无线通信系统中的同心蜂窝的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明的示例性实施例总体上涉及无线通信，更具体来说涉及采用同心蜂窝在不同高度处提供无线通信。
【背景技术】
[0002]在现今的社会中，高速数据通信和允许这样的通信的设备已变得无处不在。这些设备使得许多用户能够保持到因特网和其他通信网络的接近连续的连接性。虽然这些高速数据连接可以通过电话线、有线电视调制解调器或者具有物理有线连接的其他此类设备获得，但是无线连接已经使得我们在无需牺牲移动性的情况下保持连接的能力有了革命性的进步。
[0003]尽管人们已经熟悉在地面上保持连续地连接到网络，但是人们通常会理解到，一旦登上飞机，往往将不会再有容易和/或便宜的连接性。飞行平台仍然还没有变得能够容易并且便宜地连接到通信网络，至少对于上面的乘客来说是如此。针对在空中保持连接的尝试通常成本高昂，并且存在带宽限制或者高延迟的问题。此外，愿意应对由飞机通信能力所带来的开销和问题的乘客常常被限制到由飞机上所提供的硬性通信架构所支持的非常特定的通信模式。
[0004]传统的基于地面的无线通信系统使用垂直天线来提供用于设备连接性的覆盖。在地面系统中使用的天线通常在方位角(或水平)平面中提供具有65到90度宽度的覆盖。高程(或垂直)式样通常更窄，以便最大化水平平面中的天线性能，从而可以得到更大的覆盖区域、覆盖区域中的更高的信号强度或清晰度等等。但是由于集中在水平平面上，因此这些现有的天线可能无法支持针对在覆盖区域的高程上方行经的飞机的连接性。
【发明内容】
[0005]无线技术的持续进展给出了利用安装在特定地点的多个天线为处于变化的高程的飞机提供无线覆盖的新的机会。在蜂窝站点处提供第一天线阵列，其可以包括位于一定角度处并且具有一定垂直射束宽度的一个或更多天线，以便在有关距离上的一定高程范围处提供覆盖。此外还提供位于与第一天线阵列不同的高程角度处的第二天线阵列，以便为所述有关距离上的另一个高程范围提供覆盖。在这方面，由蜂窝站点附近的第一阵列的天线所导致的潜在覆盖间隙可以由第二天线阵列覆盖。由进行传送的第一天线阵列和第二天线阵列所形成的蜂窝可以在所述高程上是同心的，并且可以实现用于空对地(ATG)无线通信的圆柱形覆盖区域，其至少扩展到蜂窝站点上方的所期望的高程和/或围绕蜂窝站点的一定径向距离。此外，可以提供一个或更多贴片天线以便在蜂窝站点上方的任何覆盖间隙内形成蜂窝。
[0006]在一个示例性实施例中提供了一种基站，其在ATG蜂窝的不同高程上提供ATG无线通信。所述基站包括第一天线阵列，所述第一天线阵列包括被配置以形成第一蜂窝覆盖区域的一个或更多天线，所述第一蜂窝覆盖区域基本上从地平线向上延伸到离开第一天线阵列的第一高程角度并且延伸到离开第一天线阵列的预定距离。所述基站还包括第二天线阵列，所述第二天线阵列被配置以一定的上倾高程角度形成第二蜂窝覆盖区域，所述第二蜂窝覆盖区域至少从第一高程角度延伸到离开第二天线阵列的第二高程角度，其中第一蜂窝覆盖区域和第二蜂窝覆盖区域是同心的，从而定义至少延伸到所述预定距离并且向上延伸到预定高程的所述ATG蜂窝。
【附图说明】
[0007]前面对本发明进行了一般性描述，现在将参照不一定是按比例绘制的附图，其中:
[0008]图1示出了用于空对地(ATG)无线通信的所期望的示例性圆柱形覆盖区域的顶视图和水平视图；
[0009]图2示出了具有至少提供所期望的圆柱形覆盖区域的天线配置的示例性系统的一个方面；
[0010]图3示出了由图2的天线配置提供的示例性覆盖区域的顶视图；
[0011]图4不出了个不例性实施例的基站的功能方框图；以及
[0012]图5示出了用于提供同心蜂窝以便促进所期望的高程处的ATG无线通信的示例性方法。
【具体实施方式】
