JP4259497B2 - サイトダイバーシティ運用方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、サイトダイバーシティ運用方法に関し、例えば航空管制業務に導入されるVDLモード３システムにおけるサイトダイバーシティ運用方法に関する。

例えば航空管制業務は、現在アナログ音声通信、いわゆる無線通信を用いた遠隔通信に基づいて行われている。国際的にVHF（Very High Frequency）帯域で航空管制に割当てられた周波数は、１１８〜１３７MHzであり、この周波数を複数のチャネルに分割している。しかしながら、近年の航空通信の需要の増加に伴ってチャネル数が枯渇して、航空管制に支障が生じる虞がある。

そこで、アナログ音声通信に代えて、VHFディジタルリンク（VDL;VHF Digital Link）方式が提案されている。このVHFディジタルリンクは、国際民間航空機関（ICAO; International Civil Aviation Organization）において標準化作業が行われてきた次世代の通信システムである。

VHFディジタルリンクの１つとして、VDLモード３が規格化されている。このVDLモード３は、現用の無線通信に代る方式であり、アナログの音声通信に加えて、ディジタルで音声及びデータを双方向に遣り取りする方式である。

VDLモード３におけるサイトダイバーシティ運用では、現在導入されているアナログ対空無線システムと同様の運用形態が望まれるなかで、VDLモード３の特徴を最大限に活用することが必要となる。例えば、アナログ対空無線システムの運用に合わせるために、管制官側からの音声送信は、管制官が選択した任意の地上サイトからのみ送信する。受信音声は、受信された全ての地上サイトからの音声を重畳し出来る限り受信可能な音声を管制官まで伝送させるような仕組みが必要である。VDLモード３の特徴を生かすためには、従来の音声サービス以外に可能となる、データリンク通信，音声送信元識別，アンチブロッキング機能，管制官優先音声などのサービスを無駄なく確実に提供することが必要とされる。
VHFデジタルリンクモード３システムの基礎実験（電子航法研究所報告 ISSN 1341-9102 第108号 平成16年1月16日発行）

これらのサービス提供に深くかかわっているのが、地上サイトから出力される管理バーストと呼ばれるビーコン信号制御である。しかし、サイトダイバーシティ運用の場合、複数の送受信用の地上サイトを設置して同一周波数をシェアーしながらサービス提供を維持するため、管理バースト自身も時分割で送信せざるを得ない。このため、航空機と地上サイトの位置関係により時間的な遅延が生じる。

元々、VDLモード３のシステムでは、サイトダイバーシティ運用のような複数の地上サイトを制御する場合に生じる管理バーストの遅延問題などを考慮した設計とはなっていない。最近になって、一部サイトダイバーシティによる管理バーストのアルゴリズムや、管理バーストの遅延問題を考慮したマニュアルの改定案などが作成されつつある。

しかし、実運用に向けては、管理バースト制御の課題や送受信装置が複数に分離される場合の間題点を検討し、それに向けた対策が必要となる。

本発明の目的は、VDLモード３を現用のアナログ通信と同様の運用形態で運用することができるサイトダイバーシティ運用方法及びプログラムを提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明に係るサイトダイバーシティ運用方法は、時分割多重アクセスによりチャンネルを複数のスロットに分割し、これらのスロットにより音声及びデータを複数のサイトに通して制御局と被制御局との間に伝送することにより、制御局からの指令に基づいて被制御局をコントロールするサイトダイバーシティ運用方法において、
前記被制御局がサイトを変更した旨のサイトチェンジメッセージを前記被制御局から前記制御局に送信し、その送信情報に基づいて前記制御局で前記カレントサイトを検索するサイト検索を実行することを特徴とするものである。

本発明において、被制御局がサイトを変更した場合に、被制御局が制御局に向けて、サイトを変更した旨のサイトチェンジメッセージを送信する。制御局は、被制御局からのサイトチェンジメッセージに基づいて、被制御局が新たにリンク接続したカレントサイトを検索する。

サイト識別用のコードを前記サイトに付与し、前記サイト識別用コードに基づいて、前記被制御局をサイト単位に制御するようにしてもよい。

さらに、前記被制御局の音声受信スケルチウィンドウを拡張し、前記サイト識別用コードの異なるサイトに通した前記制御局から送信される信号を前記被制御局で受入れ、前記被制御局が前記制御局とリンク接続するタイミングの変更を行うようにしてもよい。この場合、前記被制御局がサイト識別用コードの異なる前記サイトから信号を受入れたときに、前記被制御局から前記制御局に向けてサイトを変更した旨のサイトチェンジメッセージを送信することが望ましい。

サイトダイバーシティ運用の識別を、前記制御局と前記被制御局とのリンク接続に用いるサポートオプションメッセージによって行うようにしてもよい。

また、前記複数のサイトによる電波覆域が重合する領域でのサイトダイバーシティ運用を実施する際に、前記被制御局から前記制御局への音声送信に優先度を付け、その優先度に対応させて音声送信を抑圧する送信抑圧ステップを行うようにしてもよい。この場合、前記送信抑圧ステップにおいて、前記被制御局から前記制御局への音声通信の開始前後に応じて優先度を付け、高い優先度の音声送信のみを許可し、低い優先度の音声送信を抑圧することが望ましい。

本発明のサイトダイバーシティ運用方法をコンピュータに実行させるサイトダイバーシティ運用プログラムは、時分割多重アクセスによりチャンネルを複数のスロットに分割し、これらのスロットにより音声及びデータを複数のサイトに通して制御局と被制御局の間に伝送することにより、制御局からの指令に基づいて被制御局をコントロールするサイトダイバーシティ運用を行うためのプログラムにおいて、
前記被制御局がサイトを変更した旨のサイトチェンジメッセージを前記被制御局から前記制御局に送信し、その送信情報に基づいて前記制御局側で、前記カレントサイトを検索する機能をコンピュータに電気信号により実行させる構成として構築する。

前記被制御局の音声受信スケルチウィンドウを拡張し、前記サイト識別用コードの異なるサイトに通した前記制御局から送信される信号を前記被制御局で受入れ、前記被制御局が前記制御局とリンク接続するタイミングの変更を行う機能をコンピュータに電気信号により実行させるようにしてもよい。この場合、前記被制御局がサイト識別用コードの異なる前記サイトから信号を受入れたときに、前記被制御局から前記制御局に向けてサイトを変更した旨のサイトチェンジメッセージを送信する機能をコンピュータに電気信号により実行させることが望ましい。

