(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給された変調ＡＴＣ信号上に重畳メッセージを符号化するための方法であって、
重畳変調プロトコルを選択することと、
前記供給された変調ＡＴＣ信号を前記選択した重畳変調プロトコルを用いて重畳メッセージで変調することと、を含み、
前記重畳変調プロトコルは、供給された搬送波の位相を変更または変調する位相偏移変調方式変調である方法。
【請求項２】
前記供給された変調ＡＴＣ信号は、パルス位置変調プロトコルで変調されたものである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
連続的に定義した位相の複数の位相状態が、グレイコードで符号化される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記供給された変調ＡＴＣ信号を前記選択した重畳変調プロトコルを用いて重畳メッセージで変調することには、更に、前記変調ＡＴＣ信号のデータブロック内における１つ又は複数の変調済みメッセージビット区間内にある搬送波信号に前記重畳変調を適用することが含まれる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記重畳変調は、ＰＳＫプロトコルであり、
位相遷移が、前記ビット区間の中間点に近接する前記搬送波信号に変調される、
請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記重畳変調は、ＰＳＫプロトコルであり、
位相遷移が、前記ビット区間の開始点に近接する前記搬送波信号に変調される、
請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記重畳変調は、ＰＳＫプロトコルであり、
複数の位相遷移が、１つのビット区間内における前記搬送波信号に変調される、
請求項４に記載の方法。
【請求項８】
更に、ＴＣＡＳ応答器と、ＡＤＳ−Ｂ応答器と、ＡＴＣレーダーと、地上局の内の少なくとも１つから前記重畳変調されたＡＴＣ信号を送信することを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項９】
前記重畳変調プロトコルは、
二位相偏移変調方式変調（ＢＰＳＫ）と、
四位相偏移変調方式変調（ＱＰＳＫ）と、
八位相偏移変調方式変調（８−ＰＳＫ）と、
差動位相偏移変調方式（ＤＰＳＫ）と、
Ｎが偶数の整数であって且つ２の倍数であるところのＤＮＰＳＫ変調と、
非対称位相偏移変調方式（ＡＰＳＫ）と、
それらの組合せと、
からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記供給された変調ＡＴＣ信号には、
応答器応答信号と、
スキッタ信号と、
ＡＤＳ−Ｂ応答信号と、
１０３０ＭＨｚ問合せ信号と、
１０３０ＭＨｚ  ＴＣＡＳ信号と、
ＵＨＦ周波数帯上の一般航空ＵＡＴ送受信機信号と、
ＡＴＣ  ＨＦ、ＶＨＦ、及びＵＨＦ帯域において動作する音声帯域又はデータ帯域内の少なくとも１つの信号と、
ＶＤＬモード４ＡＤＳ−Ｂ変調信号と、
ＤＭＥ信号と、
ＳＡＴＣＯＭ信号と、
変調済みＲＦ信号を放射する任意の航空電子設備から生じる信号と、
データ送信用のベースバンド信号と、
それらの組合せと、
からなる群から選択される信号が含まれる、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
更に、前記重畳メッセージを暗号化することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
更に、前記重畳変調信号に第２重畳変調プロトコルを適用することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２重畳変調プロトコルは、
二位相偏移変調方式変調（ＢＰＳＫ）と、
四位相偏移変調方式変調（ＱＰＳＫ）と、
八位相偏移変調方式変調（８−ＰＳＫ）と、
差動位相偏移変調方式（ＤＰＳＫ）と、
Ｎが偶数の整数であって且つ２の倍数であるところのＤＮＰＳＫ変調と、
周波数偏移変調方式（ＦＳＫ）と、
振幅偏移変調方式（ＡＳＫ）と、
直交振幅変調（ＱＡＭ）と、
直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ）と、
最小偏移変調方式（ＭＳＫ）と、
非対称位相偏移変調方式（ＡＰＳＫ）と、
パルス位置変調（ＰＰＭ）と、
振幅変調（ＡＭ）と、
周波数変調（ＦＭ）と、
それらの組合せと、
からなる群から選択される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２重畳変調プロトコルは、振幅特性による変調と、位相特性による変調と、周波数特性による変調と、それらの任意の組合せと、からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
更に、前記重畳メッセージ内において、
１つ又は複数のパリティビットと、
１つ又は複数のＣＲＣビットと、
リード・ソロモンビット誤り検出及び訂正データと、
１つ又は複数の誤り訂正符号ビットと、
の内の少なくとも１つを符号化することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記供給された変調ＡＴＣ信号を前記選択した重畳変調プロトコルを用いて重畳メッセージで変調することには、更に、前記重畳メッセージをメッセージビット区間にインターリーブ処理することが含まれる、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
重畳変調信号から重畳メッセージを復号するための方法であって、
第１変調プロトコルにより前記重畳変調信号を復調して、第１メッセージを生成することと、
第２変調プロトコルにより前記重畳変調信号を復調して、重畳メッセージを生成することと、を含み、
前記第１メッセージ及び前記重畳メッセージは、前記重畳変調信号から別々に復調し得て、
前記第２変調プロトコルは、供給された搬送波の位相を変更または変調する位相偏移変調方式変調である方法。
【請求項１８】
更に、ＴＣＡＳ応答器と、ＡＤＳ−Ｂ応答器と、ＡＴＣレーダーと、地上局の内の少なくとも１つにおいて前記重畳変調信号を受信することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１変調プロトコルは、
二位相偏移変調方式変調（ＢＰＳＫ）と、
四位相偏移変調方式変調（ＱＰＳＫ）と、
八位相偏移変調方式変調（８−ＰＳＫ）と、
差動位相偏移変調方式（ＤＰＳＫ）と、
Ｎが偶数の整数であって且つ２の倍数であるところのＤＮＰＳＫ変調と、
周波数偏移変調方式（ＦＳＫ）と、
振幅偏移変調方式（ＡＳＫ）と、
直交振幅変調（ＱＡＭ）と、
直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ）と、
最小偏移変調方式（ＭＳＫ）と、
非対称位相偏移変調方式（ＡＰＳＫ）と、
パルス位置変調（ＰＰＭ）と、
振幅変調（ＡＭ）と、
周波数変調（ＦＭ）と、
それらの組合せと、
からなる群から選択される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１変調プロトコルは、振幅特性による変調と、位相特性による変調と、周波数特性による変調と、それらの任意の組合せと、からなる群から選択される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記第２変調プロトコルは、
二位相偏移変調方式変調（ＢＰＳＫ）と、
四位相偏移変調方式変調（ＱＰＳＫ）と、
八位相偏移変調方式変調（８−ＰＳＫ）と、
差動位相偏移変調方式（ＤＰＳＫ）と、
Ｎが偶数の整数であって且つ２の倍数であるところのＤＮＰＳＫ変調と、
非対称位相偏移変調方式（ＡＰＳＫ）と、
それらの組合せと、
からなる群から選択される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
更に、前記重畳メッセージを解読することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
更に、第３変調プロトコルにより前記重畳変調信号を復調して、第２重畳メッセージを生成することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
前記第３重畳変調プロトコルは、
二位相偏移変調方式変調（ＢＰＳＫ）と、
四位相偏移変調方式変調（ＱＰＳＫ）と、
八位相偏移変調方式変調（８−ＰＳＫ）と、
差動位相偏移変調方式（ＤＰＳＫ）と、
