(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチビーム航空機アレイアンテナを装備した航空機との地対空通信のための方法であって、
前記航空機アレイアンテナの第１のアンテナ素子によってネットワークの第１の地上基地局から第１のセクタ全体をカバーする第１のワイドビーム上の第１のセクタワイドパイロット信号を受信することであって、前記第１のアンテナ素子が前記航空機からの方位角の第１の範囲をカバーする、ここにおいて、前記第１のセクタは前記航空機からの方位角の前記第１の範囲を具備する、
前記第１のアンテナ素子によって前記第１の地上基地局から指向データビーム上のデータを受信することと、
方位角の前記第１の範囲とは異なる前記航空機からの方位角の第２の範囲をカバーする前記航空機アレイアンテナの第２のアンテナ素子によって、前記ネットワークの少なくとも１つの第２の地上基地局から第２のワイドビーム上の少なくとも１つの第２のパイロット信号を受信することと、
前記少なくとも１つの第２のパイロット信号の信号強度を前記第１のパイロット信号の信号強度と比較することと、
前記第２のアンテナ素子によって受信された前記第２のパイロット信号の信号強度が、前記第１のアンテナ素子上で受信された前記第１のパイロット信号の前記信号強度よりも大きいと判断したことに応答して、前記第１のアンテナ素子から前記第２のアンテナ素子に前記データの受信を切り替えることとを備える。
【請求項２】
最も強いパイロット信号を探索するために前記アンテナ素子間で連続的に切り替えることをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数の前記アンテナ素子の放射パターンを合成するためのフェーズドアレイ技法を用いて指向パイロットビームを形成することと、
最も強いパイロット信号を求めて前記指向パイロットビームを用いて方位角の範囲を走査することとをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１のアンテナ素子に結合された第１の受信機チェーンによって前記データを受信することと、
前記第２のアンテナ素子に連続的に結合された第２の受信機チェーンによって最も強いパイロット信号を求めて走査することとをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
航空機アレイアンテナの第１のアンテナ素子によってネットワークの第１の地上基地局から第１のセクタ全体をカバーする第１のワイドビーム上の第１のセクタワイドパイロット信号を受信するための手段であって、前記第１のアンテナ素子が航空機からの方位角の第１の範囲をカバーする、ここにおいて、前記第１のセクタは前記航空機からの方位角の前記第１の範囲を具備する、ワイドビーム
前記第１のアンテナ素子によって前記第１の地上基地局から指向データビーム上のデータを受信するための手段と、
方位角の前記第１の範囲とは異なる前記航空機からの方位角の第２の範囲をカバーする前記航空機アレイアンテナの第２のアンテナ素子によって、前記ネットワークの少なくとも１つの第２の地上基地局から第２のワイドビーム上の少なくとも１つの第２のパイロット信号を受信するための手段と、
前記少なくとも１つの第２のパイロット信号の信号強度を前記第１のパイロット信号の信号強度と比較するための手段と、
前記第２のアンテナ素子によって受信された前記第２のパイロット信号の信号強度が、前記第１のアンテナ素子上で受信された前記第１のパイロット信号の前記信号強度よりも大きいと判断したことに応答して、前記第１のアンテナ素子から前記第２のアンテナ素子に前記データの受信を切り替えるための手段とを備える、ワイヤレス通信のための装置。
【請求項６】
最も強いパイロット信号を探索するために前記アンテナ素子間で連続的に切り替えるための手段をさらに備える、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記複数の前記アンテナ素子の放射パターンを合成するためのフェーズドアレイ技法を用いて指向パイロットビームを形成するための手段と、
最も強いパイロット信号を求めて前記指向パイロットビームを用いて方位角の範囲を走査するための手段とをさらに備える、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記第１のアンテナ素子に結合された第１の受信機チェーンによって前記データを受信するための手段と、
前記第２のアンテナ素子に連続的に結合された第２の受信機チェーンによって最も強いパイロット信号を求めて走査するための手段とをさらに備える、請求項５に記載の装置。
【請求項９】
ワイヤレスネットワークにおけるワイヤレス通信のためのプログラムコードを記録したコンピュータ可読記憶媒体であって、
前記プログラムコードが、
航空機アレイアンテナの第１のアンテナ素子によってネットワークの第１の地上基地局から第１のセクタ全体をカバーする第１のワイドビーム上の第１のセクタワイドパイロット信号を受信するためのプログラムコードであって、前記第１のアンテナ素子が航空機からの方位角の第１の範囲をカバーする、ここにおいて、前記第１のセクタは前記航空機からの方位角の前記第１の範囲を具備する、
前記第１のアンテナ素子によって前記第１の地上基地局から指向データビーム上のデータを受信するためのプログラムコードと、
方位角の前記第１の範囲とは異なる前記航空機からの方位角の第２の範囲をカバーする前記航空機アレイアンテナの第２のアンテナ素子によって、前記ネットワークの少なくとも１つの第２の地上基地局から第２のワイドビーム上の少なくとも１つの第２のパイロット信号を受信するためのプログラムコードと、
前記少なくとも１つの第２のパイロット信号の信号強度を前記第１のパイロット信号の信号強度と比較するためのプログラムコードと、
前記第２のアンテナ素子によって受信された前記第２のパイロット信号の信号強度が、前記第１のアンテナ素子上で受信された前記第１のパイロット信号の前記信号強度よりも大きいと判断したことに応答して、前記第１のアンテナ素子から前記第２のアンテナ素子に前記データの受信を切り替えるためのプログラムコードとを備える、コンピュータ可読記憶媒体。
【請求項１０】
メモリと、
前記メモリに結合された少なくとも１つのプロセッサであって、
航空機アレイアンテナの第１のアンテナ素子によってネットワークの第１の地上基地局から第１のセクタ全体をカバーする第１のワイドビーム上の第１のセクタワイドパイロット信号を受信することであって、前記第１のアンテナ素子が航空機からの方位角の第１の範囲をカバーする、ここにおいて、前記第１のセクタは前記航空機からの方位角の前記第１の範囲を具備する、
前記第１のアンテナ素子によって前記第１の地上基地局（１０２）から指向データビーム上のデータを受信することと、
方位角の前記第１の範囲とは異なる前記航空機からの方位角の第２の範囲をカバーする前記航空機アレイアンテナの第２のアンテナ素子によって、前記ネットワークの少なくとも１つの第２の地上基地局から第２のワイドビーム上の少なくとも１つの第２のパイロット信号を受信することと、
前記少なくとも１つの第２のパイロット信号の信号強度を前記第１のパイロット信号の信号強度と比較することと、
前記第２のアンテナ素子によって受信された前記第２のパイロット信号の信号強度が、前記第１のアンテナ素子上で受信された前記第１のパイロット信号の前記信号強度よりも大きいと判断したことに応答して、前記第１のアンテナ素子から前記第２のアンテナ素子に前記データの受信を切り替えることとを行うように構成された少なくとも１つのプロセッサとを備える、ワイヤレス通信のための装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本特許出願は、本出願の譲受人に譲渡され、その全体が参照により本明細書に明確に組み込まれる、Ｍ．Ｔａｓｓｏｕｄｊｉらの２０１１年２月９日に出願された米国仮出願第６１／４４１，２３１号の利益を主張する。
【０００２】
本出願は、開示の全体が参照により本明細書に明確に組み込まれる、Ａ．ＪＡＬＡＬＩらの「REAL-TIME CALIBRATION OF AN AIR TO GROUND COMMUNICATION SYSTEM」と題する同一出願人による米国特許出願、代理人整理番号第１１１０２５Ｕ２号、およびＡ．ＪＡＬＡＬＩらの「GROUND STATION ANTENNA ARRAY FOR AIR TO GROUND COMMUNICATION SYSTEM」と題する同一出願人による米国特許出願、代理人整理番号第１１１０２５Ｕ３号に関する。
【０００３】
本開示の態様は、一般にワイヤレス通信システムに関し、より詳細には、航空機にインターネットサービスを与えるためのワイヤレス通信システムに関する。
