JP4781857B2 - 無線伝送システムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、航空機等の飛行体内部において、周波数帯を有効利用し伝送容量を最大限確保する無線伝送技術に関する。

近年、航空機内では、インフライトエンターテインメントシステム（ＩＦＥ＝Ｉｎ−Ｆｌｉｇｈｔ Ｅｎｔｅｒｔａｉｎｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）が導入され、長時間旅をする人々は、映画、オーディオプログラム、ゲーム、およびインターネット閲覧サービス等により、快適な旅行を楽しめるようになってきた。これらの映像、オーディオ、およびインターネットデータ等の情報は、通常、航空機内のサーバに蓄積され、そこから同軸ケーブル、光ファイバ等の有線媒体を用いて、アナログ伝送あるいはデジタル伝送により機器に送られる。ＩＦＥの機器には、天井に設置されたプロジェクタや液晶ディスプレイ等の各種映像モニターと、客席シートに設置された各シート専用の小型映像モニターやコントローラ（ハンドセット）等がある。

通常、天井にサーバから伝送幹線を配備し、天井に設置された機器は、伝送幹線から支線で接続される。また床上のシートに設置された機器のために、伝送幹線から多量の中継
線が航空機の側壁内部に配線されている。しかしながら、航空会社にとって高価な航空機の稼働率を上げることは最重要課題であり、そのために航空機の路線変更やクラス分け変更がしばしば行われる。その際、シート配置の変更は必然的であり、短時間かつ低コストで実施することが要求される。シート配置の変更は、側壁内部の中継線の配置変更を伴い、その結果、シート配置の変更時間を長時間化し、コスト高にする原因となっている。このことから、中継線を無線伝送化することが望まれていた。

一方、航空機内では、従来から地上との電話交信のための航空機電話通信システムが配備されている。航空機電話通信システムにおいては、地上系への電波干渉を防止するため、航空機電話専用の無線周波数帯が割り当てられていた。しかしながら、加入者が少なく、呼量も限られた航空機電話専用に無線周波数帯を割り当てるのは効率が悪いため、地上系電話システムと兼用し、地上系に悪影響を与えることなく実現する技術が提案されている。

特許文献１では、航空機に搭載された移動局が通話用無線周波数を使用するにあたって、他の移動局との通話においてこの通話用無線周波数が既に使用されており、かつ、この通話が航空機に搭載された移動局の電波干渉によって妨害を受け得る場合には、使用中の通話用無線周波数をその他の通話用無線周波数に強制的に切り替え、通話用無線周波数が使用されていない場合は、この周波数が地上系の通話用無線周波数として割り当てられないように規制している。これにより、航空機電話専用の新たな無線周波数を用意することなく、かつ、新たに専用の設備・装置も設けることなく、航空機電話サービスの可能な移動体通信システムを経済的に実現することができるとしている。

特許文献２では、地上系において行われる自動車電話通信に対して電波干渉による通信妨害を与えないように、航空機通話用移動局装置の送信電力を制御し、かつ、地上系の自動車電話通信からの電波干渉によって通信妨害を受けないように、受信電力を制御している。これにより、航空機電話専用の新たな無線周波数を用意することなく、かつ、新たに専用の設備・装置も役けることなく、航空機通話サービスの可能な移動体通信システムを経済的に実現することができるとしている。
特開平２−３９７３６号公報 特開平２−３９７３９号公報

航空機内で各シートに映像を中心とする情報を伝送する場合、情報伝送容量は膨大となる。同じコンテンツを各シートに同時に伝送するブロードキャスト型であれば、各シート当たり５Ｍビット／秒の映像信号に対して、上述した伝送幹線の伝送容量も約５Ｍビット／秒程度で済む。しかし、各ユーザが好みのコンテンツを好みの時間に楽しむユニキャスト型になると、５Ｍビット／秒のユーザ数倍だけ伝送容量を確保する必要があり、数１００席のシートに対して、１Ｇビット／秒を超える値が伝送幹線を流れる。中継線は、１本で数席ないし数１０席のシートを担当し、伝送幹線ほどの負荷量はないが、それでも数１０ないし数１００Ｍビット／秒の伝送容量を確保する必要がある。

このような中継線を無線化する場合、数１０ないし数１００Ｍビット／秒の伝送容量を確保するとともに、地上系無線システムに悪影響を及ぼさないシステムを構築する必要がある。しかしながら、特許文献１および２に開示されている技術によれば、無線電話の伝送容量は航空機全体でも１Ｍビット／秒以下であり、上述のような膨大な伝送容量は確保できなかった。

本発明は、上述した従来の課題を解決するもので、大量の映像情報を伝送する伝送容量を確保するとともに、地上系無線システムとの間で相互に悪影響を及ぼさないシステムを構築することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の無線伝送システムは、飛行体内部において、無線により情報信号を伝送するシステムであって、前記情報信号を、第１周波数帯と前記第１周波数帯よりも広い第２周波数帯のうちのいずれか１個の周波数帯により、無線送信することができる無線送信手段と、前記情報信号を受信する無線受信手段と、前記第１周波数帯と前記第２周波数帯のうちのいずれか１個の周波数帯を選定する選定手段と、前記飛行体が、第１高度域と、前記第１高度域よりも高い第２高度域のいずれに存在するかを特定する高度域特定手段とを有し、前記選定手段は、前記高度域特定手段により特定された高度域に基づき周波数帯を選定することを特徴としている。

また、本発明の無線伝送方法は、飛行体内部において、無線により情報信号を伝送する方法であって、前記情報信号を、第１周波数帯と前記第１周波数帯よりも広い第２周波数帯のうちのいずれか１個の周波数帯により、無線送信するステップと、前記情報信号を受信するステップと、前記第１周波数帯と前記第２周波数帯のうちのいずれか１個の周波数帯を選定するステップと、前記飛行体が、第１高度域と、前記第１高度域よりも高い第２高度域のいずれに存在するかを特定するステップとを有し、前記選定するステップは、前記特定された高度域に基づき周波数帯を選定することを特徴としている。

