KR20040008233A - 항공 셀룰러 시스템을 위한 지원자 핸드오프 목록 - Google Patents

Abstract

지상 셀 사이트 핸드오프 목록은 항공 셀룰러 시스템(10)에 대해 동적으로 유지 된다. 빔 패턴은 항공 셀룰러 시스템 리피터에 호응하여 유지되나, 커버리지의 지리적 영역에 호응하여 회전한다. 항공기(35)의 위치 및 향하는 방향은 항공기 항로 데이터에 기초하여 항공기로부터 전송된 각 빔들의 위치들, 및 항공기로부터 전송된 각 빔들의 인접한 풋프린트들 내에 각 셀 사이트들의 위치들이 판단된다. 핸드오프 실행 가능한 지상 셀 사이트 지원자들의 목록은 그후 빔 패턴, 항공기의 위치 및 향하는 방향항공기 항로 데이터에 기초하여 항공기로부터 전송된 각 빔들의 위치들, 및 각 셀 사이트들의 위치들에 기초하여 계산된다.

Description

항공 셀룰러 시스템을 위한 지원자 핸드오프 목록{Candidate handoff list for airborne cellular system}

원격지 및 지리적으로 다양한 영역들에서의 통신 능력 및 무선 네트워크들에 대한 필요성의 증가는 무선 시스템에 대한 더 많은 수요를 창출했다. 그러한 시스템들을 위한 기반구조(infrastructure)를 제공하는 많은 새로운 통신사업자들은 그들의 재원들(resources)을 가능한 많은 지상 셀 스테이션들을 증설하는데 초점을 맞추었다. 결과로서, 통신사업자들은 그들의 각 커버리지(coverage)의 영역들을 확장하고 결국 더 수익을 얻었다.

그러나, 지상 스테이션들에 대한 증설 비율(buildout rate)은, 특히 도로들이 거의 없고 최소 기반구조 증설을 갖는 산악 영역 및 인구 희박 영역들에서 통상 느리고 비용이 많이 들어간다. 추가로, 상기 언급된 몇몇 인구 희박 영역들에서,통신사업자들의 투자 수익은 필요한 셀 스테이션들을 건설하기 위해 필요한 인센티브를 통신사업자들에 제공하지 않을 수 있고, 그로인해 이러한 영역들은 서비스가 제한 되거나 또는 무선 서비스가 전혀 제공되지 않을 수 있다. 또한, 오프-피크(off-peak) 및 피크 타임들의 양쪽 모두를 처리할 수 있는 충분한 수의 무선 통신 스테이션들을 갖는 많은 영역들이 단 몇일 동안 많은 군중들을 끄는 짧은 스포츠 이벤트들(sporting events) 또는 다른 특별 이벤트들 동안 일시적으로 대량의 호(call)를 적절히 처리할 수 없다.

상기에 대응하여, 항공기에 탑재되어, 무선 커버리지를 요구하는 지리적 영역 위를 미리 결정된 항로(flight pattern)로 비행하며, 커버된 지리적 영역내 무선 전화로부터의 호들을 지상 스테이션 및 다른 지상 기반구조 요소들에 링크하는 무선 리피터를 갖는 항공 무선 시스템들이 제안되었다. 항공기는 지리적 제한들을 극복하고 셀 스테이션들을 대신할 수 있기 때문에, 그러한 시스템은 상기 언급된 문제들을 극복한다.

본 발명은 일반적으로 항공 리피터(airborne repeater)를 포함하는 무선 통신 시스템에 관한 것이며, 특히 항공 셀룰러 시스템에 대한 지상 셀 사이트(terrestrial cell site) 핸드오프 목록의 동적 유지에 관한 것이다.

본 발명의 이점들은 첨부한 도면들을 참조하여 양호한 실시예들의 다음의 상세한 설명으로부터 쉽게 명확해질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 항공 셀룰러 통신의 시스템도.

도 2는 도 1에 도시된 항공 셀룰라 통신 시스템의 구성요소들을 더욱 상세하게 도시하는 블록도.

도 3은 셀룰러 커버리지를 핸드오프 지원자들인 지상 셀 스테이션들뿐 아니라 미리 결정된 지리적 영역 아래로 제공하는 항공 리피터로부터의 빔 패턴의 평면도.

도 4는 도 3의 빔 패턴의 빔들 중 하나와 같은 단일 빔의 평면도로서, 상기 빔 패턴내 핸드오프 지원자들인 지상 셀 스테이션들을 도시하는 평면도.

도 5는 본 발명의 양호한 실시예들에 따른 핸드오프 지원자 목록 방법의 흐름도.

