РАДИОТЕЛЕФОННОЕ УСТРОЙСТВО СВЯЗИ С БОРТОМ САМОЛЕТА Российский патент 2000 года по МПК H04B7/26 H04Q7/00 

Настоящее изобретение относится к области связи. В частности, настоящее изобретение относится к сотовой радиотелефонной связи между самолетом и наземной базовой станцией.

2. Предшествующий уровень техники
Современная техника связи позволяет пассажирам самолетов звонить по телефону в любую точку мира с борта соответствующим образом оборудованного самолета. Радиотелефонным оборудованием могут быть оснащены большие лайнеры воздушных линий, а также менее крупные самолеты общего назначения.

Телефонный разговор обычно начинается с ввода телефонного номера вызываемого абонента, а также информации, касающейся кредитной карточки, с помощью которой осуществляется оплата разговора. Затем по радиотелефону связываются с одной из семидесяти - восьмидесяти радиотелефонных базовых станций, известных также "как сотовые станции, расположенные на поверхности земли. Выбор ячейки, с которой производится связь с борта самолета, зависит от того, какая базовая станция является ближайшей к самолету в момент инициации звонка. Указанные ячейки, каждая из которых сопряжена с общественной коммутируемой телефонной сетью, покрывают большую часть континентальной части Соединенных Штатов, позволяя, таким образом, осуществлять телефонный разговор с борта самолета, практически в любом месте.

Однако использование радиотелефонов, расположенных на борту самолета, сопряжено с целым рядом проблем. Во-первых, радиотелефоны, расположенные на борту самолета, не регистрируются в наземной системе. Поэтому наземной системе не известно местоположение радиотелефона на борту самолета. Это ограничивает пользователей радиотелефонов, находящихся на борту самолета в том смысле, что с борта самолета можно позвонить, но нет возможности принимать звонки, поскольку на наземной системе нет информации о том, куда направлять вызов.

Другая проблема состоит в том, что радиотелефонная система, расположенная на борту самолета, не предусматривает возможность перераспределения канала связи от ячейки к ячейке, аналогично тому, как это делается в наземной сотовой радиотелефонной системе в случае, когда радиотелефон достигает края ячейки. Это приводит к тому, что сеанс связи, выполняемый с радиотелефона, расположенного на борту самолета, прерывается, когда самолет достигает края зоны, покрываемой ячейкой. В результате этого возникает необходимость в устройстве связи с бортом самолета, которое было бы совместимо с наземной сотовой радиотелефонной системой. Другими словами, требуется создание радиотелефонного устройства, расположенного на борту самолета, которое позволяло бы не только осуществлять телефонные разговоры с вызовом с борта самолета, но также и с вызовом с земли радиотелефона, расположенного на борту самолета, на котором связь могла бы быть перераспределена в соседнюю ячейку по мере продвижения самолета к границе области, перекрываемой ячейкой.

Раскрытие изобретения
Устройство в соответствии с настоящим изобретением включает систему связи с бортом самолета, которая имеет наземную подсистему и бортовую подсистему. Бортовая подсистема включает радиостанцию для передачи и приема радиосигналов и бортовой радиотранслятор для ретрансляции радиосигналов с бортовой радиостанции на наземную подсистему. Радиотранслятор производит также ретрансляцию радиосигналов с наземной подсистемы на бортовую радиостанцию. Наземная подсистема включает базовую станцию, которая соединена с общественной коммутируемой телефонной сетью (PSTN) для передачи сигналов из PSTN и для приема ретранслируемых радиосигналов. Базовая станция имеет, по меньшей мере, одну антенну, излучающую в вертикальном направлении, для передачи и приема радиосигналов.

Краткое описание чертежей
Фиг. 1 изображает бортовую радиотелефонную систему связи согласно настоящему изобретению.

Фиг. 2 изображает бортовую подсистему согласно настоящему изобретению.

Фиг. 3 изображает схему способа согласно настоящему изобретению.

Фиг. 4 изображает блок-схему альтернативного варианта воплощения настоящего изобретения.

Подробное описание лучшего варианта осуществления изобретения
Устройство радиотелефонной связи с бортом самолета в соответствии с настоящим изобретением изображено на фиг. 1. Это устройство состоит из двух подсистем: наземной подсистемы (105) и бортовой подсистемы (125).

Наземная подсистема (105) согласно предпочтительному варианту осуществления представляет собой сотовую радиотелефонную систему многостанционного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA).

