JP6542778B2 - 空対地無線通信ネットワークでの干渉軽減 - Google Patents

Description

実施例は、一般的に、無線通信に関し、特に、空対地（ａｉｒ−ｔｏ−ｇｒｏｕｎｄ（ＡＴＧ））無線通信のための低減技術に関する。

高速データ通信及びそのような通信を可能にする装置は、現代社会においてユビキタスになってきた。これらの装置は、多数のユーザが、インターネット及び他の通信ネットワークにほぼ連続的に接続を維持することを可能にしている。これらの高速データ接続は、電話回線、ケーブルモデム、あるいは他のそのような装置であって物理的な有線の接続を有しているものを介して利用可能であるが、無線通信は、可動性を犠牲にすることなく接続状態を維持できるように我々の能力を大きく変えてきた。

しかしながら、地上にいる間にネットワークに連続して接続されていることを維持することに人々が慣れているにも関わらず、人々は一般的に、ひとたび航空機に乗り込んだとき、容易及び／又は廉価な接続が止まる傾向があるであろうことを理解している。航空プラットフォームは、少なくとも乗り込んでいる乗客に対しては、未だ、容易で廉価に通信ネットワークに接続されるものではなかった。空中で接続されていることを維持する試みは、典型的には高価であり、帯域幅の制限又は長い待ち時間の問題があった。また、航空機の通信機能によって提示される費用及び問題に対応するのにやぶさかでない乗客は、極めて特定の通信モードであって、航空機にて提供されるリジッドな通信アーキテクチャによってサポートされているものに、しばしば制限される。

様々な種類の機内の受信装置とのよりよい通信を可能にするために、ネットワークインフラストラクチャへの改良が行われることに伴って、干渉問題に遭遇するかもしれない可能性がある。特に、大都市圏の上空における無許可の帯域の通信を含む解決のためには、そのようなエリアに分布しているＷｉＦｉ送信機の存在が極めて挑戦的な通信環境を作り出すかもしれないことについて、合理的に予期できるであろう。実際に、より大きい大都市圏上での干渉の量は、予期される送信機の数及び密度に応じて相当多くなり得る。

本発明は、上記背景技術の問題を解決するためのものである。

無線技術の連続的な進歩は、様々な高度において航空機に無線のサービスエリアを提供するために、新たな機会を提供している。いくつかの実施例は、干渉低減の技術を提供し得るものであり、当該技術は、受信機の高度に基づいて、飛行中の受信機との通信のために異なる周波数を用いることを含んでよい。従って、例えば、高度帯が画定されてよく、対応している異なる高度帯内にあるターゲットとの通信のために異なる周波数が規定されてよい。

１つの実施例では、様々なセルでの空対地（ＡＴＧ）無線通信を提供するためのネットワークが提供される。ネットワークは、飛行中の航空機に設けられている受信局と、複数の基地局であって、各基地局は対応している放射パターンを画定し、それによって、基地局は、少なくとも部分的に重複しているサービスエリアを画定するために、互いに間隔を隔てて設けられている（例えば、離れている）複数の基地局と、少なくとも１つの基地局と通信する制御モジュールと、を含んでよい。制御モジュールは、航空機の高度を示す情報を受信し、高度に基づいて、少なくとも１つの基地局と受信局との間の通信のための周波数を選択するように構成されてよい。

他の実施例では、ＡＴＧネットワークにおける通信の方法が提供される。この方法は、飛行中の航空機の少なくとも高度を示す動的位置情報を受け取るステップと、動的位置情報に基づいて、航空機が位置している高度帯を決定するステップと、航空機が位置している高度帯に関連する周波数を決定するステップと、航空機の資産と無線通信を行うために周波数を選択するステップと、を含んでよい。

他の実施例では、様々なセルでの空対地（ＡＴＧ）無線通信を提供するためのネットワークが提供される。ネットワークは、基地局アレイ及びスカイセルを含んでよい。基地局アレイの各基地局は、実質的に水平方向に広がっている放射パターンを画定する。加えて、基地局アレイの基地局は、少なくとも部分的に重複しているサービスエリアを画定するために、互いに間隔を隔てて設けられている（例えば、離れている）。スカイセルは、基地局アレイの基地局の少なくとも１つのサービスエリアに重複する、実質的に垂直方向に広がっている放射パターンを画定する円偏波アンテナアレイを備える。ネットワークは、受信局の移動に基づいて、基地局アレイの基地局とスカイセルとの間の航空機の受信局の切り替えを行うように構成されている。

実施例に係る、空対地（ＡＴＧ）無線通信サービスエリアを提供している例のネットワーク配置の平面図である。 実施例に係る、所定の高度までサービスエリアを達成するために、重複しているセルサービスエリアを提供している、基地局の例のネットワーク配置のイメージ図である。 実施例に係る、重複しているセルサービスエリア及び／又は追加のサービスエリアを提供している、基地局の例のネットワーク配置のイメージ図である。 実施例に係る、垂直方向に配向したセル又は「スカイセル」のサービスエリアの側面図である。 ビーム成形制御モジュールの実施例を採用し得る、ＡＴＧ通信ネットワークの機能ブロック図である。 実施例に係る、ビーム成形制御モジュールの機能ブロック図である。 実施例に係る、干渉低減が達成され得る、連続するエリアを提供するために、互いに隣接して配置されたスカイセルに対応している複数の基地局の側面図である。 実施例のスカイセルをさらに備えていることを除いて、図１のネットワークに関連して記載されたものと同様な構造を含んでよいネットワークの平面図である。 実施例に係る、ＡＴＧネットワークでの通信の方法のブロック図である。

本発明は一般的な用語にて記述されており、参照は、必ずしもスケールにて描かれているわけではない添付の図面に対してここで行われるであろう。

いくつかの実施例は、添付の図面を参照して以下でより充分に、ここで説明されるであろうが、しかし、全ての実施例が示されるわけではない。実際に、ここに記載され図示された実施例は、本願の開示の範囲、適応性又は構成に限定して解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施例は、この開示が充分に出願可能な法律的要件を満たすように、提供されている。参照番号のように、同様な要素を通して参照するために用いられてよい。さらに、ここで用いられるように、用語「または」は、１つ以上の被演算子が真のときはいつでも、真である結果となる論理演算子として解釈される。

ここで説明されたいくつかの実施例は、改善された空対地（ＡＴＧ）無線通信性能のための構成を提供する。これに関して、いくつかの実施例は、高い高度で航空機と通信するために、十分な高度で垂直及び水平面の無線通信サービスエリアを提供するのを促進するアンテナ構造を有している基地局を提供してよい。複数の基地局は、対応している複数の隣接くさび状セルサービスエリアを提供するために配置されてよい。各くさび状セルは、上側及び下側高度リミットの間に広がるサービスエリアを画定してよく、そして、上側及び下側高度リミットは、くさび状セルを成形する送信機からの距離が増加するにつれて、（実質的には線形的に）増加してよい。各くさび状セル内の複数のセクタは、くさび状セルを成形するために結合してよい。いくつかのケースでは、各くさび状セルによって提供された方位角サービスエリアの、各約３０度で合計１８０度をカバーするために、６個のセクタが採用されてよい。セルサービスエリアは、従って、水平面において実質的に半円であってよく、そして、半円の方位角の対応している部分におけるくさび状のセクタを、各々提供している多数のアンテナによって提供され得る。基地局は、第２の方向にオフセットしているが、第１の方向に実質的に位置合わせされるように配置され得る。例えば、基地局は、また、所定の高度を超えるサービスエリアを達成するべく、高度において重複しているサービスエリアを提供するために、第１の距離にて第１の方向に、及び、セクタの達成可能なサービスエリアの距離に基づいて、第２の方向において第２の距離内に配置され得る。

図１は、空対地（ＡＴＧ）無線通信サービスエリアを提供するための配置された基地のネットワーク１００の平面図である。ネットワーク１００は、実質的に半円のセルサービスエリアを提供している様々な基地局を含む。セルサービスエリアは各々２つの部分で描かれている。例えば、第１の基地局のためのセルサービスエリアは、同様に模様が付された部分１０２及び１０４として示されている。部分１０２及び１０４は、水平面上の単一の連続しているセルサービスエリアを表しているが、しかしながら、図１は、ここでさらに記述するように、所定の高度まで連続しているサービスエリアを達成するために、重複しているサービスエリアの提供としての他のセルサービスエリアの介在している部分１０８を示す。部分１０２は、初期のサービスエリアであって、対応する基地局の場所から例示の目的のための任意の距離へ出ているのものを表すために示されており、この部分１０２が、また、所定の高度にてサービスエリアを達成するために、他のセルサービスエリアの部分１０８の重複しているサービスエリアを含むことについて理解されたい。また、部分１０６及び１０８によって表わされているサービスエリアは、サービスエリアの部分１０４の境界１３０を越えて広がってよく、当該サービスエリアは、少なくとも１ポイントで示すために描写では制限されており、境界を有するサービスエリアは、所定の高度にてＡＴＧ無線通信サービスエリアを提供することができる。さらに、説明の便宜のために基地局は描写されておらず、しかし、基地局が、部分１０２及び１０４、部分１０６及び１０８、部分１１０及び１１２等によって示されているセルサービスエリアを提供するために、そのように位置され得ることについて理解されたい。

