示例性實施例一般涉及無線通信，更具體地涉及由無線空對地(atg)網(wǎng)絡(luò)和地面網(wǎng)絡(luò)在同一地理區(qū)域?qū)崿F(xiàn)頻譜的雙重使用的技術(shù)。

背景技術(shù)：

高速數(shù)據(jù)通信和實現(xiàn)這種通信的設(shè)備在現(xiàn)代社會中已經(jīng)變得普遍存在。這些設(shè)備使得許多用戶能夠與互聯(lián)網(wǎng)和其它通信網(wǎng)絡(luò)保持幾乎連續(xù)的連接。雖然這些高速數(shù)據(jù)連接可以通過電話線、電纜調(diào)制解調(diào)器或具有物理有線連接的其它設(shè)備實現(xiàn)，但是無線連接革命性地賦予我們在不犧牲移動性的情況下保持連接的能力。

然而，盡管人們熟知在地面上與網(wǎng)絡(luò)保持持續(xù)連接，但人們普遍認為，一旦登乘飛機，將會停止便捷和/或?qū)嵒莸倪B接。至少對于登機的乘客而言，航空平臺仍然無法便捷且實惠地連接到通信網(wǎng)絡(luò)。在空中嘗試保持連接通常是昂貴的，并且具有帶寬限制或高延遲問題。此外，即使乘客愿意承擔由飛機通信能力產(chǎn)生的費用和問題，通常又局限于由飛機上提供的剛性通信架構(gòu)支持的非常特殊的通信模式。

隨著網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的改進以實現(xiàn)與各種飛行中的接收設(shè)備更好地通信，可以構(gòu)想的一個愿景就是將一定數(shù)量的射頻(rf)頻譜應用于飛行中的通信。然而，rf頻譜由于其資源相對有限但需求巨大，而非常昂貴。因此，將rf頻譜的一部分專門指定為飛行中的通信的替代性方案可能是令人感興趣的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

無線技術(shù)的不斷進步為飛機在飛行中提供了無線覆蓋的新機會，而無需將rf頻譜專用于此類覆蓋。就這方面而言，例如，通過采用各種干擾減輕策略，可以進行頻譜重用。一些示例性實施例提供可以允許在給定區(qū)域內(nèi)重用頻譜的干擾減輕技術(shù)，使得地面網(wǎng)絡(luò)和空對地(atg)網(wǎng)絡(luò)可以在相同的地理區(qū)域內(nèi)共存，并采用相同的頻譜。

在一個示例性實施例中，提供了一種用于在各種通信量或單元中提供空對地(atg)無線通信的網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)可包括含有天線組件的飛行中的飛機、多個atg基站，以及多個地面基站。每個atg基站均限定相應的輻射圖，并且atg基站彼此間隔開以限定至少部分重疊的覆蓋區(qū)域，以在第一海拔高度和第二海拔高度之間限定的atg通信層中與天線組件通信。地面基站配置為主要在第一海拔高度以下的地面通信層中通信，以獨立于atg基站或與atg基站協(xié)同提供服務(wù)。地面基站和atg基站各自配置為分別在地面通信層和atg通信層中使用相同的射頻(rf)頻譜通信。

在另一個示例性實施例中，提供了一種選擇用于在atg網(wǎng)絡(luò)中通信并補償飛機的運動(例如俯仰和橫滾)的天線組件的天線元件的方法。該方法可包括確定atg基站相對于飛行中的飛機的預期相對位置、基于該預期的相對位置選擇用于與atg基站通信的天線元件、接收改變動態(tài)位置信息(例如，指示飛機的俯仰或橫滾中的至少一種變化)的指示，以及調(diào)整所選擇的天線元件以補償該動態(tài)位置信息的改變。

在另一個示例性實施例中，提供了一種用于飛機的天線組件。該天線組件能夠與atg無線通信網(wǎng)絡(luò)的atg基站通信。天線組件可包括多個天線元件，其中至少一個是可傾斜的，以便使天線組件保持朝向響應于飛機的飛行中的機動的聚焦區(qū)域定向。

附圖說明

由此已經(jīng)概括地描述了本發(fā)明，現(xiàn)在將參照附圖，這些附圖不一定按比例繪制，并且其中：

圖1示出了根據(jù)一個示例性實施例的提供空對地(atg)無線通信覆蓋區(qū)域的一個示例性網(wǎng)絡(luò)部署的俯視圖；

圖2示出了根據(jù)一個示例性實施例的提供重疊單元(cell)覆蓋區(qū)域以實現(xiàn)高達預定海拔高度覆蓋的基站的示例性網(wǎng)絡(luò)部署的一個方面；

圖3示出了根據(jù)一個示例性實施例的提供與飛行中的飛機的無線通信而最小化隔層之間的干擾的分層方法的側(cè)視圖；

圖4示出了根據(jù)一個示例性實施例的布置在飛行中的飛機上的側(cè)板元件；

圖5示出了一個示例性實施例的天線元件的功能框圖；

圖6示出了根據(jù)一個示例性實施例的平板天線垂直模式；

圖7示出了根據(jù)一個示例性實施例的用于選擇天線元件并補償飛機運動以使天線元件保持朝向聚焦區(qū)域定向的控制器的功能框圖；

圖8示出了根據(jù)一個示例性實施例的在atg網(wǎng)絡(luò)中通信的方法的框圖；

圖9示出了根據(jù)一個示例性實施例的向包括高海拔服務(wù)層的飛行中的飛機提供無線通信的分層方法的側(cè)視圖；

圖10示出了根據(jù)第一示例的全雙工無線電架構(gòu)；并且

圖11示出了根據(jù)第二選項的全雙工無線電架構(gòu)；

具體實施方式

現(xiàn)在將參考附圖對一些示例性實施例進行更全面的描述，其中示出了一些但不是全部的示例性實施例。實際上，本文描述和圖示的示例不應被解釋為對本發(fā)明的范圍、應用或配置的限制。相反，提供這些示例性實施例是使得本發(fā)明滿足適用的法律要求。相同的附圖標記始終可以用于指代相同的元件。此外，如本文所使用的，術(shù)語“或”將被解釋為邏輯運算符，當其操作結(jié)果中的一個或多個為真時導致其為真。