많은 잇점들에도 불구하고, 항공 셀룰러 시스템은 종래의 지상 셀룰러 시스템들의 설계 및 구현에서 존재하지 않은 설계 및 구현 고려사항들을 제공한다. 하나의 본질적인 고려사항은 셀 스테이션 호 핸드오프 지원자들의 목록을 유지하는 것에 관련된다. TIA/EIA 136, GSM 및 CDMA IS-95와 같은 종래의 셀룰러 표준들 및 프로토콜들은 그러한 핸드오프 지원자들을 규정한다. 지상 셀룰러 시스템들에서,핸드오프 지원자들은 시스템 스위치에서 제어되고 파워 모니터링을 위해 핸드셋들에 전달(communicated)된다. 스위치는 그 후 핸드셋들로부터의 파워 측정 보고들에 기초하여 핸드오프 결정들을 한다. 프로토콜에 의해 지원되는 핸드오프 지원자들의 수는 제한되고 일반적으로 시간에 따라 변하지 않는다. 예를 들면, 셀룰러 TIA/EIA 136 프로토콜에서 지원자들의 수는 24로 제한된다.

항공 셀룰러 시스템에서, 항공기가 그 항로로 순회함에 따라, 항공기 안테나로부터 방사된 통신 빔들은 지상에 대하여 이동하며, 그로인해 빔들이 커버리지의 미리 결정된 시스템 영역들에 들어가거나 나오는 것을 순환함에따라 그 시스템이 호 핸드오프들을 수행하도록 유발한다. 항공 셀룰러 시스템은 통상 넓은 지리적 영역을 커버하기 때문에, 각 시스템 빔은 많은 수의 지상 셀 사이트들과 잠재적으로 상호작용한다. 그러므로, 어느 주어진 빔과 상호작용하는 지상 셀 사이트들의 총 수는 그 주어진 셀룰러 프로토콜에 의해 지원되는 핸드오프 지원자들의 수를 초과하는 경향이 있다.

추가로, 항공 셀룰러 시스템은 커다란 호 용량을 대가로 지리적 커버리지를 제공한다. 그러므로, 항공 셀룰러 시스템이 고-밀도의 포켓들(pockets)을 갖는 저-밀도 영역에서 주로 배치된다면, 서비스 제공자는 지상 시스템 셀 스테이션들을 고-밀도 포켓들에 건설하고, 항공 셀룰라 시스템 또는 시스템들로 나머지 저-밀도 영역들에 서비스를 제공하는 것이 바람직하다. 그러나, 항공 셀룰라 시스템으로부터의 통신 빔들은 지상 시스템 셀 스테이션들의 통신 빔들과 오버랩되는 경향이 있다. 지상 시스템 셀 스테이션들이 항공 셀룰라 시스템의 통신 빔들보다 일반적으로높은 파워를 가지기 때문에, 시스템 사용자들은 오버래핑 영역들에서 지상 시스템 셀 스테이션들에 끌리는 경향이 있다.

지상 셀 스테이션들에 의해 커버되지 않는 영역들에서의 사용자들은 초기에 항공 셀룰라 시스템을 통해 통신하고, 항공 셀룰라 시스템상 용량을 감소시키기 위해 항공 셀룰라 시스템으로부터 지상 시스템 셀 스테이션들로 사용자 호들을 핸드오프하는 것이 바람직할 것이기 때문에, 잠재적으로 지상 시스템으로 스위치(switch over) 할 수 있다. 종종 수 만의 지상 시스템 셀 스테이션들이 있기 때문에, 항공 셀룰라 시스템은 수백의 셀 스테이션 핸드오프 지원자들을 포함하는 대응하는 핸드오프 지원자 목록을 발생시켜야 한다. 불행하게도, 그러한 핸드오프 지원자 목록은 현재 표준 셀룰러 프로토콜들의 능력 밖에 있으며 상기 문제들에 대한 해결책들에 대한 필요가 명확하게 존재한다.

동일한 참조번호들은 동일한 부분들을 언급하는 도면들을 이제 참조하면, 도 1은 항공 셀룰라 통신 시스템(10)을 도시한다. 항공 셀룰라 통신 시스템(10)은 3개의 본질적인 세그먼트들인, 셀룰러 기반구조 세그먼트(12), 라디오 기반구조 세그먼트(14), 항공기 세그먼트(16)를 포함한다. 이러한 3개의 세그먼트들 조합되어, 핸드셋들(18)에 의해 일반적으로 나타내어지는 시스템 사용자들이 리피터를 포함하는 항공 패이로드(22)를 통해 공중 접속 전화망 네트워크(PSTN)(20)에 링크할 수 있게 함으로써, 넓은 지리적인 영역들에 셀룰러 통신 커버리지를 제공할 수 있다. 이러한 세 가지 시스템 세그먼트들 각각의 구조 및 기능이 상세하게 설명될 것이다.

셀룰러 기반구조 세그먼트(12)는 텔레포니 스위치, 보이스 메일과 메시지 서비스 센터들 및 다른 종래의 구성요소들과 같은, 셀룰러 서비스에 필요한 장비를 구비하는 이동 스위칭 오피스(mobile switching office)(MSO)(24)를 포함한다. MSO(24)는 관련 기술분야에 주지의 방식으로 전화 호들을 송신 및 수신하기 위해PSTN(20)에 접속된다. 추가로, MSO(24)는 운용 및 유지 센터(operation and maintenance center)(OMC)(26)에 접속되고, 이 센터로부터 셀룰러 시스템 운용자는 셀룰러 기반구조 세그먼트(12)를 관리한다. MSO(24)는 (30a, 30b)에 도시된 트랜시버 스테이션(BTSs)들과 같은 하나 이상의 BTSs들에 또한 접속된다. BTSs(30a, 30b)들은 라디오 기반구조 세그먼트(14)를 통해 시스템 사용자들(18)로부터 RF 신호들을 전송 및 수신한다.

