用于向飞机中的无线用户设备提供无线通信服务的系统和方法

摘要

本非陆地特征透明系统欺骗空到地网络和基于地面的蜂窝通信网，使它们认为无线用户设备没有和它们的操作相关的特殊考虑，尽管无线用户设备位于飞行中的飞机上。这种体系结构要求位于飞机上的非陆地特征透明系统，在位于飞机上的另一个无线用户设备上，复制给定无线用户设备的全部功能，这个给定无线用户设备具有来自基于地面的无线服务提供商的一些预定特征集。空到地网络传递用户数据(包括语音和/或其它数据)以及特征集数据，因此使得位于飞机上的无线用户设备接收一致的无线通信服务。

权利要求

1.一种为位于飞机内的多个无线用户设备提供无线通信服务的系统，包括：飞机无线网络装置，位于所述飞机内，用于产生射频通信信号，以便和位于所述飞机内的所述多个无线用户设备中的至少一个通信；

空到地网络装置，用于在所述飞机和基于地面的通信网络之间进行射频通信，其中所述基于地面的通信网络具有位于地面上的至少一个收发信机，所述空到地网络装置包括：单个通信传输链路，用于传送所述多个无线用户设备的业务数据和信令；

飞机接口装置，用于互连所述飞机无线网络装置和所述单个通信传输链路，以通过发送和接收网络信令、特征集数据以及用户业务，在所述多个无线用户设备和所述基于地面的通信网络之间建立通信；所述飞机接口装置包括：基于飞机的数据集中器装置，用于把从所述多个无线用户设备接收的信令信道和用户业务转换为利用所述单个通信传输链路从所述飞机发送到基于地面的通信网络的集总数据流；所述空到地网络装置还包括：基于地面的数据路由器装置，用于将所述集总数据流转换为所述多个无线用户设备的业务数据和信令以转发到相应的目的地。

2.如权利要求1所述的提供无线通信服务的系统，

其中所述空到地网络装置还包括：

多个基于地面的基站装置，用于通过所述集总数据流和所述多个无线用户设备的至少一个通信；以及位于所述地面上的地面站控制器，用于所述多个无线用户设备的移动性管理和切换管理。

3.如权利要求1所述的提供无线通信服务的系统，还包括：

发射机装置，位于所述飞机内，用于产生下行链路射频信号，以便通过至少一个卫星，发射给位于地面上的所述收发信机；

接收机装置，位于所述飞机内，用于接收接收自所述至少一个卫星的上行链路射频信号；以及天线装置，位于所述飞机的外表面上，用于在所述发射机装置和所述接收机装置以及所述至少一个卫星之间，发送和接收所述下行链路和上行链路射频信号。

4.如权利要求1所述的提供无线通信服务的系统，进一步包括：

舱内基站收发信台，用于管理一组射频属性中、提供无线通信服务的所述系统的至少一个射频属性，这组射频属性包括：控制无线用户设备对服务的接入的舱内射频环境；将所述无线用户设备控制为最低所需射频功率得到的EMI/RFI环境；以及用于信令和业务、不会对所述基于地面的通信网络的操作造成干扰的射频方案。

5.一种用于为位于飞机内的多个无线用户设备提供无线通信服务的方法，包括：在位于所述飞机内的飞机无线网络中，产生射频通信信号，以便和位于所述飞机内的所述多个无线用户设备中的至少一个通信；

在空到地网络中，在所述飞机和基于地面的通信网络系统之间产生射频通信，其中所述基于地面的通信网络系统具有位于地面上的至少一个收发信机，所述空到地网络包括单个通信传输链路，用于传送用于所述多个无线用户设备的业务数据和信令，互连所述飞机无线网络和所述单个通信传输链路，以通过发送和接收网络信令、特征集数据以及用户业务，在所述多个无线用户设备和所述基于地面的通信网络系统之间建立通信，包括：在基于飞机的数据集中器内把从所述多个无线用户设备接收的信令信道和用户业务转换为利用单个通信传输链路从所述飞机发送到基于地面的通信网络的集总数据流；

在基于地面的数据路由器中将经由所述单个通信传输链路从所述基于飞机的数据集中器接收的所述集总数据流转换为从所述多个无线用户设备接收的发送到所述基于地面的通信网络系统的用户业务和信令信道。

6.如权利要求5所述的提供无线通信服务的方法

其中所述互相连接的步骤还包括：

经由多个基于地面的基站，通过所述集总数据流和所述多个无线用户设备的至少一个通信。

7.如权利要求5所述的提供无线通信服务的方法，其中所述将所述飞机无线网络和所述空到地网络互相连接的步骤包括：产生下行链路射频信号，以便通过至少一个卫星，发射给位于地面上的至少一个收发信机；

从所述至少一个卫星接收上行链路射频信号；以及

通过位于所述飞机的外表面上的天线，在所述发射机和所述接收机以及所述至少一个卫星之间，发送和接收所述下行链路和上行链路射频信号。

8.如权利要求5所述的提供无线通信服务的方法，其中所述互相连接的步骤管理一组射频属性中、提供无线通信服务的所述系统的至少一个射频属性，这组射频属性包括：控制无线用户设备对服务的接入的舱内射频环境；将所述无线用户设备控制为最低所需射频功率得到的EMI/RFI环境；以及用于信令和业务，不会对所述基于地面的通信网络的操作造成干扰的射频方案。

9.一种为位于飞机内的多个无线用户设备提供无线通信服务的系统，包括：基于飞机的无线网络装置，位于所述飞机内，用于产生射频通信信号，以便和位于所述飞机内的所述多个无线用户设备的至少一个通信；

基于地面的网络装置，用于将来自所述多个无线用户设备的至少一个的所述通信和传统语音和数据交换系统互相连接；以及空到地网络装置，用于通过发送和接收网络信令、特征集数据以及用户业务，来将所述基于飞机的无线网络装置和所述基于地面的网络装置互相连接，以便在所述多个无线用户设备和所述传统语音和数据交换系统之间建立通信，所述空到地网络装置包括：基于飞机的数据集中器装置，用于把从所述多个无线用户设备接收的用户业务和信令信道转换为集总数据流，单个通信传输链路，通过该单个通信传输链路将所述集总数据流从所述飞机传送到所述基于地面的网络装置；以及基于地面的数据路由器装置，用于把所述集总数据流转换为所述多个无线用户设备的业务数据和信令信道，将转发该业务数据和信令信道到所述基于地面的网络装置。

10.如权利要求9所述的提供无线通信服务的系统，

其中所述空到地网络装置还包括：

多个基于地面的基站装置，用于通过所述集总数据流和所述多个无线用户设备的至少一个通信；以及位于地面的地面站控制器，用于所述多个无线用户设备的移动性管理和切换管理。

11.如权利要求9所述的提供无线通信服务的系统，其中所述空到地网络装置包括：发射机装置，位于所述飞机内，用于产生下行链路射频信号，以便通过至少一个卫星发送给位于地面的所述收发信机；

接收机装置，位于所述飞机内，用于接收接收自所述至少一个卫星的上行链路射频信号；以及天线装置，位于所述飞机的外表面上，用于在所述发射机装置和所述接收机装置以及所述至少一个卫星之间，发送和接收所述下行链路和上行链路射频信号。

12.如权利要求9所述的提供无线通信服务的系统，其中所述空到地网络装置包括：舱内基站收发信台，管理一组射频属性中、用于提供无线通信服务的所述系统的至少一个射频属性，这组射频属性包括：控制无线用户设备对服务的接入的舱内射频环境；将所述无线用户设备控制为使用最低所需射频功率得到的EMI/RFI环境；以及用于信令和业务，不会对所述基于地面的网络装置的操作造成干扰的射频方案。

说明书

用于向飞机中的无线用户设备提供无线通信服务的系统和

方法

[0001] 对相关申请的交叉引用

[0002] 本申请是2000年10月11日提交的题为“Aircraft-Based Networkfor Wireless Subscriber Stations”，序列号为09/686,923的美国专利申请的部分继续，该申请是1999年8月24日提交的题为“UbiquitousSubscriber Station”，序列号为6,408,180的美国专利申请的部分继续，以上申请中最后一个申请是1997年10月22日提交的题为“Non-Terrestrial Subscriber Station”，序列号为6,108,539的美国专利申请的部分继续，以上申请中最后一个申请是1996年7月2日提交的题为“Multi-Dimensional Mobile Cellular Communication Network”，序列号为5,878,346的美国专利申请的部分继续，以上申请中最后一个申请为1993年3月8日提交的题为“Method and Apparatus forReducing Interference Among Cellular Telephone Signals”，序列号为5,444,762，以及1992年3月6日提交的题为”Mobile Communications”，序列号为5,557,656的美国专利申请的部分继续。

技术领域

[0003] 本发明涉及蜂窝通信，尤其涉及这样一种系统，该系统使得无线用户台在陆地(基于地面的)和非陆地区域，以及其它已有蜂窝通信网不提供服务的区域，都可以接收到一致的无线通信服务。

背景技术

[0004] 在无线通信领域，当无线用户在蜂窝通信网的小区站点间漫游时，对保持为其提供的服务进行管理是一个问题。提供无线移动性的这一能力，要求不论位于何处，无线用户都能够连续地访问公共交换电话网(PSTN)、公共交换数据网(PSDN)和因特网。此外，无论位于何处，无线用户都应该能够以统一的方式发出并接受呼叫和/或数据消息，这些呼叫和辅助服务，应该由当前为无线用户提供服务的任意无线系统统一处理。当无线用户位于陆地无线系统目标服务区以外的环境时，如位于飞机或离岸船只上时，这一问题尤其突出。

[0005] 在无线通信领域，无线用户在其归属无线服务提供商的网络服务的区域内移动，并保持所需的用户特征集(feature set)，是很常见的。在整个归属网络中，特征集的可用性由归属无线服务提供商的数据库管理，该数据库通常称为归属位置寄存器(HLR)，具有到一个或多个交换机(分组或电路)以及各种辅助设备，如语音邮件和短消息服务器的数据连接，以允许对这一无缝特征集的管理。例如，如果一个给定用户建立了他们的优选特征集，其中包括三方通话，则当他们在归属无线服务提供商的蜂窝网内部通过切换(网内切换)从一个小区过渡到下一个小区时，该三方通话特征对他们来说仍然可用。