[0013]下面将参照附图更加全面地描述一些示例性实施例，在附图中示出了一些而非所有示例性实施例。实际上，这里所描述和图示的示例不应当被解释成限制本公开内容的范围、适用性或配置。相反，提供这些示例性实施例是为了使得本公开内容将满足适用的法律要求。相同的附图标记可以被用来始终指代相同的单元。此外，这里所使用的术语“或者”应当被解释成逻辑运算符，每当其一个或更多运算对象为真时即为真。
[0014]这里所描述的一些示例性实施例提供了用于改进的飞机无线通信性能的架构。在这方面，一些示例性实施例可以提供基站，其具有促进在具有足够高程的垂直和水平平面中提供无线通信覆盖的天线结构，以便与高的高度处的飞机进行通信。在这方面，虽然传统的蜂窝网络只需要考虑其本身在二维(2D)环境中提供的覆盖，空对地(ATG)网络则必须考虑第三维度，即高度。因此，为了促进在所期望的区域内提供连续的3D覆盖，示例性实施例采用针对天线结构的一些结构改变以便促进天线的长延伸距离，并且直到飞机的操作高度仍然实现这样的延伸距离。
[0015]在一个示例性实施例中，可以将多个天线以不同高程角度放置在基站上，以便至少提供3D覆盖区块(例如覆盖圆柱体)，在所述3D覆盖区块内，不管飞机相对于基站的位置如何，飞机都可以在不同的高度处与基站进行通信。在这方面，第一定向天线系列例如可以被指向来提供扇区覆盖，从而在地平线与第一高程角度之间形成围绕基站的360度覆盖。至少一个附加的定向天线系列可以被对应于第一系列的天线放置，但是其具有更高的中心高程角度，从而使得所述附加的定向天线系列覆盖至少处于第一高程角度与一些更高的高程角度之间的一个区域，以便对延伸到相对较高的高度的范围给出长的到达覆盖范围。
[0016]在一个具体示例中，可以提供第一天线阵列，以便有助于对于水平平面上的给定径向距离的至少特定高程范围的无线通信。还可以以上倾高程角度提供第二天线阵列，以便促进所述特定高程范围上方的另一个高程范围的无线通信。所述天线可以允许同心重叠蜂窝，其在靠近和远离基站的径向距离处提供遍及相应的高程范围(和相应的高度)的总覆盖蜂窝。此外，可以提供一个或更多贴片天线，以便促进基站上方(例如基站正上方)的覆盖间隙中的无线通信。
[0017]图1示出了用于空对地(ATG)无线通信中的基站覆盖的目标区域。其中示出了美国东南部的地图的顶视图100和三维水平视图102。在顶视图100中，基站(未示出)可以通过在多个天线上进行通信来提供目标区域104，从而允许在与目标区域104的中心相距一定径向距离处和/或在用以至少覆盖由覆盖区域104定义的圆形边界的一定方位角处传送信号。应当认识到，在一个示例中，有效基站覆盖区域可以延伸到圆形覆盖区域104之外；但是圆形覆盖区域104可以是用于在部署网络时确定另一个基站的位置的最小覆盖区域。虽然为了易于解释而没有示出，但是可以部署附加的基站以便在地图100上提供附加的覆盖。在一个示例中，可以部署足够的基站以便利用多个覆盖区域104促进用于地图100的完全或者接近完全的水平平面覆盖。但是其他实施例可以简单地覆盖通常由商务班机或其他飞机行经的空中走廊。
[0018]此外，覆盖区域104可以具有高程方面以便提供某种程度上是圆柱形的覆盖区域。在这方面，在不同高度处飞行的飞机可以接收来自提供覆盖区域104的基站的无线通信，而不管其与基站的距离如何。正如所描述的那样，有效覆盖区域可以不是圆柱形的；但是圆柱形覆盖区域104可以是预期基站会提供的最小覆盖区域。此外，虽然为了易于解释而没有示出，但是可以在覆盖区域104附近部署至少提供圆柱形覆盖区域的附加基站，以便提供地图102上的附加的覆盖。
[0019]基站天线可以被使用在第一天线阵列中，以便提供扩展到所期望的高程(及其之夕卜)的覆盖区域，所述高程受限于离开基站的一定距离上由天线所