Ｎが偶数の整数であって且つ２の倍数であるところのＤＮＰＳＫ変調と、
周波数偏移変調方式（ＦＳＫ）と、
振幅偏移変調方式（ＡＳＫ）と、
直交振幅変調（ＱＡＭ）と、
直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ）と、
最小偏移変調方式（ＭＳＫ）と、
非対称位相偏移変調方式，（ＡＰＳＫ）と、
パルス位置変調（ＰＰＭ）と、
振幅変調（ＡＭ）と、
周波数変調（ＦＭ）と、
振幅、位相、もしくは周波数信号特性及び使用法を用いるいずれか他の変調形式と、
それらの組合せと、
からなる群から選択される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記第３重畳変調プロトコルは、振幅特性による変調と、位相特性による変調と、周波数特性による変調と、それらの任意の組合せと、からなる群から選択される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
更に、
１つ又は複数のパリティビットと、
１つ又は複数のＣＲＣビットと、
リード・ソロモンビット誤り検出及び訂正データと、
１つ又は複数の誤り訂正符号ビットと、
の内の少なくとも１つを用いて前記重畳メッセージを復号することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２７】
更に、前記重畳メッセージを復号することを含み、前記重畳メッセージは、前記重畳変調信号内におけるメッセージビット区間にインターリーブ処理されたデータから復元される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２８】
前記第２変調プロトコルでは、位相誤差が信号位相から減算されて、データ位相を生成する、
請求項１７に記載の方法。
【請求項２９】
前記位相誤差は、
前記重畳変調信号内における１つ又は複数のプリアンブルパルスを識別することと、
前記重畳変調信号内における１つ又は複数のデータパルスを識別することと、
前記１つ又は複数のプリアンブルパルス及び前記１つ又は複数のデータパルスの内の少なくとも１つにおいて搬送波周波数の１つ又は複数の位相を決定することと、
前記搬送波周波数の前記１つ又は複数の位相を所定の周波数と比較して、位相誤差を演算することと、
によって算出される、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記第２変調プロトコルには、差動位相偏移変調方式が含まれ、
第１ビット区間内における第１搬送波パルスの第１位相は、前記第１ビット区間内における前記第１搬送波パルスの前記第１位相と第２ビット区間内における第２搬送波パルスの第２位相とを比較することによって算出される、
請求項１７に記載の方法。
【請求項３１】
第１変調プロトコルで変調された供給ＡＴＣ信号によって重畳データリンクを提供するための方法であって、
前記供給された変調ＡＴＣ信号を重畳メッセージで第２変調プロトコルを用いて変調して、重畳変調信号を生成することと、
ＡＴＣ応答器によって前記重畳変調信号を送信することと、
前記重畳変調信号を受信機で受信することと、
重畳変調信号から重畳メッセージを抽出することと、を含み、
前記重畳変調信号から重畳メッセージを抽出することにおいて、
第１メッセージは、前記第１変調プロトコルで前記重畳変調信号を復調することによって得られ、
前記重畳メッセージは、前記第２変調プロトコルで前記重畳変調信号を復調することによって、前記重畳変調信号から取り込まれ、
前記第２変調プロトコルは、供給された搬送波の位相を変更または変調する位相偏移変調方式変調である方法。
【請求項３２】
前記変調ＡＴＣ信号を重畳メッセージで変調することには、更に、前記変調ＡＴＣ信号のデータブロック内にある１つ又は複数の変調済みメッセージビット区間内における搬送波信号に前記重畳変調を適用することが含まれる、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記重畳変調は、ＰＳＫプロトコルであり、
位相遷移が、前記ビット区間の中間点に近接する前記搬送波信号に変調される、
請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記重畳変調は、ＰＳＫプロトコルであり、
位相遷移が、前記ビット区間の開始点に近接する前記搬送波信号に変調される、
請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
前記重畳変調は、ＰＳＫプロトコルであり、
複数の位相遷移が、１つのビット区間内で前記搬送波信号に変調される、
請求項３２に記載の方法。
【請求項３６】
前記ＡＴＣ応答器は、ＡＴＣＲＢＳ互換応答器と、ＡＤＳ−Ｂ応答器と、ＡＴＣレーダーと、地上局と、からなる群から選択される、請求項３１に記載の方法。
【請求項３７】
前記第１変調プロトコルは、
二位相偏移変調方式変調（ＢＰＳＫ）と、
四位相偏移変調方式変調（ＱＰＳＫ）と、
八位相偏移変調方式変調（８−ＰＳＫ）と、
差動位相偏移変調方式（ＤＰＳＫ）と、
Ｎが偶数の整数であって且つ２の倍数であるところのＤＮＰＳＫ変調と、
周波数偏移変調方式（ＦＳＫ）と、
振幅偏移変調方式（ＡＳＫ）と、
直交振幅変調（ＱＡＭ）と、
直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ）と、
最小偏移変調方式（ＭＳＫ）と、
非対称位相偏移変調方式（ＡＰＳＫ）と、
パルス位置変調（ＰＰＭ）と、
振幅変調（ＡＭ）と、
周波数変調（ＦＭ）と、
それらの組合せと、
からなる群から選択される、請求項３１に記載の方法。
【請求項３８】
前記第１変調プロトコルは、振幅特性による変調と、位相特性による変調と、周波数特性による変調と、それらの組合せと、からなる群から選択される、請求項３１に記載の方法。
【請求項３９】
前記第２変調プロトコルは、
二位相偏移変調方式変調（ＢＰＳＫ）と、
四位相偏移変調方式変調（ＱＰＳＫ）と、
八位相偏移変調方式変調（８−ＰＳＫ）と、
差動位相偏移変調方式（ＤＰＳＫ）と、
Ｎが偶数の整数であって且つ２の倍数であるところのＤＮＰＳＫ変調と、
非対称位相偏移変調方式（ＡＰＳＫ）と、
それらの組合せと、
からなる群から選択される、請求項３１に記載の方法。
【請求項４０】
更に、
１つ又は複数のパリティビットと、
１つ又は複数のＣＲＣビットと、
リード・ソロモンビット誤り検出及び訂正データと、
１つ又は複数の誤り訂正符号ビットと、
の内の少なくとも１つを用いて前記重畳メッセージを復号することを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項４１】
更に、前記重畳メッセージを復号することを含み、前記重畳メッセージは、前記重畳変調信号内におけるメッセージビット区間にインターリーブ処理されたデータから復元される、請求項３１に記載の方法。
【請求項４２】
前記第２変調プロトコルでは、位相誤差が信号位相から減算されて、データ位相を生成する、
請求項３１に記載の方法。
【請求項４３】
前記位相誤差は、
前記重畳変調信号内における１つ又は複数のプリアンブルパルスを識別することと、
前記重畳変調信号内における１つ又は複数のデータパルスを識別することと、
前記１つ又は複数のプリアンブルパルス及び前記１つ又は複数のデータパルスの内の少なくとも１つにおいて搬送波周波数の１つ又は複数の位相を決定することと、
前記搬送波周波数の前記１つ又は複数の位相と所定の周波数とを比較して、位相誤差を演算することと、
によって算出される、請求項３１に記載の方法。
【請求項４４】
前記第２変調プロトコルには、差動位相偏移変調方式が含まれ、
第１ビット区間内における第１搬送波パルスの第１位相は、前記第１ビット区間内における前記第１搬送波パルスの前記第１位相と第２ビット区間内における第２搬送波パルスの第２位相とを比較することによって算出される、
請求項３１に記載の方法。
【請求項４５】
ＡＴＣ重畳データリンクシステムであって、
第１変調プロトコルによってＡＴＣデータを第１変調信号に変調するように構成された第１変調器と、
前記第１変調器に結合された第２変調器であって、第２変調プロトコルを用いて、重畳メッセージを前記第１変調信号上に変調して、重畳変調信号を生成するように構成され、前記第２変調プロトコルは、供給された搬送波の位相を変更または変調する位相偏移変調方式変調である、第２変調器と、
送信機及びアンテナを含む応答器であって、前記第２変調器に結合され、また、前記重畳変調信号を送信するように構成された応答器と、
アンテナ、第１復調器、及び第２復調器に結合された受信機と、を含み、
