Sistema de comunicación celular inalámbrico (1a) terrestre para proporcionar servicios de comunicaciones móviles de banda ancha en vuelo,

que comprende: al menos una estación base (2) terrestre adaptada para generar al menos una celda (C1, C2) que define un ángulo sólido del espacio que rodea la estación base (2), comprendiendo además la estación base (2) terrestre al menos un conjunto de antenas (5a, 5a) que usa una formación de haz bidimensional para generar al menos un haz (6a-c, 7a-c) para servir al menos a una aeronave (8a-c, 8c-e) en el espacio cubierto por al menos una celda (C1, C2) usando un acceso múltiple por división del espacio, SDMA, caracterizado porque la estación base (2) en tierra está adaptada para formar haces (6a-c, 7a-c), en particular haces adaptativos (6ac, 7a-c), para rastrear la posición actual de al menos una aeronave (8a-c, 8c-e)

Antecedentes del invento

El sistema se refiere a un sistema de comunicación celular inalámbrico terrestre así como a un método correspondiente. El invento también se refiere a un sistema de comunicación que comprende tal sistema de comunicación celular inalámbrico terrestre y al menos un equipo de aeronave que está adaptado para proporcionar en 5 vuelo servicios de comunicaciones móviles de banda ancha.

Para proporcionar de forma eficiente servicios de comunicación de banda ancha (y/o banda estrecha) a aeronaves (para ser usados por pasajeros, tripulación, y/o para intercambio automático de datos operativos (de la aerolínea)) la eficiencia del espectro en las comunicaciones aire-aire aire-tierra debería ser alta para ofrecer servicios de banda ancha real y para mantener un bajo número de estaciones base situadas en tierra y/o de recursos de transmisión 10 necesarios (por ejemplo, el espectro autorizado) mientras que se sirve a un gran número de aeronaves al mismo tiempo. Además, a los pasajeros de la aeronave se les debería permitir usar sus dispositivos de comunicación normales (teléfonos, tarjetas de ordenador portátil, etc) para realizar la comunicación en banda ancha.

Para proporcionar una comunicación en banda ancha durante el vuelo se puede utilizar un sistema basado en satélites que dependen de la comunicación con satélites en órbitas geoestacionarias. No obstante, tal sistema es caro y 15 normalmente tiene un tiempo de espera muy alto, lo que tiene un efecto negativo en la calidad del servicio. Además, las soluciones en banda L existentes no ofrecen la capacidad requerida para las demandas de tráfico aéreo venideras.

Una solución mejor sería un sistema celular terrestre que usara antenas de la estación base con lóbulos de radiación principales anchos en las características de la antena para cubrir partes grandes del cielo. El plan de acceso múltiple para servir a varias aeronaves sería un plan de acceso múltiple por división del tiempo (TDMA), o un plan de 20 acceso múltiple por división de la frecuencia (FDMA), o una combinación de ambos. Sin embargo, estos planes de acceso múltiple no tienen en cuenta la separación espacial de las aeronaves servidas dentro de una celda. Por lo tanto, estos planes no alcanzan la eficiencia teóricamente posible del espectro.

El documento US 6.377.802 B1 describe una red de comunicaciones celular digital no terrestre e insensible al efecto Doppler en la que, dependiendo de la altitud, el espacio no terrestre se segmenta en capas. De este modo, la 25 topología de la red usa la diversidad espacial en el plano de elevación (dirección Z) para asegurar que al menos una y muy probablemente dos capas puedan transportar la llamada. Cada capa de la celda está formada por un haz de antena que tiene diferentes configuraciones del sistema para preseleccionar el nivel de transferencia sin problemas. La diversidad espacial dentro de la celda puede también ser aplicada azimutalmente intercalando celdas de diámetros diferentes o con patrones de sector azimutal diferentes. De esta forma, se aleatoriza la periodicidad de las celdas 30 manteniendo las llamadas en transferencia sin problemas conservando una dirección tangencial de vuelo con respecto a la mayoría de los sitios de la celda, minimizando de este modo el desplazamiento Doppler de la frecuencia de la portadora con respecto al sitio de la celda servidora.

El documento WO 2007/011978 A1 se refiere a un sistema y método para aplicar transferencias sin problemas en un sistema de comunicaciones en una plataforma móvil. El sistema emplea un controlador de antena en 35 comunicación con una red concentradora del haz y que genera dos lóbulos que pueden ser objetivo de un único haz. El haz único es radiado por un conjunto de antenas en fase en la plataforma móvil. En la aplicación aire-tierra en la que interviene una aeronave se utiliza una tabla de búsqueda de la posición de una estación transceptora de base (BTS) para proporcionar las situaciones de una pluralidad de sitios de la BTS dentro de una zona dada que la aeronave está atravesando. El controlador de la antena controla la red concentradora del haz para generar lóbulos duales del único 40 haz que facilita realizar una transferencia sin problemas desde una posición de la BTS a otra.