【背景技術】
【０００４】
２つの主要な手法が飛行機へのインターネットアクセスを与える。１つの手法では、空対地（ＡＴＧ：Air to Ground）システムが、セルラー通信技法を使用する地上波地上基地局（ＧＢＳ：Ground Base Station）を使用して、上空を飛行する航空機へのインターネットアクセスを与える。米国本土上で動作する現在使用されているＡＴＧシステムは、３ＭＨｚのスペクトルのみを使用する。このシステムは商業的に存立可能になり得るが、限られたスペクトルは、航空機へのインターネットコンテンツのストリーミングなど、インターネットサービスに対する増加する需要に対応するには不十分であり得る。別の手法では、衛星リンクが航空機へのインターネットサービスを与える。衛星ベースのシステムは、より多くのスペクトルが利用可能であるが、それらのコストは過大である。
【０００５】
航空機インターネット通信のための衛星リンクのコストが過大であるので、地上波ベースのＡＴＧシステムを利用することが好ましくなっている。ＡＴＧのための利用可能なスペクトルを増加させること、および、そのようなシステムが、コストを大幅に増加させることなしに、航空機インターネットサービスに対する増加する需要に対応することを可能にする技法を提供することが望ましいであろう。
【発明の概要】
【０００６】
本開示の一態様に従って、マルチビーム航空機アレイアンテナを装備した航空機との地対空通信のための方法について説明する。本方法は、航空機アンテナアレイの第１のアンテナ素子によってネットワークの第１の地上基地局から第１のワイドビーム上の第１のパイロット信号を受信することを含む。一態様では、第１のアンテナ素子は、航空機からの方位角（azimuth angle）の第１の範囲をカバーする。第１のアンテナ素子によって第１の地上基地局から指向データビーム上のデータを受信し得る。本方法は、航空機アンテナアレイの第２のアンテナ素子によってネットワークの少なくとも１つの第２の地上基地局から第２のワイドビーム上の第２のパイロット信号を受信することを含む。一態様では、第２のアンテナ素子は、方位角の第１の範囲とは異なる航空機からの方位角の第２の範囲をカバーする。第２のパイロット信号の信号強度を第１のパイロット信号の信号強度と比較し得る。一態様では、本方法は、第２のアンテナ素子によって受信された第２のパイロット信号の信号強度が、第１のアンテナ素子上で受信された第１のパイロット信号の信号強度よりも大きいと判断したことに応答して、第１のアンテナ素子から第２のアンテナ素子にデータの受信を切り替えることを含む。
【０００７】
別の態様では、航空機がマルチビーム航空機アレイアンテナを装備したワイヤレスネットワークにおける地対空通信のための装置について説明する。本装置は、航空機からの方位角の第１の範囲をカバーする第１のアンテナ素子によって第１の地上基地局から第１のワイドビーム上の第１のパイロット信号を受信するための手段を含む。本装置はまた、第１のアンテナ素子によって第１の地上基地局から指向データビーム上のデータを受信するための手段を含む。本装置はまた、方位角の第１の範囲とは異なる方位角の第２の範囲をカバーする第２のアンテナ素子によって第２の地上基地局から第２のワイドビーム上の第２のパイロット信号を受信するための手段を含む。本装置はまた、第２のパイロット信号の信号強度を第１のパイロット信号の信号強度と比較するための手段を含む。一態様では、本装置は、第２のパイロット信号の信号強度が第１のパイロット信号の信号強度よりも大きい場合、第１のアンテナ素子から第２のアンテナ素子にデータ受信を切り替えるための手段を含む。
【０００８】
別の態様では、航空機がマルチビーム航空機アレイアンテナを装備したワイヤレスネットワークにおける地対空通信のためのコンピュータプログラム製品について説明する。本コンピュータプログラム製品は、プログラムコードを記録したコンピュータ可読媒体を含む。本コンピュータプログラム製品は、航空機からの方位角の第１の範囲をカバーする第１のアンテナ素子によって第１の地上基地局から第１のワイドビーム上の第１のパイロット信号を受信するためのプログラムコードを有する。本コンピュータプログラム製品はまた、第１のアンテナ素子によって第１の地上基地局から指向データビーム上のデータを受信するためのプログラムコードを含む。本コンピュータプログラム製品はまた、方位角の第１の範囲とは異なる方位角の第２の範囲をカバーする第２のアンテナ素子によって第２の地上基地局から第２のワイドビーム上の第２のパイロット信号を受信するためのプログラムコードを含む。本コンピュータプログラム製品はまた、第２のパイロット信号の信号強度を第１のパイロット信号の信号強度と比較するためのプログラムコードを含む。一態様では、本コンピュータプログラム製品はまた、第２のパイロット信号の信号強度が第１のパイロット信号の信号強度よりも大きい場合、第１のアンテナ素子から第２のアンテナ素子にデータ受信を切り替えるためのプログラムコードを含む。
【０００９】
さらに別の態様では、航空機がマルチビーム航空機アレイアンテナを装備したワイヤレスネットワークにおける地対空通信のための装置について説明する。本装置は、少なくとも１つのプロセッサと、少なくとも１つのプロセッサに結合されたメモリとを含む。（１つまたは複数の）プロセッサは、航空機からの方位角の第１の範囲をカバーする第１のアンテナ素子によって第１の地上基地局から第１のワイドビーム上の第１のパイロット信号を受信するように構成される。（１つまたは複数の）プロセッサは、第１のアンテナ素子によって第１の地上基地局から指向データビーム上のデータを受信するようにさらに構成される。（１つまたは複数の）プロセッサは、方位角の第１の範囲とは異なる方位角の第２の範囲をカバーする第２のアンテナ素子によって第２の地上基地局から第２のワイドビーム上の第２のパイロット信号を受信するようにさらに構成される。（１つまたは複数の）プロセッサは、第２のパイロット信号の信号強度を第１のパイロット信号の信号強度と比較するようにさらに構成される。一態様では、（１つまたは複数の）プロセッサは、第２のパイロット信号の信号強度が第１のパイロット信号の信号強度よりも大きい場合、第１のアンテナ素子から第２のアンテナ素子にデータ受信を切り替えるようにさらに構成される。
【００１０】
ここでは、以下の発明を実施するための形態がより良く理解され得るように、本開示の特徴および技術的利点についてやや広く概説した。以下で、本開示の追加の特徴および利点について説明する。本開示は、本開示の同じ目的を実行するための他の構造を変更または設計するための基礎として容易に利用され得ることを、当業者は諒解されたい。また、そのような等価な構成は、添付の特許請求の範囲に記載の本開示の教示から逸脱しないことを、当業者は了解されたい。さらなる目的および利点とともに、本開示の編成と動作の方法の両方に関して、本開示を特徴づけると考えられる新規の特徴は、添付の図に関連して以下の説明を検討するとより良く理解されよう。ただし、図の各々は、例示および説明のみの目的で提供され、本開示の範囲の限界を定めるものではないことを明白に理解されたい。
【００１１】
本開示の特徴、特性、および利点は、全体を通じて同様の参照符号が同様のものを指す図面とともに、以下に記載する発明を実施するための形態を読めばより明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示の一態様による空対地通信システムの一例を概念的に示すブロック図。
【図２】本開示の一態様による航空機アンテナシステムの一例を概念的に示す図。
【図３Ａ】本開示の一態様による、無限グランドプレーン上の図１の各アンテナ素子のシミュレートされた利得パターン対仰角（elevation angle）の一例を概念的に示す図。
【図３Ｂ】本開示の一態様による、図１の隣接するアンテナ素子のシミュレートされた利得パターン対方位角と合成ビームとの一例を概念的に示す図。
【図４】本開示の一態様による、地上局アンテナアレイシステムと航空機アンテナシステムとを概念的に示すブロック図。
【図５】本開示の一態様による、地上局アンテナアレイシステムを概念的に示すブロック図。
【図６】本開示のさらなる態様による、地上局アンテナアレイシステムを概念的に示すブロック図。
【図７】本開示の一態様による、地上局アンテナアレイシステムを含む空対地２方向通信システムのリアルタイム較正のためのプロセスを示す流れ図。
【図８】本開示の一態様による、マルチビーム切替え可能アレイアンテナを装備した航空機による空対地通信のためのプロセスを示す流れ図。
