JPH10164653A - ワイアレス通信ネットワーク用マルチビームアンテナ - Google Patents
ワイアレス通信ネットワーク用マルチビームアンテナInfo
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- JPH10164653A JPH10164653A JP9303192A JP30319297A JPH10164653A JP H10164653 A JPH10164653 A JP H10164653A JP 9303192 A JP9303192 A JP 9303192A JP 30319297 A JP30319297 A JP 30319297A JP H10164653 A JPH10164653 A JP H10164653A
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- H04W16/24—Cell structures
- H04W16/32—Hierarchical cell structures
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- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
- H04B7/14—Relay systems
- H04B7/15—Active relay systems
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- H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
- H04B7/14—Relay systems
- H04B7/15—Active relay systems
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- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W84/00—Network topologies
- H04W84/02—Hierarchically pre-organised networks, e.g. paging networks, cellular networks, WLAN [Wireless Local Area Network] or WLL [Wireless Local Loop]
- H04W84/04—Large scale networks; Deep hierarchical networks
- H04W84/06—Airborne or Satellite Networks
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- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Radio Relay Systems (AREA)
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 方向制御可能なビームを放射するアンテナを
必要としないようにセルをクラスター化（群化）する技
術を提供する。 【解決手段】 本発明のワイアレス通信ネットワーク用
マルチビームアンテナ２１０は、飛行物体により空中に
保持され、このマルチビームアンテナ２１０は、マルチ
ビームアンテナの下のほぼ円形の第１領域上に第１セル
２４１を投影する第１アンテナビーム２３１と、マルチ
ビームアンテナの下のほぼ円形の第２領域上に第２セル
２４２を投影する第２アンテナビーム２３２とを投影
し、前記第１セルの半径は第２セルのそれよりも小さ
く、かつ第１セルと第２ゼルとは同心状に配置されてい
る。
必要としないようにセルをクラスター化（群化）する技
術を提供する。 【解決手段】 本発明のワイアレス通信ネットワーク用
マルチビームアンテナ２１０は、飛行物体により空中に
保持され、このマルチビームアンテナ２１０は、マルチ
ビームアンテナの下のほぼ円形の第１領域上に第１セル
２４１を投影する第１アンテナビーム２３１と、マルチ
ビームアンテナの下のほぼ円形の第２領域上に第２セル
２４２を投影する第２アンテナビーム２３２とを投影
し、前記第１セルの半径は第２セルのそれよりも小さ
く、かつ第１セルと第２ゼルとは同心状に配置されてい
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ワイアレス通信シ
ステムに関し、特に高い標高にある飛行体アンテナプラ
ットフォームを採用したワイアレス通信ネットワーク用
のセルクラスター化（群化）構成とそれに対応するアン
テナパターンに関する。
ステムに関し、特に高い標高にある飛行体アンテナプラ
ットフォームを採用したワイアレス通信ネットワーク用
のセルクラスター化（群化）構成とそれに対応するアン
テナパターンに関する。
【０００２】
【従来の技術】セルラ移動体通信は、ここ数年間に大く
成長し、サービスが改善され、新たな製品や特徴仕様が
提供されながら、さらに拡大傾向にある。しかし、セル
ラ通信を採用するために既存の顧客を引き留め、そして
新たな顧客を取り込むためには、サービスは適正な価格
で行わなければならない。そのため、セルラ通信サービ
スを提供するコストを低減する必要がある。
成長し、サービスが改善され、新たな製品や特徴仕様が
提供されながら、さらに拡大傾向にある。しかし、セル
ラ通信を採用するために既存の顧客を引き留め、そして
