JP4891311B2 - 無線ピコセルを生成するためのシステム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、無線通信に関し、特に、多元接続無線ネットワークの代替としてピコセル（ｐｉｃｏｃｅｌｌ）を生成するシステム及び方法に関する。

飛行機旅行は、我々の生活の不可欠となった。今日、飛行機は、モバイル通信とインターネットアクセスが必ずしも利用可能とは限らない最後に残るアイランドであるように見える。飛行中のネットワークプロバイダの市場調査は、インフライトエンタテインメント（ＩＦＥ）、インターネットアプリケーション、及びパーソナル通信への明白な傾向と共に、旅客機用の高データレート通信サービスの要求を示す。

更に、人々は、モバイル電話、ラップトップ又はＰＤＡのように、全て個人環境に適応された個人専用機器により慣れてきている。将来の旅客機は、インフライトエンタテイメントによってより楽しく、ビジネス通信設備によってより生産的に、搭載された遠隔医療及び監視設備によってより安全な旅にするために、乗客に対して様々なエンタテイメント及び通信機器を提供するだろう。

更に、「捕われたような」（captive）旅行者で一杯の航空機は、広告主にとって極めて魅力的である。なぜなら、乗客が見るウェブページは、その目的地に合わせて作成することができ、展示会であったり、ツーリストサイトであったり、あるいは、そのアメニティを宣伝したい都市でありうるからである。

従って、ユーザアクセプタンスの視点から将来のモバイル通信について考えると、ユーザ自身の機器によるマルチメディア及びパーソナル通信サービスのための無線アクセスソリューションに対し明らかに需要がある。

民間航空機の場合、飛行中は、従来のセルラ電話及びＰＣＳ電話の使用が禁止されている。航空機に持ち込まれた電話が、地上セルと通信することを許すことは望ましくない。なぜなら、この電話は、通信する地上セルと比較的高い電力で送信しなくてはならず、互いに、あるいは、地上の隣接セルと干渉する恐れがあるからである。

米国特許６１４４６５３号（特許文献１）に記載しているように、一般的なセルラ電話システムは、地理的領域を、「セル」と呼ばれる、幾つかの小さな隣接したラジオ有効範囲領域に分割する。これらセルは、基地局と呼ばれる一連の固定無線局によってサービス提供される。基地局は、モバイルサービス交換センタ（ＭＳＣ）に接続され、それによって制御される。一方、ＭＳＣは、地上公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）に接続される。セルラ無線システム内の電話使用者（モバイル加入者）は、近くの基地局を介してＭＳＣと音声及び／又はデータを通信するポータブル（携帯型）、運送可能（ハンドキャリー型）、又はモバイル（車載）電話ユニット（移動局）が提供される。ＭＳＣは、地上加入者とモバイル加入者との間の呼出を交換し、移動局へのシグナリングを制御し、課金統計量を収集し、システムの動作、メンテナンス、及び試験に備える。

基地局は、セルの中心に位置し、等方的に送信する全方向指向性アンテナを装備している。幾つかの状況では、基地局は、セルの外周近くにあるかもしれない。あるいは、指向性ラジオ信号を用いてセルを指向的にイルミネートするかもしれない。基地局の各々は、モバイルサービス交換センタ（ＭＳＣ）への音声リンク及びデータリンクによって接続されている。一方、ＭＳＣは、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）内の中央オフィス、又は、統合システムデジタルネットワーク（ＩＳＤＮ）のような類似施設に接続されている。セル内には複数の移動局が存在しうる。モバイル加入者は、セル内のある場所から別の場所へ、あるいは、１つのセルから隣接又は近隣のセルへと移動しうる。

セルの各々は、例えば米国連邦通信委員会（ＦＣＣ）のような関連する政府機関によって全てのセルラシステムに割り当てられたチャネルのうちの１セットが割り当てられる。これらチャネルは、その有効範囲領域内の移動局と基地局とのそれぞれの間の音声、データ、及びページング／アクセスのサポート、又は、チャネルの制御のために使用される。基地局とモバイルユニットとの間のリンクは双方向である。従って、送信用に、移動局と基地局に対して個別のチャネルが割り当てられる。アイドル状態にある（調節されたが、使用されていない）場合、移動局の各々が最も強い制御チャネル（一般に、その瞬間に移動局が位置しているセルの制御チャネル）に調節し、その後、それを連続的に監視する。そして、基地局のうちの１つを介して通話を受信すなわち開始しうる。アイドル状態にある間に、セル間を移動する場合、移動局は、最も強いセルの制御チャネルに調節するだろう。制御チャネルへの最初の調節及び変更は、最も強い制御チャネルを見つけるために、セルラシステム内で動作している全ての制御チャネルを走査することによって自動的に達成される。良好な受信品質を持つ制御チャネルが発見された場合、移動局は、品質が再び悪化するまで、このチャネルに合わせ続ける。

アイドル（スタンバイ）状態にある間、移動局の各々は、それにアドレスされたページメッセージが、制御チャネルによって受信されたかを連続的に判定する。識別が一致して呼び出された移動局は、制御チャネルを介して基地局へページ応答を自動的に送信する。この基地局は、このページ応答をＭＳＣへ転送する。ページ応答を受信すると、ＭＳＣは、このページ応答が受信された制御チャネルから、このセル内で利用可能な音声チャネルを選択し、選択された音声チャネルトランシーバをオンし、そのセル内の基地局に、その制御チャネルを介して、移動局に対し、選択された音声チャネルに調節するよう命じるように要求する。移動局が、この選択されたチャネルへ一旦調節されると、連続した接続が確立される。

２〜３例を挙げると、同様の制御手続きが、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）、グローバル移動体通信システム（ＧＳＭ）のような周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）システム、あるいはＵＭＴＳネットワークのために存在する。