本文描述的一些示例性實施例提供了用于改進的空對地(atg)無線通信性能的架構(gòu)。就這方面而言，一些示例性實施例可以提供在地面上使用的基站，其具有配置成產(chǎn)生楔形單元的天線結(jié)構(gòu)，在該單元內(nèi)可以聚焦定向波束。楔形單元可以彼此間隔開并且布置成在海拔高度范圍中彼此重疊，以在廣闊的區(qū)域和高達飛行中的飛機的巡航海拔高度范圍內(nèi)提供覆蓋。因此，楔形單元可以形成朝向水平線延伸并剛好在水平線上方的重疊楔形。因此，隨著到基站的距離增加，楔形單元的尺寸特征在于增加海拔高度范圍寬(或在海拔高度上增加垂直跨度)。同時，飛行中的飛機可以采用能夠朝向水平線并且恰好在水平線下方聚焦的天線，使得飛機通常與遠距離的基站而不是可能在緊鄰下方或近端的基站(例如，最近的)飛機通信。實際上，例如，當飛機天線聚焦在水平線附近、并且基站天線聚焦在水平線上方時，在基站正上方的飛機將被更遠的基站服務(wù)。這使得飛機基本不受飛機下方通信發(fā)射器的影響。因此，例如，飛機正在使用與遠程位置的基站通信的相同rf頻譜，甚至相同的特定頻率可以由飛機下方的地面網(wǎng)絡(luò)重用。因此，可以相對于相同地理區(qū)域中的地面無線通信網(wǎng)絡(luò)和atg無線通信網(wǎng)絡(luò)來實施頻譜重用。

可以分布多個基站，以提供對應的多個相鄰的楔形單元覆蓋區(qū)域。每個楔形單元可以限定一個在上和下海拔高度極限之間延伸的覆蓋區(qū)域，并且隨著到形成楔形單元的發(fā)射器的距離增加，上和下海拔高度限制可以增加(基本為線性)。因此，覆蓋區(qū)域可以限定在隨著遠離傳輸站點而尺寸和海拔高度增加的海拔高度范圍之間。每個楔形單元內(nèi)的多個扇區(qū)可以組合形成楔形單元。在一些情況下，可以使用六個扇區(qū)中的每個約30度來覆蓋由每個楔形單元提供的共計180度的方位角覆蓋。因此，單元覆蓋區(qū)域可以在水平面中基本為半圓形，并且可以由多個天線提供，每個天線在半圓方位的對應部分上提供楔形扇區(qū)?；究梢栽诘谝环较蚧緦R部署，同時在第二方向上偏移。例如，基站還可以在第一方向以第一距離部署，以提供立面中的覆蓋重疊，從而基于可實現(xiàn)的扇區(qū)的覆蓋區(qū)域距離在預定海拔高度上以及第二方向上的第二距離內(nèi)實現(xiàn)覆蓋。在一些實施例中，任何數(shù)量的扇區(qū)可以用于多達360度的覆蓋。

圖1示出了用于提供如上所描述的atg無線通信覆蓋的所采用的基站的網(wǎng)絡(luò)100的俯視圖。網(wǎng)絡(luò)100包括提供基本呈半圓形單元覆蓋區(qū)域的各種基站。分別以兩部分來描繪單元覆蓋區(qū)域。例如，第一基站的單元覆蓋區(qū)域被示出為類似的圖案部分102和104。部分102和104表示水平面上的單個連續(xù)單元覆蓋區(qū)域；然而，圖1將另一個單元覆蓋區(qū)域的中間部分108描繪為提供重疊覆蓋以實現(xiàn)連續(xù)覆蓋達到預定海拔高度，如本文進一步描述的那樣。為了說明的目的，部分102被示出為表示從相應基站的位置到任意距離的初始單元覆蓋區(qū)域；應當理解，該部分102還包括另一單元覆蓋區(qū)域的部分108的重疊覆蓋，以在預定海拔高度實現(xiàn)覆蓋。此外，由部分106和108表示的覆蓋區(qū)域可以延伸超過覆蓋區(qū)域部分104的邊界130；覆蓋區(qū)域在描述中受到限制，以說明邊界覆蓋區(qū)域能夠在預定海拔高度提供atg無線通信覆蓋處的至少一個點。此外，為了便于說明，未示出基站，但是應當理解，基站可以被定位成提供由部分102和104、部分106和108、部分110和112表示的單元覆蓋區(qū)域等。

單元覆蓋區(qū)域102/104和106/108可以由第一基站陣列中的相應基站提供，其中一個或多個基站陣列的基站在第一方向120上基本對齊(如代表性單元覆蓋區(qū)域所描繪的那樣)。如圖所示，單元覆蓋區(qū)域102/104和106/108發(fā)射出定向在第一方向上的定向輻射圖，并且沿著第一方向從前往后對齊?？梢酝ㄟ^基本對準基站陣列中的基站以提供基本對準的單元覆蓋區(qū)域、天線旋轉(zhuǎn)以實現(xiàn)第一方向120上的單元覆蓋區(qū)域中的對準等。如所描述的，就這方面而言，提供單元覆蓋區(qū)域102/104的第一基站可以由在第一方向120上的第一基站前面的第二基站的至少一個單元覆蓋區(qū)域106/108重疊。例如，基站或其天線可以提供由天線傳輸信號采用的多個仰角限定的楔形單元覆蓋區(qū)域，以達到與基站相隔一定距離的預定海拔高度。因此，與第一方向120上的單元覆蓋區(qū)域重疊允許單元覆蓋區(qū)域106/108在提供單元覆蓋區(qū)域102/104的基站和沿著線路130的點之間的至少一定距離處達到預定海拔高度，其中單元覆蓋區(qū)域102/104達到預定海拔高度。

此外，提供單元覆蓋區(qū)域102/104和106/108的第一基站陣列中的基站可以在第二方向122上從第二基站陣列的基站隔開(即，以隨機、固定或預定間隔定位)，其可以提供在第一方向120上對準的附加單元覆蓋區(qū)域110/112,114/116等。第一和第二基站陣列可以在第一方向120上基本彼此平行地延伸。此外，第二基站陣列的基站可以在第一方向120上偏離第一基站陣列的基站(如代表單元覆蓋區(qū)域所示)。在一個示例中，第二方向122可以基本垂直于第一方向120。在該示例中，可以偏移第一和第二基站陣列以提供各個單元覆蓋區(qū)域的偏移(例如，單元覆蓋區(qū)域102/104和110/112之間示出的偏移量)以及在第一方向120上對齊的基站陣列的任何其他覆蓋區(qū)域。