В альтернативном варианте осуществления используется система многостанционного доступа с временным разделением каналов. Другой альтернативный вариант воплощения использует существующую в настоящее время усовершенствованную мобильную телефонную систему (AMPS). Типовая радиотелефонная система (CDMA) подробно описана в американском патенте N 4901307 автора Гилхоузен и др., который принадлежит компании Квэлкомм, Инк.

Наземная радиотелефонная система состоит из базовой станции (120), которая также называется центром ячейки, соединенной с центром (115) мобильной коммутации, который соединен с общественной коммутируемой телефонной сетью (PSTN) (110). Базовая станция (120) проводит сеанс связи с мобильным телефоном и коммутирует сигналы с радиотелефонов на центр (115) мобильной коммутации. Базовая станция (120) также обеспечивает формирование соответствующих каналов для радиотелефонов, позволяя, таким образом, проводить сеанс связи с базовой станцией. Центр (115) мобильной коммутации коммутирует сигналы с базовой станции (120) в (PSTN) (110) и наоборот.

Каждая базовая станция (120) соединена с антенной (150), которая принимает и излучает радиотелефонные (CDMA) сигналы. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения антенна (150) идентична типовым антеннам передающего центра ячейки, которые широко известны специалистам в данной области техники. В альтернативном варианте осуществления используется антенна, которая излучает в вертикальном направлении. Указанное излучение формирует ячейку, приподнятую над поверхностью земли, позволяя бортовым радиотелефонам пересекать совокупность таких ячеек, подобно тому, как мобильные радиотелефоны пересекают, передвигаясь по поверхности земли, наземные ячейки. Антенна, которая формирует приподнятые ячейки такого типа, представляет собой традиционную направленную антенну, которая хорошо известна в данной области техники.

Блок-схема бортовой подсистемы, в соответствии с настоящим изобретением, изображена на фиг. 2. Эта подсистема использует радиотелефон (205) типа CDMA для связи с радиоретранслятором (210) сигналов радиотелефона, имеющего антенну, которая расположена на борту самолета. Согласно предпочтительному варианту осуществления радиотранслятор (210) имеет усилитель для усиления сигнала, который передается на радиотранслятор.

Радиотранслятор (210) принимает сигналы от индивидуальных радиотелефонов (205), находящихся на борту самолета, и ретранслирует их на антенну (215), смонтированную снаружи самолета. Наружная антенна (215) ретранслирует сигналы на базовую станцию, расположенную на поверхности земли. Эта подсистема может иметь один радиотелефон на малых самолетах и ряд радиотелефонов на борту лайнера, имеющего размеры, используемые на авиалиниях.

Бортовая подсистема также работает в обратном направлении. Телефонные вызовы от PSTN на базовую станцию, расположенную на земле, передаются на внешнюю антенну (215), которая ретранслирует их на радиотранслятор (210), установленный на борту самолета. Антенна радиотранслятора передает сигнал на соответствующий радиотелефон (205) на борту самолета. Радиотелефон (205) определяет, какой сигнал следует декодировать с помощью способа, описанного в публикации Гилхоузена и др. и в соответствии со стандартом Ассоциации Телекоммуникационных отраслей Промышленности/Ассоциации Отраслей Электронной Промышленности, временный стандарт 95 (TIA/EIA/IS-95).

Согласно альтернативному варианту осуществления радиотранслятор сигналов радиотелефонов заменен бортовой базовой станцией, которая обладает способностью регистрировать радиотелефоны на борту самолета. Бортовая базовая станция регистрирует радиотелефоны совместно с наземной базовой подсистемой. Эта базовая станция имеет те же функции, что и ее наземный компонент, но в гораздо меньших масштабах, поскольку ей не требуется работать с тысячами радиотелефонов, как наземной станции. Радиотелефонная система связи в соответствии с настоящим изобретением работает аналогично наземной радиотелефонной системе CDMA, описанной в публикациях Гилхоузен и др. Схема способа ее работы изображена на фиг. 3.

Способ начинается с регистрации радиотелефонов бортовым радиотранслятором на ближайшей (301) ячейке. Это выполняется аналогично тому, как наземный радиотелефон регистрируется наземной базовой радиотелефонной системой; радиотранслятор производит поиск-пилот сигнала наибольшей амплитуды и регистрируется в этой ячейке. Способ регистрации включает определение телефонного номера радиотелефона, и последовательный электронный номер передается на базовую станцию. Процесс регистрации более подробно описан в американском патенте N 5289527 Тидеманна, который принадлежит компании Квэлкомм Инк.

