JPH10150401A - 無線通信のためのシステムおよび方法 - Google Patents

無線通信のためのシステムおよび方法

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JPH10150401A
JPH10150401A JP9283853A JP28385397A JPH10150401A JP H10150401 A JPH10150401 A JP H10150401A JP 9283853 A JP9283853 A JP 9283853A JP 28385397 A JP28385397 A JP 28385397A JP H10150401 A JPH10150401 A JP H10150401A
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アルン・アイヤガリ
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ジェフ・ピィ・ハルラング
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サンカル・ライ
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 迅速に展開が可能な、広帯域の、移動可能
な、無線通信ネットワークを実現する。 【解決手段】 展開された１群の空中移動体（ＡＶ）
が、指向性フェーズドアレーアンテナ（ＰＡＡ）を使用
して、空中を含む移動する顧客間に広帯域の中継通信サ
ービスを提供する。ＡＶは空中で無線リンクを介して相
互接続されて、網すなわち星座を形成して、移動する顧
客間のトラフィックを経路づける。ＡＶ星座はゲートウ
ェイ要素を含み、これは、ＡＶ星座の総カバレッジエリ
ア外での通信接続性のために、大容量、ポイントツーポ
イントの、衛星または地上基地局リンクを維持する。星
座は、星座ＡＶの交替や定例のネットワーク管理機能を
有する、運用制御センタによって管理される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】この発明は、多数の顧客間で広帯域信号
を通信するための方法および装置に関し、より特定的に
は、種々の環境において広帯域およびネットワーク通信
が可能な、低コストで、維持が容易であり、速く展開で
きる通信システムを使用した通信のための方法および装
置に関する。
【０００２】
【発明の背景】無線データおよび電信通信システムは、
従来の通信システムに急速に取って代わりつつある。従
来の地上無線電信は、障害物のない見通し線（ＬＯＳ）
経路または送信局と受信局との間の複数経路に依存して
いる。この技術は維持は容易ではあるが、運用できる通
信範囲は限られている。このＬＯＳの制限は、オフロー
ド車等の特別な移動可能ユニットにとって、特に重大で
ある。市内地域では、通信障害が起きないように、送信
ユニットおよび受信ユニットに対する移動体の位置を規
制することもしばしばである。また、地上の無線基盤
は、特に遠隔地域においては、配備および維持に多くの
費用がかかる。
【０００３】今日の無線通信システムは、一方または両
方の局が移動中の可能性がある場合、２局間のＬＯＳ経
路を維持しながら、遠距離にわたってリアルタイムで広
帯域無線通信を提供することはできない。世界中の多く
の地域では、現在のところ固定された通信基盤はほとん
どまたは全くなく、既存の設備を先進地域のものに合致
するよう改良するのに必要な資源にも乏しい。無線通信
システムは、このサービスを提供するのに有効な道具で
ある。しかし、現在の無線システムでは、特別な用途の
要求を満たすことができない。
【０００４】伝統的な無線通信基盤に打撃を与えている
一要因は、音声、映像、およびデータ情報からなる広帯
域サービスの通信の需要が飛躍的に増していることであ
る。無線通信においては、伝送媒体に固有の限界がある
ために、無線経路内で生じる雑音を補償しなくてはなら
ない。雑音を補償するための無線技術には以下のものが
ある。すなわち、１）レンジを制限する；２）伝送され
る信号の増幅またはパワーを増す；３）受信される信号
の増幅を増す；４）誤り訂正の効率を増す；５）雑音の
影響を減ずるために、無線信号変調または周波数を変え
る；または、６）これらの技術のいずれかまたはすべて
を組合せる、というものである。しかし、これらの技術
はすべて、無線システムのコストおよび複雑さに影響を
及ぼす。さらに、データ速度が増すにつれ、信頼できな
い無線経路の補償をすることは、益々困難となる。
【０００５】上に示した問題を取扱うために、衛星を用
いた種々の解決方法が提示されてきた。しかしそれらは
一般に、大陸または地理的にそれより広い範囲にわたっ
て適用されない限り、コストがかかりすぎるものであ
る。全世界をカバーする目的で低地球軌道（ＬＥＯ）お
よび中地球軌道（ＭＥＯ）を用いた両システムは、地球
の３分の２をカバーする海の上でも衛星を運用するとい
う犠牲をはらっている。さらに、宇宙を経由する地上局
間の無線経路はその距離の増大がしばしば膨大となり、
エンドツーエンドの伝送遅延が生じかつ経路損失が増す
ために、衛星を用いた解決法に悪影響を及ぼす。したが
って、リアルタイムの通信は、高い軌道高度では非実用
的である。これは特に、静止軌道（ＧＥＯ）衛星システ
ムに当てはまる。ＧＥＯ衛星には他にも、以下のような
欠点または実施の困難さがある。すなわち、１）静止軌
道に衛星を打ち上げるコストが高くつくこと；２）衛星
間リンクの距離が長いこと；および３）大量の伝送パワ
ーが要求されること、である。衛星を用いたシステムも
地上に固定したシステムも、遠隔地域における通信の一
時的な需要に容易に応えられるものではない。現在、需
要が変動しかつシステムを急速に展開しなくてはならな
い可能性のある、比較的限られた地理的範囲内で経済的
に運用が可能な通信基盤は存在しない。
【０００６】無線通信基盤における別の懸念は、有効な
無線周波数帯の管理の問題である。衛星を用いるシステ
ムは、益々密集化する利用可能な帯域および、複雑でか
つ高額な国際的認可の手続に対処しなければならない。
これは特に、運用は世界規模ではあるが、地上局との間
の通信には単一の固定された周波数割当てを使用するよ
うに制限される、ＬＥＯおよびＭＥＯ衛星システムに当
てはまる。このことはしばしば、最適でない周波数帯域
を用いるシステム設計を余儀なくさせ、そのシステムの
コストに深刻な影響を与えかねない。
【０００７】ＬＥＯおよびＭＥＯ衛星通信システムは、
ＧＥＯシステムの欠点を軽減しようと試みる。しかし、
ＬＥＯ／ＭＥＯ衛星ネットワークは、全地球をカバーす
るのに、非常に多くの衛星を必要とする。例を挙げる
と、モトローラ社（Motorola Inc. ）によって提案され
るＩＲＩＤＩＵＭ（登録商標）ＬＥＯ衛星ネットワーク
およびＴＲＷによって提案されるＯＤＹＳＳＥＹ（登録
商標）ＭＥＯ衛星ネットワークは、主に、携帯ユーザ機
を介して低密度、狭帯域の商用移動可能サービスを提供
することを目的とした、全世界を網羅する、衛星を用い
たセルラーシステムを実現することを目標としている。
他にも同様のＬＥＯおよびＭＥＯ衛星ネットワークが提
案されているが、これらもまた、セルラー利用者に狭帯
域の通信を提供することに主に目標をおいている。最近
では、いくつかの「ビッグＬＥＯ（“Big LEO ”）」衛
星システムは、主に静止端末に広帯域サービスを提供す
ることを目指している。テレデシック社（Teledesic Co
rp. ）のTeledesic （登録商標）はこのようなシステム
のうちの１つであり、固定地球セルと、相互接続された
各々の衛星に搭載された高速パケット交換機能とを導入
して、８４０個の衛星からなるＬＥＯ通信システムを軌
道に乗せることを提案する。この種の取組みの主要課題
は、当初の投資を回収しまたはネットワークの運用コス
トを有効にするために加入者基盤を開発するのに先立っ
て、衛星を軌道内に位置付けるのに巨額のコストを投じ
なくてはならないことである。
【０００８】以上のように、種々の環境において広帯域
およびネットワークの通信を可能にする、低コストで、
維持が容易であり、速く展開が可能な通信システムが求
められている。この発明は、そのような通信システムを
提供することを目的とする。
【０００９】
【発明の概要】この発明は、複数のユーザ間の無線広帯
域通信のための通信システムを提供する。このシステム
は、所定のカバレッジエリア内で通信データを伝送およ
び受信するための、少なくとも１つの空中移動体を含
む。この空中移動体はさらに、姿勢基準情報を生成する
ための姿勢決定機構と、各々のユーザに対する空中移動
体の位置情報を生成するための位置決定機構とを含む。
空中移動体はまた、それら生成された姿勢基準情報およ
び位置情報に従って目標捕捉信号を生成するための中央
処理装置と、所定の伝送方式の少なくとも１つの伝送デ
ータチャネルおよび少なくとも１つの受信データチャネ
ルを各ユーザに割当てるための割当て器とを含む。ここ
で、データチャネルの伝送および受信は、所定のタイミ
ングプロトコルに従って異なる時間間隔で行なわれる。
空中移動体はさらに、生成された目標捕捉信号に従って
データを受信するための受信用指向性ビームアンテナ
と、データをソースユーザと宛先ユーザとの間で経路制
御するための交換装置と、生成された目標捕捉信号に従
って、受信されたデータを割当てられた伝送データチャ
ネルにおいて定められた目的地に伝送するための伝送用
指向性ビームアンテナとを含む。ユーザの各々は、姿勢
基準情報を生成するための姿勢決定機構と、位置情報を
生成するための位置決定機構と、それら生成された姿勢
基準情報と位置情報とに従って目標捕捉信号を生成する
ための中央処理装置と、生成された目標捕捉信号と所定
の伝送方式とに従ってデータを伝送および受信するため
の伝送用および受信用アンテナとを含む。
【００１０】この発明の別の局面に従って、このシステ
ムはさらに、地理的に限定されたカバレッジエリア内の
ユーザにサービスを提供する、複数の空中移動体を含
む。各空中移動体はさらに、生成された姿勢基準情報お