本発明の無線伝送システムおよび方法によれば、無線により各シートに情報信号を伝送するため、シート配置を変更しても配線を変更する必要がなく、変更が短時間化され、航空機の稼働率を向上し、シート配置の変更コストを低減する。また航空機の高度域に基づいて、無線の周波数帯を変化させるため、低い高度域では地上系システムとの相互干渉が無いように限定された周波数帯を用い、必要とする最低限のサービスを提供し、高い高度域では地上システムに干渉を与えず、地上システムからの干渉も無いので広い周波数帯を用い、映像配信を中心とするより高度なサービスを提供することができる。このように、航空機内における高度なサービスと、地上系システムとの間における相互の無線干渉の低減が、両立可能となる。

以下、本発明の実施の形態に関するいくつかの例について、図面を参照しながら説明する。尚、図面において、実質的に同一の構成、動作、および効果を表す要素については、同一の符号を付す。また、以下において記述される数字は、すべて本発明を具体的に説明するために例示したものであり、本発明は例示された数字に制限されない。
（実施の形態１）

図１は、実施の形態１における全体構成を示すブロック図である。実施の形態１は、飛行体の内部に設けられる。飛行体の具体例としては、ジェット機やプロペラ機等の航空機、ヘリコプター、飛行船、地上に連結された浮遊物体、ロケット、人工衛星、宇宙ステーションのうちの少なくとも一つであり、地表から所定距離以上に所定時間だけ保つことが可能な物体であれば、いかなるものでもよい。実施の形態１では、飛行体は航空機とする。航空機内には、多い場合数１００シート以上の客席があり、乗客は、インフライトエンターテインメントシステム（ＩＦＥ＝Ｉｎ−Ｆｌｉｇｈｔ Ｅｎｔｅｒｔａｉｎｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）により、映画、オーディオプログラム、ゲーム、およびインターネット閲覧サービス等を楽しむ。

図１において、サーバ部１は、映像信号とオーディオ信号の少なくとも一方を含む情報信号を蓄積するハードディスク群、およびこのハードディスク群から情報信号をリアルタイムに読み出して出力するＡＶサーバを含む。ＡＶサーバは、ビデオサーバとも呼ばれ、コンピュータサーバ、および必要に応じてサーバ能力を向上するためのハードウェアを含む。このようにサーバ部１は、機内の数１００シートからのＶＯＤ（ビデオ・オン・ディマンド）サービス要求にも応えられるように、スループットの高いサーバとして構成される。情報信号は、通常、空港内で駐機中に蓄積される。またサーバ部１は、ウェブサーバや電話交換機を備え、アンテナを介して衛星や各種地上設備にも接続されることにより、インターネット閲覧サービスや、電話サービスを可能にする。すなわち情報信号は、映像信号、オーディオ信号、インターネットデータの少なくとも一種類を含む。

サーバ部１から出力される情報信号は、接続９、主スイッチ部７、および伝送幹線１０を介して、機内の例えば１０数個あるいはそれ以上で構成される各アクセスポイント１１Ａ、１１Ｂ、・・・に配信される。各アクセスポイント１１Ａ、１１Ｂ、・・・を総称して、アクセスポイント１１と呼ぶ。伝送幹線９は、大量の情報信号の伝送に耐えられるように、１ギガビットイーサネットで構成される。１ギガビットイーサネットには、シールドされたツイストペアによる１０００ＢＡＳＥ−Ｔや、より長距離化が可能で電磁妨害に強い光ファイバによるものがあるが、航空機の大きさとコスト、および施工容易性等の観点から選択される。主スイッチ部７は、レイヤ３対応のギガビットイーサネットスイッチを含み、アクセスポイント１１に情報信号を輻輳無く伝送するために、十分なポート数およびスループットを備えている。例えば接続９には、１０数本以上の伝送幹線１０に流れる情報信号の総量が流れるため、接続９につながる主スイッチ部７のポートの入力能力は、その他のポートの入出力能力に比較して十分大きく構成される。

主スイッチ部７には、主として各種制御信号の流れをスイッチングする副スイッチ部８が接続される。副スイッチ部８は、主スイッチ部７と同様にギガビットイーサネットスイッチで構成してもよいが、通常は１００Ｍビットイーサネットスイッチで十分である。システム制御部２は、副スイッチ部８に接続され、１台以上のコンピュータで構成されることにより、実施の形態１にかかるシステム全体を制御する。ＣＳＳ制御部３も、副スイッチ部８に接続され、キャビンサービスシステム（ＣＳＳ＝Ｃａｂｉｎ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｓｙｓｔｅｍ）全体を制御する。キャビンサービスシステムにより、乗客は、客席から読書灯点灯やアテンダントコール等の要求を出し、サービスを受ける。これらのサービスは、ＣＳＳ独自の機能として実装される場合や、ＩＦＥの機能の一部として提供される場合がある。

コックピットシステム４も、副スイッチ部８に接続される。コックピットシステム４は航空機の運航を制御するシステムであり、航空機において非常に重要な役割を担っている。特に、副スイッチ部８からコックピットシステム４への情報伝送は厳しく制限され、ファイヤーウォール等を介在して、コックピットシステム４のセキュリティ確保に努めている。コックピットシステム４には、航空機の運航に必要な、航空機内外の種々の状態を計測する装置が含まれる。

高度検出部５は、航空機の高度を表す高度検出信号を生成し、副スイッチ部８に送る。高度検出部５は、高度計、ＧＰＳ受信機、気圧計、速度計、無線キャリヤセンサのうちの少なくとも一つを含む。また、航空機独自の位置特定システムを用いる場合もある。標高検出部６は、航空機の飛行位置に対応する地表の標高を表す標高検出信号を生成し、副スイッチ部８に送る。標高検出部６は、高度計、ＧＰＳ受信機、気圧計、速度計、レーダーのうちの少なくとも一つを含む。高度検出部５と標高検出部６は、少なくとも一部、例えばセンサ部分を共有し、高度検出信号と標高検出信号の両方を生成するように構成してもよい。