セルサービスエリア１０２／１０４及び１０６／１０８は、第１の基地局アレイにて各基地局によって提供されることができ、１つ以上の基地局アレイの基地局は、（代表的なセルサービスエリアによって描写されているように）実質的に第１の方向１２０において位置合わせされている。図示されているように、セルサービスエリア１０２／１０４及び１０６／１０８は、指向性放射パターンであって第１の方向において配向されているものを提示しており、及び、第１の方向に沿って前後に位置合わせされている。そのような位置合わせは、実質的に位置合わせされたセルサービスエリアを提供するために、基地局アレイにて基地局を実質的に位置合わせすること、第１の方向１２０にてセルサービスエリア内の位置合わせを達成するためにアンテナの回転、及び／又はその他によって達成され得る。上述のように、これに関して、セルサービスエリア１０２／１０４を提供する第１の基地局は、第１の方向１２０において第１の基地局の前の第２の基地局の少なくともセルサービスエリア１０６／１０８によって重複される得る。例えば、基地局、あるいはそのアンテナは、基地局から特定の距離によって所定の高度を達成するために、アンテナが送信している信号によって採用される多数の仰角によって画定される、くさび状セルサービスエリアを提供し得る。よって、第１の方向１２０におけるセルサービスエリアの重複によって、セルサービスエリア１０６／１０８は、セルサービスエリア１０２／１０４を提供している基地局と、ライン１３０沿いのポイントとの間の少なくとも特定の距離のための、所定の高度を達成することができ、セルサービスエリア１０２／１０４は所定の高度を達成する。

加えて、セルサービスエリア１０２／１０４及び１０６／１０８を提供している第１の基地局アレイにおける基地局は、第２の基地局アレイの基地局から第２の方向１２２において離れることができ（すなわち、ランダムに、固定して、あるいは、所定の間隔で配置されることができ）、このことが、追加のセルサービスエリア１１０／１１２及び１１４／１１６等であって、第１の方向１２０において位置合わせされているものを提供し得る。第１及び第２の基地局アレイは、第１の方向１２０において互いに実質的に平行に広がり得る。加えて、第２の基地局アレイの基地局は、（代表的なサービスエリアによって描写されるように）第１の方向１２０において第１の基地局アレイの基地局からオフセットされ得る。１例では、第２の方向１２２は、第１の方向１２０に対して実質的に垂直であり得る。この例では、第１及び第２の基地局アレイは、代表的なサービスエリア、及び第１の方向１２０において位置合わせされた基地局アレイの他のサービスエリアのオフセット（例えば、セルサービスエリア１０２／１０４及び１１０／１１２の間に示されているオフセット）を提供するために、オフセットされる得る。

第１及び第２の基地局アレイは、第１の方向１２０において離れた各アレイの中での基地局よりも、第２の方向１２２において、より長い距離だけ離され得る。例えば、基地局は、セルサービスエリアを提供している基地局の達成し得るサービスエリア距離に従って、第２の方向１２２において離され得る。第１の基地局アレイにおけるセルサービスエリア１０２／１０４及び１０６／１０８を提供している基地局が、所定の高度を達成するために、セルサービスエリア１０２／１０４への重複しているセルサービスエリアをセルサービスエリア１０６／１０８が提供するように、第１の方向１２０において位置合わせされているので、基地局アレイ自身は、セルサービスエリア１０２／１０４及び１１０／１１２各々の達成可能な距離に基づいて、離され得る。これに関して、所定の高度に達するために、隣接した基地局アレイの基地局によって提供された、セルサービスエリア１０２／１０４及び１１０／１１２の境界の間で相当な重複が無いことが必要とされ、これは、各基地局の近くの高度不足が、第１の方向１２０において位置合わせされた基地局アレイにおける基地局のセルサービスエリアによってカバーされるからである。

また、第２の方向１２２上において様々なセルサービスエリアを提供している基地局をオフセットすることは、第１の方向１２０及び／又は第２の方向１２２において、さらにスペースをあけることを許容することができ、これは、水平面における１つのセルサービスエリアの末端部分が、連続しているサービスエリアを維持している間中に、サービスエリアの間において許容された距離を最大にするために、隣接した基地局アレイにおいて基地局から他のサービスエリアの中央部分に接するからであり、これは、与えられたエリア上にセルサービスエリアを提供するために必要な基地局の数を減らし得る。１例では、第２の方向１２２におけるスペースは、第１の方向１２０におけるスペースの２倍以上であることができ、セルサービスエリアのサービスエリア距離、及び所定の高度に達するためにセルサービスエリアがかかる距離に依存している。

描写されているように、与えられた基地局アレイにおける基地局の間の第１の距離のスペースは、第１の方向１２０において距離１４０として示され得る。第２の方向１２２における基地局アレイの間の第２の距離のスペースは、距離１４２として示され得る。また、基地局アレイの間のオフセットは、第３の距離１４４として示され得る。１つの特定の例では、距離１４０は、１５０キロメートル（ｋｍ）近くであることができ、セルサービスエリア１０２／１０４を提供している基地局の間の距離１４２は、４００ｋｍ以上であり得る。この例では、達成可能なセルサービスエリアは、セルサービスエリアあるいはそれらの関連したセクタから送信された信号の方向において、対応している基地局から少なくとも２００ｋｍであり得る。また、この例では、距離１４４は７５ｋｍ周辺であり得る。

例では、セルサービスエリア１０２／１０４、１０６／１０８、１１０／１１２等を提供している基地局は各々、第１の方向において配向された指向性放射パターンを画定している各アンテナアレイを含み得る。各アンテナアレイは、垂直面においてくさび状であるセルサービスエリアになっている放射パターンのセクタ部分を提供している多数のアンテナを含み得る。例えば、各アンテナによって提供されたセルサービスエリアは、第１及び第２の仰角であって、垂直面における増加している垂直ビーム幅を示し、及び水平面における方位角の部分を満たすものを有し得る。より集中した信号であって方位角のより小さな部分を提供するものを用いることは、送信電力を増加することなく、より遠くの距離及び／又は増加した仰角を達成することを許容する。描写された例では、アンテナアレイによって画定されたセルサービスエリアは、半円のセルサービスエリアを画定するために、第１の方向での方位角の中心において、実質的に１８０度広がっている指向性放射パターンを成形するために実質的に隣接している、６個の実質的に３０度の方位角のセクタを含んでいる。各セクタは、例えば、対応している基地局におけるアンテナによって提供され得る。また、１例では、基地局は、アンテナ毎に無線機を有することができ、さらにここで説明するように、より少ない数の無線機であって、無線リソースを節約するためにアンテナの間にて切り替えるために１つ以上のスイッチを有するより少ないもの、及び／又はその他を有し得る。追加的な又は数がより少ないセクタが提供され得ることについて、理解されたい。加えて、セクタは、３０度より大きい、あるいは、小さい方位角を有することができ、及び／又は、描写された半円のセルサービスエリアよりも、大きい、ありいは、小さい合計のセルサービスエリアの方位角を成形し得る。

さらに他の例では、ネットワーク１００は、隣接した基地局がセルサービスエリアを提供することにおいて交互チャネルを用いることができるように、２つの周波数再利用を実装し得る。例えば、セルサービスエリア１０２／１０４を提供している基地局は、第１のチャネルを使用することができ、そして、同様な基地局アレイにおいて、セルサービスエリア１０６／１０８を提供している基地局は、第２のチャネルを使用し得る。同様に、異なる基地局アレイにおいてセルサービスエリア１１０／１１２を提供している基地局は、第２のチャネル等を使用し得る。他の周波数再利用パターン及び／又は再利用ファクターの数は、隣接したセルサービスエリアの間において周波数の多様性を提供するために、このスキームにおいて利用され得ることについて、理解されたい。さらに、ネットワーク１００の配置の例では、第１の方向１２０及び／又は第２の方向１２２は、基本方位（例えば、北、南、東、または西）、中間の方位（例えば、北東、北西、南東、南西、南南東、東南東等）、及び／又は水平面のその他のものであることができ、又は、これらの近くであり得る。加えて、ネットワーク１００は、国の境界、１つ以上の国を横切る空中回廊の境界、及び／又はその他の中に配置され得る。１例では、セルサービスエリア１０６／１０８は、国または空中回廊の境界にて、初期の基地局によって提供され得る。この例では、セルサービスエリア１０６／１０８、１１０／１１２、及び境界における追加のセルサービスエリアを提供している基地局は、１つ以上のパッチアンテナを含むことができ、これは、基地局の間の距離から所定の高度にてセルサービスエリアを、ポイントに提供するためであり、各セルサービスエリア１０６／１０８、１１０／１１２等は、所定の高度に達する。例えば、１つ以上のパッチアンテナは、所定の高度までセルサービスエリアを提供するために、セルサービスエリア１０６／１０８、１１０／１１２等の後ろ、及び／又は、これらの基地局上に（例えば、地平線に対して上方へ傾けた及び／又は平行な角度のある１つ以上のアンテナとして）存在し得る