[0006] 如果无线用户要进行网间过渡，从他们的归属无线网的覆盖区切换到同一个或另一个无线服务提供商(在此称为“漫游无线服务提供商”)的网络覆盖区，则无论位于何处，该无线用户应该能够以统一的方式发出并接受呼叫。此外，给定无线用户的特征集应该能够透明地随其移动。然而，要实现该特征集的可携带性，需要有数据库文件共享，其中归属无线服务HLR把该用户授权的特征集简档发送给漫游无线服务提供商的数据库，该数据库通常称为访问位置寄存器，或者VLR。然后，VLR认可给定漫游无线用户得到授权可以使用特定特征集，并允许漫游无线服务提供商网络透明地为无线用户提供这些特征。通过这种方式，漫游无线用户保留了和其归属无线服务提供商的网络上相同的授权特征集，或者“用户类”。HLR和VLR间传送这一信息的通信还使HLR“知道”是哪个VLR正在为该用户提供服务，并使归属系统能够把发给该用户的入站呼叫和/或消息转发给漫游无线服务提供商，以发送给该用户。

[0007] 随着无线网络变得无所不在，并具备增强的能力，出现了通用通信移动性这一不可阻挡的趋势。从这个最终角度看，无线移动性的趋势意味着无论无线用户位于何处，都能够对信息，以及其它无线网、 公共交换电话网(PSTN)、公共交换数据网(PSDN)和因特网进行连续访问。于是，给定这种“随时随地”访问数据或电话能力的移动性趋势，空间无线覆盖区存在真正实现该预想移动性趋势的严重空缺或差距。在基于地面的和非陆地环境中，需要将真正的移动通信访问和位于任何位置的无线用户设备集成起来。此外，当用户进入非陆地空间时，特别需要保留给定的基于地面的无线通信网的特征和有益方面。这种通用的、无处不在的无线服务能力称为“一机行天下(OnePhone Goes Anywhere)”，或者“OPGA”。

[0008] 无线用户进入非陆地空间，也就是乘坐任何类型的飞机飞行时，用户享受透明或无缝的特征集可携带性目前还不太现实。此时，基于地面的无线用户位于通信真空里——也就是说，电话连接以及通过他们的个人无线用户设备的因特网/数据访问不再可能。此外，在飞机上目前不能使用分配给基于地面的归属无线服务提供商的个人无线用户设备，更不要提对授权的用户特征集或“用户类”进行透明的访问。

[0009] 此外，基于地面的蜂窝用户类没有考虑支持非陆地类用户和服务，如TSA(交通安全管理局)、联邦空中警察、空乘人员、驾驶人员、头等舱乘客、经济舱乘客、舱内紧急医疗服务和飞行操作服务等。最重要的是，基于地面的蜂窝用户类不考虑必需的网络功能，以支持方向性的非陆地紧急信令，如前向路径911或E911，或反向路径911紧急呼叫能力(前向路径是基站到移动台，反向路径是移动台到基站)。

[0010] 类似地，现有技术中基于地面的无线网络技术不考虑使用虚拟专用非陆地网络(VPNN)。这种能力是公司秘密地传递涉及安全和保密(TSA/联邦空中警察)的信息，或者航线上的操作信息/数据的基本要素。

[0011] 最后，当用户处于非陆地位置时，现有的无线网络没有能力采用透明计费解决方案。这一非常简单的客户中心特征对于保证市场及时采纳非陆地服务是必须的。

发明内容

[0012] 本系统解决了上述问题，并且在该领域取得了技术进步。本系统将机载无线蜂窝网和基于地面的蜂窝网以及公共交换电话网(在此称为“非陆地特征透明系统”)集成起来，这使得由基于地面的无线网络和公共交换电话网特征提供服务的“一机行天下”无线用户设备，能够以透明、无缝的方式漫游到非陆地无线网络。

[0013] 需要将非陆地OPGA和基于地面的无线网络以及PSTN特征集成起来，以便允许透明无缝地“漫游”到非陆地无线网络。然而，这一体系结构功能的实现绝非易事，需要对本领域进行实质性的创新。当基于地面的无线用户漫游到具有以下“一机行天下”能力的非陆地区域时，需要体系结构解决方案来集成基于地面的和非陆地网络：

[0014] ●入站信令和呼叫终接

[0015] ●出站信令和呼叫发起

[0016] ●透明特征集可携带性

[0017] ●对语音邮件的透明访问

[0018] ●对SMS(短消息服务)的透明访问

[0019] ●透明用户类可携带性

[0020] ●非陆地用户类和服务

[0021] ●透明用户计费支持

[0022] ●基于地面的HLR到非陆地HLR的连接

[0023] ●基于地面的VLR到非陆地HLR的连接

[0024] ●基于地面的HLR到非陆地VLR的连接

[0025] ●非陆地HLR到基于地面的VLR的连接

[0026] ●非陆地HLR到基于地面的HLR的连接

[0027] ●基于地面的线路范围包括非陆地网络

[0028] ●非陆地到非陆地信令

[0029] ●虚拟专用非陆地网络(VPNN)

[0030] ●从基于地面的无线通信网到非陆地无线网络的切换

[0031] ●从非陆地无线网络到基于地面的无线通信网的切换

[0032] ●透明因特网访问

[0033] ●透明电子邮件访问

[0034] ●透明多媒体访问

[0035] 这是通过这个非陆地特征透明系统实现的，这个系统欺骗飞机舱内网络和“外部网络”基于地面的网络元素，使它们认为无线用户设备没有和它们的操作相关的任何特殊考虑，即使无线用户设备位于飞行中的飞机上。这一体系结构要求位于飞机上的非陆地特征透明系统，在非陆地模式的无线用户的设备处提供给定无线用户的归属网络的全部功能，该归属网络具有来自基于地面的无线服务提供商的某个预定特征集。该无线用户设备属性的镜像，使得用于舱内通信的本地化小区仍然为空到地链路保留同样的无线用户设备属性。

[0036] 这样提供特征集透明性部分地是通过使用连接两段“外部网络”的“内部网络”来实现的，这里的两段“外部网络”包括飞机舱内网络和非陆地蜂窝通信网基于地面的部分。内部网络在飞机舱内网络和基于地面的蜂窝通信网之间发送用户业务(subscriber traffic)(包括语音和/或其它数据)以及特征集数据，因此使得位于飞机上的无线用户设备在陆地(基于地面的)和非陆地区域，都可以接收到一致的无线通信服务。

[0037] 附图简述

[0038] 图1以框图的形式说明组合空到地网络的整体体系结构，该网络连接飞机舱内网络和基于地面的通信网；

[0039] 图2以框图的形式说明非陆地特征透明系统的主要网络构件，该系统提供连接飞机舱内网络和基于地面的通信网的，特征集透明的空到地网络；

[0040] 图3以框图的形式说明多乘客商用飞机内实施的，用于无线用户台的，典型的基于飞机的网络的典型体系结构；

[0041] 图4和图5以框图的形式说明用于空到地网络的全特征、单客户技术的常驻(Resident)蜂窝基础设施的体系结构；

[0042] 图6和图7以框图的形式说明空到地网络的预付费和/或自身用户拓扑(Own Subscriber topology)的体系结构；

[0043] 图8和图9以框图的形式说明空到地网络全特征、多客户拓扑的体系结构；

[0044] 图10以框图的形式说明GSM手机到铱体系结构；以及

[0045] 图11和图12以框图的形式说明，用于空到地网络的全特征、单客户技术的常驻蜂窝基础设施的移动小区和移动用户实现的体系结构。

具体实施方式

[0046] 蜂窝无线通信系统提供这样的服务：将每个都有无线用户设备的无线通信客户，与共同的电信公司的公共电话网络提供服务的基于地面的客户和其他无线通信客户连接起来。在这种系统中，如果业务是电路交换的，那么所有进来的和出去的呼叫都通过无线网络交换机选择路由，该交换机通常称为移动交换中心(MSC)或者移动电话交换局(MTSO)，其中的每一个都和包括一个或多个基站控制器(BSC)的基站子系统以及若干个基站收发信台(BTS)连接。每个基站收发信台和位于其服务区内的无线用户设备通信，基站收发信台的地理分布使其能够在大的服务区上以集总方式提供连续的服务。服务区中的每个基站收发信台通过通信链路和一个基站控制器连接，基站控制器通过其它的通信链路和移动交换中心连接。每个基站收发信台都包括一个或多个无线电收发信机，收发信机的数目依赖于基站收发信台覆盖区内产生的用户业务。

[0047] 术语“小区站点”和“小区”在文献中的使用有时比较随意，术语“小区站点”通常是指基站收发信台的位置，而术语“小区”则指小区站点内一组给定的收发信机及相关天线系统提供服务的空间区域。“扇区”一般是指，在小区站点使用多个定向天线系统，通过把围绕小区站点的标称圆形覆盖区分割成相应数目的小区，来提供更大容量和/或覆盖的时候，由此而产生的扇形覆盖区。用于实现无线用户设备和发射机-接收机对之间通信的特定技术，以及在其间发送的数据的本质，无论这些数据是语音、视频、遥测信号、计算机数据等，都不是对这里描述的系统的限制，这是因为这里会公开一种新的系统 概念，而不是现存概念具体的技术上受限制的实现。因此，这里使用的术语“蜂窝“指一种通信系统，其工作基于将空间分割成若干个三维区域(volumetric section)或小区，以及对位于小区内的无线用户设备和位于每个小区的小区站点的相关的发射机-接收机对之间的通信管理。

[0048] 现行蜂窝技术

[0049] 无线工业中广泛使用几种蜂窝标准或公共空中接口。下面给出这些系统的典型特征实例，这些系统都具有以“蜂窝”复用模式复用RF信道的共同特征。

[0050] 高级移动电话服务(AMPS)为每个蜂窝呼叫在一对射频载波上采用模拟频率调制，因此AMPS是蜂窝服务的频分多址(FDMA)类的一种。AMPS网络在每个小区/扇区都进行控制信道分配。在非活动，或者为了完成入站或出站呼叫，而在需要时交换分配专用业务信道所需的信令信息时，无线用户设备“预占”共享的控制信道。然后，按照下文所描述的方式建立到所需目的地的AMPS呼叫。当服务从一个小区/扇区改变到下一个时，无线用户设备在AMPS的相邻小区/扇区间的切换要求用户设备改变频率。

[0051] 与此相对，IS-136标准(也称为NA-TDMA)利用FDMA和时分多址(TDMA)的结合作为它的接入方案，每对载波在单个时隙上支持多达三个呼叫。无线用户设备预占定义为特定RF信道上特定时隙的控制信道。当用户设备需要业务信道发起或完成呼叫时，为其提供一个RF信道和该信道上三个可用时隙中的一个，以建立并传递其业务。TDMA射频信道带宽和AMPS相同，无线用户设备在TDMA中的切换和AMPS类似，需要用户设备从一个小区/扇区切换到下一个时改变频率。

