム２０２は、スペクトル管理システム２０２を連続的に更新しながら、航空機の位置を連続的に監視できる制御チャネルに沿った接続を介して、航空機の航空無線機の位置とビーム形成アンテナシステムを認識することができ、これらの両方は要求に応じてトラフィックチャネルを提供するように準備されている。従って、１つ以上の例では、トラフィックチャネルプール４００は、上述のシナリオで使用するために予約されている１つ以上の「動的に割り当てられた」チャネルを有することができ、従って、ネットワークで動作する飛行に使用することができない可能性がある。

上述した図４Ａの例は、飛行中にパイロットとＵＡＳの間の通信を伝送するために使用するために、各航空機に専用トラフィックチャネルが割り当てられる、トラフィックチャネルプールの例を提供する。ただし、この例は制限と見なすべきではない。例えば、１つ以上の例では、各ＵＡＳに独自のトラフィックチャネルを割り当てるのではなく、複数のＵＡＳが複数のＵＡＳ間でチャネルを時間多重化することによって、例えば単一のチャネルを共有することができる。図４Ｂは、開示の例による別の例示的なトラフィックチャネルプールを示す。１つ以上の例において、トラフィックチャネル４１０は、図４Ａの例と同様の複数のサブチャネル４１６と、特に図４Ａのチャネル４０６とを含むことができる。

しかし、図４Ａの例とは対照的に、ベースステーションに割り当てられた各ＵＡＳにそれ自身の個々のチャネルを割り当てるのではなく、１つ以上の例で、複数のＵＡＳを同じチャネル４１６に割り当てることができる。例えば、１つ以上の例において、及び図４Ｂの例示のトラフィックチャネルプール４１６に示されるように、複数のＵＡＳは、同じサブチャネルに割り当てられた各ＵＡＳの通信が時間多重化されるシステムを使用して、単一のサブチャネル４１６を共有することができる。例えば、１つ以上の例では、特定のサブチャネル４１６は、予め定義された複数のタイムスロットを有することができる。

図４Ｂの例を見ると、１つ以上の例では、サブチャネル４１６を複数のタイムスロット４１４に分割することができる。１つ以上の例では、同じチャネルに割り当てられた複数のＵＡＳが、特定の時間内にそれらに割り当てられたタイムスロット／複数のタイムスロットの間にデータを送信することができる。例えば、サブチャネル４１６（ＳｕｂＣｈ １とラベル付けされた）は、４つの異なる航空機（ＵＡＳ１－ＵＡＳ４）に割り当てることができる。１つ以上の例では、各航空機を所定のサブチャネルの一定数のスロットに割り当てることができ、例えば、ＵＡＳ１には、スロット４１２Ａを割り当てることができ、ＵＡＳ２には、スロット４１２Ｂを割り当てることができ、ＵＡＳ３には、スロット４１２Ｃを割り当てることができ、ＵＡＳ４には、スロット４１２Ｄを割り当てることができる。１つ以上の例では、所与のサブチャネルに割り当てられたＵＡＳのいずれかが所与のフレームで２回目の送信を行う前に各ＵＡＳが１回送信するように、各スロットを構成することができる。このようにして、所与のサブチャネルに割り当てられた各ＵＡＳは、所与のスロット内でデータを送信できる。例えば、ＵＡＳ１－ＵＡＳ４は、チャネルに割り当てられたＵＡＳのいずれかが第２のタイムスロットの間にデータを送信する前に、各ＵＡＳ１－ＵＡＳ４がスロットの間に送信するようなラウンドロビン構成でデータを送信することができる。

１つ以上の例では、スロット内のフレームのサイズ及びスロットのサイズを事前に定義することができる。例えば、１つ以上の例では、フレームのサイズは、チャネル性能を改善することができる大きなフレーム（例えば、前方誤り訂正（ＦＥＣ）性能を改善するため）と、チャネル待ち時間を最小化する小さなフレームサイズとの間のバランスを最適化するように予め決定することができる。１つ以上の例では、フレームサイズは、通信チャネルの両端のハードウェアによって決定することもできる。例えば、無線が２０ｍｓのフレームサイズを使用する場合、トラフィックチャネルプール４１６のフレームサイズは、無線のフレームサイズの整数倍（すなわち８０ｍｓ）に設定することができる。１つ以上の例では、タイムスロットのフレームサイズと長さは、スロットに割り当てられたエンティティの通信ニーズを満たすように、ユーザによって構成することができる。従って、図４Ｂの例は、トラフィックチャネルプールの各サブチャネルが単一の航空機専用である例とは対照的に、ＵＡＳの量の４倍がトラフィックチャネルプール４１０を使用することを可能にすることができる。図４Ａの例と同様に、１つ以上のサブチャネル４１８は、緊急時に備えて、又は図４Ａに関して上述した他の予約済みの使用のために、予約されることができる（すなわち、どの航空機にも割り当てられない）。さらに、図４Ａの例と同様に、１つ以上のサブチャネルを１つのＵＡＳに割り当てることもできるが、別のサブチャネルを複数のＵＡＳで共有することもできる。

１つ以上の例において、図４Ｂのトラフィックチャネルプール４１６は、地上から航空機への送信に関連するフォワードスロット構造を表すことができる。１つ以上の例では、リターンスロット構造（すなわち、航空機から地上への送信）は、航空機の無線の半二重動作を可能にするために、特定の航空機に関連するリターントラフィックに、転送するフレーム内の航空機に割り当てられたタイムスロットとは異なるタイムスロットを割り当てることができることを除いて、転送するフレーム構造とほぼ同じにすることができる。１つ以上の例では、リターンスロットをフォワードスロットとは異なるＲＦサブチャネルに配置することもできる。１つ以上の例では、１つのＲＦチャネルを複数の航空機で時間的に分割できるため、１つの航空機が専用のＲＦサブチャネルに割り当てられた場合よりも、より多くの航空機がトラフィックチャネルプールのＲＦサブチャネルを使用することができ、スペクトル効率が向上する。

図３の例に戻ると、デジタルツイン３０４は、トラフィックチャネルプール３１４からチャネル又は複数のチャネルを選択することができ、上記のように、利用可能なサブチャネル３１６、予約されたチャネル３１８、及び制限されたトラフィックチャネル３２０を含むことができる。しかしながら、１つ以上の例において、単に割り当てのために利用可能なサブチャネル又は複数のチャネルを選択することは、そのチャネルを使用する通信リンクが飛行中を通して信頼できることを意味しない可能性がある。飛行中に経験する予測ＲＦ環境や予測される干渉などのさまざまな要因によって、所与のチャネルが飛行中に失敗することがある。従って、割り当て処理の一部として、デジタルツイン３０４はまた、チャネルが利用可能であることを確認し、以下に説明するように、飛行の期間を通して要件を満たすように、分析を行うことができる。

航空機にＲＦチャネルを割り当てるために、デジタルツイン３０４は、１つ以上の例で、最初に、飛行の全期間中、航空機にＲＦカバレッジが利用可能であるか否かを判定することができる。そのためには、１つ以上の例において、スペクトル管理システムのデジタルツイン１０４は、３０６に示されるように、ネットワーク内の地上基地局の各々のカバレッジエリアを「ジオフェンス（ｇｅｏｆｅｎｃｅ）」することができる。１つ以上の例において、「ジオフェンス」３０６は、飛行トラフィックに対して十分なＲＦ利用可能性があるカバレッジエリア内のゾーンを参照することができる。１つ以上の例では、パイロット３０２が飛行計画を提出すると、システムはジオフェンス３０６に問い合わせて、計画の経路全体及び飛行計画で表されたすべての高度でＲＦが利用可能であることを確認することができる。開示の１つ以上の例において、ジオフェンスは、飛行のパイロット／オペレータと共有することができ、飛行中に使用するために航空機の自動パイロットにプログラムすることができる。