可変セルサイズの概念は、そのサイズに応じて、セルをメガセル、マクロセル、ミクロセル、ミニセル、又はピコセルに分類する多元接続電話網に適用されている。ピコセルは、一般にビル内通信サービスを提供するために、そして、例えばキャンパス、スタジアム、空港、及びショッピングモールのような限られた領域へ通信サービスを提供するために適用される。更に、ピコセルは、例えばトンネルのような地形上の障害物によるマクロセルのサービス品質の悪化を補償し、かつ、低通信品質の領域内の通信品質を高めるために使用される。

ＣＤＭＡ２０００のようなスペクトル拡散システム、ユニバーサル移動体通信システム（ＵＭＴＳ）、及び、低電力ピコセルアクセスの到来は、航空機内の従来の無線電話の使用を促進するための潜在的な手段を提供する。更に、潜在的な解決策が、航空機開発とともに、航空機アビオニクス技術から生じうる。

従来の地上の多元接続電話網通信と干渉することなく、航空機キャビン内のような特別な環境内でピコセルを形成できれば有利だろう。

従来の多元接続電話網によって提供されるのと同じサービスを用いて、上述したピコセルが、制御された空間又は領域で移動局を提供できれば有利だろう。
米国特許６１４４６５３号

飛行機旅行は我々の生活の不可欠な部分になり、飛行機旅行が乗客にとってより生産的で楽しくなることに対する需要増がある。航空会社及び航空機産業に対する市場研究は、インターネットアプリケーションに対する重要性と共に、高いデータレートの通信サービスを提供することが望ましいことを示している。航空界におけるマルチメディアシステムは、乗客が、航空機又は空港の中から、自分自身のラップトップコンピュータ、パーソナルデジタルアシスタント、又はセル電話を通じて、航空機における無線ネットワークを介してログオンすることを可能にするだろう。遠隔医療、遠隔学習、遠隔観光、及び遠隔勤務は、航空界マルチメディアサービスに適切なサービスのほんの一例である。

本発明は、従来の商用無線デバイスへサービスを提供するセルラマイクロセル、ピコセル、又はマルチピコセルを記述する。解決される問題は、航空機の飛行中、セルラ／ＰＳＣ電話と地上ネットワークとの間において機内通話を禁止している現在課せられている制約を含む。電話は、地上セルへ比較的高い電力で送信しなければならないので、電話が、地上セルと通信することを可能にすることは望ましくない。

本発明は、乗客が、航空機内で自分の電話、ラップトップ、及びＰＤＡを使用することを可能にするシステム及び方法について記述する。本システムは、探知器とスプーファを含む。探知器は、キャビン内のユーザにサービス提供するために使用できる地上の無線信号を検知し、分類する。この情報は、制御ユニットに送られる。そして、制御ユニットは、探知器によって受信され検出された地上ネットワーク制御信号よりも強いスプーフ制御信号を生成するようにスプーファを設定する。１つの局面では、このスプーフ信号は、キャビン内の電話に対して、代替となる専用技術、周波数帯域、周波数チャネル、又は符号チャネルを使用するように指示する。

従って、方法は、無線ネットワークサービスの代替となるピコセルサービスを生成するために提供される。この方法は、例えば地上ネットワーク又は衛星ネットワークのような多元接続（ＭＡ）無線通信ネットワークを検出することと、前記ＭＡ無線ネットワークを検出することに応じて、第１のピコセルを生成することとを備える。一般に、この方法は、前記第１のピコセルを生成することに応じて、移動局から、ピコセルサービスに対する要求を受信することを備える。別の局面では、この方法は更に、第１のピコセルＭＳＣを確立することと、前記ピコセルサービスに対する要求に応じて、前記第１のピコセルを経由して移動局へネットワークサービスを提供することとを備える。例えば、第１のピコセルＭＳＣは、従来の地上ネットワークによって提供されるものと同じネットワークサービスを提供しうる。あるいは、この方法は、代替無線ネットワーク（第２のピコセル）を確立する。ＭＳＣとＢＳとを含みうるこの第２のピコセルは、第２のピコセル制御信号を生成する。第１のピコセルは、ピコセルサービスに対する要求を受信することに応じて、その制御信号を用いて、移動局を、第２のピコセル制御信号へ導く。

１つの局面では、ＭＡ無線ネットワーク基地局制御信号が、ピコセルにおいて第１の電力レベルで受信される。そして、第１のピコセル制御信号を生成することは、第１の電力レベルよりも高い第２の電力レベルを有するピコセル制御信号をピコセル内に生成することを含む。第１のピコセル制御信号が高い電力レベルであることは、移動局が、地上基地局制御信号を検出できないことを保証する。第１のピコセルを生成する長所の１つは、第１のピコセルが、ピコセル内の移動局の送信電力レベルを制御することである。

上述した方法、及び、従来のＭＡ無線ネットワークの代替となるピコセルシステムの更なる詳細を以下に示す。

図１は、多元接続無線ネットワークサービスの代替となるピコセルシステムの概要ブロック図である。システム１００は、第１のピコセル１０２を含む。第１のピコセル１０２は、多元接続（ＭＡ）無線ネットワーク通信をオンラインで受信するためのアンテナ１０６及び受信機１０８を有する探知器１０４を含む。探知器１０４は、予め定めた興味のある周波数帯域を周期的に掃引するようにプログラムすることができ、周波数又は符号チャネルを探索する。例えば、ＭＡ無線ネットワークは、従来式の地上又は衛星の無線電話サービスになりえる。探知器１０４は、検出されたネットワーク分類信号を提供するためのオンライン出力１１２を有する。第１のピコセル１０２はまたスプーファ１１４を含む。スプーファ１１４は、分類信号を受け取るためのオンライン入力１１２と、この分類信号に応じて、スプーフ信号を提供するオンライン出力１１８とを有するコントローラ１１６を含む。本明細書で使用される用語「ピコセル」は、従来のＭＡ無線電話セルセクタよりも小さいことを除いて、どの特定の地理的大きさ即ちセルサイズにも関連しているように意図されていない。

