用于与用户天线进行通信的过程和装置制造方法及图纸

一种用于进行协同空中天线间波束成形以便在(a)多个移动平台与(b)安装在用户设备上的至少一根天线之间进行通信的过程，每个平台具有安装在其上的空中天线，使得所述空中天线具有随时间的推移可变的位置和取向，并且所述用户设备具有低于所述空中天线的海拔；所述过程包括将与所述空中天线的所述位置和所述取向相关的数据发射到处理系统，所述处理系统计算波束成形指令并将其发射至所述空中天线，所述空中天线由此发射或接收每根用户天线的对应分量信号，每根用户天线的所述分量信号具有基本上相同的信息内容但是它们的相位并且通常幅度是不同的，以便根据所述空中天线与所述用户天线之间的所述信号的协同总和形成协同波束。一种确定移动空中天线或天线元件的位置的方法，所述移动空中天线或天线元件安装在至少一个移动平台上，使得所述空中天线具有随时间的推移可变的位置和取向，所述方法包括：确定已知波长为λi的信号之间的相位差yi，所述相位差是值为0与1之间的波长的一部分，所述信号在(a)i个基于地面的发射器与(b)所述空中天线或天线元件之间进行发射，所述基于地面的发射器可以是回程基站，其中，i为至少三，所述基于地面的发射器具有已知在λi/10内的位置，从而将所述基站到所述空中天线或天线元件的距离确认为λi(ni+yi)，其中，ni是未知整数；通过差分GPS或其他方法近似地将所述空中天线或天线元件的位置确定为在少量波长λi内，从而确定ni可以是每个信号的有限数量的可能整数值中的一个；所述基站的数量及其位置足以允许消除与来自其他基于地面的发射器的ni的有限数量的可能值不一致的ni的可能值，直到针对每个ni仅确立一个整数值；通过三角测量所述空中天线或天线元件的距至少三个基于地面的发射器的已知距离λi(ni+yi)来确定所述空中天线或天线元件的位置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于与用户天线进行通信的过程和装置
本专利技术涉及利用多个相控阵列天线的空中天线间波束成形，其使得能够递送信息服务，包括电信、地球观测、天文和定位服务。它还使得能够以类似的方式使用多个常规天线。
技术介绍
高空平台(Highaltitudeplatforms)(飞行器以及位于从10km至35km海拔处的比空气轻的结构)——HAPS，已经被提出用于支持宽范围的应用。越来越感兴趣的领域是电信、定位、观测和其他信息服务，并且具体地是提供高速互联网、电子邮件、电话、电视服务、游戏、视频点播、地图服务和全球定位。高空平台由于更接近地球表面、典型地在大约20km海拔处操作而具有优于卫星的若干优点。地球同步卫星位于大约40,000km海拔处，并且近地轨道卫星通常在大约600km至3000km海拔处。卫星存在于较低的海拔处，但它们的寿命非常有限，从而带来经济影响。与卫星相比，高空平台的相对接近度导致从源发射信号的时间和接收答复的时间要短得多(这对系统的“延迟”具有影响)。此外，高空平台处于标准移动电话的发射范围内，以用于信号功率和信号延迟。任何卫星都超出正常地面移动电话网络的范围，从而在没有特别大型天线或专用天线的情况下进行操作。高空平台还避免了卫星所需的火箭推进发射，其中卫星的高加速度和振动以及高发射故障率伴随着对卫星成本的影响。与卫星有效载荷相比，高空平台上的有效载荷可以容易地并以适度的成本恢复。较短的开发时间和较低的成本起因于不太苛刻的测试要求。美国专利7,046,934公开了用于与卫星结合来递送信息服务的高空气球。US20040118969A1、WO2005084156A2、US5518205A、US2014/0252156A1公开了高空飞行器的具体设计。然而，为从高空平台提供可靠的信息服务存在着许多且重大的技术挑战。每单位地面面积的可靠性、覆盖范围和数据容量是移动电话、设备通信系统、地球观测和定位服务的关键的性能标准。政府监管机构通常定义由发射电磁辐射的系统使用的频率和带宽。波长越短，对给定的一部分带宽可能的数据速率越高，但是穿过障碍物(诸如雨水或墙)的衰减越大，并且具有更有限的可以用于提供良好覆盖的衍射。这些约束导致在世界的大部分地区选择在0.7与5Ghz之间的载波频率以及典型地10至200MHz的带宽。存在对每单位地面面积的高数据速率的需求，即从量级1-10Mbps/平方千米的当前水平迅速增加。为了提供每单位地面面积的高数据速率，高空无人驾驶的长航时(HALE)飞行器、或自由飞行浮空器或系留浮空器将需要承载(多根)大型天线来区分紧密基于地面的收发器。较大直径的天线导致系统的较小的角分辨率，因此系统可以分辨的地面上的距离越短。