よび位置情報に従って他の空中移動体とデータを交換す
るための、１または複数のネットワークアンテナを含
む。交換装置が、受信されたデータの宛先ユーザが別の
空中移動体によってサービスされるものと判断した場合
には、ネットワークアンテナは、その受信したデータを
上記他の空中移動体に伝送し、その空中移動体がそのデ
ータのユーザの宛先を判定して、自身のカバレッジエリ
ア内のそのユーザにデータを伝送する。
【００１１】この発明のさらなる局面に従って、このシ
ステムはさらに、少なくとも１つの空中移動体への通信
リンクを有しその空中移動体に運用制御情報を提供する
ための運用コントローラを含む。
【００１２】この発明のまたさらなる局面に従って、運
用コントローラはさらに、空中移動体によってサービス
されるユーザと公共または私設データネットワークに接
続された局との間の通信リンクを生成するための、それ
ら外部データネットワークへの１または複数のリンクを
含む。
【００１３】この発明のまた別の局面に従って、伝送用
および受信用指向性ビームアンテナはフェーズドアレー
アンテナである。さらに、このフェーズドアレーアンテ
ナは、各フェーズドアレーエレメントのためのダブルバ
ッファシフトレジスタを含み、このダブルバッファシフ
トレジスタは、伝送方式において割当てられたデータチ
ャネルに従って目標捕捉信号を予め記憶する。
【００１４】この発明のさらに他の局面に従って、その
伝送方式とは時分割多重アクセスおよび空間分割多重ア
クセス（ＴＤＭＡ／ＳＤＭＡ）を組合せたものである。
【００１５】この発明のまた別の局面に従って、空中移
動体は無人または有人操縦が可能である。
【００１６】以上の概要から容易に理解されるように、
この発明は、動的に制御される空中移動体を介した、移
動可能ユニットの集まり間の広帯域通信のための、新し
く、改良された方法および装置を提供する。移動可能ユ
ニットに広帯域無線通信を提供するためのそれら複数の
空中移動体には上述のような利点があるため、衛星シス
テムの欠点を防ぐことができる。
【００１７】この発明の以上の局面および多くの付随す
る利点は、添付の図面に関連して、以下の詳細な説明を
参照することで、より容易にかつより深く理解されるで
あろう。
【００１８】
【好ましい実施例の詳細な説明】以下の説明からよりよ
く理解されるように、この発明は、ネットワーク内の広
帯域、マルチユーザ通信を提供するための、空中通信シ
ステムに向けられる。広帯域通信は、音声、映像および
データの効率的な通信を提供する。
【００１９】ここで図１を参照して、この発明に従った
システム１００は、展開された１群の空中移動体（Ａ
Ｖ）１０６を使用して、カバレッジエリアすなわちセル
１０９内の移動可能または静止ユニット、および、航空
機１１２、衛星１１４または他のＡＶ１０６等の空中局
の間に、中継広帯域通信サービスを提供する。各ＡＶ１
０６は１または複数の隣接するＡＶを無線でつないで、
空中相互接続網（「星座」）１０８を形成して、移動可
能または静止した顧客、局またはユニット間の通信トラ
フィックを経路制御する。この星座１０８は１または複
数のＡＶ１０６を含み、これらＡＶが図２に示すよう
に、星座の総カバレッジエリア１２０の外側の通信接続
のための、大容量ポイントツーポイント衛星または地上
基地局リンクを維持する。このＡＶ１０６は、有人航空
機であっても無人航空機であってもよいが、無人ＡＶの
方が、運転コストが比較的低く配備期間も長いので好ま
しい。簡単にするために、しかし、空中中継移動体はＡ
Ｖと呼ぶことにする。この発明は、へんぴな区域におい
ても人口密集区域においても、維持が非常に簡単でかつ
運用コストが低い、速くかつ有効な通信プラットホーム
を提供する。以下に、ＡＶ構成要素を含むシステムおよ
び、その構成要素間の通信制御を詳細に説明する。
【００２０】ＡＶカバレッジ領域−ＡＶ固定セル 図１および図２を参照して、ＡＶ１０６は好ましくは天
候に左右されないほど、または、商用輸送機の往来より
も上空を飛行して、地理的に広いカバレッジエリア１２
０（図２）にわたって移動可能ユニット１２２（図２）
または静止地上局、たとえば運用制御センタ（ＯＣＣ）
１０５（図１）またはゲートウェイ局１１０等への見通
し線（ＬＯＳ）無線経路を提供する。図３に示されるよ
うに、移動可能ユニット１２２は、タンク、ヘリコプ
タ、他の軍用ユニット、または、医療救護ユニットもし
くは移動可能セルラーユーザ等の、商業用途向けユニッ
トであってもよい。各ＡＶ１０６は最初に運用高度に上
昇して、交替機が到着するまでその場に留まる。交替機
が到着するとその交替機に通信責務を移して、燃料補給
および定例のメンテナンスのために下降する。無人ＡＶ
１０６は、１日または数日の長い期間にわたって、約６
０，０００フィートの高度に留まることが可能である。
好ましい実施例においては、ＡＶ１０６は、固定された
閉じた経路に沿って一定高度で航行しながら、固定され
た地理的区域（以下セルと称す）１０９の上空に留まっ
てそのセルに対しサービスを提供する。ただしこれは、
移動可能な一団の顧客が一斉に同じ方向に移動する場合
に、ＡＶも移動するという可能性を排除するものではな
い。単一のＡＶ１０６のセル１０９はしたがって、典型
的には地上に固定されてはいるが、ＯＣＣ１０５によっ
て指示されて、いかなる方向にも移動できるものであ
る。セルのサイズおよびＡＶのカバレッジ能力について
は、図８に関連して以下により詳細に述べる。さらに、
全体の星座１０８は、たとえば太陽からの干渉等の妨害
を防ぐために、時間により位置を変えるようにされるこ
とも可能である。
【００２１】ＡＶ無線リンク ＡＶによって維持される無線リンクは２種類に分類され
る。すなわち、（１）ポイントツーポイントの連続すな
わち「注視」無線周波数（ＲＦ）ビーム（以下、注視ビ
ームと称する）および、（２）断続的すなわち「ホッピ
ング」ＲＦビーム（以後、ホッピングビームと称す）で
ある。注視ビームは、比較的長時間にわたって維持され
る大容量の無線リンク、たとえば、ＡＶ間リンク、ＡＶ
−ＯＣＣ間リンク、ＡＶ−ゲートウェイ間リンク、また
はＡＶ−衛星間リンク等に使用される。ＡＶ１０６が移
動可能な性質を有するため、「注視」という語は、その
ビームがＡＶ１０６の局所座標系に対して静止している
ことを意味するのではなく、事実、所与のリンクを維持
するために、継続的に向きを制御されなければならな
い。ホッピングビームは、単一の高利得ＲＦビームを使
用して、特定のＡＶ１０６によってサービスされるセル
１０９内の１群の移動可能ユニットにアクセスするのに
使用される。注視ビームおよびホッピングビームに関し
ては、下により詳細に記載する。ＡＶは、フェーズドア
レーアンテナ（ＰＡＡ）等の広帯域または指向性ビーム
アンテナによって形成される注視ビームを使用してデー
タを伝送および受信する。ホッピングビームのために使
用されるＰＡＡは、移動可能ユニットの高速目標捕捉が
可能な広帯域データリンクを提供する。ＰＡＡの動作に
ついては、図４から図６を参照して下により詳細に記載
する。
【００２２】図４に示されるように、ＡＶ１０６は、注
視ビームアンテナ１３２、ホッピングビーム通信のため
の伝送用（ＴＸ）および受信用（ＲＸ）指向性ビームア
ンテナ１３４および１３６、位置決定機構１３８、姿勢
決定機構１４０、およびこれらＡＶの構成要素に結合さ
れた中央処理装置（ＣＰＵ）１３０を含むことが可能で
ある。ＡＶ１０６はまた、ＣＰＵ１３０に結合されたビ
ーコンアンテナ１４２を含んでもよい。位置決定機構１
３８は、高度を含む地理的基準となる位置情報を生成す
る。この位置決定機構１３８は、衛星を用いた全地球航
法システム（ＧＰＳ）からの位置情報を受信するための
レシーバを含み、その受信した位置情報に従ってＡＶの
高度、位置および対地速度情報を生成する。姿勢決定機
構１４０は、ＡＶ１０６に対して姿勢基準情報を提供す
る。ＣＰＵ１３０は、姿勢決定機構１４０および位置決
定機構１３８によって生成された情報を処理して、専用
の注視およびホッピングビームアンテナに対して操向制
御信号を生成する。
【００２３】注視ビームアンテナ１３２は、光ビームア
ンテナまたはＲＦビームアンテナである。自由空間光ビ
ームアンテナは、レーザを使用して、広帯域光ファイバ
地上電気通信に似た通信を提供する。ＡＶは好ましくは
天候に左右されないほど高い高度で運用されるため、Ａ
Ｖ間またはＡＶ−衛星間の光ビームおよびＲＦビームの
減衰は飛躍的に改善され、したがって、低高度において
は非実用的であった波長を利用できるようになる。光ビ
ームアンテナの操向は、光ビームを偏向させるよう電気
的に向きを制御される鏡によってなされる。ＲＦビーム
アンテナは、機械的に操向が可能なアンテナであるか、
または、ＰＡＡ等の電子的に操向される指向性ビームア
ンテナである。伝送用注視ビームアンテナは、全２重リ
ンクのために、受信用注視ビームアンテナのビームの指
す方向に従う。ＡＶの伝送用および受信用注視ビームア
ンテナは、同じ目標に向けることができ、したがって、
２方向の通信のためのプラットホームを提供する。１対
のＡＶからのＡＶ間ビームが別の対のビームに干渉しな
いように、ＲＦビームは各ＡＶに特有の多重アクセス通
信プロトコルによって分離される。この多重アクセス通
信プロトコルには、符号化分割多重アクセス（ＣＤＭ
Ａ）または周波数分割多重アクセス（ＦＤＭＡ）等の技
術がある。
【００２４】受信用および伝送用注視ビームアンテナの
ボアサイトが最初に所期の目標に向けられるように、目
標位置が判定されなければならない。ＡＶ注視ビームの
目標とはたとえば、ＡＶ間のクロスリンクの場合の隣接
するＡＶ、地上ゲートウェイ局１１０、衛星１１４、ま
たは空中指揮機１１２（図１）である。目標位置情報を
得るには２つの可能な方法がある。第１の方法において
は、ＡＶは目標位置情報を携えて打ち上げられて、一旦
そのＡＶが静止位置に達すると、リンクを構築する。こ
の方法は、目標が、目標を捕捉しようとするＡＶに知ら
れている位置とはわずかに離れた位置にあったとして
も、その目標とのリンクを構築するのに十分なほどの広
い角度をアンテナビームが有することを前提としてい
る。リンクが構築されると、その接続性はＯＣＣ１０５