スプーファ１１４は更に、スプーフ信号をオンライン１１８で受け取るインプットと、このスプーフ信号に応じ、参照番号１２２によって示される第１のピコセル制御信号を送信するアウトプットとを有する送信機１２０を含む。１つの局面では、スプーファ１１４は更に、参照番号１２６によって示される移動局（ＭＳ）１２８からの、ピコセルサービスに対する要求を受け取るインプットを有する受信機１２４を含む。この要求は、送信機１２０が、第１のピコセル制御信号を生成することに応じて受信される。ＭＳ１２８ａ，１２８ｂ，及び１２８ｎが示される。しかしながら、システム１００は、特定数のＭＳに限定されない。本明細書で使用されている用語「移動局」は、任意のプロトコルの無線電話デバイス、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、ラップトップ、外部又は内部モデム、ＰＣカード、及びその他の類似デバイスを含む様々なタイプの通信デバイスを包含するように意図される。

例えば、探知器受信機１０８が、第１の電力レベルで受信されたＭＡ無線ネットワーク制御信号１４０を受信する一方、スプーファ送信機１２０が、（第１のピコセル１０２内の移動局１２８から見て）受信された第１の電力レベルよりも高い、第２の電力レベルで第１のピコセル制御信号１２２を生成しうる。第１のピコセルによって生成される電力レベル制御信号がより高いことは、ＭＳ１２８が、「見ること」、すなわち、地上ネットワーク制御信号に応答することを阻止する。セルの獲得、基地局とＭＳとの間の通信の確立、及びその他の無線電話制御信号の詳細を、本願の背景技術の項目で説明した。スプーファ送信機１２０は、制御信号１２２を送信し、ＭＳ１２８は、この制御信号があたかも従来のＭＡ無線ネットワーク基地局によって生成されているかのように、同様の手法で位置決めし、第１のピコセル制御信号に応答する。

このシステムの１つの簡単な局面では、スプーファ１１４が、ＭＳ１２８が従来式のＭＡ無線ネットワークと通信することを阻止する従来式（であるが低電力）のＢＳとして動作する。

例えば、第１のピコセルは、映画館あるいは宗教的な会場内で確立することができる。そして、スプーファコントローラ１１６は、第１のピコセル内で通信している（制御信号１２２を受信している）移動局によってなされた全てのサービス要求を拒否するために使用することができる。このサービス拒否によって、ＭＳをオフし忘れたユーザによって呼出が受信されることを防ぐ。あるいは、スプーファコントローラ１１６は、第１のピコセル１０２内で通信している（制御信号１２２を受信している）移動局１２８が、ネットワークサービスに対して要求を行うことを阻止する。従って、本システムは、ユーザが、人々、又はその近くに位置する電子機器に対して破壊的である呼出の発信を阻止する。

あるいは、第１のピコセル１０２は、サービスを提供するかもしれない。この局面では、システム１００は更に、スプーファ１１４に接続されたオンラインインタフェース１３２を有する第１のピコセルモバイルサービス交換センタ（ＭＳＣ）１３０を備える。第１のピコセルＭＳＣ１３０は、基地局又はアクセスポイントとしてスプーファ１１４を用い、移動局１２８にネットワークサービスを提供する。

例えば、探知器受信機１０８は、サービスを提供しているＭＡ無線ネットワークを検出することができる。そして、スプーファ送信機１２０は、ネットワークサービスと等価なピコセルサービスを識別する第１のピコセル制御信号１２２を生成する。第１のピコセル１０２は、ＭＳが、地上ＭＡネットワークによって提供されているものと同じサービスを楽しむことを可能にしうる。このサービスは、電話音声通信、電子メールサービス、又は、インターネットタイプのサービスを可能にする高データレートサービスでありうるあるいは、上述したように、第１のピコセルは、地上無線ネットワークを完全に模擬する。

第１のピコセルが民間飛行機にあると仮定すること、第１のピコセルは、第１のピコセルＭＳＣ１３０と航空機トランシーバ（図示せず）との間の接続を通じてＭＡネットワーク１３４又はその他のＭＡネットワーク（図示せず）と通信しうる。航空機トランシーバは、従来の地上ネットワーク又は衛星ネットワークに、あるいは、「安全な」チャネル上のカスタムキュリアネットワークに接続されうる。

あるいは、スプーファ１１４は、送信機１２０及び受信機１２４を経由して、ＭＡネットワーク１３４と移動局１２８との間の、参照番号１３６に示すような通信を送受信しうる。１つの局面では、探知器１０４は、基地局位置、アンテナ高さ、アンテナ有効範囲、アンテナタイプ、地形、制御チャネル利得、トラフィックチャネル利得、周波数利用、又はタイムスロット利用のようなＭＡネットワーク１３４に関連した情報を識別する。そして、スプーファ１１４は、識別されたＭＡネットワーク情報に応じて、ＭＡネットワーク１３４とスプーファ１１４との間の高バースト通信をスケジュールする。例えば、高バースト通信は、ＭＡネットワークと最小の干渉となるように計算された周波数又はタイムスロットで実行されうる。この高バースト通信は、予測部１４０によって展開された管理情報の結果として実行されうる。予測部１４０は、探知器１０４によって収集された情報、予測部メモリからの情報、あるいはこれら両方のソースからの情報を使用しうる。

別の局面では、予測部１４０は、ＭＡネットワークチャネル利用を予測することが可能とされうる。探知器によって収集されたチャネル負荷及びその他のＭＡネットワーク情報は、ＭＡネットワークとの干渉を最小にするように、第１のピコセルリソースを管理するために使用することができる。探知器１０４は、分類信号１１２によって、スプーファ１１４に管理情報を提供する。

