專利名稱：機載無線電話通信系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及通信領域。尤其，本發明涉及飛機與地面站之間的蜂窩式無線電話通信。
(2)背景技術當前的通信技術可使飛機乘客從任何適當裝備的飛機上向世界各地電話呼叫。大型民用客機和較小的普通軍用飛機都可裝備無線電話設備。
無線電話的對話一般是通過首先輸入要呼叫的電話號碼以及支付該呼叫的信用卡信息來實現的。然后，無線電話與地面上的70-80個無線電話基站中的一個相連，這些基站也稱為蜂窩區(cell)。無線電話所連接的蜂窩區決定于呼叫開始時飛機最接近哪一個基站。每個蜂窩區都與公共交換電話網(PSTN)相連，它們覆蓋了美國大陸的大部分，因此幾乎可從任何地方的飛機上進行電話呼叫。
但是，飛機無線電話有許多問題。首先，機載無線電話并不在地面系統中登記。因此，地面系統不知道機載無線電話的位置。這限制了飛機無線電話只能進行呼叫；由于地面系統不知道將呼叫發向何處，所以機載無線電話不能接收呼叫。
另一個問題是，當無線電話到達蜂窩區的邊緣時，機載無線電話系統不能象地面蜂窩式無線電話系統中所實行的那樣，在各蜂窩區之間進行越區切換。當飛機到達蜂窩覆蓋區的邊界時，這將使來自機載無線電話的呼叫丟失。由此，需要提供一種機載無線電話系統，它能與地面蜂窩式無線電話系統相適應。換句話說，需要提供一種機載無線電話系統，它除了能夠在飛機到達蜂窩覆蓋區的邊緣時將來自機載無線電話的呼叫切換至另一個蜂窩區，而且能使機載無線電話接收到地面發出的電話呼叫。
(3)發明內容本發明的系統具有一個機載通信系統，它包括一地面子系統和一機載子系統。機載子系統包括一個用于發射和接收無線電信號的無線電設備，以及一個用于將來自機載無線電設備的無線電信號轉發給地面子系統的機載無線電中繼器。無線電中繼器還將來自地面子系統的無線電信號轉發給機載無線電設備。地面子系統包括一個與公共交換電話(PSTN)耦合的基站，用于發射PSTN發出的信號并接收轉發的無線電信號。基站至少具有一個向上輻射的天線，用于輻射和接收無線電信號。
(4)


圖1示出了本發明的機載無線電通信系統。
圖2示出了本發明的機載子系統。
圖3示出了本發明過程的流程圖。
圖4示出了本發明另一實施例的方框圖。
(5)具體實施方式
圖1示出了本發明的機載無線電話通信系統。該系統包括兩個子系統地面子系統(105)和機載子系統(125)。
在本較佳實施例中，地面子系統(105)是碼分多址(CDMA)蜂窩式無線電話系統。另一個實施例中使用了時分多址系統。還有一個實施例使用了當前高級移動電話系統(AMPS)。Gilhousen等人發明的美國專利第4,901,307號較詳細地討論了典型的CDMA無線電話系統，該專利已轉讓給Qualcomm股份有限公司。
地面無線電話系統包括一個基站(120)，它也稱作蜂窩站，與移動交換中心(115)耦合，而移動交換中心與公共交換電話網(PSTN)(110)耦合。基站(120)與移動電話通信并將來自無線電話的信號轉換至移動交換中心(115)。基站(120)還為無線電話提供合適的信道，從而使其能與基站通信。移動交換中心(115)將來自基站(120)的信號轉換至PSTN(110)，反之亦然。
每個基站(120)都與一個接收并發射CDMA無線電話信號的天線(150)耦合。在本較佳實施例中，天線(150)與本領域熟練技術人員所知的一般蜂窩站天線相同。另一個實施例使用了向上輻射的天線。該向上的輻射在地面上方形成一個蜂窩區，可使機載無線電話與地面移動無線電話穿越地面蜂窩區一樣穿越高空蜂窩區。形成這種類型高空蜂窩區的天線是本領域中眾所周知的典型的方向性天線。
圖2示出了本發明機載子系統的方框圖。該子系統用CDMA型無線電話(205)與無線電話信號中繼器(210)通信，中繼器在飛機上裝有一根天線。在本較佳實施例中，中繼器(210)還具有一個放大器，可以提高與中繼器通信的信號增益。
中繼器(210)從飛機內的個人無線電話(205)接收信號，并將它們轉發給安裝在飛機外部的天線(215)。外部天線(215)將信號轉發給地面基站。該子系統可以在例如小型飛機中擁有一個無線電話，或者例如在民用客機中擁有多個無線電話。
機載子系統還可沿反向運作。從PSTN至地面基站的電話呼叫被發送至外部天線(215)，天線再將它們轉發給安裝在飛機中的中繼器(210)。中繼器的天線將信號傳遞給飛機中適當的無線電話(205)。無線電話(205)確定用Gilhousen等人以及遠程通信工業協會/電子工業協會95臨時標準(TIA/EIA/IS-95)中所描述的過程對哪個信號解碼。
在另一實施例中，用一機載基站替代了無線電話信號中繼器，它能登記飛機上的無線電話。然后，機載基站向地面子系統登記無線電話。該基站具有與地面對應基站相同的功能，但由于它不必處理地面基站中成千上萬的無線電話，所以規模要小得多。
本發明的機載通信系統以類似于Gilhousen等人所討論的地面CDMA無線電話系統的方式進行工作。圖3示出了該過程的流程圖。