によって管理されて、通話トラフィックパターンまたは
設備の不完全性を調整するために、動的に変更が可能で
ある。１または複数の選択されたＡＶ１０６へのＯＣＣ
１０５のリンクは、ＯＣＣが生成した位置および他の制
御情報を、ＡＶ網すなわち星座１０８に提供する。
【００２５】初期ビーム操向情報を提供するための第２
の方法は、ＯＣＣ１０５とＡＶ網１０８との間の衛星リ
ンクである。ＡＶは、ＯＣＣリンクを提供する衛星１１
４の位置を記憶して打ち上げられる。一旦静止位置に達
すると、ＡＶは衛星を介してＯＣＣに応答し、注視ビー
ムリンクを構築するための目標位置情報を受信する。ア
ロハまたは同様のキャリヤ検出多重アクセスプロトコル
チャネル等の制御チャネルを共有することで、ＡＶがＯ
ＣＣに位置情報を送り返すことによってビームのステア
リングを調整することが可能となる。
【００２６】一旦注視ビームが適正に位置付けられた
後、ＡＶは注視ビームトラッキングを維持して、最適な
信号性能のためにアンテナビームの向きを最適にしなけ
ればならない。トラッキングを維持する２つの方法は、
能動的目標トラッキングおよび受動的目標トラッキング
である。能動的目標トラッキングにおいては、位置決定
機構によって判定された目標位置情報が、ＡＶへの注視
ビームリンクを使用して目標に送られて、それにより、
そのリンクが維持される。所期の目標の位置情報を受信
すると、ＡＶはその目標に割当てられた受信用および伝
送用アンテナの対を向けるためのベクトルを計算する。
【００２７】受動的目標トラッキングは、アンテナボア
サイト内に目標を維持するために、目標の最後にわかっ
ている位置の周囲で受信用アンテナビームの高速逐次的
サーチを行なう。ここでもやはり、伝送用アンテナボア
サイトは、受信用アンテナに従う。これは、目標が両者
にとって共通のものであるためである。この標準的なト
ラッキング技術は、ＡＶおよび目標が、注視ビームを目
標上に維持しながら機動を行なうことができるようにす
る。指向性ビームアンテナとともに用いることが可能な
好ましい受動的目標トラッキング技術を、図１０および
図１１を参照して下により詳細に記載する。
【００２８】光ビームアンテナまたはＲＦビームアンテ
ナは、ホッピングビーム通信もまた提供できる。ＲＦビ
ームが好ましいが、これは、光ビームの低高度での操向
が複雑であるためである。好ましい実施例においては、
ＲＦビームは高利得の電子的に操向可能なＰＡＡによっ
て生成される。たとえば図５に示されるように、狭く制
限されたＲＦビームすなわちスポットビーム１５６は、
所定の目標１５７に向けられて、予め定められた短い時
間期間、その目標上に留まり、その後速やかに、次の所
定の目標１５８へと向けられる（ホップされる）。目標
は移動可能ユニットであって、そのユニットを含むセル
１２０にサービスを提供するＡＶ１０６と通信を要求し
ているものである。ＰＡＡのスポットビーム１５６を特
定の目標に向けることができるために、ホッピングビー
ムＰＡＡは高速のデータ速度伝送、低い同一チャネル干
渉、およびよりよい安全性を提供できる。また、ＰＡＡ
は比較的少ないパワーしか要求しない。以下に、ホッピ
ングビーム通信のためにＡＶによって使用されるＡＶの
ＰＡＡについて説明する。
【００２９】図４を参照して、伝送用ＰＡＡおよび受信
用ＰＡＡ、１３４および１３６は、各ＡＶ１０６に装着
されて、移動可能ユニット１２２とのホッピングビーム
通信を提供する。このＰＡＡはデータ伝送のための専用
高速データリンクを提供し、位相コントローラによって
電子的に操向されて、移動可能ユニットを目標捕捉す
る。図６に示されるように、各ＰＡＡは、エレメント１
６１のアレイ１５９を含み、各エレメントはモジュール
１６０を含む。各モジュール１６０は、ダブルバッファ
シフトレジスタ１６２、ラッチ１６６、位相コントロー
ラ１６８およびゲート１７０を含む。ダブルバッファシ
フトレジスタ１６２の第１のバッファは、ＡＶシステム
クロックまたはＣＰＵクロックからのクロック信号に従
って、第１の移動可能ユニットを目標捕捉するための操
向（位相）制御情報（データ）をＣＰＵ１３０から逐次
受信する。特定の行内のすべてのモジュールのシフトレ
ジスタは、クロックに同期して入力される。ＰＡＡが第
１の移動可能ユニットを目標捕捉している間に、次の移
動可能ユニットのための操向制御情報がダブルバッファ
シフトレジスタ１６２の第２のバッファにロードされ
る。位相制御データは、特定のエレメントのための位相
差角を示す４ビット位相語および、ビームの偏波を示す
１ビットを含む。低速３Ｍｈｚクロックは、２５６個の
エレメント（１６×１６）のＰＡＡのためにシフトレジ
スタを逐次更新するのに、およそ２５マイクロ秒を要す
る。
【００３０】ＲＦビームを移動させるのに必要な時間
は、主に、ＰＡＡのエレメントのモジュール内のシフト
レジスタを逐次的にロードするのにかかる時間に制約さ
れる。これは、数千個より少ないエレメントを含むアレ
イについては、１０-5秒程度で達成が可能である。その
後、シフトレジスタのロードが完了した後に、１０-7秒
程度でビームが新しい位置へと実際に修正されるのであ
る。このように、移動可能ユニット間でビームをホップ
させるのに要する時間は、シフトレジスタのためのロー
ド時間によって制限される。しかしながら、好ましくは
時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）であるデータプロトコ
ル方式がホップ間で周期的に特定の位置に留まるので、
シフトレジスタのダブルバッファリングによって、先の
ホップ位置での滞在期間中に、次のホップ位相への設定
が十分に可能である。したがって、ビームをホップする
オーバヘッドが実質的に減じられるために、対処できる
移動可能ユニットの数が増加する。従来の高利得パラボ
ラアンテナ、ホーンアンテナ、または機械的に操向され
る他のアンテナを使用して、広い角度にわたってアンテ
ナのボアサイトを急速に操向することは実際的ではな
い。なぜなら、機械的なサーボは、上述のような速度で
は行なえないからである。
【００３１】移動可能ユニットのアドレス指定は、ラス
タ走査等の他のより限定的な技術とは異なって、ランダ
ムである。これは、移動可能ユニットを一定の順序でア
ドレス指定することの可能性を妨げるものではない。し
かし、好ましい実施例は、任意の一時的または空間的端
末アクセスを可能にする。移動可能ユニットをランダム
に走査できることは、ホッピングビームの帯域幅の効率
を最大限にする。なぜなら、ビームは移動可能ユニット
のない位置には決して留まらないためである。
【００３２】図７は、フィートで表わされるＰＡＡの高
度（縦軸１７５）およびＰＡＡ内のエレメントの数によ
って決定される、フィートで表わされるＰＡＡのスポッ
トビーム、すなわち、視野半径（水平軸１７４）を示す
グラフである。ライン１７８、１８２および１８６は、
−３ｄＢ劣化弧の視野半径を、ライン１７６、１８０お
よび１８４は、−１ｄＢ劣化弧の視野半径を、それぞ
れ、２５６個の要素、６４個の要素、および１６個の要
素のＰＡＡについて表わす。視野半径の−１ｄＢ劣化弧
と−３ｄＢ劣化弧との間の距離は、ＰＡＡ内のエレメン
トの数に直接依存する。ほんの数個のエレメントを有す
るＰＡＡが、多数のエレメントを有するＰＡＡよりもよ
り広い視野頂角を有することはよく知られている。これ
は、より多くのエレメントがアンテナビームの焦点を合
わせるためである。たとえば、高度６０，０００フィー
トの２５６個のエレメントのＰＡＡは、約１，８００フ
ィートに等しい−１ｄＢ弧半径を示しかつ約３，０００
フィートに等しい−３ｄＢ弧半径を示す。したがって、
スポットビームの放射線上の外向きのコース上を１００
フィート／秒で走行する移動可能ユニットは、その外側
限界すなわち−３ｄＢ弧に達するまでに、新しいＡＶを
発見するためまたはその現在のＡＶ上の位置情報を更新
するために、−１ｄＢ弧と−３ｄＢ弧との間に１，２０
０フィートの距離を有する。この１，２００フィート
は、１００フィート／秒で走行する移動可能ユニットに
とって１２秒に相当する。６４個のエレメントを有する
ＰＡＡでは、それら劣化弧間の距離は、６０，０００フ
ィートにおいては約２，８００フィートとなる。−１ｄ
Ｂ弧および−３ｄＢ弧とは、それぞれ、ＡＶ間で位置更
新または切換を実施するための、移動可能ユニットの下
限および上限である。
【００３３】図８は、ＰＡＡの高度（垂直軸１８９）お
よびＰＡＡからの下開き円錐の所定の角度範囲によって
判定される、マイルで示されたＰＡＡセルサイズ、すな
わち対象地域の直径（水平軸１８８）を示す。見通し線
ライン１９０は、地平線をカバーする角度範囲を有する
ＰＡＡの対象地域を表わし、ＰＡＡの対象地域の下開き
角度は典型的には１２０°である。より高い走査角度に
おけるアンテナ利得損のため、１２０度の見おろし頂角
が好ましい。この対象地域は、セル１０９（図２）に対
応する。ＡＶのＰＡＡの対象地域は、ＡＶの高度および
見おろし角に依存する。たとえば、もし対象地域が２０
マイルおよび４０マイルである場合には、１２０°の下
開き円錐では、ＡＶの高度はそれぞれ、３０，０００フ
ィートおよび６０，０００フィートである。
【００３４】ＡＶ１０６と移動可能ユニット１２２との
間に通信リンクが構築されるためには、ＡＶ１０６は最
初に、移動可能ユニット１２２の位置を判定し、その
後、そのユニットが移動するのを追跡し、また、ＡＶ自
体の動きを補償せねばならない。注視ビームの際と同
様、ＡＶの移動の補償は、姿勢決定機構１４０によって
生成される姿勢情報をＣＰＵで処理することによってな
される。移動可能ユニットの位置は、２つの可能な技術
のうちの一方を使用して、全方向性帯域外呼線チャネル
によって獲得される。全方向性帯域外呼線チャネルと
は、すべての方向を処理する、低データ速度の、安定し
たチャネルである。図９に示されるように、第１の技術
（ＡＶビーコン）においては、ブロック２００で、ＡＶ
は新しい移動可能ユニットがそのＡＶに対して周期的に
登録するよう求める。この方法を使用して、通信を望ん
でいる移動可能ユニットは、ブロック２０２において、
最も強いＡＶビーコン信号を求めて、ＬＯＳの半球上で