第一和第二基站陣列可以在第二方向122上以比在第一方向120上間隔開的相應陣列內(nèi)的基站更大的距離間隔開。例如，根據(jù)提供單元覆蓋區(qū)域的基站的可實現(xiàn)的覆蓋距離，基站可以在第二方向122上間隔開。因為在第一基站陣列中提供單元覆蓋區(qū)域102/104和106/108的基站在第一方向120上對準，使得單元覆蓋區(qū)域106/108提供重疊覆蓋至單元覆蓋區(qū)域102/104以達到預定海拔高度，可以基于相應單元覆蓋區(qū)域102/104和110/112的可實現(xiàn)距離來分離基站陣列本身。就這方面而言，由于各基站附近的海拔高度缺乏被在第一方向120上對齊的基站陣列中的基站的單元覆蓋區(qū)域所覆蓋，所以相鄰基站陣列的基站提供的單元覆蓋區(qū)域102/104和110/112的邊界之間不需要大量重疊來達到預定海拔高度。

此外，當在水平面中的一個單元覆蓋區(qū)域的端部可以毗鄰來自相鄰基站陣列中的基站的另一單元覆蓋區(qū)域的中間部分時，偏移在第二方向122上提供各種單元覆蓋區(qū)域的這些基站，使得在第一方向120和/或第二方向122上進一步間隔，以便在保持連續(xù)覆蓋的同時最大化在單元覆蓋區(qū)域之間允許的距離，這可以降低在給定區(qū)域上提供覆蓋所需的基站的數(shù)量。在一個示例中，第二方向122上的間隔可以大于第一方向120上的間隔的兩倍，這取決于單元覆蓋區(qū)域的覆蓋距離以及單元覆蓋區(qū)域達到預定海拔高度所需的距離。

如圖所示，給定基站陣列中的基站之間的第一距離的間隔可以表示為在第一方向120上的距離140。在第二方向122上的基站陣列之間的第二距離的間隔可以表示為距離142。此外，基站陣列之間的偏移可以表示為第三距離144。在一個具體示例中，距離140可以接近100公里(km)，其中提供單元覆蓋區(qū)域102/104的基站之間的距離可以為300km或更大。在該示例中，可實現(xiàn)的單元覆蓋區(qū)域可以是距離形成覆蓋區(qū)域或其相關(guān)扇區(qū)的傳輸信號的方向上的相對應的基站至少200km處，即從一個陣列內(nèi)的基站到第二陣列中的基站的交叉覆蓋的斜線距離。此外，在該示例中，距離144可以是約75km。

在一個示例中，提供單元覆蓋區(qū)域102/104、106/108、110/112等的基站可以各自包括限定在第一方向上定向的定向輻射圖的相應天線陣列。相應的天線陣列可以包括提供輻射圖的扇區(qū)部分的多個天線，導致在垂直平面中呈楔形的覆蓋區(qū)域。例如，由每個天線提供的單元覆蓋區(qū)域可以具有第一和第二仰角，其在垂直平面中呈現(xiàn)增加的垂直束寬度或跨度，并且填充水平面中的方位角的一部分。使用提供較小部分方位角的更集中的信號可以在不增加傳輸功率的情況下實現(xiàn)更遠的距離和/或增加的仰角。在所描繪的示例中，由天線陣列限定的單元覆蓋區(qū)域包括基本相鄰的六個大致30度方位角扇區(qū)，以形成在以第一方向為中心的大致以180度方位角延伸的定向輻射圖，以限定半圓形覆蓋區(qū)域。例如，每個扇區(qū)可以由相應基站的天線提供。此外，在一個示例中，如本文進一步描述的，基站的每個天線可以具有無線電設(shè)備，少數(shù)無線電設(shè)備的一個或多個開關(guān)在天線之間切換以節(jié)省無線電資源等。應當理解，可以提供附加或較少數(shù)量的扇區(qū)。此外，扇區(qū)可以具有大于或小于30度的方位角和/或可以形成比所描繪的半圓形單元覆蓋區(qū)域更大或更小的總單元覆蓋區(qū)域方位角。

在其他示例中，網(wǎng)絡(luò)100可以實現(xiàn)一個、三個、四個、七個或其他合適配置的頻率重用(例如，使用公式n＝i^2+j^2+ij，其中i＝#從初始單元向上的單元以及j＝#從初始單元向下的單元)，使得附近的基站可以使用相同的信道來提供單元覆蓋區(qū)域。例如，提供單元覆蓋區(qū)域102/104的基站可以使用第一信道，在同一基站陣列中提供單元覆蓋區(qū)域106/108的基站可以使用第二信道，以及提供單元覆蓋區(qū)域114/116的基站可以使用第三信道。類似地，在不同基站陣列中提供單元覆蓋區(qū)域的一組相鄰三個基站可以使用相同的信道等。應當理解，在該方案中可以利用其他頻率重用圖(reusepattern)和/或一定數(shù)量的重用因子來提供相鄰單元覆蓋區(qū)域之間的頻率分集。

在另一示例中，系統(tǒng)可以采用兩種非傳統(tǒng)頻率重用方案。與定向飛機天線組合的基站覆蓋區(qū)域的楔形有效地實現(xiàn)了僅具有兩個信道組的四重用率。在該示例中，基站陣列在陣列中的兩個信道之間切換信道分配，其中信道a在第一基站上、信道b在第二基站上、信道a在第三基站上等。第二陣列類似地在兩個信道之間切換，其中信道a與第一陣列中類似的信道a基站相偏移。兩個陣列之間的重疊區(qū)域偶爾會在重疊區(qū)域內(nèi)呈現(xiàn)相同的同信道頻率，但是來自兩個同信道基站的到達角度方向的區(qū)別足以使得飛機天線將聚焦更靠近的基站，導致飛機天線在第二個較弱基站的方向上無效。因此，通過設(shè)計楔形基站覆蓋和定向飛機天線來實現(xiàn)非傳統(tǒng)的頻率重用。