以上のように本発明によれば、サイトダイバーシティに有効な運用を行うことができるとともに、制御局と被制御局の間における通信の遅延問題を解決することができる。

さらに、サイトダイバーシティ運用では、サイト識別コードをサイト毎に区別することにより、被制御局をサイト単位に制御することができる。また、被制御局は、音声受信スケルチウィンドウを拡張して、常に異なるサイトからの信号を受け入れ、サイト変更を行うことにより、常に被制御局に近いサイトに同期することができる。被制御局の音声受信スケルチウィンドウ値を拡張することにより、カレントサイト以外の音声を受信できる。

異なるサイトからの音声信号を受け入れた場合は、カレントサイトを変更した旨のサイトチェンジメッセージを送信することにより、制御局側で被制御局のカレントサイトを正確に知ることができる。

サイトダイバーシティ運用識別をサポートオプションメッセージによって行うことにより、単独サイト時に誤った同期ビーコン信号を受信することを防止することができる。

さらに、サイトダイバーシティ運用方法をプログラム化することにより、そのプログラムを、既設の装置を管理するコンピュータに組込むことにより、サイトダイバーシティの運用を既設の設備により実行することができる。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
本発明の実施形態は基本的構成として、時分割多重アクセスによりチャンネルを複数のスロットに分割し、これらのスロットにより音声及びデータを複数のサイトに通して制御局と被制御局との間に伝送することにより、制御局からの指令に基づいて被制御局をコントロールするサイトダイバーシティ運用方法において、前記被制御局がサイトを変更した旨のサイトチェンジメッセージを前記被制御局から前記制御局に送信し、その送信情報に基づいて前記制御局側で、前記カレントサイトを検索するサイト検索を実行することを特徴とするものである。

また、前記被制御局の音声受信スケルチウィンドウを拡張し、前記サイト識別用コードの異なるサイトに通した前記制御局から送信される信号を前記被制御局で受入れ、前記被制御局が前記制御局とリンク接続するタイミングの変更を行うようにしてもよいものである。この場合、前記被制御局がサイト識別用コードの異なる前記サイトから信号を受入れたときに、前記被制御局から前記制御局に向けてサイトを変更した旨のサイトチェンジメッセージを送信することが望ましい。

次に、本発明の実施形態に係るサイトダイバーシティ運用方法を、航空機の管制業務に適用するにあたって、現在導入されているアナログ対空無線システムと同様の運用形態で行う場合の問題を提起し、それに対する対応策を明記することにより、本発明の実施形態を詳細に説明する。

先ず、VDLモード３のシステムについて図１に基づいて説明する。図１に示すように、VDLモード３は、時分割多重アクセス（TDMA; Time Division Multiple Access）により、１チャンネルを４スロット（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）に分割し、各スロットをその空域の運用形態に合わせ、音声用及びデータ用に割り当てて運用する。

具体的に説明すると、図１に示すように、空域を飛行する航空機１（１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ）を例えば２つのグループＧ１，Ｇ２に分けて認識し、グループＧ１の航空機１ａ，１ｂに搭載された機上局４ａ，４ｂ（機上無線機）と地上局２ａの間、及びグループＧ２の航空機１ｃ，１ｄに搭載された機上局（機上無線機）と地上局２ｂの間に、１つの地上サイト３に設置した１台の無線機により個別のディジタル音声とデータ通信の回線を設定し、各地上局２ａ，２ｂの航空管制の下に航空機１を運行させる。図１に示す例では、１チャンネルを４つのスロットに分割して、２つのスロットをディジタル音声の情報、残りのスロットをディジタルデータの情報を伝送するチャンネルとして使用しているため、この方式を2V2D方式という。なお、TDMAによるスロット分割は、2V2D方式に限られるものではない。ここに、地上局２は制御局、機上局４ａ，４ｂは被制御局として機能する。

さらに、航空機１ａ，１ｂの機上局４ａ，４ｂと地上局２ａの間では、サポートオプションメッセージを含む網加入のシーケンスが実行される。具体的に説明すると、図３に示すように、地上局２と機上局４ａ，４ｂとの間に初期同期処理が行われ（ステップＳ１）、機上局４ａ，４ｂのタイミングステータスがＴＳ1の場合（ステップＳ２）、機上局４ａ，４ｂから地上サイト３を通して地上局２に網加入要求が出される（ステップＳ３）。地上局２は、機上局４ａ，４ｂがサイトダイバーシティ対応であるかを判断し（ステップＳ４）、サイトバイバーシティ対応でない場合に、サイトダイバーシティ以外の運用による通常処理を実行させる（ステップＳ４；NO、ステップＳ５）。

サイトダイバーシティ対応である場合（ステップＳ４；YES）、地上局２は、飛来した航空機１がサイトダイバーシティ運用による網（回線）に加入することを許可する。網加入が終了すると、航空機１は地上局２の制御支配下に置かれ、地上局２のコントロールに従って空域を飛行する。

前記サポートオプションメッセージのフォーマットを図２に示す。図２に示すように、サポートオプションメッセージのフォーマットはICAOのマニュアルにより規定されており、情報量の単位として、８ビットからなるオクテットを用い、メッセージを６つのオクテットによる階層構造で作製するフォーマット構成になっている。図２に示す図表の縦方向は、６つのオクテットからなる階層構造を示し、横方向は、ビット番号を示している。

オクテット１には、４ビットからなる、サポートオプションメッセージを示すメッセージＩＤ５の情報５と、２ビットならなる、音声占有通知を示す音声信号の情報６と、６ビットからなるポーリングの送信情報７、８とが組込まれる。オクテット２には、先のポーリング情報８と、４ビットからなる、システム構成の情報９とが組込まれる。オクテット３には、２ビットからなる、TDMA分割のスロットを認識するためのスロットＩＤ情報１０と、３ビットからなる、地上サイト３毎に割振られた地上局コード（GSC）の情報１１と、２ビットからなる、機上無線機のスケルチウィンドウ値を示す情報１２とが組込まれる。オクテット４には、１２ビットからなる、地上局サイト３からの予約割り当てを応答する予約応答情報１３が組込まれる。オクテット５には、４ビットからなる前記予約応答情報１３の一部と、１２ビットからなるオプション情報１４とが組込まれる。オクテット６には、８ビットからなるオプション情報の一部の１４が組込まれる。