図２は、少なくとも所定の高度にてＡＴＧ無線通信を促進するために、重複しているセルを提供するためのネットワーク２００の例を示している。ネットワーク２００は、ＡＴＧ無線通信を提供するために、信号を送信する基地局２０２、２０４、及び２０６を含む。基地局２０２、２０４、及び２０６は各々、信号であって、例えば所定の高度を達成するために、第１及び第２の仰角によって画定された放射パターンを示しているものを送信する。この例では、基地局２０２、２０４、及び２０６は各々、くさび状セルサービスエリア２１２、２１４、及び２１６を提供する。基地局２０２、２０４、及び２０６は、同じ基地局アレイの一部として、第１の方向１２０において実質的に位置合わせされて配置されることができ、上述したように、あるいはさもなければ、セルサービスエリア２１２がセルサービスエリア２１４（及び／又は、垂直面において異なる高度範囲にて、２１６）に重複することができ、セルサービスエリア２１４がセルサービスエリア２１６に重複できる等のように、セルサービスエリア２１２、２１４、及び２１６が第１の方向において位置合わせされることを許容するために配置され得る。これによって、セルサービスエリア２１２、２１４、及び２１６は、様々な位置合わせされた基地局２０２、２０４、及び２０６等によって画定された距離のための、少なくとも所定の高度（例えば、４５，０００フィート（ｆｔ））を達成することが可能となる。

描写されているように、この例では、基地局２０２は、基地局２０４によって送信された信号が４５，０００ｆｔ（例えば、ポイント１３０の近く）の所定の高度に達するまで、距離のために基地局２０４の近くで４５，０００ｆｔまでセルサービスエリアを提供するのを促進するために、基地局２０４のセルサービスエリア２１４に重複するセルサービスエリア２１２を提供し得る。この例では、基地局２０４は、基地局２０４のセルサービスエリア２１４が所定の高度に達する距離から、基地局２０２のセルサービスエリア２１２の達成可能な距離を、差し引いた距離に対応する位置に、配置され得る。これに関して、仰角、仰角に基づく所定の高度にて垂直ビーム幅を達成するためにかかる距離、基地局の間の距離等に基づく所定の高さを達成するために、異なる基地局の重複している実質的にはいくつかのセルサービスエリアが有り得る。

１つの特定の例では、説明されているように、基地局２０２、２０４、及び２０６は、第１の距離１４０だけ離れ得る。第１の距離１４０は第１の方向１２０に沿って実質的に１５０ｋｍであることができ、それによって、基地局２０４が基地局２０２から１５０ｋｍ周辺となり、そして基地局２０６が基地局２０２から３００ｋｍ周辺となる。また、例では、基地局２０６及び２０４の間を飛行している航空機は、その高度に依存している基地局２０２によってカバーされてよく、そして１例では、高度は、他の基地局、あるいは、基地局によって提供されたセルに対して、航空機の装置を引き継ぎするか及び／又は引き継ぎするときを決定するために用いられ得る。

また、いくつかの例にて説明したように、基地局２０２、２０４、及び２０６は、図１に示されるように、第１の方向１２０に沿って配向された指向性放射パターンを提供しているアンテナアレイを含むことができ、指向性放射パターンは、第１の方向１２０での方位角の中心での所定の幅に広がっており、そして、実質的にくさび状射パターンを画定するために、少なくとも所定の距離を越える各サービスエリア２１２、２１４、及び２１６の第１の仰角及び第２の仰角の間において広がる。これに関して、図２は、基地局２０２、２０４、及び２０６及び関連したサービスエリア２１２、２１４、及び２１６の垂直面の側面図である。従って、１例では、基地局２０２は、サービスエリア２１２であって水平面において図１のサービスエリア１０６／１０８と同様なものを提供することができ、そして、基地局２０４は、サービスエリア２１４であって図１のサービスエリア１０２／１０４と同様なものを提供し得る。また、説明のように、方向１２０は、基本方位、中間の方位、及び／又はその他に関連し得る。加えて、ネットワーク２００の配置において、追加の基地局は、所望のサービスエリアが提供されるまで（例えば、境界のエッジまたは空中回廊に達するまで）、方向１２０に沿って基地局２０６の前に提供され得る。

図３は、図２のように、少なくとも所定の高度にてＡＴＧ無線通信を促進するために、重複しているセルを提供するためのネットワーク３００の例を示している。ネットワーク３００は、従って、ＡＴＧ無線通信を提供するために信号を送信する基地局２０２、２０４、及び２０６を含む。基地局２０２、２０４、及び２０６は各々、信号であって、例えば所定の高度を達成するために、第１及び第２の仰角によって画定された放射パターンを示しているものを送信する。これは、各くさび状セルサービスエリア２１２、２１４、及び２１６を提供することをもたらす。基地局２０２、２０４、及び２０６は、同じ基地局アレイの一部として、第１の方向において実質的に位置合わせされて配置されることができ、上述したように、あるいはさもなければ、セルサービスエリア２１２がセルサービスエリア２１４（及び／又は２１６）に重複することができ、セルサービスエリア２１４がセルサービスエリア２１６に重複できる等のように、セルサービスエリア２１２、２１４、及び２１６が第１の方向において位置合わせされることを許容するために配置され得る。これによって、セルサービスエリア２１２、２１４、及び２１６は、様々な位置合わせされた基地局２０２、２０４、及び２０６等によって画定された距離のための、少なくとも所定の高度（例えば、４５，０００ｆｔ）を達成することが可能となる。

加えて、しかしながら、基地局２０２は、所望のサービスエリアのエッジに配置されることができ、そして、追加のＡＴＧ無線通信サービスエリアを提供するために、１つ以上のパッチアンテナを含み得る。例では、所望のサービスエリアのエッジは、国の境界、空中回廊の境界等を含み得る。例えば、１つ以上のパッチアンテナは、セルサービスエリア２０２を提供しているアンテナに比べて、上方へ傾けて、及び／又は、追加の高度を有して提供され得る。１例では、例えば、少なくとも１つのパッチアンテナは、ここで説明されているネットワーク配置の構成において、境界またはエッジの近くのサービスエリアの隙間をうめるために、目標の高度まで追加のサービスエリア３０２及び／又は３０４を提供し得る。

ネットワーク１００及びその対応している基地局であって、図１〜図３を参照して記述されたくさび状セルアーキテクチャを採用しているものは、極めて広い地理学のエリア、あるいは、ちょうど国全体の上の航空機における受信機との通信のためにサービスエリアを提供するために採用されてよい。また、そのようなアーキテクチャを用いることは、ネットワーク１００の構築に必用とされる基地局の数を低減または最小化してよく、これは、比較的長い距離が基地局の間に提供されてよいからである。ビーム成形の技術及び周波数再利用は、干渉無しで多数のターゲットに対して良質のサービスを提供するために、ネットワーク１００の能力をさらに改善するために採用されてよい。１つの実施例では、各くさび状セルは、（上述した）６個のセクタを含んでよく、そして、各セクタは、異なる航空機の各受信機に、少なくとも３つの同時の、非重複である全容量のビームを成形し得る。いくつかのケースでは、全容量ビームは、少なくとも５〜１０Ｍｂｐｓを提供してよい。従って、各くさび状セルは、少なくとも、セクタ毎に１５〜３０Ｍｂｐｓ、及び少なくともセクタ毎に９０〜１８０Ｍｂｐｓの総合スループットをその対応するサービスエリアに提供してよい。