더 명확하게, BTS(30)는 그라운드 컨버터 장비(32)를 통해 RF 신호들을 전송 및 수신한다. 그라운드 컨버터 장비(32)는 지상 셀룰러 포맷 신호들을 C-밴드 포맷 신호들로 변환하고, 각각에 대해 이후 상세히 논의될, 피더 링크(feeder link)(33) 및 텔리메트리 링크(telemetry link)(34)를 통해 항공 패이로드(22)와 통신한다. 패이로드(22)는 커버리지의 넓은 지리적 영역 또는 풋프린트(footprint)에 걸쳐 호들을 접속하기 위해 라디오 링크(36)를 확립하며, 이 링크는 지상 30,000피트 가량에서 항공기가 항로를 유지할 때 350 km를 초과할 수 있다.

항공기(35)에 더하여, 항공기 세그먼트(16)는 기상 센터(38)와 같은 관계당국(sources)들로부터의 정보에 적어도 부분적으로 기초하여 임무 세부계획을 제어하고, 모든 시스템 항공기들을 관리하는 항공기 운용 센터(37)를 또한 포함한다. 이 시스템은 커버리지를 확보하기 위해 3개의 항공기들을 포함하는 것이 바람직하다. 항공기는 항공 관제 센터(40)와 같은 관계당국들로부터 추가의 경로(routine) 지시들을 또한 수신한다.

도 2는 시스템(10)의 소정의 구성요소들을 더 상세하게 도시하고 있다. 명확하게, 그라운드 컨버터 장비(32)는 패이로드(22)로부터/로의 신호들을 수신/전송하는 C-밴드 안테나(42)(제 2 안테나가 또한 예비적으로 제공), 및 패이로드(22)에 전송될 또는 패이로드로부터 수신되는 신호들을 적절히 변환하는 C-밴드 컨버터(44)를 포함한다. 양호한 실시예에 따라, C-밴드 안테나(42) 및 C-밴드 컨버터(44)는 800 MHz 항공 셀룰러 안테나(70)들이 확립된 다운링크(downlink), 또는 피더 링크(33)를 통해 BTSs(30a, 30b)과 통신가능하게 하고, 컨버터(44)는 BTSs(30a, 30b)로부터의 공칭(normal) 신호들이 항공기(35)에 전송되기 전에, 상기 신호들을 C-밴드 신호들로 상위변환(upconvert)한다. 또한, 각 BTS(30a, 30b)에는 C-밴드 스펙트럼내 다른 밴드가 할당되어, 다른 BTSs(30a, 30b)로부터의 신호들이 패이로드(22)에서, 분리되고 안테나(56)와 같은 정확한 안테나에 루트(routed)될 수 있다. 추가로, 그라운드 제어 장비(32)는 텔리메트리 안테나(46), 텔리메트리 모뎀(48) 및 텔리메트리 프로세서(50)와 같은 텔리메트리 구성요소를 포함하여, 항공기 텔리메트리 안테나(52)로부터 텔리메트리 링크(34)를 통하여 전송된 항공기 데이터를 수신 처리하며, 제어 터미널(54)은 OMC(26) 및 항공기 운용 센터(37)로의 상기 처리된 텔리메트리 데이터 전송을 제어한다.

항공기 세그먼트(16)에서, 상기 언급된 항공기 텔리메트리 안테나(52)는 전체가 (58)로 표현된 항공기 항공전자 장비에 의해 생성되고 항공기 피치(pitch), 롤(roll), 및 요(yaw) 데이터와 같은 다른 데이터 뿐 아니라 항공기 위치, 방향 및 항로 데이터를 포함하는 항공기 항공전자 데이터를 전송한다. 항공기 항공전자 장비(58)로부터의 데이터는 패이로드 프로세서(60)에 입력되어 텔리메트리 모뎀(62)을 통해 텔리메트리 안테나(52)에 출력되기 전에 처리된다. 패이로드 프로세서(60)는 C-밴드 안테나들(42, 56)간에 확립된 피더링크(33)를 통해 그라운드 컨버터 장비(32)로부터 수신되고 그라운드 컨버터 장비(32)로 전송된 신호들을 처리하고, 800 MHz 컨버터(72)에 의해 적절히 상위변환 또는 하위변환되는 패이로드로부터 전송되고 패이로드에 의해 수신된 신호들로, 사용자들(18)과 800 MHz 안테나(70)와 같은 패이로드 다운링크 안테나 사이에 확립된 다운 링크 또는 사용자 링크(69)를 통해 시스템 사용자들(18)로부터 수신 및 시스템 사용자들(18)에 전송된 신호들을 처리한다. 패이로드(22)는 상기 언급된 장비를 포함할 뿐만 아니라, 또한 비행 제어 및/또는 모니터링 목적으로 패이로드 프로세서(60)로 입력되고 그라운드 컨버터 장비(32) 또는 항공기 운용 센터(37)에 전송될 수 있는 GPS 장비(74)를 포함한다. 항공기 및 패이로드에 함께 도시된 구성요소들은 항공기 리피터를 형성하며, 이 리피터는 셀 스테이션들의 불충분한 수 등에 기인하여 지상 셀룰러 커버리지를 지원할 수 없는 넓은 지리적 영역에 셀룰러 커버리지의 제공을 가능하게 한다.