１つ以上の例において、ジオフェンスは、デジタルツイン３０４によって維持される動的リンクバジェット３０８を使用して作成され得る。１つ以上の例において、各ジオフェンス３０６は、それ自身の動的リンクバジェット３０８を有することができる。動的リンクバジェット３０８は、所与のジオフェンスのＲＦ利用可能性が特定の瞬間にどのようなものであるかを判定することができ、種々のパラメータに基づいて、所与のジオフェンスに対する将来のＲＦ利用可能性を予測することさえできる。１つ以上の例では、動的リンクバジェット３０８は、アンテナゲイン、ＲＦ損失、受信機感度、電力、周波数、スペクトル帯域幅、トラフィックチャネルサイズ／量（すなわち、サブチャネル、リソースブロック）、サービス品質（ＱＯＳ）要件、変調、スペクトルモニタリングシステム結果（以下でさらに詳細に説明する）、及び任意の既知の同一チャネル干渉器の位置などのパラメータを含むことができる。動的リンクバジェット３０８はまた、ＲＦ安全マージンを含み、ジオフェンス３０６内の信頼できる通信信号を確実にすることができる。１つ以上の例において、運用スペクトル管理システム３２２（以下に詳細に説明する）は、ＲＦ環境における変化条件に基づいて変化するリンクバジェットのリアルタイムバージョンを維持することができる。１つ以上の例において、デジタルツイン３０４は、リンクバジェットのモデルを維持することができ、その動的リンクバジェット３０８は、所与の飛行パスに関連する時間に基づいて、将来の時間におけるＲＦ条件を予測するために使用することができる。１つ以上の例では、各ジオフェンスの動的リンクバジェットは、エリア内の各基地局におけるＲＦスペクトル活動の測定値を使用して検証することができ、動的リンクバジェットには最新の情報が含まれ、動的リンクバジェットがモデル化するものを表すＲＦ環境を正確に反映することを保証する。１つ以上の例では、各ジオフェンスは、スペクトル管理システムに提示された飛行計画のコンポーネント、各ベース状態で使用されるスペクトル監視システム、各基地局及び／又は衛星でのビーム／ヌル形成アンテナの能力、ならびに他の航空無線機の既知の位置に基づいて、カバレッジを予測するように構成することができる。１つ以上の例では、基地局で作成された無線リンクの実際の性能を監視することができ、ジオフェンスの妥当性確認及び修正のためにスペクトル管理システムに送られる情報を監視することができる。

１つ以上の例において、及びＲＦスペクトルチャネルを航空機に割り当てるプロセスの一部として、デジタルツイン１０４は、キャリブレーションされたＲＦカバレッジ予測ツール３１０で動的リンクバジェットを相互参照することができる。１つ以上の例では、ＲＦカバレッジ予測ツール３１０は、適切なＲＦ予測モデル、形態、トポロジ、アンテナパターン特性、及びアンテナ高度を使用して、遠隔無線構成及びユーザ要件に基づいて動的ジオフェンスカバレッジエリアを作成する。１つ以上の例では、ＲＦカバレッジ予測ツール３１０は、機械学習及び／又は予測分析を使用して、動的ジオフェンスカバレッジエリアを作成することができる。１つ以上の例では、ＲＦカバレッジ予測ツール３１０を使用して、飛行がその申請された飛行計画に基づいて伝送する各ジオフェンスカバレッジエリアの動的リンクバジェットを生成することができる。１つ以上の例において、所与の飛行計画がその飛行を通して信頼できる通信チャネルを維持することができないかもしれないことが動的リンクバジェット／予算を介して判定された場合、パイロット３０２は、飛行３３６及びパイロット３０２に飛行の間に必要とされる通信チャネルを与えるために、それらの飛行計画が変更されなければならないことを通知され得る。１つ以上の例において、飛行計画がサービス可能であると判定された場合、開示の１つ以上の例において、トラフィックチャネルプールから飛行に割り当てられた特定のＲＦスペクトルチャネル又は複数のチャネルは、動的干渉及び共存予測ツール３１２（「干渉ツール」）について相互参照され、上述のように飛行に割り当てられた特定の周波数が、ネットワーク内の別の飛行によって妨害されたり妨害したりする可能性を有するか否かを判定することができる。１つ以上の例では、干渉ツール３１２は、飛行中に発生し得る既知の同一チャネル干渉を計算するように構成することができる。１つ以上の例では、ネットワーク内で動作する他のリモート無線機が、飛行計画に基づいて特定の飛行が通過する地理的なカバレッジエリア全体に地理的に及び高度で分散できるため、同一チャネル干渉が発生する可能性がある。同一チャネル干渉が所与のチャネル割り当てを生じさせると判定される場合、いくつかの例において、デジタルツイン３０４は、別のチャネル又は複数のチャネルをトラフィックチャネルプールから選択し、干渉ツール３１２を使用して割り当てられたチャネルを分析して、パイロット３０２によって送信されたような飛行計画の全体にわたってチャネルが信頼性があり利用可能であるかどうかを判定することができる。１つ以上の例において、スペクトル管理システムは、干渉ツール３１２を使用して、１つ以上の除外ゾーン（すなわち、飛行が許可されていない場所）を設定することができる。さらに、スペクトル管理システムは、種々の規制要件、干渉、ポイントツーポイント動作、及び衛星又は地上通信ネットワークを含む代替技術動作に基づいて、１つ以上の除外ゾーンを設定することができる。

１つ以上の例では、スペクトル管理システムは、飛行中に関与する各ジオフェンスカバレッジエリア間のハンドオーバポイントを決定することができる。１つ以上の例では、ハンドオーバポイントは、航空機との接続性を失うことなく１つの基地局又は衛星から別の基地局又は衛星へ、航空機との間の送信が移転される時間又は場所を参照することができる。ハンドオーバポイントの位置及び高度は、飛行前にＲＦカバレッジ予測ツール３１０によって計算されてもよい。１つ以上の例において、予測されたハンドオーバポイントに関連する情報は、飛行前にパイロットに知らせることができる。パイロットは、除外ゾーンの決定、リソース割り当ての競合の解消、及び関連するジオフェンスカバレッジエリアの機器とアンテナシステムの設定のプロセスにおいて補助するために、予測されたハンドオーバポイントに関連する情報を使用することができる。１つ以上の例において、予測されたハンドオーバポイントに関連する情報は、航空機とパイロットが飛行の完了前にハンドオーバアクティビティを認識するように、オートパイロットにプログラムすることができる。

従って、上述したように、動的リンクバジェット３０８（動的ＲＦカバレッジ予測ツール３１０と関連させて）は、所与の飛行計画が飛行計画中の全ての地点及び時間においてＲＦカバレッジを有するか否かを判定するように構成することができ、一方、干渉ツール３１２は、トラフィックチャネルプール３１４から割り当てられたチャネルが飛行中に有害な量の干渉を受けないように構成することができる。

１つ以上の例では、スペクトル管理システムは、他のスペクトル管理システムと対話して、特定の飛行計画をサービスするためのネットワークにおけるネットワークを形成することができる。１つ以上の例では、複数のスペクトル管理システムの調整は、空域インテグレータによって実行されてもよい。空域インテグレータは、特定のスペクトル管理システムを備えた１つの特定のワイヤレスサービスのカバレッジが、要求された飛行計画のニーズを満たすことができない場合に、複数のスペクトル管理システムを効率的に連携させて飛行計画のカバレッジ要件を解決することができる。１つ以上の例において、空域インテグレータは、グローバルな利害関係者（例えば、航空トラフィック規制者、軍用飛行オペレータ、航空宇宙管理者など）、気象サービス、国の航空スペースに関連する民間ルール、及び無人トラフィック管理システムからの情報を含むことができる。空域インテグレータは、統合された情報を使用して航空機用の物理スペースを割り当てることができ、また、無線ネットワークオペレータがそのスペクトル管理システムを使用して、提出された航空計画に基づいて予測可能な飛行性能を保証することを支援することができる。例示的な空域インテグレータの詳細な説明は、以下に提供される。

上述したように、ネットワーク、動的リンクバジェット３０８又は干渉ツール３１２によって、飛行中に信頼性の高いＲＦリンクを確立できないと判定された場合、又は飛行計画の要求を満たすチャネルが、提案された飛行中に利用可能でないと判定された場合、１つ以上の例において、デジタルツイン３０４は、飛行計画を調整する必要があることをパイロット３０２に知らせることができる。

図５は、開示の例に従った、地対空通信ネットワークのＲＦスペクトル管理のための例示的なチャネル割当処理を示す。図５の処理５００は、パイロット３０２とデジタルツイン３０４との間の、上述したようなＲＦスペクトルチャネル割り当てを受信するための相互作用を示し得る。１つ以上の例において、処理５００は、ステップ５０２で開始することができ、システムは、（デジタルツイン３０４を介して）所与の飛行のためにＲＦスペクトルチャネル又は複数のチャネルを予約したいシステムのパイロット又はユーザから飛行情報を受信することができる。上述したように、そして図３を参照すると、ステップ５０４で受信した飛行情報は、飛行計画、航空機／無線構成、及びスループット要件を含むことができる。従って、ステップ５０２において、デジタルツイン３０４は、所与の飛行のＲＦチャネルニーズ並びに飛行がその飛行の間に占めるであろう地理的位置及び高度を判定するのに必要な情報をパイロット／オペレータから受信することができる。