【図９】本開示の一態様による、航空機干渉を緩和するためにサービング地上基地局からの順方向リンク上の送信電力を増加させるためのプロセスを示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
添付の図面に関して以下に示す発明を実施するための形態は、様々な構成を説明するものであり、本明細書で説明する概念が実施され得る唯一の構成を表すものではない。発明を実施するための形態は、様々な概念の完全な理解を与えるための具体的な詳細を含む。ただし、これらの概念はこれらの具体的な詳細なしに実施され得ることが当業者には明らかであろう。いくつかの例では、そのような概念を不明瞭にしないように、よく知られている構造および構成要素をブロック図の形式で示す。
【００１４】
地上波空対地（ＡＴＧ）システムによる航空機とのインターネット通信のために利用可能なスペクトルは、実際的および経済的理由のために限られている。（米国本土などの）広いエリアにわたって高い高度で飛行する航空機とのシームレス通信を行うことは、広いエリアにわたって利用可能であるスペクトルを必要とする。すなわち、ＡＴＧシステムに割り当てられたスペクトルは全国的に利用可能であるべきである。しかしながら、全国的に利用可能であるスペクトルの部分を識別すること、まして、他の用途のために割り振られたスペクトルのそのような部分を解放するように構成することには問題がある。
【００１５】
ブロードキャストＴＶおよび２方向ＦＳＳ（固定衛星サービス）において使用するための大量のスペクトルが静止衛星に割り当てられている。本開示の態様は、ＡＴＧアプリケーションと静止衛星通信システムとの間でスペクトルの部分を共有するための高データレート航空機対地上通信アンテナシステムを提供する。Ｃバンド（４ＧＨｚダウンリンク、６ＧＨｚアップリンク）、Ｋｕバンド（１２ＧＨｚダウンリンク、１４ＧＨｚアップリンク）およびＫａバンド（２０ＧＨｚダウンリンク、３０ＧＨｚアップリンク）などの周波数バンドが静止衛星システムによって現在使用されている。一態様では、高データレート航空機対地上通信アンテナシステムは、航空機にインターネットサービスを与えるためにＫｕアップリンクバンドを共有し得る。
【００１６】
本開示の態様は、飛行機中の航空機トランシーバ（ＡＴ：aircraft transceiver）と通信している地上基地局（ＧＢＳ）が、衛星システム上の通信に対する許容できない干渉なしに、衛星システムに割り当てられたスペクトルのアップリンク部分を使用することができるＡＴＧシステムのための方法および装置を提供する。本開示で説明するシステムおよび技法は、現行の衛星システムと新しいＡＴＧシステムとの間の相互干渉が無視できる、同じスペクトル上でのそれらの２つのシステムの共存を可能にし得る。
【００１７】
本開示の例示的な態様によるワイヤレス通信のためのシステム１００について図１で説明する。一態様では、システム１００は、順方向リンク（ＦＬ）１０８と逆方向リンク（ＲＬ）１０６とを使用して、衛星アップリンクバンド上で信号を送信および受信する地上基地局１０２を含む。また、地上基地局１０２と通信している航空機トランシーバ（ＡＴ）１２０は、順方向リンク１０８と逆方向リンク１０６とを使用して、衛星アップリンクバンド上で信号を送信および受信し得る。一態様では、航空機トランシーバ１２０はマルチビーム切替え可能アレイアンテナを含み得る。別の地上基地局１１０も示されている。
【００１８】
一態様では、航空機トランシーバ１２０は、任意の方位角において地上基地局１０２と通信することが可能であるマルチビーム切替え可能アレイから構成される航空機アンテナを含み得る。航空機アンテナは、空気抵抗を低減するかまたは最小限に抑えるために、小さい突出部および空気力学的プロファイルを用いて胴体の下に取り付けられ得る。一態様では、アンテナ仰角カバレージは地平線下約３°から１０°までである。アンテナアレイは、たとえば、図２に示すように、各要素が別個のビームを異なる方位角にダイレクトし、各々が３６０／Ｎ度をカバーするように配置された、Ｎ個の要素を含み得る。
【００１９】
図２に、たとえば、１４ギガヘルツ（ＧＨｚ）において動作する複数の１２ビームアレイ２０２（２０２−１、．．．、２０２−Ｎ）を有する航空機アンテナアレイシステム２００の一例を示す。代表として、航空機アンテナアレイ２０２−１は、各々が、方位角において３０°セクタをカバーし、約２．０インチ×０．４５のインチの開口サイズをもち、＞１０ｄＢｉ（ｄＢ等方性）の利得を有する、１２個のホーンアンテナ２１０（２１０−１、．．．、２１０−１２）を有する。一態様では、アンテナアレイの全径はほぼ８インチである。
【００２０】
図２は、１２ビームアレイ構成における航空機アンテナアレイ２０２を示しているが、本開示および添付の特許請求の範囲の範囲内のまま他の構成が可能であることを認識されたい。具体的には、１つの例示的な構成は、４ビームアレイ構成における４アンテナアレイ２０２を含む。一態様では、複数の航空機アンテナアレイ２０２は、異なる仰角における地上基地局探索を可能にする。一態様では、複数のアンテナアレイ２０２は、仰角における地上基地局アンテナ探索のセクタ化を可能にする。この態様では、各要素はそれ自体のトランシーバに結合される。以下でさらに詳細に説明するように、地上基地局探索は、図１に示したように、航空機トランシーバ１２０と、地上基地局１１０などの次の地上基地局との間のハンドオフを可能にする。
【００２１】
一態様では、航空機アンテナアレイシステム２００は胴体の下に取り付けられ、航空機インターネットサービスを改善するために、補助アンテナが航空機の別個の部分に取り付けられる。特に、フライト中の航空機のバンキングまたはローリングは、胴体の下に取り付けられた航空機アンテナアレイシステム２００と地上基地局１０２との間の通信を中断し得る。一態様では、補助アンテナは、航空機がバンクまたはロールする間、地上基地局との通信を扱うことによって、これらのときの航空機トランシーバ１２０と地上基地局１０２との間の通信の途絶を低減する。航空機アンテナ２００の特性を図３Ａおよび図３Ｂにさらに示す。
【００２２】
図３Ａは、本開示の一態様による、０、５、１０、１５および２０度の方位角における単一のアンテナ素子２１０のシミュレートされた仰角利得パターンの図３００を示している。代表として、図３Ａのｘ軸は、地平線が９０°にある球面座標におけるθ角を表す。シミュレーションは無限グランドプレーン上で実行されるので、地平線の上方（−９０と９０との間）の利得パターンはイメージ理論により複製され、無視されるべきである。図３Ｂは、本開示の一態様による、２つの隣接する要素のシミュレートされた方位角利得パターン３５２および３５４とデジタル合成ビーム３６０との図３５０を示している。
【００２３】
航空機インターネットサービスを与えるための航空機アンテナ２００の動作は、図１に示したように、現在の地上基地局１０２と次の地上基地局１１０との間での検出と航空機モデムハンドオフとを伴う。通信および探索の様々な方式がアンテナシステムによって採用され得る。一態様では、単一の受信チェーンが通信のために使用され、探索は連続的時間分割方法で実行される。別の態様では、一方のチェーンは地上局通信用であり、他方のチェーンは地上基地局探索用である、２つの受信チェーンが使用され得る。２受信チェーン構成では、探索チェーンはまた、探索していない間、利得およびスループットを増加させるためのダイバーシティ合成のために使用され得る。地上基地局探索は、以下のように実行され得る。
【００２４】
一態様では、地上基地局探索は、所与の航空機アンテナ素子上で地上基地局から受信したすべてのパイロット信号の探索を含み得る。受信したパイロット信号は、航空機モデムがより強いパイロット信号をそれから受信している別の地上基地局に航空機モデムがハンドオフすべきか否かを判断するためにランク付けされる。あるアンテナ素子上での探索が完了すると、探索は別の要素に切り替わり、その要素上でのパイロット探索を繰り返し得る。一態様では、アンテナ素子２１０−２〜２１０−１２の各々は、図２に示したように、アンテナ素子２１０−１によってデータが受信される間、地上局を継続的に探索し得る。
【００２５】
上記で説明した構成では、スイッチトアンテナ方式は、低い複雑さを維持しながら高い利得を達成するために、異なるアンテナ素子間で切り替えるトランシーバを必要とする。代替的に、フェーズドアレイ技法を使用して複数のアンテナ素子を合成することによって指向性ビームが形成され得る。一態様では、上記で説明したスイッチトアンテナ方式は、ダイバーシティを与えるためのハードウェア複雑さをわずかしか増加させずに、アンテナ利得をさらに増加させるために、２つの隣接するビーム３５２および３５４を合成して、合成ビーム３６０を形成し得る。一態様では、スイッチトアンテナ方式は、隣接するアンテナ素子の部分フェーズドアレイビーム合成を使用し得る。たとえば、隣接するビームの境界にまたはその近くに通信地上基地局があるとき、システム性能を改善するために隣接するビームが合成され得る。