도 1 및 2에 도시된 시스템 도면들로부터 알 수 있는 바와 같이, PSTN(20) 및 시스템 사용자들(18)에게는 항공 셀룰러 시스템(10) 및 종래의 지상 셀룰러 시스템들 양쪽 모두가 동일하게 나타난다. 다시 말해서, 셀룰러 기반구조, 라디오 기반구조 및 항공기 세그먼트들(12 내지 16)을 통해 PSTN(20)에 링크된 호들과 종래의 지상 시스템 기반구조를 통해 처리되는 호들간에는 서비스 관련 차이가 없으며, 이것은 부분적으로 종래 지상 시스템 기반구조에 포함된 것들과 동일 또는 거의 동일한 표준 전화 스위치가 포함된 MSO(24) 및 BTSs(30a, 30b)를 셀룰러 기반구조 세그먼트(12)가 포함하기 때문이다.

또한 도 1 및 2를 참조하여, 시스템 사용자들(18)중 한 사람에 의해 이루어지는 한 호의 완료 동안 항공 셀룰러 시스템(10)의 구성요소들의 운용이 이제 설명될 것이다. 항공기(35)는 온-스테이션(on-station)일 때, 임무중 미리 결정된 지리적 영역에 커버리지를 제공하기 위해 순회 또는 거의 순회하는 항로(항로는 특정 날씨 및 커버리지 조건들에 따라 변화할 수 있지만)로 비행하는 것이 바람직하다. 온-스테이션 동안 항공기는 라디오 기반구조 장비 세그먼트(14)를 통해 셀룰러 기반구조 세그먼트(12)에 대한 피더링크(33) 및 사용자 링크(36) 양쪽 모두에 제공하기 위해 그라운드 컨버터 장비(32)와 접촉을 유지한다. 항공기(35)는 또한 미리 결정된 개수의 통신 빔들(예를 들어, 13개의 빔들)을 커버리지 영역상에 전송하며, 각 빔들은 BTS들(30a, 30b) 중 하나의 섹터에 할당되고, 각자 고유의 제어 및 트래픽 채널(control and traffic channel)을 가져 시스템 사용자들(18)과 셀룰러 기반구조 세그먼트(12)간 시그널링 및 음성 데이터를 반송(carry)한다. 항공기(35)가 그 항로를 이동함에 따라, 항공기로부터 방사된 빔들은 회전한다. 그러므로, 시스템 사용자들(18)은 매 45초 남짓 마다 다른 빔들을 "목격(see)"할 것이고 셀룰러 기반구조 세스먼트(12)는 호가 누락되는 것을 방지하기 위해 호의 섹터간 핸드오프을 수행한다.

호를 초기화 할 때, 사용자들(18)중 한사람과 같은 시스템 사용자는 빔내 제어 채널들을 이용하여 MSO(24)에 신호함으로써, 호 셋업을 요구한다. 요구는 사용자(18)의 핸드셋으로부터 항공기 패이로드(22)에 보내지고, 그 후, 그라운드 컨버터 장비(32)에 릴레이(relay)된다. 그라운드 컨버터 장비(32)는 BTS(30a)와 같은 대응하는 BTS에 요구를 릴레이한다. 다음, BTS(30a)는 PSTN(20)과 호를 셋업하는 MSO(24)에 요구를 전송한다. 따라서, 패이로드(22)는 보다 적은 관련 기반구조 증설 비용으로, 종래의 지상 시스템에 의해 제공되는 것보다 훨씬 더 광범위한 커버리지를 허용하도록 BTS(30)에서 시스템 사용자들(18)로의 물리적 계층을 간단히 확장한다. 바람직하게는, 항공 시스템(10)은 커버리지가 몇일만 필요한 특별 이벤트 영역들에 대해 일시적인 셀룰러 커버리지를 제공하여, 그로인해 셀 스테이션들을 세우고 그 후 특별 이벤트 종료 후에 셀 스테이션들을 철거하는데 관련된 필요 및 비용을 제거한다.

호 셋업이 완료되면, 빔내 트래픽 채널을 통한 PSTN(20)과의 음성 통신이 개시되고, 음성정보는 그 후 시그널링 정보와 동일한 방식으로 릴레이된다. 호 종료시, 신호가 MSO(24)에 전송되어 호를 철회하고, 사용자(18)의 핸드셋는 음성 통신을 위해 사용된 트래픽 채널을 해제(release)하며, 채널은 아이들(idle)상태로 돌아온다.