１つ以上の例では、情報がステップ５０２で受信されると、処理５００はステップ５０４に移行し、受信した飛行情報をサイトカバレッジ及び利用可能なチャネル容量に対してマッピングすることができる。１つ以上の例では、ステップ５０４において、デジタルツイン３０４は、パイロット３０２から受信した情報を使用して、提案された飛行の全部に対するＲＦカバレッジがあるかどうかを判定し（動的リンクバジェット３０８によって判定される）、デジタルツイン３０４は、トラフィックプール３１４から利用可能なチャネル又は複数のチャネルを割り当てることもでき、干渉ツール３１２を使用して、チャネルに潜在的な干渉があるかどうかを判定することができる。１つ以上の例では、飛行全体のＲＦカバレッジを判定することは、飛行計画によって利用される各ＲＦチャネルに対して、飛行計画に関連する航空機からの送信を容易にするために、チャネル上に利用可能なタイムスロットが存在することを確実にすることを含むことができる。１つ以上の例では、ＲＦカバレッジの判定には、干渉源などのＲＦサービスに影響を与える可能性のある任意の要因を考慮することができる。従って、１つ以上の例では、飛行計画をサイトカバレッジに対してマッピングすることは、ＲＦトラフィックリソースが飛行に利用可能かどうかを判定することを含むだけでなく、飛行中のＲＦサービスの品質が許容可能な最小閾値を満たすかどうかを判定することも含むことができる。

１つ以上の例において、ステップ５０４において飛行中に使用するチャネル又は複数のチャネルを選択するために、飛行がサイトカバレッジ及び利用可能なチャネル容量に対してマッピングされると、処理５００はステップ５０６に移行することができ、そこで、チャネルの利用可能性が確認され、チャネル割り当てを伴う飛行計画の承認が要求される。１つ以上の例で、連邦航空局（ＦＡＡ）などの規制機関が、チャネル割り当てを含むすべての飛行計画を承認する必要がある場合がある。従って、ステップ５０６で、チャネルが割り当てられ、チャネルの利用可能性が確認されると、必要に応じて、スペクトル割り当てを伴う飛行計画を承認のために規制機関に送信することができる。

ステップ５０４において、サイトカバレッジ及び利用可能なチャネル容量に対して飛行をマッピングした後、ステップ５０６において、システムがチャネルの利用可能性を確認できない場合、１つ以上の例において、システムは、受信した飛行計画を拒否し、飛行計画が拒否されたことをユーザに警告することができる。さらに、あるいは、１つ以上の例では、チャネルの利用可能性の欠如に基づいて飛行計画を拒否することに加えて、システムは、飛行全体にわたってＲＦチャネルの利用可能性を確保する方法で、ユーザに、その航空機が意図した出発地から意図した目的地まで（ユーザが提出した飛行計画に基づいて）移動することを可能にする提案された修正プランを提供することができる。１つ以上の例では、飛行計画を修正することは、その飛行が行われている空域のクラスに基づいて、通信ネットワークのＲＦカバレッジ利用可能性に基づいて、或いは、通信ネットワークのトラフィックチャネル利用可能性に基づいて、航空機の意図された地理的経路（例えば、位置と高度情報）を修正することを含むことができる。さらに、又は代替的に、飛行を再ルーティングする代わりに、システムは、トラフィックチャネルの利用可能性に基づいて飛行を行うことができる時間枠（すなわち、飛行が離陸することができる時間）を修正することができる。あるいは、１つ以上の例では、飛行の優先順位に応じて、飛行計画を修正する代わりに、システムは、飛行計画をサポートするために、通信ネットワークの能力を修正することができる（例えば、優先順位に基づいて通信ネットワーク内の別の飛行計画を変更又はキャンセルし、その飛行計画が変更又はキャンセルされたことを、その飛行に関連付けられたユーザに警告することによって）。例えば、飛行計画が優先順位の高いユーザ（たとえば、医療飛行）によってシステムに送信された場合、システムは、優先飛行のために送信された飛行計画で提案された飛行中に優先飛行のＲＦチャネル利用可能性を確保するために、他の優先順位の低い飛行の飛行計画を変更又はキャンセルすることができる。

１つ以上の例において、一旦、ステップ５０６で承認の要求が送信されると、処理５００は、ステップ５０８に移行し、規制当局からの承認を受信することができる。さらに、ステップ５０８で、一旦承認を受けると、システム（すなわち、デジタルツイン３０４）は、飛行に元々割り振られ、規制機関によって承認されたチャネルを予約することができる。１つ以上の例において、チャネルがステップ５０８で予約されると、処理５００はステップ５１０に移行することができ、そこで、飛行計画が実行されるときに使用するために、予約されたチャネルがパイロット及び航空機に割り当てられる。

再び図３を参照すると、上述のように、デジタルツイン３０４は、飛行が行われる前に、飛行のためのスペクトルの割り当て及び動作の計画についての責務を負うことができる。しかしながら、通信チャネルの実際の動作は、別個のスペクトル管理システム３２２によって処理することができる。１つ以上の例では、デジタルツイン３０４及びスペクトル管理システム３０４は、単一システムとして実施することができる。あるいは、デジタルツイン３０４及びスペクトル管理システム３２２は、別個のシステムとして実施することができる。開示の１つ以上の例では、スペクトル管理システム３２２は、所与の通信ネットワークで動作している通信リンクのすべてを管理する責務を負うことができる。スペクトル管理システム３２２はリアルタイムで動作しており、複数の通信リンクに影響を与える可能性のある決定を行う必要があるため、１つ以上の例では、デジタルツイン３０４とスペクトル管理システム３２２を別々のシステム上で実施して、デジタルツイン３０４の動作がスペクトル管理システム３２２がその動作を実行する速度に影響を与えないようにすることが有利である。１つ以上の例において、及び以下に説明するように、スペクトル管理３２２は、所与の空対地通信ネットワーク内の全ての飛行に対する通信リンクを実施し、管理することに責務を負うことができる。従って、スペクトル要求がデジタルツイン３０４によって確認されると、割り当てられた単一又は複数のチャネルとの通信チャネルの実行及び割り当ては、スペクトル管理システム３２２上で実行され得る。図５の例を参照すると、ステップ５１０で単一又は複数のチャネルがデジタルツイン３０４によってオペレータに割り当てられると、処理５００はステップ５１０に移動し、チャネル割り当て及びチャネルに関するその他の追加情報を、飛行中の実施のためにスペクトル管理システム３２２に送ることができる。１つ以上の例では、追加情報は、変調方式、エラー訂正コードなどのスペクトル管理システム３２２によって予測される通信チャネルに関する他のパラメータを含むことができる。更に、又はその代わりとして、デジタルツイン３０４が追加情報を送信するのではなく、スペクトル管理システム３２２それ自体が飛行中に所与の通信を確立するのに必要な追加情報を判定することができる。

上述したように、スペクトル管理システム３２２は、所与の通信ネットワークにおいて、パイロット３０２と飛行３３６との間の全ての通信チャネルを実現するだけでなく、それらが飛行中に要件に従って動作していることを確実にするために、リンクをリアルタイムで監視する責務も負うことができる。その実装タスク及び監視タスクを実行するために、１つ以上の例では、スペクトル管理システム３２２は、図１－２に関して上述した基地局コントローラ３２４を介して通信ネットワークの各基地局３２６と通信することができる。開示の１つ以上の例では、ネットワーク内の各基地局は、航空機３３６が基地局のカバレッジエリアを通過する際に、リアルタイムで通信リンクをセットアップ及び監視する際にスペクトル管理システム３２２を支援する１つ以上のコンポーネント及びツールを含むことができる。基地局コントローラ３２４は、基地局コントローラに通信可能に接続して、スペクトル管理システムが所与の基地局のＲＦ環境を監視するために使用される１つ以上のアンテナ素子及びツールのようなセットアップ及びメンテナンスと共に課される、通信リンクを実施及び監視するために必要なコンポーネント及びツールにアクセスすることができる。

開示の１つ以上の例では、スペクトル管理システム３２２は、通信ネットワーク内の各基地局３２６に配置されたスペクトル監視デバイス３２８にアクセスし、これを制御することができる。１つ以上の例では、スペクトル監視デバイスは、基地局３２６のＲＦ環境を監視するように集合的に構成される１つ以上のハードウェア構成部品（アンテナ及びセンサなど）を含むことができる。スペクトル監視デバイスは、通信ネットワーク内の各基地局及び各基地局に配置することができ、干渉のために基地局のアクティブなＲＦ環境を継続的に測定するように構成することができる。

図６は、本開示の例に従う例示的なスペクトル監視デバイスを示す。１つ以上の例では、スペクトル監視デバイス６０４は、スペクトル管理システムによって管理されるジオフェンスを自動的かつリアルタイムに更新するために、スペクトルに関する情報をデジタルツイン及びスペクトル管理更新に通信することができる基地局コントローラ３２４内に実施することができる。基地局コントローラ３２４は、スペクトル監視デバイスが基地局のＲＦ環境を監視するために使用するセンサとして機能することができる１つ以上のタワーに搭載された監視アンテナ６０２と通信可能に接続（例えば同軸接続による）することができる。１つ以上の例では、アンテナ６０２は衛星に搭載されてもよい。１つ以上の例では、スペクトル監視デバイス６０４は、監視アンテナ６０２によって受信されたＲＦ信号を受信して処理するように構成することができるソフトウェア定義受信機６０６を含むことができる。ソフトウェア定義受信機は、スペクトル監視デバイス６０４の１つ以上のコンポーネントによって使用され、基地局のＲＦ環境を監視するために必要な解析を実行することができる。

