天线设备及天线选择方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请日为2009年11月12日，发明名称为"天线设备及天线选择方法"， 申请号为2010800509238的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明是关于无线通信，特别是关于天线设备及天线选择方法。
【背景技术】
[0003] 对于航空器中的电信，使用所谓的直接空对地系统。此些系统提供从航空器到在 地面上的基站的电信连接的可能性。所述航空器具有与位于地面上的基站的双向通信链 路。由基站朝航空器方向发射的无线电信号称为前向链路。对于前向链路，通过类似波束成 形的技术可使发射更有效率，其中无线电信号的发射方向被聚焦且朝接收航空器导向。此 优势在于位于波瓣的外部部分的其它航空器将从此些无线电信号接收较少的干扰。基站可 额外用比使用全向发射方案所必需的功率少的功率来发射。
[0004] 相反，航空器经常改变其定向及高度。因此，为了以相同方式改进用于将信号从航 空器发射到基站的反向链路，将需要较大的努力来将对应系统实施到航空器中。
【发明内容】
[0005] 本发明的实施例提供一种在射频范围内建立与基站的电信连接的移动电信装置。
[0006] 本发明的目标是改进移动电信装置与基站的移动电信。
[0007] 本发明应用于像LTE(在对应3GPP标准中定义）的移动通信系统。本申请案不排 除用在其它移动通信系统中。
[0008] 根据本发明的实施例，所述移动电信装置包含至少第一及第二天线，位于所述第 一与所述第二天线之间的电磁护罩，及逻辑组件。所述护罩具有面朝所述第一天线的第一 侧，及面朝所述第二天线的第二侧。所述电磁护罩反射撞击在所述第一侧上的电磁辐射，使 得至少一部分辐射朝所述第一天线反射，且所述电磁护罩反射撞击在所述第二侧上的电磁 辐射，使得至少一部分辐射朝所述第二天线反射。所述第一及第二天线适于发射及接收同 一频带的电信信号。所述逻辑组件选择是将第一还是第二天线用于与所述基站的电信连接 的反向链路。通常总是通过接收分集方案完成接收无线电信号，其自动组合两者天线接收 到的无线电信号。
[0009] 此移动电信装置可（举例来说）安装在航空器中，用于与位于地面上的基站建立 电信连接。因此，第一天线定位成较靠近航空器的后部，而第二天线定位成较靠近航空器的 前部。这意味着，电磁护罩的第一侧朝航空器的后部导向，且电磁护罩的第二侧朝航空器的 前部导向。
[0010] 因此，布置第一及第二天线，使得第一天线的天线模式在航空器的向后方向上具 有最高天线增益。第二天线的天线模式在航空器向前方向上具有最高天线增益。这是通过 将电磁护罩定位在第一天线与第二天线之间而实现的。另一种可能性是在航空器表面上的 位置处安装两个不同的、分开的天线，使得航空器的零件（例如机身本身或机翼或涡轮）形 成第一天线与第二天线之间的护罩。
[0011] 电磁护罩防止由第一天线发射的信号被第二天线接收且反之亦然。此外，正被第 一天线接收的信号以高衰减被第二天线接收且反之亦然。
[0012] 根据本发明的实施例，电磁护罩是由金属制成。电磁护罩的基本特性在于其必须 是导电的。因此，每种金属均可用于电磁护罩，包括金属合金在内。
[0013] 根据本发明的实施例，电磁护罩具有网结构，所述网结构包含金属。通过针对电磁 护罩使用网结构，可减少护罩的重量，且因此也减少移动电信装置的重量。当装置安装在航 空器中时，装置的重量很重要。
[0014] 根据本发明的实施例，电磁护罩是由碳纤维及金属制成。优选的是，电磁护罩具有 网结构的碳纤维及金属，但是也可应用其它结构的碳纤维及金属，举例来说，电磁护罩可由 具有金属镀层的碳纤维制成。
[0015] 根据本发明的实施例，电磁护罩具有弯曲的形状。这是有利的，因为优选将全向天 线用于第一及第二天线。因此，电磁护罩的形状界定第一及第二天线的发射及接收角度。因 为通过使用全向天线相比于使用定向天线可节省空间，所以全向天线的使用是有利的。
[0016] 举例来说，电磁护罩可二维弯曲。这意味着电磁护罩具有两个环绕的元件。第一 环绕元件环绕第一天线，而第二环绕元件环绕第二天线。