予測管理情報は、例えば、第１のピコセル１０２内のＭＳ１２８と通信するために探知器１１４によって使用される通信媒体及びチャネルを選択するために使用することができる。あるいは、ＭＡネットワーク情報の幾つか又は全ては、予測部に関連するメモリへ予めロードすることができる。予測部１４０は、この予めロードされたデータを使用して判定を行い、スプーファに送られる管理情報を生成することができる。この管理情報は、第１のピコセル１０２内で使用されるために、ＭＡネットワーク１３４で使用されていないチャネルを選択するために使用することができる。あるいは、使用されていないチャネルが何れも使用可能ではないのであれば、チャネルは、ＭＡネットワーク１３４と第１のピコセル１０２との両方によって「共有」される。この管理情報は、ＭＡネットワーク１３４と最小にしか干渉しない共有チャネルを選択するために使用することができる。

図１は、単一のピコセル１０２を示す。しかしながら、ゾーンは、複数のピコセルを用いて確立されうることが理解されるべきである。これらのピコセルの各々は、遭遇しそうな全ての地上電話システム又は衛星電話システムに対して等しく動作する。これらのピコセルは、単にサービスを拒否するか、あるいは、ＭＡ無線電話ネットワークタイプのサービスを提供しうる。あるいは、ピコセルのうちの幾つかは、１つの特定のサービス（ＰＳＣ）を探しているＭＳに対してサービスを提供する。一方、他のピコセルは、特定のサービス（ＡＭＰＳ）を拒否する。

探知器受信機１０８は、参照番号１４０によって表わされるような、ＭＡ無線ネットワーク基地局から発せられた制御信号を受け取る。受信機１０８は、無線ネットワークを識別することに応じて、オンライン１１２で分類信号を提供する。スプーファ送信機１２０は、ＭＡ無線ネットワーク基地局制御信号１４０と等価な第１のピコセル制御信号１２２を生成する。例えば、この制御信号は、同じ周波数帯域にあり、同じように変調され、同じ媒体アクセス制御（ＭＡＣ）フォーマットで体系化されうる。

１つの局面では、探知器受信機１０８が、周波数スペクトルを走査し、スペクトル帯域内の信号を識別し、信号変調を識別し、変調に関連するシステムを識別し、検知された信号電力レベルを測定する。例えば、探知器受信機１０８は、地上セルラ無線電話システムを識別し、システム内のサービス提供セクタを識別しうる。

第１のピコセル１０２の生成の結果得られる１つの長所は、スプーファ１１４が、第１のピコセル内の移動局の送信電力レベルを規制する第１のピコセル制御信号１２２を生成することである。すなわち、第１のピコセル１０２は、閉ループ電力制御メカニズムを作成しうる。そこでは、スプーファ１１４が、様々なＭＳ１２８へコマンドを送り、規定された送信電力レベルで通信するようにＭＳに指示する。ピコセルは比較的小さいので、送信電力レベルは低い。そして、隣接するネットワーク及び近くの電子機器から見て最小の干渉しか生成されない。従来の閉ループ電力制御の幾つかの詳細は、本出願の背景技術の項目で述べた。

図２は、図１のシステムにおける２つのピコセルバリエーションを例示する概要ブロック図である。システム１００は更に、第２のピコセル２００を含む。第２のピコセル２００は、参照番号２０４によって表される無線ネットワーク制御信号を提供するアクセスポイント（ＡＰ）２０２又は基地局を含む。このバリエーションでは、スプーファ送信機１２０が、移動局１２８を第２のピコセルアクセスポイント制御信号２０４に導く制御信号１２２を生成する。一般に、第２のピコセル２００は、ネットワークサービスを提供するアクセスポイント２０２にオンライン２０８で接続され、サーバ又はコントローラとも称されるＭＳＣ２０６を含む。例えば、このサービスは、参照番号２１０によって表わされるように、電話音声通信、電子メールサービス、又は、インターネットタイプのサービスを可能にする高データレートサービスでありうる。

１つの例では、第２のピコセルは、アクセスポイント（基地局）２０２が、比較的低い電力レベルで送信する以外は、従来式の無線電話ネットワークである。一般に、ＭＳ１２８が、例えば、地上セルと干渉しない周波数帯域のような安全な媒体（周波数、タイムスロット、符号）で動作できるように第２のピコセル２００は確立される。

一般に、そして、探知器受信機１０８は、第１の通信媒体で送信するＭＡ無線ネットワーク基地局から発信される制御信号１４０を受信する。この通信媒体は、２〜３例を挙げると、周波数スパン、チャネル（周波数、タイムスロット、符号）、無線電話プロトコル（ＧＳＭに対するＣＤＭＡ）、又は技術（無線電話プロトコルに対するＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標））でありうる。１つの簡単な例を図示すると、第１の通信媒体は、より大きな周波数帯域における第１の周波数スパンであると仮定される。この局面では、スプーファ送信機１２０は、第１の媒体において第１のピコセル制御信号１２２を生成し、代替通信媒体でブロードキャストされている信号２０４を制御するように移動局に指示する。第２のピコセルアクセスポイント２０２は、代替通信媒体において第２のピコセル制御信号を送信する。この例を終了するために、第２の通信媒体は、同じ周波数帯域、あるいは異なる周波数帯域における第２の周波数スパンになりえる。

従って、第２のピコセルアクセスポイント２０２は、代替通信媒体において制御信号２０４を生成する。この代替通信媒体は、例えば、ＧＳＭの代わりにＣＤＭＡの場合、代替周波数、代替タイムスロット、代替チャネル、代替拡散符号、代替周波数帯域、又は代替無線電話プロトコルのように、第１の通信媒体ではない。別の局面では、この代替通信媒体は、無線電話プロトコルに対する例えばＩＥＥＥ ８０２．１１のような代替技術でありうる。選択された代替通信媒体は、隣接した地上ネットワークあるいは近くの電子機器にそれほど有害でないと考えられるかもしれない。