Objeto del invento

Es un objeto del invento proporcionar unos servicios para aeronaves eficientes en vuelo de comunicación móvil en banda ancha.

Compendio del invento 45

Un aspecto del invento se ha puesto en práctica en un sistema de comunicación celular inalámbrico terrestre para proporcionar servicios de comunicaciones móviles de banda ancha en vuelo que comprende: al menos una estación base terrestre adaptada para generar al menos un ángulo sólido que define una celda del espacio que rodea la estación base, comprendiendo la estación base al menos un conjunto de antenas que utiliza un formador de haz bidimensional para generar al menos un haz para servir a al menos una aeronave en el espacio cubierto por al menos 50 una celda usando un acceso múltiple por división espacial, SDMA, en el que la estación base terrestre está adaptada para formar haces, en particular haces adaptativos, para rastrear la posición real de al menos una aeronave.

El sistema de comunicación terrestre del invento usa la separación espacial de las aeronaves a las que se sirve utilizando el formador de haz de dos dimensiones en las estaciones terrestres. El término “formador de haz bidimensional” se refiere a la formación del haz en dos de las tres coordenadas esféricas, es decir en azimut y en la 55

dirección de elevación, en tanto que la formación convencional (unidimensional) de haz está limitada a solamente una coordenada esférica (azimut). De este modo, además de las TDMA y FDMA convencionales, la formación de haz en dos dimensiones permite el acceso múltiple por división espacial (SDMA), es decir la reutilización espacial de los recursos de transmisión disponibles dentro de una celda, mejorando el promedio así como el flujo de datos máximo por celda. Además, la formación de haz bidimensional produce una ganancia de señal-ruido y relación de interferencia al receptor 5 (SINR) en las direcciones tierra-aire y aire-tierra, y también se mejoran las capacidades de datos de los enlaces individuales.

La base del sistema de comunicación móvil terrestre está dada por un conjunto de estaciones base del tipo descrito antes extendidas sobre la zona de servicio. Cada estación base puede servir a varios sectores (celdas) del espacio por encima y alrededor de él definidos por un ángulo sólido. Tal disposición es muy similar a la de los sistemas 10 de comunicación móvil celular comunes (por ejemplo, GSM, UMTS, LTE) en los que sin embargo los usuarios móviles (aeronaves) del presente sistema de comunicación están distribuidos en un espacio tridimensional.

Para el sistema aquí descrito los haces adaptativos específicos de aeronaves son la técnica de formación de haz preferida. Sin embargo, también es posible una técnica de rejilla de haces en la que un haz momentáneamente preferido de un conjunto predefinido de haces disponibles es repetidamente seleccionado para rastrear la posición 15 actual de la aeronave. En cualquier caso, se puede asegurar que cada haz está dirigido solamente a la aeronave que ha de servir.

En una realización posterior el sistema comprende una pasarela para conexión a una red básica (ordenador) tal como Internet. Dependiendo de la estructura de la red de comunicación móvil terrestre las estaciones base están conectadas entre sí o a controladores para el envío de datos y señalización. Las estaciones base o los controladores 20 deberían además estar conectados a la red básica por algunas pasarelas para proporcionar acceso de banda ancha. Nuevamente, esto es muy similar a los sistemas de comunicación móvil celular comunes.

Queda entendido que el sistema de comunicación celular inalámbrico terrestre puede ser una red que utiliza una infraestructura especializada, o puede ser una red de capa superior de una red celular terrestre existente, no estando en el último caso todas las estaciones terrestres del sistema adaptadas para realizar la formación de haz bidimensional. 25 Por ejemplo, una tecnología de red celular convencional tal como WMAX o LTE puede estar provista de varias estaciones base / conjuntos de antenas que tienen una capacidad de formación de haz bidimensional, estando las estaciones base dispuestas por ejemplo solamente en lugares específicos de la red, cada una de estas... [Seguir leyendo]

1. Sistema de comunicación celular inalámbrico (1a) terrestre para proporcionar servicios de comunicaciones móviles de banda ancha en vuelo, que comprende:

al menos una estación base (2) terrestre adaptada para generar al menos una celda (C1, C2) que define un ángulo sólido del espacio que rodea la estación base (2), comprendiendo además la estación base (2) terrestre 5 al menos un conjunto de antenas (5a, 5a) que usa una formación de haz bidimensional para generar al menos un haz (6a-c, 7a-c) para servir al menos a una aeronave (8a-c, 8c-e) en el espacio cubierto por al menos una celda (C1, C2) usando un acceso múltiple por división del espacio, SDMA,

caracterizado porque

la estación base (2) en tierra está adaptada para formar haces (6a-c, 7a-c), en particular haces adaptativos (6a-10 c, 7a-c), para rastrear la posición actual de al menos una aeronave (8a-c, 8c-e).

