具有分离的控制和业务信道的空对地通信系统技术方案

用于在各小区中提供ATG无线通信的网络内的基站可以包括天线阵列和波束成形控制模块，所述天线阵列限定多个楔形扇区，该多个楔形扇区具有以方位角限定的相应宽度。波束成形控制模块可以配置成经由第一RF链与天线阵列通信以执行限定具有第一宽度的业务信道波束的波束成形，并且经由第二RF链与天线阵列通信以执行限定具有第二宽度的控制信道波束的波束成形。第二宽度可以大于第一宽度。

Air-to-Ground Communication System with Separated Control and Service Channels

A base station in a network for providing ATG wireless communication in each cell may include an antenna array and a beam forming control module that defines a plurality of wedge sectors with corresponding width defined in azimuth. The beam shaping control module can be configured to communicate with the antenna array via the first RF chain to perform beam shaping for a service channel with a first width, and to communicate with the antenna array via the second RF chain to perform beam shaping for a control channel with a second width. The second width may be greater than the first width.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有分离的控制和业务信道的空对地通信系统相关申请的交叉引用本申请要求2016年7月13日提交的美国申请第15/208,738号的优先权，其全部内容通过引用整体并入本文。
示例实施例通常涉及空对地(ATG)无线通信，并且更具体地，涉及对用于ATG通信的天线采用波束成形。
技术介绍
高速数据通信和实现这种通信的设备已经在现代社会中普遍存在。这些设备使许多用户能够保持与互联网或其他通信网络几乎连续的连接。尽管这些高速数据连接可以通过电话线、电缆调制解调器或具有物理有线连接的其他这种设备实现，但是无线连接已经彻底改变了我们在不牺牲移动性的情况下保持连接的能力。然而，尽管人们对在地面上持续连接到网络熟悉，但是人们通常理解，一旦登上飞机，容易和/或便宜的连接将趋于停止。至少对于机上乘客而言,航空平台仍然没有变得容易和便宜地连接到通信网络。试图在空中保持连接通常是昂贵的并且具有带宽限制或高延迟问题。此外，愿意接受由飞机通信能力所带来的费用和问题的乘客通常限于由飞机上提供的刚性通信架构所支持的非常特定的通信模式。传统的基于地面的无线通信系统使用垂直天线为集中在地面附近的设备连接提供覆盖。然而，飞机在远高于地面的三维空间中操作。因此，能够理解，需要进行显著改变，以能够为高达45,000英尺巡航高度的飞机提供三维覆盖。在典型的无线技术中，为通过无线电接口传送的数据形成逻辑信道。逻辑信道限定在空中传输什么类型的信息，使得数据和信令消息都在逻辑信道上传送。逻辑信道可以包括控制信道和业务信道。控制信道传送控制飞行信息，而业务信道传送用户飞行数据。在地面无线通信环境中，控制和业务波束在单个RF链和馈送的情况下生成，由于待服务用户的特定位置通常是未知的，因此两者通常都需要同等宽的波束。然而，ATG环境呈现完全不同的情况，因为ATG可能知道待服务用户的位置。因此，用于波束成形的不同结构和方法可能是可行的。