Теперь радиотелефон или проводная наземная телефонная система могут выполнять вызов (310). Вызов от радиотелефона принимается бортовым радиотранслятором и усиливается (320) перед передачей на наземную базовую станцию. Наземная базовая станция затем передает вызов на центр мобильной коммутации, который направляет вызов в PSTN, где он соединяется с вызываемым телефонным номером (325).

Передача сигналов от PSTN на бортовой радиотелефон осуществляется в обратном порядке тому, который используется при инициации вызова с радиотелефона. Центр мобильной коммутации коммутирует вызов на базовую станцию, в которой радиотелефон зарегистрировался. Затем базовая станция передает сигнал (325) на внешнюю бортовую антенну, которая ретранслирует его на бортовой радиотранслятор (320). Радиотранслятор усиливает его и передает усиленный сигнал на радиотелефон, находящийся на борту самолета.

Настоящее изобретение также позволяет наземному телефону или радиотелефону войти в контакт с радиотелефоном, расположенным на борту самолета. Поскольку радиотранслятор зарегистрировал радиотелефон, находящийся на борту, на соответствующей наземной базовой станции, центру мобильной коммутации известно, на какую базовую станцию следует направить вызов. Как только вызов будет направлен на соответствующую базовую станцию, он передается на бортовой радиотранслятор, который затем усиливает вызов и передает его на радиотелефоны, находящиеся на борту. Как описано выше, радиотелефоны затем определяют, какие сигналы следует декодировать.

Другое преимущество настоящего изобретения состоит в возможности перераспределения канала связи от ячейки к ячейке. Как только самолет достигает края текущей ячейки, радиотелефон начинает процесс передачи, описанный в публикации Тидеманна. Сигналы от наземной базовой станции принимаются внешней антенной бортовой подсистемы и ретранслируются на радиотелефоны. Это позволяет радиотелефону произвести поиск самого сильного пилот-сигнала соседней ячейки и зарегистрироваться на этой базовой станции. Определяющим фактором, когда качество пилот-сигнала понижается до уровня, при котором требуется произвести перераспределение канала связи в другую ячейку, является падение уровня пилот-сигнала ниже заранее определенной величины. Эта величина может отличаться для каждой системы и устанавливается таким образом, чтобы оптимизировать эффективность работы системы. Согласно альтернативному варианту осуществления бортовой радиотранслятор заменен устройством типа базовой станции, которая регистрирует радиотелефоны, находящиеся на борту самолета. Блок-схема бортовой базовой станции изображена на фиг. 4. Как только радиотелефон регистрируется на базовой станции самолета, базовая станция самолета производит поиск самого сильного пилот - сигнала от наземной базовой станции и регистрируется на этой базовой станции.

Как изображено на фиг. 4, бортовая базовая станция включает ряд передатчиков (410) базовой станции, которые представляют собой связующее звено между радиотелефоном и базовой станцией. Подсистема (415) взаимосвязи CDMA направляет сигналы между передатчиками (410) и остальной частью базовой станции. Процессор (420) управления вызовом управляет взаимосвязью с радиотелефонами, управляет обработкой всех вызовов и выделяет ресурсы базовой станции.

Блок (430) времени и частоты обеспечивает временное и частотное разделение сигналов для базовой станции. Устройство (435) управления базовой станцией выполняет управление инициализацией, конфигурацией и эффективностью базовой станции. И, наконец, подсистема (440) банка селектора обрабатывает и форматирует данные между наземной базовой станцией и радиотелефоном. Подсистема (440) селектора банка соединена с внешней антенной (315) самолета для приема и излучения сигналов радиотелефонов.

Другие варианты осуществления изобретения, использующие бортовую базовую станцию, могут иметь отличающиеся компоненты и другие свойства. Базовая станция, которая попросту регистрирует радиотелефоны и ретранслирует полученную регистрационную информацию на наземную базовую станцию, также входит в область рассмотрения настоящего изобретения.