のサーチを行なう。このビーコン信号に符号化された情
報は、周期的なＴＤＭＡフレーム開始マーカーおよびＡ
Ｖ位置情報を含み、このため、移動可能ユニットは、ブ
ロック２０４においてＴＤＭＡフレームと同期すること
が可能となる。ＬＯＳ距離を判定した後に、移動可能ユ
ニットは適正な伝搬遅延のためにその伝送クロックスキ
ューを調整する。移動可能ユニットはＡＶ位置を自身の
位置と比較して、それらの間のＬＯＳ距離を判定する。
移動可能ユニットはＡＶを発見すると、ブロック２０６
において、自身の受信用および伝送用アンテナビームボ
アサイトをそのＡＶに向けて、そのＡＶが監視している
全方向性帯域外呼線チャネルを使用して自身の存在をＡ
Ｖに（かつしたがってネットワークに）知らせる。その
後ＡＶは、ブロック２０８において、その移動可能ユニ
ットを関連のネットワークに登録する。ネットワークへ
の登録は、図１７を参照して下により詳細に記載する。
全方向性帯域外呼線チャネルは、全方向性もしくはビー
コンアンテナ１４２またはＰＡＡ１３３によって生成さ
れ得る。
【００３５】第２の技術（移動可能ビーコン）において
は、移動可能ユニットは、ブロック２１０において、全
方向性帯域外呼線チャネルを使用して、ＡＶ１０６をネ
ットワークに登録するように導く。ＡＶ１０６は、ブロ
ック２１２において、全方向性もしくはビーコンアンテ
ナ１４２またはＰＡＡ１３３で呼線チャネルを監視す
る。ブロック２１４において、ＡＶは、移動可能ユニッ
トのビーコンを感知すると、同じ全方向性チャネル上
で、位置情報およびＴＤＭＡフレームタイミング情報を
送り返す。その後のシーケンスは、第１の技術のブロッ
ク２０６および２０８を辿る。
【００３６】ＡＶ１０６による移動可能ユニット１２２
のトラッキングは、移動可能ユニット１２２が最初にそ
の位置をＡＶに登録した後より始まって、それは、ＡＶ
ホッピングビームによって定期的にアドレスされる。注
視ビームの場合と同様に、ホッピングビームによる移動
可能ユニットのトラッキングもまた、上述のように能動
的でも受動的でもよい。図１０に示されるように、受動
的トラッキングは、移動可能ユニットがＴＤＭＡサイク
ルにおいてアドレスされるたびに、その移動可能ユニッ
トの真の位置の周囲にＡＶ受信用スポットビームを逐次
ステップ移動させることによって達成される。ＡＶは、
受信用スポットビームの各ステップの後に、移動可能ユ
ニットの信号強さを分析することによって、移動可能ユ
ニットのおおよその位置を判定する。信号強さは、スポ
ットビームの−１ｄＢ劣化弧および−３ｄＢ劣化弧に対
して判定される。移動可能ユニットの実際の位置が位置
２２１である場合には、位置１ ２２０はその移動可能
ユニットが−１ｄＢ弧の外側にありかつ−３ｄＢ弧の内
側にあることを示し、位置２ ２２２は、その移動可能
ユニットが−１ｄＢ弧内にあることを、位置３ ２２４
および４ ２２６は、位置１ ２２０と同じことを示す
ものと考えられる。したがって、システムは、移動可能
ユニットがほぼどこに位置するのかを判定可能であり、
それに応じて調整できる。
【００３７】能動的トラッキングは、移動可能ユニット
が予め選択された量だけ通信リンクを劣化するのに足る
程度その位置を変化させるたびに、ＡＶに向かってその
位置を通信するのに依存する。たとえば、図１１に示さ
れるように、もし移動可能ユニットが、−１ｄＢ級弧２
２８上の位置２３２で示されるように、受信強さで−１
ｄＢ劣化を検出した場合には、その移動可能ユニット
は、自らの位置をそのＡＶに通信する。
【００３８】移動可能ユニット無線リンク 図４に示されるように、移動可能ユニットは、少なくと
も１つの注視ビームアンテナ１４４と、ＣＰＵ１５２
と、姿勢決定機構１４８と、位置決定機構１５０とを含
む。位置決定機構１５０、姿勢決定機構１４８、ＣＰＵ
１５２、および注視ビームアンテナ１４４の動作は、Ａ
Ｖ内で行なわれるものと同様である。この移動可能ユニ
ット１２２はまた、ビーコンアンテナ１４６を含んでも
よい。
【００３９】移動可能ユニット１２２は注視ビームのみ
を維持し、これは、全方向性および高利得の指向性ビー
ムにさらに分割される。これら高利得指向性ビームは、
移動可能ユニット１２２とそれに対処するＡＶ１０６と
の間のＬＯＳ無線リンクにわたる帯域内広帯域コールト
ラフィックのためのものである。全方向性リンクは、移
動可能ビーコンのために使用される。
【００４０】上に図９を参照して記載したように、移動
可能ユニットがＡＶの位置を獲得すると、その注視ビー
ムアンテナ１４４のボアサイトはそのＡＶに向けられ
る。この実施例においては、指向性ビームアンテナが好
ましい。指向性アンテナビームは、もし目標がその最後
に知られている位置からわずかに離れたとしても、その
ＡＶ目標とのリンクを構築できるのに十分な程度の広さ
の角度であることはもちろんである。初期ビーム操向が
達成された後には、通常、移動可能ユニットのアンテナ
をさらに操向する必要はない。ただし、移動可能ユニッ
トの位置および姿勢が変化した場合にはこの限りではな
い。移動可能ユニットの指向性ビームアンテナは好まし
くはＰＡＡであって、これは、移動可能ユニットの位置
および姿勢の変化に対して、正確にかつ素早く調整が可
能である。この調整は、位置決定機構によって判定され
た位置情報および、姿勢決定機構によって判定された姿
勢基準情報に従ってなされる。ＡＶの場合と同様に、レ
シーバは、衛星を用いたＧＰＳから位置情報を受信す
る。
【００４１】図１２に示されるように、各移動可能ユニ
ットは４つの異なる通信状態を示す。各状態は、その移
動可能ユニットがＡＶを登録した後に実現される。移動
可能ユニットの第１の状態においては、その移動可能ユ
ニットは移動も通信もしていない。判定ブロック２４０
および２４２参照。ブロック２４６におけるこの第１の
状態において、移動可能ユニットは、全方向性帯域外呼
線チャネルを使用して、ＡＶの通信サイクルに周期的に
再同期する。通信はしているが移動していないのが移動
可能ユニットの第２の状態である。判定ブロック２４０
および２４２参照。この第２の状態においては、移動可
能ユニットはブロック２４８において、指向性ビームア
ンテナから帯域内チャネル上で通常の伝送機能を行な
う。移動可能ユニットの第３の状態とは、移動している
が通信はしていない状態である。判定ブロック２４０お
よび２５０参照。この第３の状態においては、ブロック
２５２において、もし移動可能ユニットがその最後に登
録された位置より第１の予め定められたしきい値距離よ
りも遠くに移動した場合には、その移動可能ユニットは
帯域外信号発信を使用して、新しい位置信号をＡＶに伝
送する。この第１のしきい値距離とは、ＡＶからの受信
された帯域外信号のパワーと移動可能ユニットの速度と
の関数である。移動可能ユニットの最後の通信状態と
は、移動しながら通信もしている移動可能ユニットを指
す。判定ブロック２４０および２５０参照。この最後の
状態においては、移動可能ユニットは、ブロック２５４
において、もしそのユニットが最後に登録された位置よ
りも予め定められた第２のしきい値距離を超えて移動し
た場合には、新しい位置信号を帯域内信号を使用してＡ
Ｖに伝送する。この第２のしきい値距離は、ＡＶから受
信した帯域内信号のパワーと移動可能ユニットの速度と
の関数である。
【００４２】周波数管理 無線周波数帯の再利用は、ＡＶ１０６の１群を運用する
のに必要とされる全周波数帯域を限定する。周波数再利
用を達成するために使用され得る種々の方法があるが、
これらはたとえば、周波数分割多重アクセス（ＦＤＭ
Ａ）、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）、時分割多重
アクセス（ＴＤＭＡ）、空間分割多重アクセス（ＳＤＭ
Ａ）、または、これらいずれかを組合せたものである。
いずれの場合においても、好ましい実施例は、必要とさ
れる無線周波数帯を最小限に抑えるという目的で、ＡＶ
のセル１０９間で周波数を再利用することに依存する。
たとえば、図１３に示されるように、一実施例において
は、ＡＶはＦＤＭＡを使用して、ＡＶ間で１／Ｎの再利
用率で近傍のＡＶ間の干渉を防ぐ。ここでＮは使用され
る周波数の数である。図１３は、Ｎ＝４の場合を示す。
周波数再利用の管理は、ＯＣＣ１０５（図１）によって
判定される、システムおよび環境の要件によって調整さ
れる。
【００４３】以下に一実施例を示す。ＡＶおよび移動可
能ユニットは、６４個のエレメントの伝送および受信Ｐ
ＡＡを備える。この例において、無線リンクのために軍
用ＸバンドＤＳＣＳ周波数帯（７．２５Ｇｈｚから８．
４Ｇｈｚ）を使用するものと仮定する。アップリンクに
は、７．２５Ｇｈｚから７．７５Ｇｈｚの間の周波数が
割当てられ、ダウンリンクには７．９Ｇｈｚから８．４
Ｇｈｚの間の周波数が割当てられる。ＡＶは、高度６
０，０００フィートで航行し、その下に１２０°円錐の
カバレッジエリアを有するものとする。対象地域の外縁
においては、移動可能ユニットの伝送用および受信用Ｐ
ＡＡアンテナは、局所地平線から３０°ずれた最小走査
角度を有する。これは、見通し線を維持するのに必要と
される仰角とレンジとの合理的な妥協である。６４個の
エレメントを有するＰＡＡは、１０-9ビットの誤り率の
１５５Ｍｂｐｓの総帯域幅を有するＴＤＭＡ方式を提供
する。伝送および受信ＰＡＡエレメントが多くなれば、
より広い総帯域幅が提供される。この実施例において
は、ＴＤＭＡ方式を使用する単一のＡＶが、１チャネル
あたり１ユーザにつき最小１．５Ｍｂｐｓで、最高で約
１００ユーザにサービスを提供できる。１ユーザに対し
て多チャンネルを割当てることによって、より広い帯域
幅を達成できる。逆に、最小データ速度をより低くする
ことで、より多くのユーザにサービスを提供する方式を
選ぶことも可能である。上に記載した実施例について、
リンク見積り分析を以下に示す。
【００４４】
【表１】
【００４５】注：（１）総帯域幅は１５５Ｍｂｐｓ、誤
り率は１０-9ビット；（２）ＡＶの高度は６０，０００
フィート；（３）カバレッジエリアは、ＡＶの下方１２
０°円錐；（４）伝送および受信ＰＡＡは、局所地平線
から３０°ずれた最小走査角度を有するものとする。