最终，分辨率由本领域技术人员熟知的“瑞利准则”确定。天线分辨率越高，每单位地面面积的潜在数据速率越高。然而，使用当前或设想的平台技术将一根或多根直径为50米或更大的极大直径的天线装配到平台上是不可行的。在以下文献中已经考虑将相控阵列数字“波束成形”(DBF)和多波束喇叭(MBH)天线用于高空平台：例如，R.Miura和M.Suzuki，“针对使用高空平台站的电信和广播的初步飞行测试程序(PreliminaryFlightTestProgramonTelecomandBroadcastingUsingHighAltitudePlatformStations)”，WirelessPers.Commun.，AnInt’l.J.，Kluwer学术出版社，第24卷第2期，2003年1月，第341-361页。其他参考文献包括：http：//ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp？arnumber＝620534，http：//ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp？arnumber＝933305，http：//digital-library.theiet.org/content/journals/10.1049/ecej_20010304，http：//digital-library.theiet.org/content/journals/10.1049/el_20001316http：//ieeexplore.ieee.org/xpl/articleDetails.jsp？arnumber＝4275149&pageNumber％3D129861然而，现有技术表明，使用高空平台并不代表着一种用于提供下一代高速率通信手段的有前途的方式。
技术实现思路
在第一方面，本专利技术涉及一种用于进行协同空中天线间波束成形以便在(a)多个移动平台与(b)安装在用户设备UE上的至少一根天线之间进行通信的过程，每个平台具有安装在其上的空中天线，使得一根或多根空中天线具有随时间的推移可变的位置和取向，并且所述用户设备具有低于所述空中天线的海拔；所述过程包括将与所述空中天线的位置和取向相关的数据发射到处理系统，所述处理系统计算波束成形指令并将其发射至所述空中天线，所述空中天线由此发射或接收每根用户天线的对应分量信号以便能够实现与至少一根用户天线的通信，从所述空中天线接收或发射的每根用户天线的所述分量信号具有基本上相同的信息内容但是它们的相位并且通常幅度是不同的，以便根据所述空中天线与所述用户天线之间的所述信号的协同总和形成协同波束。此外，本专利技术涉及一种用于进行协同空中天线间波束成形以便在至少两根空中天线与安装在用户设备上的至少一根天线之间进行通信的过程，所述至少两根空中天线安装在至少一个移动平台上，使得所述空中天线中的一根或多根具有随时间的推移可变的位置和取向，并且所述用户设备具有低于所述空中天线的海拔；所述过程包括将与所述空中天线的位置和取向相关的数据发射到数据处理系统，处理系统计算波束成形指令并将其发射至所述空中天线，所述空中天线由此发射或接收每根用户天线的对应分量信号，每根用户天线的所述分量信号具有基本上相同的信息内容但是它们的相位和幅度不同，以便根据所述空中天线与所述用户天线之间的信号的协同总和形成协同波束，所得到的协同波束因此具有与由大到足以涵盖所述至少两根空中天线的位置的概念上的单根空中天线形成的波束相同或类似的特性。术语“相同或类似的”是指诸如波束大小的特性。在第二方面，本专利技术涉及用于提供通信网络以便在(a)多个移动平台与(b)安装在用户设备上的至少一根用户天线之间进行通信的装置，每个平台具有安装在其上的空中天线，使得一根或多根空中天线具有随时间的推移可变的位置和取向，并且所述用户设备具有低于所述空中天线的海拔；所述网络包括数据处理系统，所述数据处理系统被适配成接收与所述空中天线的位置和取向相关的数据，所述处理系统进一步被适配成计算波束成形并向所述空中天线发射波束成形指令，所述空中天线被适配成生成或接收每根用户天线的对应分量信号，每根用户天线的所述分量信号具有基本上相同的信息内容，但是它们的相位和幅度不同，以便在所述空中天线与所述用户天线之间的信号的协同总和之间形成协同波束，所得到的协同波束因此具有与由大到足以涵盖所述至少两根空中天线的位置的概念上的单根空中天线形成的波束相同或类似的特性。