ここに、地上局コード（GSC）は、網加入後に電波的覆域内に存在する同一周波数の異なる空域の別の地上局に誤って同期させないように地上局網を識別するために用いられる。このため、本来サイトダイバーシティ運用であっても一つの地上局網と見なし、地上局コードは同一であることが望まれる。しかしながら、サイトダイバーシティ運用では、同一網内において同時に２つ以上の地上サイト３からバースト送信を行うことはなく、地上局コード（GSC）の目的から言えば、地上局３ａ、３ｂ、３ｃはそれぞれ相違していても問題がない。サイトダイバーシティ運用では、同一網（サイトダイバーシティグループ）内の地上サイト３に個別の地上局コード（GSC）を割り当てることによって、複数の地上サイト３を識別させる。なお、現在地上サイト３は最大６つの地上サイトで運用することが予定されている。したがって、地上サイト３を識別するために、有効地上サイトコード（GSC）の０〜７を識別することにより対応可能である。

次に、カレントサイト問題について考察する。無線システムの電源立上げ時、若しくは周波数変更直後における航空機搭載の機上無線機のシステムタイミングは、ＴＳ0の状態である。VDLモード３では、同期状態のことをタイミングステータス（TS; Timing Status）と呼んでいる。このタイミングステータスによって、提供可能なサービスが異なる。タイミングステータスは、ＴＳ0〜3までの４つの状態を持ち、全てのサービスが可能となるのは、タイミングステータスＴＳ1に限られる。したがって、機上無線機は、タイミングステータスＴＳ1になるために、地上サイト３からのビーコン信号の検出を試みる。

地上サイトからのビーコン信号に同期してタイミングステータスＴＳ1となった機上無線機は、基準タイミングの±１シンボル以内に受信される地上サイトからのビーコン信号のみを有効なビーコン信号として受入れる。有効な前記ビーコン信号のことをカレントビーコンと定義し、その有効なビーコン信号を出力した地上サイトをカレントサイトと定義する。

機上無線機は、±１シンボル以内に到着しないカレントビーコン以外の如何なる地上サイトからのビーコン信号を受け付けないが、２４MAC（Media Access Control）サイクル以上の期間に渡って地上サイトからのビーコン信号を受信することができない場合（CTC1＞２４）は、いつでも、前記±１シンボルの有効性ウィンドウ値を−K（ｎ＋ｌ）〜＋１の範囲に拡張することができる。2V2Dの標準レンジで最大覆域２００ＮＭでは、それぞれＫ＝４、ｎ＝６が与えられ、−２８〜＋１シンボルまでが有効性ウィンドウ値となる。

上述した前記機上無線機側にて前記±１シンボルの有効性ウィンドウ値を拡張させる動作を行わせる目的は、機上無線機にタイミングステータスＴＳ1を維持させつつ（CTC1≦５０までに）、なるべく近い地上サイトのビーコン信号に機上無線機を同期させるためである。

地上サイト３から出力されるカレントビーコンを受信して、航空機１の機上無線機は、タイミングステータスＴＳ１となって初期同期状態となり、全てのサービスを受けるために、初期同期の後に機上局ＩＤ（航空機ＩＤ又はローカルユーザＩＤ）を取得する必要がある。 機上局ＩＤは、網加入シーケンスにより、航空機１と地上局２との間に地上サイト３を通して情報伝送のための網（回線）が形成されると、機上局ＩＤが地上局２から管制対象の航空機１に対して付与される。尚、網加入シーケンスには、図２に示したサポートオプションメッセージをも含まれる。

管制対象の航空機１が地上局２から機上局ＩＤを取得すると、その機上局ＩＤは航空機１の機上無線機に保有される。前記機上無線機が前記機上局ＩＤを保有することによって、ピア・ツー・ピア（Peer to Peer）のデータ通信サービスの提供及び音声通信元の識別が可能となる。ここで、航空機１の機上無線機が機上局ＩＤを取得して、地上局２と接続している状態をリンク接続状態と定義する。

航空機１の機上局４ａ，４ｂと地上局２の間がリンク接続状態となった場合には、定期的にリンク状態を相互に確認し続ける。このことをポーリングシーケンスといい、６秒（２５MAC）を最小間隔として、地上局２から機上局４ａ，４ｂに対して定期的にポーリングが行われ、機上局４ａ，４ｂは地上局２からのポーリングに対して応答を返す。

しかし、ポーリング信号を送信する地上サイト３が、機上局４ａ，４ｂにとってカレントサイトであれば、機上局４ａ，４ｂからカレントサイトである地上サイト３にポーリング応答信号を出力する。逆に、地上サイト３から出力されるビーコン信号が±１シンボル値の有効性ウィンドウを越えて受信した場合には、前記地上サイト３が機上局４ａ，４ｂにとってカレントサイトでないため、機上局４ａ，４ｂが地上局２からのポーリングに応答をしない。

機上局４ａ，４ｂが地上局２からのポーリングに応答しない事態が実際に起こるのは、サイトダイバーシティ運用によって、機上局４が同一網内で地上サイトを変更した場合である。つまり、図４を例にとって説明すれば、航空機１が地上サイト３ａの空域から次の地上サイト３ｂに移動して、地上サイト３ａのビーコン信号を受信することができず、かつCTC1＞２４（CTC１とは、有効なビーコン信号のカウント値であり、有効ビーコンが無かった場合に1MACで＋１だけ増加し、逆に有効ビーコンであれば”０”にリセットされる）の条件を満して、カレントビーコン元が地上サイト３ａから地上サイト３ｂに変更した場合である。

図４において、地上サイト３ａ内での機上局４の位置と、航空機１の移動先である地上サイト３ｂ内での機上局４の位置との距離の差が１５ＮＭを越える場合、タイミング変更が±１シンボルを越えるため、機上局４の有効性ウィンドウが１MAC前と相対的に変わってしまう。

地上局２側からすると、地上局２は、管制対象である航空機の位置するカレントサイトが地上サイト３ａから地上サイト３ｂに移ったことを知る手段がない。機上局４が地上サイトを変更した状態において、地上局２が、変更以前に機上局４に対してカレントサイトであった地上サイト３ａからポーリング送信を行っても機上局４からのポーリング応答はなく、次回のポーリング送信を行うべき地上サイト３を、どの地上サイトとすることが最適であるかを知ることはできない。