例えば地上ベースのＷｉＦｉ送信機等の、地上の送信機からの飛行中の干渉が、カバーされる地理学のエリアの全体において比較的低かった場合、図１〜図３のネットワーク１００のくさびアーキテクチャは、なんらかのさらなる修正なしで、安定性及びコストの効果を提供し得る。しかしながら、図４に示されているように、地上の送信機４００が無指向性アンテナ、あるいは、同一なアンテナであって、上側に送信するために少なくとも部分的に配向されているものを用いてよく、これらのアンテナは、潜在的に干渉する信号出力４１０であって、大都市圏の上空に広がってよいものを送信してよい。従って、大都市圏の上空を飛行している航空機４２０は、厳しい通信環境を経験するかもしれない。いくつかのケースでは、特に、これらの地上の送信機の数及び密度が多い場合、最悪のケースの干渉の可能性の量は、図１〜図３を参照して説明したネットワーク１００のトポロジーをちょうど用いて克服するのが困難であるかもしれない。厳しい通信環境を克服するのを促進するために、例えば提示されてよい環境であって多数の地上の送信機が存在し、いくつかの実施例は、１つ以上の垂直方向に配向されたセル（これは、「スカイセル」と称してもよい）を採用してよい。図４は、垂直方向に配向されたセル４３０の１例を示す。しかしながら、複数のそのようなセルは、ある大都市圏において採用されることができ、そして、そのようなセルは、ここで説明されたスカイセル軽減技術を用いて干渉軽減のより広い領域を提供するために、互いに隣接して設けられてよいことについて、理解されたい。

図４の例では、垂直方向に配向されたセル４３０のサービスエリアの側面図が提供されている。しかしながら、これが「スカイセル」を成形している円偏波アンテナの側面図の代表であることについて、理解されたい。よって、垂直方向に配向されたセル４３０のサービスエリアは、送信機または垂直方向に配向されたセル４３０を成形している基地局における、コーンの頂部にて実質的にコーン状であってよい。いくつかのケースでは、コーンの先細になっている側は、コーンの頂部にて送信機または基地局（例えば、スカイセル基地局４３５）から上側に広がっている１２０度のサービスエリアを画定してよい。

図４に示されたエリアの一部または全部は、また、図１〜図３に示されたものと同様な１つ以上のくさび状セルのセクタ内であってよい、ことについて理解されたい。よって、くさび状セルの実質的に水平方向に配向されたサービスエリアは、垂直方向に配向されたセルの実質的に垂直方向に配向されたサービスエリアに重複してよい。いくつかのケースでは、くさび状セル内で通信のために用いられる周波数は、各対応するセルによって送信された信号の間での干渉を防止するために、垂直方向に配向されたセル４３０内で通信のために用いられる周波数と異なってよい、ことについて理解されたい。しかしながら、航空機４２０にて採用されてよい干渉軽減の策略に例えば基づいて、同じ周波数がこれらの重複しているセルによって採用されることが可能であってもよい。例えば、航空機４２０は、第１のアンテナまたはアンテナアレイであって、地平線近くに集中されている到来角度にて信号を受信するために配向されているものを有してよい。図４のセクタ４４０は、そのような信号が第１のアンテナまたはアンテナアレイを介して航空機４２０で受信されてよい範囲を示す。航空機４２０は、第２のアンテナまたはアンテナアレイであって、実質的に下側を見て配向されているものを有してよい。セクタ４５０は、そのような信号が第２のアンテナまたはアンテナアレイを介して航空機４２０で受信されてよい範囲を示す。いくつかのケースでは、航空機４２０は、第１のアンテナまたはアンテナアレイと第２のアンテナまたはアンテナアレイとの間の絶縁をさらに向上させるために、あらゆる形状の機械的シールドを採用してよい。

図４から理解され得るように、セクタ４４０にて受信される信号は、より低い地上の送信機４００から干渉を被りそうにならないかもしれないが、くさび状セルを介して送信された実質的に水平方向に配向された信号を受信してよい。一方、セクタ４５０からの受信された信号は、地上の送信機４００からのいくつかの干渉を被るかもしれないが、垂直方向に配向されたセル４３０は、地上の送信機４００によって生成されたノイズを克服するために、より大きなリンクマージンを有する、集中された制御可能ビームを採用してよい。

垂直方向に配向されたセル４３０と対応しているくさび状セルサービスエリアとの間に重複があってよいことが与えられており、いくつかのケースでは、航空機（または、特に、１つ以上のそれらの受信機）は、くさび状セル及び垂直方向に配向されたセル４３０の間に引き継ぎされてよい。そのような引き継ぎは、より高いピークのデータレートを分配するために、トラフィックを混んでいるセルからそれほど混んでいないセルに渡すために行われてよく、またはさもなければ、性能を最大化するために行われてよい。いくつかのケースでは、航空機４２０の受信機は、与えられた期間（例えば、次の比較が行われるまで）にサービスセルとして最もよいセルを選択するために、実質的に水平方向に配向されたサービスエリアを提供しているセルと、実質的に垂直方向に配向されたサービスエリアを提供しているセル間において、例えば、ルーチン、ランダム又は所定のインターバルにて、信号の強度又は他の基準を比較するように構成されてよい。

実施例に従って、ビーム成形制御モジュールは、ビーム成形の技術のアプリケーションを支援するために、固定された基地局の２Ｄ認識、及び、航空機における受信局に関する位置情報の３Ｄ認識の両方を採用して提供されてよい。実施例のビーム成形制御モジュールは、（航空機のアンテナアレイからのビーム成形を制御するために）航空機４２０、及び／又は、基地局（例えば、基地局４３５）に設けれられているいずれかを含んでいるＡＴＧ通信ネットワーク内の多くの異なる位置のいくつかに物理的に設けられてよい。図５は、そのようなビーム成形制御モジュールの実施例を採用してよい、ＡＴＧ通信ネットワークの機能ブロック図である。

図５に示されるように、第１の基地局（ＢＳ）５００及び第２の基地局（ＢＳ）５０２は各々、ＡＴＧネットワーク１００の基地局であってよい。ＡＴＧネットワーク１００は、また、他の基地局（ＢＳ）５１０を含んでよく、各基地局は、ゲートウェイ（ＧＴＷ）装置５２０を介してＡＴＧネットワーク１００と通信してよい。ＡＴＧネットワーク１００は、また、例えばインターネット５３０又は他の通信ネットワークの等の広範囲ネットワークと通信してよい。いくつかの実施形態では、ＡＴＧネットワーク１００は、パケット交換のコアネットワークを含んでよく、あるいは、当該ネットワークと結合してよい。第１のＢＳ５００、第２のＢＳ５０２、及び他のＢＳ５１０のいくつかは、垂直の配向性（例えば、図４の基地局４３５）において主に通信するために配向された円偏波アンテナを採用している基地局の例、または、図１〜図３のくさびアーキテクチャの基地局の例のいずれかであってよい、ことについても理解されたい。よって、航空機の受信機の引き継ぎは、そのようないくつかのアセットの間のいずれの方向においても、図５に示されるシステムの制御下にて達成されてよい。

実施例では、ＡＴＧネットワーク１００は、ネットワークコントローラ５４０であって、例えば、スイッチング機能を含んでよいものを含んでよい。よって、例えば、ネットワークコントローラ５４０は、航空機４２０（または、航空機４２０の通信設備）への及びからのルーチンのコールを扱うために、及び／又は、他のデータ、あるいは、航空機４２０の通信設備とＡＴＧネットワーク１００との間の通信の伝達を扱うように構成されてよい。いくつかの実施形態では、ネットワークコントローラ５４０は、航空機４２０の通信設備がコールにかかわっているときに、固定電話本体への接続を提供するために機能してよい。加えて、ネットワークコントローラ５４０は、航空機４２０の通信設備への及びからのメッセージ及び／又はデータの転送を制御するように構成されてよく、そして、基地局のためのメッセージの転送を制御してもよい。ネットワークコントローラ５４０は図５のシステムに示されているが、ネットワークコントローラ５４０は、ただ単に、例示的なネットワーク装置にすぎず、そして、実施例は、ネットワークコントローラ５４０を採用しているネットワークにおいて用いることに限定されない、ことについて留意されたい。

ネットワークコントローラ５４０は、例えば、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）、メトロポリタン・エリア・ネットワーク（ＭＡＮ）、及び／又はワイド・エリア・ネットワーク（ＷＡＮ）（例えば、インターネット５３０）等のデータネットワークに結合されてよく、当該データネットワークに直接的にまたは間接的に結合されてよい。次に、例えばプロセッシング要素等（例えば、パーソナルコンピュータ、ラップトップコンピュータ、スマートフォン、サーバコンピュータ等）の装置は、インターネット５３０を介して航空機４２０の通信設備に結合され得る。

ＡＴＧネットワーク１００の全ての実施形態の全ての要素が示されてここに記載されているわけではないが、航空機４２０の通信設備は、ＡＴＧネットワーク１００を通して多数の異なるネットワークのいくつかの１つ以上と結合されてよい、ということについて理解されたい。これに関して、ネットワークは、第１世代（１Ｇ）、第２世代（２Ｇ）、第３世代（３Ｇ）、第４世代（４Ｇ）及び／又はさらなるモバイル通信プロトコル等の多数のうちの１つ以上に従ってサポートし得る。いくつかのケースでは、サポートされた通信は、例えば２．４ＧＨｚまたは５．８ＧＨｚの無免許の周波数帯域を用いて画定された通信リンクを採用してよい。実施例は、時分割複信（ＴＤＤ）、周波数分割複信（ＦＤＤ）、または、システム内での２つの通信を可能にするために適した他のメカニズムを採用してよい。