前記受信機において、
前記第１復調器は、前記第１変調プロトコルにより前記重畳変調信号を復調することによって、前記ＡＴＣデータを抽出するように構成され、また、
前記第２復調器は、重畳変調信号から前記重畳メッセージを抽出するように構成されている、
システム。
【請求項４６】
前記第１変調プロトコルは、パルス位置変調であり、前記重畳変調プロトコルは、位相偏移変調方式変調である、請求項４５に記載のＡＴＣ重畳データリンクシステム。
【請求項４７】
前記第１変調プロトコルは、
二位相偏移変調方式変調（ＢＰＳＫ）と、
四位相偏移変調方式変調（ＱＰＳＫ）と、
八位相偏移変調方式変調（８−ＰＳＫ）と、
差動位相偏移変調方式（ＤＰＳＫ）と、
Ｎが偶数の整数であって且つ２の倍数であるところのＤＮＰＳＫ変調と、
周波数偏移変調方式（ＦＳＫ）と、
振幅偏移変調方式（ＡＳＫ）と、
直交振幅変調（ＱＡＭ）と、
直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ）と、
最小偏移変調方式（ＭＳＫ）と、
非対称位相偏移変調方式（ＡＰＳＫ）と、
パルス位置変調（ＰＰＭ）と、
振幅変調（ＡＭ）と、
周波数変調（ＦＭ）と、
それらの組合せと、
からなる群から選択される、請求項４５に記載のＡＴＣ重畳データリンクシステム。
【請求項４８】
前記第１変調プロトコルは、振幅特性による変調と、位相特性による変調と、周波数特性による変調と、それらの組合せと、からなる群から選択される、請求項４５に記載のＡＴＣ重畳データリンクシステム。
【請求項４９】
前記第２変調プロトコルは、
二位相偏移変調方式変調（ＢＰＳＫ）と、
四位相偏移変調方式変調（ＱＰＳＫ）と、
八位相偏移変調方式変調（８−ＰＳＫ）と、
差動位相偏移変調方式（ＤＰＳＫ）と、
Ｎが偶数の整数であって且つ２の倍数であるところのＤＮＰＳＫ変調と、
非対称位相偏移変調方式（ＡＰＳＫ）と、
それらの組合せと、
からなる群から選択される、請求項４５に記載のＡＴＣ重畳データリンクシステム。
【請求項５０】
前記第２変調器は、更に、
１つ又は複数のパリティビットと、
１つ又は複数のＣＲＣビットと、
リード・ソロモンビット誤り検出及び訂正データと、
１つ又は複数の誤り訂正符号ビットと、
の内の少なくとも１つを用いて前記重畳メッセージを符号化するように構成されている、請求項４５に記載のＡＴＣ重畳データリンクシステム。
【請求項５１】
前記受信機は、更に、
１つ又は複数のパリティビットと、
１つ又は複数のＣＲＣビットと、
リード・ソロモンビット誤り検出及び訂正データと、
１つ又は複数の誤り訂正符号ビットと、
の内の少なくとも１つを用いて前記重畳メッセージを復号するように構成されている、請求項４５に記載のＡＴＣ重畳データリンクシステム。
【請求項５２】
前記受信機は、更に、前記重畳メッセージを復号するように構成され、前記重畳メッセージは、前記重畳変調信号内におけるメッセージビット区間にインターリーブ処理されたデータから復元される、請求項４５に記載のＡＴＣ重畳データリンクシステム。
【請求項５３】
前記第２復調器は、信号位相から位相誤差を減算して、データ位相を生成するように構成されている、
請求項４５に記載のＡＴＣ重畳データリンクシステム。
【請求項５４】
前記第２復調器は、
前記重畳変調信号内における１つ又は複数のプリアンブルパルスを識別することと、
前記重畳変調信号内における１つ又は複数のデータパルスを識別することと、
前記１つ又は複数のプリアンブルパルス及び前記１つ又は複数のデータパルスの内の少なくとも１つにおいて搬送波周波数の１つ又は複数の位相を決定することと、
前記搬送波周波数の前記１つ又は複数の位相と所定の周波数とを比較して、位相誤差を演算することと、
によって位相誤差を算出するように構成されている、請求項４５に記載のＡＴＣ重畳データリンクシステム。
【請求項５５】
前記第２変調プロトコルには、差動位相偏移変調方式が含まれ、
前記第２復調器は、第１ビット区間内における第１搬送波パルスの第１位相と第２ビット区間内における第２搬送波パルスの第２位相とを比較することによって、前記第１ビット区間内における前記第１搬送波パルスの前記第１位相を算出するように構成されている、
請求項４５に記載のＡＴＣ重畳データリンクシステム。
【請求項５６】
前記第１変調信号には、
応答器応答信号と、
スキッタ信号と、
ＡＤＳ−Ｂ応答信号と、
１０３０ＭＨｚ問合せ信号と、
１０３０ＭＨｚ  ＴＣＡＳ信号と、
ＵＨＦ周波数帯上の一般航空ＵＡＴ送受信機信号と、
ＡＴＣ  ＨＦ、ＶＨＦ、及びＵＨＦ帯域において動作する音声帯域又はデータ帯域内の信号の内の少なくとも１つと、
ＶＤＬモード４ＡＤＳ−Ｂ変調信号と、
ＤＭＥ信号と、
ＳＡＴＣＯＭ信号と、
変調済みＲＦ信号を放射する任意の航空電子設備から生じる信号と、
データを送信するためのベースバンド信号と、
それらの組合せと、
からなる群から選択される信号が含まれる、請求項４５に記載のＡＴＣ重畳データリンクシステム。
【請求項５７】
前記第２変調器は、前記第１変調信号のデータブロック内における１つ又は複数の変調済みメッセージビット区間に前記重畳変調を適用するように構成されている、請求項４５に記載のＡＴＣ重畳データリンクシステム。
【請求項５８】
前記受信機には、ＴＣＡＳ受信機と、ＡＤＳ−Ｂ受信機と、地上局受信機と、からなる群から選択される受信機タイプが含まれる、請求項４５に記載のＡＴＣ重畳データリンクシステム。
【請求項５９】
前記応答器は、ＴＣＡＳ応答器と、ＡＤＳ−Ｂ応答器と、からなる群から選択される、請求項４５に記載のＡＴＣ重畳データリンクシステム。
【請求項６０】
重畳データリンクであって、
第１変調プロトコルによって第１データストリームのデータを第１変調信号に変調するように構成された第１変調器と、
前記第１変調器に結合された第２変調器であって、第２変調プロトコルを用いて、重畳メッセージを前記第１変調信号上に変調して、重畳変調信号を生成するように構成され、前記第２変調プロトコルは、供給された搬送波の位相を変更または変調する位相偏移変調方式変調である、第２変調器と、
前記第２変調器に結合され、また、前記重畳変調信号を送信するように構成された送信機と、
受信機、第１復調器、及び第２復調器と、を含み、
前記第１復調器は、前記第１変調プロトコルにより前記重畳変調信号を復調することによって第１データストリームを抽出するように構成され、
前記第２復調器は、重畳変調信号から前記重畳メッセージを抽出するように構成されている、
重畳データリンク。
【請求項６１】
前記第１変調プロトコルは、パルス位置変調であり、前記重畳変調プロトコルは、位相偏移変調方式変調である、請求項６０に記載の重畳データリンク。
【請求項６２】
前記第１変調プロトコルは、
二位相偏移変調方式変調（ＢＰＳＫ）と、
四位相偏移変調方式変調（ＱＰＳＫ）と、
八位相偏移変調方式変調（８−ＰＳＫ）と、
差動位相偏移変調方式（ＤＰＳＫ）と、
Ｎが偶数の整数であって且つ２の倍数であるところのＤＮＰＳＫ変調と、
周波数偏移変調方式（ＦＳＫ）と、
振幅偏移変調方式（ＡＳＫ）と、
直交振幅変調（ＱＡＭ）と、
直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ）と、
最小偏移変調方式（ＭＳＫ）と、
非対称位相偏移変調方式（ＡＰＳＫ）と、
パルス位置変調（ＰＰＭ）と、
振幅変調（ＡＭ）と、
周波数変調（ＦＭ）と、
それらの組合せと、
からなる群から選択される、請求項６０に記載の重畳データリンク。
【請求項６３】
前記第１変調プロトコルは、振幅特性による変調と、位相特性による変調と、周波数特性による変調と、それらの組合せと、からなる群から選択される、請求項６０に記載の重畳データリンク。
【請求項６４】
前記第２変調プロトコルは、
二位相偏移変調方式変調（ＢＰＳＫ）と、
四位相偏移変調方式変調（ＱＰＳＫ）と、
八位相偏移変調方式変調（８−ＰＳＫ）と、
差動位相偏移変調方式（ＤＰＳＫ）と、
Ｎが偶数の整数であって且つ２の倍数であるところのＤＮＰＳＫ変調と、
非対称位相偏移変調方式（ＡＰＳＫ）と、
それらの組合せと、
からなる群から選択される、請求項６０に記載の重畳データリンク。
【請求項６５】
前記重畳変調プロトコルは、各ビット間の０．７１度の位相誤差を許容し得る、請求項１に記載の方法。
【請求項６６】
前記第２変調プロトコルは、各ビット間の０．７１度の位相誤差を許容し得る、請求項１７に記載の方法。
【請求項６７】
前記第２変調プロトコルは、各ビット間の０．７１度の位相誤差を許容し得る、請求項３１に記載の方法。
【請求項６８】
前記第２変調プロトコルは、各ビット間の０．７１度の位相誤差を許容し得る、請求項４５に記載のＡＴＣ重畳データリンクシステム。
【請求項６９】