此外，在網(wǎng)絡(luò)100的示例部署中、第一方向120和/或第二方向122可以是或接近基本方向(例如，北、南、東或西)、中間方向(例如，東北、西北、東南、西南、北-東北、東-東北等)、和/或水平面上，等。此外，網(wǎng)絡(luò)100可以部署在國家的邊界內(nèi)、跨越一個或多個國家的空中走廊的邊界等。在一個示例中，單元覆蓋區(qū)域106/108可由國家或空中走廊的邊界處的初始基站提供。在該示例中，在邊界處提供單元覆蓋區(qū)域106/108、110/112和/或附加單元覆蓋區(qū)域的基站可以包括一個或多個貼片天線，以從基站至各單元覆蓋區(qū)域106/108、110/112等達到預定海拔高度的點處的距離，提供在該預定海拔高度處的覆蓋。例如，一個或多個貼片天線可以存在于單元覆蓋區(qū)域106/108、110/112等之后，和/或其基站上(例如，以側(cè)立于和/或平行于水平線的方式傾斜的一個或多個天線)，以提供高達預定海拔高度的單元覆蓋。

圖2示出了用于提供重疊單元(例如，在垂直方向上)以促進至少在預定海拔高度處的atg無線通信覆蓋的示例性網(wǎng)絡(luò)200。網(wǎng)絡(luò)200包括發(fā)送用于提供atg無線通信的信號的基站202、204和206。基站202、204和206可以各自發(fā)送表現(xiàn)由第一和第二仰角限定的輻射圖的信號，以達到預定海拔高度。在該示例中，基站202、204和206提供相對于原點偏移并在垂直方向上重疊的楔形單元覆蓋區(qū)域212、214和216。如上所述，基站202、204和206可以被部署為在第一方向120上基本對準，作為相同基站陣列的一部分，或者否則允許在第一方向上對準單元覆蓋區(qū)域212、214和216，使得單元覆蓋區(qū)域212可以重疊單元覆蓋區(qū)域214(和/或在垂直平面中的不同海拔高度范圍處的216)，單元覆蓋區(qū)域214可以與單元覆蓋區(qū)域216重疊等。這可以允許單元覆蓋區(qū)域212、214和216在由各種對準的基站202、204、206等限定的距離內(nèi)實現(xiàn)至少預定海拔高度(例如，45000英尺(ft))。

如所描繪的，在這個示例中，基站202可以提供與基站204的單元覆蓋區(qū)域214重疊的單元覆蓋區(qū)域212，以便于在基站204附近提供高達45000ft的單元覆蓋，直到由基站204發(fā)送的信號達到45000ft(例如近點130)的預定海拔高度的距離。在該示例中，基站204可以部署在對應于某距離的位置處，在該距離之間，基站204占據(jù)了覆蓋區(qū)域214，以達到減去基站202的單元覆蓋區(qū)域212的可實現(xiàn)距離的預定海拔高度。就這方面而言，基于仰角、基站占用的距離，有不同基站的大致任意數(shù)量的重疊單元覆蓋區(qū)域以達到預定的海拔高度，從而根據(jù)仰角、基站之間的距離等達到在預定高度處的垂直束寬度。

在一個具體示例中，如所描述的，基站202、204和206可以間隔開第一距離140。第一距離140沿第一方向120大致為100km，使得基站204距離基站202約100km，并且基站206距離基站202約200km。此外，在一個示例中，在基站206和204之間飛行的飛機可以由基站202根據(jù)其海拔高度覆蓋，并且在一個示例中，海拔高度可以用于確定是否和/或何時將飛機上的設(shè)備移交到另一個基站或由該基站提供的單元，以實現(xiàn)飛機上的接收器的不間斷移交。

此外，如在一些示例中所描述的，基站202、204和206可以包括沿著第一方向120定向的定向輻射圖的天線陣列，如圖1所示，其中定向輻射圖在以第一方向120為中心的方位角上延伸超過預定范圍，并且在各個覆蓋區(qū)域212、214和216的第一仰角和第二仰角之間延伸至少一個預定距離以限定基本楔形的輻射圖。就這方面而言，圖2描繪了基站202、204和206以及相關(guān)聯(lián)的覆蓋區(qū)域212、214和216的垂直平面的側(cè)視圖。因此，在一個示例中，基站202可以提供類似于圖1中的單元覆蓋區(qū)域106/108的單元覆蓋區(qū)域212，并且基站204可以提供類似于圖1中的單元覆蓋區(qū)域102/104的單元覆蓋區(qū)域214。此外，如所描述的，方向120可以與基本方向、中間方向等相關(guān)。此外，在網(wǎng)絡(luò)200的部署中，可以沿方向120在基站206的前方提供附加的基站，直到提供期望的覆蓋區(qū)域(例如，直到達到邊界或空中走廊的邊緣)。

如上所述，以圖1和圖2所描述的方式部署和配置的基站的atg網(wǎng)絡(luò)的建立提供了創(chuàng)建分層方法以覆蓋給定區(qū)域的能力，其中所述層限定海拔高度范圍，其中定位在遠端的基站為具有前/后、側(cè)視天線陣列的飛機提供覆蓋，所述天線陣列基本上受其正下方的潛在干擾發(fā)射器屏蔽。因此，例如，底層(即最接近地面)可以重用已經(jīng)采用的限定在上述層或多層中的海拔高度范圍中的無線頻譜。因此，頻率重用可以用于不同海拔高度范圍中的給定區(qū)域。

圖3示出了用于提供具有分層海拔高度范圍的重疊單元的示例網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以促進可由地面網(wǎng)絡(luò)重用的具有rf頻譜的atg無線通信覆蓋。圖3僅示出了兩個空間(例如，水平面中的x方向和垂直平面中的z方向)，但是應當理解，atg網(wǎng)絡(luò)的楔形架構(gòu)可以被構(gòu)造成在進入和退出的方向上延伸覆蓋(即在y方向上)。盡管圖3未按比例繪制，應當理解，由網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的atg部分的基站生成的楔形單元配置成具有比垂直分量更長的水平分量。就這方面而言，楔形單元可以具有幾十到接近或超過100英里的水平范圍。同時，垂直分量隨著與基站的距離而擴展，但是在任何情況下通常都小于約8英里(例如，約45000ft)。