高度検出信号は、航空機の海面からの高度を表し、標高検出信号は、航空機の飛行位置に対応する地表の海面からの高度を表す。したがって、航空機の飛行位置に対応する地表からの高さは、高度検出信号の大きさから標高検出信号の大きさを差し引いたものとなる。高度検出信号と標高検出信号は、ともに副スイッチ部８を介して、システム制御部２に送られる。なお、図１に示した、システム制御部２、ＣＳＳ制御部３、高度検出部５、標高検出部６、副スイッチ部８を含めた構成は一例であり、これに限るものではない。例えば、ＣＳＳ制御部３、高度検出部５、標高検出部６がシステム制御部２に直接入力する構成、また副スイッチ部８が主スイッチ部７に統合され、副スイッチ部８の各ポートの役割が主スイッチ部７の一部のポートに引き継がれる構成、さらに副スイッチ部８の代わりに多数のポートを有するコンピュータを備えた構成等があり、実施の形態１はこのような変形例に展開可能である。

一方、アクセスポイント１１Ａに配信された情報信号は無線化され、無線情報信号１２Ａとして、無線ゾーン１３Ａ内の各クライアント部１３ＡＡ、１３ＡＢ、・・・に送られる。無線ゾーン１３Ａは、アクセスポイント１１Ａに対する無線通信が有効に動作する範囲を表す。各無線ゾーンには、無線チャンネルが一つ割り当てられる。各クライアント部１３ＡＡ、１３ＡＢ、・・・は、通常、航空機の各シートに１セットずつ配置される。アクセスポイント１１Ａと各クライアント部１３ＡＡ、１３ＡＢ、・・・の無線通信には、下りと上りがある。アクセスポイント１１Ａから各クライアント部１３ＡＡ、１３ＡＢ、・・・への伝送が下りであり、各クライアント部１３ＡＡ、１３ＡＢ、・・・からアクセスポイント１１Ａへの伝送が上りである。アクセスポイント１１Ａは、下りの伝送時に無線を送信し、上りの伝送時に無線を受信する。アクセスポイント１１Ａは、無線を送信するので、無線送信部とも呼ばれる。アクセスポイント１１Ｂ等その他の各アクセスポイントと、無線ゾーン１３Ｂ等その他の各無線ゾーンと、各クライアント部１３ＢＡ、１３ＢＢ、・・・等その他の各クライアント部との関係についても、上述と同様に動作するため、説明を省略する。

図２は、実施の形態１におけるクライアント部１３ＡＡの構成を示す詳細なブロック図である。アクセスポイント１１Ａからの無線情報信号１２Ａは、無線端末部１４ＡＡに入力される。無線端末部１４ＡＡは、送受信アンテナおよび無線符号化復号化器を含む。送受信アンテナは、無線情報信号１２Ａを受信し、クライアント部１３ＡＡからの各種制御信号を送信する。無線符号化復号化器は、送受信アンテナからの無線情報信号１２Ａを情報信号に復号化し、情報信号のうち映像信号をモニター部１６ＡＡに送り、オーディオ信号等をヘッドフォン部１７ＡＡに送る。また無線端末部１４ＡＡは、操作端末部１５ＡＡからの各種制御信号を無線化し、アクセスポイント１１Ａに送る。無線端末部１４ＡＡは、無線を受信するので、無線受信部とも呼ばれる。

操作端末部１５ＡＡは、読書灯点灯スイッチおよびアテンダントコールスイッチ等、キャビンサービスシステム用のスイッチを備えることにより、無線端末部１４ＡＡ、アクセスポイント１１Ａ、伝送幹線１０、主スイッチ部７、および副スイッチ部８を介して、ＣＳＳ制御部３にＣＳＳ用制御信号を送る。操作端末部１１ＡＡは、ハンドセットまたはコントローラとも呼ばれる。ＣＳＳ制御部３は、ＣＳＳ用制御信号に基づいて、キャビンサービスシステムを動作させる。また操作端末部１５ＡＡは、モニター部１６ＡＡの画質調整用のスイッチを備えることにより、無線端末部１４ＡＡを介して、モニター部１６ＡＡに画質調整用制御信号を送る。モニター部１６ＡＡは、画質調整用制御信号に基づいて、モニター部１６ＡＡの画質調整を可能にする。

さらに操作端末部１５ＡＡは、情報信号のチャンネル切替え用スイッチおよびＶＯＤサービス用のスイッチを備えることにより、無線端末部１４ＡＡ、アクセスポイント１１Ａ、伝送幹線１０、主スイッチ部７、および副スイッチ部８を介して、システム制御部２に情報制御信号を送る。システム制御部２は、機内全シートからの情報制御信号に基づいて、ＶＯＤサービスシステム全体の輻輳状態を調整し、副スイッチ部８および主スイッチ部７を介して、サーバ部１にクライアント部１３ＡＡに対する情報信号の配信指令を出す。サーバ部１は、情報信号にクライアント部１３ＡＡのアドレスを付して、出力する。また操作端末部１５ＡＡは、キーボードあるいはマウスを備えることにより、無線端末部１４ＡＡ、アクセスポイント１１Ａ、伝送幹線１０、および主スイッチ部７を介して、サーバ部１にＰＣ制御信号を送る。サーバ部１は、ＰＣ制御信号に基づいて、クライアント部１３ＡＡに対するインターネット閲覧サービスを動作させる。以上では、クライアント部１３ＡＡに関する動作について説明したが、その他の各クライアント部１３ＡＢ、・・・、１３ＢＡ、１３ＢＢ、・・・についても、図２と同様な構成により同様に動作するため、説明を省略する。なお、実施の形態１では、システム制御部２がＶＯＤサービスシステム全体を制御するとしているが、操作端末部１５ＡＡは情報制御信号をサーバ部１に送ることにより、サーバ部１がＶＯＤサービスシステム全体を制御するとしてもよい。