地上局２が最適な地上サイトを認識可能な手がかりとなるのは、管制対象の機上局４が地上局２に対して何らかのメッセージをダウンリンクし、それを地上局２側で受信できたときである。

この機上局４からのメッセージの受信により、カレントサイトと思われる地上サイト３がいくつか候補に挙がり、そこから推測することができる。例えば、機上局４からのダウンリング信号の受信レベルが最適な地上サイトによる受信レベルであると思われるとか、或いはダウンリングのタイミングが最も早い時間に受信した地上サイトであるという情報に基づいて、最適であると思われる地上サイトを決定する。

しかし、この方法は飽くまでも推測でしかなく、最適であると思われる地上サイト３の候補が複数あれば、最適な地上サイトを特定することはできないものである。

地上局２から機上局４へ向けたポーリング送信が満了するためのカウント値ＮＬ２は、通常３回に設定されている。ここで、サイトダイバーシティ運用で想定される地上サイトは最大６つの地上サイトであることを意図されているから、地上局２が闇雲に６つの地上サイト３からポーリング信号を順次送信したとしても、全ての地上サイト３からのポーリング送信を、ポーリング送信満了のために設定されたカウント値以内で完了することはできなくなり、地上局２と機上局４のリンクが切断されてしまうことが予想される。

ここで、前記地上局２によるポーリング送信の満了カウント値ＮＬ２を、サイトダイバーシティ運用の地上サイト３の数に応じて増やすということも考えられる。

しかしながら、この方法は、地上局２による管制対象の航空機１を６０機までとした場合には、最大６０×６（地上サイト）＝３６０MACサイクル（８６．４秒）までポーリングが遅れることを許容するということに等しい。これは、管制業務上効率的でないばかりでなく、地上局２と機上局４の間のリンクを維持する以外に、地上局２と機上局４のデータ送信要求を平等に予約割り当てることを可能とするポーリングの目的にも有効ではない。

したがって、地上局２側では、管制対象の機上局４を搭載した航空機１が何処の地上サイトをカレントサイトとしているのかを常時把握し、無駄のないポーリングを可能とすることが必要である。これをカレントサイト問題と定義する。

次に、カレントサイト問題の対応策について説明する。本発明の実施形態は、以上のような技術的分析を行って、前記カレントサイト問題に対する対応案として２つの方法を考え出したのである。その対応案の１つは、カレントサイトを知る方法であり、もう1つは、機上局４、すなわち機上無線機の有効性ウィンドウ値を見直す方法である。なお、機上局４としての機上無線機の有効性ウィンドウ値を見直す方法については後述する。

（カレントサイトを知る方法）
本発明の実施形態は、地上サイト３を変更したことを最初に知るのが機上局４側であることに直目している。すなわち、機上局４は、カレントサイトが次の地上サイト３に変更された場合、以前のカレントサイトからのビーコン信号がカレントサイトを基準に生成した機上局４のタイミングが±１シンボル以内に受信できなくなると、この場合、機上局４は、地上局２に対してポーリング応答を返信しない。

そこで、本発明の実施形態において、機上局４は、以前のカレントサイトからのビーコン信号が±１シンボル以内に受信できず、かつ地上局２との応答処理が終了していることを条件として、カレントサイトを他の地上サイト３に変更した旨のメッセージを地上局２に送信する。ビーコン信号が±１シンボル以内に受信出来ないことを理由にしたのは、航空機１と２つ以上の地上サイト３との距離差が１５ＮＭ以内の場合に本処理が頻発することを防ぐためである。 また、地上局との応答処理待ち状態では、その応答処理が以前のカレントサイトから送信される可能性があるためである。

具体的に説明すると、機上局４は図３に示すように、サイトダイバーシティ運用処理ではより近い地上サイト３からのビーコン信号を有効なものとして扱うために、有効ビーコンのパラメータ変更を行い（ステップＳ６）、地上サイト３からの有効なビーコンのタイミングとメッセージ状態を監視し、有効なビーコンを受信した場合に、地上サイト３に付与されている地上局コード（GSC）を以前保存されていたGSCと比較する。（ステップＳ７）。地上局コード（GSC）が変更されていない場合には（ステップＳ７；NO）、再度有効ビーコンのパラメータ変更を行う。図３において、有効ビーコン信号のパラメータ変更（ステップＳ６）は、常に機上局４に近い地上サイトに機上局４を同期させるために行うものである。

先のカレントサイト変更条件に合致し、地上局コード（GSC）が変更されている場合には（ステップＳ７；YES）、機上局４は、ダウリングメッセージに、変更された地上局コード（GSC）情報を含めて、地上サイト３を通して地上局２にサイトチャンジメッセージMSGの送信を行う（ステップＳ８）。

地上局２は、機上局４側からダウリングメッセージMSGを受信すると、そのメッセージから地上局コードの情報を抽出する。図６に示すように、地上サイト３ａ，３ｂ，３ｃ・・・には地上局コードGSC1，GSC2，GSC3・・・が付与されている。したがって、機上局４が地上サイト３ｂに移動してサイトチェンジメッセージMSGをダウリングすると、機上局４からのサイトチェンジメッセージMSGは地上サイト３ｂを通して地上局２に至るので、地上局２は、機上局４が地上サイト３ｂに変更したことを認識する。

次に、機上局４が前記サイト変更メッセージを送信する際のダウリングメッセージを送信するためのフォーマットを図５に示す。

機上局４がダウリングメッセージを送信する際に、既に網加入要求を経て地上局２と網（回線）加入が行われているため、ダウリングメッセージのフォーマットは図５に示すように、網加入要求のデータを除き、全て地上局コード（GSC）５の情報が用いられている。

前記ダウリングメッセージのフォーマットは図５に示すように３層の階層構造になっており、第１層に、サイト変更メッセージを示すメッセージＩＤ１５と、サイト変更メッセージをダウリングする機上局４に付与されたローカルユーザＩＤ（機上局ＩＤ）１６との情報を組込み、第２層に、前記ローカルユーザＩＤ７の一部と、変更後のカレントサイトに割当てられた地上局コード１７と、機上局４からの音声要求１８との情報を組込み、第３層に、前記音声要求１８の一部と、データ送信を実行するためのスロット（TDMAにより分割されたスロット）数を要求するスロット要求数１９と、データ送信予約のための優先度２０との情報を組込むフォーマットに設定されている。