[0052] GSM或全球移动通信系统也采用FDMA和TDMA接入，但是在RF信道的管理方面有显著的不同。对于一个给定的RF信道有多个时隙可用。小区中使用的第一个RF信道至少将一个时隙分配为公共控制信道，在该控制信道上连续广播系统管理所需的各种信号，以 及要发送给一些具体用户设备的信号。可以将没有用作控制信道的时隙用作业务信道。当用户设备移向相邻小区时，GSM中的切换要求改变RF信道序列和时隙。

[0053] 码分多址(CDMA)系统使用多址接入的另一种基本形式。CDMA操作的核心是开发出特殊码序列(如Walsh码)的系统，将这些码序列用于对每个数字业务信号进行数字调制。这些码序列具有相互正交的独特特性，也就是说，可以通过对这些信号进行数学运算，将每一个与所有其它码完全区分开来，这个特性在由数字业务信号调制后依然存在。这样做允许将多个已调制码序列用来调制单独一个RF载波，并且可以将接收机用来解调复杂信号并识别每个原始的数字编码的“信道”。从而恢复每个原始的数字业务信号。利用同样的编码技术，利用专用码信道，处理用于广播公共信息和给特殊用户设备的信息的信令信道。按照和其它蜂窝系统相似的方式扩大网络容量——通过在每个网络站点使用额外的RF信道和/或把小区分割成更小的小区。无线用户设备使用和FDM/TDM体系结构多少有些类似的采集/注册序列。移动电话“收听”来自每个附近小区的导频信道(一个给定的码字或序列)，并根据信号质量将接收到的信号分组：活动的、候选的、相邻的和剩余的。移动终端预占最好小区的信号，并建立同步，以便对广播信息信道进行解码。移动终端现在可以通过很好地理解的信令装置，完成注册过程，然后就已准备好接收或发起呼叫。例如，入站呼叫(基站到移动终端)通过寻呼信道(还是由码分隔的)识别给移动终端。移动终端做出响应，说明它已经准备好接收呼叫，CDMA系统分配一个业务码信道，移动终端切换到该信道并开始和入站主叫方通信。CDMA具有以叫做“软”切换的方式来处理呼叫的能力，其中，移动终端实际上以同时进行的方式，将同样的内容传递给多于一个的小区/扇区。软切换提高了因为相应小区/扇区的空间分集而收到的整体性能，并允许切换以“断开前实现(make-before-break)”切换的方式进行，当用户设备在网络中移动的时候，这种切换方式逐步地将服务从一个小区切换到第二个小区。CDMA还能够进行硬切换，在这种切换方式中，或者改变或者不改变RF信道，在把呼叫连接到 第二个小区之前，中止和一个小区的连接。这在网络内的区域之间，或者在两个相应网络的边界处，网络提供商之间的呼叫切换中最常见。

[0054] 前面提到的所有体系结构，AMSP，TDMA，GSM和CDMA以全双工模式工作，用不同的RF信道进行发射和接收。每对RF信道有固定的频率分隔，基站收发信机通常在具有更高频率的RF信道上工作。

[0055] 呼叫连接

[0056] 当小区站点中工作在预定的一对无线电频率上的一对发射机-接收机开机时，并且无线用户设备调谐到同一频率对时，蜂窝通信连接的第一阶段建立。通信连接的第二阶段在这个发射机-接收机对和网络接口间进行，这个网络接口连接到共同的电信公司公共电话网，或者连接到另一个无线通信系统。这个通信连接的第二阶段在SSS(交换子系统)中建立，这个SSS通过进来的和出去的中继线路和数据连接与其它网络连接。移动交换中心包括交换网，用于把来自通信链路的移动客户语音信号切换到进来的或出去的中继线路。数据交换节点(CDMA系统中为PDSN——分组数据服务节点，GSM系统中为GGSN——信关GRRS支持节点)用类似的方式把数据业务连接到公共的公共交换数据网(PSDN)或其它的数据网。移动交换中心通过产生并解释在相关基站控制器和移动交换中心之间的数据链路上交换的控制消息，来控制基站控制器的行为。每个小区站点的基站控制器，响应来自移动交换中心的控制消息，控制小区站点处的接收机-发射机对(或者在CDMA情况下为码字分配)。每个小区站点的控制过程还控制无线用户设备调谐到选择的RF信道、时隙和/或码字。

[0057] 基于地面(陆地)的蜂窝通信网中的每个小区包括在小区站点发射天线周围放射状分布的空间区域，这个空间区域通常近似为高度有限的圆柱体或圆柱体的一部分。因为所有无线用户设备都是传统蜂窝通信系统中基于地面的单元(安装在机动车辆上或手持单元)，小区站点的天线辐射方向图接近地面。对于一些许可频带，包括美国蜂窝 频带，小区站点天线产生的信号的极化本质上是垂直的。对于FDMA和FDMA/TDMA系统，为了防止小区站点的无线电信号干扰相邻小区站点的无线电信号，将相邻小区站点的RF信道选择为不同的信道，相邻发射机频率间有足够的频率分隔，以避免相邻小区站点间重叠发射。为了复用少数具有不同频率的有限RF信道，蜂窝通信业开发了RF信道分配方法，这种分配方法保证两个相邻或附近的小区站点不会工作于同一个RF信道上(除非采用的是CDMA体系结构，在这种情况下，是在码域，即PN码，而不是频域采用复用方法)。当基于地面的无线用户设备发起呼叫连接时，来自本地小区站点发射机的控制信号使基于地面的无线用户设备的频率捷变收发信机工作于为这个特定小区指定的RF信道。当基于地面的无线用户设备从一个小区站点移动到另一个小区站点时，呼叫连接切换到后续小区站点，基于地面的无线用户设备的频率捷变收发信机，通过改变其RF信道和时隙或码信道，将使用的业务信道调整到对应于基于地面的无线用户设备当前工作于其中的服务小区。

[0058] 目前，基于地面的现有蜂窝通信系统得到了广泛应用，并且被设计成能够消除相邻小区站点间的频率重叠问题，使服务于广大区域所需要的频率数目最少，而不会遇到过多干扰。但是，如果使用者的无线用户设备本质上是非陆地的，那么这些基于地面的现有蜂窝通信系统将无法工作。尤其是，为飞机提供的蜂窝通信服务和基于地面的现有蜂窝通信网的体系结构不一致，因为机载移动用户设备将处于复用相同业务信道的多个站点的有效服务区内，因此，可能会在所使用的通信信道上接收并产生干扰信号。基于地面的现有蜂窝通信系统的天线方向图，按照服务于陆地无线业务需要所需的方向图广播信号，为单个小区复用的RF信道的方向图同样不能扩展到为网络上飞行的飞机提供服务。

[0059] 这里提出的多维蜂窝通信系统将服务扩展到位于飞机上的无线用户设备，所采用的方式能够避免基于地面的网络和非陆地无线用户设备间的信号干扰。这种多维蜂窝通信系统给现有陆地蜂窝通信网增加了空间里预定形状和轨迹的一个非陆地小区覆盖。

[0060] 整体系统体系结构

[0061] 图1以框图的形式说明组合空到地网络2的整体体系结构，这个组合空到地网络2将飞机舱内网络3和陆地网1连接起来；图2以框图的形式说明非陆地特征透明系统的主要网络构件，该系统提供将飞机舱内网络3与陆地网1连接起来，特征集透明的空到地网络2。这些图说明多维蜂窝通信网的基本概念，为了说明的简单起见，没有包括典型网络中的所有元素。图1和2公开的基本元素说明了各个元素的相互关系，这些元素被用于实现多维蜂窝通信网，以便为无线用户设备提供特征集透明。

[0062] 图1和2说明的整体概念是，连接两段“外部网络”的“内部网络”的提供支持特征集透明，这两段网络包括飞机舱内网络3和陆地网1。这是通过内部网络在飞机舱内网络3和陆地网1之间发射用户业务(包括语音和/或其它数据)、控制信息和特征集数据，从而允许位于飞机103、104内的无线用户设备在非陆地区域接收服务来实现的，这些服务与陆地(基于地面的)网络中的无线通信服务是一致的。空到地网络2包括一组基站收发信台131、133和相联系的基站控制器132、134，它们由非陆地蜂窝服务提供商运营，并和蜂窝网
101连接，并因此和基于地面的(陆地)通信网1的有线网102连接。

[0063] 蜂窝网101包括传统元素，为了进行说明，用包括核心网和数据核心网这两部分的相关部分来说明它。核心网包括带有相联系的访问位置寄存器的移动交换中心121，这个移动交换中心121和归属位置寄存器125以及信关移动交换中心122连接。核心网提供语音业务到有线网102的语音传输网段的互相连接，有线网102有各种组件，包括但不限于：公共陆地移动网、公共交换电话网、综合业务数字网和其它类似功能。数据核心网包括分组数据交换网123，这个分组数据交换网123和路由器124连接，路由器124提供数据业务到有线网102的数据传输网段的互相连接，这里的有线网102有各种组件，包括但不限于：因特网、公共交换数据网和其它类似功能。

[0064] 因此，位于飞机103、104中的无线用户设备和基于地面的通信 网1的蜂窝网101以及有线网102网段之间的非陆地蜂窝通信，通过飞机舱内网络3和空到地网络2传送给基于地面的基站收发信台131～133和基于非陆地蜂窝通信网的相关基站控制器132、134。下文所描述的，由飞机舱内网络3、空到地网络2、基于地面的基站收发信台131～133和相关的基站控制器132、134提供的该增强功能，为提供服务给位于飞机103、104中的无线用户设备提供透明。下面的描述提供了和非陆地蜂窝通信相关的基本参数的分级表示，指出了能够提供不断增长级别的通信服务的各种体系结构，使全特征集透明性达到顶峰。

[0065] 空到地网络

[0066] 图1和2所示的空到地网络2显然是基于地面的蜂窝通信网101和位于飞机103、104中的无线用户设备之间的(射频或光学)无线通信，其优选方式是射频连接108、109。
该射频连接108采取蜂窝拓扑的形式，其中通常用一个以上的蜂窝描述组合空到地网络2的地理覆盖区域或覆盖区。这种空到地连接传送用户业务和本地网络信令业务。