上述のように、ビーム成形制御モジュールは、実施例におけるネットワーク側または航空機側の、いずれかまたは両方での無線通信設備において採用されてよい。よって、いくつかの実施形態では、ビーム成形制御モジュールは、航空機４２０の受信局（例えば、乗客の装置、あるいは、航空機の通信システムに関連する装置（例えば、ＷｉＦｉルータ））において実装されてよい。いくつかの実施形態では、ビーム成形制御モジュールは、ネットワークコントローラ５４０において、または、いくつかの他のネットワーク側のエンティティにて実装されてよい。

図６は、実施例に係るビーム成形制御モジュール６００のアーキテクチャを示す。ビーム成形制御モジュール６００は、処理回路６１０を含んでよく、当該処理回路６１０は、様々な入力情報の処理に基づいて、航空機４２０または基地局の１つのいずれかに設けられたアンテナアレイからのビームを発生するための制御出力を提供するように構成されている。処理回路６１０は、本願発明の実施例に従って、データ処理、制御実行機能、及び／又は他の処理及び管理サービスを行うように構成されてよい。いくつかの実施形態では、処理回路６１０は、チップまたはチップセットとして具現化されてよい。すなわち、処理回路６１０は、材料を含んでいる１つ以上の物理的なパッケージ（例えば、チップ）、コンポーネント及び／又は構造組み立て品（例えば、ベースボード）を備えてよい。構造組み立て品は、物理的な強度、サイズの維持、及び／又はそれらに含まれたコンポーネント回路のための電気的相互作用の制限を提供してよい。処理回路６１０は、従って、いくつかのケースでは、単一のチップに、あるいは、「システムオンチップ」として本願発明の実施形態に実装するように構成されてよい。または、いくつかのケースでは、チップまたはチップセットは、ここで説明する機能を提供するための、１つ以上の動作を行うための手段を備えてよい。

実施例では、処理回路６１０は、１つ以上のプロセッサ６１２及びメモリ６１４の例であって、デバイスインターフェース６２０、及びいくつかのケースでは、ユーザインターフェース６３０と通信、あるいはさもなければ、これを制御してよいものを含んでよい。または、処理回路６１０は、ここで説明する動作を実行するように構成（例えば、ハードウエア、ソフトウエア、あるいは、ハードウエアとソフトウエアの組み合わせ）された回路チップ（例えば、集積回路チップ）として具現化されてよい。しかしながら、いくつかの実施形態では、処理回路６１０は、オンボードコンピュータの一部として具現化されてよい。いくつかの実施形態では、処理回路６１０は、ＡＴＧネットワーク１００の様々なコンポーネント、エンティティ及び／又はセンサと通信してよい。

（実装されている場合）ユーザインターフェース６３０は、ユーザインターフェース６３０におけるユーザ入力の指示を受けるために、及び／又は、可聴的な、ビジュアル的な、機械的な又は他のユーザへの出力を提供するために、処理回路６１０と通信してよい。また、ユーザインターフェース６３０は、例えば、ディスプレイ、１つ以上のレバー、スイッチ、インジケータライト、ボタンまたはキー（例えば、ファンクションボタン）、及び／又は、他の入力／出力メカニズムを含んでよい。

デバイスインターフェース６２０は、他の装置（例えば、モジュール、エンティティ、センサ、及び／又は、ＡＴＧネットワーク１００の他のコンポーネント）と通信できるために、１つ以上のインターフェースメカニズムを含んでよい。いくつかのケースでは、デバイスインターフェース６２０は、処理回路６１０と通信する、モジュール、エンティティ、センサ、及び／又は、ＡＴＧネットワーク１００の他のコンポーネントから／に、データを受け取り及び／又は送信するように構成されている、ハードウエア又はハードウエアとソフトウエアとの組合せのいずれかにて具現化された装置又はデバイスのようないくつかの手段であってよい。

プロセッサ６１２は、多数の異なる手法にて具現化されてよい。例えば、プロセッサ６１２は、１つ以上のマイクロプロセッサ、または、他の処理要素、コプロセッサ、コントローラ、または、様々な他のコンピューティングあるいはプロセッシングデバイスであって、例えば、ＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ）等の集積回路を含んでいるもののような、様々な処理手段として具現化されてよい。実施例では、プロセッサ６１２は、メモリ６１４、あるいはさもなければ、プロセッサ６１２にアクセス可能なものに格納された命令を実行するように構成されてよい。また、ハードウエアによって構成されていても、あるいは、ハードウエアとソフトウエアとの組合せによって構成されていても、プロセッサ６１２は、適切に構成されている間中本発明の実施形態に従って動作を実行することが（例えば、処理回路６１０の形式で、電気回路にて物理的に具現化されて）可能なエンティティを表してよい。よって、例えば、プロセッサ６１２がＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ等として具現化されるとき、プロセッサ６１２は、特に、ここで説明する動作を実行するためにハードウエアを構成してよい。選択的に、他の例では、プロセッサ６１２がソフトウエア命令の実行者として具現化されるとき、命令は、特に、ここで説明する動作を実行するためにプロセッサ６１２を構成してよい。

実施例では、プロセッサ６１２（または、処理回路６１０）は、ネットワークの通信している要素の様々な相対位置に関連する位置情報の受信に応答して、処理回路６１０によって受け付けられた入力に基づいて、ビーム成形制御モジュール６００の動作として具現化されたり、当該動作を含んだり、あるいはさもなければ、当該動作を制御したりしてよい。また、いくつかの実施形態では、プロセッサ６１２（または、処理回路６１０）は、適切にプロセッサ６１２（または、処理回路６１０）を構成している命令またはアルゴリズムの実行に応じたビーム成形についての対応する機能を行うために、アンテナアレイに行われる調整に関するビーム成形制御モジュール６００に関連して説明した各動作を行うと考えてよい。特に、命令は、移動している受信局とここで説明する固定された送信局の１つとの間の通信リンクの確立を促進するだろう方向において、ビームを成形するためにアレイアンテナに指示するために、固定された送信機の場所の２Ｄ位置情報に沿って、（例えば、航空機上の）移動している受信局の３Ｄ位置情報を処理するための命令を含んでよい。

例示の実施形態では、メモリ６１４は、例えば、揮発性の及び／又は不揮発性のメモリであって、固定されるか、あるいは、取り外し可能であってよいもの等の１つ以上の非一時的な記憶装置を含んでよい。メモリ６１４は、本発明の例示の実施形態に従って様々な機能を処理回路６１０が実行できるための、情報、データ、アプリケーション、命令等を格納するように構成されてよい。例えば、メモリ６１４は、プロセッサ６１２によって処理するための入力データをバッファするように構成され得る。加えてまたは選択的に、メモリ６１４は、プロセッサ６１２による実行のための命令を格納するように構成され得る。さらに別に選択的に、メモリ６１４は、センサ及びコンポーネントに入力することに応じて様々なデータセットを格納してよい１つ以上のデータベースを含んでよい。メモリ６１４のコンテンツの間で、アプリケーション及び／又は命令は、各アプリケーション／命令各々に関連した機能を実行するために、プロセッサ６１２によって実行されるために格納されてよい。いくつかのケースでは、アプリケーションは、ここで説明するビーム成形制御モジュール６００の動作を制御するために、入力を提供するために命令を含んでよい。

実施例では、メモリ６１４は、少なくとも１つの基地局の固定された地理的位置を示す固定位置情報６５０を格納してよい。いくつかの実施形態では、固定位置情報６５０は、ＡＴＧネットワーク１００の単一の基地局の固定された地理的位置を示してよい。しかしながら、他の実施形態では、固定位置情報６５０は、ＡＴＧネットワーク１００の複数（または、全て）の基地局の固定された地理的位置を示してよい。他の実施形態では、固定位置情報６５０は、航空機４２０に搭載された、または、ネットワークコントローラ５４０にアクセス可能ないずれかの記憶装置に格納されてよい。しかしながら、固定位置情報６５０の格納場所にかかわらず、そのような情報は、実施例に従って処理するために、メモリから読みだされて、処理回路６１０に提供（そして、従って、受信）されてよい。

処理回路６１０は、また、少なくとも１つのモバイル通信局（これは、双方向コミュニケーションに関するシグナルを送信及び受信できることについて、理解されたい）の３次元位置を示す動的位置情報６６０を受信するように構成されてよい。モバイル通信局は、航空機４２０に搭載された乗客の装置であってよく、または、航空機４２０自身の無線通信装置であってよい。航空機４２０の無線通信装置は、乗客の装置に及びから情報を（中間記憶装置にてまたはなしで）送信してよく、また、通信設備に及びから情報を（中間記憶装置にてまたはなしで）送信してよい。