実施の形態１では無線方式として、ＩＥＥＥ８０２．１１ａとしても知られる５ＧＨｚ帯無線アクセスシステムを用いる。図３は、米国、欧州、および日本における５ＧＨｚ帯の利用状況を示す説明図である。５ＧＨｚ帯無線アクセスシステムは、１無線チャンネル当たり、１８ＭＨｚを占有する。５．１５ＧＨｚないし５．２５ＧＨｚの周波数帯Ｆ１では、上述の３地域とも、無線アクセスシステム占有の周波数帯として４無線チャンネルが確保される。５．２５ＧＨｚないし５．３５ＧＨｚの周波数帯Ｆ２では、３地域とも４無線チャンネルが確保されるが、ダイナミック周波数選択（ＤＦＳ＝Ｄｙｎａｍｉｃ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ）とトランスミッションパワーコントロール（ＴＰＣ＝Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）を装備する必要がある。ＤＦＳは、レーダーの干渉波を検出し、無線チャンネルを変更する仕組みであり、ＴＰＣは、システム全体の電力を調整および低減する仕組みである。周波数帯Ｆ２は、気象レーダーや地球探査衛星にも利用されておりに、ＤＦＳおよびＴＰＣとも、これらに干渉を与えないようにしている。ＤＦＳおよびＴＰＣにより、干渉は低減されるが、これらの動作中、実効伝送容量は幾分低下する。

５．４７ＧＨｚないし５．７２５ＧＨｚの周波数帯Ｆ３では、３地域とも１１無線チャンネルが確保されるが、周波数帯Ｆ２と同様に、ＤＦＳおよびＴＰＣを装備する必要がある。周波数帯Ｆ３は、船舶用レーダーや軍事レーダー等にも利用されており、これらに干渉を与えないようにしている。さらに米国だけは、５．７２５ＧＨｚないし５．８２５ＧＨｚの周波数帯Ｆ４に４無線チャンネル、５．８２５ＧＨｚないし５．８５ＧＨｚの周波数帯Ｆ５に１無線チャンネルが確保される。合計の無線チャンネル数は、米国では２４無線チャンネル、欧州と日本では１９無線チャンネルとなる。このような無線チャンネルの構成は、現在の状況を示しており、将来変更される可能性もある。

図４は、米国で利用可能な各周波数帯Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４について、各無線チャンネルの占有帯域幅１８ＭＨｚにおける中心周波数と、無線チャンネル名を示す説明図である。ここで実施の形態１では、周波数帯Ｆ１を第１周波数帯と呼び、各周波数帯Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４を併せた周波数帯を第２周波数帯と呼ぶ。第１周波数帯および第２周波数帯は、これに限らず自由に設定することができる。この場合、第１周波数帯と第２周波数帯は、上述の周波数帯Ｆ１のように一部が重なってもよいし、まったく重ならなくてもよい。

図５Ａおよび図５Ｂは、図４に表される無線チャンネルについて、航空機内部に割り当てた具体例を示す説明図である。図５Ａ、図５Ｂとも、航空機の胴体部を水平に切断し、上部を取り除いた場合の平面図を示している。点線で示される各無線ゾーンは、１個の無線チャンネルをそれぞれ割り当てられ、前方部２０と後方部２１の間に配置される。各アクセスポイントに含まれるアンテナの指向性は高く、各無線ゾーンは、無線ゾーン間の重なりが小さくなるように、無線ゾーン間の隙間が小さくなるように、また各無線ゾーン内の無線電力ができるだけ均一になるように形成される。

図７は、航空機の高度の状態を示す説明図である。航空機は、海面高度Ｈ０を基準に、標高Ｈ３の高さにある空港２２を離陸し、巡航高度Ｈ４まで上昇し、巡航高度Ｈ４において所定の巡航速度で目的地まで巡航する。一方、空港２２を目的地として巡航してきた航空機は、目的地付近で巡航高度Ｈ４から下降し、標高Ｈ３の高さにある空港２２に着陸する。航空機の高度は、複数個の高度域に分類される。図７では、第１高度域Ｈ１Ｗと第２高度域Ｈ２Ｗに分類するが、３個以上に分類してもよい。第１高度域Ｈ１Ｗは、海面高度Ｈ０から高度Ｈ１までの範囲に設定され、第２高度域Ｈ２Ｗは、高度Ｈ２から高度Ｈ５までの範囲に設定される。第１高度域Ｈ１Ｗの平均高度は、第２高度域Ｈ２Ｗの平均高度よりも低い。高度Ｈ５は、巡航高度Ｈ４より高く、また航空機が最も高い高度で飛行可能な最大巡航高度より十分高く設定される。航空機が空港２２内で駐機中の場合、航空機は第１高度域Ｈ１Ｗに存在する。図５Ａは、航空機が第１高度域Ｈ１Ｗに存在する場合であり、図５Ｂは、航空機が第２高度域Ｈ２Ｗに存在する場合である。

ここで、機内サービスについて説明する。航空機には、いつでも提供しなければならない必須のサービスがある。例えば、乗務員のアナウンス、乗務員間の音声等の通信、救命胴衣の説明、あるいは読書灯点およびアテンダントコール等のＣＳＳサービスである。機外カメラによるライブ映像サービスが、航空会社の付加サービスとして低高度で提供される場合もある。このような必須の機内サービスおよび低高度で提供される一部の付加サービスを、第１サービスと呼ぶ。さらに、第１サービスと、上述したような、ＶＯＤ等の伝送容量の大きい本格的なＩＦＥサービスとを合わせて、第２サービスと呼ぶ。

