無線傳輸系統以及方法

2023-05-05 16:48:26

專利名稱：無線傳輸系統以及方法
技術領域：
本發明涉及用於在飛機和其它類型的飛行器中有效地利用頻帶 來使傳輸容量最大化的無線傳輸技術。
背景技術：
近年來，在客機中使用的飛行娛樂("IFE")系統通過為乘客提 供諸如電影、音頻節目、遊戲、以及甚至網際網路瀏覽之類的飛行娛樂 服務來使得長途飛行更加令人愉快。這些系統可訪問的電影、音頻遊 戲、網際網路數據和其它信息典型地被存儲在機上(on-board)伺服器 中，並被以模擬或數字傳輸方式、通過同軸電纜、光纖、或其它有線 介質從伺服器傳送出去。IFE設備通常包括懸掛式投影儀和LCD或其 它類型的視頻監視器，以及安裝在獨立的乘客座位處的小型、獨立的 監視器和控制器(手持機)。來自伺服器的主傳輸電纜通常位於天花板中，其它懸掛式設備通 過來自主電纜的幹線連接。為了連接到位於落地座位中的設備，通過 飛行器的側壁對大量的中繼電纜進行布線。因為使高成本飛機的操作 時間最大化是航空公司主要關注的問題，所以航空公司頻繁地改變路 線以及飛機的票類配置。這使得必須改變座位位置，優選地在短時間 內以低成本完成對座位位置的改變。然而，因為改變座位配置還意味 著還必須改變側壁中的中繼線，所以改變座位布置要花費很長的時間 因而成本很高。因此，需要從有線到無線傳輸介質的改變。多年來還為某飛行器配備了能夠與地面站進行電話通信的飛行 器電話通信系統。為了防止對地面電話系統的RF幹擾，將為飛行電話 系統保留的專用無線頻帶分配給機上電話通信系統。無線頻帶專用於 這樣的飛行電話系統(具有很少的訂戶，並且承載很少的呼叫)是對 帶寬的低效率使用，然而，提出了能夠與地面電話系統共享帶寬而不
對現有電話系統造成不利影響的技術。當飛行器中所安裝的移動站選擇了用於通信的無線頻率，而所選 的無線頻率已經用於與另一移動站進行通信，並且該通信遭受由來自 飛行器上的移動站的RF幹擾所引起的噪聲的情況下，以下的參考專利U井授了一種方法對已經用於另一RF頻率的無線電話頻率進行無條 件的切換，並且在尚未使用所選的RF通信頻率的情況下防止該頻率用於地面系統上的電話通信。這項技術使得能夠經濟地部署移動通信系 統實現飛行電話服務，而不另外設定為飛行電話服務保留的新的無線 頻率，並且不要求安裝新的專用設備。下面，參考專利2講授了一種技術，該技術用於控制移動飛行電 話通信設備的發射功率以防止RF幹擾終端在地面電話系統上操作的 汽車電話系統，以及用於控制接收功率以防止地面汽車電話通信受到 RF幹擾所引起的通信幹擾。這項技術使能夠經濟地部署移動通信系統 實現飛行電話服務，而不另外設定為飛行電話服務保留的新的無線頻 率，並且不要求安裝新的專用設備。參考專利l:日本未審查專利Appl. Pub. H02-39736。 參考專利2:日本未審查專利Appl. Pub. H02-39739。 將主要視頻信息發射至飛行器內部的各個座位要求很大的帶寬。 如果使用同時向每個座位發射相同內容的廣播系統，並且以5兆比特/ 秒的比特率將視頻信號發射至每個座位，則發射路徑僅需要相同的5 兆比特/秒的傳輸容量。然而，如果使用使得用戶能夠根據需要接收內 容的隨選單播系統，則必須給幾百個座位中的每個座位提供具有超過 1Gb/秒的容量的傳輸路徑。儘管中繼線上的傳輸負載不如主幹線大， 然而每條中繼線能夠供應幾個到幾十個座位不等，因此需要幾十到幾 百兆比特/秒的傳輸容量。將這樣的有線系統轉換為無線系統需要建立能夠在不對地面無 線電話系統造成不利影響的情況下將傳輸容量保證在幾十到幾百兆比 特/秒之間的系統。然而，利用參考專利1和2中所講授的技術，無線電 話傳輸容量小於或等於l兆比特/秒，並且無法保證以上所提及的大傳 輸容量
發明內容
本發明旨在解決這個問題，本發明的目的是構建一種系統，該系 統能夠在不對地面無線電話網絡造成不利影響或不受地面無線電話網 絡影響的情況下保證傳輸容量足以承載大量的視頻數據。為了實現這個目的，根據本發明的無線傳輸系統是用於在飛行器 中通過無線方式傳輸數據信號的系統，該系統包括無線發射裝置，用於通過無線方式對從M個(其中M是大於或等於2的整數)頻帶中選 擇的任意一個頻帶上的數據信號進行發射；無線接收裝置，用於接收 數據信號；以及選擇裝置，用於從M個頻帶中選擇一個頻帶。根據本發明的另一方面的無線傳輸方法是用於在飛行器中通過 無線方式傳輸數據的方法，該方法包括通過無線方式對從M個(其 中，M是大於或等於2的整數)頻帶中選擇的任意一個無線頻帶上的數 據信號進行發射的步驟；接收數據信號的步驟；以及從M個頻帶中選 擇一個頻帶的步驟。本發明的無線傳輸系統以及方法通過無線方式將數據信號發射 至每個座位。因此，在改變座位配置時不需要改變布線，從而能夠在 短時間內改變座位配置，能夠改進飛行器的服務速率，並且能夠降低 改變座位配置的成本。此外，因為基於飛行器飛行的海拔區改變無線 頻帶，所以在低海拔飛行時能夠使用被限制為防止與地面通信系統的 相互幹擾的頻帶，以提供最小需要的服務。此外，因為在高海拔飛行 時不存在對地面通信系統的幹擾或來自地面通信系統的幹擾，因此能 夠使用寬頻帶來提供諸如視頻點播之類的更先進的服務。因此，能夠 滿足對先進飛行服務的需要，同時還減小了與地面通信系統的幹擾。