도 3은 항공 셀룰러 시스템(10)의 항공기 세그먼트(16)에 의해 발생된 예시적인 풋프린트(80)를 도시한다. 풋프린트는 안테나(70)로부터 방사된 빔들(82 내지 94)로부터 형성되는데, 그러한 타입의 위상-배열 스마트 안테나가 발명의 명칭이 "항공 셀룰러 시스템을 위한 스마트 안테나(SMART ANTENNA FOR AIRBORNE CELLULAR SYSTEM)"로서, 2000년 6월 26일 출원된 PCT 특허 출원 번호 PCT/US00/17555에 개시되어 그 내용이 참조로써 본원에 편입되었다. 중앙 빔을 제외하고, 각각의 빔들은항공기(35)가 그 항로를 실행함에따라 순회한다. 그러므로, A1 내지 A4 및 B1 및 B2 셀 스테이션들과 같은, 지상 셀 스테이션들은 각 빔들의 각각의 빔 풋프린트들의 커버리지의 내부 및 외부로 대응하여 순회한다. 도 3에서, 항공기의 항로는 항로방향 화살표(FP)에 의해 나타낸 바와 같이 반시계 방향으로 순회하는 것으로 도시되어 있다. 빔들(82 내지 94)은 커버리지의 지리적 영역에 대하여 동일한 방향으로 일치하여 순회하지만, 항공기가 그 항로를 실행함에따라 항공기(35)에 대하여 고정되어 남게된다.

따라서, 빔(93)과 같은 각각의 빔들은 넓은 영역들을 원호를 그리며 이동하고(sweep out) 많은 지상 사이트들과 잠재적으로 오버랩한다. 정적 핸드오프(static handoff) 지원자 목록은 현재 빔 아래에 있는 A1 및 A3 사이트들과 같은 지상 사이트들 및 곧 빔 아래로 될 A2 및 A4 사이트들과 같은 사이트들뿐 아니라, B1 및 B2 사이트들 역시 갖도록 요구한다. 그러므로, 통상 24개의 지원자들인 시스템 핸드오프 지원자 한도는 훨씬 초과될 것이다.

지원자들의 수를 감소시키기 위해, 본 발명에 따른 빔 핸드오프 지원자 유지 기술은 빔 위치의 함수로써 핸드오프 목록을 초기에 발생시킨다. 그러므로, 빔(87)이 A1 내지 A4 사이트들을 포함하지 않고 B1 내지 B2 사이트들만을 핸드오프 지원자로서 포함하는 반면, 빔(93)은 B1 내지 B2 사이트들은 포함하지 않고 A1 내지 A4 사이트들만을 핸드오프 지원자로서 포함한다. 항공기가 그 항로를 실행함에따라, 각 빔에 대한 지원자 목록은 변화하고, 빔(93)이 지상 사이트들(B1 내지 B2)을 커버할 때, 지원자들(B1 내지 B2)이 지원자들(A1 내지 A4)를 대체한다.

본 발명의 빔 핸드오프 지원자 유지 기술은 OMC(26)에 유지된 동적으로 업데이트된 핸드오프 목록 데이터베이스에 기초하여 각 빔에 대해 핸드오프 지원자 목록을 주기적으로 판단한다. 데이터베이스는 항공기 텔리메트리 링크를 통해 OMC(26)에 입력되는 항공기 위치 및 항공기 지향 데이터와 함께 이용되는 기억된 지상 셀 사이트 위치들을 포함하며, 셀 사이트 지원자 핸드오프 목록을 계산한다. OMC(26)는 미리 결정된 수의 최고 가능성/우선순위 지원자들만을 포함하는 핸드오프 지원자 목록을 발생할 수 있고, 시간의 함수로써 그 목록을 업데이트/수정 할 수 있다. 예를 들어, TIA/EIA 136 프로토콜이 사용되는 항공 셀룰러 시스템에서, 핸드오프 우선순위에 기초한 상위 24개의 핸드오프 지원자들만이 각 빔에 대해 핸드오프 목록에 포함된다.