１つの局面では、ＡＰ２０２は、ＭＡネットワーク１３４と移動局１２８の間で、参照番号１３６によって表わされる通信を送受信しうる。１つの局面では、探知器１０４あるいはＡＰ２０２は、ＭＡネットワーク１３４に関連した情報を識別する。その結果、ＡＰは、ＭＡネットワーク１３４との高バースト通信をスケジュールすることができる。例えば、高バースト通信は、ＭＡネットワーク１３４との干渉が最小になるように実行されうる。

あるいは、図示していないが、第２のピコセル２００が使用されず、第１のピコセル１０２が、代替通信媒体における通信をサポートするために必要な制御信号及びトラフィックチャネルに加えて、ＭＡネットワーク１３４を妨害する制御信号を提供する。例えば、スプーファ送信機１２０及び受信機１２２は、複数の通信媒体における通信をサポートできるかもしれない。代替通信媒体を提供するために使用される第２のピコセル２００は、２つの異なる媒体において通信が生じていることを明確にするために強調して示される。

図３は、図２の２ピコセルシステムの第１のバリエーションを例示する概要ブロック図である。図２のシステムの代わりとして、複数のピコネットが第２のピコセル２００内で確立される。例えば、ＭＳ１２８のうちの幾つかは、マスタとして動作し、他のＭＳはスレーブとして動作しうる。図示するように、ＭＳ１２８ａがピコネット２２０のマスタとして動作し、ＭＳ１２８ｂ，１２８ｎはスレーブである。ＭＳ１２８ａは、ピコネット２２２内のスレーブであり、ＡＰ２０２がマスタである。マスタＭＳが、ＡＰ２０２への中継として動作する場合、この有利な構成は、送信電力レベルを低く保つ。

ピコネットは、最小データレートをサポートするのに十分な信号強度のパイロット信号を見つけることができない移動局（端末）１２８の結果として確立されうる。これは、任意数の理由に起因しうる。一例として、ＭＳ１２８ｂ及び１２８ｎは、ＡＰ２０６から遠すぎるかもしれない。あるいは、伝播環境が、必要なデータレートをサポートするのに不十分であるからかもしれない。何れの場合も、ＭＳ１２８ｂ及び１２８ｎは、既存のピコネット２２２に加入できないかもしれず、ＭＳ１２８ａがマスタとして動作し、それ自身のパイロット信号を送信しなければならない。ＭＳ１２８ｂ及び１２８ｎは、ＭＳ１２８ａからブロードキャストされたパイロット信号を十分な強度で受信し、ピコネット２２０に加入することができる。ピコネット２２０の確立は、ＭＳ１２８ｂ及び１２８ｎと、ＡＰ２０６との間の通信を可能にする。

図４は、図２の２ピコセルシステムの第２のバリエーションを例示する概要ブロック図である。多数のラジオユニットが、有線ネットワーク内でともにリンクされ、第２のピコセルによってサービス提供される領域内の固定場所に配置され、ネットワークアクセスポイントとして役立つ。ＡＰ２０２ａ，２０２ｂ，及び２０２ｎが示される。しかし、本発明は、いかなる特定数のＡＰにも限定されない。アクセスポイント２０２ａ，２０２ｂ，及び２０２ｎは、それぞれピコネット２３０ａ，２３０ｂ，及び２３Ｏｎを形成するマスタである。移動局１２８は、それらが接続するアクセスポイントのスレーブである。アクセスポイントはそれぞれ独立したピコネットを規定する。認証及びインターネットプロトコル（ＩＰ）ルーティングのような上位レベルプロトコル機能を処理している間、本明細書においてＭＳＣとも称される中央サーバ２０６は、一般に、アクセスポイント２０２を管理する。

ＭＳが、第１のピコセル制御信号１２２によって、第２のピコセル制御信号を探索するように指示された場合、ＭＳ１２８は、ピコネットマスタから、パイロット信号を探索しうる。各ピコネットマスタによってブロードキャストされたパイロット信号は、未変調のスペクトラム拡散信号又はその他のある基準信号でありうる。スペクトラム拡散構成では、各ピコネットマスタにユニークな準ランダムな雑音（ＰＮ）符号が、パイロット信号を拡散するために使用されうる。相関処理を用いて、ＭＳは、可能なＰＮ符号を探索し、最も強いパイロット信号を持つマスタを識別する。最小のデータレートをサポートするための十分な信号強度で、最も強いパイロット信号が受信された場合、ＭＳは、マスタに登録することによりピコネットへの加入を試みうる。より一般には、これらのピコネットパイロット信号は、第２のピコセル制御信号と称されうる。

図２乃至４は、単一のピコセル１０２及び単一のピコセル２００を示す。しかしながら、ゾーン（すなわち、航空機キャビン）は、複数の「第１」のピコセルと複数の「第２」のピコセルで確立されうると理解されるべきである。複数の「第１」のピコセルは、遭遇しうる衛星電話システム又は地上電話システムの全てと等しく動作し、遭遇した各システムのための制御信号を生成する。１対１の相関が、「第１」のピコセルと「第２」のピコセルとの間に存在するかもしれない。その結果、複数の「第２」ピコセルは、全ての地上／衛星ネットワークのために等しいサービスを提供することができる。あるいは、幾つかの「第１」のピコセルが、ＭＳを、単一の「第２」のピコセルに導くこともありえる。別の代替例として、幾つかの「第２」のピコセルは、特定のプロトコル及び／又は周波数に限定されたＭＳのために存在しないかもしれない。

（機能説明）
本発明システムは、航空機による旅行者が、電話、ラップトップ、及びＰＤＡを用いて、航空機高速マルチメディア通信システムを用いて通信することを可能にする。本システムは、２つの主な要素、すなわち、探知器とスプーファとからなる。

探知器は、以下に示す機能を行なうサブシステムである。スペクトル走査、信号検出、変調分類、システム識別、サービスセクタ識別、及び、信号レベル判定。

このサブシステムのアウトプットは、キャビン内で検出された全ての無線信号のリスト、これらの無線サービスと共に使用される全ての無線技術のリスト、周波数チャネルのリスト、全てのサイトＩＤ（符号及び／又は周波数割当）のリスト、及び、受信信号全ての電力レベルである。