実施例では、処理回路６１０は、固定位置情報６５０及び動的位置情報６６０に基づいて、第１のネットワークノード（例えば、基地局またはモバイル通信局の一方）の予想相対位置であって、第２のネットワークノード（例えば、基地局またはモバイル通信局の他方）に対する位置を決定するように構成されてよい。すなわち、処理回路６１０は、２つの装置、あるいは、ネットワークノードの位置を示す情報を利用し、そして、ネットワークノードが、ネットワークノードのいずれか１つ（または、両方）の観点から互いに対してどこにあるかを決定してよい。トラッキングアルゴリズムは、動的位置の変化をトラックするために、及び／又は、現在位置及び移動の速度及び方向に基づいて、未来の位置を演算するために採用されてよい。予想相対位置が決定された後、処理回路６１０は、予想相対位置に基づいて、第２のネットワークノードのアンテナアレイからの、制御可能ビームの成形を運営するために命令を提供するように構成されてよい。命令は、制御装置に提供されてよく、当該制御装置は、予想相対位置の方向において制御された制御可能ビームを指向的に成形するために、（モバイル通信局または基地局のいずれかの）アンテナアレイの特性を調整するように構成されている。そのような制御可能ビームは、例えば、５度あるいはより小さい方位角及び仰角の幅を有してよい。また、いくつかのケースでは、そのような制御可能ビームは、２度あるいはより小さい方位角及び仰角の幅を有してよい。しかしながら、より大きなサイズの制御可能ビームが、いくつかの実施形態で採用されてもよい。

実施例では、第１のネットワークノードは、基地局に設けられてよく（または、基地局であってよく）、そして、第２のネットワークノードは、モバイル通信局（例えば、航空機４２０またはその通信設備）に設けられてよい。しかしながら、選択的に、第１のネットワークノードは、モバイル通信局であることができ、そして、第２のネットワークノードは、基地局にあり得る。また、多数のビーム成形制御モジュール６００の例は、モバイル通信局及び基地局の両方が、ビーム成形制御モジュール６００を採用してよいように、提供されてよい。選択的にまたは加えて、ビーム成形制御モジュール６００の多数の例は、多数の航空機及び／又は多数の基地局に提供されてよく、これによって、ＡＴＧネットワーク１００中の各装置（または、少なくとも多数の装置）は、予想または見積もられた相対位置にビームを集中するべく、装置の相対位置を見積もるために、位置情報を用いることに基づいて、ネットワーク内の他の装置に制御可能ビームを向けることができてよい。

いくつかの実施形態では、ビーム成形制御モジュール６００が例示されている場所にかかわらず、予想相対位置を決定することは、未来のモバイル通信局の位置、及び、モバイル通信局が未来のモバイル通信局の位置にあるであろうと見積もられた対応する時間を決定することを含んでよい。すなわち、処理回路６１０は、モバイル通信局の現在位置を決定するためだけではなく、未来のモバイル通信局の位置をさらに決定するために、動的位置情報を利用するように構成されてよく、これによって、例えば、予想相対位置は、移動中の航空機またはそれの通信設備との通信リンクを確立するために、予想相対位置に基づいて、ビームがフォーカスされてよいいくつかの未来の時間のために決定されてよい。

実施例では、動的位置情報６６０は、少なくとも高度情報を含んでよい。また、いくつかのケースでは、動的位置情報６６０は、３Ｄ空間での位置を提供するために、少なくとも、経度及び緯度の座標及び高度を含んでよい。いくつかのケースでは、動的位置情報６６０は、また、機首方位及びスピードをさらに含んでよく、これによって、３Ｄ空間での現在位置、及び機首方位及びスピード（および、ことによると、高さの変化スピード）に基づいて、いくつかの未来の時間における航空機４２０の未来の位置を決定するために、演算が行われ得る。いくつかのケースでは、飛行計画情報は、また、必要となりそうな未来のビーム成形アクションのためのアセットを準備する、あるいは、ネットワークアセットの管理目的のための計画を提供する、予想目的のために使用されてよい。いくつかの実施形態では、ビーム成形制御モジュール６００は、航空機４２０に設けられてよい。そのようなケースでは、固定位置情報６５０は、ネットワークトポロジーを画定するために、多数の基地局のために提供されてよく、そして、航空機４２０に搭載された記憶装置（例えば、メモリ６１４）に格納されてよい。

動的位置情報６６０は、いくつかの適した手法によって、または、適した装置を用いて決定されてよい。例えば、動的位置情報６６０は、航空機４２０に搭載されたグローバル・ポジショニング・システム（ＧＰＳ）情報であって、基地局のものからの航空機４２０に到達する複数の信号からの方向に基づく、航空機の三角測量に基づいているものを利用して、航空機高度計の情報を利用して、レーダー情報及び／又はその他、それらのうちの１つのみまたは互いに組み合わせたものを利用して、決定されてよい。

実施例では、ビーム成形制御モジュール６００は、ＡＴＧネットワーク１００の基地局と通信してよい、ネットワークコントローラ５４０に設けられてよい。そのような例では、動的位置情報６６０は、複数の航空機のための動的位置情報６６０を受信するように、そして、基地局の１つに対する各航空機のための予想相対位置情報を提供するように構成されてよい。選択的にまたは加えて、ビーム成形制御モジュール６００は、動的位置情報を受信するように、そして、少なくとも２つの基地局に対する少なくとも１つの航空機のための予想相対位置情報を提供するように構成されてよい。さらに他の実施形態では、ビーム成形制御モジュール６００は、くわえてまたは選択的に、動的位置情報を受信するように、そして、多数の基地局に関する各異なる航空機のための多数の予想相対位置を提供するように構成されてよい。

ここで説明される特徴のいくつかまたは全てを有している、ビーム成形制御モジュール６００の例は、航空機４２０、ネットワークコントローラ５４０、あるいは、セル基地局自身のいくつかまたは全てにおいて提供されてよい。実施例では、航空機は、それ自身の位置を認識してよく、そして、固定位置情報６５０として基地局の位置全てを格納してもよい。従って、航空機４２０は、他に向けて１つのセルサービスエリアを出発しているとき、あるいは、スカイセル支援が有効であってよいときに、プロジェクトすることができてよい。航空機４２０（または、そのアセットであって、ビーム成形制御モジュール６００を採用するもの）は、それから、航空機４２０の現在及び予想された未来の位置に基づいて、設けられた連続的及び不断の通信を維持するための次の基地局の方向を決定してよい。ビーム成形制御モジュール６００は、それから、次の基地局との通信を開始し、そして、（少なくとも、航空機４２０の高度を含んでいる）動的位置情報６６０を次の基地局に提供してよい。次の基地局における、または、当該基地局と通信するビーム成形制御モジュール６００の例は、それから、少なくともそれ自身の位置を示す固定位置情報６５０、及び受信した動的位置情報６６０を用いて、航空機４２０の相対位置を決定し、そして、動的位置情報６６０に基づいて、航空機４２０に対して制御可能ビームを向けてよい。

いくつかの実施例では、ビーム成形制御モジュール６００は、さらに、航空機４２０の高度に基づいて選択される周波数を使用するビーム成形によって、航空機４２０との通信のための異なる周波数を使用することを運営するように構成されてよい。これに関して、例えば、干渉軽減が影響している間の周波数の再利用を促進するために、ネットワークコントローラ５４０は、航空機４２０が飛行している高度帯に基づいて選択される周波数を使用するビームを成形するために、ビーム成形制御モジュール６００を用いることを可能にしてよい。特に、複数の高度帯が画定されてよく、異なる周波数が各高度帯に対して割り当てられてよい。動的位置情報が航空機４２０のために提供されるとき、航空機４２０の高度は知られてよい。従って、ビーム成形制御モジュール６００は、航空機４２０の現在の高さに対応する、選択された周波数にて航空機４２０へのビームを成形するように構成されてよい。図７は、そのような動作及びそのような動作によって達成されるメカニズムの両方の理解を助けるための、この概念を示す。

図７は、実施例に係る、干渉低減が達成されており、連続するエリアを提供するために、互いに隣接して配置されたスカイセル（ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣ３、ＳＣ４、ＳＣ５、及びＳＣ６）に対応している複数の基地局の側面図である。この構成は、（例えば、ＷｉＦｉの干渉の高レベルを有している）混んでいる大都市圏の上空を通る空中回廊において採用されてよい。三角形状のセルサービスエリアは、ＳＣ１によってサービスされるエリアに対応しているエリア７１０、ＳＣ２によってサービスされるエリアに対応しているエリア７２０、ＳＣ３によってサービスされるエリアに対応しているエリア７３０、ＳＣ４によってサービスされるエリアに対応しているエリア７４０、ＳＣ５によってサービスされるエリアに対応しているエリア７５０、及びＳＣ６によってサービスされるエリアに対応しているエリア７６０を含む。