[0067] 或者，空到地网络2可以通过无线卫星连接105～107实现，其中分别在飞机103、104和卫星105之间，以及卫星105和基于地面的蜂窝通信网101之间建立射频链路106、
107。这些卫星105可以是和地球同步的(从地球参考点看起来是静止的)或移动的，这和中地球轨道(MEO)以及低地球轨道(LEO)的情况相同。卫星的例子包括但不限于：地球同步Ku波段卫星、DBS卫星(直播卫星)、铱系统、全球星系统和国际海事卫星系统。如果是专业卫星，如用作直播卫星的那些，链路通常是单向的，也就是说是从卫星到接收平台，在这里是到飞机。在这样的系统中，需要从飞机单向发射的链路，以便使通信成为双向的。如前文所述，这一链路本质上可以是卫星或基于地面的无线链路。

[0068] 最后，和飞机通信的其它方式包括宽或广域链路，如HF(高频)无线电，或更独特的系统，如对流层散射体系结构。

[0069] 通过这种方式，实现了真正的特征集透明。可以将空到地网络2看作用户业务和控制及网络特征集数据通过其中，在陆地网1和飞机舱内网络3之间传送的管道。空到地网络2可以用单个射频链路或多个射频链路实现，其中一部分信号在不同类型的链路上路由，如空到地链路108和卫星链路105～107上。因此，使用这里公开的各种组件和体系结构概念的不同组合，这一系统的实现具有足够的灵活性。因特网协议语音(VoIP)网络[0070] 因特网协议语音是一类使用分组数据流在分组中心因特网协议网络上传送语音的网络。实质上，语音成为了数据。为了使VoIP成为可行的通信模式，时延和数据包传递可靠性必须达到足够高的标准，以保证失真(丢失数据包)和延迟(慢速到达的数据包)不影响呼叫的可理解性、呼叫的可靠性以及呼叫的可用性等方面客户的使用者体验。

[0071] 通常，电路交换系统具有非常高的可靠性和可用性。然而，电路交换范例要求使用专用的电路用于呼叫建立、连接和终接(终接是指接收节点接受并连接进来的呼叫)。因此，对于电路交换呼叫，资本和运营的固定/可变成本都高于IP VoIP连接。

[0072] 然而，尽管纯IP语音呼叫(VoIP)有成本优势，但是最初设计因特网并不是为了语音这种低等待时间应用。因此，早期的VoIP服务经受了传统电路交换电话所没有的呼叫质量受损。但是，随着通过因特网(TCP/IP)网络增强而降低了总的等待时间时延，等待时间问题变得不那么成问题了。不经常出现的数据包丢失问题，现在也得到了解决。因此，另一种可能是混合体系结构，既使用电路又使用分组交换语音电话，具有因特网和传统电路交换组件。大部分语音电话是基于纯因特网的也是可行的。

[0073] 下表表明了语音呼叫可能采用的通信路径类型的前景：

[0074] 1.语音呼叫从本地环段的电路交换网络开始，过渡到因特网进行系统内部路径的分组呼叫，然后重新进入电路交换域，最终接续到终点节点(或者电话术语中的“终接”)。

[0075] 2.语音呼叫从来不进入电路交换域，从端到端一直是分组交换IP呼叫。

[0076] 3.语音呼叫作为电路交换呼叫开始，然后在中心局(CO)，过渡到IP呼叫，接续到接收节点。

[0077] 4.语音呼叫作为IP分组交换呼叫开始，在内部交换段作为电路交换呼叫，然后作为VoIP呼叫接续。

[0078] 因此，虽然前文列举的情形不包括所有可能，但是可以很容易地想象语音电话可以采用的很多通信路径。VoIP呼叫同样可以通过“特征集”透明的非陆地蜂窝通信网。

[0079] 例如，可以在飞机舱内网络3中使用WiFi运营商平台的VoIP发出VoIP呼叫。VoIP语音数据流的较大一段用于用户语音业务，而较小一段则用于传送VoIP网络信令业务(如所拨号码等)。这一VoIP呼叫进入飞机舱内网络3，通过空到地网络2或“内部网络”传送到基于地面的通信网1，然后通过图2中的PDSN沿数据核心网路径重新进入因特网。于是这一VoIP呼叫维持为IP呼叫到终接节点。

[0080] 或者，飞机舱内网络上的VoIP呼叫通过WiFi可以进入图2所示的基于地面的通信网1的核心网一侧，并从这一点起直到终接节点变成电路交换呼叫。

[0081] 或者，电路交换呼叫可以在基于地面的PSTN中发出，但是打算发送给飞行中的飞机内的用户，而这个目标用户只能处理VoIP呼叫。信号路由路径将进入基于地面的通信网1，从核心网一侧过渡到数据核心网，然后通过空到地网络2发送到飞机舱内网络3(参见“核心网”子系统左侧的虚线)。

[0082] 这里描述的网络不限制语音电话呼叫的各种通信路径可能，也不限制语音电话呼叫何处及何时进行电路或分组交换。因此，该系统不知道传送的是语音、数据还是两者都有，也不知道何处、何时以何种模式传送(电路或分组)。这里给出的技术选择代表可以结合起来实现这里公开的系统的各种选择。

[0083] 飞机舱内网络

[0084] “飞机舱内网络”是在飞机103、104内实现的通信环境，这些通信可以基于各种技术，包括但不限于：有线、无线、光学、声学(超声波)等。2000年10月11日提交的题为“Aircraft-Based Network forWireless Subscriber Stations”的第09/686,923号美国专利申请公开了这种网络的一个实例。

[0085] 飞机舱内网络3的优选实施例采用无线技术，并且这种无线技术对乘客和机务人员在飞机上携带的无线用户设备来讲是本地的。因此，膝上电脑可以通过WiFi无线模式(或通过有线连接，如LAN)进行通信，或者PDA可以通过VoIP(因特网协议语音)传送电话语音业务。同样地，在飞机内使用GSM协议的手持式蜂窝电话通过GSM和飞机舱内网络通信。在飞机上的时候，CDMA蜂窝电话可以利用CDMA，模拟AMPS电话利用模拟AMPS和飞机舱内网络3通信。连接状态可以是分组交换的或电路交换的或者两者都有。总之，飞机舱内网络3的目的之一是使乘客和机务人员携带的所有无线用户设备实现对飞机舱内网络3的无缝和随处访问。

[0086] 飞机舱内网络3和基于地面的网络的连接，使飞机乘客和机务人员使用的技术专用无线用户设备访问通常在基于地面的网络上可用的网络和用户特征。这是通过经由飞机舱内网络3，在本地基于地面的网络和相匹配的位于飞机上的技术专用无线用户设备之间传递网络信令信息来做到的。通过这种方式，欺骗位于飞机内的无线用户设备，使其认为无线用户设备和其本地网络(本地网络实际位于地面上)直接连接。

[0087] 图3以框图的形式说明多乘客商用飞机300内实现的，用于无线用户设备的基于飞机的典型网络的体系结构。这个系统包括用于实现通信骨干网的多个元素，其中的骨干网用于使多个不同类型的无线通信设备进行无线通信。用于无线用户设备的基于飞机的网络包括局域网306，该局域网306包括射频通信系统301，该射频通信系统301使用扩频模式，具有短的工作距离。这个网络306支持来自无线用户设备321～323的电路交换和分组交换连接，并且把这些无线用户设备321～323的通信通过信关收发信机或收发信机310连接到公共交换电 话网(PSTN)126和其它目的地，如因特网127或公共交换数据网(PSDN)。因此，无线用户如同直接和公共交换电话网126连接一样，保持单一号码身份。无线用户设备321～323包括多种通信设备，如膝上电脑321、蜂窝电话322、MP3音乐播放器(未示出)、个人数字助理(PDA)(未示出)、基于WiFi的设备323等，为了描述的简洁起见，不管其具体实现细节，在此将其统称为无线用户设备。

[0088] 用于无线用户设备的基于飞机的网络的基本元素包括至少一个天线305或者把电磁能量耦合到/自位于飞机300内的飞机舱内网络3的装置，该网络用于和位于飞机300内的多个无线用户设备321～323通信。该至少一个天线305和无线控制器301连接，这个无线控制器301包括多个元素，用于调整和多个无线用户设备321～323的无线通信。无线控制器301包括至少一个低功率射频收发信机302，用于利用无线通信方式，如PCS(它可以是例如CDMA或GSM)提供电路交换通信空间。此外，无线控制器301包括一个低功率射频收发信机303，用于利用如WiFi(它也可以传递分组交换的因特网协议语音(VoIP))的无线通信方式，提供基于数据的分组交换通信空间。最后，无线控制器301包括一个功率控制段304，用于调整多个无线用户设备的功率输出。还将它用于利用RF噪声或干扰装置，来防止舱内无线用户设备在非陆地模式时，直接错误地接入地面网。超低机载发射功率电平特征代表基于飞机的网络的无线控制器301的功率控制元素304的控制，用于无线用户设备调整由无线用户设备321～323产生的输出信号功率，使得基于地面的蜂窝站点或基于地面的用户设备接收到蜂窝信号的可能性最小。对于以FDMA/TDMA为中心的无线用户设备(AMPS、TDMA、GSM)，无线用户设备321～323发射的信号的功率电平通常小于几个毫瓦，对于以CDMA为中心的无线用户设备工作在舱内网络的时候，甚至可以低至-50dBm。这个幅度输出信号强度代表与标准的基于地面的蜂窝信号强度的明显偏离，因此，非陆地蜂窝信号通常被基于地面的小区站点和基于地面的用户设备拒绝。

[0089] 显然，前文所述的无线控制器301的段可以按照各种方式组合或 分解，以便和这里公开的实现方式不同。所描述的特殊的实现，是为了说明发明的概念而选择的，不是为了将这一概念的应用限制为其它实现。

[0090] 无线控制器301通过骨干网306和多个其它元素连接，其它元素用于为无线用户设备321～323提供服务。这些其它元素可以包括飞机接口309，用于为无线用户设备的通信传输提供管理/交换/路由/集总(aggregation)功能。数据采集元素307用于和多个航班系统传感器311～314和全球定位系统元素316对接，以从多个如下文所述的源收集数据。此外，飞行员通信设备，如显示器317和耳麦318，通过有线连接或无线连接和该骨干网306连接。