圖l是示出了本發明第一實施例的一般布置的方框圖； 圖2是示出了本發明的第一實施例中的客戶端單元的布置的詳細方框圖；圖3描述了在美國、歐洲以及日本對5-GHz波段的帶寬分配；
圖4描述了無線信道的中心頻率以及無線信道呼號； 圖5A描述了在飛行器處於低海拔時在本發明的第一實施例中的 無線信道覆蓋；圖5B描述了在飛行器處於高海拔時在本發明的第一實施例中的 無線信道覆蓋；圖6A描述了在飛行器處於低海拔時在本發明的第二實施例中的 無線信道覆蓋；圖6B描述了在飛行器處於高海拔時在本發明的第二實施例中的 無線信道覆蓋；圖7描述了海拔範圍之間的關係；圖8是描述了系統控制單元中的海拔識別單元和選擇單元的流程圖；圖9A描述了在飛行器處於低海拔時本發明的第三實施例的無線 信道覆蓋；圖9B描述了在飛行器處於高海拔時本發明的第三實施例的無線 信道覆蓋；圖10描述了在飛行器處於高海拔時本發明的第四實施例的無線 信道覆蓋。
具體實施方式
下面將參考附圖對本發明的優選實施例進行描述。有效地，在圖 中由相同的附圖標記標識具有相同布置、操作以及效果的元件。此外， 下列描述中所引用的數值用於以示例的方式對本發明進行具體描述， 本發明不限於這些值。第一實施例圖l是示出了本發明的第一實施例的一般布置的方框圖。本發明 的這個第一實施例被安裝在飛行器內部。飛行器可以是具有噴氣式發 動機或螺旋槳的飛機，例如直升機、氣墊飛行器、系在地面上的氣球、 火箭、人造衛星、空間站、或能夠保持於高處(距離地球表面預定的 距離或更遠)至少預定的時間段的其它類型的航空器。僅以示例的方 式使用客機對本發明的第一實施例進行描述。在飛機中可能安裝數百 個乘客座位，並且乘客可以利用飛行娛樂(IFE)系統享受電影、音頻 節目、遊戲、以及網際網路瀏覽。參照圖l，伺服器單元l包括硬碟陣列，用於存儲包括視頻信號或音頻信號中的至少一個在內的數據信號；以及AV伺服器，用於從硬 盤陣列實時讀取和輸出數據信號。AV伺服器還被稱為視頻伺服器，並且包括計算機伺服器以及用於按照可能的需要改進伺服器性能的其它硬體。因此，將伺服器單元l構建為起到能夠滿足數百人對於VOD(視頻點播)服務的需要的高吞吐量伺服器的作用。伺服器單元l還具有web伺服器和電話交換機的功能，從而通過經 由天線連接至通信衛星或基於地面的電話通信設備來啟動網際網路瀏覽 以及電話通信服務。因此，伺服器單元l存儲包括視頻信號、音頻信號 以及網際網路數據信號在內的一個或更多個類型的數據信號。經由連接9、主開關單元7以及幹線10，將從伺服器單元l輸出的 數據信號分發至給飛機內的預定數目的(例如10個或更多個)接入點 IIA、 IIB中的每個。下面將接入點11A、 llB統稱為接入點ll。連接9 是吉比特乙太網路徑，因此能夠承載大量的數據信號。為了更好地抵 抗長距離的電磁幹擾，可以使用1000Base-T屏蔽的雙絞線電纜或光纖 電纜來提供吉比特乙太網，並且將基於飛行器的大小、成本、以及安 裝和維護的容易性來確定連接的特定類型。主開關單元7包括層3兼容的吉比特乙太網開關，並且具有足夠的 埠和吞吐量來將數據信號發射至接入點ll，而不會聚。例如，因為 流至10條或更多條幹線的所有數據信號流經連接9，所以對主開關單元 7進行配置，以使得與其它埠的輸入/輸出容量相比，與連接9連接的 主開關單元7的埠的輸入容量足夠高。用於對各個主要控制信號的流進行切換的輔開關單元8與主開關 單元7連接。輔開關單元8可以是與主開關單元7類似的吉比特乙太網開 關，然而通常100兆比特的乙太網開關就足夠了。系統控制單元2與輔開關單元8連接。系統控制單元2包括一個或 更多個計算機，並且在本發明的第一實施例中控制整個飛行娛樂系統。