過程的開始是，機載中繼器向最近的蜂窩站登記無線電話(301)。其實行方式與地面無線電話向地面無線電話系統登記的方式相同；中繼器搜索最強的導頻信號，并向該蜂窩區登記。此登記過程包含發送給基站的無線電話的電話號碼以及電子序號。Tiedemann發明的美國專利第5,289,527號對該登記過程作了較詳細的描述，并且此專利已轉讓給Qualcomm股份有限公司。
現在無線電話或地面陸線電話系統可以開始呼叫(310)。機載中繼器接收來自無線電話的呼叫，并在發送地面基站之前將其放大。然后，地面基站將呼叫發送給移動交換中心，移動交換中心再為該呼叫選擇路由，發往PSTN，隨后在PSTN將該呼叫與被叫電話號碼相連(325)。
沿無線電話開始呼叫的相反方向為從PSTN至機載無線電話的信號選擇路由。移動交換中心將呼叫轉換至登記了該無線電話的基站。然后，基站將信號發送給機載外部天線(325)，外部天線再將信號轉發給機載中繼器(320)。中繼器將信號放大，并將放大信號發送給飛機中無線電話。
本發明還能使地面電話或無線電話與機載無線電聯系。由于中繼器已向適當的地面基站登記了機載無線電話，所以移動交換中心知道將為呼叫選擇哪個基站。一旦為該呼叫選擇了適當的基站，那么它將被發送給機載中繼器，然后中繼器將呼叫放大，并將其發送給飛機上的無線電話。如上所述，隨后無線電話將確定對哪個信號解碼。
本發明的另一個優點是具有切換能力。一旦飛機到達當前蜂窩站的邊緣，無線電話便開始Tiedemann發明中描述的切換過程。來自地面基站的信號被機載子系統的外部天線接收，并被轉發給無線電話。這能使無線電話搜索到下一蜂窩區中的最強導頻信號，并向那個基站登記。導頻信號質量何時已下降至需要切換的確定因素是，當導頻信號下降了一預定的數值。對于每個系統來說，該數值可以不同，其設置應使系統性能最佳。
在此另一實施例中，用于登記飛機上無線電話的基站型裝置代替了機載中繼器。圖4示出了機載基站的方框圖。一旦向機載基站登記了無線電話，機載基站便搜索來自某個地面基站的最強導頻信號，并向那個基站登記。
參照圖4，機載基站包括許多基站收發信機(410)，它們是無線電話和基站之間的鏈路。CDMA互連子系統(415)在收發信機(410)與基站的其余部分之間為信號選擇路由。呼叫控制處理器(420)用無線電話控制信號發送，控制所有的呼叫處理，并分配基站源。時間和頻率裝置(430)為基站提供定時和頻率信號。基站管理器(435)對基站進行初始、配置和性能管理。最后，選擇器組子系統(selector bank subsystem)(440)對地面基站與無線電話之間的數據進行處理和格式化。選擇器組子系統(440)與飛機外部用于接收和發射無線電話信號的天線(315)相連。
使用機載基站的其他實施例可以具有不同的部件和不同的特性。僅僅登記無線電話并將該登記轉發給地面基站的基站也在本發明的范圍內。
權利要求
1.一種通信系統，其特征在于，包括一機載子系統，用于向地面子系統中多個基站的第一基站發送無線電信號，并從第一基站接收具有某一質量等級的通信信號，并且如果所述第一基站通信信號的質量等級小于一預定值，那么將無線電信號發送給所述多個基站的第二基站，并從第二基站接收通信信號，機載子系統包括一機載無線電電話，用于發送無線電信號和接收通信信號，并響應于第二基站通信信號的質量等級選擇第二基站；和一機載基站，用于向地面子系統登記無線電話，并將來自機載無線電話的無線電信號轉發給地面子系統，還將來自地面子系統的通信信號轉發給機載無線電設備；地面子系統與公共交換電話網(PSTN)耦合，并具有多個向上輻射的用于發射通信信號和接收無線電信號的天線。
2.如權利要求1所述的通信系統，其特征在于，多個向上輻射的天線發射可限定多個機載蜂窩區的輻射圖。
3.一種用于在無線電通信系統中進行通信的方法，所述通信系統包括一地面子系統和一機載子系統，地面子系統具有多個基站，每個基站都發射一導頻信號，機載子系統具有一無線電電話，與機載基站相互傳送信號，其特征在于，所述方法包括以下步驟向機載基站登記無線電電話；機載基站檢測來自多個地面基站的導頻信號；機載基站響應于多個基站中第一地面基站之導頻信號的質量指示，向第一地面基站登記無線電電話；機載基站在無線電電話和第一地面基站之間轉發信號；如果導頻信號的質量指示小于某一預定閾值，則機載基站檢測來自多個地面基站的導頻信號；并且如果導頻信號的質量指示小于某一預定閾值，則機載基站響應于多個基站中第二地面基站之導頻信號的質量指示，向第二地面基站登記無線電電話。
全文摘要
本發明的機載無線電通信系統能使機載無線電設備與地面蜂窩式無線電話系統通信。本發明還能使地面系統跟蹤機載無線電話的位置并在接收到地面系統呼叫時尋呼它。地面基站與形成機載蜂窩區的天線耦連。當飛機飛過機載蜂窩區時,機載中繼器從基站接收信號并將它們轉發給機載無線電設備。如果無線電設備發射信號,那么中繼器通過機載蜂窩區將信號發送給基站。當飛機從一個蜂窩區飛入另一個時,無線電設備切換至下一蜂窩區,以與地面保持通信。
文檔編號H04B7/185GK1380756SQ01135580
公開日2002年11月20日 申請日期1995年7月7日 優先權日1994年7月8日
發明者克萊因·S·吉爾豪森 申請人:夸爾柯姆股份有限公司