スプーファは、下記の機能を行なうサブシステムである。
―検出された各技術に対して、制御信号を複製すること。
―ピコセル制御信号が、対応する地上信号よりも強いことを保証すること。
―地上の無線サービスと干渉しないように、キャビン内部の制御信号を実質的に制限すること。
―スプーフした制御信号を用いて、キャビン内部の無線デバイスに対して、代替技術、周波数帯域、又はチャネルを使用するように命令すること。

本システムは、映画館、教会、及び病院のような特別の場所におけるセルラ電話の利用を阻止するために使用することができる。システムパラメータを変えることによって、制御信号が、キャビン内（ピコセル内）電話に設定されるよう強制できるようになりうる。

図５は、多元接続無線ネットワークサービスの代替となるピコセルサービスを生成する方法を図示するフローチャートである。この方法は、明瞭さのために、番号が付けられたステップのシーケンスとして示されるが、もしも明示的に述べられていないのであれば、順序は、この番号から推測されるべきではない。これらのステップのうちの幾つかは、スキップされ、並行して実施され、あるいは、シーケンスの厳密な順序を保つ必要なく実施されうることが理解されるべきである。この方法の詳細は、図１乃至図４の内容で理解されうる。本方法はステップ３００で始まる。

ステップ３０２は、多元接続（ＭＡ）無線通信ネットワークを検出する。ステップ３０４は、ＭＡ無線ネットワークを検出することに応じて、第１のピコセルを生成する。例えば、ステップ３０２においてＭＡ無線ネットワークを検出することは、周波数スペクトルを走査することと、スペクトル帯域内の信号を識別することと、信号変調を識別することと、この変調に関連したシステムを識別することと、あるいは、検出された信号電力レベルを測定することを含みうる。別の例では、ステップ３０２において、変調に関連したシステムを識別することは、セルラ無線電話システムを識別することと、前記セルラ電話システム内のサービス提供セクタを識別することとを含みうる。

１つの局面では、ステップ３０２において、ＭＡ無線ネットワークを検出することは、ＭＡ無線ネットワーク基地局から発信されている制御信号を受信することと、前記基地局制御信号に応じて、前記ＭＡ無線ネットワークを識別することとを含む。そして、ステップ３０４において、第１のピコセルを生成することは、基地局制御信号と等価な第１のピコセル制御信号を生成することを含む。

別の局面では、ステップ３０２においてＭＡ無線ネットワークを検出することは、サービスを提供するＭＡ無線ネットワークを検出することを含む。そして、ステップ３０４において、第１のピコセル制御信号を生成することは、ＭＡ無線ネットワークサービスと等価なピコセルサービスを識別するピコセル制御信号を生成することを含む。

１つの局面において、ＭＡ無線ネットワーク基地局から発信されている制御信号を受信すること（ステップ３０２）は、ピコセルにおいて第１の電力レベルで基地局制御信号を受信することを含む。そして、第１のピコセル制御信号を生成すること（ステップ３０４）は、ピコセル内で受信され、第１の電力レベルよりも高い第２の電力レベルを有するピコセル制御信号を生成することを含む。別の局面では、ステップ３０４は、ピコセル内の移動局の送信電力レベルを制御する。

１つの局面では、ステップ３０６は、第１のピコセルを生成することに応じて、移動局から、ピコセルサービスに対する要求を受信する。別の局面では、ステップ３０８は、ピコセル内で通信している移動局によってなされた全てのサービス要求を拒否する。あるいは、ステップ３０６は、第１のピコセルにおいて通信している（制御信号を受信している）移動局が、ネットワークサービスに対する要求を行うことを阻止する制御信号を生成する。

別の局面では、ステップ３１０は、第１のピコセルモバイルサービス交換センタ（ＭＳＣ）を確立する。そして、ステップ３０６においてピコセルサービスに対する要求を受信することに応じて、ステップ３１２は、第１のピコセルＭＣＳを経由して、移動局にネットワークサービスを提供する。１つの局面では、ステップ３０２においてＭＡネットワークを検出することは、例えば、基地局位置、アンテナ高さ、アンテナ有効範囲、アンテナタイプ、地形、制御チャネル利得、トラフィックチャネル利得、周波数利用、又はタイムスロット利用のようなＭＡネットワーク情報に応じて、ピコセル管理情報を生成することを含む。そして、ステップ３１２において、第１のピコセルＭＣＳを経由して移動局へネットワークサービスを提供することは、この管理情報に応じて、ＭＡネットワークと最小の干渉をするチャネル及び通信媒体を選択することを含む。

１つの局面では、ステップ３１８は、管理情報を用いて、第１のピコセルを経由して、ＭＡネットワークと移動局との間で通信を送受信する。この通信は、ＭＡネットワークの従来の動作との干渉が最小になるように選択される。例えば、ステップ３１８は、管理情報に応じて、ＭＡネットワークと第１のピコセルとの間の高バースト通信をスケジュールすることによって、ＭＡネットワークと移動局との間の通信を送受信しうる。

別の局面では、ステップ３１４は、第２のピコセルを確立し、ステップ３１６は、第２のピコセル制御信号を生成する。ステップ３０４において第１のピコセルを生成することは、第１のピコセル制御信号を生成することを含む。そして、ステップ３０９は、ピコセルサービスに対する要求を受信すること（ステップ３０６）に応じて、第１のピコセル制御信号を用いて、移動局を、第２のピコセル制御信号に導く。

１つの局面では、ＭＡ無線ネットワーク基地局から発信されている制御信号を受信すること（ステップ３０２）は、第１の媒体で受信される基地局制御信号を含む。そして、ステップ３０４において第１のピコセル制御信号を生成することは、第１の媒体において第１のピコセル制御信号を生成することと、移動局を、代替媒体においてブロードキャストされた制御信号に導く第１のピコセル制御信号においてメッセージを送ることとを含む。ステップ３１６は、代替媒体において第２のピコセル制御信号を生成する。この代替媒体は、第１の媒体それぞれに対する代替周波数、代替タイムスロット、代替チャネル、代替拡散符号、代替周波数帯域、代替無線電話プロトコル、又は代替技術等のような媒体でありうる。