【００４６】データ通信分野の当業者には容易に理解さ
れるように、この発明の指向性ビームアンテナを介して
必要な通信を提供するのに、さまざまな変調方法が使用
可能である。
【００４７】ホッピングビーム多重化方式 ＡＶセル内の移動可能ユニットに通信サービスを提供す
るために、多数の多重化方式およびそれらの組合せを使
用することが可能である。移動可能ユニットへの広帯域
全２重接続のために用いることが可能な通信方式は、Ｔ
ＤＭＡ、ＣＤＭＡ、およびＦＤＭＡを含む。これらの多
重アクセス方式は、所望のネットワーク容量に応じて、
個別にまたは複数を組合せて使用が可能である。高いデ
ータ速度の無線リンクのために、および伝送パワーを合
理的な範囲内に維持するためには、大きいアンテナ利得
が必要とされる。伝送パワーを最小限に抑えることは、
リンクの安全性を向上させる。またこれは、ＲＦ設備の
複雑さを減じ、かつ周波数規制および所定のシステム運
用要件によって課せられるパワーフラックス密度とサイ
ドローブの制約を満足させるのに不可欠である。ＡＶの
ＰＡＡのスポットビームは、ＰＡＡの対象地域に比べ
て、比較的狭い。したがって、ＡＶと移動可能ユニット
との間に無線リンクを構築するには、ＰＡＡのボアサイ
トは所望の位置に向けられなくてはならない。視野の狭
い指向性ビームアンテナは、ＡＶセル内の移動可能ユニ
ットに通信サービスを提供するＴＤＭＡ方式には非常に
好適である。先に記載したように、システムの容量を高
めるために、ＴＤＭＡと他の多重化方式との組合せを使
用してもよい。ホッピングビーム多重化方式を、単に例
示の目的で、ＴＤＭＡ方式を使用して説明する。
【００４８】ＴＤＭＡ方式においては、特定の時間期間
はタイムスロットすなわちチャネル２６２に分割され
て、サイクル２６０にまとめられる。これを図１４に示
す。ＴＤＭＡサイクル２６０内の、コントロールチャネ
ルと称されるある数のチャネルは、信号発信、ページン
グおよび制御等のネットワーク管理機能のために、ＡＶ
によって予約される。ＴＤＭＡサイクル２６０内の残り
のチャネルはデータチャネルと称され、それらは移動可
能ユニット間の情報ペイロード伝送のために使用され
る。ＴＤＭＡチャネル２６２は情報ペイロード２６６お
よびより小さいガードおよびタイミング部分２６４にさ
らに分割される。データチャネル２６２は、接続の進行
中に、ネットワーク管理機能のために移動可能ユニット
およびＡＶによって使用されてもよい。種々の通信プロ
セスに対するこれらのデータチャネルの割付けおよび割
付け解除は、ＯＣＣと協働して、ＡＶ内の動的ネットワ
ーク管理情報によって管理される。ＡＶはまた、周期的
に繰返される伝送および受信ＴＤＭＡサイクルのための
タイミング基準を維持する。このサイクルを以下に図１
５を参照して記載する。
【００４９】接続設定を要求している移動可能ユニット
には、制御チャネルを使用して、ネットワーク管理情報
に従って独自のデータチャネルの組が割当てられる。移
動可能ユニット間の接続をうまく構築するために、ＡＶ
は、割付けられた伝送および受信チャネルの数をそれぞ
れの移動可能ユニットに通信する。たとえば図１５に示
すように、もしＴＤＭＡサイクル２６０ａが１００チャ
ネルを含む場合には、ある移動可能ユニット（移動ユニ
ット１）がＴＤＭＡサイクル２６０ａのチャネル３上で
伝送し、第２の移動可能ユニット（移動ユニット２）が
チャネル９９上で受信する。Δｔ1 およびΔｔ2 はそれ
ぞれ、ＡＶと移動ユニット１および２との間の伝搬遅延
である。移動可能ユニットは、割付けられた伝送チャネ
ル期間中のみ、伝送が許可される。しかし、移動可能ユ
ニットは、いかなる時間にもデータを受信することがで
きる。移動可能ユニットのレシーバがＡＶの伝送ＴＤＭ
Ａサイクルのチャネル境界に同期される必要はない。Ａ
Ｖ上でのデータ伝送および受信のためのタイミングは、
しかし、ＴＤＭＡサイクルのそれぞれ伝送および受信チ
ャネル境界に合せてスケジュールされており、すなわ
ち、データは、所定のＴＤＭＡチャネル境界上で伝送お
よび受信される。ＡＶ上におけるデータの伝送および受
信がチャネル境界上でなされなければならないのは、伝
送用および受信用ホッピングビームアンテナの双方が、
特定のチャネル期間中にデータを伝送および受信する地
理的に隔てられた移動可能ユニットに向けられなければ
ならないためである。これに対し、移動可能ユニット上
の伝送および受信アンテナは、ＡＶにほぼ向けられる。
したがって、移動可能ユニットが一旦ＡＶの位置の獲得
を終えてそのトラッキングを始めれば、移動可能ユニッ
トのアンテナビームがＡＶを移動させる必要はない。
【００５０】これとは別に、もし移動可能ユニットのア
ンテナビームが、ＡＶと通信するよう予定されていない
際に、他の隣接するＡＶからの信号強さを監視する等の
他の通信サービスを行なうのに使用される場合には、移
動可能ユニットから／へのデータの受信／伝送は、ＡＶ
同様、その伝送および受信ＴＤＭＡサイクルのチャネル
境界上に合せてスケジュールされなければならないであ
ろう。
【００５１】図１５に示すように、ＡＶの伝送および受
信ＴＤＭＡサイクルは、互いに同期される。対応する伝
送および受信チャネルのタイミングは、伝送および受信
ＴＤＭＡサイクル内のゼロタイムスキューに位置合わせ
される。したがって、ＡＶ上における伝送および受信Ｔ
ＤＭＡサイクルのタイミングは、単一のＡＶ ＴＤＭＡ
サイクルを基準とする。ＡＶによってサービスされる領
域内のすべての移動可能ユニットは、そのＡＶによって
構築されるＴＤＭＡサイクルのタイミングに同期され
る。ＡＶによってサービスされる移動可能ユニットは、
制御チャネルまたはデータチャネルのいずれかを使用し
て、ＡＶのＴＤＭＡサイクルに周期的に同期する。移動
可能ユニットの伝送ＴＤＭＡサイクルのタイミングはＡ
ＶのＴＤＭＡサイクルのタイミングに対して早められる
が、これは、移動可能ユニットとＡＶとの間の伝搬遅延
によるタイミングスキューを補償するためである。図１
５に、移動ユニット１のΔｔ1 だけ早められた伝送を示
す。移動可能ユニットの伝送ＴＤＭＡサイクルを早める
ことによって、所与のチャネル上のＡＶへのその伝送が
確実にＴＤＭＡサイクルのチャネル境界で受取られるよ
うになる。同様に、もし移動可能ユニット上の受信アン
テナが他の通信目的に使用される場合には、移動可能ユ
ニットの受信ＴＤＭＡサイクルのためのタイミングは、
ＡＶのＴＤＭＡサイクルに対して遅らせられる。Δｔ2
時間だけ遅らせられた移動ユニット２の受信チャネル９
９を示す。移動可能ユニットの伝送および受信ＴＤＭＡ
サイクルのための早められたおよび遅らせられたタイミ
ングは、移動可能ユニットとＡＶとの間の予測された一
方向伝搬遅延の関数である。通信基盤内のすべての移動
可能ユニットおよびＡＶは、自らの位置および地球時間
基準を判定できる。これを達成するための１方法は、Ｇ
ＰＳ信号を受信して、その信号から、地球タイミング基
準および位置情報を判定するというものである。移動可
能ユニットとＡＶとの間の一方向伝搬遅延は、これら位
置情報およびタイミング基準から判定される。ＡＶおよ
び移動可能ユニットは自らの位置および地球時間基準に
アクセスを有するものの、タイミングの不確実さは残
り、近接のチャネル間での伝送干渉を防ぐために、各チ
ャネル内にはガードタイムが必要となる。このガードタ
イムは、ＧＰＳによって判定された時間および位置に基
づくものであって、移動可能ユニットとＡＶとの間の最
悪の場合のレンジの不確かさと、ＡＶまたは移動可能ユ
ニットのクロック誤差との関数である。
【００５２】上に記載したシステムは、移動可能ユニッ
ト間の広帯域全２重接続性を容易にする。このシステム
はまた、移動可能ユニットの組に、またはそれらユニッ
ト間で、放送マルチポイントツーマルチポイント通信を
提供することができる。この場合、移動可能ユニット
は、特定の接続のために割付けられたチャネル内でＡＶ
にデータを伝送する。ＡＶは、その割当てられたチャネ
ル中に、広域ビームパターンを有するアンテナを使用し
て、その移動可能ユニットから受信したデータを再放送
する。この広域ビームパターンは、ＡＶのＰＡＡホッピ
ングビームアンテナまたは従来の固定パターンアンテナ
の個々の位相レジスタを操作することによって生成され
得る。広域ビームパターンを使用してデータを伝送する
ことにより、ＡＶによってサービスされるマルチポイン
トツーマルチポイント接続に参加しているすべての移動
可能ユニットがその放送データを受取ることが可能とな
る。したがって、マルチポイントツーマルチポイント接
続のためのＡＶのデータ伝送は広域ビームアンテナパタ
ーンを利用し、一方、ポイントツーポイント接続には狭
域ビームアンテナパターンが使用される。広域ビームパ
ターンのためのＡＶの伝送アンテナの利得は、狭域ビー
ムパターンのそれよりも低いため、伝送される実効等方
放射電力が同じであると仮定すると、マルチポイントツ
ーマルチポイント接続はポイントツーポイント接続に比
べて通信速度がより低くなる。別の方法として、移動可
能ユニットの組に狭域帯放送サービスを提供するのに、
従来の全方向性アンテナを使用してもよい。この別の方
法は、放送情報を受信のみ可能な移動可能ユニットに中
継するのに使用が可能である。狭域帯放送情報の伝送
は、ＴＤＭＡサイクル内のチャネルのうちの１つ、また
はＴＤＭＡサイクルとは無関係に他のＶＨＦもしくはＵ
ＨＦ周波数チャネルを使用して、達成が可能である。
【００５３】ホッピングビームチャネル割付け 広帯域移動可能無線ネットワーク内の通信のための帯域
幅要求は需要が不規則なため変化するので、必要に応じ
て帯域幅を割当てることが所望される。この動的帯域幅
割付けの背景にある基本概念は、制御チャネルが常にネ
ットワーク管理機能に割当てられ、データチャネルが動
的なチャネルのプールに記憶されＡＶによって管理され
る、というものである。必要時、たとえば、新しい接続
の要求が制御チャネルに到着した際に、ＡＶは、ユーザ
の認可、要求される帯域幅、およびチャネルの利用可能
性に応じて、必要とされる数のデータチャネルを割付け
る。通話が終了すると、その接続は解放され、ＡＶはそ
の割付けたチャネルを利用可能なチャネルのプールに戻