以上のような第１サービスおよび第２サービスを航空機内で提供する場合、無線アクセスシステムから発信される無線が、気象レーダーや地球探査衛星等に干渉を与えないこと、および無線アクセスシステム内の各無線ゾーン間で互いに干渉しないこと、が重要である。機内無線アクセスシステムは、地上の無線アクセスシステムが想定しているような、任意の無線発信源が存在する状況とは異なって、無線発信源は管理されている。したがって、機内無線アクセスシステムにおいては、上述したようにアンテナの指向性を高めることにより、各無線ゾーン間の干渉を十分低減可能である。また、図５Ａ、図５Ｂの場合、機内の空中線電力および等価等方輻射電力は、ともに高々１０ｍＷ／ＭＨｚ程度である。しかも航空機胴体の金属板は強力な電磁遮蔽効果を有しており、機外に漏洩する電磁波は、ごくわずかである。さらに航空機が、巡航高度で巡航中の場合、地上設備からは例えば１００００ｍ程度離れており、また高度約７００ｋｍで周回する地球探査衛星からも十分離れている。このため、気象レーダーや地球探査衛星への干渉は発生しない。

そこで、航空機の駐機中、離陸直後、および着陸直前のような第１高度域の場合、地上システムに接近する可能性があるため、周波数帯Ｆ１で構成される限定された第１周波数帯を用いる。地上において周波数帯Ｆ１は、無線アクセスシステム専用の周波数帯であり、屋内であればＤＦＳおよびＴＰＣを動作させなくても自由に使用可能である。これにより、伝送容量の少ない第１サービスを、ＤＦＳおよびＴＰＣを動作させずに、伝送容量を低下させることなく確実に提供する。また航空機の高度が十分高い第２高度域の場合、地上システムからも十分離れているため、各周波数帯Ｆ１、Ｆ２、Ｆ４で構成される第２周波数帯を用いる。上述のように第２高度域では気象レーダーや地球探査衛星への干渉は発生しないため、ＤＦＳおよびＴＰＣを動作させずに、第２周波数帯の広帯域を十分活用して、ＶＯＤサービスを含む第２サービスを提供する。ＤＦＳおよびＴＰＣは、第２高度域で動作させないとしたが、動作させてもよい。

図５Ａは、第１高度域の場合であり、第１サービス用に、機内全域にわたって周波数帯Ｆ１の無線チャンネルＣ３６が割り当てられる。第１サービスは機内全体に提供する必要があり、無線チャンネルＣ３６は、機内全域に割り当てられているため、好適である。第２高度域の場合、図５Ｂのように、機内全域にわたる無線チャンネルＣ３６に加えて、各周波数帯Ｆ１、Ｆ２、Ｆ４の各無線チャンネルが、第２サービス用に割り当てられる。これらの各無線チャンネルは、図５Ｂにおける空間的配置が、図４における周波数配置と相関性を持たないように設定される。すなわち、図５Ｂにおいて隣接する無線ゾーンの２つの無線チャンネルは、図４において、周波数帯Ｆ２と周波数帯Ｆ４の間を除いて、隣接しないように設定される。実施の形態１では、無線チャンネルＣ３６と無線チャンネルＣ４４の両中心周波数間が１無線チャンネルの間隔になっており、もっとも接近している。その他は２無線チャンネル以上の間隔である。以上ように航空機が、第１高度域と第２高度域のいずれに存在するかを特定することにより、無線ゾーンおよび無線チャンネルの割り当てを変更する。

航空機は、通常、離陸後、単調増加的に上昇し、所定の巡航高度で巡航状態に入る。着陸時には、所定の巡航高度から単調減少的に下降し、着陸する。しかしながら空港の混雑度に応じて、管制官の指示により、離陸時には一時下降したり、着陸時には一時上昇したりする。第１高度域と第２高度域のいずれに存在するかを特定することにより、無線チャンネルの割り当てを自動的に変更している場合、このような飛行状態においてはチャタリングが発生する。

チャタリングを防止するため、図７のように、第１高度域Ｈ１Ｗの上限高度Ｈ１は、第２高度域Ｈ２Ｗの下限高度Ｈ２よりも高く設定し、航空機が第１高度域Ｈ１Ｗから第２高度域Ｈ２Ｗに移行する境界高度Ｈ１と、航空機が第２高度域Ｈ２Ｗから第１高度域Ｈ１Ｗに移行する境界高度Ｈ１との間に、ヒステリシス特性を持たせる。すなわち、航空機が上昇過程の場合、第１高度域Ｈ１Ｗの上限高度Ｈ１を超えると第２高度域Ｈ２Ｗに入る。第２高度域Ｈ２Ｗの下限高度Ｈ２は第１高度域の上限高度Ｈ１より低いため、航空機が多少下降しても、チャタリングは発生しない。航空機が下降過程の場合、第２高度域Ｈ２Ｗの下限高度Ｈ２を下方に超えると第１高度域Ｈ１Ｗに入る。第１高度域Ｈ１Ｗの上限高度Ｈ１は第２高度域の下限高度Ｈ２より高いため、航空機が多少上昇しても、チャタリングは発生しない。別の言葉で説明すれば、航空機が第１高度域から離脱する場合、航空機は第２高度域に存在し、無線アクセスシステムは第２周波数帯に設定され、航空機が第２高度域から離脱する場合、航空機は第１高度域に存在し、無線アクセスシステムは第１周波数帯に設定される。

世界には、例えば、標高２２４０ｍのメキシコシティ空港や、標高１６６０ｍのデンバー空港のように、標高の高い空港がある。このような空港から離着陸する場合、高度域の設定によっては、離陸後すぐに第２周波数帯になったり、着陸直前まで第２周波数帯のままであったりする。このような状態を避けるため、航空機の飛行位置に対応する地表の標高を表す標高検出信号を検出する。空港２２の高度Ｈ３は、空港２２の標高を表す。この標高検出信号に基づいて、第１高度域と第２高度域の両方における上限高度と下限高度のうちいくつかを、変化するように設定する。例えば、巡航高度Ｈ４と標高検出信号との和の半分付近で、第２高度域Ｈ２Ｗの下限高度Ｈ２が、第１高度域Ｈ１Ｗの上限高度Ｈ１以下になるように設定すればよい。