技术实现思路
无线技术的持续进步提供了新的机会，以使用安装在地面站处具有独特波束成形能力的天线为飞机提供无线覆盖。在一个示例实施例中，提供了用于在各小区中提供空对地(ATG)无线通信的网络。该网络包括：第一基站，其具有限定多个第一扇区的第一天线阵列，所述多个第一扇区具有以方位角限定的相应宽度；和第二基站，其具有限定多个第二扇区的第二天线阵列，所述多个第二扇区具有以方位角限定的相应宽度。第一基站和第二基站沿第一方向彼此偏移地设置。第一基站和第二基站中的每个包括波束成形控制模块，第一基站的波束成形控制模块被配置成与第一天线阵列通信，第二基站的波束成形控制模块被配置成与第二天线阵列通信，波束成形控制模块被配置成经由第一RF链通信以执行限定具有第一宽度的业务信道波束的波束成形，并且经由第二RF链通信以执行限定具有第二宽度的控制信道波束的波束成形。第二宽度大于第一宽度。在另一个示例实施例中，提供了一种用于在各小区中提供ATG无线通信的网络内的基站。该基站可以包括天线阵列和波束成形控制模块，所述天线阵列限定了多个楔形扇区，该多个楔形扇区具有以方位角限定的相应宽度。波束成形控制模块可以配置成经由第一RF链与天线阵列通信以执行限定具有第一宽度的业务信道波束的波束成形，并且经由第二RF链与天线阵列通信以执行限定具有第二宽度的控制信道波束的波束成形。第二宽度可以大于第一宽度。附图说明已经概括地描述了本专利技术，现在将参考附图，附图不一定按比例绘制，并且其中：图1示出飞机根据示例实施例随时间移动通过不同基站的覆盖区域；图2示出根据示例实施例的用于采用位置信息来辅助波束成形的系统的框图；图3示出根据示例实施例的可用于帮助使用位置信息来辅助远程无线电头端处的波束成形的控制电路；和图4示出由示例实施例的基站生成的覆盖区域的透视图。具体实施方式现在将在下文中参考附图更全面地描述一些示例实施例，附图中示出了一些但非全部示例实施例。实际上，这里描述和描绘的示例不应被解释为限制本公开的范围、适用性或配置。相反，提供这些示例实施例使得本公开将满足适用的法律要求。相同的附图标记始终表示相同的元件。此外，如本文所使用的，术语“或”将被解释为一种逻辑运算符，只要其操作数中的一个或更多个为真，该逻辑运算符就为真。如本文所使用的，可操作的耦合应该被理解为涉及直接或间接连接，在任一种情况下，所述直接或间接连接使得能够彼此可操作地耦合的部件的功能性互连。在一些示例实施例中，基站处的多个天线能够形成(在方位角上)单独的扇区，该单独的扇区能够被组合以实现基站周围的半圆形(或圆形)覆盖区域。扇区还能够被限定在两个仰角之间以限定在两个仰角之间远离基站延伸的楔形覆盖区域或小区。在每个扇区内，可以形成多个定向波束，并且通过依次选择相应的定向波束，定向波束中的特定波束的选择能够有效地使得能够在扇区内的方位角和仰角两者中引导波束。定向波束还具有限定定向波束的大小的方位角和仰角宽度。因此，能够在相应的扇区内以恒定的仰角在方位角中扫描波束，以限定在基站处具有其顶点的椎体的一部分的弯曲表面。值得注意的是，弯曲表面在技术上也可以具有楔形，因为它在限定可导向波束的高度的仰角之间延伸。考虑到多个扇区，可以以相同的仰角在基站周围有效地扫描或引导波束(通过选择相对应的定向光束)以限定锥形(或根据波束扫描了多少扇区来限定的锥形的一部分)。所限定的锥形通常会具有比椎体高度长得多的半径(例如，几乎是锥形的边的长度)。由于波束在仰角上也是可有效导向的，因此同心曲面也能够在一个或更多个扇区内的方位角范围内以不同的仰角被扫描，以限定略微不同的同心锥形(或其同心锥形的一部分)。因此，导向能力可以允许将定向波束有效地“引导”向运动飞机，以跟随飞机的运动。当然，这需要飞机位置的一些知识，这是在地面环境中通常不需要或不采用的知识。另外地，一些示例实施例可以采用用于地面站的天线结构的分离的RF链和馈送。因此，例如，在逻辑层处，能够使用单个天线结构生成分离的控制波束和业务波束。