(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
広帯域の無線通信のための通信システムであって、
地上ベースの複数のユーザ部と、
前記無線通信エリア内で前記複数のユーザ部のうちの少なくとも１つのユーザ部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、
前記空中移動体の基準姿勢を決定する姿勢基準情報を生成するための姿勢決定機構と、
前記空中移動体の位置情報およびその空中移動体の前記無線通信エリア内の前記ユーザ部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と前記空中移動体および前記ユーザ部の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、
前記複数のユーザ部の各々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、それら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独立した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つの前記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部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つの前記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部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。
【請求項２】
前記複数のユーザ部の各々は、
前記空中移動体の基準姿勢を決定する姿勢基準情報を生成するための姿勢決定機構と、
前記複数のユーザ部のうちの各々のユーザ部のユーザ位置情報を生成するための位置決定手段と、
前記生成された姿勢基準情報および前記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。
【請求項３】
地理的に限定された前記無線通信エリアに対しサービスを提供する複数の前記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部が別の前記空中移動体によってサービスを提供される前記無線通信エリア内に位置する場合には他の前記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部宛先を判定してその空中移動体の前記無線通信エリア内のユーザ部にそのデータを伝送する、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記空中移動体の飛行運用に関する運用制御情報を前記空中移動体に供給するための、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。
【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前記無線通信エリア内のユーザ部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。
【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、
地上ベースの複数のユーザ部と、
複数の空中移動体とを含み、前記複数の空中移動体の各々は前記無線通信エリアに対しサービスを提供し、前記複数の空中移動体の各々はさらに、
前記空中移動体の位置情報およびその空中移動体の前記無線通信エリア内のユーザ部の位置情報を生成するための位置決定手段と、
前記生成された前記空中移動体および前記ユーザ部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、
前記複数のユーザ部の各々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つの受信の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独立した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部を判定するための切換手段と、
もし前記判定された宛先ユーザ部が前記空中移動体の前記無線通信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部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部が別の前記空中移動体によってサービスが提供される前記無線通信エリア内に位置する場合には、他の前記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部宛先を判定して前記他の空中移動体の前記無線通信エリア内のユーザ部にそのデータを伝送する、システム。
【請求項７】
前記複数のユーザ部の各々は、
前記複数のユーザ部のうちの各々のユーザ部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。
【請求項８】
前記空中移動体に対して前記空中移動体の飛行運用に関する運用制御情報を前記空中移動体に供給するための、少なくとも１つの前記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。
【請求項９】
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前記無線通信エリア内のユーザ部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。
【請求項１０】
広帯域の無線通信エリア内の複数のユーザ部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、
前記空中移動体の基準姿勢を決定する姿勢基準情報を生成するための姿勢決定機構と、
前記複数のユーザ部のうちの各々に対する少なくとも１つの前記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前記空中移動体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、
各ユーザ部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、それら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独立した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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【請求項１９】
広帯域の無線通信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部の間で無線で通信するための方法であって、
前記無線通信エリア内の前記複数のユーザ部のうちの各々の位置情報、および前記複数のユーザ部のうちの各ユーザ部に対する少なくとも１つの前記空中移動体の基準姿勢を決定する姿勢基準情報および位置情報を判定するステップと、
前記生成され判定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、
各ユーザ部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、それら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独立した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部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。
【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。
【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。
【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。
【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 Corp. ）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（ＡＶ）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ＡＶ１０６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ＡＶ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１２０（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ＡＶ１０６は、１日または数日の長い期間にわたって、約６０，０００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１３８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、ＡＶ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（ＣＤＭＡ）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ＯＣＣ１０５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１１４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ＯＣＣ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１６１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１，２００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。−１ｄＢ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ＡＶ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ＡＶ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２２８上の位置２３２で示されるように、受信強さで−１ｄＢ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、ＣＰＵ１５２、および注視ビームアンテナ１４４の動作は、ＡＶ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ＡＶ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（ＦＤＭＡ）、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（ＳＤＭＡ）、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ＰＡＡ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８．４Ｇｈｚの間の周波数が割当てられる。ＡＶは、高度６０，０００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ＰＡＡ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】
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【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１２０°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、ＴＤＭＡ、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１５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ＴＤＭＡサイクルのチャネル境界に同期される必要はない。ＡＶ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ＴＤＭＡ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ＡＶ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１５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９９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、ＧＰＳ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ＵＨＦ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ＦＰＳ２８０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、ＯＣＣ１０５によって管理されて時間とともに変化し得る。ＯＣＣ１０５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ＯＣＣを設置することによって制御され得る。第２に、ＯＣＣ１０５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（ＨＬＲ）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２９０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ＦＡ  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ＨＡ
ＡＶ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  ＡＶ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３１６において、ＨＡ  ＡＶはそのＨＡ  ＡＶのＨＡ  ＡＶ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  ＡＶ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、ＨＡ  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ＦＡ  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ＡＶ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ＡＶ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
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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