예를 들어, 도 3을 참조하면, 빔(93)에 의해 서비스되는 사용자는 시간 민감(time sensitive) 핸드오프 지원자들로서, 최소한 빔들(92, 94)을 갖는다. 항공기(35)가 그 항로를 실행함에 따라, 패이로드(22)는 핸드오프 지원자로서 빔들(92, 94)을 연속적으로 모니터할 것이다. 패이로드(22)는 또한 시간 불감 (time insensitive) 지원자들로서 지상 셀들(A1 내지 A4)을 갖는다. 이러한 시간 불감 지원자들은 시스템(10)상에서 용량 제한들을 경감하기 위해 항공기(35)와 지상 시스템간의 핸드오프들을 촉진하도록 주기적으로 평가된다. 이러한 핸드오프 지원자들은 항공기(35)와 지상 시스템 사이의 핸드오프들에서의 지연이 빔(93)의 잠재적 용량에만 영향을 줄 것이고 호 성능에는 영향을 주지 않을 것이기 때문에, 시간 불감이다. 결과로서, 주어진 임의의 시간에서 핸드오프 지원자 목록은, 핸드오프 지원자 목록 내에서 슬롯들을 연속적으로 차지하는 몇개의 시간 민감 핸드오프 지원자들 및 핸드오프 지원자 목록 내에서 주기적으로만 슬롯들을 차지하는 시간 불감 핸드오프 지원자들을 포함할 것이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 통신빔과 관련하여 싸이클로 발생된 핸드오프 지원자 목록에 얼마나 자주 지원자들이 포함될 것인지 판단하기 위한 핸드오프 지원자들의 우선순위화가 이제 논의될 것이다. 그러한 우선순위화는 잠재적으로 많은 시간 불감 핸드오프 지원자들 및 적은 수의 핸드오프 지원자 목록 슬롯들 때문에 필요하고, 주어진 셀이 사용자에 대해 최고 핸드오프 셀일 가능성에 기초한다. 양호한 실시예에서, 우선순위화는 셀과 관련된 가입자(subscriber) 밀도에 기초한다. 고-밀도 셀들은 대부분의 핸드오프들을 수신할 것이고, 그러므로 저-밀도 셀들 보다 높은 우선순위 지원자들로서 랭크된다. 그러므로 고 우선순위 지원자들은 저 우선순위 지원자들 보다 자주 시간 불감 핸드오프 지원자 목록 슬롯들로 사이클된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 빔(95)에 의해 형성되는 하나의 셀(96)내 위치(C1)에서 가입자는, 빔(98)에 의해 형성되는 셀(97)을 핸드오프 지원자 목록 슬롯을 연속적으로 차지하는 시간 민감 핸드오프 지원자로서 갖는다. 고 사용자 밀도의 도시 영역에 대한 커버리지의 바깥부분에 위치된 지상 셀들(C2 내지 C5)은, 또한 고 우선순위 지원자들을 가질 것이다. 그러므로, C1 내지 C6은 핸드오프 지원자 목록을 통해 자주 사이클될 것이다. 셀(C6)은 저 사용자 밀도의 작은 시골 마을에 대해 커버리지를 제공하고, 셀(C7)은 상기 규정된 도시 커버리지 영역의중간이고 저 우선순위 지원자들로서 정의되고 그러므로 핸드오프 지원자 목록 상에서 보다 적은 횟수로 사이클된다. 더욱 명확하게는, 사용자가 셀(C7)에 근접해 있으면 사용자 호가 시스템(10)을 통하기 보다 상응하는 지상 시스템으로 셀(C7)을 통해 직접 링크되기 때문에, 셀(C7)은 저 우선순위 지원자로 고려된다.

따라서, OMC(26)에서 양호하게 유지되는 핸드오프 지원자 목록 데이터 베이스는 본 발명에 따른 양호한 실시예들에 의해 항공기 위치, 시간 민감과 시간 불감 핸드오프 지원자들 사이의 구별(distinction) 및 가입자 밀도에 기초한 시간 불감 핸드오프 지원자들의 우선순위화에 기초하여 동적으로 업데이트된다. 대체 실시예들은 시스템-특정 파라미터들에 따라 가입자 밀도보다는 인자들에 기초한 시간 불감 지원자들을 우선순위화할 수 있다. 또한, 모든 핸드오프 지원자들의 상대적 랭킹은 각각의 핸드오프 지원 셀들과 관련된 상대 밀도들에 기초하고, 시스템(10)에서 한 빔에서 다른 빔으로 사용자가 핸드오프될 상대적 필요에 기초하여 확립되어, 고 및 저 우선순위 핸드오프 지원자들을 추가로 우선순위화 할 수 있다.

고 우선순위 목록이 발생된 이후 과도한 수의 지원자들이 존재하면, 본 발명의 기술은 시간 민감이 아닌 빔의 풋프린트 내에서 그러한 핸드오프 셀 지원자들을 통해 주기적으로 싸이클링함으로써 지원자들의 수를 추가로 감소시킬 수 있다. 달리 말해, 시간 민감이 아닌, 그라운드-기반 셀 사이트들은 본 발명에 따라 보다 높은-랭킹 해상도(resolution)를 갖는 기술을 제공하기 위해 빔들 내에서 복수의 그룹들로 분할될 것이다. 다음, 핸드오프 목록 유지 기술은, 도 3의 셀(C1)과 같이, 시간 민감 셀들의 핸드오프들에 영향 없이 핸드오프 목록의 보다 정확한 업데이트를 제공하기 위해 보다 규칙적으로 비-시간 민감 셀들의 이러한 그룹들만을 통해 사이클한다. 예를 들어, 15 초 남짓의 관련 핸드오프 지연이, 비-시간 민감 셀들의 복수의 그룹들을 통한 사이클링과 연관 되더라도, 그러한 지연은 수용가능하다.

도 5는 본 발명의 지원자 핸드오프 목록 유지 기술의 방법을 일괄하여 (100)으로 도시하는 흐름도이다. (102)에서의 프로세스는 (104)에서의 각 통신 빔에 대한 빔 위치 데이터뿐 아니라, 텔리메트리 링크(34)를 통해 항공기(35)로부터 제공된 GPS 데이터를 통하여 항공기 위치 및 향하는 방향을 초기에 판단한다. (106)에서는, 핸드오프 지원자 가능성 계산들이 상기 논의된 것에 따라 그리고 (108)에서의 셀룰러 시스템 핸드오프 조정 데이터 베이스 내 기억된 지상 셀 사이트 위치 데이터에 부분적으로 기초하여 수행된다. 상기 계산들이 이루어진 후, (110)에서는 핸드오프 지원자들이 랭크되고, 고 우선순위 지원자들이 식별된다. (112)에서는, 과도한 수의 지원자들이 특정 빔 내에 존재하는지 여부가 판단된다. 과도한 수의 지원자들이 존재하면, 비-시간 민감 지원자들의 상술된 판단이 (114)에서 수행될 것이고, 시간 불감 지원자들이 (116)에서 순차적 주기적으로 사이클된다. (118)에서는, 핸드오프 지원자 목록이 시간 불감 핸드오프 지원자들이 (120)에서 핸드오프 지원자 목록을 발생하도록 싸이클된 후, 업데이트된다.