[0091] 最后，信关收发信机310用于连接飞机接口309和天线315，以便使无线用户设备的信号可以从基于飞机的网络传送到地面上的收发信机。这些组件还包括通信路由器功能，以便把通信信号转发给正确的目的地。因此，要发送给飞机上的用户的信号被路由给这些用户，而要发送给地面的用户的信号则被路由给陆地网。可以在实现飞机上的天线315的时候采用通常使天底(朝向地球)方向的有效辐射功率(EPR)最小的飞机天线方向图，以便为用于无线用户设备的基于飞机的网络提供服务。两种经常使用的天线类型是，安装在机腹的刀片型天线，和安装在垂直稳定翼上的刀片型天线。安装于机腹的刀片型天线利用垂直缝隙，其中电场是水平极化的(但是它也可以是垂直极化的，因为没有禁止这种极化的任何系统限制)。这种缝隙天线具有和放置于垂直平面的具有正交极化的偶极子天线的方向图互补的方向图。因此这种方向图在朝向地球的方向(天底)有一个零点，它是最小斜距因而最小传输损耗的方向。能量电平由于这种方向图形状而大幅度降低，但是相对于基于地面的天线方向图而言仍然是垂直极化的。第二类天线是在垂直稳定翼的两侧水平安装的刀片型天线。这种天线使用水平极化的偶极子类型的辐射元。飞机的水平稳定翼安装在该水平安装的刀片型天线和地球之间，因此极大地降低了朝向地球(天底)的功率。如果在飞机上使用垂直极化用于空到地网络2的连接，典型的天线类型为1/4波长的单极子，嵌在航空动力学桨叶的外 壳里。

[0092] 在飞机舱内网络3中，无线用户设备根据严格控制的动态功率控制设置工作。空中接口309，通过其舱内无线用户设备的控制功能，被编程为具有非常严格的动态功率控制范围(通常一个功率台阶)，如前文所述，将这一功率设置得非常低。

[0093] 非陆地和基于地面的通信之间的干扰

[0094] 非陆地通信存在一组独特问题，这一非陆地特征透明系统为飞机舱内环境解决了这些问题。问题之一是飞机在飞行时，飞机上的无线用户设备直接接入基于地面的蜂窝通信网1。另一个问题是位于飞机内的无线用户设备的工作，产生干扰基于地面的蜂窝通信网的信号。第三个问题是，舱内网络3对飞机系统/航空电子设备潜在的有害干扰。为了使飞机上的无线用户设备能够工作，所有这些问题都要解决。

[0095] 这些问题的解决办法之一是，利用干扰设备来宽带干扰所关心的信号频率，由此防止上述问题发生。干扰信号的幅度可以禁止飞机内的无线用户设备从基于地面的蜂窝通信网1有效接收信号的能力，但是该信号不会干扰舱内所需信号的正常工作。尽管这种方法技术上可行，但是它并不是优选的方式，因为其实现并非易事，而且会引发数不清的通信管理问题。例如，干扰频谱不是恒定的，因为它必须随空到地链路的无线电频率变化。此外，如果飞机舱内网络3对空到地链路而言工作于硬切换模式(从一个小区到下一个小区要改变频率)，干扰设备就必须也将该动态频谱分配改变考虑在内。而且对于无线用户设备使用的任何通信技术而言，该方法都必须是可行的。确定何时开关该干扰设备也是问题，这种决定需要复杂的判决数据，如飞机高度等。而且，如果干扰设备在工作，紧急情况下如何使机组人员使用他们的无线用户设备？另一个问题是宽带干扰设备是否会对位于飞机上的航空电子设备造成EMI/RFI？基于地面的控制信号(就给定技术而言)，基于已知测量，是否非常高以至于偶尔会超出干扰信号？还有，给定无线用户设备是不是会锁定到基于地面的控制信号？最后，这种干扰方法从未真正实现对飞机舱内无线用户设备的控制。因 此，这种干扰方法存在局限性和问题。但是，将它作为集成的系统级别的方法的一部分来管理飞机舱内环境是可行的。

[0096] 另一种方法不是纯干扰系统，这种方法重新发射收到的基于地面的蜂窝信号，但是加入足够的时间延迟，以防止飞机上的无线用户设备相干接入任何基于地面的蜂窝信号。这种“延迟”方法可以这样来实现：把标准分配的蜂窝无线电频率上接收到的基于地面的全部蜂窝通信频谱进行数字化，使该数字流通过数字延迟电路，然后将得到的信号变换回模拟形式。该方法的实质是模数转换、信号延迟以及最后的数模转换。模数转换的进步使这种直接转换成为可能，甚至是在UHF无线电频率上。

[0097] 防止位于飞机内的无线用户设备相干接入任何基于地面的蜂窝信号的另一个方法是，当飞机在空中时，在飞机内发射所有基于地面的无线服务提供商相应技术类型(CDMA、GSM、TDMA等等)的SID(系统标识)。这样就不需要宽带干扰设备，因为这一过程能够直接控制无线用户设备，并且根据飞机是否位于批准的OPGA工作高度，命令无线用户设备处于空闲状态或超低功率状态。舱内无线用户设备得到精确和积极的控制，因为它们不能接入基于地面的蜂窝通信网，而且不能对基于地面的蜂窝通信网或由该网络服务的其它无线用户设备产生潜在的干扰。

[0098] 另一种方法要通过安装RF不能穿透的表面，如粘贴在飞机所有窗户上的微型线或反射薄膜等，来隔离飞机舱内网络3，不影响乘客的视野，但是实际上通过在本领域公知的法拉第笼手段，增强乘客舱和基于地面的蜂窝网之间的隔离。

[0099] 透明特征集空到地系统

[0100] 已经描述了一些操作方面的问题，描述了图1和2所示，使用基于地面的蜂窝通信的特征集透明的空到地网络的主要网络构件。每个飞机有其自己的唯一飞机舱内网络3，根据优选实施例，该网络是无线的、自足的并且不对自身、邻近的飞机和/或基于地面的蜂窝操作造成干扰。给定的基于地面的无线节点或小区通常配备有多个基站收 发信台(BTS)131、133，及其相关基站控制器(BSC)132、134，该控制器132、134管理基站收发信台
131、133和其它相邻给定小区的基站收发信台(相邻基站收发信台通常位于切换距离内)的操作。还可以让给定的基站控制器来控制多于一个基站收发信台。基于地面的蜂窝通信网101，为支持特征集透明的客户业务(用户和数据)和信令信息提供最终的连接接口。信令信息对于给定的无线体系结构(TDMA，GSM，iDEN，CDMA，WCDMA，CDMA2000等)是独特的。

[0101] 将空到地网络2的实现选择为基于若干个工作参数，其包括但不限于：成本(最低成本路由)、可用性、可靠性、带宽、冗余度等。空到地链路可以通过无线蜂窝108、109或通过卫星105～107。对于基于卫星的空到地连接，如前文所述，卫星105可以是一个特殊平台如铱系统，或者是多卫星平台(如DBS和地球同步Ku频带)。图2示出了典型的拓扑。

[0102] 每个飞机舱内网络可以独立接入卫星106，以便接续到基于地面的蜂窝通信网1。基于地面的蜂窝通信网1有地面站，发射和接收来自卫星106的信号，然后将该信号传递给基于地面的蜂窝通信网1。这些卫星传递来自飞机舱内网络3的包括用户业务(语音和数据)，还有信令数据的信号，这些信号对于给定用户设备而言是本地的(CDMA的信令数据和GSM的不同)。

[0103] 飞机舱内网络3提供为工作于飞机舱内的无线用户设备提供服务的管理机制。这一管理不仅包括提供用户业务连接，还包括每个用户可以从其归属网络接收的特征集的可用性。因此，特征集管理要求和基于地面的蜂窝网101进行对接，该对接方式给予无线用户设备的位置透明，使飞机舱内网络3看起来仅仅是基于地面的蜂窝网101的另一个小区站点。

[0104] 定义

[0105] 为了使用词一致，提供下列定义，来描述当前非陆地特征透明系统及其操作的不同方面。 入站OPGA信令：不管是数据的、语音的还是二者的组合，给舱内网络“一机行天下”无线用户设备的进来的呼叫，在非陆地蜂窝通信网域内终接，通常基于无线，但是这一呼叫也可以具有有线网段。出站OPGA信令：不管是数据的、语音的还是二者的组合，从“一机行天下”无线用户设备舱内网络发出的出去的呼叫，在基于地面的蜂窝通信网域内终接，通常基于无线，但是这一呼叫也可以具有有线网段。

[0106] 透明特征集可携带性：这个术语是指无线用户设备授权/建立的基于地面的蜂窝通信网特征向非陆地蜂窝通信网的无缝过渡。

[0107] 透明用户类可携带性：这个术语是指从授权/建立的基于地面的蜂窝通信网类向非陆地蜂窝通信网的无缝过渡。

[0108] 非陆地用户类：这个术语是指产生新的位于非陆地蜂窝通信空间的唯一用户类，新的用户类也可以过渡到基于地面的蜂窝通信域。

[0109] 透明用户计费：这个术语是指基于地面的计费系统和非陆地计费系统的互相连接和集成，因此用户只从非陆地蜂窝通信网或者从他们的归属地基于地面的蜂窝通信网收到一份帐单。

[0110] 基于地面的HLR到非陆地HLR的连接：这个术语是指包括OPGA无线用户设备的特征和类设置/授权的基于地面的HLR数据库，到非陆地HLR数据库的互相连接和集成，其目的是把这些基于地面的蜂窝特征/类数据组无缝且透明地传递到非陆地网络域。

[0111] 基于地面的VLR到非陆地HLR的连接：这个术语是指包括OPGA无线用户设备的特征和类设置/授权的基于地面的VLR数据库，到非陆地HLR数据库的互相连接和集成，其目的是把这些基于地面的蜂窝特征/类数据组无缝且透明地传递到非陆地蜂窝网络域。

[0112] 基于地面的HLR到非陆地VLR的连接：包括OPGA无线用户设备的特征和类设置/授权的基于地面的HLR数据库，到非陆地VLR数据库的互相连接和集成，其目的是把这些基于地面的蜂窝特征/类数据组无缝且透明地传递到非陆地网络域。

[0113] 非陆地HLR到基于地面的VLR的连接：这个术语是指包括OPGA无线用户设备的特征和类设置/授权的非陆地HLR数据库到基于地面 的VLR数据库的互相连接和集成，其目的是把这些非陆地蜂窝特征/类数据组无缝且透明地传递到基于地面的网络域。

[0114] 非陆地HLR到基于地面的HLR的连接：这个术语是指包括OPGA无线用户设备的特征和类设置/授权的非陆地HLR数据库到基于地面的HLR数据库的互相连接和集成，其目的是把这些非陆地蜂窝特征/类数据组无缝且透明地传递到基于地面的网络域。