如圖3所示，該架構(gòu)的地面網(wǎng)絡(luò)部件可包括一個或多個地面基站300。地面基站300大體上可以傳輸?shù)孛婢W(wǎng)絡(luò)發(fā)射310，以服務(wù)分散在地面上的各種固定或移動的通信節(jié)點(例如，ue)以及其它無線通信設(shè)備。地面基站300可操作地聯(lián)接至地面回程和網(wǎng)絡(luò)控制部件315，地面基站300可協(xié)調(diào)和/或控制地面網(wǎng)絡(luò)的操作。地面回程和網(wǎng)絡(luò)控制部件315大體可以控制rf頻譜和系統(tǒng)資源的分配，并且提供路由和控制服務(wù)，以使得地面網(wǎng)絡(luò)的ue和其它無線通信設(shè)備能夠彼此通信和/或與諸如互聯(lián)網(wǎng)的廣域網(wǎng)(wan)通信。

地面網(wǎng)絡(luò)的ue還可以傳輸它們自己的地面網(wǎng)絡(luò)發(fā)射，這可以在地面通信層320中產(chǎn)生大量的通信業(yè)務(wù)的可能性，地面通信層320從地面延伸到預定的最小海拔高度325，其上只有飛行中的飛機330上的接收器存在。飛行中的飛機330可以在atg通信層335中操作，atg通信層335可以從海拔高度一英里或兩英里(例如，預定最小海拔高度325)延伸到海拔高度約八英里(例如，預定最大海拔高度340)。而預定最小海拔高度325和預定最大海拔高度340可以限制單個atg通信層，或者在多個atg楔形單元重疊的情況下限制多個atg通信層。

該架構(gòu)還可以采用第一atg基站350和第二atg基站355，第一atg基站350和第二atg基站355是如在圖1和圖2的實施例中所描述的使用的基站的示例。因此，例如，第一atg基站350可以沿著x軸基本與第二atg基站355一致部署，并且可以生成在第二楔形單元365的頂部上分層的第一楔形單元360，該第二楔形單元365由第二atg基站355產(chǎn)生。當飛行中的飛機330完全在第一楔形單元360中時，飛行中的飛機330可以使用分配的rf頻譜與第一atg基站350通信，并且當飛行中的飛機330僅在第二楔形單元365中時，飛行中的飛機330可以使用分配的rf頻譜與第二atg基站355通信。第一楔形單元360和第二楔形單元365之間的重疊區(qū)域可以分別為第一atg基站350和第二atg基站355之間的飛行中的飛機330的移交提供機會。因此，可以在通過具有如本文所述的重疊覆蓋區(qū)域的基站的覆蓋區(qū)域之間時提供飛行中的飛機330上的接收器的不間斷移交。

在一個示例性實施例中，atg回程和網(wǎng)絡(luò)控制部件370可操作地耦合到第一和第二atg基站350和355。atg回程和網(wǎng)絡(luò)控制部件370通?？梢钥刂苧f頻譜和系統(tǒng)資源的分配，并且提供路由和控制服務(wù)，以使飛行中的飛機和其上的任何ue和其他無線通信設(shè)備彼此通信和/或與諸如因特網(wǎng)之類的廣域網(wǎng)(wan)通信。

在地球的曲率和atg網(wǎng)絡(luò)的基站之間的距離給定的情況下，可以增強楔形單元的分層。另外，第一atg基站350和第二atg基站355可以配置成使用利用波束成形技術(shù)生成的相對小的定向波束與飛行中的飛機330通信。所采用的波束成形技術(shù)可以包括產(chǎn)生相對較窄和聚焦的波束。因此，可能減少導致對地面通信層320中的通信的干擾的旁瓣(例如，在主波束方向以外的方向上的輻射發(fā)射)的產(chǎn)生。在一些情況下，通常僅需要在靠近地面的相對較窄的層中傳輸?shù)牡孛婊?00也可以配置成采用應用旁瓣抑制技術(shù)的天線和/或陣列，該技術(shù)旨在減少從地面通信層320發(fā)送并進入atg通信層335的潛在干擾量。

因此，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)本身可以幫助減少跨層干擾的量。就這方面而言，楔形單元結(jié)構(gòu)聚焦剛好在水平線上方的能量，并且在地面上留下可用于地面網(wǎng)絡(luò)操作的層，而沒有來自atg基站的顯著干擾，并為atg網(wǎng)絡(luò)通信創(chuàng)建單獨的更高的海拔高度層。另外，使用具有atg基站的波束導向的定向天線以及具有旁瓣抑制的天線減少了跨越這些層的干擾量。然而，如下面將更詳細描述的那樣，由于atg通信層335中期望通信的所有設(shè)備將在飛行中的飛機330上，所以一些實施例可以采用與設(shè)置在飛行中的飛機330上的天線組件375相關(guān)聯(lián)的進一步的干擾減輕技術(shù)。因此，例如，在飛行中的飛機330上或與其相關(guān)聯(lián)的ue或其他無線通信設(shè)備可以經(jīng)由飛行中的飛機330的天線組件375與第一atg基站350或第二atg基站355通信地耦合。就這方面而言，例如，天線組件375可以策略性地安裝在飛行中的飛機330上，和/或天線組件375可以以促進干擾減輕的方式進行操作或控制，如下面更詳細描述的。

通常，通過將跨層干擾最小化，相同的rf頻譜可以在地面通信層320和atg通信層335中重用。因此，如果在地面網(wǎng)絡(luò)中使用的頻譜可以由atg網(wǎng)絡(luò)以其間的最小干擾重用，那么示例性實施例的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可以有效地用作頻譜倍增器。為每個相應層服務(wù)的基站可以相對于彼此向遠側(cè)定位，使得例如與飛行中的飛機330通信的服務(wù)atg基站在地理上位于每個地面基站覆蓋區(qū)域的外部，該每個地面基站在飛行中的飛機330所位于其上方的地面通信層320的一部分中。atg基站(350和355)的基本水平聚焦的性質(zhì)使得它們能夠被遠遠定位在飛行中的飛機330在其下方定位的區(qū)域的外部。因此，天線組件375可以遠離飛行中的飛機330正下方的潛在干擾源“尋找”或努力聚焦其通信。