【００２６】
図４に、地上基地局１０２と航空機トランシーバ１２０との設計のブロック図を示す。地上基地局１０２はアンテナ４３４ａ〜４３４ｔを装備し得、航空機トランシーバ１２０はアンテナ４５２ａ〜４５２ｒを装備し得る。
【００２７】
地上基地局１０２において、送信プロセッサ４２０は、データソース４１２からデータを受信し、コントローラ／プロセッサ４４０から制御情報を受信し得る。プロセッサ４２０は、データと制御情報とを処理（たとえば、符号化およびシンボルマッピング）して、それぞれデータシンボルと制御シンボルとを取得し得る。プロセッサ４２０はまた基準シンボルを生成し得る。送信（ＴＸ）多入力多出力（ＭＩＭＯ）プロセッサ４３０は、適用可能な場合、データシンボル、制御シンボル、および／または基準シンボルに対して空間処理（たとえば、プリコーディング）を実行し得、出力シンボルストリームを変調器（ＭＯＤ）４３２ａ〜４３２ｔに与え得る。各変調器４３２は、（たとえば、ＯＦＤＭなどの）それぞれの出力シンボルストリームを処理して、出力サンプルストリームを取得し得る。各変調器４３２は、さらに、出力サンプルストリームを処理（たとえば、アナログへの変換、増幅、フィルタ処理、およびアップコンバート）して、ダウンリンク／順方向リンク信号を取得し得る。変調器４３２ａ〜４３２ｔからのダウンリンク信号は、それぞれアンテナ４３４ａ〜４３４ｔを介して送信され得る。
【００２８】
航空機トランシーバ１２０において、アンテナ４５２ａ〜４５２ｒは、地上基地局１０２からダウンリンク／順方向リンク信号を受信し得、受信信号をそれぞれ復調器（ＤＥＭＯＤ）４５４ａ〜４５４ｒに与え得る。各復調器４５４は、それぞれの受信信号を調整（たとえば、フィルタ処理、増幅、ダウンコンバート、およびデジタル化）して、入力サンプルを取得し得る。各復調器４５４は、さらに、（たとえば、ＯＦＤＭなどの）入力サンプルを処理して、受信シンボルを取得し得る。ＭＩＭＯ検出器４５６は、すべての復調器４５４ａ〜４５４ｒから受信シンボルを取得し、適用可能な場合は受信シンボルに対してＭＩＭＯ検出を実行し、検出されたシンボルを与え得る。受信プロセッサ４５８は、検出されたシンボルを処理（たとえば、復調、デインターリーブ、および復号）し、航空機トランシーバ１２０の復号されたデータをデータシンク４６０に与え、復号された制御情報をコントローラ／プロセッサ４８０に与え得る。
【００２９】
逆方向リンク／アップリンク上では、航空機トランシーバ１２０において、送信プロセッサ４６４は、データソース４６２からデータを受信し処理し、コントローラ／プロセッサ４８０から制御情報を受信し処理し得る。プロセッサ４６４はまた、基準信号のための基準シンボルを生成し得る。送信プロセッサ４６４からのシンボルは、適用可能な場合はＴＸ  ＭＩＭＯプロセッサ４６６によってプリコードされ、さらに変調器４５４ａ〜４５４ｒによって処理され、地上基地局１０２に送信され得る。地上基地局１０２において、航空機トランシーバ１２０からのアップリンク／逆方向リンク信号は、アンテナ４３４によって受信され、復調器４３２によって処理され、適用可能な場合はＭＩＭＯ検出器４３６によって検出され、さらに受信プロセッサ４３８によって処理されて、航空機トランシーバ１２０によって送られた復号されたデータおよび制御情報が取得され得る。プロセッサ４３８は、復号されたデータをデータシンク４３９に与え、復号された制御情報をコントローラ／プロセッサ４４０に与え得る。
【００３０】
コントローラ／プロセッサ４４０および４８０は、それぞれ地上基地局１０２および航空機トランシーバ１２０における動作を指示し得る。地上基地局１０２におけるプロセッサ４４０および／または他のプロセッサならびにモジュールは、本明細書で説明する技法についての様々なプロセスを実行するかまたはその実行を指示し得る。航空機トランシーバ１２０におけるプロセッサ４８０および／または他のプロセッサならびにモジュールはまた、図８の使用方法フローチャートに示す機能ブロック、および／または本明細書で説明する技法のための他のプロセスを実行するかまたはその実行を指示し得る。メモリ４４２および４８２は、それぞれ地上基地局１０２および航空機トランシーバ１２０のためのデータおよびプログラムコードを記憶し得る。
【００３１】
本開示の態様による、航空機アンテナ２００と通信するためのアンテナアレイを含む地上局アンテナアレイシステムを図５および図６に示す。一態様では、地上局アンテナアレイシステムは、たとえば、図５および図６に示すように、複数の航空機と同時に通信することが可能な高利得マルチビームアンテナアレイを含み得る。図５および図６は、本開示の態様によるセクタ化およびアンテナアレイ構成の２つの例を示している。
【００３２】
一態様では、セクタ化は、たとえば、図５および図６に示すように、システムスループットを増加させるために仰角においてセクタを分割することを含み得る。代表として、方位角および仰角におけるカバレージ領域は、アンテナアレイが、カバレージエリア中ですべての角度にわたってそれの利得要件を維持することができる狭い領域に分割され得る。一構成では、アンテナは１４ＧＨｚ範囲内で動作させられ得、カバレージ領域は、方位角において１２０°であり、仰角において０．５°〜１０°である。地上基地局アンテナ利得は、仰角０．５°では４０ｄＢｉであり得、航空機に対するより低い経路損失により、仰角１０°では２５．５ｄＢｉまで低減される。
【００３３】
再び図５を参照すると、図５は、各々が方位角において６０°をカバーする２つのアンテナパネル５１０および５３０をもつ地上基地局アンテナアレイシステム５００の構成を示している。一態様では、各アンテナパネル５１０／５３０は、それぞれ、本明細書では地上局アンテナアレイと呼ぶことがある、アンテナ素子５２２（５２２−１、．．．、５２２−Ｎ）、５２４（５２４−１、．．．、５２４−Ｎ）、５４２（５４２−１、．．．、５４２−Ｎ）、および５４４（５４４−１、．．．、５４４−Ｎ）のＮ×Ｍアレイ５２０／５４０から構成され得る。一態様では、各アンテナ素子は送信／受信（Ｔ／Ｒ）モジュールを含む。代表として、地上局アンテナアレイ５２０および５４０は５０×６個のアンテナ素子を含むが、説明する態様および添付の特許請求の範囲の範囲内のまま他の構成が可能である。一態様では、信号を合成し、望まれる総合利得を達成するために、デジタルビーム形成が採用され得る。デジタルビーム形成は、各パネルの異なる列および行中のアンテナ素子にわたって計算され得る。
【００３４】
図６は、仰角をカバーするアンテナパネル６１０、６２０、６３０、および６４０／６５０、６６０、６７０、および６８０の数が４まで増加され、方位角をカバーするパネル６０２および６０４の数が２に維持された、地上局アンテナアレイシステム６００の構成を示している。一態様では、より高い仰角においてより低い利得が必要とされるので、より高い仰角をカバーするパネル（６１０／６５０）の開口サイズは、低い仰角をカバーするパネル（６４０／６８０）の開口サイズよりも小さい。各アンテナアレイ６１２（６１２−１、．．．、６１２−Ｎ）／６５０（６５０−１、．．．、６５０−Ｎ）は、デジタルビーム形成が適用される５０×１個の要素を含み得る。一態様では、デジタルビームの生成は、たとえば、航空機の仰角に応じて、隣接するパネル６１０／６５０と次の隣接するパネル６２０／６６０との間で切り替えられる。
【００３５】
デジタルビーム形成のためにより少ない数の要素を利用する他の構成は、方位角において各パネルのカバレージ領域をさらに低減することと、アレイサイズを維持したまま要素のアンテナ開口を増加させることとによって達成され得る。これにより、全体的な地上局アンテナアレイサイズはより大きくなるが、デジタル信号処理はあまり複雑でなくなり得る。一態様では、上記の例では１００×４個のアンテナに対応する単一の要素が、デジタルビーム形成なしに各セクタのために使用され得る。
【００３６】
一態様では、複数のステアラブルペンシルビームを与えるために各アレイにおいてデジタルビーム形成が使用され得る。アレイの各要素のための信号がＴ／Ｒ（送信／受信）モジュールを通して受け渡され得、ベースバンドに変換される。一態様では、指向性ビームの位相シフトがビームステアリングコンピュータによって計算され、各信号に適用される。同様の位相ファクタが送信信号に適用され、送信／受信モジュールを通してアンテナ素子中に受け渡される。一態様では、較正プロシージャが、各要素の振幅および位相を等化し、回路の時間変動をなくす。
【００３７】