CSS控制單元3還與輔開關單元8連接，並控制機艙服務系統(css)。機艙服務系統使得每個乘客能夠打開和關閉閱讀燈或呼叫飛行服務員到乘客的座位進行服務。這些服務可以被呈現為機艙服務系 統自身的功能或作為飛行娛樂系統的部分功能。座艙系統4還與輔開關單元8連接。座艙系統4是用於控制駕駛飛 行器的系統，從而在飛行器操作中起到極其重要的作用。具體地，能 夠從輔開關單元8發射至座艙系統4的數據的量是有限的，並且通過防 火牆隔離輔開關單元8，以保護座艙系統4的安全性。座艙系統4包括用 於對各種(對於駕駛飛行器而言必不可少的)內部和外部條件進行測 量和監視的各種裝置。飛行器海拔檢測單元5產生飛行器海拔檢測信號，該信號指示從 海平面測量的飛行器的海拔，並將該飛行器海拔檢測信號輸出至輔開 關單元8。飛行器海拔檢測單元5包括高度計、GPS接收機、氣壓計、 風速表、以及無線載波傳感器中的至少一個。飛行器海拔檢測單元5 還可以使用位置識別系統來獨立確定飛行器的位置。地表高程檢測單元6產生地表高程檢測信號，該信號表示地球表 面在飛行器的當前位置處的海拔，並將該地表高程檢測信號輸出至輔 開關單元8。地表高程檢測單元6還包括高度計、GPS接收機、氣壓計、 風速表以及雷達中的至少一個。飛行器海拔檢測單元5和地表高程檢測單元6還可以呈現為共享 飛行器海拔檢測單元5和地表高程檢測單元6的部件的至少一部分的單 個設備，例如傳感器單元，以產生飛行器海拔檢測信號和地表高程檢飛行器海拔檢測信號指示從海平面測量的飛行器的海拔，地表高 程檢測信號指示從海平面測量的、地球表面在飛行器的當前飛行位置 處的海拔。因此，飛行器距離地球表面的高度是由飛行器海拔檢測信 號表示的海拔減去由地表高程檢測信號表示的海拔得到的差值。通過 輔開關單元8將飛行器海拔檢測信號和地表高程檢測信號發射至系統 控制單元2。
CSS控制單元3、飛行器海拔檢測單元5、地表高程檢測單元6、以及輔 開關單元8在內的布置，本發明不限於這一布置。例如，可以利用CSS 控制單元3 、飛行器海拔檢測單元5以及地表高程檢測單元6直接與系統 控制單元2連接，或輔開關單元8與主開關單元7成一體(其中，由主開 關單元7中的一些埠來應付輔開關單元8的埠功能)，或通過使用具 有多個埠的計算機代替輔開關單元8來對本發明的第一實施例進行 布置。將分發給接入點ll的數位訊號轉換為無線信號，並將其發射至無 線區13A中的每個客戶端單元13AA、 13AB。這個無線區13A表示在其 中能夠通過接入點11A可靠地傳達無線信號的區域。給每個無線區分 配一個無線信道。典型地，在飛行器中的每個座位處定位一個客戶端 單元13AA、 13AB。在接入點11A與每個客戶端單元13AA、 13AB之間 的無線通信在上行和下行兩個方向上流動。從接入點11A到客戶端單 元13AA、 13AB的傳輸是上行，從客戶端單元13AA、 13AB到接入點 IIA的傳輸是下行。接入點11A在下行傳輸期間發射無線信號，在上行傳輸期間接收無線信號。因為接入點ll通過無線方式進行發射，所以 接入點11A還被稱作無線發射機。接入點11B和其它接入點、無線區13B 以及其它無線區、客戶端單元13BA、 BBB以及其它客戶端單元採用如以上描述的相同方式進行操作，這裡省略了對其的進一步描述。圖2是示出了本發明的第一實施例中的客戶端單元13AA的布置 的詳細方框圖。將來自接入點11A的無線數據信號12A輸出至無線終端 單元14AA。無線終端單元14AA包括通信天線和無線編碼器/解碼器。 通信天線接收無線數據信號12A，並且發射來自客戶端單元13AA的各 種控制信號。無線編碼器/解碼器將來自通信天線的無線數據信號解碼 為數據信號，將數據信號的視頻信號部分發送至監視器單元16AA，並 將數據信號的音頻信號部分發送至耳機單元17AA。無線終端單元14AA還將來自操作終端單元15AA的控制信號轉換 為無線信號，以發射至接入點11A。無線終端單元14AA進行無線接收， 並因此被稱為無線接收機。操作終端單元15AA包括用於座艙服務系統的開關，包括閱讀燈
開關和飛行服務員呼叫開關，並由此經由無線終端單元14AA、接入點 IIA、幹線IO、主開關單元7、以及輔開關單元8將CSS控制信號發送至 CSS控制單元3。操作終端單元15AA還被稱作手持機或控制器。CSS控制單元3基於CSS控制信號操作座艙服務系統。操作終端單 元15AA還具有用於監視器單元16AA的圖像質量調整開關，並通過無 線終端單元14AA將視頻調整控制信號發送至監視器單元16AA。基於 視頻調整控制信號，監視器單元16AA能夠調整監視器單元16AA的圖、操作終端單元15AA還具有數據信號信道選擇開關和VOD服務開 關，從而能夠經由無線終端單元14AA、接入點11A、幹線IO、主開關 單元7以及輔開關單元8將數據控制信號發送至系統控制單元2。系統控制單元2基於從飛行器中的所有座位接收的數據控制信號 來調整VOD服務系統的會聚，並經由主開關單元7和輔開關單元8將分 布命令輸出至伺服器單元l，以將數據信號輸出至客戶端單元13AA。然後，伺服器單元1將客戶端單元13AA的地址附到數據信號中， 並且輸出尋址的數據信號。例如，如果操作終端單元15AA還具有鍵盤和滑鼠，則操作終端 單元15AA還能夠經由無線終端單元14AA、接入點11A、幹線10以及 主開關單元7將計算機控制信號發送至伺服器單元1 。