前記第２変調プロトコルは、各ビット間の０．７１度の位相誤差を許容し得る、請求項６０に記載の重畳データリンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２００７年４月２４日に出願した米国仮特許出願第６０／９２６，１２６号、表題「ＡＴＣ重畳データリンクを提供するシステムと方法」、及び、２００７年５月２１日に出願した米国仮特許出願第６０／９３１，２７４号、表題「ＡＴＣ重畳データリンクを提供するシステムと方法」の全ての恩恵及び優先権を主張するものであり、その開示内容の全てをあらゆる目的で本明細書に引用し参照する。
【０００２】
本発明は、デジタル情報を符号化及び変調するためのシステム及び方法に関し、特に、航空交通管制関連電子信号の多段変調によって代替データリンクを確立するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
一般的に、航空機による移動は、旅行者が離れた目的地に到達するための安全で効率的な方法である。飛行機旅行の人気が年々劇的に高まり、航空機の流れを安全に管理するための技法の必要性が高まっている。航空交通の安全問題に対処するために、航空機には、飛行中の航空機の識別、追跡、及び管理の際に航空交通管制官を支援する応答器等の航空電子設備が装備されている。
【０００４】
無線周波数送信によって、応答器は、航空交通管制官及び他の適切に装備された航空機に、航空機識別、高度、及び他の航空機専用データ等の情報を提供する。そのような情報への素早いアクセスにより、管制官や操縦士は、より安全に効率的に空域を利用できる。航空交通密度が増大するにつれて、より多くの情報を航空機と地上局との間でほぼリアルタイムに中継する必要性が増すことが理解できる。
【０００５】
現在、ＦＡＡ航空交通管制及び世界中の他のほとんどのＡＴＣ管制当局は、標準変調方式を用いて、それらの無線周波数信号と他の航空機やシステムとの相互運用性を保証している。例えば、ＲＣＴＡによってＲＴＣＡ／ＤＯ−１８１Ｃとして公表された（また、本明細書にその全体を引用し参照する）航空管制レーダービーコンシステム／モード選択（ＡＴＣＲＢＳ／Ｍｏｄｅ Ｓ）航空機搭載設備用の最低運用性能標準は、１０３０ＭＨｚ地上局及びＴＣＡＳ問合に対するモードＳ応答器及び旧型応答器（ＡＴＣＲＢＳ応答器）応答用の１０９０ＭＨｚパルス位置変調を定めている。標準プロトコルを用いることによって、航空機状態情報並びに他のデータは、航空機から地上に、地上から航空機に、又は場合によっては、航空機から航空機に中継できる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
航空機から送信しなければならない情報量は、より高度な航空電子機器や交通管制システムが利用可能になるにつれて増え続けている。同様に、あらゆる種類の多様な情報を送信する必要性により、航空機システムを利用してデータを送る欲求が更に駆り立てられる。しかしながら、移動密度が高い領域（毎秒何百もの応答が生成される空港付近等）では、要求される応答器応答の数が多いことから、１秒当りに許可される各航空機からの応答器放送送信の数には、世界的な規制値がある。例えば、放送型自動従属監視（ＡＤＳ−Ｂ）の規制値は、現在、毎秒６．２送信に設定されている。これは、ＡＴＣによって制御されるターミナル領域の航空機から監視応答をＡＴＣ地上局が受信できない状況を生み出す主要空港付近にいる潜在的に全ての航空機からの追加ＡＤＳ−Ｂ混信を防止するためである。
【０００７】
ＡＤＳ−Ｂスキッタデータ内容は、ＳＣ１８６等の業界委員会によって既に大部分が定められており、将来の拡張の余地は、ほとんど残っていない。実際、現在航空電子システム設計者によって構想され開発されているシステムは、６．２スキッタ毎秒の規制値内で送り得るより多くのデータを送信する必要があると考えられる。航空電子システムにおいてより多くのデータを用いる能力は、現在も将来も継続して必要とされる。
【０００８】
既存のモードＳ応答器応答データ形式（問合せによって求められずに送られた場合、スキッタとしても知られる）は、パルス位置変調技法で実現され、この場合、パルス位置は、ビットが１であるか又は０であるかを決定する。図２の送信応答データ形式及びタイミング図２００において、８マイクロ秒のプリアンブル時間２１０内における最初の４つのパルス２０３は、プリアンブルパルスと呼ばれ、以降のパルス位置データがモードＳ応答（又はスキッタ）用であると判断するために用いられる。ＡＤＳ−Ｂスキッタは、長いモードＳ応答フォーマットを用いるため、スキッタ当り１１２ビットをデータブロック２２０に含む。他の用途では、５６ビットを送信し得る。
【０００９】
データは、データブロック２２０において符号化されたデジタルデータによって送信される。ビット区間２０２には、ビット符号の論理状態を定義する２つの下位区間が含まれる。パルスがビット区間２０２の「１」下位区間位置（図３、３０１）にある場合、ビット値は１であり、また、パルスがビット区間２０２の「０」下位区間位置（図３、３０２）にある場合、ビット値は０である。「０」又は「１」位置のいずれか１つだけのパルスが、２００として示したメッセージ全体の（ビット区間２０２等の）各ビット区間又はビット符号期間に対して許容される。
【００１０】
図３において、ビット区間２０２の拡大図を示す。パルス波形３１０の形態の搬送波が、「１」位置３０１において送信されており、「０」下位区間３１５では、パルスは送信されず、従って、このビット区間は、論理値「１」を表す。尚、図面に示した正弦波形３１０は、図示のみを目的とするものであり、また、ＡＤＳ−Ｂ応答用標準周波数は、現在１０９０ＭＨｚ＋／−１ＭＨｚであるため、約５４５サイクルの波形３１０が、通常、０．５マイクロ秒の下位区間３０１中に発生する。更に、波形３１０の位相は、既存の応答器応答標準規格にとって重要ではない。必要なものは、応答器応答メッセージを更に効率的に用いて、データ処理能力を増大し、また、追加の通信リンクを提供する方法及びシステムである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の実施形態は、ＡＴＣ重畳データリンクを提供するためのシステムと方法を開示する。本発明の実施形態によって、既存の標準周波数を用いる既存のＡＴＣ（又は他の）変調信号を利用すると、送信信号を従来のＡＴＣ設備によって識別不能にしない方法で（例えば、航空機応答器から）追加情報を送信し得る。従来の設備は、既存の標準変調方式に基づき送信信号に符号化された情報を復調及び復号することが可能であり、また、更に、最新設備は、送信信号に重畳された追加情報を抽出できる。
【００１２】
重畳データには、これらに限定するものではないが、追加的又は補足的ＡＴＣ情報等、送信したい任意の情報を含んでよい。既存の応答器及び地上局周波数を送信に用いてよく、また、重畳データで変調された信号は、これらに限定するものではないが、航空機及び地上局の受信機を含む任意の受信機によって受信してよい。一次ＡＴＣ信号及び重畳信号の双方に用いられる変調プロトコル又はタイプは、任意の適切な変調方式から選択可能であるが、当業者が認識されたいことは、本発明の様々な実施形態に用いられる変調プロトコルは、これらに限定するものではないが、固定変調プロトコルを含む不変変調であるように選択し得ることである。本明細書に用いる用語「重畳変調」には、以前変調されたことのある信号を変調することが含まれ、その信号が以前１回又は複数回、どこで変調されたかの追跡を含む。
【００１３】
実施形態は、供給された変調ＡＴＣ信号上に重畳メッセージを符号化するための方法を提供する。本方法には、重畳変調プロトコルを選択することと、選択した重畳変調プロトコルを用いて、供給された変調ＡＴＣ信号を重畳メッセージで変調することとが含まれる。供給された変調ＡＴＣ信号は、パルス位置変調プロトコル等の任意のプロトコルで変調されていてもよく、また、重畳変調プロトコルは、位相偏移変調方式変調等の任意のプロトコルであってよい。位相偏移変調方式変調が利用される場合、位相状態は、グレイコードを用いて割り当て、更にビット誤りを低減し得る。一実施形態において、選択した重畳変調プロトコルを用いて、供給された変調ＡＴＣ信号を重畳メッセージで変調することには、更に、変調ＡＴＣ信号のデータブロック内における１つ又は複数の変調済みメッセージビット区間に重畳変調を適用することが含まれる。重畳変調にＰＳＫ変調プロトコルが含まれる様々な実施形態において、ビット区間における搬送波信号の位相遷移は、搬送波に変調され、また、そのような位相遷移は、ビット区間における搬送波信号の任意の位置で発生し得る。一実施形態において、そのような位相遷移は、ビット区間の中間点に近接した又はビット区間の開始点に近接した搬送波信号で発生し得る。更に、複数の位相遷移を、任意の特定のビット区間内における搬送波信号に変調し得る。ビット区間内における位相遷移の位置は、スペクトル性能、雑音性能、又はいずれか他の判断基準を最適化するように選択し得る。