控制波束和业务波束能够生成为具有不同的波束特征(例如，在方位角上和/或仰角上具有不同宽度)。在一些情况下，例如，业务波束能够更窄，而控制波束能够更宽。了解关于目标(例如，飞机)位置的一些信息并且提供不同宽度的控制和业务波束的能力可以使单个天线结构能够在功能上作为两个天线操作。一个这样的功能天线可以具有比另一个功能天线更宽的定向波束。因此，本文描述的一些示例实施例可以提供用于改进空对地(ATG)无线通信性能的架构。在这方面，一些示例实施例可以提供具有天线结构的基站，该基站便于经由分离的控制波束和业务波束的波束成形提供无线通信覆盖，使得能够提供不同大小的这种波束。此外，示例实施例可以使能够形成和选择(不同大小的)波束，以在具有足够仰角的水平和垂直方向上有效地导向，从而与高海拔处的飞机进行通信。基站能够提供楔形覆盖区域，在该楔形覆盖区域中，可导向波束能够被导向，以在距离基站预定距离内的预定高度处实现覆盖，以促进ATG无线通信。楔形覆盖区域能够基本上在水平平面上是半圆形的(或圆形的)，并且能够由多个天线提供，每个天线提供在半圆形方位角的一部分上的楔形扇区。基站能够被部署为在第一方向上基本上对齐，而在第二方向上偏移。例如，基站能够在第一方向上以第一距离来部署，以提供在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在各小区中提供空对地(ATG)无线通信的网络内的基站，该基站包括：天线阵列，其限定了多个楔形扇区，所述多个楔形扇区具有以方位角限定的相应宽度；和波束成形控制模块，其被配置成经由第一RF链与天线阵列通信以执行限定具有第一宽度的业务信道波束的波束成形，并且经由第二RF链与天线阵列通信以执行限定具有第二宽度的控制信道波束的波束成形，第二宽度大于第一宽度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.13 US 15/208,7381.一种用于在各小区中提供空对地(ATG)无线通信的网络内的基站，该基站包括：天线阵列，其限定了多个楔形扇区，所述多个楔形扇区具有以方位角限定的相应宽度；和波束成形控制模块，其被配置成经由第一RF链与天线阵列通信以执行限定具有第一宽度的业务信道波束的波束成形，并且经由第二RF链与天线阵列通信以执行限定具有第二宽度的控制信道波束的波束成形，第二宽度大于第一宽度。2.根据权利要求1所述的基站，其中，所述波束成形控制模块配置成分别经由第一RF链和第二RF链同时地生成业务信道波束和控制信道波束。3.根据权利要求1所述的基站，其中，所述第二宽度基本上等于每个扇区的宽度。4.根据权利要求3所述的基站，其中，所述第一宽度在方位角上为大约2度到大约5度。5.根据权利要求1所述的基站，其中，所述第二宽度为第一宽度的大约2到10倍。6.根据权利要求1所述的基站，其中，每个扇区在方位角上为大约30度到大约60度宽。7.根据权利要求1所述的基站，还包括靠近天线阵列设置的远程无线电头端，并且其中，所述远程无线电头端接收位置信息以使远程无线电头端能够采用第一RF链来将业务信道波束提供给飞机，同时跟踪该飞机。8.根据权利要求1所述的基站，其中，所述基站的所有扇区采用分离的发射和接收信道。9.根据权利要求8所述的基站，其中，所述基站的分离的发射和接收信道与网络的每个相邻基站的发射和接收信道不同。10.根据权利要求1所述的基站，其中，所述天线阵列通过第一RF链和第二RF链二者来馈送，以使天线阵列能够具有一个物理结构，但在功能上充当两个不同的天线。11.一种用于在各小区中提供空对地(ATG)无线通信的网络，包括：第一基站，其具有限定多个第一扇区的第一天线阵列，所述多个第一扇区具有以方位角限定的...

【专利技术属性】
技术研发人员：道格拉斯·希斯洛普，杰勒德·詹姆斯·海耶斯，埃尔伯特·斯坦福·小埃斯克里奇，
申请(专利权)人：智慧天空网络有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US