基於計算機控制 信號，伺服器單元1為客戶端單元13AA啟動網際網路瀏覽服務。在以上描述了客戶端單元13AA操作的同時，還如圖2所示地布置 其它客戶端單元13AB、 13BA、 13BB進行布置，其它客戶端單元13AB、 13BA、 13BB採用與客戶端單元13AA相同的方式進行操作，因此省略 了對其它客戶端單元13AB、 13BA、 13BB的進一步描述。此外，在本發明的第一實施例中，系統控制單元2控制VOD服務 系統，然而在操作終端單元15AA將數據控制信號發送至伺服器單元1 的情況下，服務單元l也能夠控制VOD服務系統。在本發明的第一實施例中，操作於5GHz頻帶、並且已知為IEEE 802.11a的無線通信系統用於無線接入控制。圖3描述了在美國、歐洲 以及日本如何使用5-GHz波段。5-GHz波段的無線接入系統將給每個無
線信道分配18MHz。在從5.51GHz至5.25GHz的Fl頻帶中，在這三個地 區的每一個中都保留4個無線信道作為用於無線接入系統的頻帶。在從 5.25GHz至5.35GHz的F2頻帶中，在這三個地區的每一個中都保留4個 無線信道作為用於無線接入系統的頻帶，然而在F2波段中，還有必要 提供動態頻率選擇(DFS)和傳輸功率控制(TPC)。 DFS使得能夠檢 測雷達幹擾以及改變無線信道，而TPC提供對系統功率消耗的調整和 減小。氣象雷達和地球勘探衛星也使用F2波段，並且一同使用DFS和 TPC來防止對這些系統的幹擾。儘管DFS和TPC能夠減小幹擾，然而在 DFS和TPC起作用時有效的傳輸容量還是有些下降。在從5.47GHz至5.725GHz的F3頻帶中提供H^—個無線信道。如在 F2波段中的一樣，還必須在F3波段中提供DFS和TPC。 F3波段還用於 船舶雷達和軍用雷達，並提供DFS和TPC來防止對這些其它系統的幹 擾。在美國，還在從5.725GHz至5.825GHz的F4頻帶中分配了四個無線 信道，在從5.825GHz至5.85GHz的F5頻帶中保留一個無線信道。因此， 在美國總共有24個無線信道，在歐洲和日本有19個無線信道。本文中 對無線信道的分配是當前的，顯然將來要發生改變。圖4示出了分配給每個無線的18-MHz頻帶的中心頻率以及對於美 國使用的頻帶F1、 F2、 F3以及F4中每一個的無線信道名稱。在本發明 的第一實施例中，將F1頻帶稱為第一頻帶，將覆蓋頻帶F1、 F2、 F3以 及F4的頻帶稱為第二頻帶。第一頻帶和第二頻帶不局限於這些頻帶， 並且可以根據需要來設定。這樣，如以上所述，第一頻帶和第二頻帶 能夠部分地重疊，或在頻帶之間不存在重疊。圖5A和圖5B描述了將圖4所示的無線信道分配給飛行器的不同部 分。圖5A和圖5B都是通過飛機的機身的水平截面圖，並且是在去掉機 身頂部的情況下示出了座位布置的俯視圖。給圖中虛線表示的每個無 線區分配一個無線信道，所有無線區位於飛行器的前部20與後部21之 間。天線在每個接入點的方向性很高，並且以下列方式形成每個無線 區使得無線區之間的重疊較小、無線區之間的間隙較小、並且每個 無線區內部的無線功率儘可能一致。
圖7描述了飛行器的不同海拔範圍。飛行器從位於地表海拔H3(參 考海平面海拔HO)的機場22起飛，爬升至巡航海拔H4，然後以預定的 巡航速度在巡航海拔H4飛行至目的地。飛行至機場22的飛行器在目的地附近從巡航海拔H4下降，著陸在 位於地表海拔H3的機場22。將飛行器的海拔劃分為多個海拔區。圖7 示出了被劃分為第一海拔區H1W和第二海拔區H2W的空域，然而可以存在三個或更多個海拔區。第一海拔區H1W從海平面海拔H0延伸至飛行器海拔H1，第二海 拔區H2W被設定為從飛行器海拔H2至飛行器海拔H5。第一海拔區 H1W的平均海拔比第二海拔區H2W的平均海拔低。飛行器海拔H5比 巡航海拔H4高，並且充分高於飛行器能夠飛行的最高巡航海拔。當飛 行器停在機場22時，飛行器處於第一海拔區H1W。圖5A所示的無線區分配對應於飛行器處於第一海拔區H1W，圖 5B所示的無線區分配對應於飛行器處於第二海拔區H2W。接下來描述飛行服務。 一些飛行服務必須在飛行器中始終可用。 例如，這些服務包括機組人員公告、機組人員之間的音頻和其它通 信、關於使用救生工具的指令、以及諸如閱讀燈控制和飛行服務員呼 叫服務之類的CSS服務。 一些航空公司還在低海拔飛行時提供對視頻 (來自飛行器外部的攝像機)的實況傳輸作為附加的服務。下面將這 些基本的艙內服務以及在低海拔飛行時提供的一些附加服務稱作"第 一服務"。將這些第一服務與諸如要求大傳輸容量的視頻點播之類的飛 行娛樂系統服務一起稱作"第二服務"。