【００１４】
ＡＴＣ変調プロトコル及び重畳変調プロトコルには、任意の単一又は組合せのデジタル変調方式、例えば、これらに限定するものではないが、以下の任意の変調プロトコルを含み得る。即ち、二位相偏移変調方式変調（ＢＰＳＫ）、四位相偏移変調方式変調（ＱＰＳＫ）、八位相偏移変調方式変調（８−ＰＳＫ）、差動位相偏移変調方式（ＤＰＳＫ）、Ｎが偶数の整数であって且つ２の倍数であるところのＤＮＰＳＫ変調、周波数偏移変調方式（ＦＳＫ）、振幅偏移変調方式（ＡＳＫ）、直交振幅変調（ＱＡＭ）、直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ）、最小偏移変調方式（ＭＳＫ）、非対称位相偏移変調方式（ＡＰＳＫ）、パルス位置変調（ＰＰＭ）、振幅変調（ＡＭ）、周波数変調（ＦＭ）、又は振幅、位相、もしくは周波数信号特性及び使用法を用いる、他のあらゆる変調形式、及びそれらプロトコルの任意の組合せを含み得る。単一又は複数の変調動作をＡＴＣ信号に実施して、追加の重畳情報を符号化し得る。変調ＡＴＣ信号は、上述した標準ＡＴＣ形式であってよく、又は、任意の数の信号タイプを単体で又は組み合わせて含み得る。例えば、応答器応答信号、スキッタ信号、ＡＤＳ−Ｂ応答信号、１０３０ＭＨｚ問合せ信号、１０３０ＭＨｚ  ＴＣＡＳ信号、ＵＨＦ周波数帯上の一般航空ＵＡＴ送受信機信号、ＡＴＣ  ＨＦ、ＶＨＦ、及びＵＨＦ帯域において動作する音声帯域又はデータ帯域内の信号の内の少なくとも１つ、ＶＤＬモード４ＡＤＳ−Ｂ変調信号、ＤＭＥ、ＳＡＴＣＯＭ、又は変調済みｒｆ信号を放射するいずれか他の航空電子設備、データ送信用のベースバンド信号、それらの信号タイプの組合せを含み得る。
【００１５】
重畳データは、重畳変調が行われる前又は後に、符号化、暗号化、補足処理、インターリーブ処理、もしくは別の方法で処理し得る。そのような処理は、補足的な検査ビット、パリティビット、ＣＲＣビット、リード・ソロモンビット誤り検出及び訂正符号化もしくはデータ、又は誤り検査又は誤り訂正符号化を行う他の情報を提供することによって、ビット誤り率を低減しようとするものである。インターリーブ処理を用いると、送信メッセージのビット誤り率へのバースト雑音の影響を低減するために、１つの応答器応答もしくはスキッタメッセージ内における又は複数の応答もしくはスキッタメッセージに渡る複数のビット区間において、重畳データ又はデータ符号を拡散し得る。
【００１６】
他の実施形態において、重畳変調信号から重畳メッセージを復号するための方法を提供する。本方法には、第１変調プロトコルにより重畳変調信号を復調して第１メッセージを生成することと、第２変調プロトコルにより重畳変調信号を復調して重畳メッセージを生成することとが含まれ、第１メッセージ及び重畳メッセージは、独立に重畳変調信号から復調し得る。
【００１７】
第１又は第２変調プロトコルには、任意の単一又は組合せのデジタル変調方式、例えば、これらに限定するものではないが、以下の任意の変調プロトコルを含み得る。即ち、二位相偏移変調方式変調（ＢＰＳＫ）、四位相偏移変調方式変調（ＱＰＳＫ）、八位相偏移変調方式変調（８−ＰＳＫ）、差動位相偏移変調方式（ＤＰＳＫ）、Ｎが偶数の整数であって且つ２の倍数であるところのＤＮＰＳＫ変調、周波数偏移変調方式（ＦＳＫ）、振幅偏移変調方式（ＡＳＫ）、直交振幅変調（ＱＡＭ）、直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ）、最小偏移変調方式（ＭＳＫ）、非対称位相偏移変調方式（ＡＰＳＫ）、パルス位置変調（ＰＰＭ）、振幅変調（ＡＭ）、周波数変調（ＦＭ）、又は振幅、位相、もしくは周波数信号特性及び使用法を用いる、他のあらゆる変調形式、及びそれらプロトコルの任意の組合せを含み得る。
【００１８】
本発明の実施形態は、受信後、受信済み重畳データを、復号化、暗号化、補足、デインターリーブ処理、又は別の方法で処理し得るとする。そのような処理は、補足の検査ビット、パリティビット、ＣＲＣビット、リード・ソロモンビット誤り検出及び訂正、又は誤り検査又は誤り訂正符号化を行うための他の情報を提供することによって、ビット誤り率を低減しようとするものである。デインターリーブ処理を用いると、送信メッセージのビット誤り率へのバースト雑音の影響を低減するために、１つの応答器応答もしくはスキッタメッセージ内における又は複数の応答もしくはスキッタメッセージに渡る複数のビット区間から重畳データを抽出し得る。更に、追加の復調を行って、受信信号から追加の重畳データを抽出し得る。これらの追加の復調は、本明細書に定義した任意の変調プロトコルを用い得る。
【００１９】
重畳変調が位相偏移変調方式タイプ（ＰＳＫ）変調である場合、符号化されたデータ位相の復元は、搬送波周波数の位相の変動又はドリフトによって複雑になることがある。通常、ＡＴＣＲＢＳ又はＡＤＳ−Ｂタイプの応答の場合、パルス位置が正確に変調される限り、搬送波の位相は問題ではない。正確なデータ位相を得て、ＰＳＫのビット誤りを低減するために、本発明の実施形態は、同期式又は差動ＰＳＫ技法のどちらが利用されていようと、位相ドリフトを補償する。一実施形態において、第２変調プロトコルには、位相偏移変調方式が含まれ、また、位相誤差は、信号位相から減算されてデータ位相が生成される。位相誤差は、重畳変調信号内における１つ又は複数のプリアンブルパルスを識別することと、重畳変調信号内における１つ又は複数のデータパルスを識別することと、１つ又は複数のプリアンブルパルス及び１つ又は複数のデータパルスの内の少なくとも１つにおいて搬送波周波数の１つ又は複数の位相を決定することと、搬送波周波数の１つ又は複数の位相と所定の周波数とを比較して位相誤差を演算することとによって算出し得る。差動ＰＳＫ変調の場合、本発明の実施形態は、第２変調プロトコルには、差動位相偏移変調方式が含まれ、また、第１ビット区間内における第１搬送波パルスの第１位相は、第１ビット区間内における第１搬送波パルスの第１位相と第２ビット区間内における第２搬送波パルスの第２位相とを比較することによって算出されることとされている。
【００２０】
他の実施形態において、本発明の方法は、ＡＴＣタイプの応答又はスキッタ信号によって重畳データの送信及び受信を行う。実施形態は、以下の段階を含む方法によって、第１変調プロトコルで変調された供給ＡＴＣ信号によって重畳データリンクを提供する。その方法には、第２変調プロトコルを用いて、供給された変調ＡＴＣ信号を重畳メッセージで変調して、重畳変調信号を生成することと、ＡＴＣ応答器によって重畳変調信号を送信することと、ＴＣＡＳ受信機等の受信機において重畳変調信号を受信することと、重畳変調信号から重畳メッセージを抽出することとが含まれる。この場合、第１メッセージは、第１変調プロトコルにより重畳変調信号を復調することによって得られ、また、重畳メッセージは、第２変調プロトコルにより重畳変調信号を復調することによって、重畳変調信号から取り込む。上述したように、第１及び重畳変調プロトコルには、第１変調プロトコルがパルス位置変調であり、重畳変調プロトコルが位相偏移変調方式変調である一実施形態のように、任意のタイプのデジタル変調方式を含み得る。他の選択肢として、第１又は第２変調プロトコルには、任意の単一又は組合せのデジタル変調方式、例えば、これらに限定するものではないが、以下の任意の変調プロトコルを含み得る。即ち、二位相偏移変調方式変調（ＢＰＳＫ）、四位相偏移変調方式変調（ＱＰＳＫ）、八位相偏移変調方式変調（８−ＰＳＫ）、差動位相偏移変調方式（ＤＰＳＫ）、Ｎが偶数の整数であって且つ２の倍数であるところのＤＮＰＳＫ変調、周波数偏移変調方式（ＦＳＫ）、振幅偏移変調方式（ＡＳＫ）、直交振幅変調（ＱＡＭ）、直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ）、最小偏移変調方式（ＭＳＫ）、非対称位相偏移変調方式（ＡＰＳＫ）、パルス位置変調（ＰＰＭ）、振幅変調（ＡＭ）、周波数変調（ＦＭ）、又は振幅、位相、もしくは周波数信号特性及び使用法を用いる、他のあらゆる変調形式、及びそれらプロトコルの任意の組合せを含み得る。
【００２１】