2. Sistema de comunicación celular inalámbrico terrestre de acuerdo con la reivindicación 1, que además comprende una pasarela (4) para conexión a una red básica (3).

3. Sistema de comunicación celular inalámbrico (1a) terrestre de acuerdo con la reivindicación 1, que además 15 comprende un equipo (1b) de aeronave para proporcionar servicios de comunicaciones móviles de banda ancha en vuelo, comprendiendo el equipo (1b) de la aeronave:

al menos una antena (9) para intercambio de datos de usuario con el sistema de comunicación celular inalámbrico (1a),

una unidad transceptora (11) conectada con al menos una antena (9) para manipular la comunicación aire-tierra 20 y tierra-aire con el sistema de comunicación celular inalámbrico (1a) terrestre,

un sistema de comunicación (12) interior de la aeronave, en particular de tipo inalámbrico, para distribuir los datos de usuario a y desde terminales (13a-c) de dentro de la aeronave (8a), y

una unidad de intercomunicación (14) para comunicación entre la unidad transceptora (11) y el sistema de comunicación (12) interior de la aeronave. 25

4. Sistema de comunicación celular inalámbrico terrestre de acuerdo con la reivindicación 3, en el que al menos una antena (9) está dispuesta fuera de una envolvente exterior (17) de la aeronave (8a), y en el que el sistema de comunicación (12) interior de la aeronave está dispuesto dentro de la envolvente exterior (17) de la aeronave (8a).

5. Sistema de comunicación celular inalámbrico terrestre de acuerdo con la reivindicación 3, en el que la antena (9) es una antena direccional orientada mecánicamente o un conjunto de antenas de formación de haz bidimensional 30 adaptado para el rastreo automático de las estaciones base (2) terrestre.

6. Sistema de comunicación celular inalámbrico terrestre de acuerdo con la reivindicación 3, en el que el sistema de comunicación celular inalámbrico (12) interior de la aeronave es un sistema inalámbrico celular que comprende al menos una estación base (15) a bordo para generar una celda (C3) dentro de la aeronave (8a).

7. Sistema de comunicación celular inalámbrico terrestre de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el sistema 35 de comunicación celular inalámbrico (12) es compatible con al menos una norma de comunicación inalámbrica de los terminales móviles de los pasajeros (13a-c), en particular seleccionados del grupo compuesto por: GSM, UMTS y LTE.

8. Sistema de comunicación celular inalámbrico terrestre de acuerdo con la reivindicación 3, en el que el sistema de comunicación celular inalámbrico (12) interior de la aeronave es un sistema inalámbrico no celular, en particular un sistema WLAN. 40

9. Sistema de comunicación celular inalámbrico terrestre de acuerdo con la reivindicación 3, en el que el sistema de comunicación celular inalámbrico (12) comprende una pluralidad de terminales (13a-c) propiedad de la compañía explotadora de la aeronave instalados dentro de la aeronave (8a).

10. Sistema de comunicación celular inalámbrico terrestre de acuerdo con la reivindicación 3, en el que el sistema de comunicación celular inalámbrico (12) comprende una estación repetidora (15). 45

11. Sistema de comunicación celular inalámbrico terrestre de acuerdo con la reivindicación 3, que está adaptado para realizar una compensación Doppler y/o una traslación de frecuencia de las señales recibidas y transmitidas por al menos una antena (9), preferiblemente usando los datos del movimiento de la aeronave, en particular proporcionados por un receptor GPS (18) o por un sistema de navegación de la aeronave (8a).

12. Sistema de comunicación celular inalámbrico terrestre de acuerdo con la reivindicación 3, en el que al menos una estación base (2) y la unidad transceptora (11) de al menos un equipo (1b) de la aeronave están adaptadas para intercambiar datos multiplexados.

13. Método para proporcionar servicios de comunicaciones móviles de banda ancha en vuelo, que comprende:

realizar una formación de haz bidimensional con un conjunto de elementos de antena (5a, 5b) de una estación 5 base (2) terrestre para generar al menos un haz (6a-c, 7a-c) para servir al menos a una aeronave (8a-c, 8c-e) en el espacio cubierto por al menos una celda (C1, C2) de la estación base (2) terrestre usando un acceso múltiple por división espacial, SDMA,

caracterizado por

la formación de haces (6a-c, 7a-c), en particular haces adaptativos (6a-c, 7a-c) en la estación base (2) terrestre 10 para rastrear la posición actual de al menos una aeronave (8a-c, 8c-e).