(112)에서 과도한 수의 지원자들이 존재하지 않는 것으로 판단되면, 핸드오프 지원자 목록은 (114) 및 (116) 각각에서의 시간 불감 지원자들을 통한 판단 및 사이클링 없이 (120)에서의 핸드오프 지원자 목록을 생성하기 위해 (118)에서 업데이트 된다. 또한 (122)에서 점선으로써 나타낸 바와 같이, (110)에서의 랭킹 운용및 (112)에서의 과도한 지원자 판단은 생략될 수 있고, 그 기술은 (106)에서의 핸드오프 지원자 확률 계산 수행으로부터 (116)에서의 시간 불감 지원자들을 통한 주기적 싸이클링 수행으로 직접 속행할 수 있다.

항공 셀룰러 시스템으로부터 지상 시스템 셀 사이트들로의 핸드오프들을 촉진하는 것에 부가하여, 본 발명의 지원자 핸드오프 목록 유지 기술은 상술된 방식에 반대되는 방식, 즉, 다시 말해, 지상 시스템으로부터 인접한 항공 통신 시스템으로의 핸드오프들을 가능하게 하는 방식으로 핸드오프들을 촉진하기 위해 설계될 수 있다. 그러한 경우, 항공 시스템 커버리지 영역에 경계하거나 또는 오버래핑하는 지상 셀들은 시간-가변 핸드오프 지원자 목록을 또한 요구한다. 그 목록은 지상 셀들이라기 보다 통신 빔들이 핸드오프 지원자들인 점을 제외하고, 상술된 목록에 유사한 방식으로 기능할 것이다. 지상 셀들에 대해 일반적으로 한번에 하나 또는 두개의 빔들만이 있을 것이나, 사이클적 접근이 요구되지 않을 것이다.

상기 논의로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 지원자 빔 핸드오프 목록 유지 기술은 광범위 영역 커버리지 항공 셀룰러 시스템들과 지상 시스템들사이의 오버레이 적용들을 위해 이루어질 신뢰할만한 핸드오프들을 가능하게 함으로써 항공 셀룰러 시스템과 지상 시스템 상호운용 가능성을 촉진한다. 본 발명은 또한 인접한 항공 셀룰러 시스템들간의 신뢰할만한 핸드오프들을 촉진하고, 지상 셀 사용자 밀도들과 같은 인자들에 기초하여 시간 민감과 비-시간 민감 핸드오프 지원자들사이를 구별하는 것이 가능하다.

상기 설명은 본 발명의 양호한 실시예인 반면, 다음의 청구항들의 정당한 범주 및 수단으로부터 벗어나지 않고 본 발명이 수정되고, 대체되며, 또는 변경될 수 있음이 인정된다.

Claims (19)

1. 항공 셀룰러 시스템에 대하여 지상 셀 사이트 핸드오프 목록(a terrestrial cell site handoff list)을 유지하는 방법에 있어서,