新たな顧客を取り込むためには、サービスは適正な価格
で行わなければならない。そのため、セルラ通信サービ
スを提供するコストを低減する必要がある。
【０００３】従来の地上波ベースのセルラ通信システム
１００は、図１に示すように複数のセル１１０に分割さ
れた領域にサービスを提供している。これらのセルの数
と大きさは、サービスプロバイダにより地理的にカバー
する領域が最適になるように、そしてコストが低減でき
るように、かつサービス領域内の容量が最大となるよう
に選択されている。各セル１１０は、そのセルサイト１
２０に送信器と受信機と制御装置とを具備し、通常この
セルサイト１２０はセル１１０の中心に配置されてい
る。
１００は、図１に示すように複数のセル１１０に分割さ
れた領域にサービスを提供している。これらのセルの数
と大きさは、サービスプロバイダにより地理的にカバー
する領域が最適になるように、そしてコストが低減でき
るように、かつサービス領域内の容量が最大となるよう
に選択されている。各セル１１０は、そのセルサイト１
２０に送信器と受信機と制御装置とを具備し、通常この
セルサイト１２０はセル１１０の中心に配置されてい
る。
【０００４】あるサービス領域内の各セルサイト１２０
は、中央電話局１３０に接続され、この中央電話局１３
０は移動電話交換局（mobile telephone seitching off
ice（ＭＴＳＯ））として機能し、セル内の移動体交換
を制御している。セルサイト１２０はデータリンク１２
５を介して、このＭＴＳＯに接続されている。このＭＴ
ＳＯは呼を他の移動体および地方電話システムに切り換
えている。
は、中央電話局１３０に接続され、この中央電話局１３
０は移動電話交換局（mobile telephone seitching off
ice（ＭＴＳＯ））として機能し、セル内の移動体交換
を制御している。セルサイト１２０はデータリンク１２
５を介して、このＭＴＳＯに接続されている。このＭＴ
ＳＯは呼を他の移動体および地方電話システムに切り換
えている。
【０００５】セルの境界は実際には明確ではない。従来
六角形のセル形状が採用されているが、その理由は円形
のセルが採用した場合に発生するカバレッジのギャップ
（空隙）とオーバラップ（重なり）とが発生しないよう
にエリアをカバーできるからである。円形のセルは、全
方向アンテナによりサービスされているが、方向性アン
テナを用いて六角形のセル形状を近似できる。
六角形のセル形状が採用されているが、その理由は円形
のセルが採用した場合に発生するカバレッジのギャップ
（空隙）とオーバラップ（重なり）とが発生しないよう
にエリアをカバーできるからである。円形のセルは、全
方向アンテナによりサービスされているが、方向性アン
テナを用いて六角形のセル形状を近似できる。
【０００６】上記の理由によりあるいは他の理由によ
り、従来の地上波ベースのセルラシステムの限界により
高い標高にある（高標高の）飛行体プラットフォーム
（high-altitude aeronautical platforms（ＨＡＡ
Ｐ））を用いて、無線リレートランスポータを搬送させ
るワイアレス通信システムを企画する研究が始まってい
る。ＨＡＡＰは、例えば飛行船あるいは有人・無人の飛
行機が、サービス領域を旋回する形態をとる。空中浮遊
アンテナプラットフォームの利点は、従来の地上波ベー
スのセルラアンテナシステムよりもはるかに広い領域を
サービスできる点である。
り、従来の地上波ベースのセルラシステムの限界により
高い標高にある（高標高の）飛行体プラットフォーム
（high-altitude aeronautical platforms（ＨＡＡ
Ｐ））を用いて、無線リレートランスポータを搬送させ
るワイアレス通信システムを企画する研究が始まってい
る。ＨＡＡＰは、例えば飛行船あるいは有人・無人の飛
行機が、サービス領域を旋回する形態をとる。空中浮遊
アンテナプラットフォームの利点は、従来の地上波ベー
スのセルラアンテナシステムよりもはるかに広い領域を
サービスできる点である。
【０００７】これまでのＨＡＡＰを実現する試みは、従
来の隣接する複数の六角形のセルに区分されたサービス
領域を基礎としている。しかし、従来方式のセルを使用
することは、ＨＡＡＰに搭載したアンテナは、サービス
領域の上空を飛行物体が周回するにつれて、その放射パ
ターンをダイナミックに変化させる必要がある。
来の隣接する複数の六角形のセルに区分されたサービス
領域を基礎としている。しかし、従来方式のセルを使用
することは、ＨＡＡＰに搭載したアンテナは、サービス
領域の上空を飛行物体が周回するにつれて、その放射パ
ターンをダイナミックに変化させる必要がある。
【０００８】というのは、各六角形のセルとＨＡＡＰと
の間の相対的位置が一定ではなく、そのためアンテナか
らのビームは、機械的にあるいは電気的に方向を制御す
る方向性を持たなければならず、このためＨＡＡＰ搭載
のアンテナを採用するセルラシステムに余分なコストが
かかり、さらに複雑となる。このためワイアレスの観点
からすると、このようなシステムを実現する最も困難な
技術的課題は、ＨＡＡＰに搭載される高い標高にありか
つ方向制御可能なマルチビームアンテナである。
の間の相対的位置が一定ではなく、そのためアンテナか
らのビームは、機械的にあるいは電気的に方向を制御す
る方向性を持たなければならず、このためＨＡＡＰ搭載
のアンテナを採用するセルラシステムに余分なコストが
かかり、さらに複雑となる。このためワイアレスの観点
からすると、このようなシステムを実現する最も困難な