[0115] 基于地面的线程(Line Ranges)包括非陆地网络：当OPGA无线用户设备处于非陆地模式时，基于地面的现有蜂窝通信网需要有先验信息说明要将给该设备的分组或电路交换呼叫路由至何处。因此，需要给基于地面的蜂窝通信网中的交换机/路由器数据库添加非陆地线程。

[0116] 非陆地到非陆地信令：非陆地网络通过其更新的HLR和VLR数据库，将分组或电路交换的呼叫、IP数据分组等从一个非陆地无线用户设备路由到第二个非陆地无线用户设备。这些非陆地无线用户设备可以位于同一或不同飞机上。

[0117] 虚拟专用非陆地网络(VPNN)：这个术语是指使用非陆地网络通过选择性接入和寻址手段建立虚拟专用非陆地网络。VPNN可以把基于地面的虚拟专用网作为其整个VPNN结构的一部分。

[0118] 从基于地面的无线通信网到非陆地无线网络的切换：这种切换情形的的一个实例是飞机从机场起飞。任何在基于地面的无线通信网终接的已有呼叫(或分组或因特网体系结构数据连接)，都切换到非陆地蜂窝通信网。如前文在HLR/VLR功能/集成组所述，给定无线用户设备的所有相关的特征、类、虚拟专用网络、虚拟专用非陆地网络都从基于地面的蜂窝通信网转换到非陆地蜂窝通信网。

[0119] 从非陆地无线网络到基于地面的无线通信网的切换：这是上一个过程的逆过程。例子之一是飞机在机场着陆。任何在非陆地蜂窝通信网终接的已有呼叫(或分组或因特网体系结构数据连接)，都切换到基于地面的蜂窝通信网。如前文在HLR/VLR功能/集成组所述，给定无线用户设备所有相关的特征、类、虚拟专用网络、虚拟专用非陆地网络都从非陆地蜂窝通信网转换到基于地面的蜂窝通信网。

[0120] 透明因特网访问：处于非陆地模式的OPGA无线用户设备，以使用者透明的方式无缝地保留其访问因特网的能力：使用者访问、密码、使用者名、数据速率、费用、额外费用、IP地址(静态或动态)等。结合因特网访问，IPv6无线因特网协议或类似协议就等待时间、数据包丢失和其它具体突发或长期错误现象等和无线接入相关的方面而言更稳定。

[0121] 透明电子邮件访问：处于非陆地模式的OPGA无线用户设备，以用户透明的方式无缝地保留其通过因特网访问指定的邮件服务器的能力，不管它是处于公司防火墙内还是通过因特网能够直接访问。

[0122] 透明多媒体访问：基于地面的因特网的所有标准特征对于处于非陆地模式的无线用户设备都是可用的，包括：流音频、流视频、多用户游戏等。

[0123] 空到地链路格式

[0124] 对于至/自飞机的空到地网络2，无论其拓扑是基于地面的108、109还是卫星105～107，链路上传送的信息都可以分解成若干个体系结构格式。通常，该格式可以传递每个舱内本地技术(例如CDMA到GSM)，以单个或集总的方式传递。这些格式可以包括但不必限于：

[0125] 1.技术类型是FDM(例如：频率块一(frequency block one)用于传递所有CDMA类型的飞机舱内无线用户设备，传递的信息包括客户发起的业务和系统级信令)。

[0126] 2.技术类型是CDM(例如：Walsh码1用于传递所有飞机舱内GSM导出的通信，以包括客户业务和系统信令)。

[0127] 3.技术类型是TDM(例如：(每帧5个时隙中的)时隙1用于传递所有iDEN飞机舱内使用者设备(UE)信息)。

[0128] 4.因特网协议语音(VoIP)。

[0129] 5.以上类型的任何组合。例如，如果自飞机的链路为WCDMA-FDD(宽带CDMA频分双工)，那么这一体系结构包括CDM、TDM和FDM的元素。

[0130] 6、集总链路：来自所有飞机舱内OPGA无线用户设备技术的业务组合成复合数据流，把所有客户导出的业务(信令、数据 和/或语音)作为单个连接、分组或电路传递给/自飞机。

[0131] 选择空到地链路必须考虑无线连接本身的系统性能参数，如：

[0132] 1.引起)

[0133] 2.传播特性(Rayleigh、racian和对数正态传播衰落)

[0134] 3.系统差错(所选择的链路模式典型的内在差错)

[0135] 4.系统可用性(网络启动并且工作的时间)

[0136] 5.设备可靠性(设备有冗余吗？)

[0137] 6.链路可靠性(链路能否保证分组/内容可以传递？)

[0138] 7.冗余度(至/自飞机的单路径和双路径的对比)

[0139] 所选择的空到地网络2的实现必须提供作为可行体系结构可接受的最小性能目标。特别重要的是，空到地链路必须保证特征集透明，以便在飞机上实现真正的OPGA功能。

[0140] 非陆地特征透明系统

[0141] 正如可能预期到的一样，用户特征透明的程度直接影响系统的整体复杂程度——特征越丰富，支持特征透明的系统越复杂。一贯都是这样，存在必须与优选的技术方法平衡的经济折衷。基于这种考虑，这里提供三个非陆地特征透明系统的一般优选实施例：

[0142] 1)“全特征、单客户”；

[0143] 2)“预付费和/或自身客户(Own Customer)”；以及

[0144] 3)“全特征、任意客户”。

[0145] 后两种体系体系结构描述了多模式飞机舱内环境，其中飞机舱内网络3能够支持从CDMA到GSM到WiFi的多种技术类型。尽管这是优选实施例，但是特征透明网络还可以包括一个单个优选舱内技术，而且可以，例如，在舱内只是专用于GSM操作，而空到地网络2则可以是陆地CDMA或基于卫星的，或者本地舱内技术可以是CDMA，飞机外的链路也可以是CDMA。

[0146] 非陆地特征透明系统——全特征、单客户技术

[0147] 所部署的基于地面的空到地网络2的第一个实施例，“全特征、单客户技术”，提供了全OPGA透明功能，但只针对一种类型的舱内技术(如GSM)。考虑到目前和未来的蜂窝技术正朝向有限数量的若 干个标准，这种“单客户技术”方法有良好的市场前景。它还简单得多，并且提供了飞机舱内网络3和空到地网络2之间的多个网间接口选项。如果所选的空到地技术在无线空中接口(或协议)的分割控制和业务功能方面为FDM，这种情况尤其正确。

[0148] 对于“全特征、单客户技术”体系结构，可以考虑三种一般拓扑

[0149] 1、“本地模式”

[0150] 2、“叙述者(Relator)”

[0151] 3、“常驻蜂窝基础设施”

[0152] 本地模式

[0153] 三种全特征、单客户技术体系结构的第一种是本地模式，这种模式里舱内的无线用户设备直接接入基于地面的蜂窝通信网1。飞机舱内没有特殊的通信设备，尽管地面可能需要更高增益的天线。这些更高增益的天线可能需要跟踪飞机，以维持高质量的链路。

[0154] 本地模式的主要优点为：没有机载设备成本，系统升级总是在地面进行，使用者无线用户设备无需特殊修改，地面上有合适的天线就能够使用现有网络。这种方法的主要缺点包括：避免和其它纯粹基于地面的蜂窝通信网间的干扰，建立足够的链路裕量，保持飞机舱内发射功率电平足够低以避免干扰飞机航空电子设备这些困难。该方法对每种类型的飞机舱内技术，还需要单独的基于地面的通信网1，这不是经济的方式。

[0155] 叙述者(Relator)

[0156] 叙述者拓扑是三种全特征、单客户技术体系结构的第二种，它是这样的一种方法，其中飞机上的设备具有“翻译器”和“转发器”的组合功能，美国专利6,650,898描述了其实例之一。这种设备通常只工作于射频域而不工作于基带信号域。“叙述者”的一般概念是把控制功能和业务功能分开。这种分开在模拟AMPS、TDMA和GSM等体系结构的频域中更容易实现。这种技术对于CDMA更难，因为码域不能由FDM类型的设备(叙述者)滤波。从功能上讲，叙述者通过使用舱内天线接收信号，对信号进行放大，通过机外天线传出飞机，从而用RF装置直接中继舱内业务来转发内容业务。离开飞机的信号可以和飞机内信号频率不同。对于来自地面的信号而言这是个互易的过程。因为需要去除并修改(调整或改变)用于纯粹基于地面的蜂窝系统的控制信道信号和信息，因此在叙述者中剥离给定FDM技术的控制信道，而代之以舱内版本。这种方法的总体优势为低成本，控制舱内设备，重复利用用于空到地通信的基于地面的蜂窝天线网络。缺点是支持多于一种的舱内技术类型极其困难。

[0157] 常驻蜂窝基础设施

[0158] 图4和5以框图的形式，说明空到地网络的全特征、单客户技术的常驻蜂窝基础设施的体系结构，这种体系结构以一种舱内技术(如CDMA)为核心。常驻蜂窝基础设施的体系结构是支持特征透明非陆地网络的“逻辑”系统概念。这种体系结构对于有大量现有客户基础，这些客户可以成为舱内服务的“即时”客户的蜂窝服务提供商而言效果良好。很多基于地面的通信网1得到复用，提供商的客户所使用的具体设备的特征集透明得以保持。为其它电信公司的客户提供服务很困难，既便它们使用相同的技术，这是因为计费和对漫游用户缺少特征透明等问题。然而，该方法的成本优势明显，对飞机和地面无线网络而言都如此。

[0159] 空到地网络体系结构的全特征、单客户技术的常驻蜂窝基础设施的顶层技术描述如下：

[0160] 无线用户设备401和蜂窝/PCS基于地面的通信网1上所用的设备相同；然而，这些无线用户设备401预先在为飞机或者有PIN码用于验证的使用者提供服务的电信公司注册。此外，天线402连接无线用户设备401和舱内空中接口403。如下文所述，飞机接口403在飞机内和至/自飞机使用相同的无线“空中”接口，在飞机舱内执行无线用户设备模拟功能。“空中接口”是如GSM或CDMA所使用的技术，不应和飞机接口403混淆，飞机接口
403具有其它功能，包括管理协议壁垒。

[0161] 用于所选的空中接口/工作频带的、空到地网络2中的基站收发信台404、基站控制器405和基于地面的通信网络1中的移动交换中心406与非陆地服务提供商的归属位置寄存器407对接，以接入飞机 接口403电话的MIN，作为呼叫连接的虚拟用户。此外，移动交换中心406和公共交换电话网409、SS7网410以及公共交换数据网411连接，以完成呼叫。