スカイセルによって提供され得る円錐形状のサービスエリアは、この２次元視において三角形として表されることについて、理解されたい。しかしながら、隣接するスカイセルの配置が要望される混んでる大都市圏のために、次の隣接するセルの間の半分の特定の地上の範囲に達するときに、円錐形状のサービスエリアは、効果的にターミネートしてよい。よって、セルのエッジは、画定された交差点において、垂直に一直線の方を効果的に向いてよい。実施例では、スカイセルサービスエリアの直径は、望ましくは、最低限約２０ｋｍに維持されてよい。しかしながら、いくつかの選択的な実施形態では、他の直径のサイズが選択され得る。

セルは、セルのエッジにおいて効果的にターミネートしてよいが、重複領域は、隣接するセル内に提供されるであろう、そして、いくつかのケースでは、重複領域は、多数のセルからの潜在的なサービスエリアを含んでよい、ことについて理解されたい。これに関して、重複エリア７６２は、エリア７６０及びエリア７５０の重複に対応する。一方、重複エリア７６４は、エリア７４０、７５０、及び７６０の重複を表す。エリア７６４に位置した航空機は、よって、技術的に、ＳＣ４、ＳＣ５、または、ＳＣ６によって到達可能である。しかしながら、ビーム成形制御モジュール６００は、それらの境界を理解するために、ＳＣ４、ＳＣ５、及びＳＣ６各々の固定位置情報６５０を有してよく、そして、ビーム成形制御モジュール６００は、また、ＳＣ５内の航空機４２０の高度及び場所を示している動的位置情報６６０を有してよい。よって、ビーム成形制御モジュール６００は、航空機が重複エリア７６４にいる間中、航空機４２０と通信するために、ＳＣ５を運営してよい。スカイセルの地理的な境界に対する航空機４２０の場所の知識によって、スカイセルは、他のＳＣのサービスエリアにおいて、１つのセルからの伝送を最小化するために、各航空機と通信を行うために、比較的急な（すなわち、より垂直な）ビームを用いることができる。

約２０ｋｍの選択された直径、及び境界のスロープが与えられており、第１の高度７７０によって示される最低連続サービスエリア高度にて、連続しているサービスエリアを提供するために、スカイセルは、特定の距離によって分けられるに違いないことについて、理解され得る。第１の高度帯は、よって、第１の高度７７０より低く画定されてよい。図７に示されるように、第１の周波数（Ｆ１）は、第１の高度帯におけるいくつかの航空機と通信するための使用のために、選択されてよい。他の高度帯（例えば、第２の高度帯）であって、自身の対応する動作周波数（例えば、第２の周波数（Ｆ２））を有するものが、第２の高度７８０と第１の高度７７０との間に画定されてよい。第２の高度は、所定の高さだけ、第１の高度７７０よりも高くてよい。いくつかのケースでは、さらに他の高度帯（例えば、第３の高度帯）であって、自身の対応する動作周波数（例えば、第３の周波数（Ｆ３））を有するものが、第２の高度７８０を超えて画定されてよい。上述のように、ビーム成形制御モジュール６００が航空機４２０のために高度情報を受信するときに、ビーム成形制御モジュール６００は、航空機４２０がどの高度帯にいるかを決定してよい。それから、ビーム成形制御モジュール６００は、航空機４２０が位置している高度帯のための対応する周波数を選択してよい。現在の例では、航空機４２０は、ＳＣ１の上空の４０，０００ｆｔにおいて、第３の高度帯にいてよい。従って、ビーム成形制御モジュール６００は、第３の周波数（Ｆ３）を用いて、航空機４２０へのビーム７９０を成形するために、ＳＣ１を運営してよい。

上述の手法を採用することにより、異なるサブチャネルが、対応している異なる高度帯において採用されてよく、これによって、効率的なスペクトル利用が、比較的混んでいる配置において達成されてよい。目標とされたビームを用いることにより、比較的少量のエネルギーが、成形されたビームの急な仰角によって、いくつかの取り囲んでいるセル内に送られるであろう。また、比較的小さいサイズを選択することにより、航空機への伝搬損失（例えば、延在的に極めて長い範囲のくさび状セルのための伝搬損失に対して）が低減され、だから、リンク経費はクローズする。よって、隣接するセルにおける目標での干渉の可能性は、低減する。また、同じサービスエリア内のいくつかの航空機は、高度分離を有するのがふさわしいであろうから、航空機との通信のための異なる周波数の利用は、そのようなシナリオにて、干渉の最小チャンスもあることを確実にしてよい。いくつかのケースでは、スカイセルは各々、少なくとも３つ同時のビームであって、それらによって、３つもの航空機に同時に少なくとも約６Ｍｂｐｓを送り得るものをサポートしてよい。

図８は、図８が、また、第１のスカイセル８１０及び第２のスカイセル８２０を示すことを除いて、図１のネットワーク１００に関連して記載されたものと同様な構造を含んでよいネットワーク１００の平面図である。第１のセル８１０は、くさび状のアーキテクチャの１つのセルの提供もする基地局に配置される。第２のセルは、くさび状のアーキテクチャの１つのセルの提供もする基地局に配置されない。よって、両方の潜在的な配置のオプションは、例によって示される。しかしながら、いずれかオプション、あるいは、両方のオプションがない多数の例は、また、様々な実施例にて、実行されてよい、ことについて理解されたい。

または、図８のネットワーク８００は、実行される多数の有用な方法によって、図６の制御モジュールがメカニズムを提供してよい環境を提供してよい。図９は、図８のネットワーク８００のシステム及び図６の制御モジュールに関連してよい１つの方法のブロック図を示す。技術的な観点から、上述のビーム成形制御モジュール６００は、図９に記載の動作のいくつか、あるいは、全てをサポートするために使用されてよい。また、図６に記載のプラットフォームは、いくつかのコンピュータプログラム、及び／又は、ネットワーク通信ベースの相互作用の実装を促進するために用いられてよい。例として、図９は、本発明の実施例に係る、方法及びプログラム製品のフローチャートである。フローチャートの各ブロック、及びフローチャートにおけるブロックの組み合わせは、例えば、ハードウエア、ファームウエア、プロセッサ、電気回路、及び／又は、１つ以上のコンピュータプログラム命令を含んでいるソフトウエアの実行に関する他の装置等の、様々な手段によって実装されてよい、ことについて理解されるであろう。例えば、１つ以上の上述の手段は、コンピュータプログラム命令によって具現化されてよい。これに関して、コンピュータプログラム命令であって、上述の手段が具現化するものは、装置（例えば、ネットワークコントローラ５４０、基地局、航空機４２０、航空機４２０における乗客のまたは他の通信装置、及び／又はその他）の記憶装置によって格納されてよく、装置においてプロセッサによって実行されてよい。理解されるであろうことに、いくつかのそのようなコンピュータプログラム命令は、コンピュータ又は他のプログラム可能な装置（例えば、ハードウエア）においてロードされてよく、これによって機器をプロデュースし、コンピュータ上、あるいは、他のプログラム可能な装置上にて実行する命令は、フローチャートのブロックにおける特定の機能を実装するための手段を生成する。これらのコンピュータプログラム命令は、また、特定の手法にて機能するために、コンピュータ、あるいは、他のプログラム可能な装置を運営してよい読み出し可能なコンピュータメモリに格納されてよく、それによって、コンピュータの読み出し可能なメモリに格納された命令は、フローチャートのブロックにて特定される機能を実装する製品を生成する。コンピュータプログラム命令は、また、コンピュータ実装のプロセスを生成するべく、一連の動作を、コンピュータ、あるいは他のプログラム可能な装置において実行可能とするために、コンピュータ、あるいは他のプログラム可能な装置にロードされてよく、それによって、命令は、コンピュータ、あるいは、他のプログラム可能な装置上にて実行する命令は、フローチャートのブロックにおける特定の機能を実装する。

従って、フローチャートのブロックは、特定の機能を発揮するための手段の組み合わせ、及び、特定の機能を発揮するための動作の組み合わせをサポートする。１つ以上のフローチャートのブロック、及びフローチャートのブロックの組み合わせは、特定の機能を発揮する特別な目的のハードウエアベースのコンピュータシステム、あるいは、特別なの目的のハードウエア及び命令の組み合わせによって実装される得ことについて、また、理解されるであろう。これに関して、本発明の１つの実施形態に係る方法は、図９に示されるように、動作９００において、飛行中の航空機の少なくとも高度を示す動的位置情報を受け取ることと、動作９１０において、動的位置情報に基づいて、航空機が位置している高度帯を決定することとを含んでよい。方法は、また、動作９２０において、航空機が位置している高度帯に関連する周波数を決定することと、動作９３０において、航空機のアセットと無線通信を行うために周波数を選択することとを含んでよい。いくつかの実施形態では、方法は、また、追加の選択的な動作であって、図９に破線にて示されている例を含んでよい。これに関して、例えば、方法は、動作９４０において、航空機の予想相対位置を決定するために動的位置情報を活用することと、予想相対位置に基づいて、制御可能ビームの成形を運営するための命令を提供することとを含んでよい。