Устройство радиосвязи с бортом самолета в соответствии с настоящим изобретением позволяет бортовой радиостанции производить сеанс связи с наземной сотовой радиотелефонной системой. Настоящее изобретение также позволяет наземной системе отслеживать местоположение бортового радиотелефона и вызывать его в случае, когда принимается вызов с наземной телефонной системы, что является техническим результатом. Наземная базовая станция соединена с антеннами, направленными вертикально и формирующими ячейки для самолета. Когда самолет с радиостанцией пересекает указанные ячейки, бортовой ретранслятор принимает сигналы с базовой станции и ретранслирует их на радиостанцию. Если радиостанция принимает сигналы, ретраслятор передает эти сигналы через ячейки для самолетов на базовую станцию. Поскольку самолеты движутся от ячейки к ячейке для поддержания связи с землей, канал связи с радиостанцией перераспределяется на следующую ячейку. 3 с. и 4 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Система связи с наземной подсистемой и бортовой подсистемой, содержащая бортовую радиостанцию в бортовой подсистеме для передачи и приема радиосигналов, бортовой радиоретранслятор для ретрансляции радиосигналов от бортовой радиостанции на наземную подсистему и для ретрансляции радиосигналов от наземной подсистемы на бортовую радиостанцию, а также первую базовую станцию наземной подсистемы, связанной с коммутируемой телефонной сетью общего пользования (PSTN), для передачи сигналов из PSTN и приема ретранслированных радиосигналов, причем первая базовая станция содержит, по меньшей мере, одну направленную вверх активную антенну для передачи и приема радиосигналов, отличающаяся тем, что наземная подсистема содержит, по меньшей мере, вторую базовую станцию, принимающую от и передающую на бортовую подсистему радиосигналы, в случае, если качественный уровень радиосигналов первой базовой станции ниже заданной величины, при этом бортовая радиостанция осуществляет выбор второй базовой станции, реагируя на качественный уровень радиосигнала второй базовой станции. 2. Система связи по п.1, отличающаяся тем, что радиоретранслятор выполнен с возможностью регистрации бортовой радиостанции на базовой станции. 3. Система связи по п.1, отличающаяся тем, что множество направленных вверх активных антенн определяет множество бортовых ячеек. 4. Система связи с наземной радиотелефонной подсистемой и бортовой подсистемой, содержащая бортовой радиотелефон в бортовой подсистеме для передачи и приема радиосигналов, бортовую базовую станцию для регистрации радиотелефона на наземной радиотелефонной подсистеме и ретрансляции радиосигналов с бортового радиотелефона на наземную радиотелефонную подсистему и для ретрансляции радиосигналов с наземной радиотелефонной подсистемы на бортовую радиостанцию, а также первую базовую станцию в наземной радиотелефонной подсистеме, связанной с коммутируемой телефонной сетью общего пользования (PSTN), для передачи радиосигналов из PSTN и приема ретранслированных радиосигналов, причем первая базовая станция имеет множество направленных вверх активных антенн для передачи и приема радиосигналов, отличающаяся тем, что наземная радиотелефонная подсистема является подсистемой многостанционного доступа с кодовым разделением каналов (МДКР), а передаваемые и принимаемые радиосигналы являются радиосигналами МДКР, наземная радиотелефонная подсистема содержит, по меньшей мере, вторую базовую станцию, принимающую от и передающую на бортовую подсистему радиосигналы, в случае, если качественный уровень радиосигналов первой базовой станции ниже заданной величины, при этом бортовой радиотелефон осуществляет выбор второй базовой станции, реагируя на качественный уровень радиосигнала второй базовой станции. 5. Система связи по п.4, отличающаяся тем, что множество направленных вверх активных антенн практически устраняет излучение радиосигналов на уровне поверхности земли. 6. Система связи по п.4, отличающаяся тем, что множество направленных вверх активных антенн определяет множество бортовых ячеек. 7. Система связи, содержащая бортовой радиотелефон, выполненный с возможностью передачи и приема радиотелефонных сигналов, множество базовых станций, связанных с коммутируемой телефонной сетью общего пользования (PSTN) для связи принятых радиотелефонных сигналов с PSTN и для преобразования сигналов в радиотелефонные сигналы для передачи их на бортовой радиотелефон, а также множество направленных вверх активных антенн для приема и передачи радиотелефонных сигналов, отличающаяся тем, что каждая из множества направленных вверх активных антенн соединена с первой базовой станцией из множества базовых станций, передаваемые и принимаемые радиотелефонные сигналы являются радиотелефонными сигналами многостанционного доступа с кодовым разделением каналов (МДКР), а указанное множество направленных вверх активных антенн практически устраняет излучение радиотелефонных сигналов МДКР на уровне поверхности земли.