為了在飛行器內部提供這樣的第一服務和第二服務，重要的是 來自無線接入系統的無線信號不幹擾氣象雷達和地球勘探衛星操作， 並且在無線接入系統的無線區之間沒有幹擾。與假設存在任意數目的 無線傳輸源的底面上的無線接入系統不同，飛行無線接入系統控制無 線傳輸源。通過使用如上所述的高方向性天線，飛行無線接入系統充 分減小了無線區之間的幹擾。在圖5A和圖5B所示的布置中，天線功率和機艙內部的等效全向輻 射功率(EIRP)至多約為10mW/MHz。此外，在飛行器機身中使用的 金屬面板具有強電磁屏蔽效應，從飛行器內部洩露的電磁波較為微小。 此外，例如，當飛行器在巡航海拔處巡航時，飛行器距離任意地面站約10， 000米，並且與在約700km的海拔處的軌道中的地球勘探衛星充 分地分離。因此，不存在對氣象雷達和地球勘探衛星服務的幹擾。當飛行器處於第一海拔區H1W時，例如將飛行器停放時、剛好在 起飛之後、以及剛好在著陸之前，因為接近地面系統所以使用限制在 Fl頻帶的第一頻帶。在地面上，Fl頻帶是為無線接入系統而保留的頻 帶，並且能夠在室內自由使用F1頻帶，而無需啟用DFS和TPC。因此， 在不降低傳輸容量並且不啟用DFS和TPC的情況下，能夠可靠地提供 要求最小帶寬的第一服務。當飛行器海拔足夠高並且處於第二海拔區 H2W時，將飛行器充分與地面站分離，使用包括頻帶F1、 F2以及F4 在內的第二頻帶。因為在第二海拔區H2W中沒有出現對氣象雷達和地 球勘探衛星的幹擾，因此通過使用在第二頻帶中的全部可用帶寬能夠 提供包括VOD服務在內的第二服務，而無需啟用DFS和TPC。儘管優 選地在本發明的本實施例中在第二海拔區H2W中不使用DFS和TPC， 然而也可以使用DFS和TPC。圖5A示出了第一海拔區H1W中的頻帶分配，並且在飛行器中從頭 到尾分配了F1頻帶中的無線信道C36，以供第一服務使用。因為必須 在飛行器中從頭到尾提供第一服務，並且無線信道C36覆蓋整個飛行 器，所以無線頻帶C36適於供第一服務使用。在第二海拔區H2W中，除了覆蓋整個飛行器的無線信道D36以外， 將頻帶F1、 F2以及F4上可用的無線信道分配給第二服務。將這些無線 信道設定為使得圖5B所示的空間分布與圖4所示的頻率分布不具有相 關性。更具體地，對無線信道進行分配，以使得圖5B所示的分配給任 意兩個相鄰無線區的無線信道與圖4所示的頻率分布之間不存在相關 性。更具體地，將無線信道分配給無線區，以使得除了F2和F4頻帶內 的無線信道以外，不將圖4中的相鄰頻帶分配給圖5B所示的用於任意 兩個相鄰無線區的無線信道。在本發明的這個第一實施例中，無線信 道C36與無線信道C44之間的中心頻率距離是一個無線頻帶的間隔，並 且是分配給任意兩個無線區的最接近的頻率距離。所有其它無線區具 有兩個無線信道或更多的頻率距離。根據飛行器是處於第一海拔區還 是第二海拔區對無線區和無線信道分配進行改變。通常飛行器在起飛之後以單一速率上升，然後在預定的巡航海拔 開始巡航。當著陸時，飛行器從預定的巡航海拔以單一速率下降，然 後著陸。然而，根據機場的擁塞，飛機按照空中交通管制員的指令， 可能在起飛之後暫時下降，可能在著陸時暫時爬升。在根據飛行器是處於第一海拔區H1W還是第二海拔區H2W的確定結果而自動改變無線頻帶分配時，出現震顫。為了避免這樣的震顫，第一海拔區H1W中的最高海拔H1比第二海 拔區H2W中的最低海拔H2高，為邊界海拔H1 (飛行器由此從第一海 拔區H1W移動至第二海拔區H2W中)與邊界海拔H1 (飛行器由此從 第二海拔區H2W移動至第一海拔區H1W中)之間的範圍給出遲滯特 性。更具體地，當飛行器正在爬升時，在飛行器到達第一海拔區H1W 的最高海拔H1以上時，飛行器進入第二海拔區H2W。因為第二海拔區 H2W的最低海拔H2比第一海拔區H1W的最高海拔H1低，所以輕微的 下降不引起震顫。此外，在飛行器下降時，在飛行器穿過第二海拔區 H2W的最低海拔H2以下時，飛行器進入第一海拔區。因為第一海拔區 H1W的最高海拔H1比第二海拔區H2W的最低海拔H2高，所以輕微的 爬升不引起震顫。換言之，當飛行器離開第一海拔區時，飛行器處於 第二海拔區中，並且將無線接入系統設定為第二頻帶，當飛行器離開 第二海拔區時，飛行器處於第一海拔區中，並且將無線接入系統設定 為第一頻帶。世界上一些機場處於高海拔，如位於海拔2240米處的Mexico City 機場以及位於海拔1660米的Denver機場。在著陸到這樣的機場以及從 這樣的機場出發時，飛行器可以根據海拔設置在起飛之後立刻進入第 二頻帶，並且在恰好著陸之前保持在第二頻帶。為了避免上述情況發 生，檢測地表高程檢測信號，該地表高程檢測信號表示地球表面在飛 行器的當前飛行位置處的海拔。機場22的地表海拔H3表示機場的高 程。基於地表高程檢測信號設定第一和第二海拔區的上下限。