す。チャネルの割付けおよび割付け解除は、各通話ごと
に、ＡＶによってなされる。もし接続要求がＡＶによっ
て受信された際に利用可能なチャネルがない場合には、
接続の設定が妨げられて、その通話は拒絶される。接続
管理は移動可能ユニットによって開始されて、制御チャ
ネルを使用して接続設定情報がＡＶに伝送される。接続
設定情報は、ソースおよび宛先の固定または移動可能ユ
ニットのアドレスおよび２重接続のために必要な順方向
および逆方向帯域幅等の属性を含む。ＡＶは、接続設定
情報を受信した時点で、要求される帯域幅、利用可能な
データチャネル、および宛先移動可能ユニットへの最適
な通信経路に基づいて、その宛先の固定または移動可能
ユニットに到達するための次のホップを判定する。この
後、ＡＶはその接続のために必要な数の伝送および受信
データチャネルを確保して、接続設定要求を次のホップ
に転送する。宛先固定または移動可能ユニットへの利用
可能な経路がない場合には、ＡＶはその通話を拒絶し
て、その接続のために既に構築されている経路を介して
ソースの移動可能ユニットに対して拒絶指示を伝送す
る。さらに、既に設定した経路に沿ったデータチャネル
の割付けが、接続設定が拒絶された後に解放される。こ
の動的チャネル割付け手順は、ＡＶが、需要割当多重ア
クセス方式に従ってデータチャネルの利用可能プールを
効率的に管理することを可能にする。
【００５４】高速パケットスイッチ 図１６に示すように、各ＡＶは、高速パケットスイッチ
（ＦＰＳ）２８０を介して、それを通じて流れるパケッ
ト化されたデータの経路制御を管理する。ＦＰＳ２８０
は、ＣＰＵ１３０（図４）内に位置付けられる。このＦ
ＰＳ２８０は入来するパケットヘッダを調べて、そのパ
ケットが局所制御メッセージの一部分であるかどうか、
また、それがネットワーク内の他の場所に経路制御され
るべきものであるかどうかを判定する。その入力および
出力ポートは、移動可能ユニット、ゲートウェイリン
ク、ＡＶ間リンクおよびＯＣＣリンクに接続する。デー
タパケットは適切なアンテナに、したがって受信者に経
路付けされる。データパケットは、指向性ビームアンテ
ナによって搬送される場合には、割当てられたデータチ
ャネル２６２（図１４）内で搬送される。ＦＰＳ２８０
は、ワイヤ線非同期転送モード（ＡＴＭ）ネットワーク
を実現するよう設計された既存のＢ−ＩＳＤＮスイッチ
ング技術で運用が可能である。したがって、本発明は、
無線でＡＴＭセルを伝送可能であり、したがって、既存
の地上ネットワークとの切れ目のない通信を提供でき
る。
【００５５】ネットワーク資源管理 ＡＶ星座のネットワーク管理は、ＯＣＣ１０５（図１）
によってなされる。ＯＣＣ１０５によって行なわれる種
々の機能は、地理的に分配が可能であって、ネットワー
クが迅速に展開されるよう、移動または再配置が可能で
ある。ＡＶ星座のサイズは固定されてはおらず、ＯＣＣ
１０５によって管理されて時間とともに変化し得る。Ｏ
ＣＣ１０５は、星座１０８内の各ＡＶ１０６の位置付け
を調整して、その星座の構成要素の周期的な交替を管理
する。ＯＣＣ１０５は、総星座カバレッジエリア１２０
を固定したまま保持するかまたは、時間とともにその位
置もしくは形状を変化させて、動的な移動可能ユニット
トラフィックパターンを実現する。ＯＣＣ１０５はま
た、ビリング、サービス許可および通話許可等の、ネッ
トワーク機能を管理する。
【００５６】ＯＣＣのネットワークへのインタフェース
には２つの種類がある。第１の種類は、ＡＶ星座へのイ
ンタフェースである。これは、星座内の少なくとも１構
成要素であるＡＶからの注視ビームを介して達成され
る。ＯＣＣは典型的には単一の星座を制御するが、これ
はただ１つの星座に限定する必要はない。ある密度を有
するサービス区域においては、複数の星座が単一のＯＣ
Ｃを設置することによって制御され得る。第２に、ＯＣ
Ｃ１０５は既存の地上または衛星電気通信、広帯域ネッ
トワークへの１または複数のゲートウェイインタフェー
スを提供できる。これは、ＡＶ星座内の移動可能ユニッ
トに、外界への接続性を提供する。ゲートウェイの機能
は、ＯＣＣ１０５に存在してもしなくてもよく、ゲート
ウェイ局１１０等の別個の設備に位置付けるようにして
もよい。このゲートウェイ局１１０は、１または複数の
構成要素であるＡＶ１０６への注視ビームリンクを介し
て、ＡＶ星座１０８に接続される。
【００５７】ネットワークの移動性管理 通信資源およびネットワークの相互接続性の管理は、移
動可能な接続を指向するネットワークにおいて重大な局
面である。ネットワークの移動性管理は２つの主要な機
能からなる。すなわち、ネットワーク登録および接続管
理である。
【００５８】ネットワーク登録とは、その位置およびア
ドレスがネットワーク全体に知られている端末に、移動
可能ユニットの位置およびアドレスを関連づけることで
ある。移動可能ユニットは移動中である場合が考えられ
るため、その移動可能ユニットの位置がいかなる瞬間に
おいてもネットワークシステム内でわかっていることが
肝要である。移動可能ユニットのアドレス指定は、ネッ
トワークトポロジ内のその実際の位置がわからなくと
も、その一意のアドレスを使用して実行される。ネット
ワークシステム内のいかなる特定の端末からの移動可能
ユニットへの経路制御は、その移動可能ユニットの現時
点での位置に関する情報なしには不可能である。ネット
ワーク登録手続は、ネットワークトポロジ内における移
動可能ユニットの位置を判定する。各ＡＶは、移動性管
理機能および、移動可能ユニットへの無線通信のための
ハードウェアで増強される。ＡＶは２つのデータベース
を含む。これらは、ホームロケーションレジスタ（ＨＬ
Ｒ）すなわちホームエージェント（ＨＡ）ＡＶテーブル
に相当するもの、および、ビジタロケーションレジスタ
（ＶＬＲ）すなわち外部エージェント（ＦＡ）ＡＶテー
ブルに相当するもの、である。すべての移動可能ユニッ
トは、通常、単一のＨＡ ＡＶに関連づけられるが、移
動可能ユニットはネットワークトポロジ内の、外部エー
ジェントと称される他のＡＶに結びつけられてもよい。
移動可能ユニットが外部エージェントに登録される場合
には、そのホームエージェントは、ＨＡ ＡＶテーブル
内にその転送先アドレスを保持する。移動可能ユニット
に向けられたすべての通信は、最初に、それらのＨＡ
ＡＶに向けられる。もしその移動可能ユニットが現時点
においてＨＡ ＡＶに登録されていない場合には、ＨＡ
ＡＶはその転送先アドレスを探して、その移動可能ユ
ニットが現時点で結びつけられているＦＡ ＡＶに対し
てそのアドレスを提供する。
【００５９】登録のために、移動可能ユニットはまず、
（図９に関連して上に記載したとおり）ＡＶとのＲＦ通
信リンクを構築する。図１７に示すように、ブロック２
９０において、ＲＦ通信リンクが構築された後に、移動
可能ユニットがアドレス登録プロセスを開始する。ブロ
ック２９２で、移動可能ユニットが現時点で接続されて
いるＡＶk のアドレスを受取った後に、ＡＶk のアドレ
スはブロック２９４において、移動可能ユニットに記憶
されているホームエージェントアドレスと比較される。
もしＡＶk のアドレスが移動可能ユニットのＨＡ ＡＶ
アドレスと同じであれば、ブロック２９６において、移
動可能ユニットはそれが現時点でそのＨＡ ＡＶに結び
つけられていると判定して、ＡＶk はＨＡ ＡＶテーブ
ル内の移動可能ユニットの位置状態を更新する。しか
し、もしＡＶk のアドレスが移動可能ユニットの記憶し
ているＨＡ ＡＶのアドレスと合致しない場合には、ブ
ロック２９８において、移動可能ユニットはＡＶk をＦ
Ａ ＡＶとして設定する。次に、ブロック３００におい
て、移動可能ユニットは、そのアドレスおよびＨＡＡＶ
情報をＡＶk に伝送することによって、ＡＶk を更新す
る。ＡＶk は移動可能ユニットのアドレスでそのＦＡ
ＡＶテーブルを更新して、さらに、ブロック３０４にお
いて、移動可能ユニットの指定したＨＡ ＡＶに対して
転送先アドレス情報を提供する。移動可能ユニットの移
動に関する情報を受取った時点で、ブロック３０６にお
いて、ＨＡ ＡＶは移動可能ユニットのためのＦＡ Ａ
Ｖ情報で、そのＨＡ ＡＶテーブルを更新する。
【００６０】ＡＶk に接続された移動可能ユニットが登
録解除プロセスを開始することも可能である。これは、
移動可能ユニットが適正な信号発信情報をＡＶk に伝送
することによって達成される。移動可能ユニットとその
ＡＶk との間のＲＦ通信リンクが切断された場合にも、
登録解除は自動的に開始される。
【００６１】ネットワーク接続の設定／解除 図１８に示すように、ブロック３１０において、移動可
能ユニットに対して接続設定を要求している端末は、そ
の移動可能ユニットのＨＡ ＡＶに対して接続設定要求
を伝送することによってその接続を開始する。ブロック
３１２および３１４において、もし移動可能ユニットが
現時点においてＨＡ ＡＶに登録されている場合には、
その接続設定は、ＨＡ ＡＶから移動可能ユニットに直
接移る。しかし、もし移動可能ユニットが現時点におい
てＨＡ ＡＶに登録されていない場合には、ブロック３
１６において、ＨＡ ＡＶはそのＨＡ ＡＶのＨＡ Ａ
Ｖテーブル内の移動可能ユニットの転送先アドレスを探
す。端末と移動可能ユニットとの間の接続を設定する方
法には二通りがある。第１の方法においては、すべての
通信はブロック３１８においてＨＡ ＡＶを介して再び
リダイレクトされる。移動可能ユニットへそのＨＡ Ａ
Ｖを介して通信をリダイレクトする場合、その通信は最
適な経路をたどらないかもしれず、また、帯域幅資源の
利用を増す可能性もある。しかし、この第１の方法にお
いては、端末が付加的な移動性の管理機能を有する必要
はなく、したがって、ネットワークのハードウェアの複
雑性が最小限に抑えられる。第２の方法においては、Ｈ
Ａ ＡＶは第１の方法において記載されたような、通信
をリダイレクトする機能は果たさない。この方法におい
ては、指定されたＨＡ ＡＶがブロック３１６におい
て、現時点で移動可能ユニットと接続を維持しているＦ
Ａ ＡＶを探して、ブロック３２０において、この情報
を発呼端末に戻す。その後、発呼端末はブロック３２２
において、宛先移動可能ユニットと接続を維持している