技術的課題は、ＨＡＡＰに搭載される高い標高にありか
つ方向制御可能なマルチビームアンテナである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の目
的は、方向制御可能なビームを放射するアンテナを必要
としないように、セルをクラスター化（群化）する技術
を提供することである。
的は、方向制御可能なビームを放射するアンテナを必要
としないように、セルをクラスター化（群化）する技術
を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、ワイアレス通
信ネットワーク用のマルチビームアンテナと、飛行物体
により空中に保持されるマルチビームアンテナでもって
ワイアレス通信ネットワーク用にセルを形成する方法
と、ワイアレスのインフラ（システム）を提供する。本
発明のマルチビームアンテナは、請求項１に記載した通
りである。いかなる数のセルもマルチビームアンテナか
らのビームを追加することにより形成できる。
信ネットワーク用のマルチビームアンテナと、飛行物体
により空中に保持されるマルチビームアンテナでもって
ワイアレス通信ネットワーク用にセルを形成する方法
と、ワイアレスのインフラ（システム）を提供する。本
発明のマルチビームアンテナは、請求項１に記載した通
りである。いかなる数のセルもマルチビームアンテナか
らのビームを追加することにより形成できる。
【００１１】本発明は、一方のセルが他方のセルの内側
になるようにセルが同心状に配列されるようなセルクラ
スター（セル群）系を導入するものである。これはある
セルが別のセルを完全に包囲しないような従来のセルク
ラスター系とは対象的なものである。本発明のセルクラ
スター系の利点は、マルチビームアンテナが第１セルの
中心点を中心にほぼ均一の半径で水平方向に軌道を描く
と（これは飛行物体が飛行機の場合である）、第１セル
と第２セルの場所と大きさは、マルチビームアンテナの
軌道点とは独立となることである。これによりビームの
方向付けが不用となり、全体としてマルチビームアンテ
ナが複雑でなくなる。
になるようにセルが同心状に配列されるようなセルクラ
スター（セル群）系を導入するものである。これはある
セルが別のセルを完全に包囲しないような従来のセルク
ラスター系とは対象的なものである。本発明のセルクラ
スター系の利点は、マルチビームアンテナが第１セルの
中心点を中心にほぼ均一の半径で水平方向に軌道を描く
と（これは飛行物体が飛行機の場合である）、第１セル
と第２セルの場所と大きさは、マルチビームアンテナの
軌道点とは独立となることである。これによりビームの
方向付けが不用となり、全体としてマルチビームアンテ
ナが複雑でなくなる。
【００１２】本発明の一実施例によれば、マルチビーム
アンテナは、第１セルの中心点の直上の空中に保持され
る。他の実施例においては、マルチビームアンテナは、
第１セルの中心点の上でほぼ一定の軌道半径で旋回す
る。大気条件が飛行物体をほぼ一定の場所に維持するの
を阻止しない場合には、ヘリコプタあるいは静止型飛行
船がマルチビームアンテナを一定の空中の場所に保持で
きる。飛行機は空中にとどまるためには動き続けなけれ
ばならないが、飛行機がセルのクラスターの中心点上に
ほぼ水平で環状の軌道を描く場合には、マルチビームア
ンテナから放射されるビームは、方向を変える必要はな
い。
アンテナは、第１セルの中心点の直上の空中に保持され
る。他の実施例においては、マルチビームアンテナは、
第１セルの中心点の上でほぼ一定の軌道半径で旋回す
る。大気条件が飛行物体をほぼ一定の場所に維持するの
を阻止しない場合には、ヘリコプタあるいは静止型飛行
船がマルチビームアンテナを一定の空中の場所に保持で
きる。飛行機は空中にとどまるためには動き続けなけれ
ばならないが、飛行機がセルのクラスターの中心点上に
ほぼ水平で環状の軌道を描く場合には、マルチビームア
ンテナから放射されるビームは、方向を変える必要はな
い。
【００１３】本発明の一実施例においては、マルチビー
ムアンテナは複数の同心のセルを規定するために斜めの
円錐状ビームを投影し、斜めの円錐状ビームの非同心性
は、同心セルの中心点からのマルチビームアンテナの軌
道半径と、このマルチビームアンテナの標高の関数であ
る。マルチビームアンテナが中心点の真上にある場合に
は、この円錐ビームは正円錐である。マルチビームアン
テナが中心点からその軌道上を移動すると、円錐ビーム
は、より斜めになり、地上のビームの投影は円形状とな
る。
ムアンテナは複数の同心のセルを規定するために斜めの
円錐状ビームを投影し、斜めの円錐状ビームの非同心性
は、同心セルの中心点からのマルチビームアンテナの軌
道半径と、このマルチビームアンテナの標高の関数であ
る。マルチビームアンテナが中心点の真上にある場合に
は、この円錐ビームは正円錐である。マルチビームアン
テナが中心点からその軌道上を移動すると、円錐ビーム
は、より斜めになり、地上のビームの投影は円形状とな
る。
【００１４】本発明の一実施例においては、第２セルの
半径（ｒ2）と第１セルの半径（ｒ1）とは、ｒ2 ＝ｒ1
√２の関係となる。この構成においては、第２セルによ
り均一にカバーされる領域（第１領域とは重なり合わな
い第２領域の部分）は、第１セルによりカバーされる領
域（第１領域の全部）と等しくなる。移動局（移動体）
がほぼ均一に分布していると仮定すると、ワイアレスの
トラフィックもまた第１セルと第２セルの間で、ほぼ均
一に分布していることになる。
半径（ｒ2）と第１セルの半径（ｒ1）とは、ｒ2 ＝ｒ1