上述のように、較正は、アンテナおよび送信／受信ユニットの異なる位相／振幅応答を補償する。較正の１つのタイプは、ビルトイン回路を使用して工場で実行され得る。この較正は、任意のよく知られている技法を使用し得る。ビルトイン較正方式はまた、温度およびエージングによる変化を追跡するために、現場で定期較正のために使用され得る。較正のための別の手法は、地上基地局と航空機モデムとの間の２方向通信を実行しながらリアルタイム較正を行うためにエアインターフェースに組み込まれ得る。一態様では、較正は、エアインターフェースの通信シグナリングを使用して定期的に実行される。特に、オーバージエア（ＯＴＡ）リアルタイム較正は、空対地２方向通信システムが動作している間に実行され得る。
【００３８】
一態様では、地上基地局（ＧＢＳ）ユニット上の順方向リンク（ＦＬ）は、セクタ全体をカバーするワイドビーム上でパイロット信号を定期的に送信する。本明細書で説明するように、地上基地局の順方向リンク上で定期的に送信されたパイロット信号は、セクタワイドパイロット（ＳＷＰ）と呼ばれることがある。一態様では、セクタワイドパイロットは、航空機が新しい地上基地局を検出することと、地上基地局に同期することと、以下で説明する定期較正プロシージャに関する情報などのシステムパラメータを受信することとを可能にし得る。たとえば、図１に示したように、地上基地局１０２は、順方向リンク１０８上でセクタワイドパイロットを送信し得る。
【００３９】
一態様では、セクタワイドパイロットを送信するために使用されるワイドビームは、たとえば、図５および図６に示した個々の地上局アンテナアレイ要素（５２２、５２４、５４２、５４４、６１２、または６５０）のいずれかの上で送信することによって形成され得る。航空機モデムは、それの探索プロシージャの一部としてこのセクタワイドパイロットを検出し得る。地上局アンテナアレイ要素の送信要素を較正するための１つの可能なリアルタイムプロシージャは、以下のように実行される。
【００４０】
一態様では、地上基地局は定期的に較正モードに入る。較正モードの時間は、セクタワイドパイロットを搬送する同じワイドビーム上において順方向リンク上で送られ得る。地上局アンテナアレイの送信側を較正することが最初に実行され得る。特に、地上基地局送信機は、較正に割り当てられた時間期間中に、すべての地上局アンテナアレイ要素上のセクタワイドパイロットを連続的に送り得る。復調の後に、ｋ番目の地上局アンテナアレイ要素から航空機におて受信された信号は、次式によって与えられる。
【数１】
0005893648.tif 000002
【００４１】
式（１）において、第１の項は、ＲＦチェーンにおける利得（αk）および遅延（θk）に対応し得る。第２の項は、アンテナ素子間の結合の振幅（βk）および位相（φk）に対応し得る。第３の項は、アンテナアレイ間隔からの振幅（δk）および位相（νk）に対応し得る。最後の項は、マルチパスフェージング振幅（σk）および位相（∂k）に対応し得る。また、式（１）のｊは、複素数の虚数部を表す。
【００４２】
一態様では、最初の３つの項はハードウェアに起因し、いくつかの時間測定を行い、最後の項を平均化することによって推定され得る。たとえば、航空機が進む高い速度を仮定すれば、チャネル変更は極めて迅速に（たとえば、ミリ秒程度で）行われる。一態様では、式（１）のいくつかの測定は、２ミリ秒間隔にわたって行われ得る。これらの個別の測定値は、次いで、マルチパスに起因する式（１）の最後の項を平均化するためにフィルタ処理され得る。式（１）において、最後の項は、チャネルが周波数非選択性であること、またはＯＦＤＭ（直交周波数分割多重化）物理レイヤの個々のトーン上でなど、ナローバンド幅上で測定が行われることのいずれかを仮定し得る。
【００４３】
ワイドバンド幅システムのための一態様では、すべての周波数にわたってハードウェアの較正を保証するために、十分な数のトーン上で信号が送られ得る。航空機モデムは、上記で説明したように較正係数を計算し得、係数を地上基地局に送信し、したがって、地上基地局は、たとえば、図１に示したように、航空機に向かう順方向リンクビーム形成のためにこれらの係数を使用し得る。
【００４４】
空対地２方向通信システムのリアルタイム較正のためのプロセスは、以下のように実行され得る。図７は、本開示の一態様による、地上局アンテナアレイシステムを含む空対地２方向通信システムのリアルタイム較正のための方法７００を示すフローチャートである。プロセスブロック７０２において、空対地２方向通信システムは、たとえば、図１に示したように、航空機にインターネットサービスを与えるように動作する。プロセスブロック７０４において、空対地２方向通信システムの動作中に較正期間が検出されたかどうかを判断する。較正期間が検出されるまで、空対地２方向通信システムの動作は続く。較正期間が検出されると、基地局アンテナシステムの較正が以下のように実行され得る。
【００４５】
プロセスブロック７０６において、基地局アンテナアレイの各アンテナ素子によってワイドビーム上でセクタワイドパイロット信号を連続送信する。一態様では、アンテナ５００（図５）は、地上局アンテナアレイ５２０および５４０の各要素上でセクタワイドパイロット（ＳＷＰ）を送信し得る。図６に示した構成では、地上局アンテナシステム６００は、航空機の仰角に応じて、隣接するアンテナパネル６１０および６５０、６２０および６６０、６３０および６７０、または６４０および６８０のうちの１つの上でセクタワイドパイロットを送信し得る。
【００４６】
再び図７を参照すると、プロセスブロック７０８において、較正期間中にセクタワイドパイロット信号に応答して、航空機からアンテナアレイの順方向リンク較正係数を受信する。一態様では、較正係数は、航空機によって受信されたセクタワイドパイロット信号を特徴づける。プロセスブロック７１０において、本開示の一態様によれば、たとえば、式（１）を使用して、受信した較正係数に従って地上局アンテナアレイシステムのアンテナアレイのリアルタイム較正を実行する。
【００４７】
一態様では、受信側較正は、上記の方式と同様に実行され得るが、図１に示したように、航空機モデムに逆方向リンク（ＲＬ）１０６上でパイロットシーケンスを送信させることによって実行され得る。パイロット信号は、地上基地局のアンテナ素子の各々での検出を可能にするために、十分な量のエネルギーおよび十分な量の継続時間を用いて送られ得る。送信チェーンを較正するための上記で説明した方式と同様に、一態様では、受信チェーンの位相および振幅は、マルチパスフェージングによる変動を平均化することによって推定され得る。
【００４８】
地上基地局および航空機アンテナが較正された後、ビーム形成が多くの方法で実行され得る。一態様では、航空機は、たとえば、全地球測位システム（ＧＰＳ）などの位置ロケーションシステムを用いて判断され得る現在の位置ロケーションに基づいて、それの位置を地上基地局に送る。地上基地局は、この情報を使用して、航空機の方向に、また地上基地局の受信側でビームを形成し得る。較正アンテナシステムでは、航空機および地上基地局の位置の知識は、航空機のロケーションのほうへビームのボアサイト（bore sight）を向けるためのフェーズドアレイアンテナ係数を計算するために使用され得る。フライト中に、本開示の一態様によれば、地上基地局に定期的に報告される航空機の位置を使用してビームが調整され得る。
【００４９】
一態様では、航空機および地上基地局は、航空機および地上基地局において受信される信号対雑音干渉比（ＳＩＮＲ）を増加させるかまたは最大にするようにそれらのビームを調整し得る。たとえば、地上基地局は、それの送信ビームをわずかに移動し得る。航空機は、航空機において受信されたＳＩＮＲ測定値を地上基地局に報告する。一態様では、地上基地局は、航空機から受信したＳＩＮＲフィードバックに基づいて、それのビームを調整することによって、改善されたまたは最適な送信ビームを見つけ得る。一態様では、地上基地局は、たとえば、測定された信号エネルギーに基づいて、隣接するビームのうちの１つが改善された性能を与えるかどうかを判断するために、１つまたは複数の隣接するビームを送り得る。一態様では、改善されたまたは最適なビームの検出は、航空機から地上基地局への逆方向リンク上で使用され得る。
【００５０】
順方向リンクと逆方向リンクとが相反するＴＤＤ（時分割複信）チャネルでは、較正されたハードウェア位相および遅延を除いて、地上基地局は、隣接するビーム上で受信されたＳＩＮＲを比較することによって所望または最良の受信ビームを判断し得る。次いで、地上基地局は、それの受信側での所望のまたは最適なビームに基づいて、航空機に向かうビームを形成し得る。一態様では、地上基地局は、所望のまたは最適な受信ビームを繰り返し判断し、それに応じて送信ビームを調整する。マルチビーム切替え可能アレイアンテナを装備した航空機による空対地通信のためのプロセスは、以下のように実行され得る。