したがって、機上局４は図５に示すダウリングメッセージフォーマットに基づいてダウンリングメッセージを地上サイト３ｂに向けてダウンリングして、地上サイトの変更メッセージ（サイトチェンジメッセージ）を地上局２に送信する。

前記ダウリングメッセージを受信したとき、ビーコン送信の優先先処理の更新を行う。このビーコン送信の優先先処理には、次に送信すべき地上サイト先を決定するために処理であり、前記初期同期のためのビーコン送信，データ予約の割当て応答，前記ポーリング送信，後述する音声占有通知などのメッセージ処理が含まれる。このため、先のサイトチェンジメッセージによって、次に送信または応答する機上局４宛へのビーコン送信は、地上局２からカレントサイトと識別した地上サイトから送信される。このサイトチェンジメッセージは、ビーコン送信に限らず機上局４宛の音声または、データも同様に処理される。

地上局２は図７に示すように、ビーコン送信優先テーブル２１と、リンクテーブル２２とを有している。ビーコン送信優先テーブル２１には、優先送信先データとローカルユーザＩＤとが連携して備えられている。リンクテーブル２２には、リンク接続している機上局４のローカルユーザＩＤと、その機上局４に対するカレントサイト先の地上サイト３の情報とが連携して備えられている。

地上局２は図７に示すように、ビーコン送信先テーブル２１とリンクテーブル２２を参照して、ポーリング処理等のビーコン信号を地上サイト３に通して機上局４に向けて送信する（ステップＳ２０）。そして、地上局２は、機上局４からのサイトチェンジメッセージの受信を監視する（ステップＳ２１）。サイトチェンジメッセージを受信しない場合（ステップＳ２１のNO）、再び地上局２は、ビーコン送信先テーブル２０とリンクテーブル２１を参照して、ポーリング処理等のためのビーコン信号を地上サイト３に通して機上局４に向けて送信する（ステップＳ２０）。

地上局２が、機上局４からのサイトチェンジメッセージMSGを受信した場合（ステップＳ２１）、地上局２はリンクテーブル２１の内容を変更する（ステップＳ２２）。この場合、地上サイト３は、サイトチェンジメッセージMSGを送信した機上局４と、そのサイトチェンジメッセージを地上局２に転送しカレントサイト情報とを連携させて、これらの情報をリンクテーブル２２に書込む（ステップＳ２２）。

図５に示す前記ダウリングメッセージは、データ予約要求と同様のフオーマット（図５）とアルゴリズムにて行われることが望ましい。なぜならば、前記タウンリンクメッセージはランダムアクセス送信であるため、データの衝突によって地上局２が受信できない可能性があるからである。

図５に示す前記ダウリングメッセージフオーマットに関する具体的な例では、カレントサイト変更時に、機上局４においてデータ予約要求があれば、従来どおりのスロット要求数を必要数入れて、予約要求メッセージ送信を行う。一方、機上局４においてデータ予約要求はなく、単なるカレントサイト変更だけのメッセージであるならば、スロット数として“０”を埋め、予約要求送信を行う。

さらに、機上局４からのサイト変更メッセージの送信は、予約要求と同じアルゴリズムを使用することによって、確実に地上局２に伝送される。つまり、前記サイト変更メッセージの送信を停止するには、カレント先である地上サイト３ｂからの“ＲＡＣＫ”、若しくは“ポーリング受信”が必要となる。

なお、上述した運用を可能とするためには、更に工夫が必要となる。機上局４の機上無線機で異なった値の地上局コード（GSC）の情報を受信したとしても、これを有効なビーコン信号として取扱うようにしなければならない。これについては後述する。
更に、カレントサイトメッセージによる地上サイト３の変更は、ビーコン処理のみに限らず、地上側からの送信データ（音声、データ）全てについて適用させることが可能である。（２３）

（測位位置計測）
本発明の実施形態においては、カレントサイトを知る情報に基づいて航空機１と地上サイト３の間の距離計算を可能にする。すなわち、スケルチウィンドウ処理によって伝播遅延がそれぞれ求めることが可能であるが、カレントサイトを知ることによって、航空機とサイト間との距離を正確に求めることが可能となる。図８に基づいて測位位置計測について説明する。

図８に示す３つの地上サイト３ａ，３ｂ，３ｃは、航空機１の機上局４からの受信が可能な位置にあり、且つ機上局４にとってカレントサイトがサイト３ａであり、且つそれぞれの地上サイト３ａ，３ｂ，３ｃで求められた機上局４との間の遅延時間は、サイト３ａの場合にＴ１、サイト３ｂの場合にＴ２、サイト３ｃの場合にＴ３であったとする。

図８において、ｔ０は、機上局４のシステムタイミングと基準タイミング（±１シンボル）とのずれを示しており、機上局４とカレントサイト間との伝播遅延に一致する。ｔｌは、機上局４とサイト３ａとの伝播遅延、同じくｔ２，ｔ３は、機上局４とサイト３ｂ，３ｃとの伝播遅延である。これらは、Ｔｌ＝ｔ０＋ｔｌ，Ｔ２＝ｔ０＋ｔ２，Ｔ３＝ｔ０＋ｔ３の関係にある。

地上局２ａ，２ｂが、機上局４に対するカレントサイトを判断することができない場合、各々の地上局２ａ，２ｂは、自局に含まれる地上サイトのうちからカレントサイトを判断しなければならない。

そこで、本発明の実施形態においては、地上局２は、上述した情報に基づいて測位位置計測を実行する。すなわち、航空機１と地上サイト３ａ，３ｂ，３ｃの間の距離ｄ１，ｄ２１，ｄ３は、それぞれｄ１＝Ｔ１／２×Ｃ，ｄ２＝Ｔ２／２×Ｃ，ｄ３＝Ｔ３／２×Ｃの式から求める。ここに、Ｃは光速度である。

したがって、地上サイト３ａでは（ｔｌ−ｔ０）／２、地上サイト３ｂでは（ｔ２−ｔ０）／２、サイト３ｃでは、（ｔ３−ｔ０）／２の誤差が生じる。

一方、地上局コード（GSC）によってカレントサイトが認識できれば、正確な距離がどのサイトで観測されたかを知ることができ、また三点測量による正確な位置測定が可能となる。