如上所述，通過天線組件375的戰(zhàn)略定位，可以在飛行中的飛機330上實現(xiàn)跨層干擾減輕。例如，當天線組件375位于飛行中的飛機330的垂直穩(wěn)定器上時，天線組件375通常可以具有相對于地面的狹窄方面和從地面引導的任何傳輸，同時很好地控制垂直天線圖。另外，對于天線組件在飛行中的飛機330的主體上的某些側(cè)面安裝，機身的一部分可以將天線組件375從飛行中的飛機330下面的地面基站300所產(chǎn)生的地面網(wǎng)絡(luò)發(fā)射310中屏蔽。如果天線組件375位于飛行中的飛機330的頂部或頂板上，這種屏蔽可能甚至更顯著。在這些示例中，飛行中的飛機330的金屬機身可以用作擴展的水平面。因此，這些位置(或兩者)中的天線組件375接收傳輸?shù)哪芰赡苡邢?，這些傳輸不是從相比于這種水平分量距離而離飛行中的飛機330更遠的垂直分量距離的位置處引導的。換句話說，天線組件375受不在水平線附近的發(fā)射器屏蔽。因此，這些位置(例如，在飛機的側(cè)面或頂部)對于進一步減輕跨層干擾是有利的。然而，這樣的位置通?？梢愿玫赜糜谂c在飛行中的飛機330的一側(cè)、而不是在飛行中的飛機330的前面或后面的發(fā)射器通信。為了在飛行中的飛機330的前方和后方更好地覆蓋，可以采用天線組件375(或天線組件375的部分或部件)在飛行中的飛機330的底部上的定位。因此，較少的天線元件(例如，只有那些在飛行中的飛機330的底部的那些)可能需要在其上采用復雜的旁瓣抑制技術(shù)來促進減少跨層干擾。

根據(jù)上述天線組件375的總體戰(zhàn)略定位，天線組件375可以通過避免暴露于飛行中的飛機330下方的發(fā)射器而屏蔽(至少部分地)跨層干擾。然而，這樣的策略意味著天線組件375應該依靠更接近水平線的發(fā)射器。這種以水平聚焦的范例實際上與上述相應的分層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)相當匹配，因為atg基站通常配置成形成剛好在水平線上方聚焦的楔形單元。因此，示例性實施例的地面發(fā)射器和天線組件375都相互優(yōu)化，以在水平面上聚焦的能量大致比在垂直平面上聚焦的能量更多。這增強了使atg基站之間的間距最大化(從而降低atg基站數(shù)量和網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建成本)的能力，并且簡化了天線組件375的架構(gòu)(因為在某些情況下可以采用機身的自然屏蔽)。因此，將能量集中在水平線上方的相應的atg基站和將剛好低于水平線的聚焦能量的機載天線組件相互優(yōu)化，以便彼此通信，而基本較少擔心來自飛行中的飛機330的正下方(或大致正下方)的地面往來基站的干擾，即使atg網(wǎng)絡(luò)重用的頻譜與地面網(wǎng)絡(luò)使用的頻譜相同。

在一個示例性實施例中，天線組件375可以配置成將能量從水平線上的區(qū)域聚焦到水平線以下(從飛行中的飛機330的角度)的約10或15度。圖4示出了具有作為天線組件375的一部分的側(cè)板元件400的飛行中的飛機330的示例。側(cè)板元件400定位在垂直穩(wěn)定器上，但也可以定位在飛機的側(cè)面、頂部、底部或其它部分上。值得注意的是，在一些情況下，側(cè)板元件400可以以不同于平坦陣列(例如，作為葉片型天線元件、共形陣列等)的形式來實現(xiàn)。從圖4的示例可以看出，通過主要聚焦在水平線與水平線以下10或15度之間的區(qū)域，與其建立通信的atg基站的子集(subset)會受到一定限制。因此，側(cè)板元件400需要穩(wěn)定，以確保即使當飛機俯仰(即，如箭頭410所示的將其頭部向上和向下移動)或橫滾(即，如箭頭420所示的那樣從一側(cè)向另一側(cè)轉(zhuǎn)動)時，它保持朝向水平線并且剛好在水平線的正下方定向。

在某些情況下，飛行中的飛機330可能遇到的俯仰和橫滾的量可能因依賴于高度、速度和乘客舒適度的某些約束而受到限制。例如，俯仰(即，上升或下降的角度)可以被限制在海拔高度10000ft上方約7度。同時，例如，橫滾(即，在轉(zhuǎn)彎期間傾右或傾左的角度)可以被限制為在海拔高度10000ft上方小于20度，以及在海拔高度20000ft上方小于15度。因此，不僅可能期望提供天線組件375(例如，側(cè)板元件400)的補償和/或穩(wěn)定性，而且這種補償和/或穩(wěn)定可以取決于海拔高度或其他環(huán)境因素。

在一些實施例中，天線組件375被實現(xiàn)為或包括平板天線(例如，側(cè)面平板元件400)，該平板天線可包括多個扇區(qū)天線。在一些情況下，該平板天線可以機械地和/或電氣地轉(zhuǎn)向或傾斜以提供上述的補償和/或穩(wěn)定。這樣，平板天線也可以被稱為可轉(zhuǎn)向矩陣天線。圖5示出了可以結(jié)合控制示例性實施例的天線組件而采用的系統(tǒng)部件的框圖。如圖5所示，天線組件375可以包括左側(cè)板元件402和右側(cè)板元件404。天線組件還可以包括一個或多個葉片、單極天線或其他天線元件，例如天線元件406和408。在一個示例性實施例中，元件408可以是被配置用于前/后接收的葉片形天線。同時，左右側(cè)板元件404和402可以是用于飛機相應側(cè)面的接收元件。天線元件406可以是具有四個或更多個傳輸元件的葉片形天線，并且可以具有可選擇的方向性。在一些實施例中，例如對于大型機身，接收元件可以可選地各自經(jīng)由一條或多條電纜耦合到遠程無線電頭430。然而，如果不使用遠程無線電頭，則無線電本身可以執(zhí)行與遠程無線電頭相關(guān)聯(lián)的本文描述的功能。在一些情況下，遠程無線電頭430可以分布在多于一個物理位置(如分布式元件(de)432和434所示)。然后，可以將遠程無線電頭430(例如，經(jīng)由光纖或其他電纜)耦合到基站無線電設(shè)備440，在該基站無線電設(shè)備440處進行典型的調(diào)制、解調(diào)和其他無線電功能。傳輸元件406也可以耦合到基站無線電設(shè)備440。