例如， 可以對第二海拔區H2W的最低海拔H2進行設定，以使得H2比第一海 拔區H1W的最高海拔H1小，並且大約為巡航海拔H4加上地表高程檢 測信號所指示的海拔之和的二分之一。下面將基於圖l所示的本發明的第一實施例的布置對本發明進行 進一步的詳細描述。參照圖l，飛行器海拔檢測單元5通過輔開關單元8 將飛行器海拔檢測信號發送至系統控制單元2。地表高程檢測單元6通 過輔開關單元8將地表高程檢測信號發送至系統控制單元2。基於地表 高程檢測信號，系統該控制單元2對第一海拔區H1W和第二海拔區 H2W進行設定。圖8是由系統控制單元2執行用以控制系統操作的處理的流程圖， 具體為由海拔區識別單元23執行的用以確定海拔區的處理，以及由選 擇單元24執行的用以選擇頻帶的處理。在步驟S1，開始由海拔區識別單元23運行的過程。在步驟S2，從 存儲器中的預定地址讀取前一個海拔區，即先前識別的海拔區，在該 存儲器中先前的海拔區被寫入系統控制單元2。然後，在步驟S3確定 從存儲器讀取的先前的海拔區是否是第一海拔區。如果步驟S3返回"是"，則先前的海拔區是第一海拔區，並且控 制轉到S4。如果步驟S3返回"否"，則先前的海拔區是第二海拔區， 並且控制轉到步驟S5。在步驟S4中，確定飛行器海拔檢測信號是否表示第一海拔區。如 果步驟S4返回"是"，則飛行器海拔檢測信號表示第一海拔區，並且 控制轉到步驟S6。如果步驟S4返回"否"，則飛行器海拔檢測信號不 表示第一海拔區，並且控制轉到步驟S7。在步驟S5中，確定飛行器海拔檢測信號是否表示第二海拔區。如 果步驟S5返回"是"，則飛行器海拔檢測信號表示第二海拔區，並且 控制轉到S7。如果步驟S5返回"否"，則飛行器海拔檢測信號不表示 第二海拔區，並且控制轉到步驟S6。在步驟S6中，將當前海拔區識別為第一海拔區，將第一海拔區寫 入存儲器中的預定地址，然後控制轉到步驟S8。在步驟S7中，將當前海拔區識別為第二海拔區，將第二海拔區寫 入存儲器中的預定地址，然後控制轉到步驟S9。
這完成了由海拔區識別單元23所運行的過程。接下來開始由選擇單元24運行的過程。在步驟S8中，將頻帶設定 為第一頻帶，並且控制轉到步驟SIO。在步驟S9中，將頻帶設定為第二頻帶，並且控制轉到步驟SIO。在步驟S10中，將表示所選頻帶的選擇信號輸出至所有接入點。選擇單元24所運行的過程在步驟S11中結束。海拔區識別單元23以預定間隔(例如每分鐘一次)執行步驟S1， 並在海拔區識別單元23所運行的過程結束之後執行選擇單元24執行的 過程。當一些海拔既處於第一海拔區H1W又處於第二海拔區H2W時， 這一布置使得能夠將遲滯特性告知海拔區識別單元23。接下來對與圖8所示的流程圖不同的海拔區識別單元23的實施例 進行描述。在這一布置中，對第一海拔區H1W和第二海拔區H2W進行 設定，以使得第一海拔區H1W和第二海拔區H2W不重疊。系統控制單 元2確定飛行器海拔檢測信號是表示第一海拔區中的海拔或是表示第 二海拔區中的海拔。如果飛行器海拔檢測信號表示第一海拔區，則當 前海拔區處於第一海拔區，並且選擇第一頻帶。如果飛行器海拔檢測 信號表示第二海拔區，則當前海拔區處於第二海拔區，並且選擇第二 頻帶。然後，系統控制單元2將表示所選頻帶的選擇信號發送至所有接 入點。這個過程以預定間隔運行，但是這個間隔比圖8所示的過程的運 行間隔長。例如，如果每2分鐘開始這個過程，則能夠適當地檢測海拔 區而不引起震顫。如果因而將第一海拔區H1W和第二海拔區H2W設定為不重疊，並 且該過程的運行間隔是與圖8中的相類似的短預定間隔，則通過在相對 高的海拔(例如約巡航海拔的80%)處設定第一海拔區H1W與第二海 拔區H2W之間的邊界，能夠充分減小震顫出現的可能性。顯然，用於防止震顫的布置不限於這些示例，並且本領域的技術 人員將能夠容易地對使用本發明的技術的這些布置進行修改。系統控制單元2包括如上所述的一個或更多個計算機，並且通常 以軟體執行海拔區識別單元23的過程以及選擇單元24的過程。作為另 一可能實施例的示例，對機組人員所運行的過程進行描述。在這個布 置中，將選擇開關和用於顯示飛行器海拔檢測信號所表示的海拔的海 拔區顯示錶布置到系統控制單元2中。然後，機組人員基於海拔區顯示 表使用海拔區識別單元23來識別海拔區。然後，機組人員利用選擇單元24，基於識別的海拔區來設定選擇開關。然後選擇開關將表示第一頻帶或第二頻帶作為當前頻帶的選擇信號發送至所有接入點。然後，接入點11A， IIB基於這個選擇信號將用於無線接入的頻帶 設定為第一頻帶或第二頻帶。系統控制單元2通過輔開關單元8和主開 關單元7將選擇信號同時發送至伺服器單元1。伺服器單元1在選擇信號 表示第一頻帶的情況下提供第一服務，並在選擇信號表示第二頻帶的 情況下提供第二服務。