更に、ＡＴＣ重畳データリンクシステムを提供する。一実施形態には、第１変調プロトコルによってＡＴＣデータを第１変調信号に変調するように構成された第１変調器と、第１変調器に結合された第２変調器であって、第２変調プロトコルを用いて重畳メッセージを第１変調信号上に変調して、重畳変調信号を生成するように構成された第２変調器と、送信機及びアンテナを含む応答器であって、第２変調器に結合され、また、重畳変調信号を送信するように構成された応答器と、アンテナ、第１復調器、及び第２復調器に結合されたＴＣＡＳ受信機であって、第１復調器は、第１変調プロトコルにより重畳変調信号を復調することによって、ＡＴＣデータを抽出するように構成され、また、第２復調器は、重畳変調信号から重畳メッセージを抽出するように構成されているＴＣＡＳ受信機とが含まれる。
【００２２】
上述したように、第１及び重畳変調プロトコルには、第１変調プロトコルがパルス位置変調であり、重畳変調プロトコルが位相偏移変調方式変調である一実施形態等、任意のタイプのデジタル変調方式を含み得る。他の選択肢として、第１又は第２変調プロトコルには、任意の単一又は組合せのデジタル変調方式、例えば、これらに限定するものではないが、以下の任意の変調プロトコルを含み得る。即ち、二位相偏移変調方式変調（ＢＰＳＫ）、四位相偏移変調方式変調（ＱＰＳＫ）、八位相偏移変調方式変調（８−ＰＳＫ）、差動位相偏移変調方式（ＤＰＳＫ）、Ｎが偶数の整数であって且つ２の倍数であるところのＤＮＰＳＫ変調、周波数偏移変調方式（ＦＳＫ）、振幅偏移変調方式（ＡＳＫ）、直交振幅変調（ＱＡＭ）、直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ）、最小偏移変調方式（ＭＳＫ）、非対称位相偏移変調方式（ＡＰＳＫ）、パルス位置変調（ＰＰＭ）、振幅変調（ＡＭ）、周波数変調（ＦＭ）、又は振幅、位相、もしくは周波数信号特性及び使用法を用いる、他のあらゆる変調形式、及びそれらプロトコルの任意の組合せを含み得る。
【００２３】
本発明の実施形態は、システムが、重畳及びデータ抽出のために、データを符号化／復号化、暗号化／解読、補足、インターリーブ処理／デインターリーブ処理、又は別の方法で処理し得ることを規定する。そのような処理は、補足の検査ビット、パリティビット、ＣＲＣビット、リード・ソロモンビット誤り検出及び訂正、又は誤り検査又は誤り訂正符号化を行うための他の情報を提供することによって、ビット誤り率を低減しようとするものである。インターリーブ処理／デインターリーブ処理を用いると、送信メッセージのビット誤り率へのバースト雑音の影響を低減するために、１つの応答器応答もしくはスキッタメッセージ内における又は複数の応答もしくはスキッタメッセージに渡る複数のビット区間から重畳データを抽出し得る。更に、追加の復調は、受信信号から追加の重畳データを抽出するために行い得る。これら追加の復調は、本明細書に定義したいずれかの変調プロトコルを用い得る。
【００２４】
更に、重畳データリンクの実施形態を提供する。重畳データリンクには、第１変調プロトコルによって第１データストリームデータを第１変調信号に変調するように構成された第１変調器と、第１変調器に結合された第２変調器であって、第２変調プロトコルを用いて重畳メッセージを第１変調信号上に変調して、重畳変調信号を生成するように構成された第２変調器と、第２変調器に結合され、また、重畳変調信号を送信するように構成された送信機と、受信機、第１復調器、及び第２復調器とが含まれる。ここで、第１復調器は、第１変調プロトコルにより重畳変調信号を復調することによって第１データストリームを抽出するように構成され、第２復調器は、重畳変調信号から重畳メッセージを抽出するように構成されている。重畳データリンクの一実施形態において、第１変調プロトコルは、パルス位置変調であり、重畳変調プロトコルは、位相偏移変調方式変調である。第１及び第２変調プロトコルには、これらに限定するものではないが、次のものを含む任意の適切な振幅、位相、及び周波数変調を含み得る。例えば、二位相偏移変調方式変調（ＢＰＳＫ）、四位相偏移変調方式変調（ＱＰＳＫ）、八位相偏移変調方式変調（８−ＰＳＫ）、差動位相偏移変調方式（ＤＰＳＫ）、Ｎが偶数の整数であって且つ２の倍数であるところのＤＮＰＳＫ変調、周波数偏移変調方式（ＦＳＫ）、振幅偏移変調方式（ＡＳＫ）、直交振幅変調（ＱＡＭ）、直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ）、最小偏移変調方式（ＭＳＫ）、非対称位相偏移変調方式（ＡＰＳＫ）、パルス位置変調（ＰＰＭ）、振幅変調（ＡＭ）、周波数変調（ＦＭ）、及びそれらの組合せを含み得る。
【００２５】
添付図面は、本明細書に組み込まれ、その一部を構成するが、本発明の幾つかの実施形態を示し、また、詳細な記述と共に本発明の原理を説明する役割を果たす。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明のシステムの一実施形態を示すブロック図である。
【図２】標準的な従来技術による応答器応答データ形式及びタイミング図を示す図である。
【図３】論理データ値“１”がパルス符号化された応答データ形式の代表的ビット区間を示す拡大図である。
【図４】搬送波が、９０度位相シフトされ、位相シフトが、ビット区間の始まり又はその付近で発生する場合における重畳データによる変調ＡＴＣ信号の１ビット区間を示す図である。
【図５】搬送波が、１８０度位相シフトされ、位相シフトが、下位ビット区間内の搬送波のほぼ中間点で発生する場合における重畳データによる変調ＡＴＣ信号の１ビット区間を示す図である。
【図６】搬送波が、９０度位相シフトされ、周波数ドリフトが、搬送波に影響を及ぼしている場合における重畳データによる変調ＡＴＣ信号の１ビット区間を示す図である。
【図７】１と２分の１ビット区間を示す図において、前のビット区間からのビット値０と、続くビット区間からのビット値１とからの合成搬送波信号であって、中間点における位相シフトが１８０度の信号を示す図である。
【図８】本発明の代表的な変調器を示す図。
【図９】本発明の代表的な復調器を示す図。
【図１０】本発明の８−ＰＳＫ変調方式の信号点配置図及び対応するグレイコード符号割当てを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
次に、本発明の現在の代表的な実施形態について詳述し、その例を添付図面に示す。可能な限り、図面全体で同じ参照番号を用いて、同じ又は類似部位を指す。
【００２８】
本発明の実施形態は、既存のＡＴＣ応答器／ＴＣＡＳ／地上局／マルチラテレーション又は他の既存設備に影響を及ぼすことなく、既存ＡＴＣデータの上に追加データを重畳するための方法を提供する。本発明の実施形態は、既存ＡＴＣデータ上に重畳される任意の形態の変調を用いることができ、また、実施例に依存して、重畳データは、従来のＡＴＣ信号を処理する設備によって検知不能なことがあり得る。これにより、ＡＴＣ環境内における既存設備の使用、並びにＡＴＣ既存データ形式と下位互換性があり得る及び／又はそれから独立し得る新規設備の使用が可能になり、同じＡＴＣ帯域幅並びに１０３０及び１０９０Ｍｈｚの周波数割当てを用いて、データ処理能力の効率を高め得る。本発明の実施形態は、図２に示すものと同様な応答器応答データ形式及びタイミング図を利用する。しかしながら、以下に詳述するように、本発明の実施形態は、既存ＡＴＣ設備又は方法によって検出し得ないが、同じ応答内に追加データビットを提供できる追加の変調を各パルス区間２０２内において提供する。
【００２９】
図１において、ブロック図１００は、本発明のシステムの一実施形態を示す。一次ＡＴＣデータストリーム１０３は、（例えば、パルス位置変調による）変調信号を生成するエンコーダ及び変調器１０５に入力され、この変調信号は、ＡＤＳ−Ｂスキッタ又は応答送信（例えば、図２を参照）等の既存規格に準拠する。重畳データリンクを介した送信が望まれるデータ１０４は、要望に応じて、パリティビット、ＣＲＣ（巡回冗長検査）コード、暗号鍵、又は重畳データへ適用したい他のあらゆる情報又は符号化等の情報で符号化される（１１０）。そして、符号化された重畳データは、既存のハードウェアと互換性がありながら現在の応答器規格により定義されたもの以上の情報を含む応答／スキッタ信号を提供するように、更に変調されて（１１５）、変調ＡＴＣストリームになる（１１５）。そのような重畳変調の互換性を達成する１つの代表的な方法は、最初に、現時点で配備されているハードウェアによって受入れ可能なパルス位置変調でＡＴＣ信号を変調し、そして、位相偏移変調方式「ＰＳＫ」等の技法による重畳変調を適用することである。ＰＳＫは、パルス位置変調に用いられビット符号時間に合わせた選択的パルス印加に対して、基準信号（例えば、搬送波）の位相を変更又は変調することによってデータを伝達するデジタル変調方式である。ＡＴＣ符号化済み応答信号における定義された各時間フレーム内の搬送波信号の位相を変えても、元のＡＴＣデータメッセージを復号する従来のハードウェアの能力に影響を及ぼさないことから、ＰＳＫ変調は、非破壊的であり、独立に復調し得る。言い換えると、二度変調された信号１１７は、ＰＳＫ変調等による非破壊的方法で変調信号に重畳された追加データ１０４に加えて、従来のＰＰＭ技法によって変調される直接復号可能なＡＴＣデータ１０３を搬送する。