【００５１】
図８は、本開示の一態様による、マルチビーム切替え可能アンテナ素子の複数のアンテナアレイを装備した航空機による空対地通信のための方法８００を示すフローチャートである。プロセスブロック８０２において、アンテナの第１のアンテナ素子によってネットワークの第１の地上基地局からワイドビーム上の第１のパイロット信号を受信する。一態様では、アンテナ２００（図２）は、航空機からの方位角の第１の範囲をカバーする第１のアンテナ素子２１０（２１０−１、．．．、２１０−１２）上でセクタワイドパイロット（ＳＷＰ）を受信し得る。図２に示した構成では、航空機アンテナ２００は、各々が方位角において３０°セクタをカバーする１２個のホーンアンテナ２１０（２１０−１、．．．、２１０−１２）を有する。
【００５２】
再び図８を参照すると、プロセスブロック８０４において、第１のアンテナ素子（たとえば２１０−１）によって第１の地上局から指向ビーム上のデータを受信する。プロセスブロック８０６において、方位角の第１の範囲とは異なる航空機からの方位角の第２の範囲をカバーするアンテナの第２のアンテナ素子によって、ネットワークの少なくとも１つの第２の地上基地局からワイドビーム上の少なくとも１つの第２のパイロット信号を受信する。たとえば、図１に示したように、第１の地上基地局１０２からデータが受信されている間に、第２の地上局１１０からセクタワイドパイロットが受信され得る。
【００５３】
図２に示したように、第２のアンテナ素子２１０−２によってセクタワイドパイロットが受信される間に、第１のアンテナ素子２１０−１によってデータが受信され得る。一構成では、アンテナ素子２１０−２〜２１０−１２の各々は、アンテナ素子２１０−１によってデータが受信される間、地上局を継続的に探索し得る。代替態様では、時分割モードが、データを受信するために単一のアンテナ素子を使用することによって動作し、データが受信されていないとき、残りのアンテナ素子は、航空機モデムハンドオフを実行すべきかどうかを判断するために地上局を探索し得る。
【００５４】
再び図８を参照すると、プロセスブロック８０８において、（１つまたは複数の）第２のパイロット信号の信号強度を第１のパイロット信号の信号強度と比較する。プロセスブロック８１０において、第２のアンテナ素子によって受信された第２のパイロット信号強度が、第１のアンテナ素子上で受信された第１のパイロット信号強度よりも大きいと判断したことに応答して、第１のアンテナ素子から第２のアンテナ素子にデータの受信を切り替える。一態様では、方法８００は、図８に示すように、複数の航空機アンテナアレイを有する構成のための各航空機アンテナアレイ２０２（図２）について繰り返される。代替態様では、方法８００は、選択された航空機アンテナアレイ（たとえば２０２−１）について実行される。
【００５５】
非静止衛星端末からの送信が、地上基地局から被サービス航空機上の航空機トランシーバへの通信に干渉し得る。また、他の航空機が、地上基地局から被サービス航空機上の航空機トランシーバへの通信に干渉し得る。さらに、ＫａバンドまたはＫｕバンドのいずれかが空対地通信システムによって使用されるとき、雨によって信号劣化が生じ得る。本開示の態様は、航空機端末に対するこのタイプの干渉と信号劣化とを緩和し得る。
【００５６】
図１に示したように、地上基地局１０２の順方向リンク１０８上の送信電力は、干渉を克服するために増加され、地上基地局１１０の順方向リンク送信電力の等しい減少を伴い得る。一態様では、地上基地局コントローラ／プロセッサ４４０（図４）は、様々な地上基地局にわたる全送信電力の和が一定のままになるように、様々な基地局の間で送信電力を調整することを担当する。
【００５７】
特に、航空機受信機は、信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）を測定し、測定されたＳＩＮＲのインデックスを地上基地局に送り得る。一態様では、地上基地局は、航空機において受信されたＳＩＮＲをターゲット値より上に維持するように順方向リンクビーム上の送信電力を調整する。雨の場合、信号は減衰してくるので、航空機における受信されたＳＩＮＲは低減する。各ビームは最大送信電力を与えられ得る。基地局コントローラは、すべての地上基地局からの全送信電力に対して限界を課する。航空機受信機への他のシステムからの干渉の場合、ＳＩＮＲの干渉項が増加し、航空機によって受信されるＳＩＮＲを低減することになる。一態様では、地上基地局コントローラは、航空機モデムからのＳＩＮＲフィードバックに応答して、順方向リンク電力を増加させ得る。
【００５８】
図９は、本開示の一態様による、航空機干渉を緩和するためにサービング地上基地局からの順方向リンク上の送信電力を増加させるための方法９００を示すフローチャートである。プロセスブロック９０２において、サービング地上基地局から航空機への、地上基地局アンテナアレイの順方向リンク上でのデータの送信中に干渉を検出する。プロセスブロック９０４において、サービング地上基地局は、航空機干渉を緩和するために順方向リンク上の送信電力を増加させる。一態様では、サービング地上基地局の送信電力を増加させることは、１つまたは複数の他の地上基地局の送信電力の等しい減少を伴う。したがって、プロセスブロック９０６において、１つまたは複数の他の地上基地局の送信電力の減少を実行する。一態様では、様々な地上基地局にわたる全送信電力の和が一定のままになるように、送信電力の減少が実行される。
【００５９】
一構成では、ネットワークの第１の地上基地局から第１のワイドビーム上の第１のパイロット信号を受信するための手段を含む、ワイヤレス通信のための航空機が構成される。一態様では、第１のパイロット受信手段は、図２に示した航空機アンテナアレイ２００の第１のアンテナ素子２１０−１、ならびに／あるいは図４のアンテナ４５２ａ〜ｒ、復調器４５４ａ〜ｒ、受信プロセッサ４５８、コントローラ／プロセッサ４８０、および／またはメモリ４８２であり得る。航空機はまた、第１の地上基地局から指向データビーム上のデータを受信するための手段を含むように構成される。一態様では、データ受信手段は、図２に示した航空機アンテナアレイ２００の第１のアンテナ素子２１０−１、ならびに／あるいは図４のアンテナ４５２ａ〜ｒ、復調器４５４ａ〜ｒ、受信プロセッサ４５８、コントローラ／プロセッサ４８０、および／またはメモリ４８２であり得る。航空機はまた、第１の地上基地局から第１のワイドビーム上の第２のパイロット信号を受信するための手段を含むように構成される。一態様では、第２のパイロット受信手段は、図２に示した航空機アンテナアレイ２００の第２のアンテナ素子２１０−２、ならびに／あるいは図４のアンテナ４５２ａ〜ｒ、復調器４５４ａ〜ｒ、受信プロセッサ４５８、コントローラ／プロセッサ４８０、および／またはメモリ４８２であり得る。
【００６０】
航空機はまた、第２のパイロット信号の信号強度を第１のパイロット信号の信号強度と比較するための手段を含むように構成される。一態様では、比較手段は、図１、図２、および図４に示した航空機アンテナアレイ２００の航空機トランシーバ１２０、図４のコントローラ／プロセッサ４８０、および／またはメモリ４８２であり得る。航空機はまた、第１のアンテナ素子から第２のアンテナ素子にデータの受信を切り替えるための手段を含むように構成される。一態様では、切替え手段はまた、図１および図２に示した航空機アンテナアレイ２００の航空機トランシーバ１２０、図４のコントローラ／プロセッサ４８０、および／またはメモリ４８２であり得る。別の態様では、上述の手段は、上述の手段によって具陳される機能を実行するように構成されたモジュールまたは任意の装置であり得る。
【００６１】
一構成では、サービング地上基地局から航空機への順方向リンク上のデータ送信中に干渉を検出するための手段を含む、ワイヤレス通信のための地上基地局が構成される。一態様では、検出手段は、図４の復調器４３２ａ〜ｔ、受信プロセッサ４３８、アンテナ４３４ａ〜ｔ、コントローラ／プロセッサ４４０、および／またはメモリ４４２であり得る。地上基地局はまた、本開示の一態様による、航空機干渉を緩和するために地上基地局からの順方向リンク上の送信電力を増加させるための手段を含むように構成される。一態様では、増加手段は、図４のコントローラ／プロセッサ４４０、メモリ４４２、送信プロセッサ４２０、変調器４３２ａ〜ｔ、および／またはアンテナ４３４ａ〜ｔであり得る。地上基地局はまた、１つまたは複数の他の地上基地局の送信電力を減少させるための手段を含むように構成される。一態様では、減少手段はまた、図４のコントローラ／プロセッサ４４０、および／またはメモリ４４２であり得る。別の態様では、上述の手段は、上述の手段によって具陳される機能を実行するように構成されたモジュールまたは任意の装置であり得る。