此外，本专利技术涉及用于提供通信网络以便在至本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于进行协同空中天线间波束成形以便在(a)多个移动平台与(b)安装在用户设备上的至少一根天线之间进行通信的过程，每个平台具有安装在其上的空中天线，使得所述空中天线中的一根或多根具有随时间的推移可变的位置和取向，并且所述用户设备具有低于所述空中天线的海拔；所述过程包括将与所述空中天线的所述位置和取向相关的数据发射到处理系统，所述处理系统计算波束成形指令并将其发射至所述空中天线，所述空中天线由此发射或接收每根用户天线的对应分量信号，每根用户天线的所述分量信号具有基本上相同的信息内容但是它们的相位并且通常幅度是不同的，以便根据所述空中天线与所述用户天线之间的所述信号的协同总和形成协同波束。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.03 GB 1503613.01.一种用于进行协同空中天线间波束成形以便在(a)多个移动平台与(b)安装在用户设备上的至少一根天线之间进行通信的过程，每个平台具有安装在其上的空中天线，使得所述空中天线中的一根或多根具有随时间的推移可变的位置和取向，并且所述用户设备具有低于所述空中天线的海拔；所述过程包括将与所述空中天线的所述位置和取向相关的数据发射到处理系统，所述处理系统计算波束成形指令并将其发射至所述空中天线，所述空中天线由此发射或接收每根用户天线的对应分量信号，每根用户天线的所述分量信号具有基本上相同的信息内容但是它们的相位并且通常幅度是不同的，以便根据所述空中天线与所述用户天线之间的所述信号的协同总和形成协同波束。2.一种用于提供通信网络以便在(a)多个移动平台与(b)安装在用户设备上的至少一根用户天线之间进行通信的装置，每个平台具有安装在其上的空中天线，使得一根或多根空中天线具有随时间的推移可变的位置和取向，并且所述用户设备具有低于所述空中天线的海拔；所述网络包括处理系统，所述处理系统被适配成接收与所述空中天线的所述位置和取向相关的数据，所述处理系统进一步被适配成生成波束成形指令并将其发射至所述空中天线，所述空中天线被适配成生成或接收每根用户天线的对应分量信号，每根用户天线的所述分量信号具有基本上相同的信息内容，但是它们的相位并且通常幅度是不同的，以便在所述空中天线与所述用户天线之间的所述信号的协同总和之间形成协同波束。3.根据权利要求1或权利要求2所述的过程或装置，其中，存在至少三根空中天线、优选地至少十根、更优选地至少三十根、最优选地至少一百根。4.根据权利要求1所述的过程或装置，其中，所述位置和取向数据由所述空中天线发射到至少一个地面站。5.根据以上权利要求中任一项所述的过程或装置，其中，所述处理系统包括基于地面的处理中心。6.根据以上权利要求中任一项所述的过程或装置，其中，已知所述空中天线的所述位置在所述分量信号的波长的四分之一内、优选地在所述分量信号的波长的十分之一内。7.一种过程或装置，其中，概念上的天线的尺寸是1至30千米、优选地5至20千米。8.根据权利要求4所述的过程或装置，其中，所述地面水平处理主导整体信号处理能力，消耗信号处理电子器件电功率要求的超过70％、优选地超过90％。9.根据以上权利要求中任一项所述的过程或装置，其中，至少一根空中天线在至少10,000m、优选地至少17,000m的升高位置处，最优选地在平流层中。10.根据以上权利要求中任一项所述的过程，其中，所述协同波束是在第一时间点处生成的，并且在第二时间点处，执行第二波束成形操作，以确保所述协作波束被引导到所述移动的用户天线的所述位置。11.根据权利要求10所述的过程，其中，随时间的推移执行进一步的波束成形操作以确保所述协同波束被引导到所述移动的用户天线的所述位置。12.根据以上权利要求中任一项所述的过程或装置，其中，所述空中天线中的至少一根是相控阵列天线。13.根据以上权利要求中任一项所述的过程或装置，其中，所述空中天线中的至少一根被连接到地面。14.根据以上权利要求中任一项所述的过程或装置，其中，所述平台包括无人驾驶太阳能动力飞行器、飞艇或混合动力空中运载工具。15.根据以上权利要求中任一项所述的过程或装置，其中，所述平台包括无人驾驶氢动力飞行器。16.根据以上权利要求中任一项所述的过程或装置，其中，所述平台包括系留浮空器。17.根据以上权利要求中任一项所述的过程或装置，其中，所述平台包括自由飞行浮空器。18.根据以上权利要求中任一项所述的过程或装置，其中，所述平...

【专利技术属性】
技术研发人员：P亚历山大，P戴维森，A福克纳，
申请(专利权)人：平流层平台有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB