JP2014207626A - 航空機通信方法および航空機通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】衛星を介さず、また通信会社の外部システムからの航空情報を必要としないシンプルな構成のシステムを構築する。【解決手段】航空機と、航空機の飛行経路上に配置された複数の地上局と、複数の地上局と地上回線で接続され地上局を制御する制御局を有し、航空機は複数のアレイアンテナ部がそれぞれ別の方向にビームを送信するように制御する制御部と、位置情報取得部と、ビームフォームを行うための情報を記憶する記憶部を有する無線装置部と航空機内の端末と無線信号を送受信する無線サービス部とを有し、航空機の記憶部に、複数の地上局と航空機の位置情報を記憶しておき、2つの位置情報に基づいて地上局に向けたビームを形成して送信し、地上局もまた、アレイアンテナ部を有し、航空機および地上局の双方がビームフォーミングを行うことにより通信を継続する。【選択図】 図１

Description

本発明は、航空機通信技術に関し、特に、衛星を介さずに地上と航空機間で無線通信を行う航空機通信技術に関する。

衛星を介さずに地上局と航空機間で無線通信を行う航空機通信に関する技術としては、例えば、特許文献１および特許文献２に記載されたものがある。
特許文献１は、航空機と地上の送受信機との間に無線通信リンクを成立させるために、地上の送受信機の通信アンテナを指向制御することで航空機を追尾して通信状態を維持するシステムにおける発明で、航空機から衛星通信リンクを経由して取得する第１の位置情報と、航空機の管制あるいは警戒システムにおけるレーダ情報から取得する第２の位置情報に優先度を設定し、通信接続状態が切断されたと判定されたとき、優先度に従って位置情報を選択して所定時間後の航空機の位置を予測し、予測された航空機の位置に通信アンテナを指向させて航空機との通信状態を維持する技術が開示されている。

また、特許文献２には、飛行中の航空機と受信器との間に無線周波（ＲＦ）通信リンクを成立させるために、適応アンテナアレイを飛行中の航空機の方向に指向させるシステム及び方法に関する発明で、受信アンテナアレイパターンの主ローブを飛行中の航空機の方向に電子的にステアリングすると同時に、他の方向からの信号に対する受信器の感度を最小限に抑えることを目的とし、航空機追跡サービスなどの航空機追跡手段から航空機に関する航空機位置情報を受信し、飛行中の所定の飛行機について航空機位置ベクトルｇを計算し、その位置ベクトルｇに基づいてアンテナ重みベクトルｗを発生させて適応アンテナアレイのアンテナ素子に提供し、受信ローブが飛行中の航空機に向けて指向されるようにする技術が開示されている。

特開２００９−０８１６９６号公報 特願２０００−５３５０６４号公報

背景技術で説明したような、通信会社以外の外部システム（航空管制システム、飛行運行計画、航空機追尾サービスなど）から航空情報（位置情報、航空機の無線機ＩＤ）を取得し、地上局から航空機に向けてビームフォームを行うことで航空機を追尾する公知例はあるが、通信会社内のシステムで完結しないという問題点があった。
通信会社外の航空機関係システムと連携する構成とせざるを得ないことにより、システム構成が多段になり設備使用費・システム管理費が高額になるため、よりシンプルな構成のシステムを必要としていた。
また、航空機の機内サービスとして無線ＬＡＮ環境を提供出来ているが、航空機から外部へのアクセス方法として、衛星を介した通信が一般的である。高速無線LAN環境のサービスを提供するには、限りある衛星回線数を増強する必要があり、その増強分、高額な回線使用料を負担することになるため、衛星通信と比較して安価に構築でき、安定した回線品質がある地上局と航空機を接続する方法が必要とされていた。

上記課題を解決するために、本発明は、航空機と、航空機の飛行経路上に配置された複数の地上局と、複数の地上局と地上回線で接続され地上局を制御する制御局を少なくとも有する航空機通信システムにおいて、航空機は複数のアレイアンテナ部と複数のアレイアンテナ部がそれぞれ別の方向にビームを送信するように制御する制御部と、位置情報取得部と、ビームフォームを行うための情報を記憶する記憶部を有する無線装置部と航空機内の端末と無線信号を送受信する無線サービス部とを有し、航空機の記憶部に、複数の地上局の位置情報および、位置情報取得部が取得した航空機の位置情報を記憶しておき、航空機は複数の地上局の位置情報および航空機の位置情報に基づいて、少なくとも一つの地上局を選択し、該地上局に向けたビームを形成して送信し、地上局もまた、アレイアンテナ部とアレイアンテナ部が送信するビームを制御する制御部と、ビームフォームを行うための情報を記憶する記憶部を有する無線装置部と、を有し、航空機および地上局の双方がビームフォーミングを行うことにより通信を継続することを特徴とする。

本発明によれば、通信会社の外部システムから航空情報を必要とせず、通信会社内のシステムで完結するシンプルな構成のシステムを構築することが出来る。
また衛星を介した通信より、比較的低コストで、回線品質も安定した高速無線サービスを提供できる。
飛行経路上にある携帯電話基地局の敷地内に本発明の地上局を増設することで、少額投資で飛行経路上の航空機をカバーすることも可能である。

本発明の一実施例における航空機通信方法を適用するシステムの構成を説明する図である。 本発明の一実施例における移動局の構成を説明する図である。 本発明の一実施例における地上局の構成を説明する図である。 本発明の一実施例における制御局の構成を説明する図である。 本発明の一実施例におけるビームフォーム記憶部の構成を説明する図である。 地上局位置情報テーブルのイメージ図である。 航空機位置情報テーブルのイメージ図である。 放射方向情報テーブルのイメージ図である。 移動局と地上局間のビームフォーミング及び制御局との回線開通における処理を説明するシーケンス図である。 移動局と地上局間のビームフォーミング及び制御局との回線開通における処理を説明するシーケンス図である。 移動局と制御局間の回線開通後における回線品質状況を算定する処理を説明するシーケンス図である。 移動局、地上局、制御局の間で回線開通している状況で、次の接続先の地上局と回線開通を行う処理を説明するシーケンス図である。 移動局、地上局、制御局の間で回線開通している状況で、次の接続先の地上局と回線開通を行う処理を説明するシーケンス図である。 移動局と制御局の間で２回線が開通している状況で、制御局にて回線品質により回線選択を行う処理を説明するシーケンス図である。 移動局−地上局間の回線切替え処理を説明するシーケンス図である。 移動局−地上局間の回線切替え処理を説明するシーケンス図である。

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

まず、本発明の概要を説明する。本発明は、航空機に搭載する移動局(以下、移動局と称する)と地上局の各々にアダプティブアレイアンテナを搭載させ、移動局側にて、予め地上局の位置情報（緯度、経度、高度）をメモリ登録し、移動局を搭載している航空機の位置情報（緯度、経度、高度、機体方向）と合わせて地上局への放射方向を算定し、ビームフォーミングする。移動局は航空機の無線機ＩＤ、位置情報を地上局に送信し、地上局も合わせてビームフォーミングすることにより、航空管制システム、飛行運行計画、航空機追尾サービスなどの外部システムの情報を必要とせずに地上局、移動局が双方で追尾するものである。

図１は本発明の一実施例における航空機通信方法を適用するシステムの構成を説明する図である。
本発明の一実施例における航空機通信方法を適用するシステムは、構成要素として移動局（航空機）、地上局、制御局からなる無線システムである。
移動局（航空機）１は飛行経路４上を運行するものとし、移動局１と地上局２−１、２−２、２−３との間で無線信号を送受信するためにアダプティブアレイアンテナを搭載しているものとする。
各地上局２−１、２−２、２−３は飛行経路４に沿って地上に配備しているものとし、移動局１と送受信するためにアダプティブアレイアンテナを搭載しており、指向性を持たせず全方位にビーム幅を広げた状態でかつ、上空の飛行経路４に向けて共通制御信号７（地上局の無線機ＩＤを含む）を常時あるいは定期的に送信しているものとする。図1では、地上局２−２から送信される共通制御信号７のみ示したが、基地局２−1、２−３からも同様の共通制御信号７を送信する。

制御局３は各地上局２−１、２−２、２−３と地上回線５で接続されており、移動局１から受信した多重化されたデータを地上回線５を介して伝送し、また他のネットワーク６にも伝送するものとする。
移動局１は、予め地上局の位置情報（緯度、経度、高度）を移動局１内に登録しており、地上局の位置情報（緯度、経度、高度）と航空機の位置情報（緯度、経度、高度、機体方向）を用いて、航空機に最も近い地上局を選択し、その地上局に向けたビームの放射方向を算定し、ビーム９−１を向ける。
図１を例にすると、移動局１は、地上局２−１が送信した共通制御信号７(地上局の無線機ＩＤを含む)を受信すると、移動局１から地上局２−１に向けて、移動局１の無線機ＩＤ、位置情報及び接続要求信号８を送信する。
地上局２−１は移動局１から受信した情報に基づいて移動局１に向けた放射方向を算定する。地上局２−１は移動局１に対してビーム幅を狭めてビームフォーム９−２を向け追尾する。
移動局１が飛行経路４に沿って飛行して移動局１の通信相手である地上局２−１から地上局２−２、地上局２−３のカバーエリアに移動するときも、各地上局はアレイアンテナのビームフォーミングを実施して移動局１を追尾する。

図２は本発明の一実施例における移動局の構成を説明するである。
移動局１は、アレイアンテナ部１−Ａ、無線装置部１−Ｂ、無線サービス部１−Ｃから構成される。
アレイアンテナ部１−Ａはアレイアンテナ部１−Ａ１、１−Ａ２で構成し、移動局１と地上局２−１、２−２、２−３間の信号の送受信を行い、無線装置部１−Ｂの制御部１−Ｂ２によりアレイアンテナ部１−Ａの位相を制御することでビームフォームを制御する。
図２では、本実施例の説明のために２組のアレイアンテナを実装する例を示しているが、移動局１と地上局間の無線通信システムに応じて１組のみあるいは３組以上のアレイアンテナを実装してもよい。
無線装置部１−Ｂは機内・機外と信号を送受信するための機内無線送受信部１−Ｂ６、機外無線送受信部１−Ｂ５、航空機の位置情報を取得するための航空機位置情報取得部１−Ｂ４、航空機と地上局２の位置情報とビームフォーム９−１の放射方向、ウェイト情報を格納するビームフォーム記憶部１−Ｂ１、無線装置部１−Ｂの制御を行う制御部１−Ｂ２、無線装置部１−Ｂの状態監視を行う監視部１−Ｂ３から構成される。
航空機位置情報取得部１−Ｂ４にはＧＰＳ信号受信部１−Ｂ７が実装されており、逐次、航空機の位置情報を取得し、取得した航空機の位置情報をビームフォーム記憶部１−Ｂ１の航空機位置情報テーブルＨ２に記録を行う。
無線サービス部１−Ｃは無線ＬＡＮ、ＷｉＭＡＸ、ＬＴＥ等の高速無線サービスを提供し、アンテナ１−Ｃ１により航空機内の端末１−Ｃ２と無線信号の送受信を行う。

図３は本発明の一実施例における地上局の構成を説明する図である。
地上局２はアレイアンテナ部２−Ａ、無線装置部２−Ｂから構成される。
無線装置部２−Ｂの構成は、制御局３と通信するための制御局インターフェイス部２−Ｂ４、制御局インターフェイス部２−Ｂ４からの信号を無線信号に変換し、時分割多重方式などの方式により送受信するための無線送受信部２−Ｂ５、アレイアンテナ部のビームフォームの放射方向、ウェイト情報を格納するビームフォーム記憶部２−Ｂ１、制御部２−Ｂ２、監視部２−Ｂ３から構成される。
監視部２−Ｂ３により、移動局１からの通信品質（エラーレート、受信レベル、無線伝送路損失等）を監視し、制御局３に通知する。
アレイアンテナ部２−Ａはアンテナエレメント部２−Ａ１、ビームフォーム調整部２−Ａ２からなり、無線装置部２−Ｂのビームフォームの算定によりビームフォーム調整部２−Ａ２に電気的に重み付けをし、アンテナエレメント部２−Ａ１から移動局１に向けてビームフォーミングを行う。

図４は本発明の一実施例における制御局の構成を説明する図である。
制御局３は記憶部３−Ａ１、制御部３−Ａ２、監視部３−Ａ３、インターフェイス部３−Ａ４から構成される。
記憶部３−Ａ１には、予め飛行経路４上の地上局２の無線機ＩＤが登録されており、地上局２が送信する信号の回線品質（エラーレート、受信レベル、無線伝送路損失等）を記録している。
制御部３−Ａ２は、各地上局２の位置情報の管理、移動局１のハンドオーバーの切替制御を行う。
監視部３−Ａ３は、各地上局２の回線品質の情報を監視し、制御部３−Ａ２により、回線品質（エラーレート、受信レベル）が良好な回線を選択する。
インターフェイス部３−Ａ４は各地上局との通信を行う。また他のネットワーク６と接続し、各地上局からネットワーク６に信号を伝送するものとする。

図５は移動局の無線装置部のビームフォーム記憶部の構成を説明する図である。
ビームフォーム記憶部１−Ｂ１、２−Ｂ１はアレイアンテナ部１−Ａ、２−Ａと制御部１−Ｂ２、２−Ｂ２、監視部１−Ｂ３、２−Ｂ３と接続されており、移動局１のビームフォーム記憶部１−Ｂ１は航空機位置情報取得部１−Ｂ４と接続されている。ビームフォーム記憶部１−Ｂ１、２−Ｂ１は地上局位置情報テーブルＨ１、航空機位置情報テーブルＨ２、放射方向情報テーブルＨ３を備えている。ビームフォーム記憶部１−Ｂ１、２−Ｂ１には、予め地上局位置情報テーブルＨ１に全地上局の位置情報が格納されている。ビームフォーム９−１、９−２の放射方向を算定する際、制御部１−Ｂ２、２−Ｂ２にて読出しを行う。
航空機位置情報テーブルＨ２はビームフォーム記憶部１−Ｂ１、２−Ｂ１に各々備えている。移動局１のビームフォーム記憶部１−Ｂ１は航空機位置情報取得部１−Ｂ４から取得した位置情報、計測時刻を航空機位置情報テーブルＨ２に記憶する。
地上局２のビームフォーム記憶部２−Ｂ１は移動局１より航空機の位置情報、計測時刻を受けて記憶する。
制御部１−Ｂ２、２−Ｂ２はビームフォーム９−１、９−２の放射方向情報、ウェイト情報を算定し、算定した放射方向情報とウェイト情報を放射方向情報テーブルＨ３に記憶し、ビームフォーム９−１、９−２を制御するため放射方向情報、ウェイト情報の読出しを行う。

図６は地上局位置情報テーブルの概略イメージ図である。
地上局位置情報テーブルには、予め全ての地上局の無線機ＩＤと位置情報（緯度、経度、高度）を登録されているものとする。

図７は航空機位置情報テーブルのイメージ図である。
航空機位置情報テーブルには、移動局１のビームフォーム記憶部１−Ｂ１においては、航空機位置情報取得部１−Ｂ４から位置情報と計測時刻を取得し、移動局の無線機ＩＤ、計測時刻(時間ｈ、分ｍ、秒ｓ)、航空機の位置情報（緯度、経度、高度）の項目を記憶し、随時更新する。
地上局２のビームフォーム記憶部１−Ｂ２においては、移動局１から接続要求信号（航空機の無線機ＩＤ、位置情報含む）を受信した際、移動局１と同様に随時更新する。

図８は放射方向情報テーブルのイメージ図である。
放射方向情報テーブルには航空機位置情報取得部１−Ｂ４から取得した移動局１の無線機ＩＤ、計測時刻、その計測時刻に算定したビームフォーム９−１、９−２の放射方向（θ、φ、ｒ）、ウェイト情報（ω）の項目を記憶させる。

図９（ａ）、図９（ｂ）は移動局と地上局間のビームフォーミング及び制御局との回線開通処理を説明するシーケンス図である。
地上局２は指向性を持たせず全方位にビーム幅を広げた状態でかつ、上空の飛行経路４に向けて共通制御信号７（地上局の無線機ＩＤを含む）を常時あるいは定期的に送信（Ｓ１）しているものとする。
移動局１は、航空機位置情報取得部１−Ｂ４より移動局１の位置情報の取得（Ｓ２）を行い、位置情報をビームフォーム記憶部１−Ｂ１の航空機位置情報テーブルＨ２に記録（Ｓ３）を随時行う。移動局１は航空機位置情報テーブルＨ２から移動局１の位置情報の読出（Ｓ４）を行い、地上局位置情報テーブルＨ１から移動局１に最も近い地上局の位置情報の読出（Ｓ５）を行う。移動局１は無線装置部１−Ｂの制御部１−Ｂ２により、航空機の位置情報と地上局２の位置情報から、ビームフォーム９−１の放射方向と位相制御のためのウェイトの算定（Ｓ６）を行い、放射方向情報テーブルＨ３に記録（Ｓ７）を行う。移動局１は算定した電気的な重み付けであるウェイト情報によりアレイアンテナ部１（１−Ａ１）に制御をかけ、ビームフォーム９−１を地上局２に向ける。移動局１は最も近い地上局２の共通制御信号７を受信する迄、Ｓ２〜Ｓ８までのビームフォーミングを繰り返し行う。（Ｓ９）
移動局１は、地上局２から送信（Ｓ１０）される共通制御信号７（地上局の無線機ＩＤを含む）を移動局１のアレイアンテナ部１（１−Ａ１）にて受信（Ｓ１１）した場合、移動局１は地上局２に向けて、接続要求信号(移動局１の無線機ＩＤ、位置情報を含む)の送信（Ｓ１２）を行う。

地上局２は移動局１の接続要求信号を受け、無線チャネルの割当て（Ｓ１３）を行い、制御局３に対し接続要求信号の伝送（Ｓ１４）を行う。
制御局３は地上局２に対し接続応答信号の伝送（Ｓ１５）を行い、地上局２は接続応答信号を受信したとき、ビームフォーミングを開始する。
地上局２は移動局１の接続要求信号に付随した位置情報（Ｓ１２）を受け、無線装置部２−Ｂのビームフォーム記憶部２−Ｂ１にある航空機位置情報テーブルＨ２に記録（Ｓ１６）を行い、地上局位置情報テーブルＨ１から地上局２の位置情報の読出（Ｓ１７）を行う。地上局２は無線装置部２−Ｂの制御部２−Ｂ２により、移動局１から受けた位置情報と地上局２の位置情報から、ビームフォーム９−２の放射方向情報と位相制御のためのウェイト情報の算定（Ｓ１８）を行う。地上局２は放射方向テーブルＨ３にビームフォーム９−２の放射方向情報とウェイト情報の記録（Ｓ１９）を行う。地上局２は無線装置部２−Ｂの制御部２−Ｂ２により、算定した電気的な重み付けであるウェイト情報をビームフォーム調整部２−Ａ２に送信し、ビームフォーム９−２を航空機１に向ける（Ｓ２０）。地上局２は移動局１に対し、接続応答信号、無線チャネル割当通知及びビームフォーミング完了通知の送信（Ｓ２１）を行う。
移動局１と地上局２の間で相互にビームフォーミングした状態で無線回線を確立し、移動局１と制御局３の間で回線１の開通（Ｓ２２）を行う回線１開通（Ｓ２２）の後、移動局１と地上局２の間でＳ２〜Ｓ８、Ｓ１０〜Ｓ１２、Ｓ１６〜Ｓ２１迄のビームフォーミングの過程を行う。ビームフォーミング完了通知の送信（Ｓ２１）を受けて、再びＳ２から行うことで繰り返しビームフォーミングを行うことで、航空機１のビームフォーム９−１と地上局２のビームフォーム９−２を相互に向け合わせ追尾する。

図１０は移動局と制御局間の回線品質状況監視処理を説明するシーケンス図である。
回線１開通（Ｓ２２）の後、地上局２にて回線１の通信品質情報（エラーレート、受信レベル、無線伝送路損失等）を制御局３に伝送（Ｓ２３）を行う。
制御局３の監視部３−Ａ３にて、地上局２からの通信品質情報（Ｓ２３）を監視（Ｓ２４）し、記憶部３−Ａ１に記録（Ｓ２５）を行う。制御部３−Ａ２にて回線１の通信品質（エラーレート、受信レベル、無線伝送路損失等）が予め設定した閾値未満であるか算定（Ｓ２６）を行う。制御局３は地上局２に対し、回線１の品質結果通知の伝送（Ｓ２７）を行う。
地上局２は移動局１に対し、回線１の品質結果通知の送信（Ｓ２８）を行う。
移動局１は回線１の品質結果通知（Ｓ２８）を、ハンドオーバー先と接続を行うための判断基準にする。

図１１（ａ）、図１１（ｂ）は移動局、地上局、制御局の間で回線開通している状況で、次の接続先の地上局と回線開通処理を説明するシーケンス図である。
先に航空機１、地上局２−１、制御局３の間で回線開通Ｔ１（図９（ｂ）のＳ２２と同じ）しているものとし、回線１とする。また航空機１のアレイアンテナ部１（１−Ａ１）を使用して送受信しているものとする。
移動局１は航空機位置情報テーブルＨ２から移動局１の位置情報の読出（Ｔ２）を行い、地上局位置情報テーブルＨ１から移動局１に最も近い地上局の位置情報の読出（Ｔ３）を行う。移動局１は無線装置部１−Ｂの制御部１−Ｂ２により、航空機の位置情報と地上局２−２の位置情報から、ビームフォーム９−１の放射方向情報と位相制御のためのウェイト情報の算定（Ｔ４）を行い、放射方向情報テーブルＨ３に記録（Ｔ５）を行う。移動局１は算定した電気的な重み付けであるウェイト情報によりアレイアンテナ部２（１−Ａ２）に制御をかけ、ビームフォーム９−１を地上局２−２に向ける（Ｔ６）。移動局１は地上局２−１の次に近い地上局２−２の共通制御信号７を受信する迄、Ｔ２〜Ｔ６までのビームフォーミングを繰り返し行う。（Ｔ７）
地上局２は指向性を持たせず全方位にビーム幅を広げた状態でかつ、上空の飛行経路４に向けて共通制御信号７（地上局の無線機ＩＤを含む）を常時あるいは定期的に送信（Ｔ８)しているものとする。地上局２から送信(Ｔ９)される共通制御信号７（地上局の無線機ＩＤを含む）を移動局１のアレイアンテナ部２（１−Ａ２）にて受信(Ｔ１０)し、かつ制御局３から地上局２−１に向けて回線１の品質結果通知（図１０Ｓ２６）を伝送（Ｔ１１）し、地上局２−１から移動局１に対し、回線１の品質結果通知（図１０Ｓ２７）を送信（Ｔ１２）し、アンテナアレイ部１（１−Ａ１）にて回線１の品質結果通知を受信（Ｔ１３）した場合、移動局１は地上局２−２に対して接続判定（Ｔ１４）を行う。
地上局２−２が送信した共通制御信号７を受信（Ｔ１０）し、かつ回線１の回線品質（エラーレート、受信レベル、無線伝送路損失等）の結果が予め設定した閾値以上の場合、地上局２−２に対し接続要求信号を送信しない。共通制御信号７を受信（Ｔ１０）し、かつ回線１の回線品質（エラーレート、受信レベル、無線伝送路損失等）の結果が予め設定した閾値未満であるとき、移動局１は地上局２−２に向けて、接続要求信号(移動局１の無線機ＩＤ、位置情報を含む)の送信（Ｔ１５）を行う。
地上局２−２は図９（ｂ）のＳ１３〜Ｓ２０迄と同じ工程Ｔ１６を行い、地上局２−２は移動局１に対し、接続応答信号、無線チャネル割当通知及びビームフォーミング完了通知の送信（Ｔ１７）を行う。移動局１と地上局２−２の間で相互にビームフォーミングした状態で無線回線確立し、移動局１と制御局３の間で回線２の開通（Ｔ１８）を行う。回線２開通（Ｔ１８）の後、移動局１と地上局２−２の間でＴ２〜Ｔ６、Ｔ１５〜Ｔ１７迄のビームフォーミングの過程を行う。
ビームフォーミング完了通知の送信（Ｔ１７）を受けて、再びＴ２から行うことで繰り返しビームフォーミングを行うことで、航空機１のビームフォーム９−１と地上局２−２のビームフォーム９−２を相互に向け合わせ追尾する。

図１２は移動局と制御局の間で回線１、回線２が開通している状況で、制御局にて回線品質により回線選択を行う処理を説明するシーケンス図である。
移動局１と制御局３の間にて回線１が開通（Ｔ１）し、回線２が開通（Ｔ１８）している二重接続の状況とする。
地上局２−１は回線１の通信品質情報（エラーレート、受信レベル、無線伝送路損失等）を制御局３に伝送（Ｔ１９）し、地上局２−２は回線２の通信品質情報の伝送（Ｔ２０）を行う。
制御局３の監視部３−Ａ３にて、地上局２−１、地上局２−２からの通信品質情報Ｔ１９、Ｔ２０を監視（Ｔ２１）し、記憶部３−Ａ１に記録（Ｔ２２）を行う。制御部３−Ａ２により、Ｔ１９、Ｔ２０で受信した通信品質情報（エラーレート、受信レベル、無線伝送路損失等）を比較し、回線の品質判定（Ｔ２３）を行う。
回線１、回線２はインターフェイス部３−Ａ４まで接続状態のまま、品質判定（Ｔ２３）の結果に基づき、制御部３−Ａ２にて回線品質良好な回線番号を選択（Ｔ２４）する。このとき未選択回線はインターフェイス部３−Ａ４で接続状態である。
制御局３から地上局２−１、地上局２−２に対し、各々、選択結果通知（Ｔ２６−１）、（Ｔ２６−２）を行う。地上局２−１、地上局２−２は移動局１に対し、選択結果通知（Ｔ２７−１），（Ｔ２７−２）を送信する。
移動局１は選択結果通知Ｔ２７−１，Ｔ２７−２を回線切替えの判断情報として扱う。
地上局２−１、地上局２−２、制御局３はＴ１９〜Ｔ２７の過程を繰り返し行う（Ｔ２８）。

図１３（ａ）、図１３（ｂ）は移動局−地上局間の回線切替え処理を説明するシーケンス図である。
移動局１と制御局３の間にて回線１が開通（Ｔ１）し、回線２が開通（Ｔ１８）している二重接続の状況とする。
先に移動局１、地上局２−１、制御局３の間で回線開通（Ｔ１）しているものとし、回線１とする。また航空機１のアレイアンテナ部１（１−Ａ１）を使用して送受信しているものとする。同様に回線１の開通の後に、航空機１、地上局２−２、制御局３の間で回線開通（Ｔ１８）しているものとし回線２とする。また移動局１のアレイアンテナ部２（１−Ａ２）を使用して送受信しているものとする。

制御局３から地上局２−１、地上局２−２に対し、各々、回線の選択結果通知（Ｔ２６−１）、（Ｔ２６−２）を行い、地上局２−１、地上局２−２は回線切替えの判断情報として移動局１に対し、選択結果通知（Ｔ２７−１），（Ｔ２７−２）を送信する。
移動局１はビームフォーム記憶部１−Ｂ１の航空機位置情報テーブルＨ２から自機の位置情報の読出（Ｕ１）を行い、地上局位置情報テーブルＨ１から地上局２−１、地上局２−２の位置情報の読出（Ｕ２）を行う。移動局１は無線装置部１−Ｂの制御部１−Ｂ２により、航空機の位置情報と地上局２−１、地上局２−２の位置情報から、直線距離の算定（Ｕ３）を行い、航空機−各地上局間の直線距離判定（Ｕ４）を行う。航空機に対して地上局２−１の方が直線距離が近い場合、Ｕ１〜Ｕ４迄を繰り返す（Ｕ５）。航空機１に対して地上局２−１より、地上局２−２の方が直線距離が近い場合でかつ、回線２の選択結果通知（Ｔ２７−２）が回線１の選択結果通知（Ｔ２７−１）と比較して良好でかつ、予め設定した閾値以上であるとき、地上局２−１と地上局２−２でハンドオーバー開始（Ｕ５）とする。
この条件に合致しない場合、回線１、回線２の二重接続で運用とする。

ハンドオーバー開始（Ｕ５）として、移動局１は地上局２−１、地上局２−２に対し、各々回線切替要求信号の送信（Ｕ６−1），（Ｕ６−２）を行う。地上局２−１、地上局２−２は制御局３に対し、各々回線切替要求信号の伝送（Ｕ７−1），（Ｕ７−２）を行う。制御局３の監視部３−Ａ３にて回線切替要求信号の（Ｕ７−1），（Ｕ７−２）の監視Ｕ９を行う。地上局２−１、地上局２−２は移動局１に対し、各々応答信号の送信（Ｕ８−1），（Ｕ８−２）を行う。制御局３は地上局２−１に対し、無線回線停止信号の伝送（Ｕ１０）を行う。地上局２−１は移動局１に対し、無線回線停止信号の送信（Ｕ１１）を行う。地上局２−１は無線チャネル解放を行い、移動局１の無線回線停止（Ｕ１２）を行い、制御局３に対し応答通知（Ｕ１３）を行う。地上局２−１はアレイアンテナ部２−Ａのウェイト制御を解除し、ビームフォーム９−２を解放（Ｕ１４）する。
地上局２−２は、共通制御信号７を送信し、図９（ａ）のＳ１を実施する（Ｕ１５）。移動局１は地上局２−１向きの無線回線停止（Ｕ１６）を行う。アレイアンテナ部１（１−Ａ１）のウェイト制御を解放し、ビームフォーム９−１の解放（Ｕ１７）を行う。地上局２−３に向けてアレイアンテナのビームフォーミングを行い、図９（ａ）のＳ２を実施する（Ｕ１８）。地上局２−２は回線２の通信品質情報（エラーレート、受信レベル、無線伝送路損失等）を制御局３に伝送（Ｕ１９）し、制御局３の監視部３−Ａ３で通信品質情報を監視し、記憶部３−Ａ１に記録（Ｕ２０）を行う。

１…移動局（航空機）、２…地上局、３…制御局、４…飛行経路、５…地上回線、６…ネットワーク、７…共通制御信号、８…航空機の位置情報、無線機ＩＤ、９…ビームフォーム

Claims (5)

1. 航空機と、航空機の飛行経路上に配置された複数の地上局と、
   該複数の地上局と地上回線で接続され地上局を制御する制御局を少なくとも有する航空機通信システムにおける通信方法であって、
   前記航空機は、
   複数のアレイアンテナ部と、
   該複数のアレイアンテナ部がそれぞれ別の方向にビームを送信するように制御する制御部と、位置情報取得部と、ビームフォームを行うための情報を記憶する記憶部を有する無線装置部と、
   航空機内の端末と無線信号を送受信する無線サービス部とを有し、
   前記記憶部に、前記複数の地上局の位置情報および、前記位置情報取得部が取得した航空機の位置情報を記憶しており、
   該複数の地上局の位置情報および航空機の位置情報に基づいて、少なくとも一つの地上局を選択し、該地上局に向けたビームを形成して送信し、
   前記地上局は、
   アレイアンテナ部と
   該アレイアンテナ部が送信するビームを制御する制御部と、ビームフォームを行うための情報を記憶する記憶部を有する無線装置部と、を有し、
   前記航空機および前記地上局の双方がビームフォーミングを行うことにより通信を継続することを特徴とする航空機通信方法。
2. 前記複数の地上局は、航空機との通信路が設定されていない状態では、指向性を持たない全方位に向けて、共通制御信号を送信し、航空機と地上局間の通信路が設定されると、航空機から受信した位置情報に基づいて、指向性を制御したビームを送信することを特徴とする請求項１に記載の航空機通信方法。
3. 前記制御部は、前記航空機と前記複数の地上局との間に設定されている複数の回線の通信品質を監視する監視部を有し、前記通信品質に基づいて、前記複数の回線の切替えを行うことを特徴とする請求項２に記載の航空機通信方法。
4. 前記航空機は、第１の地上局と通信中に、第２の地上局が送信する共通制御信号を受信した場合、該第１の地上局経由で前記制御部の監視部より第２の地上局と航空機間の通信品質情報を受信し、該通信品質が予め定めた品質以上である場合に、第２の地上局に対し接続要求信号を送信することを特徴とする請求項３に記載の航空機通信方法。
5. 航空機と、
   航空機の飛行経路上に配置された複数の地上局と、
   該複数の地上局と地上回線で接続され地上局を制御する制御局を少なくとも有する航空機通信システムであって、
   前記航空機は、
   複数のアレイアンテナ部と、
   該複数のアレイアンテナ部がそれぞれ別の方向にビームを送信するように制御する制御部と、位置情報取得部と、ビームフォームを行うための情報を記憶する記憶部を有する無線装置部と、
   航空機内の端末と無線信号を送受信する無線サービス部とを有し、
   前記記憶部に、前記複数の地上局の位置情報および、前記位置情報取得部が取得した航空機の位置情報を記憶しており、
   該複数の地上局の位置情報および航空機の位置情報に基づいて、少なくとも一つの地上局を選択し、該地上局に向けたビームを形成して送信し、
   前記地上局は、
   アレイアンテナ部と
   該アレイアンテナ部が送信するビームを制御する制御部と、ビームフォームを行うための情報を記憶する記憶部を有する無線装置部と、を有し、
   前記航空機および前記地上局の双方がビームフォーミングにより通信を行うことを特徴とする航空機通信システム。

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