ここで説明する発明の多くの変形例及び他の実施形態については、上述の説明及び添付の図面において示された教示の利益を有しておりこれらの発明にふさわしい技術の当業者によって理解されるであろう。よって、本発明は特定の開示された実施形態に限定されず、そして、変形例及び他の実施形態は、請求の範囲の範囲内に含まれるために、意図される。また、上述の説明及び添付の図面が、要素及び／又は機能の組み合わせの特定の例示の内容における例示の実施形態を記述するが、要素及び／又は機能の異なる組合せが、請求の範囲の範囲から逸脱せずに、選択的な実施形態によって提供されてよいことについて、理解されたい。これに関して、例えば、上述の例示のものに対して、要素及び／又は機能の異なる組合せは、また、請求の範囲のいくつかにおいて説明されてよいとして想到されてよい。いくつかのケースでは、利益、利点、または、課題の解決手段がここで説明されており、そのような利益、利点、及び／又は、解決手段は、いくつかの実施例において適用可能であるが、必ずしも全ての実施例において適用可能である必要はない。よって、ここに記載のいくつかの利益、利点、または、課題の解決手段は、全ての実施形態、あるいは、請求項に対して、重要である、必要である、または、本質的であると考えられるべきではない。特定の用語がここで採用されているが、これは、一般的に用いられており、そして描写的な概念のみに用いられており、限定の目的のために用いられていない。

Claims (18)

1. 様々なセルにおいて空対地（ＡＴＧ）無線通信を提供するためのネットワークであって、
   飛行中の航空機に設けられている受信局と、
   複数のＡＴＧ基地局であって、各ＡＴＧ基地局は対応している放射パターンを画定し、前記ＡＴＧ基地局は、少なくとも部分的に重複しているサービスエリアを画定するために、互いから離れており、与えられた地理的位置に関して、ＡＴＧ無線通信が前記ＡＴＧ基地局と関連する各ＡＴＧセルによって提供される多数の高度帯が画定されており、前記多数の高度帯各々は、各々異なる動作周波数に対応している、前記複数のＡＴＧ基地局と、
   少なくとも１つの前記ＡＴＧ基地局と通信する制御モジュールであって、前記航空機の高度を示す情報を受信し、及び、前記高度に基づく前記少なくとも１つの前記ＡＴＧ基地局と前記航空機の間の通信のための、前記航空機の前記高度に基づいて、前記各ＡＴＧセルの前記多数の高度帯の各々に対応する動作周波数を選択するように構成されている、前記制御モジュールと、
   を備えるネットワーク。
2. 請求項１に記載のネットワークであって、
   前記少なくとも１つの前記ＡＴＧ基地局は、実質的に垂直方向に広がっている放射パターンを画定する円偏波アンテナアレイ、を備える、
   ネットワーク。
3. 請求項２に記載のネットワークであって、
   前記少なくとも１つの前記ＡＴＧ基地局のサービスエリアは、他のＡＴＧ基地局の少なくとも１つのサービスエリアに重複しており、前記少なくとも１つのサービスエリアは、実質的に水平方向に広がっている放射パターンを画定している、
   ネットワーク。
4. 請求項１に記載のネットワークであって、
   前記制御モジュールは、ビーム成形制御モジュールを備え、当該ビーム成形制御モジュールは、制御可能ビームを前記受信局に向けるために、前記航空機の動的位置情報及び前記少なくとも１つの前記ＡＴＧ基地局の位置に関する固定位置情報を活用するように構成されており、前記航空機の前記動的位置情報は、少なくとも前記高度を画定している、
   ネットワーク。
5. 請求項１に記載のネットワークであって、
   前記少なくとも１つの前記ＡＴＧ基地局は、形状が円錐のサービスエリアであって、前記形状が約１２０度離れている円錐形状の辺を有している、前記サービスエリアを画定する、
   ネットワーク。
6. 請求項５に記載のネットワークであって、
   前記複数のＡＴＧ基地局の多数のものは、形状が円錐のサービスエリアであって、前記形状が約１２０度離れている円錐形状の辺を有している、前記サービスエリアを画定し、及び、前記複数のＡＴＧ基地局の多数のものの隣接する例は、約２０キロメートルの直径を有するセルを画定する、
   ネットワーク。
7. 方法であって、
   飛行中の航空機の少なくとも高度を示す動的位置情報を受け取るステップと、
   前記動的位置情報に基づいて、前記航空機が位置している高度帯を決定するステップであって、前記高度帯は、与えられた地理的位置に関して、空対地（ＡＴＧ）無線通信が前記航空機が通信可能であるＡＴＧ基地局と関連する各ＡＴＧセルによって提供される多数の高度帯のうちの１つであり、前記多数の高度帯各々は、各々異なる動作周波数に対応している、ステップと、
   前記航空機が位置している前記高度帯に関連する周波数を決定するステップと、
   前記航空機の前記高度帯に基づいて、前記航空機のアセットと無線通信を行うために、前記高度帯に対応する動作周波数を選択するステップと、
   を含む、方法。
8. 請求項７に記載の方法であって、
   前記航空機の予想相対位置を決定するために、前記動的位置情報を活用するステップ、を更に含む、
   方法。
9. 請求項８に記載の方法であって、
   前記予想相対位置に基づいて、制御可能ビームの成形を運営するための命令を提供するステップ、を更に含む、
   方法。
10. 請求項７に記載の方法であって、
    前記動的位置情報を受け取るステップは、地上の局の固定された位置を示す、前記航空機における格納された情報に基づいて、前記航空機によって識別される前記地上の局において、前記動的位置情報を受け取るステップ、を含む、
    方法。
11. 様々なセルにおいて空対地（ＡＴＧ）無線通信を提供するためのネットワークであって、
    基地局アレイであって、前記基地局アレイの各基地局は実質的に水平方向に広がっている放射パターンを画定し、前記基地局アレイの基地局は、少なくとも部分的に重複しているサービスエリアを画定するために、互いから離れている、前記基地局アレイと、
    スカイセルであって、前記基地局アレイの基地局の少なくとも１つのサービスエリアに重複する、実質的に垂直方向に広がっている放射パターンを画定する円偏波アンテナアレイを備えている、スカイセルアレイと、を備え、
    前記ネットワークは、受信局の移動に基づいて、前記基地局アレイの前記基地局と前記スカイセルとの間の航空機の前記受信局の切り替えを行うように構成されており、
    前記スカイセルは、地上の送信機の密度が閾値密度よりも多い場所に設けられる、
    ネットワーク。
12. 請求項１１に記載のネットワークであって、
    前記スカイセルの場所は、前記場所の予想される干渉レベルに基づいて選択される、
    ネットワーク。
13. 請求項１１に記載のネットワークであって、
    ビーム成形制御モジュールを更に備え、当該ビーム成形制御モジュールは、制御可能ビームを前記受信局に向けるために、前記航空機の動的位置情報、及び、１つ以上の前記基地局アレイの基地局、あるいは、前記スカイセルの場所に関する固定位置情報を活用するように構成されている、
    ネットワーク。
14. 請求項１３に記載のネットワークであって、
    前記ビーム成形制御モジュールは、前記動的位置情報によって識別されたときの、前記航空機の高度に基づいて、前記制御可能ビームのための周波数を選択する、
    ネットワーク。
15. 請求項１１に記載のネットワークであって、
    前記受信局は、第１のアンテナアレイ及び第２のアンテナアレイから受信した信号の比較に基づいて、前記地平線について配向された前記第１のアンテナアレイ及び前記地上について配向された第２のアンテナアレイの間にて、自動的に切り替えるように構成されている、
    ネットワーク。
16. 請求項１１に記載のネットワークであって、
    前記スカイセル、及び前記スカイセルが重複している前記基地局アレイの基地局は、同じ周波数チャンネルを用いて送信する、
    ネットワーク。
17. 請求項１１に記載のネットワークであって、
    前記スカイセル、及び前記スカイセルが重複している前記基地局アレイの基地局は、異なる周波数チャンネルを用いて送信する、
    ネットワーク。
18. 請求項１１に記載のネットワークであって、
    複数のスカイセルを更に備え、各スカイセルは、画定された約２０キロメートルのセル直径を有する、
    ネットワーク。

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