√２の関係となる。この構成においては、第２セルによ
り均一にカバーされる領域（第１領域とは重なり合わな
い第２領域の部分）は、第１セルによりカバーされる領
域（第１領域の全部）と等しくなる。移動局（移動体）
がほぼ均一に分布していると仮定すると、ワイアレスの
トラフィックもまた第１セルと第２セルの間で、ほぼ均
一に分布していることになる。
【００１５】本発明の一実施例においては、マルチビー
ムアンテナ以外にもワイアレス通信ネットワークの基地
局とフィーダバンド（feeder-band） の通信を行うアン
テナがある。そしてこの基地局は、同心状のセルのほぼ
中心点に配置される。ほぼ中心点に基地局を配置するこ
とにより、マルチビームアンテナが中心点を中心に軌道
を描く場合に発生するドプラー効果を取り除くことがで
きる。本発明の概念は、基地局の位置に限定されるもの
ではない。通常においてフィーダバンドとは、キューバ
ンド（１２から１８ＧＨｚ）を含むものとして定義す
る。他の周波数バンドも本発明の範囲内に含まれる。
ムアンテナ以外にもワイアレス通信ネットワークの基地
局とフィーダバンド（feeder-band） の通信を行うアン
テナがある。そしてこの基地局は、同心状のセルのほぼ
中心点に配置される。ほぼ中心点に基地局を配置するこ
とにより、マルチビームアンテナが中心点を中心に軌道
を描く場合に発生するドプラー効果を取り除くことがで
きる。本発明の概念は、基地局の位置に限定されるもの
ではない。通常においてフィーダバンドとは、キューバ
ンド（１２から１８ＧＨｚ）を含むものとして定義す
る。他の周波数バンドも本発明の範囲内に含まれる。
【００１６】本発明の一実施例においては、第１ビーム
と第２ビームはユーザバンド（user-band） ビームであ
る。通常ユーザバンドとは、Ｌバンド（２〜４ＧＨｚ）
と１ＧＨｚ（この周波数は、セルラ電話あるいはＰＨＳ
として採用されている）以下のバンドである。他の周波
数も本発明の範囲内に含まれる。
と第２ビームはユーザバンド（user-band） ビームであ
る。通常ユーザバンドとは、Ｌバンド（２〜４ＧＨｚ）
と１ＧＨｚ（この周波数は、セルラ電話あるいはＰＨＳ
として採用されている）以下のバンドである。他の周波
数も本発明の範囲内に含まれる。
【００１７】本発明の一実施例においては、飛行物体
は、（１）気球、（２）飛行機、（３）飛行船、（４）
ヘリコプターからなるグループから選択されているもの
である。マルチビームアンテナは、人工衛星により空中
に保持してもよい。マルチビームアンテナを空中に保持
する新たな技術が出現するかも知れないが、これも本発
明の範囲内に含まれる。
は、（１）気球、（２）飛行機、（３）飛行船、（４）
ヘリコプターからなるグループから選択されているもの
である。マルチビームアンテナは、人工衛星により空中
に保持してもよい。マルチビームアンテナを空中に保持
する新たな技術が出現するかも知れないが、これも本発
明の範囲内に含まれる。
【００１８】
【発明の実施の形態】図１には、セルラ通信ネットワー
ク１００は、従来の六角形をしたセル１１０を有してい
る。各セル１１０には、そのセルサイト１２０の場所に
配置されたアンテナ列を具備している。通常このセルサ
イト１２０は、セル１１０の中心近傍に配置されてい
る。
ク１００は、従来の六角形をしたセル１１０を有してい
る。各セル１１０には、そのセルサイト１２０の場所に
配置されたアンテナ列を具備している。通常このセルサ
イト１２０は、セル１１０の中心近傍に配置されてい
る。
【００１９】サービス領域内の各セルサイト１２０は、
中央電話局１３０に接続され、この中央電話局１３０
は、移動電話交換局（mobile telephone switching off
ice （ＭＴＳＯ））として機能し、セル１１０内の移動
体１４０の接続動作を制御する。セルサイト１２０は、
ＭＴＳＯにデータリンク１２５を介して接続されてい
る。このＭＴＳＯは、呼を他の移動体１４０におよび電
話システム（図示せず）に切り換える。
中央電話局１３０に接続され、この中央電話局１３０
は、移動電話交換局（mobile telephone switching off
ice （ＭＴＳＯ））として機能し、セル１１０内の移動
体１４０の接続動作を制御する。セルサイト１２０は、
ＭＴＳＯにデータリンク１２５を介して接続されてい
る。このＭＴＳＯは、呼を他の移動体１４０におよび電
話システム（図示せず）に切り換える。
【００２０】飛行物体により、空中に保持されたマルチ
ビームアンテナを用いたワイアレス通信ネットワーク用
のセルクラスター化配置と対応するアンテナパターンを
示す。本発明は、従来の六角形のセル形状を用いる困難
性を非地上波のセルラ通信システムで解決するものであ
る。
ビームアンテナを用いたワイアレス通信ネットワーク用
のセルクラスター化配置と対応するアンテナパターンを
示す。本発明は、従来の六角形のセル形状を用いる困難
性を非地上波のセルラ通信システムで解決するものであ
る。
【００２１】飛行物体により空中に保持されるアンテナ
を用いて、従来のセルを使用すると、飛行物体がサービ
ス領域の上空を飛行するにつれて、その放射パータンを
ダイナミックに変化させることのできるアンテナが必要
となる。この理由は各セルと飛行物体との間の相対的位
置が一定ではなく、そのためアンテナビームは、機械的
および／または電気的に方向制御する必要があり、これ
によりセルラシステムに余分のコストがかかりシステム
が複雑になる。
を用いて、従来のセルを使用すると、飛行物体がサービ