[0162] 这一体系结构中的舱内飞机接口403有多个任务：(1)管理舱内RF环境，以控制无线用户设备对服务的接入；(2)通过命令无线用户设备使用最低所需RF功率来管理EMI/RFI环境；以及(3)建立信令和业务的RF方案，以使它们不对所述基于地面的通信网1的操作造成干扰。飞机接口403包括两组信道403A、403B，每个分别为无线用户设备401和地面基站收发信台404提供射频接口。第一组信道403A为伪基站提供透明手机信令，以便向无线用户设备401模拟基站收发信台404的操作。第二组信道403B提供镜像的手机信令，以便向基站收发信台404模拟无线用户设备401的操作。这两组信道使用典型的协议栈403C、403D，以便在两个空中接口间传递无线用户设备401的功能。因此，空中接口403连接飞机舱内网络业务信号和空到地网络2。

[0163] 常驻蜂窝基础设施拓扑

[0164] “常驻蜂窝基础设施”方法有两种常用拓扑：

[0165] 1、移动小区

[0166] 2、移动用户

[0167] 常驻蜂窝基础设施——移动蜂窝

[0168] 图11以框图的形式，说明空到地网络的全特征、单客户技术的常驻蜂窝基础设施的移动蜂窝实现的体系结构。当飞行中的飞机作为一个服务于多个无线用户设备的“小区”，但是它处于移动中时，移动小区体系结构出现。也就是说，从传统电话的角度来看，对于所选的舱内技术，所有舱内呼叫终接于飞机103，因为对于每个活动的呼叫，看起来存在一个到飞机的通信路径，如图11所示的n信道所说明的一样。

[0169] 因此，在这一配置中，所有通常在地面上，必须足以包括蜂窝基站所需的必需设备、硬件和软件，都必须安装在飞机上(BTS和BSC具有本地/远程MSC连接)。从体系结构上来讲，没有把目前的传统蜂窝设计成具有相对于其它小区移动的小区。目前的蜂窝网标准不考虑活动无线用户设备的整个小区切换到另一个小区这种问题。此外，当在移动小区拓扑中使用时(信号路由图和小区间连接不再是静态的)，当前用于蜂窝网管理的内部信令范例就丧失了功能。此外，特征集透明更加困难。

[0170] 常驻蜂窝基础设施——移动用户

[0171] 如果采用这里描述的“网中网”拓扑，如同这里针对“全特征、任意客户”所描述的一样，移动小区方法得到简化。对于这种高级、高度集成的体系结构，对处于隔离环境的实质上移动的小区来说，空到地网络2仅仅是一个无线传输管道(内网)，这一隔离环境就是飞机103(外部网络的一端)。通过这种方式，从一般“移动小区”概念解决了许多复杂技术难题。关于“全特征、任意客户”平台的详细讨论包括在这一文献的后面章节。

[0172] 图12以框图的形式说明了空到地网络的全特征、单客户技术的常驻蜂窝基础设施的移动用户实现的体系结构。如果把移动小区修改为移动用户拓扑，移动小区方法存在的复杂问题也会得到解决。从概念上讲，如果飞机舱内网络可以使其自身对于空到地网络2而言表现得象图12的单个空到地链路所说明一样的“用户终端”，这里的空到地链路代表一个或多个集总信道，用于传送给飞机上的多个无线用户设备的业务。因此，空到地网络2和基于地面的通信网1，以和用于基于地面的无线用户设备相同的方式，管理飞机舱内网络用户终端(或使用者设备)。实质上，欺骗空到地网络2和基于地面的通信网1，使它们相信无线用户设备没有和它们的操作相关的任何特殊考虑，即使无线用户设备位于飞行中的飞机上。

[0173] 常驻蜂窝基础设施总结

[0174] 对于具有优选的“移动用户”实施例的特征透明非陆地网络而言，常驻蜂窝基础设施拓扑是一种“逻辑”系统概念。实质上，常驻蜂窝基础设施体系结构要求飞机上的系统在一个给定设备上复制给定无线用户设备的全部功能，该给定设备在飞机上模拟无线用户设备。该无线用户设备属性的镜像使舱内通信的本地小区保留相同的空到地 网络2的无线用户设备属性。因此，空到地网络2不知道无线用户设备是非陆地的或多维的——飞机舱内网络3对于空到地网络2而言是操作透明的，因为这两个网络在信道化的方案中一一配对。

[0175] 对于常驻蜂窝体系结构，重要的是认识到，在协议栈接口两侧(空到地网络2一侧和飞机舱内网络3一侧)，都要唯一、独立地管理一些系统信令参数。例如，在空到地网络2内，相对于飞机舱内网络3(其中需要非常低的发射功率，动态功率控制的目的不同)，动态功率控制必须单独控制。此外，在空到地网络2中，包括软切换的切换信令是活动的，而在舱内环境中则很可能是非活动的。因此，对于这些例子及所有其它唯一的只对各自的半边链路重要的系统信号而言，飞机舱内网络3会将其截获，而不是转发或者以和两边的操作都一致的方式欺骗另一边的集体网络。因此，尽管协议栈中的大部分信号跨过协议壁垒无缝传送，主要信号视情况单独管理。在一些方面，常驻蜂窝基础设施概念是工作在信令域而不是纯粹射频域的智能“叙述者”。

[0176] 常驻蜂窝基础设施概念的主要缺点是，它是一种单技术方法，要求飞机舱内网络3和空到地网络2使用相似技术。它还是一个单服务提供商拓扑。如前文所述，对于已有很大单技术用户人群的蜂窝服务提供商，这种单技术体系结构的缺点是微不足道的。

[0177] 非陆地特征透明系统——预付费和/或自身客户拓扑

[0178] 图6和7以框图的形式说明空到地网络2的预付费和/或自身用户拓扑的体系结构。第二个实施例，“预付费和/或自身客户”，尽管可以为舱内更多技术类型提供服务，但是不能为用户提供丰富的特征透明集。通常，优选实施例是“移动小区”类型的拓扑(图11)。然而，和“全特征、任意客户”相比，其实质上比较简单，操作容易。因为其较简单，所以就可靠性和可用性而言，也更稳定。这种体系结构有以下优点和缺点：

[0179] 优点：

[0180] 1.不需和其它提供商签定漫游协议。在飞机上系统的使用者是提供服务的电信公司的用户。

[0181] 2.可用当前的ATG网络(AMPS)提供服务(即，用作空到地网络2)。

[0182] 3.现成模块的最小自定义(上市快，技术风险小)。

[0183] 4.简化计费/收费。

[0184] 5.用户的归属服务提供商不能阻止接入。

[0185] 缺点：

[0186] 1.基本呼叫能力可用，但是并非所有特征集都可用，如：呼叫等待、主叫ID、三方通话、SMS、语音邮件通知等。

[0187] 2.只能呼出，因为入站呼叫更难于管理/传递，通常不支持。

[0188] 3.多个编码解码器，至少两个，会影响语音质量。

[0189] 4.分组交换数据网络/能力可能要求修改网络。

[0190] “预付费和/或自身客户”体系结构的顶层技术描述如下：

[0191] 无线用户设备601～603和蜂窝/PCS基于地面的通信网1中所用的相同；然而，这些无线用户设备601～603预先在为有PIN码用于验证的飞机和/或用户提供服务的电信公司注册。此外，天线604连接无线用户设备601～603和舱内基站收发信台(BTS)611～613，这些舱内基站收发信台通常是集成了BSC/MSC功能的皮小区。为支持的每种空中接口技术增加BTS/BSC/MSC模块。

[0192] AAA(鉴别、授权和计费)平台621在飞机舱内实现HLR功能的一些子集(鉴别可以基于MIN或PIN；可以要求和计费系统的接口，这一接口可以在如明显独立的信令路径的卫星链路上进行)。呼叫桥622作为飞机舱内网络3和基于地面的通信网1间的桥梁(用于媒体/内容，有限程度上用于信令)。根据来自AAA平台621的指令，呼叫桥622使用电话库模块623向基于地面的通信网1发出呼叫，并把呼叫桥接到飞机舱内网络3。

[0193] 空到地(ATG)网络2使用设计者选择的频带和空中接口技术(例如，工作于蜂窝或NATS频带的AMPS或CDMA)来链接飞机舱内网络3和基于地面的通信网1。在基于地面的通信网1内，所选空中接口/工作频带的基站收发信台624、基站控制器625、移动交换中心626模块和非陆地服务提供商的归属位置寄存器627对接，把电话库 模块623电话的MIN作为呼叫连接的虚拟用户来接入。此外，移动交换中心626和公共交换电话网631、SS7网632和公共交换数据网633连接以完成呼叫。

[0194] 这种体系结构中的舱内基站收发信台(BTS)611～613有多个任务：(1)管理舱内RF环境，以控制无线用户设备对服务的访问；(2)通过使无线用户设备使用最低所需RF功率来管理EMI/RFI环境；以及(3)建立信令和业务不对基于地面的天线网络1的工作造成干扰的RF方案。各个舱内基站收发信台(BTS)611～613的BTS、BSC和MSC组件，把飞机舱内网络的业务信号转换为基带信息，然后将这些基带信息传送给无线电话库623，以连接至空到地网络2。在飞机舱内网络3和空到地网络2之间的边界上没有任何信令信息通过。因此，这种体系结构不是用户特征透明的，而是一种功能拓扑，支持飞机舱内所支持的多手机技术，主要用于电路类型的语音和数据呼叫，而且主要用于用户始发业务。因为没有关于用户注册的信令信息，所以基于地面的通信网1没有关于哪个用户手机在空中的更新信息。类似地，没有任何先验信息。因此，这种体系结构不支持地面到空中的入站呼叫。

[0195] 出站呼叫(空中到地面)从舱内的无线用户设备发出呼叫请求时开始。BTS/BTS/MSC组合通过已知的标准蜂窝呼叫建立过程建立呼叫。这一过程依赖于空中接口，其中的GSM具有不同于CDMA的协议/方法。将用户业务转换为基带(是数字音频或纯数据的)，并提取出重要的信令信息以后，如要被叫号码、主叫号码等，AAA平台621执行鉴别、授权和计费功能。完成AAA过程后，通过呼叫桥622把出站呼叫传递到电话库623，以传送到基于地面的通信网1。电话库623从呼叫桥622接收到主叫号码和被叫号码。电话库623位于空到地网络2的空中端；空到地网络2可以是任何技术类型的，并且无需和空中舱内网络3的空中接口之一相似。优选实施例利用信道化的方式，尽管也可以使用集总管道(参考“全特征、任意客户”)。在地面上，空到地网络2事实上和标准的蜂窝拓扑相同(但是有朝向天空的天线，利用相关的特殊切换等等管理至/自飞机的呼叫)。