例えば、Ｔ１＝ｔ０＋ｔｌであるため、（Ｔｌ／２）／Ｃの式から機上局４との距離が求まる。Ｔ２の遅延時間はｔ０＋ｔ２であり、ｔ２＝Ｔ２−ｔ０からサイト３ｂと航空機１との距離が求まる。

同様にｔ３＝Ｔ３−ｔ０であり、サイト３ｃと航空機１との距離が求まり、ｔ０からｔ３までの全ての距離とサイト３ａ，３ｂ，３ｃ相互間の距離も既知であるから、航空機１の位置測定を行う。

（機上局音声送信抑圧）
サイトダイバーシティ運用では、複数の地上サイトから同時に“音声占有中“のビーコン信号の送信ができないため、アンチブロッキング機能が有効に働かない場合が発生する。

ここに、アンチブロッキング機能について説明する。VDLモード３の場合、２つのスロット（Ｖ／Ｄバースト）の音声領域と、各スロットの先頭部分に付加した管理バーストの領域を使って、音声チャンネルが空いているかどうかを地上局２から機上局４に電波を出している。この電波を受けて、機上局４が、チャンネルが空いているから話せると認識する。但し、これは可聴音声として機上局４のパイロットに聞えない情報であるから、パイロットとしては、プレストークを押したときに、話せるか、話せないかを判断する。話せなかったら、チャンネルが空くまで待っている。VDLモード３の場合、先に音声が届いた方を優先し、また地上局２からの音声を優先的に送信し、機上局４からの音声通信を強制的に排除される機能を備えており、この機能をアンチブロッキング機能、管制官優先音声機能とそれぞれいう。このアンチブロッキング機能は、地上局２による制御の下に複数の地上サイト３から送信されるビーコン信号に基づいて行われる。

本発明の実施形態において、前記アンチブロッキング機能が有効に働かない場合の対応策として、後から送信した機上局音声を地上サイト３ａに向けて送信した機上局４ａ（１ａ）に対し、地上サイト３ａが音声占有ビーコン信号による強制的な“音声停止指示”を行う。

すなわち、本発明の実施形態における地上局２は、リアルタイムに航空機（機上局４）１と接続関係にある地上サイトを識別し、地上サイトのエリア内毎に音声制御を行う。

具体的に説明すると、図９に示すように、第１の機上局４ａが地上サイト３ａに、第２の機上局４ｂが地上サイト３ｂに位置し、これらの機上局４ａ，４ｂと地上局２の間に音声連絡を行う場合、一方の機上局４ｂによる音声送信を許可し、他方の機上局４ａによる音声送信を抑圧する例に基づいて説明する。この機上局による音声送信の抑圧処理を図１０に示す。

上述したビーコン処理に基づいて、地上局２は、ビーコン送信の優先先処理を行うが、更にサイトダイバーシティ運用のアンチブロッキング処理のために工夫を行なう。図１０は、先の図７のビーコン処理Ｓ２０の更に内部の処理の一部である。地上サイト３からのダウンリンクデータが何も無い場合は、３つの地上サイト３ａ，３ｂ，３ｃを通して順次ビーコン送信処理を行う。地上局２は同時に、機上局４から地上サイト３を通した音声受信を監視する（図１０のステップＳ３０）。音声送信がない場合（図１０のステップＳ３０；NO）、通常のビーコン処理Ｓ２０を再度行う。

先に機上局４ｂが地上局２に向けて音声送信を行った場合（図１０のステップＳ３０；YES）、地上局２は、機上局４ｂとリンク接続の対象である地上サイト３ｂで受信したことを音声バーストの地上局コードGSCによって認識するとともに、音声送信を行った機上局が第２の機上局４ｂであることを検出する。

そこで、地上局２は、機上局４ｂの音声を同じ地上サイト３ｂに存在しえる機上局４に干渉されないためと、機上局４ｂの音声送信を継続させるために優先的に次のビーコン送信を地上サイト３ｂに変更し（図１０のステップＳ３２，実際には、図７のビーコン送信優先テーブル２１が書き換えられる）、地上サイト３ｂから機上局４ｂに対して、「音声占有」のビーコン送信を行う。

地上局２からの「音声占有」のビーコン送信に応答して、機上局４ｂから地上サイト３ｂに通して音声送信がされた場合、機上局４ｂと地上局２の間に音声回線が形成される。地上局２は、機上局４ｂとの音声回線を更に維持するために、他の機上局４ａから音声受信がないか否かを監視する（図１０のステップＳ３３）。もし、他の機上局４ａからの音声受信を地上サイト３ａに通して受信した場合（ビーコン送信が一巡する前）、地上局２は、地上サイト３ａを通して他の機上局４ａに対して「地上占有」の情報を含むビーコン送信を行うことによって、他の機上局４ａに対して音声送信を抑圧する（図１０のステップＳ３４同様にして図７の２１が書き換えられる）。これは、先の地上局音声を優先する仕組みによって行なわれるため、「地上占有」でなくとも同様の手法であれば良い。

ステップＳ３３において、他の機上局４ａから音声送信を受信しなかった場合（ステップＳ３３；NO）、地上局２は、音声送信の抑圧信号（「音声占有」）を全ての地上サイト３ａ，３ｂ，３ｃから送信したか否かを判断し（ステップＳ３５）、１つの地上サイト３に接続している機上局４の数が多い順に地上サイト３から「音声占有」を含む、ビーコン送信を行なうように変更の処理を行う（ステップＳ３６）。同時に図７に示すリンクテーブル２２の書換えを行う（ステップＳ３７）。この理由は、航空機１が多いサイトほど、音声送信の確率が多くなるため、早期に抑圧する必要があるためである。

音声送信とタイミングメンテナンスに関し、ICAOアニュアルに、送信期間中に音声送信のタイミング変更を行ってはならないと規定されている。サイトダイバーシティ運用についても同様であり、音声送信中の航空機に対して、音声送信期間中カレントサイトの変更を行なうべきではない。なぜなら、受信側では、音声受信開始後、±１シンボルに音声スケルチウィンドウ値を短縮している。したがって、機上局のタイミング変更は適正音声データとは判断されず、音声受信できない状況を生じさせる恐れがあるためである。このほか、データ送信中や、ダウンリンクデータに対する地上局２からの応答データを待っている場合にも同様である。