ス領域の上空を飛行するにつれて、その放射パータンを
ダイナミックに変化させることのできるアンテナが必要
となる。この理由は各セルと飛行物体との間の相対的位
置が一定ではなく、そのためアンテナビームは、機械的
および／または電気的に方向制御する必要があり、これ
によりセルラシステムに余分のコストがかかりシステム
が複雑になる。
【００２２】本発明は、高標高空中プラットフォーム
（ＨＡＡＰ）２１０に搭載されたマルチビームアンテナ
２２０を開示するものである。このマルチビームアンテ
ナ２２０は、（１）マルチビームアンテナ２２０の下の
ほぼ円形の第１領域上に第１セル２４１を形成するため
に、第１アンテナビーム２３１と、（２）マルチビーム
アンテナ２２０の下のほぼ円形の第２領域上に第２セル
２４２を形成するために、第２アンテナビーム２３２と
を投影する。
（ＨＡＡＰ）２１０に搭載されたマルチビームアンテナ
２２０を開示するものである。このマルチビームアンテ
ナ２２０は、（１）マルチビームアンテナ２２０の下の
ほぼ円形の第１領域上に第１セル２４１を形成するため
に、第１アンテナビーム２３１と、（２）マルチビーム
アンテナ２２０の下のほぼ円形の第２領域上に第２セル
２４２を形成するために、第２アンテナビーム２３２と
を投影する。
【００２３】第１セル２４１の半径は、第２セル２４２
の半径よりも小さく、かつ第２セル２４２と同心円にあ
る。別の言い方をすると、第１セル２４１は、円形とし
て示されているが、内側の半径がゼロであるリングと考
えることもできる。カバレッジのギャップを埋めるため
に、各セルの外側半径は、隣接する外側セルの内側半径
にほぼ等しくなければならない。
の半径よりも小さく、かつ第２セル２４２と同心円にあ
る。別の言い方をすると、第１セル２４１は、円形とし
て示されているが、内側の半径がゼロであるリングと考
えることもできる。カバレッジのギャップを埋めるため
に、各セルの外側半径は、隣接する外側セルの内側半径
にほぼ等しくなければならない。
【００２４】さらにマルチビームアンテナ２２０は、
（３）マルチビームアンテナ２２０の下のほぼ円形の第
３領域上に第３セル２４３を形成するために、第３アン
テナビーム２３３とを投影する。図１には３個のセル２
４１，２４２，２４３のみが記載されているが、本発明
はいかなる数の同心セルにも拡張可能である。
（３）マルチビームアンテナ２２０の下のほぼ円形の第
３領域上に第３セル２４３を形成するために、第３アン
テナビーム２３３とを投影する。図１には３個のセル２
４１，２４２，２４３のみが記載されているが、本発明
はいかなる数の同心セルにも拡張可能である。
【００２５】第２セルの半径（ｒ2）と第１セルの半径
（ｒ1）とは、ｒ2 ＝ｒ1 √２の関係となる。この構成
においては、第２セルにより均一にカバーされる領域
（第１領域とは重なり合わない第２領域の部分）は、第
１セルによりカバーされる領域（第１領域の全部）と等
しくなる。この関係式は、ｒn ＝ｒ1 √ｎを満足するこ
とによりいかなる数のセルにも拡張できる。ここでｒ1
は、最も内側のセルの半径であり、ｒn はｎ番目のセル
の半径である。これにより全てのセルは同一面積とな
る。移動局がほぼ均一に分布していると仮定すると、ワ
イアレスのトラフィックモまた第１セルと第２セルの間
で、ほぼ均一に分布していることになる。
（ｒ1）とは、ｒ2 ＝ｒ1 √２の関係となる。この構成
においては、第２セルにより均一にカバーされる領域
（第１領域とは重なり合わない第２領域の部分）は、第
１セルによりカバーされる領域（第１領域の全部）と等
しくなる。この関係式は、ｒn ＝ｒ1 √ｎを満足するこ
とによりいかなる数のセルにも拡張できる。ここでｒ1
は、最も内側のセルの半径であり、ｒn はｎ番目のセル
の半径である。これにより全てのセルは同一面積とな
る。移動局がほぼ均一に分布していると仮定すると、ワ
イアレスのトラフィックモまた第１セルと第２セルの間
で、ほぼ均一に分布していることになる。
【００２６】本発明の一実施例においては、マルチビー
ムアンテナは第１セル２４１の中心点２６０の真上で空
中に保持されている。第１セル２４１の中心点２６０
は、第１セル２４１と同心の他の環状セルの中心点でも
ある。第１セル２４１の中心点２６０は、第１セル２４
１と同心の他の全ての環状セルの中心点でもある。本発
明の他の実施例においては、このマルチビームアンテナ
は、中心点２６０の上でそこからほぼ一定の軌道半径で
もって旋回する。
ムアンテナは第１セル２４１の中心点２６０の真上で空
中に保持されている。第１セル２４１の中心点２６０
は、第１セル２４１と同心の他の環状セルの中心点でも
ある。第１セル２４１の中心点２６０は、第１セル２４
１と同心の他の全ての環状セルの中心点でもある。本発
明の他の実施例においては、このマルチビームアンテナ
は、中心点２６０の上でそこからほぼ一定の軌道半径で
もって旋回する。
【００２７】大気条件が飛行物体をほぼ一定の場所に維
持するのに障害とならない場合には、気球，ヘリコプタ
あるいは静止型飛行船がマルチビームアンテナ２２０を
一定の空中の場所に保持できる。飛行機は空中にとどま
るためには動き続けなければならないが、飛行機がセル
のクラスターの中心点２６０上にほぼ水平で環状の軌道
を描く場合には、マルチビームアンテナ２２０から放射
されるビーム２３１，２３２，２３３は、方向を変える
必要はない。
持するのに障害とならない場合には、気球，ヘリコプタ
あるいは静止型飛行船がマルチビームアンテナ２２０を
一定の空中の場所に保持できる。飛行機は空中にとどま