不要なＲＦ信号を検出することに加えて、スペクトル監視デバイス６０４は、不要な信号の正確な電力及び方向を検出することができる方向／電力検出コンポーネント６１２を含むことができる。以下に詳細に説明するように、基地局は、望ましくない潜在的に干渉するＲＦ信号を最小化又は除去するために利用することができるビームステアリングアンテナを含むことができる。従って、方向／電力検出コンポーネント６１２は、不要な信号がどのパワー及び方向から来ているかを判定するために使用することができ、不要な信号を無効化又は最小化するためにビームステアリングアンテナを使用することができる。１つ以上の例では、ビームステアリングアンテナは、個々のトラフィック／リソースチャネル毎に個々の無線周波数フロントエンドを備えるように構成することができる。無線周波数フロントエンドは、無線性能を改善し、雑音を低減し、無線リンク性能又はシステム容量を増加し、追加の電力管理能力を提供するために、アンテナから所望又は望ましくないターゲットに向かって電力を動的又は直接調整することができる。１つ以上の例では、方向／電力検出コンポーネント６１２及びビームステアリングアンテナは、衛星に配置することができる。

１つ以上の例において、スペクトル監視デバイス６０４は、ＲＦ署名データベース６１４を含むことができる。ＲＦ署名データベース６１４は、スペクトル監視デバイスが識別のために既知のＲＦ署名のデータベースと任意の識別された不要なＲＦ信号を比較することを可能にすることができる。１つ以上の例では、不要な干渉源のＲＦ署名（許可なくスペクトルを使用している悪意のあるユーザなど）がＲＦ署名データベースを使用して識別できる場合、そのインシデントは規制当局に報告され、悪意のあるユーザに対する潜在的なアクションが可能である。

１つ以上の例では、スペクトル管理システム３２２は、スペクトル監視デバイス６０４によって生成されたデータを利用して、各通信リンクが所望の性能レベルまで確実に実行するように、その責務において１つ以上の通信チャネルを調整することができる。図３に戻って参照すると、基地局３２６は、基地局カバレージエリアからの不要なＲＦ信号を緩和又は除去するように構成された１つ以上のビームステアリングアンテナコンポーネント３３０を含むことができる。１つ以上の例では、ＲＦ干渉は、隣接する空域を飛ぶ高度航空機などの既知の干渉源、又は許可なくＲＦスペクトルを使用している悪意のあるユーザなどの非協力的な発生源から発生する可能性がある。これらのタイプの干渉に対する防御として、１つ以上の例において、基地局３２６は、干渉体をヌルに指定することができ、干渉体が基地局で動作している航空機に引き起こす可能性のある干渉を排除するか実質的に減少させるように働くことができるビーム／ヌル形成ステアリングアンテナ３３０を含むことができる。

図７は、開示の実施例による代表的なビームステアリングアンテナシステムを示している。図７は、システムの特徴をより良く示すために、通信ネットワーク７００の文脈における例示的なビームステアリングアンテナシステムを示す。１つ以上の例において、通信ネットワーク７００は、２つの別個の基地局７０８及び基地局７０４を含むことができる。１つ以上の例では、基地局７０８は所望の信号７１４を、基地局７０８のカバレッジエリアを通過している航空機７０６に送信することができる。図７の例では、基地局７０８は４５９．８２５ＭＨｚのＲＦ信号を送信するものとして示している。１つ以上の例では、航空機７０６は、図に示すように、２５，０００フィートの高度で飛行することができる。

１つ以上の例では、通信システム７００は、基地局７０８のカバレッジエリアに隣接するカバレッジエリアで動作している基地局７０４を含むこともできる。１つ以上の例では、基地局７０４は、所望の信号７１２を、航空機７０６が基地局７０８のカバレッジエリアを送信しているのと同時に、それ自体のカバレッジエリアを遷移している航空機７０２に送信することができる。図７の例では、航空機７０２は、１２００フィートで飛行し、航空機７０６が対応する基地局７０８と通信するために使用しているのと同じ周波数である４５９．８２５ＭＨｚを中心とするＲＦチャネルを使用して基地局７０４と通信していることが示されている。

図７に示すように、航空機７０６は航空機７０２とは異なる基地局で動作しているが、基地局７０８とのその通信は航空機７０２とその基地局７０２との通信との干渉を引き起こす可能性がある。１つ以上の例では、その相対的に高い高度のため、（航空機７０６の方に向けられている）基地局７０８の所望の信号７１４は、望ましくない信号７１０の形式で基地局７０４によって観測することができる。基地局７０８と航空機７０６との間の通信によって引き起こされる望ましくない信号７１０は、航空機７０２と基地局７０４との間の信号７１２と同じ周波数である４５９．８２５ＭＨｚにすることができる。従って、望ましくない信号７１０は、所望の信号７１２との干渉を引き起こし得る。

１つ以上の例では、図６に関連して上述したスペクトル監視デバイスならびに基地局リンク監視ツール（以下に詳述する）を用いて、ネットワーク上の既知の航空無線機のすべてに関する知識を有するスペクトル管理システム３２２は、既知又は未知の望ましくない信号７１０の存在を検証又は検出することができ、基地局７０４のタワーに取り付けられて航空機７０２のＲＦスペクトル環境から望ましくない信号７１０を実質的に低減又は除去するビーム／ヌル形成ステアリングアンテナ７１６を利用することができる。１つ以上の例では、ビーム／ヌル形成ステアリングアンテナ７１６は、衛星に搭載することができる。１つ以上の例では、ビーム／ヌル形成ステアリングアンテナ７１６は、望ましくない信号の方向に向けることができる操縦可能なアンテナとして構成することができる。１つ以上の例では、ビーム／ヌル形成ステアリングアンテナ７１６は、ＲＦエネルギーを特定の所望の方向に送信するように構成することができるビームフォーミング機能性を有するフェーズドアレーアンテナとして実施することができる。１つ以上の例では、ビームの方向は、基地局７０４に接続された基地局コントローラ又はスペクトル管理システム３２２によって直接制御することができる。１つ以上の例では、ビーム／ヌル形成ステアリングアンテナ７１６が衛星に搭載されている場合、基地局コントローラは衛星と通信してアンテナを制御してビームの方向を制御させることができる。

１つ以上の例では、スペクトル管理システム３２２が、ネットワーク内の特定の基地局で不要な信号を検出した場合、スペクトル管理システム３２２は、スペクトル監視デバイスを使用して、信号の方向ならびに信号の電力を判定することができる（例えば、方向／電力検出コンポーネント６１２を使用することによって）。スペクトル管理システム３２２が望ましくない信号の電力及び方向を判定すると、ビームステアリングアンテナ７１６を制御して、望ましくない信号の方向にヌルを形成することができ、また、逐次ノイズキャンセル及びマルチユーザ検出のようなノイズキャンセル技術を導入することによって、基地局７０４のＲＦカバレッジエリア内の望ましくない信号の影響を実質的に低減することができる。１つ以上の例において、ビームは、所望のターゲットと所望のターゲットとの間のノイズをキャンセルするために、指定された方向にＲＦエネルギを送信するように構成してもよい。

再び図３を参照すると、スペクトル監視デバイス３２８、及びビーム／ヌル形成ステアリングアンテナ３３０に加えて、１つ以上の例では、基地局３２６は基地局リンク監視機能３３２を含む。１つ以上の例において、基地局リンク監視機能３３２は、基地局３２６においてスペクトル管理システム３２２によって割り当てられた個々のリンクの各々を監視する。スペクトル監視機能３２８は、基地局３２６のすべてのアクティブな無線リンクを個別に監視するように構成され、スペクトル管理システム３２２をリアルタイムに更新して、航空機及びオペレータによる個々のリンクの予測パフォーマンス及び利用を必要に応じて検証及び調整することができる。

１つ以上の例において、スペクトル管理システム３２２がネットワーク内のすべての通信リンクの状態又は干渉を検出した場合、動的リンクバジェットを調整し、ビーム／ヌル形成ステアリングアンテナ機能を実施する動的ＲＦカバレッジ予測を更新し、検出された干渉源にヌルを適用し、何らかのカバレッジ変更をオペレータに通知することにより、性能の低下を緩和することができる。しかしながら、１つ以上の例において、スペクトル管理システム３２２が上述の技術を通じて状況を緩和できない場合、スペクトル管理システム３２２は、ネットワーク内の個々の航空機のＲＦスペクトルチャネルの割り当てを変更して、使用するためのより好ましい通信チャネルを見つけることができる。従って、１つ以上の例では、基地局は、サービスの問題を経験し、それらの周波数を変更する必要がある可能性がある航空機に割り当てるために、システムによって予約された１つ以上のサブチャネル及びリソースブロック３３４を含むことができる。