【００３０】
そして、変調信号１１７は、送信され（１２０）、ＡＴＣ応答器応答送信を受信するように構成された受信機（地上局又は適切に装備された航空機における他の応答器等）によって受信し得る（１２５）。様々な実施形態において、送信機１２０及び受信機１２５には、ＲＦ信号を送信及び／又は受信することが可能な任意の電子設備を含むことができ、例えば、これらに限定するものではないが、ＡＴＣレーダー、ＴＣＡＳ応答器、ＡＤＳ−Ｂ応答器、及び任意のタイプの地上局を含み得る。一実施形態において、ＡＤＳ−Ｂ地上局は、放送型トラフィック情報サービス（ＴＩＳ−Ｂ）、再放送型自動従属監視（Automatic Dependent Surveillance Re Broadcasts（ＡＤＳ−Ｒ））等の様々な出力上のＡＴＣ重畳メッセージを受信及び送信し得る。
【００３１】
そして、受信信号は、ＰＰＭ復調１３５によって復調され（１３５）、何らかの必要な復号処理の後、元の一次ＡＴＣデータ１０３を復元する。また、受信信号は、復調され（１３０）、重畳データ１０４が得られるが、これは、何らかの必要な復号処理の後、幾つかのチャネルに提示し得る。従って、二度変調された信号１１７は、複数の技法で独立に復調することができ、各データストリーム（１０３、１０４）は、それぞれ独立に復元し得る。
【００３２】
任意の形態の変調は、そのような変調が現在存在するか又は将来生み出されるかどうかに関わらず、任意のＡＴＣ変調信号上に重畳し得る。他の実施形態において、追加データを、重畳済み変調上に変調によって更に重畳することができ、この変調は、既存設備によって検出不能な変調に限定されない。更に、変調は、１０９０ＭＨｚスキッタや応答に限定されず、１０３０ＭＨｚ（現在、レーダーやＴＣＡＳによる問合せ）において、一般航空ＵＡＴ送受信機ＵＨＦ周波数帯域、ＡＴＣ  ＨＦ、ＶＨＦ、及びＵＨＦ音声及びデータ帯域において、ヨーロッパ内の限定地域のＡＤＳ−Ｂに用いられるＶＤＬモード４ＡＤＳ−Ｂ変調において、ＤＭＥ、ＳＡＴＣＯＭにおいても用い得る。または、ＡＴＣ端末又は地上通信線もしくはマイクロ波リンクでデータを現在送っている他のネットワークの場合、変調済みＲＦ信号をベースバンドで放射するいずれか他の航空電子設備にも用い得る。従って、用いられる任意の形態のＡＴＣ変調は、任意の周波数で重畳変調をそれに適用し得る。更に、これには、例えば、通信リンク用の航空機搭載気象レーダーに適用された変調に対する重畳変調を含み得る。従って、本発明の実施形態が提供することは、任意の重畳変調タイプ（幾らか干渉するかどうかに関わらず）が、所望の目的が何であれ、例えば、これらに限定しないが、ＡＴＣ用途、任意の民間データ中継目的、傍受低確率化用途、探知低確率化技法、妨害低確率化目的、及び暗号化のために、任意の変調タイプで重畳又は追加又は暗号化し得ることである。
【００３３】
本発明の実施形態は、データブロック２２０の１１２ビットパルスの各々において位相偏移変調方式（ＰＳＫ）変調を用い得る。図４において、データブロック２２０の１つの代表的なビット区間２０２の拡大図を示すが、ここで、ＡＴＣデータ値が論理“１”であり（搬送波パルス４００が、“１”の下位区間位置３０１に存在する）、また、位相シフトした搬送波信号４００は、９０度の位相シフト４１０による位相変調で重畳されている。本実施形態における位相シフトは、論理“１”下位区間位置３０１の始まり４０３又はその付近において発生したものである。元のシフトしていない搬送波信号３１０を比較のために示す。特定のＰＳＫ実施例に応じて、この位相シフトは、重畳データの１ビット又は複数ビットに対応し得る。尚、図面に示した正弦波形３１０は、図示のみを目的とするものであり、ＡＤＳ−Ｂ応答用の標準周波数が、現在、１０９０ＭＨｚ＋／−１ＭＨｚであることから、約５４５サイクルの波形３１０が、通常、０．５マイクロ秒の下位区間３０１中に発生する。適用可能なＡＴＣ標準規格は、搬送波の位相を問題にしないことから、然るべきビット下位区間位置３０１に許容可能な周波数及び振幅波形が存在することは、元々符号化されていた論理“１”を提供するのに必要な全てである。
【００３４】
そして、位相情報は、複数のビットを表現するために用いられる複数の状態を表す各パルス間の差分位相と共に送ることができる。各位相差は、前のパルスの位相対次のパルスの位相を調べて、相対的な航空機運動の影響を排除することによって検出される。ビット１の場合に対する第１位相基準パルスの場合、任意のプリアンブルパルス２０３を用いることができ、それ以降は、以前の各ビットパルス位相を次のビット位相の基準として用いることができる。
【００３５】
他のＰＳＫ法を用いると、位相の同期伝送等、データを送ることができるが、この場合、着信応答信号の変調と、位相が同期化された基準との比較を、各パルスの位相値を決定するために用いる。モードＳ応答メッセージのプリアンブルパルスを用いると、基準発振源を着信メッセージＲＦ信号に同期化できるが、この場合、例えば、位相同期ループ発振器又は着信信号の位相及び周波数に固定し得るコスタスループが用いられ、その後、着信信号の位相は、全データビットの位相基準として用いられる。
【００３６】
従来のＡＴＣシステムにおいて、送信される信号の周波数は、１０９０ＭＨｚプラス又はマイナス１ＭＨｚの範囲内にあり、搬送波信号の位相のドリフトは、一般的に、心配する必要はないが、所定のタイミング間隔内における信号包絡線が、ＲＴＣＡ規格のＤＯ−１８１Ｃに記載されたように確立した範囲内にあることが前提である。放送搬送波信号内に符号化された位相シフトを復元するために、本発明の実施形態は、同期又は非同期の手段によってデータ位相を得ることを提供する。図６において、元の搬送波３１０（理解しやすいように一部分のみ示す）は、周波数ドリフト６１０を受けて、新しいドリフトした位相の搬送波６１２を生成したかも知れない。ドリフト６１０の量を知ることなく、位相シフトした搬送波４００の厳密な位相を決定することは困難なことがある。一実施形態において、位相ドリフト６１０は、位相が同期しているが周波数が非同期である手段を介して、例えば、積分器を利用し、現信号の位相から減算できる位相誤差信号として位相ドリフトを蓄積し、また、記憶することによって明らかにされる。他の例示の実施形態において、所定量のデータパルスが受信された後（例えば、７パルス）、局部発振器は、コスタスループを介して受信信号を追跡し、これによって、周波数及び位相を同期化させる。そして、局部発振器は、オフセット周波数で駆動され、同期を維持する。この方法により、異なる周波数での干渉信号は、整合フィルタを用いて区別することができ、また、周波数及び位相が同期化した整合フィルタを用いて、雑音性能は、大幅に、例えば、約３ｄＢ改善し得る。
【００３７】
上述したように、航空機の運動及び信号対雑音比は、許容可能なビット誤り率（ＢＥＲ）を決定する場合、考慮し得る。例えば、２機の航空機が、一方が応答を送信し、他方が応答を受信している状態で、互いに向かって速度１２００ノット、即ち、毎秒２０００ｆｔで移動している場合、相対速度は、受信側航空機によって認識される位相誤差に大きな影響を及ぼし得る。自由空間における波長は、ＡＴＣの１０３０ＭＨｚ及び１０９０ＭＨｚ周波数で約１フィートであることから、約２０００フィート／秒×３６０度位相×１１２マイクロ秒（モードＳ応答メッセージ長当り１１２×１０-6秒）の位相誤差＝８０度の位相誤差である。８０度の誤差は、モードＳメッセージ全体に拡散し、また、各位相は、前のビットから次のビットまで差分比較するか又は上述したように同期化できることから、各ビット間の位相誤差は、マイクロ秒当り約８０度／１１２ビット＝ビット当り０．７１度の位相誤差である。従って、各ビット間の０．７１度の位相誤差を許容し得る何らかの符号化方式は、実現可能であるが、正確に位相を測定する場合、信号対雑音比の影響も受ける。１０ｄｂを超える妥当な信号対雑音比の場合、３６０状態、即ち、各状態当り１度を与えるＰＳＫ符号化方式を許容し得る。通常、２の累乗が、２進符号化に用いられ、従って、２５６（２８）状態は、ＰＰＭパルス当り８ビットのデータを提供するために用い得る。
【００３８】