（音声スケルトチウィンドウと有効性ウィンドウの見直し）
図１１に示す例では、サイトダイバーシティ運用を３つの地上サイト３ａ，３ｂ，３ｃで行っている状態を示しており、地上サイト３ａ，３ｂ，３ｃの全ての覆域に相互に斜線で示す重なる部分が存在している。このような地上サイトの状況は、航空機１ａ，１ｂの航路が互いに反対向きの場合に生じる。

航空機１ａは地上サイト３ａから地上サイト３ｂの方向に誘導されており、地上サイト３ａによる電波覆域端の２００ＮＭ付近に位置している。さらに、航空機１ａは、地上サイト３ｂ，３ｃの電波覆域範囲内にあり、地上サイト３ｂ、３ｃによる電波覆域の２００ＮＭ以内に位置している。

航空機１ｂは、地上サイト３ｂから地上サイト３ａの方向に誘導されており、ほぼ地上サイト３ｂの直上に位置している。さらに、航空機１ｂは、地上サイト３ａ，３ｂの電波覆域範囲内にあり、地上サイト３ａ，３ｂによる電波覆域の２００ＮＭ以内に位置している。

図１１に示す航空機１ａ，１ｂの位置関係におけるカレントサイトについて考察する。

重合する部分を有する３つの地上サイト３ａ，３ｂ，３ｃによるサイトダイバーシティ運用によってビーコン信号の送信するローテーションの間隔（BC）は、通常６MAC（２MAC×３）となる。

図１１における航空機１ａからの音声送信状態における音声送受信について考察する。航空機１ａは図１２に示すように、カレントサイト３ａに対して２００ＮＭの位置にあるため、±１３シンボル遅延して、カレントサイト３ａに同期している。したがって、航空機１ａからの音声をカレントサイト３ａで受信するタイミングは図１２に示すように、更に１３シンボル遅延した２６シンボル後となっている。

２００ＮＭレンジのスケルチウィンドウ値（ｎ）は、“６”であるので、地上サイト３のスケルチウィンドウ（SQW）は図１２に示すように、−ｌ〜２７シンボル区間となる。このため、地上サイト３ａ内の２００ＮＭに位置する航空機１ａからの音声は、３つの地上サイト３ａ〜３ｃで受信可能となる。

２００ＮＭ離れた航空機は、１３シンボル（２００ＮＭ時の伝播遅延）遅れてカレントサイトに同期しているため、地上側では、前記１３シンボルの倍の２６シンボル遅れて受信が開始される。これに、±１シンボルのタイミング誤差を加えると、スケルチウィンドウ値と一致する。

航空機１ｂのシステムタイミングは、地上サイトのシステムタイミングと同じである時の受信状況を考察する。

航空機１ｂとカレントサイトの関係にある地上サイト３ｂでは、ほぼ遅延なしに音声受信可能である。一方、地上サイト３ａでは、ほぼ２００ＮＭの距離にある航空機１ｂが電波覆域内であるため、２００ＮＭの伝送遅延分の１３シンボル送れて音声受信される。いずれも地上サイトのスケルチウィンドウ（SQW）の−１〜＋２７シンボル区間に適合している。

航空機１ａのスケルチウィンドウ（SQW）は、絶対時間に対して、１１〜４１シンボル区間となる。このため、絶対時間０に送信された航空機１ｂからの音声信号は、有効ではなく、航空機１ａが受信しない。

以上のことから、航空機１ａからの音声送信は、航空機１ｂ、地上サイトともに受信可能となるが、航空機１ｂからの音声信号は、航空機１ａでは受信することができない状態となる。

システムタイミングＴＳ1にある機上局４（航空機１ａ）のアップリンク音声のスケルチウィンドウ（SQW）は、±１シンボルに縮小されている。このため、前記航空機１ａの機上局４は、カレントサイト以外の音声がほとんど受信できない。前記機上局４が受信可能な信号は、機上局４から見てカンレントサイトと±１５ＮＭ以内の距離差にある地上サイト３ａのみからの信号である。

このため、地上サイト３ａからの音声送信は、航空機１ａのみが受信可能であり、航空機１ａは地上サイト３ｂからの音声を受信できない。同様にして、地上サイト３ｂからの音声送信は、航空機１ｂは受信できるが、航空機１ａは受信できない状態となる。

これは、同一セクタにおける音声情報の共有を妨げることになり、また現状のアナログ無線システムと異なる運用形態になってしまう。また、管制官がレーダ画面を元に経験的に地上サイトを選び出し、音声サービスを提供している現状において、受信されるべき地上サイトと異なる事象が発生する。

電波覆域外の音声通信であれば、許容される。しかしながら、電波覆域内にあり、それもほぼ同一箇所で、このような事象は避けなければならない。

機上局間が音声通信できない原因は、現在のスケルチウィンドウ値が機上局のシステムタイミングよりも早いタイミングで受信されることを予想していないためである。

これを解消するには、機上局は、常に近くの地上サイトに同期するように考慮すればよい。このためには、冒頭にも述べているが、ビーコンチエック時に地上局コードGSCを無視させるか、もしくは同一の地上局コードGSCを使用することが必要となる。しかし、後者の方では、正確なカレントサイトを識別できないという問題がある。

もう一つ、地上サイトからの音声送信が電波覆域内であっても、受信できない原因は、カレントサイト以外からのアップリンク音声送信を予期されておらず（サイトダイバーシティ運用を考慮していない）スケルチウィンドウ値が±１シンボルに固定されているためである。

この問題を解決するためには、本発明の実施形態は、サイトダイバーシティ運用時に限り、アップリンク音声受信のスケルチウィンドウ値を拡張させている。一つの例として、代替サイトの覆域を２００ＮＭまで許容するのであれば、１３シンボル遅延するので、−２〜２（ｎ＋ｌ）（ｎ：スケルチウィンドウ値）に拡張させている。

前記機上局４の音声受信スケルチウィンドウを拡張して音声受信処理を行う場合を図３に基づいて説明する。図３に示すように、先ず機上局４側で音声受信のスケルチウィンドウのパラメータを変更する（ステップＳ９）。この処理は、機上局４がリンク接続しているカレントサイト以外の地上サイト３を通して地上局２から送信される音声を機上局４に受信させるためである。