[0196] 非陆地特征透明系统——全特征、任意客户

[0197] 图8和9示出了称为“全特征、任意客户”的第三种具有丰富特征的体系结构。这种体系结构尽管更复杂，却实现了真正的一机行天下(OPGA)功能。这种体系结构的优点和缺点包括：

[0198] 优点：

[0199] 1.在飞机上时，全部“本地”网络特征集都可用

[0200] 2.网络自动注册无线用户设备

[0201] 3.完全入站和出站呼叫功能

[0202] 4.完全入站和出站网络信令功能

[0203] 5.可在任何时间在外部网络(在飞机上以及在陆地网内)中加入新技术(空中接口)，使飞机舱内网络3和空到地网络2都是“支持未来的”

[0204] 6.真正的OPGA能力——对于提供的任何公共空中接口来说，无线用户设备的行动和表现就好象它们是和归属网络连接似的

[0205] 7.如果有生效的漫游协议(鼓励积极使用)，用户只有来自归属网络的一个帐单[0206] 8.通过信用卡或者预付费服务的可选付帐

[0207] 9.全部数据功能(分组或电路)

[0208] 10.透明信令

[0209] 11.单个空到地管道传送所有的信息、业务和信令；这极大地简化了空到地网络域的切换

[0210] 缺点：

[0211] 1.要求和“归属”网络服务提供商有漫游协议

[0212] 2.理论上，归属网络可以通过优选漫游清单“PRL”中的黑名单阻止对其用户群的接入，但是既便对这些用户群来说，这种网络仍然支持信用卡呼叫

[0213] 4.实现多个舱内空中接口和陆地网更复杂、费用更高

[0214] 5.为了包括最小总体等待时间，不影响透明特征集功能，数据集中器(Data Concentrator)821，必须在集总/分解 (aggregation/dis-aggregation)时完全可靠[0215] 全特征、任意客户体系结构的顶层技术描述如下：

[0216] 无线用户设备801～804和蜂窝/PCS基于地面的通信网1中所用的相同。这种系统期望支持任何公共空中接口，通常是最常用的那些，如GSM、CDMA和iDEN，以及WiFi(802.11)。飞机103配备有舱内天线系统805，为舱内无线用户设备801～804提供覆盖。可以使用多个天线为一些或所有飞机的整个舱内的无线用户设备801～804提供覆盖。天线系统805和基站设备811～814连接，基站设备811～814通常包括多个基站和/或接入点，每个专用于一个公共空中接口和频带。或者，对给定的公共空中接口，基站设备811～814可以提供多个频带。基站设备811～814为每个在飞机上实现的公共空中接口，发射和接收遵循合适的工业标准的用于提供服务的射频。基站设备811～814分别调制和解调发射和接收的信号，并接收输入信号，产生符合工业和/或商用规范的业务(语音和/或数据)和信令信道的输出信号。所有信令和业务信道(SC表示信令信道，TC表示业务信道)，不考虑发射格式，都和数据集中器821连接。

[0217] 这种系统的数据集中器821和空到地无线电设备822用于代替前面所描述的一一配对的舱内网络3和空到地网络2间，具有至/自飞机的集总无线链路的信道化接口。这种设备把来自基站的单个业务和信令信道转换至/自集总的数据流，并在空到地网络2上发射/接收这种集总数据流，空到地网络2在飞机飞行时提供连续的服务。空地无线电设备822包括无线电发射设备和天线系统，以便和空到地网络2的基于地面的部分中基于地面的收发信机通信。基于要由飞机支持的这种业务需求，激活空到地网络2上分配的每个业务信道。空到地网络2可以使用任何空到地通信可用的频谱，其中包括NATS频带。或者，使用PCS或蜂窝频带的频谱，并采用和占有这种所用频带的任何基于地面的通信网的适当干扰协调。基于CDMA200 1xEVDO的公共空中接口提供许多合适的特征，包括可用于具有不断变化的业务需求的飞机的各种数据速率。或者，也可使用不同的公共空中接口，如GSM/GPRS/EDGE，或者使用特殊的空中接口。

[0218] 地空无线电设备823、824支持地面站服务区内多架飞机的通信。地空无线电设备823、824可以采用单独一个全向信号，或者采用多个根据方位角和/或仰角定义的空间扇区。飞机通信在地空无线电设备823、824的不同位置间切换，这是为了在空到地网络2上维持连续的服务。在空地和地空链路上，切换可以是硬切换或软切换，也可以是二者的结合。

[0219] 地面站控制器825为所有机载系统提供移动性管理，当机载系统在相邻地面站的服务区之间移动时，还提供地面站间的切换管理。地面站控制器825将至/自地空无线电设备823、824的所有业务和地空无线电设备823、824和826的其余部分对接。数据路由器和端口管理器(DRPM)826集总至/自各基站控制器和相关设备831、832、833、834、835的所有业务，并控制每个地空无线电设备823、824在其各自服务区内的机载系统之间的容量分配。数据路由器和端口管理器(DRPM)826还为每个技术的各自基站控制器子系统831～834的接口，把空到地系统上所传送的IP数据业务转换为传统的电路。这包括用于GSM 831、CDMA 832和iDEN 833、834的基站控制器和分组数据服务器和用于WiFi数据业务的鉴别、授权和计费(AAA)服务器835。

[0220] 基站控制器831～835则为得到服务的每个空中接口技术与传统语音和数据交换/路由系统851～855连接。语音和数据交换/路由系统以传统方式和公共电话和数据网连接。还提供和信令系统网络的连接，这里的信令系统网为漫游机载用户提供归属无线系统的接入，或者为没有支持在空中时的自动漫游的漫游协议的归属电信公司的机载用户，提供信用卡和/和预注册服务。

[0221] “全特征、任意客户”体系结构为用户业务和内网信令实现真正的双向通信能力。“全特征、任意客户”拓扑是真正的“网中网”，其中空到地网络2实际上只是至/自飞机的传送链路。可以将这种“内部传输网络”视为较大网络和网络组的“链路层”。

[0222] 在优选实施例中，空到地网络2在单独一个集总的通信信道里传送所有至/自飞机的业务。当飞机从一个基于地面的小区过渡到下一 个小区时，这种“单管道”在管理硬切换和软切换方面有显著的优势。这种方法还利用了较新的速度较高的无线蜂窝技术。

[0223] 所描述的优选实施例使用了最少的自定义硬件/软件，以新的方式，聪明地组织了可用的构件。依赖于业务量，给定的飞机可以有多个集总信道，而且，对于前向和反向路径，信道化结构可以不同。通常，这种体系结构能够支持事实上任何飞机舱内环境的无线技术。

[0224] 对于支持的每个飞机舱内网络空中接口，每个飞机上常驻的都是蜂窝基站，以包括GSM、CDMA、iDEN及其它。通常，这些基站不是在隔离的环境中工作，而是作为基于地面的蜂窝通信网(无线用户设备以灵活的“脐带”方式和其连接)的远程扩展。为了完成这种脐带功能，来自基站称为“SC”的硬线信令路径，传送所有通常位于任何标准蜂窝网上的必须信令。从这一点向前，SC系统内通信通过本领域公知的标准手段实现。尽管每个空中接口的SC方法有唯一的属性、特征和益处，但是这仅仅是通过最小修改将其复用(参考如DPC要求特殊操作的给定项目)。

[0225] 请注意，如图8所示，基于地面的通信网1必须有支持每个飞机舱内网络的空中接口(GSM到CDMA)的网络元素。实质上，内部网络(或者说空到地系统)仅仅提供了公共信道来传输所有信令和业务数据的，这些信令和业务数据通常在支持不同公共空中接口的几种典型蜂窝网的基站收发信台和基站控制器间传送。

[0226] 作为“全特征、任意客户”方法独一无二的特点，不是使用飞机舱内网络3和空到地网络2之间的信道到信道对，而是所有客户业务和所有基站到BSC信令，都在优选实施例中集总为一个复合数据流，然后通过空到地网络2，在一个无线链路上传送。同样地，在给定小区站点的地面上，将RF信号解调为数字数据流(这是“内部网络”)，并由“数据路由器，端口管理器”相应地传送，然后基于飞机的数据集中器提供的IP寻址信息，传递给正确的BSC。

[0227] 将GSM无线用户设备和铱系统集成

[0228] 图10以框图的形式说明GSM手机到铱系统的体系结构。另一个卫星空到地网络实施例，是把工作在飞机舱内网络3的GSM无线 用户设备1001和铱(优选实施例)卫星链路，或空到地网络2集成起来。这种体系结构使用GSM无线用户设备1001，在空中时，它和具有GSM基站1002的飞机舱内网络3连接。飞机舱内网络3则和铱链路1003、1004连接，完成空到地网络2，并把用户业务和GSM信令都传递给基于地面的蜂窝通信网。这种体系结构只支持出站呼叫，因为没有把GSM号码和铱号码配对的数据库。考虑到铱和GSM具有相似的信令平台，呼叫可以直接通过归属蜂窝服务提供商的计费系统计费。

[0229] 从概念上来讲，GSM手机和本地GSM小区站点(舱内网络)“通话”，这种小区站点剥离并捕获电话的SIM信息。然后把这种SIM信息发送给铱收发信机，铱收发信机利用这种SIM信息，而不是其归属“铱”SIM卡。因为铱系统的HLR体系结构和GSM系统相同，这种铱系统间接地把GSM手机识别为漫游手机，并通过GSM使用的普通漫游验证过程验证这种使用者。同样的，假定GSM手机的归属网络提供商和铱系统有漫游协议，基于地面的蜂窝通信网可以使用这种SIM信息进行计费。

[0230] 总结

[0231] 本非陆地特征透明系统欺骗空到地网络和基于地面的蜂窝通信网，使它们认为无线用户设备没有和其操作相关的特殊考虑，尽管无线用户设备位于飞行中的飞机上。空到地网络在飞机舱内网络和基于地面的通信网间，传递用户数据(包括语音和/或其它数据)，以及信令和特征集数据，从而使位于飞机上的无线用户设备，可以在陆地(基于地面的)，和非陆地区域内都能收到一致的无线通信服务。