るためには動き続けなければならないが、飛行機がセル
のクラスターの中心点２６０上にほぼ水平で環状の軌道
を描く場合には、マルチビームアンテナ２２０から放射
されるビーム２３１，２３２，２３３は、方向を変える
必要はない。
【００２８】ＨＡＡＰ２１０がセルクラスターの中心点
２６０の上空に静止している場合には、アンテナビーム
２３１，２３２，２３３は、正円錐を形成する。しかし
ＨＡＡＰ２１０が中心点２６０の周囲を旋回する場合に
は、マルチビームアンテナ２２０のアンテナビーム２３
１，２３２，２３３は、これによりアンテナビーム２３
１，２３２，２３３が地表と交わる場所では円形のセル
を形成するために、斜めの円錐ビームを形成しなければ
ならない。
２６０の上空に静止している場合には、アンテナビーム
２３１，２３２，２３３は、正円錐を形成する。しかし
ＨＡＡＰ２１０が中心点２６０の周囲を旋回する場合に
は、マルチビームアンテナ２２０のアンテナビーム２３
１，２３２，２３３は、これによりアンテナビーム２３
１，２３２，２３３が地表と交わる場所では円形のセル
を形成するために、斜めの円錐ビームを形成しなければ
ならない。
【００２９】斜めの円錐ビームの必要な非同心性は、セ
ルクラスターの中心点２６０からのマルチビームアンテ
ナ２２０の軌道半径と、マルチビームアンテナ２２０の
標高との関数である。マルチビームアンテナ２２０がそ
の軌道上を中心点２６０から外れる方向に移動すると、
地上のビームの投影がセルを円形に保持ためにより斜め
になる。
ルクラスターの中心点２６０からのマルチビームアンテ
ナ２２０の軌道半径と、マルチビームアンテナ２２０の
標高との関数である。マルチビームアンテナ２２０がそ
の軌道上を中心点２６０から外れる方向に移動すると、
地上のビームの投影がセルを円形に保持ためにより斜め
になる。
【００３０】マルチビームアンテナ２２０は、ワイアレ
ス通信ネットワークの地上局２５０と、フィーダバンド
通信を提供できるアンテナも含んでもよい。地上局２５
０は、セルクラスターの中心点２６０の近傍に位置する
のが好ましい。中心点２６０に配置された地上局２５０
の周囲を旋回するＨＡＡＰ２１０は、地上局２５０から
ほぼ一定の距離を維持し、これによりマルチビームアン
テナ２２０が地上局２５０から離れる方向あるいは近付
く方向に移動する場合に、発生するドプラー効果を避け
ることができる。
ス通信ネットワークの地上局２５０と、フィーダバンド
通信を提供できるアンテナも含んでもよい。地上局２５
０は、セルクラスターの中心点２６０の近傍に位置する
のが好ましい。中心点２６０に配置された地上局２５０
の周囲を旋回するＨＡＡＰ２１０は、地上局２５０から
ほぼ一定の距離を維持し、これによりマルチビームアン
テナ２２０が地上局２５０から離れる方向あるいは近付
く方向に移動する場合に、発生するドプラー効果を避け
ることができる。
【００３１】しかし、地上局２５０が中心点２６０の中
心に位置していない場合には、ドプラー効果を消去する
必要がある。一方地上局２５０は、複数のＨＡＡＰ２１
０をサポートしてもよくこの場合、少なくとも１つのＨ
ＡＡＰ２１０に対しては、ドプラー効果消去装置が必要
となる。地上局２５０は、他の移動体ユーザに対するイ
ンタフェースおよび公衆電話交換網（図示せず）に対す
るインタフェースも提供する。
心に位置していない場合には、ドプラー効果を消去する
必要がある。一方地上局２５０は、複数のＨＡＡＰ２１
０をサポートしてもよくこの場合、少なくとも１つのＨ
ＡＡＰ２１０に対しては、ドプラー効果消去装置が必要
となる。地上局２５０は、他の移動体ユーザに対するイ
ンタフェースおよび公衆電話交換網（図示せず）に対す
るインタフェースも提供する。
【００３２】第１アンテナビーム２３１，第２アンテナ
ビーム２３２は、移動体（図示せず）へ通信を提供する
ユーザバンドビームが好ましい。
ビーム２３２は、移動体（図示せず）へ通信を提供する
ユーザバンドビームが好ましい。
【００３３】次に図３には、複数の高い標高にある飛行
アンテナプラットフォームを採用したワイアレスのイン
フラを表すシステム図。このシステムは、１つあるいは
複数のＨＡＡＰ２１０とマルチビームアンテナ２２０を
有し、移動体１４０とのワイアレス通信を提供する。各
ＨＡＡＰ２１０，マルチビームアンテナ２２０は、地上
局２５０とワイアレス通信を送受信する。この地上局２
５０は、公衆交換電話ネットワーク（ＰＳＴＮ）と接続
されており、これにより移動体１４０と従来の有線通信
装置（図示せず）との間の通信を提供する。
アンテナプラットフォームを採用したワイアレスのイン
フラを表すシステム図。このシステムは、１つあるいは
複数のＨＡＡＰ２１０とマルチビームアンテナ２２０を
有し、移動体１４０とのワイアレス通信を提供する。各
ＨＡＡＰ２１０，マルチビームアンテナ２２０は、地上
局２５０とワイアレス通信を送受信する。この地上局２
５０は、公衆交換電話ネットワーク（ＰＳＴＮ）と接続
されており、これにより移動体１４０と従来の有線通信
装置（図示せず）との間の通信を提供する。
【００３４】前述したように１つの地上局２５０は、複
数のＨＡＡＰ２１０，マルチビームアンテナ２２０をサ
ポートしており、軌道を旋回する飛行物体を用いる場合
にはドプラー補正装置が必要となる。各ＨＡＡＰ２１
０，マルチビームアンテナ２２０は、複数の地上局２５
０と通信する。複数の地上局２５０と通信するＨＡＡＰ
２１０，マルチビームアンテナ２２０により、異なるＨ
ＡＡＰサービス領域との間で公衆交換電話ネットワーク
を使用せずに移動体間通信が可能となる。