次に、図１の実施の形態１の構成に基づいて、本発明の詳細を説明する。図１において、高度検出部５は、副スイッチ部８を介して、高度検出信号をシステム制御部２に送る。また標高検出部６は、副スイッチ部８を介して、標高検出信号をシステム制御部２に送る。システム制御部２は、標高検出信号に基づいて、第１高度域Ｈ１Ｗと第２高度域Ｈ２Ｗを設定する。

図８は、システム制御部２におけるシステム全体を制御する処理のうち、高度域を特定する高度域特定部２３の処理と、周波数帯を選定する選定部２４の処理を示すフローチャートである。ステップＳ１で、高度域特定部２３の処理が開始される。ステップＳ２で、システム制御部２内の所定のメモリに書き込まれている、前回に特定された前高度域を読み出す。ステップＳ３で、読み出された前高度域が、第１高度域かどうかを判断する。ＹＥＳであれば、前高度域は第１高度域であると判断して、ステップＳ４に進む。ＮＯであれば、前高度域は第２高度域であると判断して、ステップＳ５に進む。ステップＳ４で、高度検出信号が、第１高度域内かどうかを判断する。ＹＥＳであれば、高度検出信号は第１高度域内であると判断して、ステップＳ６に進む。ＮＯであれば、高度検出信号は第１高度域外であると判断して、ステップＳ７に進む。またステップＳ５で、高度検出信号が、第２高度域内かどうかを判断する。ＹＥＳであれば、高度検出信号は第２高度域内であると判断して、ステップＳ７に進む。ＮＯであれば、高度検出信号は第２高度域外であると判断して、ステップＳ６に進む。ステップＳ６で、現在の高度域である現高度域を第１高度域と特定し、第１高度域を所定のメモリに書き込み、ステップＳ８に進む。またステップＳ７で、現在の高度域である現高度域を第２高度域と特定し、第２高度域を所定のメモリに書き込み、ステップＳ９に進む。以上が、高度域特定部２３の処理である。

次に、選定部２４の処理が開始される。ステップＳ８で、周波数帯として第１周波数帯を選定し、ステップＳ１０に進む。またステップＳ９で、周波数帯として第２周波数帯を選定し、ステップＳ１０に進む。ステップＳ１０で、選定された周波数帯を表す選定信号を、全部のアクセスポイントに送る。ステップＳ１１で、選定部２４の処理を終了する。高度域特定部２３のステップＳ１は、所定期間ごと、例えば１分ごとに開始され、選定部２４の処理は、高度域特定部２３の処理に引き続いて行われる。このように構成することにより、第１高度域Ｈ１Ｗと第２高度域Ｈ２Ｗが一部の高度を共有する場合（図７参照）、高度域特定部２３にヒステリシス特性を持たせることが可能となる。

ここで、高度域特定部２３について、図８のフローチャートに代わる別の実施例を説明する。第１高度域Ｈ１Ｗと第２高度域Ｈ２Ｗは、高度を重複しないように構成する。システム制御部２は、高度検出信号が第１高度域と第２高度域のいずれに存在するかを判断する。高度検出信号が第１高度域内と判断された場合、現高度域を第１高度域と特定し、第１周波数帯を選定する。高度検出信号が第２高度域内と判断された場合、現高度域を第２高度域と特定し、第２周波数帯を選定する。システム制御部２は、選定された周波数帯を表す選定信号を、全部のアクセスポイントに送る。以上の処理は、所定期間ごとに行われるが、図８の場合における所定期間よりも比較的長く設定される。例えば、２分ごとに開始するように設定すれば、上述したチャタリングが発生することもなく、適切に高度域が特定される。なお、第１高度域Ｈ１Ｗと第２高度域Ｈ２Ｗを重複しないように構成し、所定期間を図８の場合と同様に短く設定しても、第１高度域Ｈ１Ｗと第２高度域Ｈ２Ｗとの境界をかなり高高度、例えば巡航高度に対して８割程度に設定すれば、チャタリングが発生する可能性は十分低くなる。このように、チャタリングを防止する構成はこれらの例に限定されず、本発明の技術を用いて、当業者が容易に構成可能な種々の例に展開可能である。

システム制御部２は、上述のように１台以上のコンピュータで構成され、通常、高度域特定部２３の処理および選定部２４の処理を、ソフトウェアにより実行する。別の構成例として、乗務員による処理を説明する。システム制御部２に、高度検出信号の値を表示する高度域表示計と、選定スイッチを設ける。乗務員は、高度域特定部２３において、高度域表示計に基づいて、高度域を特定する。乗務員は、選定部２４において、特定された高度域に基づいて、選定スイッチを切替える。これにより、選定スイッチは、第１周波数帯と第２周波数帯のいずれかの周波数帯を表す選定信号を、全部のアクセスポイントに送る。

次に、各アクセスポイント１１Ａ、１１Ｂ、・・・は、選定信号に基づいて、無線の周波数帯を、第１周波数帯と第２周波数帯のいずれかに設定する。また、システム制御部２は、同時に、選定信号を、副スイッチ部８、主スイッチ部７を介して、サーバ部１に送る。サーバ部１は、選定信号が第１周波数帯の場合、第１サービスを提供し、選定信号が第２周波数帯の場合、第２サービスを提供する。さらに選定信号は、無線情報信号１２Ａを介して、クライアント部１３ＡＡに送られる。クライアント部１３ＡＡは、選定信号が第１周波数帯の場合、モニター部１６ＡＡにより第１サービスの提供時間であることを乗客に知らせるとともに、操作端末部１５ＡＡからの第２サービスの受付を中止する。またクライアント部１３ＡＡは、選定信号が第２周波数帯の場合、モニター部１６ＡＡにより第２サービスの提供時間であることを乗客に知らせるとともに、操作端末部１５ＡＡからの第２サービスの受付を開始する。