[0017] 优选的是，电磁护罩在所有三个维度上弯曲。这意味着第一天线从电磁护罩的第 一环绕元件在所有三个维度上部分环绕，且第二天线从电磁护罩的第二环绕元件在所有三 个维度上部分环绕。换句话说，电磁护罩的第一及第二环绕元件具有四分之一球体的外形。 第一及第二环绕元件也可具有半球体的外形。
[0018] 根据本发明的实施例，电磁护罩是航空器机身。这意味着，第一天线安装在航空器 的后部区域中，且第二天线安装在航空器的前部部分中。接着所述机身充当电磁护罩，因为 通常航空器机身包含金属。在这样的情况下，第一天线适于与航空器后面的基站通信，而第 二天线适于与航空器前方的基站通信。
[0019] 根据本发明的实施例，所述逻辑组件基于位置信息及/或所述第一及所述第二天 线的信号功率、信号质量、时序提前及/或多普勒移位的测量而选择是使用所述第一还是 所述第二天线。所述位置信息可（举例来说）从全球导航卫星系统信号（例如全球定位系 统（GPS)或伽利略（Galileo))获得。优选的是，第一天线适于与在航空器后面位于地面上 的基站通信。第二天线适于与在航空器前方的位于地面上的基站通信。从全球导航卫星 系统信号，其通常总是在航空器中测量，逻辑组件知道移动电信装置的位置及轨迹。另外， 移动电信装置可包含存储装置，所述存储装置包括有基站位置信息（例如以根据全球导航 卫星系统标准的数据格式）的数据库。这意味着，所述数据库包含以根据正被用在航空器 中的全球导航卫星系统的数据格式的数据格式的多个基站的位置信息。优选的是，逻辑组 件从全球导航卫星系统信号知道移动电信装置的位置及轨迹，且通过从数据库读取来确定 地面上定位成最接近航空器的基站。接着，逻辑组件选择哪一天线在与基站建立通信的期 间将用于朝基站发射。在已建立电信连接的情况下，逻辑组件从全球导航卫星系统信号知 道移动电信装置的位置及轨迹，且通过从数据库读取来确定地面上与之建立电信连接的基 站。
[0020] 如果基站位于航空器前方，那么第二天线用于反向链路，且如果基站位于航空器 后面，那么第一天线用于反向链路。
[0021] 如第一及第二天线的信号功率、信号质量、时序提前及/或多普勒移位等其它数 据被逻辑组件测量，且被考虑以选择使用哪一天线。如果（举例来说）第一天线的信号功 率及信号质量高于第二天线的信号功率及信号质量，那么第一天线用于反向链路。从时序 提前及多普勒移位可得出航空器相对于基站的移动方向。举例来说，当多普勒移位为正时， 航空器朝基站移动，而如果多普勒移位为负，那么航空器离开基站。
[0022] 针对时序提前作出相似的考虑。当时序提前减少时，航空器朝基站移动，而如果时 序提前增加，那么航空器离开基站。时序提前也可基于从全球导航卫星系统数据得出的位 置信息而计算出。
[0023] 根据本发明的实施例，移动电信装置进一步包含在存储装置中的数据库，所述数 据库包含关于多个基站的位置信息。所述位置信息以可被逻辑组件读取的数据格式存储。 所述位置信息可（举例来说）是全球导航卫星系统数据。
[0024] 根据本发明的实施例，逻辑组件接收来自基站的信号，所述信号指示将用于反向 链路的天线。当不是由逻辑组件而是由位于地面上的基站来决定将使用哪一天线时，这是 有利的。
[0025] 如果（举例来说）移动电信装置用第二天线连接到基站，而第一天线测量另一基 站的较高的信号功率及/或信号质量，那么逻辑组件决定是否将执行到由第一天线测量的 基站的越区移交。是否将执行越区移交的决定可基于位置信息及/或第一及第二天线的信 号功率、信号质量、时序提前及/或多普勒移位的测量结果。如果逻辑组件决定将执行越区 移交，那么将包含对于越区移交决定很重要的数据的测量报告发送到基站。接着基站将越 区移交命令发送到移动电信装置，且根据3GPP标准执行越区移交。在越区移交移动电信装 置的天线期间，也可从第一天线改变到第二天线或反之亦然。
[0026] 根据本发明的实施例，所述移动电信装置的逻辑组件与全球导航卫星服务（GNSS) GPS或GALILEO互连。通常，在航空器中已经存在GNSS装置。所述轨迹可由GNSS装置递送 或可在逻辑组件内部容易地计算出。
[0027] 基于GNSS数据及存储在移动电信装置的存储装置中的数据库中的基站的位