【００６２】
さらに、本明細書の開示に関して説明した様々な例示的な論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両方の組合せとして実装され得ることを、当業者は諒解されよう。ハードウェアとソフトウェアのこの互換性を明確に示すために、様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップについて、上記では概してそれらの機能に関して説明した。そのような機能をハードウェアとして実装するか、ソフトウェアとして実装するかは、特定の適用例および全体的なシステムに課された設計制約に依存する。当業者は、説明した機能を特定の適用例ごとに様々な方法で実装し得るが、そのような実装の決定は、本開示の範囲からの逸脱を生じるものと解釈すべきではない。
【００６３】
本明細書の開示に関して説明した様々な例示的な論理ブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）または他のプログラマブル論理デバイス、個別ゲートまたはトランジスタ論理、個別ハードウェア構成要素、あるいは本明細書で説明した機能を実行するように設計されたそれらの任意の組合せを用いて実装または実行され得る。汎用プロセッサはマイクロプロセッサであり得るが、代替として、プロセッサは、任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、または状態機械であり得る。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組合せ、たとえば、ＤＳＰとマイクロプロセッサとの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと連携する１つまたは複数のマイクロプロセッサ、または任意の他のそのような構成として実装され得る。
【００６４】
本明細書の開示に関して説明した方法またはアルゴリズムのステップは、直接ハードウェアで実施されるか、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールで実施されるか、またはその２つの組合せで実施され得る。ソフトウェアモジュールは、ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、または当技術分野で知られている任意の他の形態の記憶媒体中に常駐し得る。例示的な記憶媒体は、プロセッサが記憶媒体から情報を読み取り、記憶媒体に情報を書き込むことができるように、プロセッサに結合される。代替として、記憶媒体はプロセッサに一体化され得る。プロセッサおよび記憶媒体はＡＳＩＣ中に常駐し得る。ＡＳＩＣはユーザ端末中に常駐し得る。代替として、プロセッサおよび記憶媒体は、ユーザ端末中に個別構成要素として常駐し得る。
【００６５】
１つまたは複数の例示的な設計では、説明した機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの組合せで実装され得る。ソフトウェアで実装した場合、機能は、１つまたは複数の命令またはコードとしてコンピュータ可読媒体上に記憶されるか、あるいはコンピュータ可読媒体を介して送信され得る。コンピュータ可読媒体は、ある場所から別の場所へのコンピュータプログラムの転送を可能にする任意の媒体を含む、コンピュータ記憶媒体とコンピュータ通信媒体の両方を含む。記憶媒体は、汎用または専用コンピュータによってアクセスされ得る任意の利用可能な媒体であり得る。限定ではなく例として、そのようなコンピュータ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭまたは他の光ディスクストレージ、磁気ディスクストレージまたは他の磁気ストレージデバイス、あるいは命令またはデータ構造の形態の所望のプログラムコード手段を搬送または記憶するために使用され得、汎用もしくは専用コンピュータ、または汎用もしくは専用プロセッサによってアクセスされ得る、任意の他の媒体を備えることができる。また、いかなる接続もコンピュータ可読媒体と適切に呼ばれる。たとえば、ソフトウェアが、同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、ツイストペア、デジタル加入者回線（ＤＳＬ）、または赤外線、無線、およびマイクロ波などのワイヤレス技術を使用して、ウェブサイト、サーバ、または他のリモートソースから送信される場合、同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、ツイストペア、ＤＳＬ、または赤外線、無線、およびマイクロ波などのワイヤレス技術は、媒体の定義に含まれる。本明細書で使用するディスク（disk）およびディスク（disc）は、コンパクトディスク（disc）（ＣＤ）、レーザーディスク（登録商標）（disc）、光ディスク（disc）、デジタル多用途ディスク（disc）（ＤＶＤ）、フロッピー（登録商標）ディスク（disk）およびブルーレイ（登録商標）ディスク（disc）を含み、ディスク（disk）は、通常、データを磁気的に再生し、ディスク（disc）は、データをレーザーで光学的に再生する。上記の組合せもコンピュータ可読媒体の範囲内に含めるべきである。
【００６６】
本開示についての以上の説明は、いかなる当業者も本開示を作成または使用することができるように与えたものである。本開示への様々な修正は当業者には容易に明らかとなり、本明細書で定義した一般原理は、本開示の趣旨または範囲から逸脱することなく他の変形形態に適用され得る。したがって、本開示は、本明細書で説明した例および設計に限定されるものではなく、本明細書で開示した原理および新規の特徴に合致する最も広い範囲を与えられるべきである。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[Ｃ１]
マルチビーム航空機アレイアンテナを装備した航空機との地対空通信のための方法であって、
前記航空機アンテナアレイの第１のアンテナ素子によってネットワークの第１の地上基地局から第１の広ビーム上の第１のパイロット信号を受信することであって、前記第１のアンテナ素子が前記航空機からの方位角の第１の範囲をカバーし、
前記第１のアンテナ素子によって前記第１の地上基地局から指向データビーム上のデータを受信することと、
方位角の前記第１の範囲とは異なる前記航空機からの方位角の第２の範囲をカバーする前記航空機アンテナアレイの第２のアンテナ素子によって、前記ネットワークの少なくとも１つの第２の地上基地局から第２の広ビーム上の少なくとも１つの第２のパイロット信号を受信することと、
前記少なくとも１つの第２のパイロット信号の信号強度を前記第１のパイロット信号の信号強度と比較することと、
前記第２のアンテナ素子によって受信された前記第２のパイロット信号の信号強度が、前記第１のアンテナ素子上で受信された前記第１のパイロット信号の前記信号強度よりも大きいと判断したことに応答して、前記第１のアンテナ素子から前記第２のアンテナ素子に前記データの受信を切り替えることとを備える。
[Ｃ２]
最も強いパイロット信号を探索するために前記アンテナ素子間で連続的に切り替えることをさらに備える、Ｃ１に記載の方法。
[Ｃ３]
前記複数の前記アンテナ素子の放射パターンを合成するためのフェーズドアレイ技法を用いて指向パイロットビームを形成することと、
最も強いパイロット信号を求めて前記指向パイロットビームを用いて方位角の範囲を走査することとをさらに備える、Ｃ１に記載の方法。
[Ｃ４]
前記第１のアンテナ素子に結合された第１の受信機チェーンによって前記データを受信することと、
前記第２のアンテナ素子に連続的に結合された第２の受信機チェーンによって最も強いパイロット信号を求めて走査することとをさらに備える、Ｃ１に記載の方法。
[Ｃ５]
航空機アンテナアレイの第１のアンテナ素子によってネットワークの第１の地上基地局から第１の広ビーム上の第１のパイロット信号を受信するための手段であって、前記第１のアンテナ素子が航空機からの方位角の第１の範囲をカバーし、
前記第１のアンテナ素子によって前記第１の地上基地局から指向データビーム上のデータを受信するための手段と、
方位角の前記第１の範囲とは異なる前記航空機からの方位角の第２の範囲をカバーする前記航空機アンテナアレイの第２のアンテナ素子によって、前記ネットワークの少なくとも１つの第２の地上基地局から第２の広ビーム上の少なくとも１つの第２のパイロット信号を受信するための手段と、
前記少なくとも１つの第２のパイロット信号の信号強度を前記第１のパイロット信号の信号強度と比較するための手段と、