数のＨＡＡＰ２１０，マルチビームアンテナ２２０をサ
ポートしており、軌道を旋回する飛行物体を用いる場合
にはドプラー補正装置が必要となる。各ＨＡＡＰ２１
０，マルチビームアンテナ２２０は、複数の地上局２５
０と通信する。複数の地上局２５０と通信するＨＡＡＰ
２１０，マルチビームアンテナ２２０により、異なるＨ
ＡＡＰサービス領域との間で公衆交換電話ネットワーク
を使用せずに移動体間通信が可能となる。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、方向制御可能なビ
ームを放射するアンテナを必要しないようにセルをクラ
スター化（群化）する技術を提供するものである。
ームを放射するアンテナを必要しないようにセルをクラ
スター化（群化）する技術を提供するものである。
【図１】従来の六角形のセルを用いた地上ベースのセル
ラ通信ネットワークを表す図
ラ通信ネットワークを表す図
【図２】本発明による飛行物体により空中に保持された
マルチビームアンテナを用いたワイアレス通信ネットワ
ーク用のセルクラスター化配置とその対応アンテナを表
す図
マルチビームアンテナを用いたワイアレス通信ネットワ
ーク用のセルクラスター化配置とその対応アンテナを表
す図
【図３】複数の高い場所に配置された空中用アンテナプ
ラットフォームを用いたワイアレスの基礎構成のシステ
ムを示す図
ラットフォームを用いたワイアレスの基礎構成のシステ
ムを示す図
１００ セルラ通信ネットワーク １１０ セル １２０ セルサイト １２５ データリンク １３０ 中央電話局 １４０ 移動体 ２１０ 高標高空中プラットフォーム（ＨＡＡＰ） ２２０ マルチビームアンテナ ２３１ 第１アンテナビーム ２３２ 第２アンテナビーム ２３３ 第３アンテナビーム ２４１ 第１セル ２４２ 第２セル ２４３ 第３セル ２５０ 地上局 ２６０ 中心点
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 596077259 600 Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｖｅｎｕｅ, Ｍｕｒｒａｙ Ｈｉｌｌ， Ｎｅｗ Ｊｅ ｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 ダイアン ユー−リン ホウ アメリカ合衆国、07060 ニュージャージ ー、ウォレン、オルセン ドライブ 24 (72)発明者 ユーリー ビー．オクネブ アメリカ合衆国、07801 ニュージャージ ー、ドーバー、ビクトリー コート 70
Claims (20)
- 【請求項１】 ワイアレス通信ネットワーク用マルチビ
ームアンテナにおいて、 前記マルチビームアンテナ（２２０）は、飛行物体によ
り空中に保持され、前記マルチビームアンテナ（２２
０）は、少なくとも、 前記マルチビームアンテナ（２２０）の下のほぼ円形の
第１領域上に第１セル（２４１）を投影する第１アンテ
ナビーム（２３１）と、 前記マルチビームアンテナ（２２０）の下のほぼ円形の
第２領域上に第２セル（２４２）を投影する第２アンテ
ナビーム（２３２）と、 を投影し、 前記第１セルの半径は第２セルのそれよりも小さく、 前記第１セルと第２セルは同心状に配置されていること
を特徴とするワイアレス通信ネットワーク用マルチビー
ムアンテナ。 - 【請求項２】 前記マルチビームアンテナ（２２０）
は、前記第１セル（２４１）の中心点（２６０）のほぼ
直上に空中に保持されていることを特徴とする請求項１
のアンテナ。 - 【請求項３】 前記マルチビームアンテナ（２２０）
は、前記第１セル（２４１）の中心点（２６０）の周囲
にほぼ一定の軌道半径で旋回することを特徴とする請求
項１のアンテナ。 - 【請求項４】 前記第１と第２のアンテナビームは、そ
れぞれ前記第１と第２のセルを投影するために、斜めの
円錐ビームを形成し、 前記斜めの円錐ビームの非同心性は、第１セル（２４
１）の中心点（２６０）からの前記マルチビームアンテ
ナの軌道半径と、前記マルチビームアンテナの標高の関
数であることを特徴とする請求項１のアンテナ。 - 【請求項５】 前記第２セルの半径（ｒ2）と第１セル
の半径（ｒ1）との関係は、次式で表される ｒ2 ＝ｒ1 √２ ことを特徴とする請求項１のアンテナ。 - 【請求項６】 前記ワイアレス通信ネットワークの基地
局（２５０）とフィーダバンド通信を行うアンテナをさ
らに有し、 前記基地局（２５０）は、前記第１セル（２４１）の中
心（２６１）近傍に配置されていることを特徴とする請
求項１のアンテナ。 - 【請求項７】 前記第１と第２のアンテナビームは、ユ
ーザバンドビームであることを特徴とする請求項１のア
ンテナ。 - 【請求項８】 飛行物体により空中に保持されるマルチ
ビームアンテナでもってワイアレス通信ネットワーク用
のセルを形成する方法において、 （Ａ）前記マルチビームアンテナを空中に保持するステ
ップと、 （Ｂ）前記マルチビームアンテナの下のほぼ円形の第１
領域上に第１セルを投影する第１アンテナビームを投影
するステップと、 （Ｃ）前記マルチビームアンテナの下のほぼ円形の第２
領域上に第２セルを投影する第２アンテナビームを投影
するステップと、 を有し、 前記第１セルの半径は第２セルのそれよりも小さく、 第１セルと第２ゼルとは同心状に配置されていることを
特徴とするワイアレス通信ネットワーク用のセルの形成
方法。 - 【請求項９】 前記（Ａ）ステップは、前記マルチビー
ムアンテナを前記第１セルの中心点のほぼ直上に空中に
保持するステップを含むことを特徴とする請求項８の方