ＦＡ ＡＶを介して、新しい接続設定要求を移動可能ユ
ニットに直接送る。第２の方法においては、発呼端末と
移動可能ユニットとの間にはより最適に近い経路が確立
されるものの、この方法は、移動可能ユニットと通信す
る各端末内に付加的な移動性管理機能を必要とする。い
ずれの方法においても、移動可能ユニットは、すべての
移動性管理機能を果たすことが可能なＡＶにのみ結びつ
けられる。
【００６２】接続指向ネットワークにおける接続解除プ
ロセスは比較的簡単である。発呼端末または移動可能ユ
ニットがその接続を解除すればよい。接続解除プロセス
では、その接続経路内のすべての端末またはノードに、
その接続を解除してネットワーク資源を解放するよう信
号が発信される。発呼端末は、別の移動可能ユニット、
ＯＣＣ、ＡＴＭネットワークに接続されたエンティティ
等である。
【００６３】ネットワーク接続切換 接続の切換は、移動可能ユニットがＡＶのカバレッジエ
リア１０９を越える際に、移動可能ユニットと発呼端末
との間の進行中の通信を維持するために必要である。こ
の切換プロセスは、エンドツーエンドの接続を維持す
る。切換により惹起される経路制御の有効性は、サービ
スの中断、レイテンシ、必要なバッファリング、および
ネットワークの複雑性を最小限に抑えるための、多数の
規準によって判定される。第１に、接続切換のために、
新しいＡＶへの新しい接続が確立される。上述の接続指
向ネットワーク内で通信を維持するためには、この新し
い接続は現時点の接続が断たれる前に確立される。この
メイク・ビフォア・ブレイクという概念によって、緩や
かな切換が可能となり、サービスの中断およびレイテン
シが最小限に抑えられる。切換の開始および新しいＡＶ
への接続設定は、分散して実行される。もしＡＶが接続
切換を開始しなくてはならない場合には、高速で移動す
る多数の移動可能ユニットによる頻繁に起こる接続切換
事象によって、ＡＶの処理負荷および複雑性が飛躍的に
増す。このため、移動可能ユニットが切換を開始するよ
うにする。この方法においては、切換の判定は分散され
て、各移動可能ユニットが個別にその現時点における無
線リンクの質を評価して、より好適な無線リンクが検出
された場合には、接続切換プロセスを開始する。この付
加的なリンク管理およびリンクの質判定プロセスは移動
可能ユニットの複雑さをいくぶん増すものの、これはＡ
Ｖにおける複雑さを大いに減じ、また、ＡＶに要求され
る処理容量を減じる。
【００６４】図１９に示すように、ブロック３３０にお
いて、宛先端末（Ｄ）と通信している移動可能ユニット
は、その現時点のＡＶおよび隣接するＡＶがあればそれ
らとの無線リンクの質も継続的に監視する。この方式に
おけるすべてのＡＶは、移動可能ユニットがその現時点
におけるＡＶj および地理的に近い他のＡＶとの無線リ
ンクの質をチェックできるように、ページングチャネル
上でビーコン信号を周期的に伝送する。その無線リンク
の質の測定値または現時点におけるＡＶj からの信号対
雑音比（ＳＮＲ）が所定のしきい値限界または近傍のＡ
ＶのＳＮＲ測定値を下回り、よりよい無線リンクの質を
有するＡＶk が存在する場合には、ブロック３３２にお
いて、移動可能ユニットは接続切換手続を開始する。こ
の切換手続は、ブロック３３４において、発呼端末と新
しいＡＶk との間に新しい接続を確立する。発呼端末と
新しいＡＶk との間にこの新しい接続が設定されると、
ブロック３３６において、移動可能ユニットに対してそ
の指示が送られる。この時点で、発呼端末からのデータ
伝送は現時点のＡＶおよび新しいＡＶに対してマルチキ
ャストされる。移動可能ユニットは、ブロック３３８
で、接続設定完了の通知を受取ると、ブロック３４０に
おいて、ＡＶj との現時点における接続を解除して、新
しいＡＶk に切換わる。新しいＡＶk への無線リンクが
確立されると、移動可能ユニットはブロック３４２にお
いて、宛先端末との進行中の通信を再開して、さらに、
新しいＡＶk に登録する。メイク・ビフォア・ブレイク
という緩やかな切換の概念によって、移動可能ユニット
が古いＡＶj との接続を断つ前に新しいＡＶk との接続
を構築することで、いかなる接続切換における中断も軽
減される。
【００６５】図１８に関連して上に記載した第１の接続
設定方法が採用される場合には、移動可能ユニットのホ
ームエージェントは、アドレスサーバと通信リダイレク
ション機能との両方を実行する。このため、切換中、発
呼端末と移動可能ユニットのホームエージェントとの間
の接続が妨害されることはない。移動可能ユニットのホ
ームエージェントと新しいＡＶk との間に新しい接続が
設定され、切換が行なわれた後に、移動可能ユニットの
ホームエージェントと現時点のＡＶj との間の接続が解
除される。これとは別に、図１８とともに上に記載した
第２の接続設定方法が採用される場合には、移動可能ユ
ニットのホームエージェントはアドレスサーバとしての
機能のみを果たす。発呼端末と新しいＡＶk との間には
新しい接続が直接設定され、切換の後に、発呼端末と現
時点のＡＶj との間の接続が解除される。
【００６６】以上のように、この発明の好ましい実施例
を説明したが、この発明の範囲および精神から離れるこ
となく種々の変更がなされ得ることは明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の空中広帯域通信ネットワークの、お
よび同ネットワークに接続可能な、種々の構成要素を示
す概略図である。
【図２】図１に示された主要構成要素を示す概略図であ
る。
【図３】特定の環境に適用された、図２の構成要素をさ
らに示す概略図である。
【図４】この発明の最も基本的な通信用構成要素の、内
部要素を示すブロック図である。
【図５】この発明の通信目標捕捉動作を示す概略図であ
る。
【図６】この発明で動作可能なフェーズドアレーアンテ
ナシステムの構成要素をさらに示すブロック図である。
【図７】アンテナのカバレッジエリア対高度の関係を示
すグラフ図である。
【図８】高度に対するアンテナのカバレッジエリアを示
すグラフ図である。
【図９】この発明に従って移動可能ユニットと空中移動
体との間に通信を確立するための複数の方法のフロー図
である。
【図１０】通信を維持するためのこの発明に従った方法
を示す、スポットビームアンテナのカバレッジ図であ
る。
【図１１】この発明に従った、通信を維持するための方
法を示す、スポットビームアンテナのカバレッジ図であ
る。
【図１２】この発明に従った種々の移動可能ユニット状
態を示すフロー図である。
【図１３】この発明に従った周波数再利用方式の一例を
示すブロック図である。
【図１４】この発明に従って使用される多重アクセス方
式の例を示すブロック図である。
【図１５】この発明に従って使用される多重アクセス方
式の例を示すブロック図である。
【図１６】この発明に従った空中移動体内のスイッチン
グ構成要素を示すブロック図である。
【図１７】この発明に従った種々のネットワーク管理機
能性を示すフロー図である。
【図１８】この発明に従った種々のネットワーク管理機
能性を示すフロー図である。
【図１９】この発明に従った種々のネットワーク管理機
能性を示すフロー図である。
【符号の説明】
１００ システム １０５ 運用制御センタ １０６ 空中移動体 １０８ 星座 １０９ セル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｂ 17/00 Ｈ０４Ｂ 7/26 Ｅ Ｂ (72)発明者 ジェフ・ピィ・ハルラング アメリカ合衆国、98053 ワシントン州、 レッドモンド、エヌ・イー・セブンス・プ レイス、24239 (72)発明者 サンカル・ライ アメリカ合衆国、98053 ワシントン州、 レッドモンド、エヌ・イー・フォース・プ レイス、23714

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 無線広帯域通信のための通信システムで
    あって、 複数の地上ベースのユーザと、 所定のカバレッジエリア内で前記複数のユーザのうちの
    少なくとも１ユーザと通信データを交換するための空中
    移動体とを含み、前記空中移動体は、 姿勢基準情報を生成するための姿勢決定機構と、 空中移動体の位置情報およびその空中移動体のカバレッ
    ジエリア内のユーザの位置情報を生成するための位置決
    定手段と、 前記生成された姿勢基準情報および位置情報に従って目
    標捕捉信号を生成するための中央処理装置と、 各ユーザに対して所定の伝送方式の少なくとも１つの伝
    送データチャネルおよび少なくとも１つの受信データチ
    ャネルを割当てるための割当て手段とを含み、データチ
    ャネルの伝送および受信は所定のタイミングプロトコル
    に従って異なる時間間隔で行なわれ、さらに、 前記割当てられた少なくとも１つの受信データチャネル
    および前記生成された目標捕捉信号に従ってデータを受
    信するための受信用指向性ビームアンテナと、 前記受信したデータの宛先ユーザを判定するための切換
    手段と、 前記割当てられた少なくとも１つの伝送データチャネル
    および前記生成された目標捕捉信号に従って前記判定さ
    れた宛先ユーザに対して前記受信したデータを伝送する
    ための伝送用指向性ビームアンテナとを含む、システ
    ム。
  2. 【請求項２】 前記複数のユーザの各々は、 姿勢基準情報を生成するための姿勢決定機構と、 位置情報を生成するための位置決定手段と、 前記生成された慣性基準情報および位置情報に従って目
    標捕捉信号を生成するための中央処理装置と、 前記生成された目標捕捉信号および前記所定の伝送方式
    に従ってデータを伝送および受信するための伝送用およ
    び受信用アンテナとを含む、請求項１に記載のシステ
    ム。
  3. 【請求項３】 地理的に限定されたカバレッジエリアに
    対しサービスを提供する複数の空中移動体を有するシス
    テムであって、前記複数の空中移動体は、もし受信した
    データの判定された宛先ユーザが別の空中移動体によっ