システム及び方法は、ＭＡ無線ネットワークサービスの代替となるピコセルを生成するために提供される。システムの応用例が挙げられた。本発明を例示するための特定のプロトコル及びシステム構成の例も挙げられた。しかしながら、本発明は、単にこれらの例に限定されない。本発明の他のバリエーション及び実施形態も、当業者に思い浮かぶだろう。

図１は、多元接続無線ネットワークサービスの代替となるピコセルシステムの概要ブロック図である。 図２は、図１のシステム上の２つのピコセルバリエーションを図示する概要ブロック図である。 図３は、図２に示す２ピコセルシステムの第１のバリエーションを例示する概要ブロック図である。 図４は、図２に示す２ピコセルシステムの第２のバリエーションを例示する概要ブロック図である。 図５は、多元接続無線ネットワークサービスの代替となるピコセルサービスを生成する方法を例示するフローチャートである。

Claims (30)

1. 多元接続無線ネットワークサービスの代替となるピコセルサービスを生成する方法であって、
   多元接続無線ネットワークを検出することと、
   前記多元接続無線ネットワークを検出することに応じて第１のピコセルを生成することと、
   基地局によって、前記第１のピコセルを生成することは、第１のピコセル制御信号を生成することを含み、
   前記基地局によって、前記第１のピコセルを生成することに応じて、ピコセルサービスに対する要求を移動局から受信することと、
   前記移動局によって、ピコネットを確立することと、
   前記ピコネットを確立することは、第２のピコセル制御信号を生成することを含み、
   前記方法は更にピコセルサービスに対する要求を受信することに応じて、前記第１のピコセル制御信号を用いて、第１のピコセルに加入できない移動局を、前記第２のピコセル制御信号に導くことと
   を備える方法。
2. 第１のピコセルモバイルサービス交換センタ（ＭＳＣ）を確立することと、
   ピコセルサービスに対する要求を受信することに応じて、前記第１のピコセルＭＳＣを経由して、移動局にネットワークサービスを提供することと
   を更に備える請求項１に記載の方法。
3. 前記多元接続無線ネットワークを検出することは、多元接続無線ネットワーク基地局から発信されている制御信号である基地局制御信号を受信することと、前記基地局制御信号に応じて、前記多元接続無線ネットワークを識別することとを含み、
   前記第１のピコセルを生成することは、前記基地局制御信号を複製して第１のピコセル制御信号を生成することを含む請求項１に記載の方法。
4. 前記多元接続無線ネットワークを検出することは、サービスを提供する多元接続無線ネットワークを検出することを含み、
   第１のピコセル制御信号を生成することは、前記多元接続無線ネットワークサービスと同一のピコセルサービスを識別するピコセル制御信号を生成することを含む請求項３に記載の方法。
5. 前記多元接続無線ネットワーク基地局から発信されている制御信号である基地局制御信号を受信することは、前記ピコセルにおいて、第１の電力レベルで、前記基地局制御信号を受信することを含み、
   第１のピコセル制御信号を生成することは、前記ピコセルにおいて受信され、前記第１の電力レベルよりも高い第２の電力レベルを有するピコセル制御信号を生成することを含む請求項３に記載の方法。
6. 第１のピコセルの生成することは、前記ピコセルにおける移動局の送信電力レベルを制御することを含む請求項５に記載の方法。
7. 前記多元接続無線ネットワーク基地局から発信されている制御信号である基地局制御信号を受信することは、第１の媒体において受信されている前記基地局制御信号を含み、
   第１のピコセル制御信号を生成することは、前記第１の媒体において第１のピコセル制御信号を生成することと、代替媒体においてブロードキャストされる制御信号に移動局を導く前記第１のピコセル制御信号でメッセージを送ることとを含み、
   前記方法は更に、
   第２のピコセルネットワークを確立することと、
   前記代替媒体において前記第２のピコセル制御信号を生成することと
   を備える請求項５に記載の方法。
8. 前記代替媒体において第２のピコセル制御信号を生成することは、それぞれ前記第１の媒体に対する代替周波数、代替タイムスロット、代替チャネル、代替拡散符号、代替周波数帯域、代替無線電話プロトコル、及び代替技術を含むグループから選択される媒体において制御信号を生成することを含む請求項７に記載の方法。
9. 前記多元接続無線ネットワークを検出することは、
   周波数スペクトルを走査することと、
   スペクトル帯域内の信号を識別することと、
   信号変調を識別することと、
   前記変調に関連したシステムを識別することと、
   前記検出された信号電力レベルを測定することと
   を含む請求項１に記載の方法。
10. 前記変調に関連するシステムを識別することは、セルラ無線電話システムを識別することを含み、
    前記多元接続無線ネットワークサービスを検出することは更に、前記セルラ無線電話システムにおけるサービス提供セクタを識別することを含む請求項９に記載の方法。
11. 前記ピコセルにおいて通信している移動局によってなされた全てのサービス要求を拒否することを更に備える請求項１に記載の方法。
12. 前記第１のピコセルにおいて通信している移動局が、ネットワークサービスに対する要求を行うことを阻止することを更に備える請求項１に記載の方法。
13. 前記多元接続無線ネットワークを検出することは、基地局位置、アンテナ高さ、アンテナ有効範囲、アンテナタイプ、地形、制御チャネル利得、トラフィックチャネル利得、周波数利用、及びタイムスロット利用を含むグループから選択される多元接続無線ネットワーク情報に応じて、ピコセル管理情報を生成することを含み、
    前記方法は更に、
    前記管理情報を用いて、前記第１のピコセルを経由して、前記多元接続無線ネットワークと移動局との間で通信を送受信することを備える請求項１に記載の方法。