法。 - 【請求項１０】 前記（Ａ）ステップは、前記マルチビ
ームアンテナを前記第１セルの中心点の周囲にほぼ一定
の軌道半径で旋回させるステップ含むことを特徴とする
請求項１の方法。 - 【請求項１１】 前記（Ｂ），（Ｃ）ステップは、斜め
の円錐ビームを投影するステップを含み、前記斜めの円
錐ビームの非同心性は、第１セルの中心点からの前記マ
ルチビームアンテナの軌道半径と、前記マルチビームア
ンテナの標高の関数であることを特徴とする請求項８の
方法。 - 【請求項１２】 前記第２セルの半径（ｒ2）と第１セ
ルの半径（ｒ1）との関係は、次式で表される ｒ2 ＝ｒ1 √２ ことを特徴とする請求項８の方法。 - 【請求項１３】 前記ワイアレス通信ネットワークの基
地局とフィーダバンド通信を行うステップをさらに含
む、前記基地局は、前記第１セルの中心近傍に配置され
ていることを特徴とする請求項８の方法。 - 【請求項１４】 前記第１と第２のアンテナビームは、
ユーザバンドビームであることを特徴とする請求項８の
方法。 - 【請求項１５】 複数の移動局と通信するワイアレス通
信システムにおいて、 （Ａ）互いの間を通信す
るよう接続された複数の基地局と、 （Ｂ）複数の高標高の飛行プラットフォーム（ＨＡＡ
Ｐ）と、 からなり、前記複数のＨＡＡＰは、 （Ｂ１）飛行物体と、 （Ｂ２）前記複数の基地局の少なくとも１つの基地局と
の間の通信を提供するフィーダバンドアンテナと、 （Ｂ３）マルチビームユーザバンドアンテナとを有し、 前記マルチビームアンテナは、 （Ｂ３１）前記複数の移動局の１つの移動局と通信する
ために、前記マルチビームアンテナの下のほぼ円形の第
１領域上に第１セルを形成するよう投影する第１アンテ
ナビームと、 （Ｂ３２）前記複数の移動局の他の移動局と通信するた
めに、前記マルチビームアンテナの下のほぼ円形の第２
領域上に第２セルを形成するよう投影する第２アンテナ
ビームと、 を有し、前記第１セルの半径は第２セルのそれよりも小
さく、かつ第１セルは同心状に配置されていることを特
徴とする複数の移動局と通信するワイアレス通信システ
ム。 - 【請求項１６】 前記マルチビームアンテナ（２２０）
は、前記第１セルの中心点のほぼ直上に空中に保持され
ていることを特徴とする請求項１５のシステム。 - 【請求項１７】 前記マルチビームアンテナ（２２０）
は、前記第１セルの中心点の周囲にほぼ一定の軌道半径
で旋回することを特徴とする請求項１５のシステム。 - 【請求項１８】 前記第１と第２のアンテナビームは、
それぞれ前記第１と第２のセルを投影するために、斜め
の円錐ビームを形成し、前記斜めの円錐ビームの非同心
性は、第１セルの中心点からの前記マルチビームアンテ
ナの軌道半径と、前記マルチビームアンテナの標高の関
数であることを特徴とする請求項１５のシステム。 - 【請求項１９】 前記第２セルの半径（ｒ2）と第１セ
ルの半径（ｒ1）との関係は、次式で表される ｒ2 ＝ｒ1 √２ ことを特徴とする請求項１５のシステム。 - 【請求項２０】 前記飛行物体は、気球，飛行機，飛行
船，ヘリコプタからなるグループから選択されたもので
あることを特徴とする請求項１５のシステム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/745,381 US5974317A (en) | 1996-11-08 | 1996-11-08 | Cell-clustering arrangements and corresponding antenna patterns for wireless communication networks employing high-altitude aeronautical antenna platforms |
| US08/745381 | 1996-11-08 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10164653A true JPH10164653A (ja) | 1998-06-19 |
| JP3086864B2 JP3086864B2 (ja) | 2000-09-11 |
Family
ID=24996448
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09303192A Expired - Fee Related JP3086864B2 (ja) | 1996-11-08 | 1997-11-05 | ワイアレス通信ネットワーク用マルチビームアンテナ |
Country Status (10)
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|---|---|
| US (1) | US5974317A (ja) |
| EP (1) | EP0841760B1 (ja) |
| JP (1) | JP3086864B2 (ja) |
| KR (1) | KR100371825B1 (ja) |
| AR (1) | AR010558A1 (ja) |
| AU (1) | AU724791B2 (ja) |
| BR (1) | BR9705200A (ja) |
| CA (1) | CA2217837C (ja) |
| DE (1) | DE69724379T2 (ja) |
| MX (1) | MX9708524A (ja) |
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