    てサービスを提供されるカバレッジエリア内に位置する
    場合には他の空中移動体にデータを伝送するためのネッ
    トワークアンテナをさらに含み、前記ネットワークアン
    テナは、前記受信したデータを前記他の空中移動体に伝
    送し、前記他の空中移動体はそのデータのユーザ宛先を
    判定してその空中移動体のカバレッジエリア内のユーザ
    にそのデータを伝送する、請求項１に記載のシステム。
  4. 【請求項４】 運用制御情報を供給するための、前記空
    中移動体のうちの少なくとも１つへの無線通信リンクを
    有する、運用コントローラをさらに含む、請求項３に記
    載のシステム。
  5. 【請求項５】 前記運用コントローラは、前記複数の空
    中移動体によってサービスを提供されるカバレッジエリ
    ア内のユーザおよび公共または私設の外部データネット
    ワークに接続された局の間に通信リンクを生成するため
    の、外部データネットワークへのリンクをさらに含む、
    請求項４に記載のシステム。
  6. 【請求項６】 無線通信のための移動可能通信システム
    であって、 複数の地上ベースのユーザと、 複数の空中移動体とを含み、各空中移動体は所定のカバ
    レッジエリアに対しサービスを提供し、各空中移動体は
    さらに、 空中移動体の位置情報およびその空中移動体のカバレッ
    ジエリア内のユーザの位置情報を生成するための位置決
    定手段と、 前記生成された空中移動体およびユーザの位置情報に従
    って目標捕捉信号を生成するための中央処理装置と、 各ユーザに対して所定の伝送方式の少なくとも１つの伝
    送および少なくとも１つの受信データチャネルを割当て
    るための割当て手段とを含み、前記少なくとも１つの伝
    送データチャネルおよび受信データチャネルは所定のタ
    イミングプロトコルに従って異なる時間間隔において発
    生し、さらに、 前記生成された目標捕捉信号と前記割当てられた少なく
    とも１つの受信データチャネルに従ってデータを受信す
    るための受信用指向性ビームアンテナと、 前記受信したデータの宛先ユーザを判定するための切換
    手段と、 もし判定された宛先ユーザが空中移動体のカバレッジエ
    リア内にある場合には、前記生成された目標捕捉信号に
    従って前記割当てられた伝送データチャネルにおける前
    記判定された宛先ユーザに対して前記受信したデータを
    伝送するための伝送用指向性ビームアンテナと、 受信したデータの判定された宛先ユーザが別の空中移動
    体によってサービスが提供されるカバレッジエリア内に
    位置する場合には、他の空中移動体にデータを伝送する
    ためのネットワークアンテナとを含み、前記ネットワー
    クアンテナは前記他の空中移動体に前記受信したデータ
    を伝送し、前記他の空中移動体はデータのユーザ宛先を
    判定して前記他の空中移動体のカバレッジエリア内のユ
    ーザにそのデータを伝送する、システム。
  7. 【請求項７】 前記複数のユーザの各々は、 前記複数のユーザのうちの各々のユーザのユーザ位置情
    報を生成するための位置決定手段と、 前記生成されたユーザ位置情報に従って目標捕捉信号を
    生成するための中央処理手段と、 前記生成された目標捕捉信号および前記所定の伝送方式
    に従ってデータを伝送および受信するための伝送用およ
    び受信用アンテナとを含む、請求項６に記載のシステ
    ム。
  8. 【請求項８】 空中移動体に対して運用制御情報を供給
    するための、少なくとも１つの空中移動体への無線通信
    リンクを有する、運用コントローラをさらに含む、請求
    項６に記載のシステム。
  9. 【請求項９】 前記運用コントローラは、複数の空中移
    動体によってサービスを提供されるカバレッジエリア内
    のユーザおよび公共データネットワークに接続された局
    の間に通信リンクを生成するための、公共データネット
    ワークへの通信リンクをさらに含む、請求項８に記載の
    システム。
  10. 【請求項１０】 所定のカバレッジエリア内の複数のユ
    ーザからの通信データを伝送および受信するための空中
    移動体システムであって、前記空中移動体システムはさ
    らに、 姿勢基準情報を生成するための姿勢決定機構と、 複数のユーザのうちの各々に対する前記少なくとも１つ
    の空中移動体の位置情報を生成するための位置決定手段
    と、 前記生成された姿勢基準情報および位置情報に従って目
    標捕捉信号を生成するための中央処理装置と、 各ユーザに対して所定の伝送方式の少なくとも１つの伝
    送データチャネルおよび少なくとも１つの受信データチ
    ャネルを割当てるための割当て手段とを含み、前記デー
    タチャネル伝送および受信は所定のタイミングプロトコ
    ルの異なる時間間隔において行なわれ、さらに、 前記生成された目標捕捉信号に従ってデータを受信する
    ための受信用指向性ビームアンテナと、 前記受信したデータの宛先を判定するための切換手段
    と、 前記割当てられたデータチャネルおよび前記生成された
    目標捕捉信号に従って前記割当てられた伝送データチャ
    ネルにおける前記判定された宛先に前記受信したデータ
    を伝送するための伝送用指向性ビームアンテナとを含
    む、システム。
  11. 【請求項１１】 前記伝送用および受信用指向性ビーム
    アンテナはフェーズドアレーアンテナである、請求項
    １、６または１０に記載のシステム。
  12. 【請求項１２】 前記中央処理装置は、前記伝送および
    受信フェーズドアレーアンテナの別個のユーザ目標捕捉
    を指示する目標捕捉信号を生成するための手段を含む、
    請求項１１に記載のシステム。
  13. 【請求項１３】 前記フェーズドアレーアンテナはフェ
    ーズドアレーエレメントを含み、各フェーズドアレーエ
    レメントは前記伝送方式の前記割当てられたデータチャ
    ネルに従って目標捕捉信号を予め記憶するダブルバッフ
    ァシフトレジスタを含む、請求項１１に記載のシステ
    ム。
  14. 【請求項１４】 前記切換手段は高速パケットスイッチ
    である、請求項１、６または１０に記載のシステム。
  15. 【請求項１５】 前記伝送方式は時分割多重アクセス
    （ＴＤＭＡ）方式である、請求項１、６または１０に記
    載のシステム。
  16. 【請求項１６】 前記空中移動体は有人または無人操縦
    である、請求項１または６に記載のシステム。
  17. 【請求項１７】 前記フェーズドアレーアンテナはフェ
    ーズドアレーエレメントを含み、各フェーズドアレーエ
    レメントはフェーズドアレーアンテナの各フェーズドア
    レーエレメントのために目標捕捉信号を予め記憶するた
    めのダブルバッファシフトレジスタを含む、請求項１１
    に記載のシステム。
  18. 【請求項１８】 前記空中移動体は無人操縦である、請
    求項１０に記載のシステム。
  19. 【請求項１９】 カバレッジエリアに対しサービスを提
    供する空中移動体を使用して複数のユーザ間で無線で通
    信するための方法であって、 前記カバレッジエリア内の前記複数のユーザのうちの各
    々の、および前記複数のユーザのうちの各ユーザに対す
    る前記少なくとも１つの空中移動体の、姿勢基準情報お
    よび位置情報を判定するステップと、 前記生成された姿勢基準情報と位置情報とに従って目標
    捕捉信号を生成するステップと、 各ユーザに対して所定の伝送方式の少なくとも１つの伝
    送データチャネルおよび少なくとも１つの受信データチ
    ャネルを割当てるステップとを含み、データチャネルの
    伝送および受信は所定のタイミングプロトコルの異なる
    時間間隔に行なわれ、さらに、 第１の指向性ビームアンテナを使用して前記生成された
    目標捕捉信号に従って前記割当てられた受信データチャ
    ネルにおいて各ユーザからデータを受信するステップ
    と、 前記受信したデータの宛先を判定するステップと、 第２のビームアンテナを使用して前記割当てられたデー
    タチャネルおよび前記生成された目標捕捉信号に従って
    前記割当てられた伝送データチャネルにおいて前記判定
    された宛先に前記受信したデータを伝送するステップと
    を含む、方法。
  20. 【請求項２０】 前記指向性ビームアンテナはフェーズ
    ドアレーアンテナである、請求項１９に記載の方法。
  21. 【請求項２１】 前記目標捕捉信号を生成するステップ
    は、前記伝送および受信フェーズドアレーアンテナのた
    めに別個のボアサイト情報を生成する、請求項２０に記
    載の方法。
  22. 【請求項２２】 前記フェーズドアレーアンテナはフェ
    ーズドアレーエレメントを含み、各フェーズドアレーエ
    レメントはフェーズドアレーアンテナの各フェーズドア
    レーエレメントのために目標捕捉信号を予め記憶するた
    めのダブルバッファシフトレジスタを含む、請求項２０
    に記載の方法。
JP28385397A 1996-10-17 1997-10-16 無線通信のためのシステムおよび方法 Expired - Lifetime JP3841526B2 (ja)

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US2871496P 1996-10-17 1996-10-17
US60/028714 1997-04-24
US08/845,548 US6018659A (en) 1996-10-17 1997-04-24 Airborne broadband communication network
US08/845548 1997-04-24

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