図４Ａに関して上述したように、トラフィックチャネルプール３１４内の１つ以上のチャネルは、緊急の目的のために予約可能である。スペクトル管理システム３２２によって制御されている基地局３２６は、元々割り当てられた通信リンクに障害が発生したり、受け入れられないサービス品質を有する場合に備えて、これらの予約されたチャネルを飛行中の航空機に割り当てる目的で、これらの予約されたチャネルにアクセスすることができる。１つ以上の例において、基地局コントローラ３２４は、飛行が空中になったらリンクを動作するように構成することもできる。さらに、基地局コントローラ３２４は、飛行中に動作して、通信ネットワーク内の各航空機に品質の高いＲＦ通信リンクが提供されることを確実にすることができる。従って、パイロットが離陸してその飛行計画を実行する準備ができたとき、１つ以上の例において、基地局コントローラ３２４は、スペクトル管理システム３２２によって提供されるパラメータを使用して、飛行の間、通信リンクを実施及び管理することができる。開示の１つ以上の例において、スペクトル管理システム３２２は、（基地局コントローラ３２４からのデータを使用して）発生中の飛行を追跡することができ、ユーザによって提出された飛行計画を実際の飛行と比較することができる。飛行が終了すると、１つ以上の例において、スペクトル管理システムは、ネットワークから航空機の航空無線機を登録解除し、割り当てられたＲＦスペクトルチャネルをトラフィックチャネルプール３１４に戻すことによって、リンクが不要になったときに基地局コントローラに通知することができる。

図８は、本開示の例による、地対空通信ネットワークのＲＦスペクトル管理のための例示的な飛行中の処理を示す。１つ以上の例において、図８のプロセス８００はステップ８０２から始まり、飛行に関するチャネル情報が基地局コントローラ３２４においてスペクトル管理システム３２２から受信される。上述したように、図３のデジタルツイン３０４は、飛行計画及びパイロットからの他のデータを取り込み、提供された情報に基づいて、トラフィックチャネルプール３１４にＲＦスペクトルチャネル又は複数のチャネルを割り当てるように構成することができる。チャネルが割り当てられ、チャネルに関する他のパラメータが決定されると、デジタルツイン３０４は、ステップ８０２で、スペクトル管理システム３２２によって受信され、基地局コントローラ３２４に送信される情報を送信することができる。スペクトル管理システム３２２から基地局コントローラ３２４に提供される情報は、飛行３３６がパイロット３０２によって実行される時点で特定の飛行のための通信チャネルを提供する方法について、基地局制御デバイス３２４に通知することができる。

飛行をその飛行計画毎に開始する準備ができたとき、１つ以上の例において、処理８００はステップ８０４に移動することができ、そこで基地局コントローラ３２４は、（デジタルツイン３０４によって生成された）スペクトル管理システム３２２によって送信された通信リンクパラメータを使用して、（ビーム形成アンテナを使用して）通信リンクを作成する。１つ以上の例では、通信リンクを作成することは、適切な方向（飛行がある場所）にポインティングアンテナを設けることと、割り当てられたＲＦスペクトルチャネルに基づいて基地局で信号を送受信するための適切なＲＦ周波数を設定することと、変調スキーム及びフォワードエラー訂正コードのような任意の他のパラメータを適用することとを含み得る。

１つ以上の例において、リンクがステップ８０４で作成され、飛行が進行中であり、通信リンクを利用しているならば、処理８００はステップ８０６に移動することができ、そこで、通信は、基地局３２６に接続されている基地局コントローラ３２４によってモニタされる。１つ以上の例において、通信リンクを監視することは、上述したように、スペクトル監視デバイス３２８及び／又は基地局リンク監視ツール３３２を使用して、基地局のスペクトル環境を監視することを含むことができる。ステップ８０４で、処理８００はリンクを監視して、リンクの要件が常に満たされていることを確認することができる。ステップ８０４におけるリンクの監視の一環として、スペクトル管理システム３２２は、飛行のためのカバレッジ及び干渉アプリケーションに加えて、リアルタイムの動的リンクバジェットを更新することによって、基地局に関連するカバレッジエリアの１つ以上のジオフェンスを作成し、維持し、かつ更新することができる。１つ以上の例では、動的リンクバジェットは、デジタルツインによって保持される動的リンクバジェットと同じパラメータを含むことができるが、将来のリンク性能を予測する役に立つのではなく、スペクトル管理システムによって維持される動的リンクバジェットをリアルタイムで更新して、飛行中にリンク性能を監視することができる。１つ以上の例において、スペクトル監視デバイス３２８及び基地局リンク監視ツール３３２に提供される情報を使用して、動的リンクバジェットを更新することができる。

一旦監視がステップ８０６で開始されると、処理８００はステップ８０８に移行し、通信リンクが妨害されているか否かについての判定が行われる。１つ以上の例では、干渉は、動的リンクバジェットへの変更によって、又はスペクトル監視デバイス３２９及び／又はリンク監視ツール３３２から直接検出することができる。１つ以上の例では、ステップ８０８で干渉が検出されない場合、処理８００はステップ８０６に戻り、そこで通信リンクは干渉についてさらに監視される。一方、ステップ８０８において、干渉が検出されている場合、プロセス８００はステップ８１０へ移行することができ、ここで、スペクトル管理システム又は基地局コントローラは干渉を緩和しようと試みる。１つ以上の例で、干渉を緩和するには、動的リンクバジェットを含むＧｅｏｆｅｎｃｅの調整、トラフィックチャネルの変更、及び／又は利用可能なジオフェンスされたサービスエリアのパイロットへの通知を含むことができる。これに加えて或いは代替として、干渉体の方向及び周波数にヌル信号を印加して飛行の通信リンクに対するその効果を試し及び緩和するために、図７に関して上述したビームステアリングアンテナを用いて干渉を緩和することができる。

１つ以上の例において、そして、緩和がステップ８１０で適用された後に、処理８００はステップ８１２に移行し、ステップ８１０で緩和を促す問題が解決されたかどうかについての判定が行われる。開示の１つ以上の例において、問題が解決されたかどうかを判定することは、（緩和に応じて更新されたように）通信リンクが現在その要件に従って動作しているかどうかを見るために、動的リンクバジェットを見ることを含むことができる。１つ以上の例において、ステップ８１２で判定されたように問題が解決された場合、処理８００はステップ８０６に戻り、リンクがさらに監視される。

しかしながら、ステップ８１２で問題が解決されない場合には、処理８００はステップ８１４に移行し、スペクトル管理システム３２２は、例えば、予約されたチャネルの１つをトラフィックチャネルプールから飛行に割り当てることによって、飛行に割り当てられたチャネルを変更することができる。上述したように、緊急用途のためにトラフィックチャネルプールからの予約されたチャネルは、飛行のために割り振られたチャネルがもはやサービス不可能な状況、あるいは、飛行計画が変更された状況（例えば、飛行が空中になる期間を変更することによって）において、それが最初に割り振られたチャネルが飛行全体で利用可能でない可能性がある場合に使用することができる。従って、１つ以上の例では、ステップ８１４において、処理８００は、飛行に依然として信頼性が高く連続的なチャネルを提供しようとするときに、飛行の割り当てられたチャネルを予約されたチャネルに変更することができる。１つ以上の例では、ステップ８１４でチャネルを変更するプロセスの一部として、スペクトル管理システム３２２は、その変更について航空機にだけでなくパイロットに知らせることができる。

上述したように、スペクトル管理システム３２２は、飛行の間、通信リンクをセットアップ及び監視することができ、飛行の間に、信頼性が高く連続的な通信リンクが脅かされた場合に行動をとる能力を有する。デジタルツイン３０４と連動して、システム全体は、飛行のための通信チャネルを計画し、飛行のための通信を実施し、飛行中の飛行の通信リンクに関する問題に応答することができる。

上述したように、スペクトル管理システム３２２は、他のスペクトル管理システムと対話して、特定の飛行計画をサービスするためのカバレッジ要件を解決するために効率的に動作するネットワークのネットワークを形成することができる。ネットワークのネットワークは、１つのスペクトル管理システムが要求された飛行計画のニーズを満たすことができない場合、１つ以上の無線ネットワークオペレータからのカバレッジを調整することができる。ネットワークのネットワークはまた、複数のスペクトル管理システムを調整して、飛行中に最良の無線接続を利用して、より広い地理的範囲にわたるより信頼性の高いネットワーク接続を提供することができる。