前記第２のアンテナ素子によって受信された前記第２のパイロット信号の信号強度が、前記第１のアンテナ素子上で受信された前記第１のパイロット信号の前記信号強度よりも大きいと判断したことに応答して、前記第１のアンテナ素子から前記第２のアンテナ素子に前記データの受信を切り替えるための手段とを備える、ワイヤレス通信のための装置。
[Ｃ６]
最も強いパイロット信号を探索するために前記アンテナ素子間で連続的に切り替えるための手段をさらに備える、Ｃ５に記載の装置。
[Ｃ７]
前記複数の前記アンテナ素子の放射パターンを合成するためのフェーズドアレイ技法を用いて指向パイロットビームを形成するための手段と、
最も強いパイロット信号を求めて前記指向パイロットビームを用いて方位角の範囲を走査するための手段とをさらに備える、Ｃ５に記載の装置。
[Ｃ８]
前記第１のアンテナ素子に結合された第１の受信機チェーンによって前記データを受信するための手段と、
前記第２のアンテナ素子に連続的に結合された第２の受信機チェーンによって最も強いパイロット信号を求めて走査するための手段とをさらに備える、Ｃ５に記載の装置。
[Ｃ９]
ワイヤレスネットワークにおけるワイヤレス通信のためのコンピュータ可読記憶媒体であって、
非一時的プログラムコードを記録した非一時的コンピュータ可読媒体を備え、前記プログラムコードが、
航空機アンテナアレイの第１のアンテナ素子によってネットワークの第１の地上基地局から第１の広ビーム上の第１のパイロット信号を受信するためのプログラムコードであって、前記第１のアンテナ素子が航空機からの方位角の第１の範囲をカバーし、
前記第１のアンテナ素子によって前記第１の地上基地局から指向データビーム上のデータを受信するためのプログラムコードと、
方位角の前記第１の範囲とは異なる前記航空機からの方位角の第２の範囲をカバーする前記航空機アンテナアレイの第２のアンテナ素子によって、前記ネットワークの少なくとも１つの第２の地上基地局から第２の広ビーム上の少なくとも１つの第２のパイロット信号を受信するためのプログラムコードと、
前記少なくとも１つの第２のパイロット信号の信号強度を前記第１のパイロット信号の信号強度と比較するためのプログラムコードと、
前記第２のアンテナ素子によって受信された前記第２のパイロット信号の信号強度が、前記第１のアンテナ素子上で受信された前記第１のパイロット信号の前記信号強度よりも大きいと判断したことに応答して、前記第１のアンテナ素子から前記第２のアンテナ素子に前記データの受信を切り替えるためのプログラムコードとを備える、コンピュータ可読記憶媒体。
[Ｃ１０]
メモリと、
前記メモリに結合された少なくとも１つのプロセッサであって、
航空機アンテナアレイの第１のアンテナ素子によってネットワークの第１の地上基地局から第１の広ビーム上の第１のパイロット信号を受信することであって、前記第１のアンテナ素子が航空機からの方位角の第１の範囲をカバーし、
前記第１のアンテナ素子によって前記第１の地上基地局（１０２）から指向データビーム上のデータを受信することと、
方位角の前記第１の範囲とは異なる前記航空機からの方位角の第２の範囲をカバーする前記航空機アンテナアレイの第２のアンテナ素子によって、前記ネットワークの少なくとも１つの第２の地上基地局から第２の広ビーム上の少なくとも１つの第２のパイロット信号を受信することと、
前記少なくとも１つの第２のパイロット信号の信号強度を前記第１のパイロット信号の信号強度と比較することと、
前記第２のアンテナ素子によって受信された前記第２のパイロット信号の信号強度が、前記第１のアンテナ素子上で受信された前記第１のパイロット信号の前記信号強度よりも大きいと判断したことに応答して、前記第１のアンテナ素子から前記第２のアンテナ素子に前記データの受信を切り替えることとを行うように構成された少なくとも１つのプロセッサとを備える、ワイヤレス通信のための装置。
[Ｃ１１]
マルチビーム航空機アレイアンテナを装備した航空機との地対空通信のための方法であって、
地上基地局から前記航空機への、地上基地局アンテナアレイの順方向リンク上でのデータの送信中に干渉を検出することと、
前記地上基地局アンテナアレイの前記順方向リンク上の送信電力を増加させることと、
空対地２方向通信システムのすべての地上基地局にわたって一定の総送信電力を維持するために、少なくとも１つの他の地上基地局の順方向リンク上の送信電力を減少させることとを備える、方法。
[Ｃ１２]
干渉を検出することは、
前記航空機から信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）値を受信することと、
前記受信したＳＩＮＲ値が所定のターゲット値を下回るときに干渉を検出することとを備える、Ｃ１１に記載の方法。
[Ｃ１３]
前記送信電力を増加させることは、
前記航空機における測定された信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）値をターゲット値より上に維持するように、前記地上基地局アンテナアレイの前記順方向リンク上の前記送信電力を調整することをさらに備える、Ｃ１１に記載の方法。
[Ｃ１４]
地上基地局から航空機への、地上基地局アンテナアレイの順方向リンク上でのデータの送信中に干渉を検出するための手段と、
前記地上基地局アンテナアレイの前記順方向リンク上の送信電力を増加させるための手段と、
空対地２方向通信システムのすべての地上基地局にわたって一定の総送信電力を維持するために、少なくとも１つの他の地上基地局の順方向リンク上の送信電力を減少させるための手段とを備える、ワイヤレス通信のための装置。
[Ｃ１５]
前記検出手段は、
前記航空機から信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）値を受信するための手段と、
前記受信したＳＩＮＲ値が所定のターゲット値を下回る場合に干渉を検出するための手段とをさらに備える、Ｃ１４に記載の装置。
[Ｃ１６]
前記増加手段は、
前記航空機における測定された信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）値をターゲット値より上に維持するように、前記地上基地局アンテナアレイの前記順方向リンク上の前記送信電力を調整するための手段をさらに備える、Ｃ１４に記載の装置。
[Ｃ１７]
ワイヤレスネットワークにおけるワイヤレス通信のためのコンピュータ可読記憶媒体であって、
非一時的プログラムコードを記録した非一時的コンピュータ可読媒体を備え、前記プログラムコードが、
地上基地局から航空機への、地上基地局アンテナアレイの順方向リンク上でのデータの送信中に干渉を検出するためのプログラムコードと、
前記地上基地局アンテナアレイの前記順方向リンク上の送信電力を増加させるためのプログラムコードと、
空対地２方向通信システムのすべての地上基地局にわたって一定の総送信電力を維持するために、少なくとも１つの他の地上基地局の順方向リンク上の送信電力を減少させるためのプログラムコードとを備える、コンピュータ可読記憶媒体。
[Ｃ１８]
メモリと、
前記メモリに結合された少なくとも１つのプロセッサであって、
地上基地局から航空機への、地上基地局アンテナアレイの順方向リンク上でのデータの送信中に干渉を検出することと、
前記地上基地局アンテナアレイの前記順方向リンク上の送信電力を増加させることと、
空対地２方向通信システムのすべての地上基地局にわたって一定の総送信電力を維持するために、少なくとも１つの他の地上基地局の順方向リンク上の送信電力を減少させることと、を行うように構成された少なくとも１つのプロセッサとを備える、ワイヤレス通信のための装置。
[Ｃ１９]
前記少なくとも１つのプロセッサが、
前記航空機から信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）値を受信することと、
前記受信したＳＩＮＲ値が所定のターゲット値を下回る場合に干渉を検出することとによって検出するようにさらに構成された、Ｃ１８に記載の装置。
[Ｃ２０]
前記少なくとも１つのプロセッサが、前記航空機における測定された信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）値をターゲット値より上に維持するように、前記地上基地局アンテナアレイの前記順方向リンク上の前記送信電力を調整することによって、送信電力を増加させるようにさらに構成された、Ｃ１８に記載の装置。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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