信号対雑音比への雑音の影響を低減するために、本発明の実施形態は、Ｄ８ＰＳＫ変調方式（差動８値位相変調方式）を用いる。図１０において、８状態の各々が、０度から３６０度まで示され、４５度毎に分離された各状態は、３ビットを表す。これにより、元のパルス位置変調（ＰＰＭ）モードＳ応答メッセージの１１２ビットに加えて、メッセージ当り１１２ビット×３＝３３６ビットが供給される。従って、追加の３ビットメッセージが、毎秒６．２スキッタの各々について送られる場合、メッセージ当り３３６ビット×６．２メッセージ＝合計２０８３の追加ビットを、重畳変調を介して送ることができる。従って、各パルスビットを、０又は１の位置に関係なく、Ｄ８ＰＳＫ変調で変調することによって、新しいデータリンクが、前のＰＰＭビット毎に３ビットのデータで生成される。一実施形態において、既存のＡＴＣ  ＴＣＡＳ及び応答器設備は、Ｄ８ＰＳＫ変調を検出するように装備して既存システムとの後方互換性を保証しない限り、新しいデータリンクを検出できない。
【００３９】
様々な実施形態において、状態は、符号当りのビット誤り数を低減するために符号化し得る。追加パリティビットを用いて完全に直交する符号を生成する他の方式を用いると、干渉耐性を追加し得る。
【００４０】
他の実施形態において、毎秒当りの供給ビットが多いＤ１６ＰＳＫ（メッセージビット当り４ビット）又はＤ３２ＰＳＫ（メッセージビット当り５ビット）等の変調方式は、要求される雑音耐性の量対データ速度に応じて用いることができる。更に、ビット誤り率を最小にし、また、それに応じて雑音環境での信号対雑音比を改善するために、二次変調方式を誤り訂正及び制御方式と共に用い得る。更に、ビットは、隣接する状態変化につき１ビットだけ変化し得る状態（グレイコード）に符号化し得る。このことは、隣接する状態間の変化の場合、ビット誤りをわずか１ビットに低減でき、また、後述するように、雑音及び干渉耐性に供する。
【００４１】
追加の技法を用いて、周波数スペクトルパワーの影響又は追加の変調に対応するのに必要な帯域幅を最小にできる。例えば、図７に示すように、２つのパルスが並んで配置された場合、また、第１パルス７０５の位相が、次のパルス７１０の異なる位相へ突然変化７２０した場合、振幅の切れ込みが、パルス間に発生して、応答の帯域幅に影響を及ぼし得る。しかしながら、位相が第１パルスの中間から第２パルスの中間の間で緩やかに変動する場合、位相変動は、長い時間期間に渡って起こり、振幅の切れ込みは、極めて小さくなり得る。これによって、モードＳ応答に対する既存の帯域幅要件に準拠することができ、現場の既存設備に影響を及ぼさない。そして、位相情報は、第１ビット区間では、パルスの開始時（次のパルスへの何らかの位相変化の前）に読み出すことができ、また、第２ビット区間では、第２パルスの終わり付近（第１パルスから第２パルスへの位相変化が完了した後）で読み出すことができるが、この時、２つのパルスが結合して１つになっており、これにより、このＭＳＫ（最小偏移変調方式）位相変更技法を用いることが可能になる。また、この方法は、実施形態が下位区間当り複数の位相シフトを提供する場合、大幅な又は複数の下位区間内位相シフトに適応し得る。
【００４２】
パルス全体におけるＭＳＫタイプの変調位相変化は、更に、あらゆるスペクトルの影響を低減する。最悪の場合のスペクトルの影響は、０から１８０度の位相シフトの場合であり、モードＳ応答用の既存の業界仕様に確実に準拠させるために、対処され試験される。モードＳ応答放射用のスペクトル及び振幅仕様は、現在、ＲＴＣＡのＤＯ−１８１Ｃに存在する。
【００４３】
様々な度合いのＢＥＲ、検出利得、及びビット処理能力を有する追加の変調タイプを用いることができる。例えば、これらに限定するものではないが、一般的な位相偏移変調方式変調、二位相偏移変調方式変調（ＢＰＳＫ）、四位相偏移変調方式変調（ＱＰＳＫ）、八位相偏移変調方式変調（８−ＰＳＫ）、差動位相偏移変調方式（ＤＰＳＫ）と、Ｎが偶数の整数であって且つ２の倍数であるところのＤＮＰＳＫ変調、周波数偏移変調方式（ＦＳＫ）、振幅偏移変調方式（ＡＳＫ）、直交振幅変調（ＱＡＭ）、直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ）、最小偏移変調方式（ＭＳＫ）、非対称位相偏移変調方式（ＡＰＳＫ）、パルス位置変調（ＰＰＭ）、振幅変調（ＡＭ）、周波数変調（ＦＭ）、又は振幅、位相、もしくは周波数信号特性及び使用法を用いる、他のあらゆる変調形式、及び変調技法の組合せが含まれる。
【００４４】
原則として、変調タイプは、任意のものを用いてよいが、ＤＯ−１８１Ｃの振幅及びスペクトル要件を満たすように制約を加えて、これにより、既存のＡＴＣ設備が影響を受けずに、新しい設備が重畳変調を送信及び検出できるようにすべきである。更に、或る形態のビット誤り検出及び訂正、例えば、ＲＴＣＡ  ＤＯ−１８１Ｃ、モードＳ最低運用性能仕様、及びＲＴＣＡ  ＤＯ−１８５Ａ、ＴＣＡＳ最低運用性能仕様に提示されたもの等は、メッセージ受信改善の例として用いることができる。
【００４５】
位相偏移変調方式変調用のビット誤り検出及び訂正のより適切な手段には、例えば、符号集合間の相関がゼロである（符号間のビットパターンが、数ビット状態だけ有意に異なる）直交符号（１ビット誤りに対して相互相関がゼロである）符号化を行うための追加ビットの使用を含むことができる。例えば、ビット値は、下表１（議論を簡単にするために、２ビットの場合）に示すように表し得る。尚、この方法では、もっと独特のビットパターンが、送受信され、雑音又は干渉がある状態で確実に訂正可能であるように、各符号内において、少数のビット値（即ち、状態）を表すのに、多くのビットを用いることが要求される。
【００４６】
【表１】
0005581201.tif 000002
【００４７】
本発明の他の実施形態は、モードＳ応答の“ビット１”パルス位置が、振幅においてより強い干渉パルスによって重畳された単一干渉パルスの場合等、バーストエラーの影響を制限することに対処する。この状況は、Ｄ８ＰＳＫ（符号当り３ビット）の場合、３ビット符号全体を破壊することがある。しかしながら、各Ｄ８ＰＳＫビット値が、３つの別個のメッセージの唯一の１ビットとして送られた場合、各メッセージの１ビットだけが影響を受け、メッセージのうち２つは破壊されずに残ることができる。例えば、表１より、ビット値１０の符号データの最終ビットが破損して１になると、表１の数列は、１１００の代わりに１１０１になる。そして、１１０１は、有効な符号ではないことから、不正であり、また、どのビットが破損しているかについて干渉パルス位置から知ることによって、１ビットの誤りの場合、他の符号は、いずれも「１１ＸＸ」の形態ではないことから、１１００が正しい符号であると判断することが可能である。
【００４８】
理想的でない通信チャネル、雑音、大気条件、干渉、又は他の現象は、送信メッセージが追加の符号化済み情報で重畳されたかどうかに関わらず、通信されるメッセージに誤りを誘発し得る。様々な本発明の実施形態において、ＲＴＣＡ／ＤＯ−１８１Ｃに記載されたパリティ重畳又はＣＲＣ検査方式、リード・ソロモンビット誤り検出及び訂正、又は他の従来の誤り検出及び訂正方式の利用等、従来の誤り低減又は訂正の方法を適用して、ビット誤り率を低減し得る。
【００４９】
本発明の実施形態には、干渉パルスがデータパルスとほぼ同じ振幅であり検出できない場合に最も有用であるグレイコードを送信対象の各位相状態に用いることが含まれる。また、１つのパリティビットだけを３メッセージビット毎に用いて単一ビット誤りを検出し訂正する場合、（ビットの半分がパリティビットである従来の８ビット符号とは対照的に）４ビットメッセージ符号を用いることが含まれる。更に、メッセージビット符号をインターリーブ処理して、ほとんどの誤りを単一のビット状態を変更することによって（デインターリーブ処理後）訂正できるように、連続干渉パルスによるメッセージ符号当りの誤りの数を制限することが含まれる。また更に、ＲＴＣＡ  ＤＯ−１８５Ａ  ＴＣＡＳ  ＭＯＰＳに記載された誤り検出及び訂正アルゴリズムと共に、ＲＴＣＡ  ＤＯ−２６０Ａ  ＡＤＳ−Ｂ  ＭＯＰＳに記載された放送型自動従属監視メッセージ（ＡＤＳ−Ｂ）について現在行われるように、二点間メッセージ伝達の場合は宛先受信者のアドレスの末尾２４ビット上に又はブロードキャストメッセージの場合は全て１のアドレスによるパリティ重畳符号化方式を用いることが含まれる。他の実施形態は、ビット誤り検出及び訂正の方法を提供し、各１１２ビットＰＰＭモードＳ応答当り訂正し得る位相メッセージビットの数の観点で更に効率的であり得る。
【００５０】
本発明の他の実施形態は、本明細書に開示された本発明の仕様と手法の考察から当業者には明らかである。仕様及び例は、例示としてのみ考察され、本発明の真の範囲及び精神は、以下の請求項によって示すものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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