以上のように、実施の形態１によれば、無線により各シートに情報信号を伝送するため、シート配置を変更しても配線を変更する必要がなく、変更が短時間化され、航空機の稼働率を向上し、シート配置の変更コストを低減する。また航空機の高度域に基づいて、無線の周波数帯を変化させるため、比較的低い第１高度域では、地上系システムとの相互干渉が無いように限定された第１周波数帯を用い、必要とする最低限の第１サービスを提供し、比較的高い第２高度域では、地上システムに干渉を与えず、地上システムからの干渉も無いので広い第２周波数帯を用い、映像配信を中心とするより高度な第２サービスを提供することができる。このように、航空機内における高度なサービスと、地上系システムとの間における相互の無線干渉の低減が、両立可能となる。
（実施の形態２）

実施の形態２では、無線チャンネルの割り当てについて、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。その他の構成、動作、および効果は、実施の形態１と同等であるので、省略する。

図６Ａおよび図６Ｂは、図４に表される無線チャンネルについて、航空機内部に割り当てた別の具体例を示す説明図である。点線で示される各無線ゾーン、およびその各無線ゾーンに割り当てられた無線チャンネルが図５Ａおよび図５Ｂと異なるだけで、その他は同様である。

図６Ａは、第１高度域の場合であり、第１サービス用に、周波数帯Ｆ１の各無線チャンネルＣ３６、Ｃ４４、Ｃ４０、Ｃ４８が割り当てられる。通常、第１サービスは機内全体に提供する必要があり、各無線チャンネルＣ３６、Ｃ４４、Ｃ４０、Ｃ４８には、共通のコンテンツが割り当てられる。さらに例えば、離陸時に今後の機内サービスの内容を案内する場合、ファーストクラス、ビジネスクラス、およびエコノミークラスで、コンテンツを変えることができる。

第２高度域では、図６Ｂのように無線チャンネルは再配置され、各周波数帯Ｆ１、Ｆ２、Ｆ４の各無線チャンネルが、第２サービス用に割り当てられる。これらの各無線チャンネルは、図６Ｂにおける空間的配置が、図４における周波数配置と相関性を持たないように設定される。すなわち、図６Ｂにおいて隣接する無線ゾーンの２つの無線チャンネルは、図４において、周波数帯Ｆ２と周波数帯Ｆ４の間を除いて、隣接しないように設定される。実施の形態２では、隣接する無線ゾーンの２つの無線チャンネルは、最低で３無線チャンネルの間隔になっている。実施の形態２における図６Ｂは、実施の形態１における図５Ｂに比べて、１無線ゾーンが広いため、その分、無線チャンネルの割り当てには余裕がある。
（実施の形態３）

実施の形態３では、無線チャンネルの割り当てについて、実施の形態１および２と異なる点を中心に説明する。その他の構成、動作、および効果は、実施の形態１と同等であるので、省略する。

図９Ａおよび図９Ｂは、図４に表される無線チャンネルについて、航空機内部に割り当てた別の具体例を示す説明図である。点線で示される各無線ゾーン、およびその各無線ゾーンに割り当てられた無線チャンネルが図５Ａおよび図５Ｂと異なるだけで、その他は同様である。

図９Ａは、第１高度域の場合であり、第１サービス用に、機内全域にわたって周波数帯Ｆ１の無線チャンネルＣ３６が割り当てられる。通常、第１サービスは機内全体に提供する必要があり、無線チャンネルＣ３６は、機内全域に割り当てられているため、好適である。さらに、周波数帯Ｆ１の各無線チャンネルＣ４４、Ｃ４８が、機内の異なる領域に割り当てられる。例えば、離陸時に今後の機内サービスの内容を案内する場合、ファーストクラスおよびビジネスクラスと、エコノミークラスで、コンテンツを変えることができる。

第２高度域では、図９Ｂのように無線チャンネルは再配置され、各周波数帯Ｆ１、Ｆ２、Ｆ４の各無線チャンネルが、第２サービス用に割り当てられる。これらの各無線チャンネルは、図９Ｂにおける空間的配置が、図４における周波数配置と相関性を持たないように設定される。すなわち、図９Ｂにおいて隣接する無線ゾーンの２つの無線チャンネルは、図４において、周波数帯Ｆ２と周波数帯Ｆ４の間を除いて、隣接しないように設定される。実施の形態３では、隣接する無線ゾーンの２つの無線チャンネルは、最低で３無線チャンネルの間隔になっている。実施の形態３における図９Ｂは、実施の形態１における図５Ｂに比べて、１無線ゾーンが広いため、その分、無線チャンネルの割り当てには余裕がある。
（実施の形態４）

実施の形態４では、無線チャンネルの割り当てについて、実施の形態１、２、および３と異なる点を中心に説明する。その他の構成、動作、および効果は、実施の形態１と同等であるので、省略する。

図１０は、図４に表される無線チャンネルについて、航空機内部に割り当てた別の具体例を示す説明図である。点線で示される各無線ゾーン、およびその各無線ゾーンに割り当てられた無線チャンネルが図５Ａおよび図５Ｂと異なるだけで、その他は同様である。第１高度域では、実施の形態３における図９Ａと同様であるので、説明を省略する。

第２高度域では、図１０のように無線チャンネルは再配置され、各周波数帯Ｆ２、Ｆ３の各無線チャンネルが、第２サービス用に割り当てられる。これらの各無線チャンネルは、図１０における空間的配置が、図４における周波数配置と相関性を持たないように設定される。すなわち、図１０において隣接する無線ゾーンの２つの無線チャンネルは、図４において、隣接しないように設定される。実施の形態４では、隣接する無線ゾーンの２つの無線チャンネルは、最低で２無線チャンネルの間隔になっている。実施の形態４における図１０は、実施の形態１における図５Ｂに比べて、無線チャンネル数が比較的多い周波数帯Ｆ３を用いるため、その分、無線チャンネルの割り当てには余裕がある。

以上、実施の形態におけるこれまでの説明は、すべて本発明を具体化した一例であって、本発明はこれらの例に限定されず、本発明の技術を用いて当業者が容易に構成可能な種々の例に展開可能である。