   셀룰러 시스템 사용자들에 대하여 항공기로부터 전송된 통신 빔들의 빔 패턴을 유지하는 단계와,

   상기 항공기의 위치 및 향하는 방향(heading)을 판단하는 단계와,

   항공기로부터 전송된 각 빔들의 위치들을 항공기 항로 데이터(airplane flight pattern data)에 기초하여 판단하는 단계와,

   상기 항공기로부터 전송된 각 빔들의 풋프린트(footprints)들의 인접 내에 각 셀 사이트들의 위치들을 판단하는 단계와,

   상기 빔 패턴 유지 단계와, 상기 항공기의 위치 및 향하는 방향 판단 단계와, 상기 항공기로부터 전송된 각 빔들의 위치들을 상기 항공기 항로 데이터에 기초하여 판단 단계와, 상기 각 셀 사이트들의 위치들의 판단 단계에 기초하여 실행가능한 핸드오프 지상 셀 사이트 지원자들의 목록을 계산하는 단계를 포함하는, 지상 셀 사이트 핸드오프 목록 유지 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 항공기의 위치 및 향하는 방향의 판단은 텔리메트리 링크(telemetry link)를 통한 상기 항공기의 항로 위치를 포함하는, 지상 셀 사이트 핸드오프 목록 유지 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 실행가능한 지상 셀 사이트 지원자들의 목록의 계산은 빔 패턴의 상기 유지로부터 발생된 데이터를 매핑과, 상기 항공기의 상기 위치 및 향하는 방향의 판단과, 상기 항공기 항로 데이터에 기초하여 상기 항공기로부터 전송된 각 빔들의 위치 결정과, 상기 핸드오프 실행가능한 지상 셀 사이트 지원자들을 판단하기 위해 셀 사이트 위치 데이터베이스에 대한 상기 각 셀 사이트들의 위치들의 판단을 포함하는, 지상 셀 사이트 핸드오프 목록 유지 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 핸드오프 실행가능한 지상 셀 사이트 지원자들의 계산동안 발견된 관련 가능성 데이터에 기초하여 각각의 상기 핸드오프 실행가능한 지상 셀 사이트 지원자들의 랭킹을 더 포함하는, 지상 셀 사이트 핸드오프 목록 유지 방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 핸드오프 실행가능한 지상 셀 사이트 지원자들의 계산동안 발견된 관련 가능성 데이터에 기초하여 각각의 상기 핸드오프 실행가능한 지상 셀 사이트 지원자들의 수는 프로토콜-의존의, 지상 셀 사이트 핸드오프 목록 유지 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 핸드오프 실행가능한 지상 셀 사이트 지원자들의 계산은 상기 항공기로부터 전송된 상기 각 빔들 각각에 대해 수행되는, 지상 셀 사이트 핸드오프 목록 유지 방법.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 핸드오프 실행가능한 지상 셀 사이트 지원자들을 각각의 상기 항공기로부터 전송된 상기 각 빔들 각각의 내에서 지원자 지리적 위치들에 따라 복수의 지원자 그룹들로 분할하고,

   상기 복수의 지원자 그룹들에 기초하여 상기 핸드오프 실행가능한 지상 셀 사이트 지원자들 추가로 감소시키기 위해 상기 복수의 지원자 그룹들을 통해 싸이클링하는 단계를 더 포함하는, 지상 셀 사이트 핸드오프 목록 유지 방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 복수의 지원자 그룹들을 통해 싸이클링은 관련 핸드오프 지연을 유발하는, 지상 셀 사이트 핸드오프 목록 유지 방법.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 항공기의 항로 데이터가 변화함에 따라 시간의 함수로써 상기 핸드오프 실행가능한 지상 셀 사이트 지원자들의 목록을 업데이트하는 단계를 더 포함하는, 지상 셀 사이트 핸드오프 목록 유지 방법.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 핸드오프 실행가능한 지상 셀 사이트 지원자들의 목록의 계산은 불리한 날씨 조건들에 의해 유발되는 항공기 항로의 변화들을 보상하도록 수행되는, 지상 셀 사이트 핸드오프 목록 유지 방법.
11. 제 1 항에 있어서, 지상 셀 사이트들로부터의 핸드오프들을 수신하는 실행가능한 항공기 빔들을 계산하는 단계를 더 포함하는, 지상 셀 사이트 핸드오프 목록 유지 방법.
12. 제 1 항에 있어서, 상기 핸드오프 실행가능한 지상 셀 사이트 지원자들의 목록을 시간 민감 지원자들 및 비-시간 민감 핸드오프 지원자들로 분할하는 단계를 더 포함하는, 지상 셀 사이트 핸드오프 목록 유지 방법.
13. 항공 리피터(airborne repeater), 및 지상 셀 사이트 지원자들의 목록을 계산하는 장치를 갖는 셀룰러 통신 시스템에 있어서,

    항공기 항로 정보, 항공기로부터 전송된 통신빔들의 지리적 커버리지와 관련된 항공기 빔 패턴 정보 및 지상 셀 사이트 위치 정보를 수신하는 수신기와,

    핸드오프 조정 정보를 기억하는 데이터베이스와,

    상기 항공기로부터 전송된 통신 빔들로부터 지상 셀 사이트들로 호들의 핸드오프를, 호 트래픽 라우팅(traffic routing)을 최적화하는 방식으로 가능하게 하기 위하여, 상기 수신기 및 상기 데이터베이스로부터의 정보에 기초하여 핸드오프 지원자 목록을 계산하는 프로세서를 포함하는, 장치.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 항로 정보는 항공기 위치, 향하는 방향, 및 빔 풋포인트 정보를 포함하는, 장치.
15. 제 13 항에 있어서, 상기 수신기, 상기 데이터베이스 및 상기 프로세서는 그라운드-기반 트랜시빙(tranceiving) 스테이션에서 실행되는, 장치.
16. 제 13 항에 있어서, 상기 수신기, 상기 데이터베이스 및 상기 프로세서는 상기 항공기에서 실행되고 텔리메트리 링크를 통해 그라운드-기반 제어 스테이션과 통신하는, 장치.
17. 제 13 항에 있어서, 상기 핸드오프 지원 목록은 단일 통신 빔 내에 셀 사이트들을 포함하는, 장치.
18. 제 13 항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 통신 빔들 각각에 대해 각각의 상기 통신 빔들 내의 셀 사이트들의 그룹으로 분할하고 셀 사이트들의 그룹을 통해 상기 핸드오프 지원자 목록을 추가로 감소시키기 위해 싸이클링하는, 장치.
19. 제 13 항에 있어서, 상기 프로세서는 통신 빔들을 지원하기 위해 지상셀 사이트들에 대한 핸드오프 목록을 추가로 계산하는, 장치.