図９は、開示の例による、ネットワークのネットワークのための例示的なシステムを示す。ネットワーク９００のネットワークは、１つ以上の無線ネットワークオペレータ９０２を含むことができる。１つ以上の例では、１つ以上の無線ネットワークオペレータ９０２内の各ネットワークは、上述の説明に従って動作するデジタルツインを有するスペクトル管理システムを含むことができる。

ネットワーク９００のネットワークは、パイロット９０４を含んでもよい。パイロット９０４は、図３に示すパイロット３０４の例であってもよい。パイロット９０４は、ネットワーク９００のネットワークに入力を提供し得る。１つ以上の例において、パイロット９０４は、飛行計画を提出し、航空機及び無線機を構成し、及び／又はスループット要件を入力することができる。パイロット９０４からの入力は、無線ネットワークオペレータ９０２の通信チャネルを実施するために空域インテグレータ９０６によって使用され得る。

１つ以上の例において、複数の無線ネットワークオペレータ９０２の調整は、空域インテグレータ９０６によって実行されてもよい。空域インテグレータ９０６は、特定のスペクトル管理システムを有する１つの特定の無線サービスとのカバレッジが要求された飛行計画のニーズを満たすことができない場合に、複数の無線ネットワークオペレータ９０２が効率的に協働して飛行計画のカバレッジ要件を解決することを可能にし得る。

１つ以上の例において、空域インテグレータ９０６は、グローバルな利害関係者９１０からの情報を含むことができる。グローバルな利害関係者９１０は、航空交通管制、ＮＡＳＡ、国家規制当局、軍事飛行オペレータ、航空宇宙インテグレータ、気象サービス、ＥＡＳＡ、及び無人トラフィック管理システムを含む。１つ以上の例では、空域インテグレータ９０６は、国の民間空域９０８に関連するルールを含むことができ、空域インテグレータ９０６は、グローバルな産業利害関係者９１０及び民間空域９０８からの統合された情報を使用して、航空機に物理スペースを割り当てることができ、さらに、無線ネットワークオペレータ９０２をそのスペクトル管理システムと共に支援して、提出された飛行計画に基づいて予測可能な飛行性能を保証することができる。

図１０は、いくつかの実施形態による計算システム１０００の一例を示し、システム１０００は、クライアント又はサーバとすることができる。図１０に示されるように、システム１０００は、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、サーバ、電話又はタブレットのようなハンドヘルドコンピューティングデバイス、又は専用デバイスのような、任意の適切なタイプのプロセッサベースのシステムとすることができる。システム１０００は、例えば、１以上の入力デバイス１０２０、出力デバイス１０３０、１以上のプロセッサ１０１０、記憶装置１０４０、及び通信デバイス１０６０を含むことができる。入力デバイス１０２０及び出力デバイス１０３０は、一般に、上述のものに対応し、コンピュータに接続可能又は統合可能である。

入力デバイス１０２０は、タッチスクリーン、キーボード又はキーパッド、マウス、仮想／拡張現実システムのジェスチャ認識コンポーネント、又は音声認識デバイスなどの入力を提供する任意の適切なデバイスとすることができる。出力デバイス１０３０は、ディスプレイ、タッチスクリーン、ハプティクスデバイス、仮想／拡張現実ディスプレイ、又はスピーカなどの、出力を提供する任意の適切なデバイスであってもよく、又はそれを含むものであってもよい。

記憶装置１０４０は、ＲＡＭ、キャッシュメモリ、ハードドライブ、リムーバブル記憶ディスク、又は他の非一時的コンピュータ可読媒体を含む電気的、磁気的、又は光学的メモリなどの記憶装置を提供する任意の適当なデバイスとすることができる。通信デバイス１０６０は、ネットワークインタフェースチップ又はデバイスなどの、ネットワークを介して信号を送受信できる任意の適当なデバイスを含むことができる。計算システム１０００のコンポーネントは、物理バスを介して、又はワイヤレスでなどの任意の適切な方法で接続することができる。

プロセッサ１０１０は、中央演算装置（ＣＰＵ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、及び特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）のいずれか又は任意の組合せを含む、任意の適切なプロセッサ又はプロセッサの組み合せとすることができる。記憶装置１０４０に記憶され、１つ以上のプロセッサ１０１０によって実行されるソフトウェア１０５０は、例えば、本開示の機能性又は機能性の一部を具現化するプログラミングを含むことができる（例えば、上述のようにデバイスに具現化される）。

ソフトウェア１０５０は、上述のような命令実行システム、装置、又はデバイスからソフトウェアに関連する命令をフェッチし、命令を実行することができる、上述のような命令実行システム、装置、又はデバイスによる使用又はそれに関連する装置による使用のために、任意の非一時的コンピュータ可読記憶媒体内に記憶及び／又は移送することもできる。本開示の文脈において、コンピュータ可読記憶媒体は、命令実行システム、装置又はデバイスによって、又はそれに関連して使用するためのプログラムを収容又は記憶することができる、記憶装置１０４０などの任意の媒体であることができる。

また、ソフトウェア１０５０は、上述のような命令実行システム、装置、又はデバイスによって、又はそれに関連して使用するために、任意の搬送媒体内に伝搬され、命令実行システム、装置、又はデバイスからソフトウェアに関連する命令をフェッチして、その命令を実行することができる。本開示の文脈では、搬送媒体は、命令実行システム、装置、又はデバイスによって、又はそれに関連して使用するために、通信、伝搬又は搬送プログラムを行うことができる任意の媒体であってもよい。搬送コンピュータ可読媒体は、電子媒体、磁気媒体、光学媒体、磁気媒体、赤外線有線媒体、又は無線伝搬媒体を含むことができるが、これらに限定されない。

システム１０００は、任意の適切なタイプの相互接続通信システムとすることができるネットワークに接続することができる。ネットワークは、任意の適切な通信プロトコルを実施することができ、任意の適切なセキュリティプロトコルによって保護することができる。ネットワークは、無線ネットワークコネクション、Ｔ１又はＴ３回線、ケーブルネットワーク、ＤＳＬ、又は電話回線など、ネットワーク信号の送受信を実施できる任意の適切な配置のネットワークリンクを含むことができる。

システム１０００は、ネットワーク上で動作するのに適した任意のオペレーティングシステムを実現することができる。ソフトウェア１０５０は、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｊａｖａ又はＰｙｔｈｏｎのような任意の適切なプログラミング言語で書くことができる。様々な実施形態では、本開示の機能性を具体化するアプリケーションソフトウェアは、例えば、クライアント／サーバ配置で、又はＷｅｂベースのアプリケーション又はＷｅｂサービスとしてのＷｅｂブラウザを介して、異なる構成で展開することができる。

前述の説明は、説明のために、特定の実施形態を参照して説明された。しかしながら、上記の説明は、網羅的であること、又は本発明を開示された正確な形式に限定することを意図していない。上記技術を考慮した多くの修正及び変形が可能である。実施形態は、技術の原理及び実用的な利用を最もよく説明するために選択され、説明されたものである。これにより、当業者は、意図された特定の用途に適したものとして本技術と様々な修正を伴う様々な修正を最も有効に利用することができる。明確性と簡潔な説明のために、特徴は、本明細書において、同一又は別個の実施形態の一部として記述されるが、開示の範囲は、記述された特徴のすべて又は一部の組合せを有する実施形態を含むことが理解されるであろう。

本開示及び例は添付の図面を参照して十分に説明されたが、様々な変更及び修正が当業者にとって明らかであることに留意されるべきである。そのような変更及び修正は、本開示及び例の範囲内に含まれるものとして特許請求の範囲によって定義されるように理解されるべきである。最後に、本出願で言及されている特許及び公報の全体の開示は、ここに参照により組み込まれる。

Claims (42)