機上局４が地上局２からの音声を受信できない場合（ステップＳ１０；NO）、機上局４側で再度スケルチウィンドウのパラメータを変更させる。

機上局４が、地上局２からの音声を受信できた場合（ステップＳ１０；YES）、次に地上音声受信処理を行う（ステップＳ１１）。この地上音声受信処理を行うと、機上局４は、カレントサイト以外の地上サイト３とリンク接続される。これは、機上局４がリンク接続すべき地上サイト３を変更したのであるから、機上局４から地上局２に向けてサイトを変更した旨のサイトチェンジメッセージが送信される。地上局２は、このメッセージに基づいて機上局とリンク接続する新たな地上サイト３を把握する。

次に、サイトダイバーシティ運用の識別について考察する。単独の地上サイトによる運用の場合では、異なった地上局コードGSCを何時でも受け入れる場合、誤ったビーコン信号に同期する可能性がある。このため、機上無線機に対して、単独地上サイト運用であるか、サイトダイバーシティ運用であるかの識別を知らせる必要がある。

本発明の実施形態では、サイトダイバーシティの識別方法として、図２に示す網加入シーケンスに取交わすサポートオプションメッセージを用いて識別させている。具体的には図１３に示すように、サポートオプションメッセージのオクテット５の６ビット目を割り当て、この６ビット目に、サイトダイバーシティサービスの情報を組込むフィールドを設定し、この情報に基づいてサイトダイバーシティの識別を行っている。

以上の説明では、時分割多重アクセスによりチャンネルを複数のスロットに分割し、これらのスロットにより音声及びデータを複数のサイトに通して制御局と被制御局の間に伝送することにより、制御局からの指令に基づいて被制御局をコントロールするサイトダイバーシティ運用を実行する方法として説明したが、この運用方法をプログラム化して、地上局（制御局）２及び機上局（被制御局）４に組込まれたコンピュータを駆動させるようにしてもよいものである。

この場合、図２及び図５に示すメッセージのフォーマット、図３及び図７に示すフローチャートに基づく機能をプログラム化する。具体的には、時分割多重アクセスによりチャンネルを複数のスロットに分割し、これらのスロットにより音声及びデータを複数のサイトに通して制御局と被制御局の間に伝送することにより、制御局からの指令に基づいて被制御局をコントロールするサイトダイバーシティ運用を行うためのプログラムとして構築し、前記被制御局４がサイト３を変更した旨のサイトチェンジメッセージを前記被制御局４から前記制御局２に送信し、その送信情報に基づいて前記制御局２側で、前記カレントサイトを検索する機能をコンピュータに電気信号により実行させる構成として構築する。

また前記被制御局４の音声受信スケルチウィンドウを拡張し、前記サイト識別用コードの異なるサイトに通した前記制御局２から送信される信号を前記被制御局４で受入れ、前記被制御局４が前記制御局２とリンク接続するタイミングの変更を行う機能をコンピュータに電気信号により実行させるプログラムとして構築してもよいものである。この場合、前記被制御局４がサイト識別用コードの異なる前記サイト３から信号を受入れたときに、前記被制御局４から前記制御局２に向けてサイトを変更した旨のサイトチェンジメッセージを送信する機能をコンピュータに電気信号により実行させる構成として構築することが望ましいものである。

なお、以上の実施形態では、本発明の実施形態に係るサイトダイバーシティ運用方法を航空管制に適用した場合を説明したが、これに限られるものではない。要は、制御局と被制御局とが存在し、しかも、被制御局が制御局の支配下にあって、制御局の制御に基づいて被制御局がコントロールされるシステムであれば、いずれのものにも適用できるのである。

以上のように本発明によれば、サイトダイバーシティに有効な運用を行うことができるとともに、制御局と被制御局の間における通信の遅延問題を解決することができる。

図１は、本発明の実施形態に係るVDLモード３によるシステムを示す構成図である。 図２は、サポートオプションメッセージのフォーマットを示す図である。 図３は、本発明の実施形態における処理を示すフローチャートである。 図４は、サイトダイバーシティにおけるサイトチェンジを説明する図である。 図５は、ダウリングメッセージのフォーマットを示す図である。 図６は、地上局コードの割当てを説明する図である。 図７は、地上局と機上局とのリンク接続を管理するためのビーコン処理を説明するフローチャートである。 図８は、機上局距離の測位を説明するための図である。 図９は、音声送信の停止を説明するための図である。 図１０は、音声抑圧処理を説明するための図である。 図１１は、カレントサイトを考察するための図である。 図１２は、スケルチウィンドウを見直す説明をするための図である。 図１３は、サイトダイバーシティ運用の識別を説明するための図でる。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ 航空機
２，２ａ，２ｂ 地上局（制御局）
３，３ａ，３ｂ，３ｃ 地上サイト
４ 機上局（被制御局）

Claims (2)

1. 時分割多重アクセスによりチャンネルを複数のスロットに分割し、これらのスロットにより音声及びデータを複数のサイトに通して制御局と被制御局の間に伝送することにより、制御局からの指令に基づいて被制御局をコントロールするサイトダイバーシティ運用方法において、
   前記被制御局の音声受信スケルチウィンドウを拡張し、サイト識別用コードの異なるサイトに通した前記制御局から送信される信号を前記被制御局で受入れ、前記被制御局が前記制御局とリンク接続するタイミングの変更を行い、
   前記被制御局がサイト識別用コードの異なる前記サイトから信号を受入れたときに、前記被制御局から前記制御局に向けてサイトを変更した旨のサイトチェンジメッセージを送信することを特徴とするサイトダイバーシティ運用方法。
2. 時分割多重アクセスによりチャンネルを複数のスロットに分割し、これらのスロットにより音声及びデータを複数のサイトに通して制御局と被制御局の間に伝送することにより、制御局からの指令に基づいて被制御局をコントロールするサイトダイバーシティ運用を制御するためのプログラムにおいて、
   コンピュータに、
   前記被制御局の音声受信スケルチウィンドウを拡張し、サイト識別用コードの異なるサイトに通した前記制御局から送信される信号を前記被制御局で受入れ、前記被制御局が前記制御局とリンク接続するタイミングの変更を行う機能と、
   前記被制御局がサイト識別用コードの異なる前記サイトから信号を受入れたときに、前記被制御局から前記制御局に向けてサイトを変更した旨のサイトチェンジメッセージを送信する機能とを実行させることを特徴とするサイトダイバーシティ運用プログラム。

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