在一個示例性實施例中，遠程無線電頭430可以提供在接收天線之間的切換。然而，在其中進行陣列平板的垂直波束轉(zhuǎn)向的示例中，可以使用四根或更多根電纜將每個左側(cè)板元件402和右側(cè)板元件404連接到遠程無線電頭430。遠程無線電頭430可以包括對應于提供給遠程無線電頭430的天線輸出的數(shù)量的一個或多個空腔濾波器。在使用調(diào)整陣列的電氣傾斜的機械裝置進行垂直波束轉(zhuǎn)向的情況下，只有一個電纜和空腔濾波器、體聲波(baw)濾波器、表面聲波(saw)濾波器、循環(huán)器或任何其它合適的濾波器可以用于每個陣列。在一些情況下，遠程無線電頭430可以被去除，并且濾波器、低噪聲放大器(lna)和開關(guān)部件可以集成到天線外殼中或靠近天線的其他外殼中。根據(jù)目標或源的位置、atg基站的信號強度、來自周圍基站或地面基站的干擾程度，切換部件(不管是遠程無線電頭430的一部分還是外部)將被用于選擇用于接收或傳輸任何給定信號的最佳天線。然后，天線選擇具有多個設(shè)計用于使信號與干擾加噪聲比最大化的觸發(fā)器。

圖6示出了平板天線垂直圖。當平板被安裝在飛機上使得其大致垂直于行進方向聚焦時，需要對飛機橫滾機動的補償。從圖6可以看出，當飛行中的飛機330(其通常與atg基站在水平線上或稍微下方通信)正在朝向地面基站橫滾時，天線圖的上部朝向地面基站橫滾。同時，當橫滾離開地面基站時，天線圖向地面基站提供較少增益。因此，可能需要(或至少是有用的)波束轉(zhuǎn)向，以通過傾斜天線組件來補償飛機橫滾而將天線增益聚焦在地面基站上。對于平板元件，可以采用機械或電氣轉(zhuǎn)向。

因此，在一些實施例中，天線組件375可以進一步與控制元件通信，該控制元件可配置成與各種飛機傳感器結(jié)合，以確定用于補償飛機機動的補償量。圖7示出了可用于控制天線組件部件(例如，側(cè)板)的部件的框圖。如圖7所示，側(cè)板元件400可以可操作地耦合到轉(zhuǎn)向組件500。轉(zhuǎn)向組件500可以配置成機械地或電氣地傾斜天線組件375的至少一部分(例如，側(cè)板元件400的側(cè)板(單獨地或集體地))，以保持側(cè)板定向成與靠近水平線的atg基站通信(例如，在水平線以下約15度)。控制器505可以設(shè)置成與轉(zhuǎn)向組件500連通以提供對轉(zhuǎn)向組件500的控制?？刂破?05可以包括處理電路510，其配置成基于例如基站位置的知識以及飛行中的飛機330的相對位置和定向來提供用于側(cè)板元件400的轉(zhuǎn)向的控制輸出。處理電路510可以配置成根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例執(zhí)行數(shù)據(jù)處理、控制功能執(zhí)行和/或其他處理和管理服務(wù)。在一些實施例中，處理電路510可以被實現(xiàn)為芯片或芯片組。換句話說，處理電路510可以包括在結(jié)構(gòu)組件(例如，基板)上的包括材料、部件和/或電線的一個或多個物理封裝(例如，芯片)。結(jié)構(gòu)組件可以為其上包括的部件電路提供物理強度、尺寸的保守性和/或電相互作用限制。因此，在一些情況下，處理電路510可以配置成在單個芯片上或作為單個“芯片上的系統(tǒng)”實現(xiàn)本發(fā)明的實施例。因此，在一些情況下，芯片或芯片組可以構(gòu)成裝置用于執(zhí)行一個或多個操作以提供本文所述的功能。

在一個示例性實施例中，處理電路510可以包括處理器512和存儲器514的一個或多個實例，處理器512和存儲器514可以與設(shè)備接口520通信或以其他方式控制設(shè)備接口520，并且在一些情況下可以是用戶接口530。這樣，處理電路510可以實現(xiàn)為配置成(例如，利用硬件、軟件或硬件和軟件的組合)執(zhí)行本文所述的操作的電路芯片(例如，集成電路芯片)。然而，在一些實施例中，處理電路510可以實現(xiàn)為機載計算機的一部分。在一些實施例中，處理電路510可以與飛行中的飛機330的各種部件、實體和/或傳感器通信。因此，例如，處理電路510可以與飛行中的飛機330的傳感器網(wǎng)絡(luò)518通信，以接收海拔高度信息、位置信息(例如，gps坐標、緯度/經(jīng)度等)、俯仰和橫滾信息等。

設(shè)備接口520可以包括用于實現(xiàn)與其他設(shè)備(例如，模塊、實體、傳感器和/或飛行中的飛機330的其他部件)通信的一個或多個接口機構(gòu)。在一些情況下，設(shè)備接口520可以是例如在硬件或硬件和軟件的組合中實現(xiàn)的設(shè)備或電路的任何裝置，該裝置配置成從/向模塊、實體、傳感器和/或與處理電路510通信的飛行中的飛機330的其他部件接收和/或發(fā)送數(shù)據(jù)。