1. 空対地通信ネットワークにおいて無線周波数（ＲＦ）スペクトルトラフィックリソースを割り当てる方法であって、前記方法は、
   ユーザから飛行計画を受信することであって、前記飛行計画は、前記空対地通信ネットワークの１つ以上のカバレッジエリアを飛行する飛行のタイミング、位置、及び高度情報を含む、ことと、
   前記ユーザからの前記受信した飛行計画に基づいて、前記通信ネットワークの前記１つ以上のカバレッジエリアにおけるＲＦ通信チャネルの利用可能性を判定することであって、前記通信ネットワークの前記１つ以上のカバレッジエリアにおけるＲＦ通信チャネルの利用可能性を判定することは、
   前記受信した飛行計画に基づいて、トラフィックリソースプールから１つ以上のＲＦスペクトルトラフィックリソースを選択することと、
   前記受信した飛行計画と前記トラフィックリソースプールからの前記選択した１つ以上のＲＦスペクトルトラフィックリソースとに基づいて、前記通信ネットワークの１つ以上の干渉信号の存在を判定することと、を含む、ことと、
   前記通信ネットワークに干渉信号がないと判定された場合、前記受信した飛行計画のための前記選択した１つ以上のＲＦスペクトルトラフィックリソースを予約することと、を含む方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記飛行計画は、前記飛行計画を実行する航空機の無線構成に関する情報を含み、前記方法は、前記飛行計画を実行する前記航空機の前記無線構成についての前記受信した情報に基づいて、前記航空機のスループット要件を決定することを含む、方法。
3. 請求項１又は２に記載の方法であって、前記ユーザからの前記受信した飛行計画に基づいて、前記通信ネットワークの前記１つ以上のカバレッジエリアにおけるＲＦ通信チャネルの利用可能性を判定することは、
   前記受信した飛行計画に基づいて、前記飛行のための１つ以上の動的リンクバジェットを生成することであって、各動的リンクバジェットが、前記通信ネットワークの１つ以上のカバレッジエリアにおける通信リンクのＲＦスペクトルの利用可能性を判定するように構成される、ことと、
   前記動的リンクバジェットに基づいて１つ以上のジオフェンスを生成することと、
   前記ユーザからの前記受信した飛行計画に基づいて前記航空機が飛行する前記通信ネットワークの前記１つ以上のカバレッジエリアに対応する前記動的リンクバジェットに基づいて、ＲＦスペクトルの利用可能性を判定することとを含む、方法。
4. 請求項３に記載の方法であって、前記飛行のための前記１つ以上の動的リンクバジェットを生成することは、前記１つ以上の動的リンクバジェットの１つ以上のパラメータを入力するために動的ＲＦカバレッジ予測ツールを使用することを含む、方法。
5. 請求項１から４に記載の方法であって、前記トラフィックリソースプールから１つ以上のＲＦスペクトルトラフィックリソースを選択することは、前記飛行のスループット要件に基づいて、前記飛行に割り当てるＲＦスペクトルトラフィックリソースの数を決定することを含む、方法。
6. 請求項５に記載の方法であって、前記トラフィックリソースプールから１つ以上のＲＦスペクトルトラフィックリソースを選択することは、前記トラフィックリソースプールにおける前記利用可能なＲＦスペクトルトラフィックリソースから前記決定された数のＲＦスペクトルトラフィックリソースを選択することを含む、方法。
7. 請求項１から６に記載の方法であって、前記１つ以上のＲＦスペクトルチャネルリソースは、１つ以上のＲＦスペクトルチャネルを含み、前記トラフィックチャネルプールからの前記１つ以上のＲＦスペクトルチャネルの各ＲＦスペクトルチャネルは、複数のタイムスロットを含み、前記複数のタイムスロットは、複数の航空機のそれぞれが、それぞれのタイムスロットの間に前記ＲＦスペクトルチャネルを使用して通信するように、前記複数の航空機に割り当てられるように構成される、方法。
8. 請求項７に記載の方法であって、前記通信ネットワークの前記１つ以上のカバレッジエリアにおけるＲＦ利用可能性を判定することは、選択されたＲＦスペクトルチャネルが、受信した飛行計画に割り当てるための、前記複数のタイムスロットからの利用可能なタイムスロットを有するかを判定することを含む、方法。
9. 請求項１から８に記載の方法であって、前記通信ネットワークに干渉信号があると判定された場合、前記受信した飛行計画を拒否して、前記飛行計画が拒否されたことを前記ユーザに警告する、方法。
10. 請求項１から９に記載の方法であって、前記通信ネットワークに干渉信号があると判定された場合、前記受信した飛行計画を修正する、方法。
11. 請求項１０に記載の方法であって、前記受信した飛行計画を修正することは、前記飛行が実施されている空域のクラスに基づいて、前記飛行計画の前記位置及び高度情報を修正することを含む、方法。
12. 請求項１０又は１１に記載の方法であって、前記受信した飛行計画を修正することは、前記通信ネットワークの前記ＲＦカバレッジ利用可能性に基づいて、前記飛行計画の前記位置及び高度情報を修正することを含む、方法。
13. 請求項１０から１２に記載の方法であって、前記受信した飛行計画を修正することは、前記通信ネットワークのトラフィックリソースの利用可能性に基づいて、前記飛行計画の前記位置及び高度情報を修正することを含む、方法。
14. 請求項１から１３に記載の方法であって、前記通信ネットワークに干渉信号があると判定された場合、前記通信ネットワークにおける別の飛行計画を変更又はキャンセルし、飛行計画が変更又はキャンセルされたことをその飛行に関連する前記ユーザに警告する、方法。
15. 空対地通信ネットワークにおいて無線周波数（ＲＦ）スペクトルトラフィックリソースを割り当てるシステムであって、前記システムは、
    メモリと、
    １つ以上のプロセッサと、を含み、
    前記メモリは１つ以上のプログラムを格納し、前記１つ以上のプログラムは、前記１つ以上のプロセッサによって実行されると、前記１つ以上のプロセッサに、
    ユーザから飛行計画を受信することであって、前記飛行計画は、前記空対地通信ネットワークの１つ以上のカバレッジエリアを飛行する飛行のタイミング、位置、及び高度情報を含む、ことと、
    前記ユーザからの前記受信した飛行計画に基づいて、前記通信ネットワークの前記１つ以上のカバレッジエリアにおけるＲＦ通信チャネルの利用可能性を判定することであって、前記通信ネットワークの前記１つ以上のカバレッジエリアにおけるＲＦ通信チャネルの利用可能性を判定することは、
    前記受信した飛行計画に基づいて、トラフィックリソースプールから１つ以上のＲＦスペクトルトラフィックリソースを選択することと、
    前記受信した飛行計画と前記トラフィックリソースプールからの前記選択した１つ以上のＲＦスペクトルトラフィックリソースとに基づいて、前記通信ネットワークの１つ以上の干渉信号の存在を判定することと、を含む、ことと、
    前記通信ネットワークに干渉信号がないと判定された場合、前記受信した飛行計画のための前記選択した１つ以上のＲＦスペクトルチャネルを予約することとをさせる、システム。
16. 請求項１５に記載のシステムであって、前記飛行計画は、前記飛行計画を実行する航空機の無線構成に関する情報を含み、前記１つ以上のプロセッサに、前記飛行計画を実行する前記航空機の前記無線構成についての前記受信した情報に基づいて、前記航空機のスループット要件を決定することをさせる、システム。
17. 請求項１５又は１６に記載のシステムであって、前記ユーザからの前記受信した飛行計画に基づいて、前記通信ネットワークの前記１つ以上のカバレッジエリアにおけるＲＦ通信チャネルの利用可能性を判定することは、
    前記受信した飛行計画に基づいて、前記飛行のための１つ以上の動的リンクバジェットを生成することであって、各動的リンクバジェットが、前記通信ネットワークの１つ以上のカバレッジエリアにおける通信リンクのＲＦスペクトルの利用可能性を判定するように構成される、ことと、
    前記動的リンクバジェットに基づいて１つ以上のジオフェンスを生成することと、
    前記ユーザからの前記受信した飛行計画に基づいて前記航空機が飛行する前記通信ネットワークの前記１つ以上のカバレッジエリアに対応する前記動的リンクバジェットに基づいて、ＲＦスペクトルの利用可能性を判定することとを含む、システム。
18. 請求項１７に記載のシステムであって、前記飛行のための前記１つ以上の動的リンクバジェットを生成することは、前記１つ以上の動的リンクバジェットの１つ以上のパラメータを入力するために動的ＲＦカバレッジ予測ツールを使用することを含む、システム。
19. 請求項１５から１８に記載のシステムであって、前記トラフィックリソースプールから１つ以上のＲＦスペクトルトラフィックリソースを選択することは、前記飛行のスループット要件に基づいて、前記飛行に割り当てるＲＦスペクトルトラフィックリソースの数を決定することを含む、システム。
20. 請求項１９に記載のシステムであって、前記トラフィックリソースプールから１つ以上のＲＦスペクトルトラフィックリソースを選択することは、前記トラフィックリソースプールにおける前記利用可能なＲＦスペクトルトラフィックリソースから前記決定された数のＲＦスペクトルトラフィックリソースを選択することを含む、システム。