本発明は、無線伝送システムおよび方法に利用できる。

実施の形態１における全体構成を示すブロック図。 実施の形態１におけるクライアント部の構成を示す詳細なブロック図。 米国、欧州、および日本における５ＧＨｚ帯の利用状況を示す説明図。 無線チャンネルの中心周波数と無線チャンネル名を示す説明図。 実施の形態１における航空機の高度が低い場合の無線チャンネルの配置を示す説明図。 実施の形態１における航空機の高度が高い場合の無線チャンネルの配置を示す説明図。 実施の形態２における航空機の高度が低い場合の無線チャンネルの配置を示す説明図。 実施の形態２における航空機の高度が高い場合の無線チャンネルの配置を示す説明図。 高度域の関係を示す説明図。 システム制御部における高度域特定部と選定部を示すフローチャート。 実施の形態３における航空機の高度が低い場合の無線チャンネルの配置を示す説明図。 実施の形態３における航空機の高度が高い場合の無線チャンネルの配置を示す説明図。 実施の形態４における航空機の高度が高い場合の無線チャンネルの配置を示す説明図。

符号の説明

１ サーバ部
２ システム制御部
３ ＣＳＳ制御部
４ コックピットシステム
５ 高度検出部
６ 標高検出部
７ 主スイッチ部
８ 副スイッチ部
９ 接続
１０ 伝送幹線
１１ アクセスポイント
１２Ａ、１２Ｂ、・・・ 無線情報信号
１３Ａ、１３Ｂ、・・・ 無線ゾーン
１３ＡＡ、１３ＡＢ、・・・、１３ＢＡ、１３ＢＢ、・・・ クライアント部
１４ＡＡ 無線端末部
１５ＡＡ 操作端末部
１６ＡＡ モニター部
１７ＡＡ ヘッドフォン部
２０ 前方部
２１ 後方部
２２ 空港
２３ 高度域特定部
２４ 選定部

Claims (16)

1. 飛行体内部において、無線により情報信号を伝送するシステムであって、
   前記情報信号を、第１周波数帯と前記第１周波数帯よりも広い第２周波数帯のうちのいずれか１個の周波数帯により、無線送信することができる無線送信手段と、
   前記情報信号を受信する無線受信手段と、
   前記第１周波数帯と前記第２周波数帯のうちのいずれか１個の周波数帯を選定する選定手段と、
   前記飛行体が、第１高度域と、前記第１高度域よりも高い第２高度域のいずれに存在するかを特定する高度域特定手段とを有し、
   前記選定手段は、前記高度域特定手段により特定された高度域に基づき、周波数帯を選定することを特徴とする、無線伝送システム。
2. 前記第２周波数帯は、前記第１周波数帯よりも伝送容量が大きいことを特徴とする、請求項１に記載の無線伝送システム。
3. 前記第１高度域の平均高度は、前記第２高度域の平均高度よりも低いことを特徴とする、請求項１に記載の無線伝送システム。
4. 前記飛行体が前記第１高度域に存在する場合、前記無線送信手段は前記第１周波数帯に設定され、前記飛行体が前記第２高度域に存在する場合、前記無線送信手段は前記第２周波数帯に設定されることを特徴とする、請求項１に記載の無線伝送システム。
5. 前記第１高度域と、前記第２高度域は、高度域が一部重複することを特徴とする請求項４に記載の無線伝送システム。
6. 前記高度域特定手段は、前記飛行体が前記第１高度域から前記第２高度域に特定が変わる第１の高度と、前記飛行体が前記第２高度域から前記第１高度域に特定が変わる第２の高度を異なった高度に設定していることを特徴とする請求項５に記載の無線伝送システム。
7. 前記第１高度域の上限高度は、前記第２高度域の下限高度よりも高いことを特徴とする、請求項１に記載の無線伝送システム。
8. 前記第１周波数帯の少なくとも一部は、前記第２周波数帯に含まれることを特徴とする、請求項１に記載の無線伝送システム。
9. 前記第２周波数帯の少なくとも一部は、ダイナミック周波数選択とトランスミッションパワーコントロールの少なくとも１つを備えたことを特徴とする、請求項１に記載の無線伝送システム。
10. 前記第１周波数帯の少なくとも一部は、５．１５ＧＨｚないし５．２５ＧＨｚの周波数帯に含まれることを特徴とする、請求項１に記載の無線伝送システム。
11. 前記高度域特定手段は、飛行体の高度を検出する高度検出手段を含むことを特徴とする、請求項１に記載の無線伝送システム。
12. 前記第１高度域と前記第２高度域は、前記飛行体の飛行位置に対応する地表の標高に基づいて変化することを特徴とする、請求項１に記載の無線伝送システム。
13. さらに、
    情報信号を蓄積し、送出するサーバ部と、
    前記サーバ部から送出された前記情報信号を、有線により前記無線送信手段に伝送する伝送幹線と、
    前記無線受信手段で受信した前記情報信号を表示するモニター部とを有することを特徴とする、請求項１に記載の無線伝送システム。
14. 前記飛行体は、航空機、ヘリコプター、飛行船、地上に連結された浮遊物体、ロケット、人工衛星、宇宙ステーションのうちの少なくとも一つであることを特徴とする、請求項１に記載の無線伝送システム。
15. 前記高度検出手段は、高度計、ＧＰＳ受信機、気圧計、速度計、無線キャリヤセンサのうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項１１に記載の無線伝送システム。
16. 飛行体内部において、無線により情報信号を伝送する方法であって、
    前記情報信号を第１周波数帯と前記第１周波数帯よりも広い第２周波数帯のうちのいずれか１個の周波数帯により、無線送信するステップと、
    前記情報信号を受信するステップと、
    前記第１周波数帯と前記第２周波数帯の周波数帯のうちのいずれか１個の周波数帯を選定するステップと、
    前記飛行体が、第１高度域と、前記第１高度域よりも高い第２高度域のいずれに存在するかを特定するステップとを有し、
    前記選定するステップは、前記特定された高度域に基づき周波数帯を選定することを特徴とする、無線伝送方法。

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