還經由無線數據信號12A將選擇信號發射至客戶端單元13AA。如 果選擇信號表示第一頻帶，則客戶端單元13AA通過監視器單元16AA 通知乘客第一服務可用，並阻止操作終端單元15AA接收第二服務。如 果選擇信號表示第二頻帶，則客戶端單元13AA通過監視器單元16AA 通知乘客第二服務可用，並啟用操作終端單元15AA來接收第二服務。通過無線方式將數據信號發射至每個座位，本發明的第一實施例 能夠在不改變布線的情況下改變座位配置，並且能夠在短時間內改變 座位配置，從而改進了飛行器的服務速率，並且降低了改變座位配置 的成本。此外，因為無線頻帶是基於飛行器的海拔而改變的，所以使用被 限制為防止與地面通信系統的幹擾的第一頻帶，並且在飛行器處於相 對低的第一海拔區時提供最小的基本第一服務。然而，當飛行器處於 相對高的第二海拔區時，使用不幹擾地面系統、也不被地面系統所幹 擾的寬的第二頻帶來提供諸如視頻點播服務之類的先進的第二服務。 因此，本發明能夠在飛行器上提供先進的服務，同時減小了與地面系 統的相互無線幹擾。第二實施例如下面進一步描述的，本發明的第二實施例在無線信道的分配方 面與第一實施例有所不同。第二實施例的布置、操作以及效果的其它 此省略了對其的進一步描述。圖6A和圖6B描述了將圖4所示的無線信道分配給飛機的不同部分 的不同方法。圖6A和圖6B所示的布置與圖5A和圖5B所示的布置的唯 一不同之處在於由虛線指示的無線區以及分配給每個無線區的無線 信道不同。圖6A示出了在第一海拔區時的區和信道分配，此時將F1頻帶中的 無線信道C36、 C44、 C40以及C48分配用以供第一服務使用。通常， 必須將第一服務傳送至飛機的所有部分，並且在無線信道C36、 C44、 C40以及C48上分布相同的內容。此外，如果給出了在起飛之後可用的 飛行服務的指南，則可以針對頭等艙、商務艙以及經濟艙改變指南的 內容。在第二海拔區中的無線信道分配如圖6B所示，將來自F1、 F2和F4 頻帶的無線信道分配給第二服務。對無線信道進行設定，以使得圖6B 所示的空間布置不與圖4所示的頻率分布相對應。更具體地，將無線信 道分配給無線區，以使得除了在F2和F4頻帶內以外，不將圖4中的相 鄰頻帶分配給圖6B所示的用於任意兩個相鄰的無線區的無線信道。在 本發明的第二實施例中，任意兩個相鄰無線區的無線信道之間的信道 距離至少是三個無線信道。針對本發明的第二實施例，圖6B所示的布 置中的每個無線區的寬度比針對第一實施例的圖5B所示的布置中的 無線區寬度寬，因此能夠更加自由地分配無線信道。第三實施例-第三實施例中的無線信道的分配與第一和第二實施例中的分配 不同。第三實施例的布置、操作以及影響的其它方面與第一實施例相 同，因此省略了對其的進一步描述。圖9A和圖9B描述了將圖4所示的無線信道分配給飛機的不同部分 的另一方法。圖9A和圖9B所示的布置與圖5A和圖5B所示的布置的唯 一不同之處在於由虛線指示的無線區以及分配給每個無線區的無線 信道不同。圖9A示出了在第一海拔區時的區和信道分配，此時將F1頻帶中的 信道C36分配用以供第一服務使用。因為在飛行器中必須從頭到尾提
供第一服務，並且無線信道C36覆蓋了整個飛行器，所以無線信道C36 適於供第一服務使用。此外，將F1頻帶中的無線信道C44和C48分配給 飛機的不同部分。例如，如果給出了在起飛之後可用的飛行服務的指 南，則能夠針對頭等艙、商務艙以及經濟艙改變指南的內容。第二海拔區中的無線信道分配如圖9B所示，將來自F1、 F2、 F3 以及F4頻帶的無線信道分配給第二服務。對無線信道進行設定，以使 得圖9B所示的空間布置不與圖4所示的頻率分布相對應。更具體地， 將無線信道分配給無線區，以使得除了在F2和F4頻帶內以外，不將圖 4中的相鄰頻帶分配給圖9B所示的用於任意兩個相鄰的無線區的無線 信道。在本發明的第三實施例中，任意兩個相鄰無線區的兩個無線信 道之間的信道距離至少是三個無線信道。針對本發明的第三實施例的 圖9B所示的布置中的每個無線區的寬度比針對第一實施例的圖5B所 示的布置中的無線區寬度寬，並且從而能夠更自由地分配無線信道。第四實施例第四實施例中的無線信道的分配與第一、第二以及第三實施例中 的有所不同。第四實施例的布置、操作以及影響的其它方面與第一實 施例的相同，因此省略了對其的進一步描述。圖10描述了將圖4所示的無線信道分配給飛機的不同部分的另一 方法。圖10所示的布置與圖5A和圖5B所示的布置的唯一不同之處在 於由虛線指示的無線區以及分配給每個無線區的無線信道不同。第 一海拔區中的信道分配與圖9A所示的第三實施例中的相同，省略對其 的進一步描述。如圖10所示，在第二海拔區中對無線信道進行重新分配，將F2和 F3頻帶上的無線信道分配給第二服務。對無線信道進行設定，以使得 圖10所示的空間布置不與圖4所示的頻率分布相對應。更具體地，將無 線信道分配給無線區，以使得不將圖4中的相鄰頻帶分配給圖10所示的 用於任意兩個相鄰無線區的無線信道。在本發明的第四實施例中，任 意兩個相鄰無線區的兩個無線信道之間的信道距離至少是兩個無線信 道。因為圖10所示的本發明的第四實施例的信道分配使用F3頻帶，其 中F3頻帶比針對第一實施例的圖5B所示的布置具有更多的信道，所以
可以給無線區分配更多信道。以上描述了本發明的優選實施例，然而本發明不限於這些實施 例，本領域的技術人員能夠通過使用本發明的技術，在許多方面對本 發明改變。工業適用性本發明能夠用於無線傳輸系統和方法。
權利要求
1、一種用於在飛行器中通過無線方式傳輸數據信號的無線傳輸系統，包括無線發射裝置，用於通過無線方式對從M個頻帶中選擇的任意一個頻帶上的數據信號進行發射，其中M是大於或等於2的整數；無線接收裝置，用於接收數據信號；以及選擇裝置，用於從M個頻帶中選擇一個頻帶。
2、 根據權利要求l所述的無線傳輸系統，還包括 海拔區識別裝置，用於確定飛行器正在N個海拔區中的哪一個海拔區中飛行，其中N是大於或等於2的整數；其中，選擇裝置基於海拔區識別裝置所識別的海拔區來選擇頻帀。
3、 根據權利要求2所述的無線傳輸系統，其中，所述N個海拔區 是第一海拔區和第二海拔區，以及所述M個頻帶是第一頻帶和第二頻帶。
4、 根據權利要求3所述的無線傳輸系統，其中，所述第一海拔區的平均海拔比所述第二海拔區的平均海拔低。
5、 根據權利要求3所述的無線傳輸系統， 其中，所述第二頻帶比所述第一頻帶寬。
6、 根據權利要求3所述的無線傳輸系統，其中，當飛行器處於第一海拔區中時，將無線發射裝置設定到第 一頻帶，當飛行器處於第二海拔區中時，將無線發射裝置設定到第二 頻帶。
7、 根據權利要求6所述的無線傳輸系統，其中，在飛行器從第一海拔區移動至第二海拔區的位置與飛行器 從第二海拔區移動至第一海拔區的位置之間存在遲滯特性。
8、 根據權利要求3所述的無線傳輸系統，其中，所述第一海拔區的最高海拔比所述第二海拔區的最低海拔高。
9、 根據權利要求3所述的無線傳輸系統，其中，所述第一頻帶的至少一部分被包含在所述第二頻帶中。
10、 根據權利要求3所述的無線傳輸系統，其中，將動態頻率選擇和傳輸功率控制之一或二者應用於所述第 二頻帶的至少一部分中。
11、 根據權利要求3所述的無線傳輸系統，其中，所述第一頻帶的至少一部分處於5.15 GHz至5.25 GHz的頻帶中。
12、 根據權利要求2所述的無線傳輸系統，其中，所述海拔區識別裝置包括用於檢測飛行器的海拔的飛行器 海拔檢測裝置。
13、 根據權利要求2所述的無線傳輸系統，其中，所述N個海拔區基於地球表面在飛行器的飛行位置處的海 拔而變化。
14、 根據權利要求l所述的無線傳輸系統，還包括 伺服器單元，用於存儲和傳輸數據信號；傳輸幹線，用於通過有線的方式將伺服器單元傳輸的數據信號傳 送至無線發射裝置；以及監視器單元，用於顯示由無線接收裝置接收到的數據信號。
15、 根據權利要求l所述的無線傳輸系統，其中，所述飛行器是飛機、直升機、氣墊飛行器、系在地面上的 浮動物體、火箭、人造衛星、或空間站。
16、 根據權利要求12所述的無線傳輸系統，其中，所述飛行器海 拔檢測裝置包括高度計、GPS接收機、氣壓計、速度計以及無線載波 傳感器中的至少一個。
17、 一種用於在飛行器中通過無線方式傳輸數據信號的無線傳輸方法，包括通過無線方式對從M個頻帶中選擇的任意一個無線頻帶上的數據 信號進行發射的步驟，其中M是大於或等於2的整數；接收數據信號的步驟；以及從所述M個頻帶選擇一個頻帶的步驟。
18、根據權利要求17所述的無線傳輸方法，還包括確定飛行器正在N個海拔區中的哪一個海拔區中飛行的步驟，其中N是大於或等於2的整數；其中，所述選擇步驟基於所識別的海拔區。
全文摘要
當到每個座位為有線連接時，改變座位配置比較困難。一種無線傳輸系統以及方法在進行無線通信的同時防止幹擾地面通信系統。該無線傳輸系統在飛行器內部通過無線方式傳輸數據，並且具有海拔區識別裝置，用於確定飛行器正在N個海拔區中的哪個海拔區中飛行；接入點，其能夠通過無線方式對從N個頻帶中選擇的任意一個頻帶上的數據信號進行發射；客戶端單元，用於接收數據信號；以及選擇單元，用於基於飛行器正在飛行的海拔區來選擇M個頻帶之一。海拔區識別裝置包括飛行器海拔檢測單元以及系統控制單元，選擇單元包括系統控制單元。
文檔編號H04B7/185GK101401327SQ200680053882
公開日2009年4月1日 申請日期2006年6月12日 優先權日2006年3月13日
發明者東田真明, 坂西保昭, 江崎俊裕 申請人:松下電器產業株式會社