14. 前記多元接続無線ネットワークを検出することは、基地局位置、アンテナ高さ、アンテナ有効範囲、アンテナタイプ、地形、制御チャネル利得、トラフィックチャネル利得、周波数利用、及びタイムスロット利用を含むグループから選択される多元接続無線ネットワーク情報に応じて、ピコセル管理情報を生成することを含み、
    前記第１のピコセルＭＳＣを経由して移動局へネットワークサービスを提供することは、前記管理情報に応じて、前記多元接続無線ネットワークと最小にしか干渉しないチャネル及び通信媒体を選択することを含む請求項２に記載の方法。
15. 多元接続無線ネットワークサービスの代替となるピコセルシステムであって、
    多元接続無線ネットワーク通信を受信する受信機と、検出されたネットワーク分類信号を供給するアウトプットとを有する探知器と、
    前記分類信号を受け取るインプットと、前記分類信号に応じて、スプーフされた信号を供給するアウトプットとを有するコントローラと、
    前記スプーフされた信号を受け取るインプットと、前記スプーフされた信号に応じて、第１のピコセル制御信号を送信するアウトプットと
    を有する送信機と
    を含むスプーファとを含む第１のピコセルを備え、
    前記スプーファは更に、基地局によって、前記第１のピコセル制御信号を生成することに応じて受信され、移動局からのピコセルサービスに対する要求を受け付けるインプットを有する受信機を含み、
    前記ピコセルシステムは更に、前記移動局によって、無線ネットワーク制御信号を供給するアクセスポイントを含むピコネットを備え、
    前記送信機は、第１のピコセルに加入できない移動局を第２のピコセル制御信号に導く制御信号を生成する
    ピコセルシステム。
16. 前記スプーファに接続されたインタフェースを有する第１のピコセルモバイルサービス交換センタ（ＭＳＣ）を更に備え、
    前記第１のピコセルＭＳＣは、基地局として前記スプーファを使用して、移動局にネットワークサービスを提供する請求項１５に記載のシステム。
17. 前記第２のピコセルは、前記アクセスポイントに接続されネットワークサービスを提供するＭＳＣを含む請求項１５に記載のシステム。
18. 前記受信機は、多元接続無線ネットワーク基地局から発信される制御信号である基地局制御信号を受信し、無線ネットワークを識別することに応じて、分類信号を供給し、
    前記送信機は、前記基地局制御信号を複製して第１のピコセル制御信号を生成する請求項１５に記載のシステム。
19. 前記受信機は、サービスを提供する多元接続無線ネットワークを検出し、
    前記送信機は、前記ネットワークサービスと同一のピコセルサービスを識別する第１のピコセル制御信号を生成する請求項１８に記載のシステム。
20. 前記受信機は、第１の電力レベルで受信される基地局制御信号を受信し、
    前記送信機は、前記受信された第１の電力レベルよりも高い第２の電力レベルで第１のピコセル制御信号を生成する請求項１８に記載のシステム。
21. 前記スプーファは、前記第１のピコセルにおける移動局の送信電力レベルを規制する第１のピコセル制御信号を生成する請求項２０に記載のシステム。
22. 前記受信機は、第１の媒体において送信している多元接続無線ネットワーク基地局から発信されている制御信号である基地局制御信号を受信し、
    前記送信機は、前記第１の媒体において第１のピコセル制御信号を生成して、移動局を、代替媒体においてブロードキャストされている制御信号へ導き、
    前記システムは更に、前記代替媒体において第２のピコセル制御信号を送信するアクセスポイントを有する前記第２のピコセルを備える請求項２０に記載のシステム。
23. 第２のピコセルアクセスポイントが、それぞれ前記第１の媒体に対する代替周波数、代替タイムスロット、代替チャネル、代替拡散符号、代替周波数帯域、代替無線電話プロトコル、及び代替技術を含むグループから選択される代替媒体において制御信号を生成する請求項２２に記載のシステム。
24. 前記受信機は、周波数スペクトルを走査し、スペクトル帯域内の信号を識別し、信号変調を識別し、前記変調に関連したシステムを識別し、検出された信号電力レベルを測定する請求項１５に記載のシステム。
25. 前記受信機は、セルラ無線電話システムを識別し、サービス提供セクタを識別する請求項２４に記載のシステム。
26. 前記コントローラは、前記第１のピコセルにおいて通信している移動局によってなされた全てのサービス要求を拒否する請求項１５に記載のシステム。
27. 前記コントローラは、前記第１のピコセルにおいて通信している移動局が、ネットワークサービスに対する要求を行うことを阻止する請求項１５に記載のシステム。
28. 前記スプーファは、前記送信機及び受信機を経由して、多元接続無線ネットワークと移動局との間の通信を送受信する請求項１６に記載のシステム。
29. 基地局位置、アンテナ高さ、アンテナ有効範囲、アンテナタイプ、地形、制御チャネル利得、トラフィックチャネル利得、周波数利用、及びタイムスロット利用を含むグループから選択される多元接続無線ネットワーク情報に応じて、前記分類信号において、ピコセル管理情報を前記スプーファに供給するアウトプットを有する予測部を更に備え、
    前記スプーファは、前記管理情報に応じて、前記ＭＡネットワークと前記スプーファとの間の高バースト通信をスケジュールする請求項２８に記載のシステム。
30. 基地局位置、アンテナ高さ、アンテナ有効範囲、アンテナタイプ、地形、制御チャネル利得、トラフィックチャネル利得、周波数利用、及びタイムスロット利用を含むグループから選択される多元接続無線ネットワーク情報に応じて、前記分類信号において、ピコセル管理情報を前記スプーファに供給するアウトプットを有する予測部を更に備え、
    前記スプーファは、前記管理情報に応じて、前記第１のピコセル内の移動局と通信するために使用される前記チャネル及び通信媒体を選択する請求項１６に記載のシステム。

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