21. 請求項１５から２０に記載のシステムであって、前記１つ以上のＲＦスペクトルチャネルリソースは、１つ以上のＲＦスペクトルチャネルを含み、前記トラフィックチャネルプールからの前記１つ以上のＲＦスペクトルチャネルの各ＲＦスペクトルチャネルは、複数のタイムスロットを含み、前記複数のタイムスロットは、複数の航空機のそれぞれが、それぞれのタイムスロットの間に前記ＲＦスペクトルチャネルを使用して通信するように、前記複数の航空機に割り当てられるように構成される、システム。
22. 請求項２１に記載のシステムであって、前記通信ネットワークの前記１つ以上のカバレッジエリアにおけるＲＦ利用可能性を判定することは、選択されたＲＦスペクトルチャネルが、受信した飛行計画に割り当てるための、前記複数のタイムスロットからの利用可能なタイムスロットを有するかを判定することを含む、システム。
23. 請求項１５から２２に記載のシステムであって、前記通信ネットワークに干渉信号があると判定された場合、前記１つ以上のプロセッサに、前記受信した飛行計画を拒否して、前記飛行計画が拒否されたことを前記ユーザに警告することをさせる、システム。
24. 請求項１５から２３に記載のシステムであって、前記通信ネットワークに干渉信号があると判定された場合、前記１つ以上のプロセッサに、前記受信した飛行計画を修正することをさせる、システム。
25. 請求項２４に記載のシステムであって、前記受信した飛行計画を修正することは、前記飛行が実施されている空域のクラスに基づいて、前記飛行計画の前記位置及び高度情報を修正することを含む、システム。
26. 請求項２４又は２５に記載のシステムであって、前記受信した飛行計画を修正することは、前記通信ネットワークの前記ＲＦカバレッジ利用可能性に基づいて、前記飛行計画の前記位置及び高度情報を修正することを含む、システム。
27. 請求項２４から２６に記載のシステムであって、前記受信した飛行計画を修正することは、前記通信ネットワークのトラフィックリソースの利用可能性に基づいて、前記飛行計画の前記位置及び高度情報を修正することを含む、システム。
28. 請求項１５から２７に記載のシステムであって、前記通信ネットワークに干渉信号があると判定された場合、前記１つ以上のプロセッサに、前記通信ネットワークにおける別の飛行計画を変更又はキャンセルし、飛行計画が変更又はキャンセルされたことをその飛行に関連する前記ユーザに警告することをさせる、システム。
29. 空対地通信ネットワークにおいてＲＦスペクトルチャネルを割り当てる１つ以上のプログラムを格納する非一時的コンピュータ可読記録媒体であって、前記１つ以上のプログラムは、電子デバイスの１つ以上のプロセッサによって実行され、前記デバイスによって実行されると、前記デバイスに、
    ユーザから飛行計画を受信することであって、前記飛行計画は、前記空対地通信ネットワークの１つ以上のカバレッジエリアを飛行する飛行のタイミング、位置、及び高度情報を含む、ことと、
    前記ユーザからの前記受信した飛行計画に基づいて、前記通信ネットワークの前記１つ以上のカバレッジエリアにおけるＲＦ通信チャネルの利用可能性を判定することであって、前記通信ネットワークの前記１つ以上のカバレッジエリアにおけるＲＦ通信チャネルの利用可能性を判定することは、
    前記受信した飛行計画に基づいて、トラフィックリソースプールから１つ以上のＲＦスペクトルトラフィックリソースを選択することと、
    前記受信した飛行計画と前記トラフィックリソースプールからの前記選択した１つ以上のＲＦスペクトルトラフィックリソースとに基づいて、前記通信ネットワークの１つ以上の干渉信号の存在を判定することと、を含む、ことと、
    前記通信ネットワークに干渉信号がないと判定された場合、前記受信した飛行計画のための前記選択した１つ以上のＲＦスペクトルチャネルを予約することとをさせる、非一時的コンピュータ可読記録媒体。
30. 請求項２９に記載の非一時的コンピュータ可読記録媒体であって、前記飛行計画は、前記飛行計画を実行する航空機の無線構成に関する情報を含み、前記デバイスに、前記飛行計画を実行する前記航空機の前記無線構成についての前記受信した情報に基づいて、前記航空機のスループット要件を決定することをさせる、非一時的コンピュータ可読記録媒体。
31. 請求項２９又は３０に記載の非一時的コンピュータ可読記録媒体であって、前記ユーザからの前記受信した飛行計画に基づいて、前記通信ネットワークの前記１つ以上のカバレッジエリアにおけるＲＦ通信チャネルの利用可能性を判定することは、
    前記受信した飛行計画に基づいて、前記飛行のための１つ以上の動的リンクバジェットを生成することであって、各動的リンクバジェットが、前記通信ネットワークの１つ以上のカバレッジエリアにおける通信リンクのＲＦスペクトルの利用可能性を判定するように構成される、ことと、
    前記動的リンクバジェットに基づいて１つ以上のジオフェンスを生成することと、
    前記ユーザからの前記受信した飛行計画に基づいて前記航空機が飛行する前記通信ネットワークの前記１つ以上のカバレッジエリアに対応する前記動的リンクバジェットに基づいて、ＲＦスペクトルの利用可能性を判定することとを含む、非一時的コンピュータ可読記録媒体。
32. 請求項３１に記載の非一時的コンピュータ可読記録媒体であって、前記飛行のための前記１つ以上の動的リンクバジェットを生成することは、前記１つ以上の動的リンクバジェットの１つ以上のパラメータを入力するために動的ＲＦカバレッジ予測ツールを使用することを含む、非一時的コンピュータ可読記録媒体。
33. 請求項２９から３２に記載の非一時的コンピュータ可読記録媒体であって、前記トラフィックリソースプールから１つ以上のＲＦスペクトルトラフィックリソースを選択することは、前記飛行のスループット要件に基づいて、前記飛行に割り当てるＲＦスペクトルトラフィックリソースの数を決定することを含む、非一時的コンピュータ可読記録媒体。
34. 請求項３３に記載の非一時的コンピュータ可読記録媒体であって、前記トラフィックリソースプールから１つ以上のＲＦスペクトルトラフィックリソースを選択することは、前記トラフィックリソースプールにおける前記利用可能なＲＦスペクトルトラフィックリソースから前記決定された数のＲＦスペクトルトラフィックリソースを選択することを含む、非一時的コンピュータ可読記録媒体。
35. 請求項２９から３４に記載の非一時的コンピュータ可読記録媒体であって、前記１つ以上のＲＦスペクトルチャネルリソースは、１つ以上のＲＦスペクトルチャネルを含み、前記トラフィックチャネルプールからの前記１つ以上のＲＦスペクトルチャネルの各ＲＦスペクトルチャネルは、複数のタイムスロットを含み、前記複数のタイムスロットは、複数の航空機のそれぞれが、それぞれのタイムスロットの間に前記ＲＦスペクトルチャネルを使用して通信するように、前記複数の航空機に割り当てられるように構成される、非一時的コンピュータ可読記録媒体。
36. 請求項３５に記載の非一時的コンピュータ可読記録媒体であって、前記通信ネットワークの前記１つ以上のカバレッジエリアにおけるＲＦ利用可能性を判定することは、選択されたＲＦスペクトルチャネルが、受信した飛行計画に割り当てるための、前記複数のタイムスロットからの利用可能なタイムスロットを有するかを判定することを含む、非一時的コンピュータ可読記録媒体。
37. 請求項２９から３６に記載の非一時的コンピュータ可読記録媒体であって、前記通信ネットワークに干渉信号があると判定された場合、前記デバイスに、前記受信した飛行計画を拒否して、前記飛行計画が拒否されたことを前記ユーザに警告することをさせる、非一時的コンピュータ可読記録媒体。
38. 請求項２９から３７に記載の非一時的コンピュータ可読記録媒体であって、前記通信ネットワークに干渉信号があると判定された場合、前記デバイスに、前記受信した飛行計画を修正することをさせる、非一時的コンピュータ可読記録媒体。
39. 請求項３８に記載の非一時的コンピュータ可読記録媒体であって、前記受信した飛行計画を修正することは、前記飛行が実施されている空域のクラスに基づいて、前記飛行計画の前記位置及び高度情報を修正することを含む、非一時的コンピュータ可読記録媒体。
40. 請求項３８又は３９に記載の非一時的コンピュータ可読記録媒体であって、前記受信した飛行計画を修正することは、前記通信ネットワークの前記ＲＦカバレッジ利用可能性に基づいて、前記飛行計画の前記位置及び高度情報を修正することを含む、非一時的コンピュータ可読記録媒体。
41. 請求項３８から４０に記載の非一時的コンピュータ可読記録媒体であって、前記受信した飛行計画を修正することは、前記通信ネットワークのトラフィックリソースの利用可能性に基づいて、前記飛行計画の前記位置及び高度情報を修正することを含む、非一時的コンピュータ可読記録媒体。
42. 請求項２９から４１に記載の非一時的コンピュータ可読記録媒体であって、前記通信ネットワークに干渉信号があると判定された場合、前記デバイスに、前記通信ネットワークにおける別の飛行計画を変更又はキャンセルし、飛行計画が変更又はキャンセルされたことをその飛行に関連する前記ユーザに警告することをさせる、非一時的コンピュータ可読記録媒体。

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