處理器512可以以多種不同的方式實現(xiàn)。例如，處理器512可被實現(xiàn)為各種處理裝置，諸如微處理器或其他處理元件、協(xié)處理器、控制器或各種其它計算或處理裝置中的一個或多個，包括集成電路，例如asic(專用集成電路)、fpga(現(xiàn)場可編程門陣列)等。在一個示例性實施例中，處理器512可以配置成執(zhí)行存儲在存儲器514中的指令或則是處理器512可訪問的指令。因此，無論是由硬件還是由硬件和軟件的組合配置，處理器512可以表示能夠根據(jù)本發(fā)明的實施例由此配置時執(zhí)行操作的實體(例如，物理上實現(xiàn)為電路-處理電路510的形式)。因此，例如，當處理器512被實現(xiàn)為asic或fpga等時，處理器512可以是用于進行本文描述的操作的具體配置的硬件。或者，作為另一示例，當處理器512被實現(xiàn)為軟件指令的執(zhí)行器時，指令可以具體地配置處理器512以執(zhí)行本文所述的操作。

在一個示例性實施例中，處理器512(或處理電路510)可以被實現(xiàn)為基于由處理電路510接收的指示atg基站位置和/或飛機機動或位置信息的輸入，包括或以其他方式控制轉(zhuǎn)向組件500。因此，在一些實施例中，可以說處理器512(或處理電路510)基于由此配置處理器512(或處理電路510)的指令或算法的執(zhí)行，而致使與對天線陣列的調(diào)整有關(guān)的與轉(zhuǎn)向組件500一起描述的每個操作承擔與陣列補償/穩(wěn)定相關(guān)的功能。特別地，指令可以包括用于處理飛行中的飛機330(包括方向)的3d位置信息以及固定傳輸站點的位置信息的指令，以指示天線陣列傾斜或以其他方式定向在將便于建立天線陣列和固定傳輸站之一之間的通信鏈路的方向上。

在一個示例性實施例中，存儲器514可以包括一個或多個非瞬態(tài)存儲器設(shè)備，例如可以是固定的或可移動的易失性和/或非易失性存儲器。存儲器514可以設(shè)置為存儲信息、數(shù)據(jù)、應用、指令等，用于使處理電路510為執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的多種功能。例如，存儲器514可以配置成緩沖輸入數(shù)據(jù)以供處理器512處理。另外或替代地，存儲器514可以配置成存儲用于由處理器512執(zhí)行的指令。作為另一替代性方案，存儲器514可以包括可以響應于輸入傳感器和部件來存儲各種數(shù)據(jù)集的一個或多個數(shù)據(jù)庫。在存儲器514的內(nèi)容中，應用和/或指令可以被存儲以供處理器512執(zhí)行，以便執(zhí)行與各個應用/指令相關(guān)聯(lián)的功能。在一些情況下，應用可以包括用于提供輸入以控制轉(zhuǎn)向組件500的操作的指令，如本文所述。在一個示例性實施例中，存儲器514可以存儲指示atg基站的固定地理位置的固定位置信息。

處理電路510還可以配置成接收指示飛行中的飛機330的三維位置和定向的動態(tài)位置信息，以計算要基于飛行中的飛機330的動態(tài)位置施加(如果需要)的對側(cè)板元件400的定向的調(diào)整。因此，天線組件375可以被最佳地定位，用于與當前使用的相應的atg基站進行持續(xù)的通信。天線組件375還可以被最佳地定位以基于預計的將來的飛行中的飛機330位置和atg基站的已知位置來預期移交至下一個atg基站。

飛機天線的另一實施例可以是安裝在飛機上的長葉片，其中在葉片內(nèi)具有多個天線元件。多個元件被用于通常提供水平聚焦波束圖的波束成形。然而，通過使用長葉片設(shè)計，可以以更窄的水平(方位角)圖(相對于平板天線的圖)實現(xiàn)水平聚焦波束圖，以將增益聚焦到期望的基站并減少其它干擾方向的增益。葉片導致更寬的垂直天線圖(相對于平板天線)，這消除了在垂直方向上對波束轉(zhuǎn)向的需求以考慮俯仰或橫滾。更窄的水平圖與更寬的垂直圖相結(jié)合，提供比平板天線更小的干涉分布，因為較小的干涉“表面積”被天線圖捕獲。然而，維持一般的水平聚焦，并且基本避免來自飛機下方的地面通信層320的干擾。

采用上述參照圖1和圖2描述的楔形單元的架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)100及其對應的atg基站可以用于提供對與在廣袤的地理區(qū)域或甚至整個國家上空的飛機上的接收器通信的覆蓋。此外，使用這種架構(gòu)可以基本減少甚至最小化構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)100所需的atg基站的數(shù)量，因為可以在atg基站之間提供相對較大的距離。波束成形技術(shù)(其也可以被稱為波束導向技術(shù))和頻率重用可以用于進一步提高網(wǎng)絡(luò)100向多個目標提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)而不受干擾的能力。此外，通過在飛行中的飛機330上提供可移動的或可轉(zhuǎn)向的天線陣列(例如，天線陣列375)，特別是對于相對于在飛行中的飛機330下方直接(或幾乎直接)的傳輸而被屏蔽的陣列，或者是否則可配置為在水平線附近的任何地方具有較少的增益，atg基站和天線陣列375都可配置成避免在飛行中的飛機330下方的干擾。這可以允許例如可以是未許可的ism頻帶(例如，2.4ghz和/或5.8ghz)，或者甚至是在任何期望的頻率范圍的許可頻帶的頻譜重用。

如果來自地面發(fā)射器，例如基于地面的wifi發(fā)射器的機載干擾在要覆蓋的整個地理區(qū)域上相對較低，則可以預期圖1和圖2的網(wǎng)絡(luò)100的楔形架構(gòu)。即使地面發(fā)射器(例如，地面基站300)可以使用通過使用相同頻率而至少部分地定向為向上傳輸?shù)娜蛱炀€，1-2仍可以提供穩(wěn)健的且具有成本效益的覆蓋，而無需進一步修改。

如上所述，atg基站(350和355)可以采用波束成形(例如，經(jīng)由波束成形控制模塊，其可以采用固定基站位置的2d知識和關(guān)于飛行中的飛機330的位置信息的3d知識來輔助波束成形技術(shù)的應用)。類似地，可以在飛行中的飛機330的天線陣列375上采用波束成形和/或波束導向，以使用atg基站位置和飛機機動(例如，轉(zhuǎn)彎或俯仰和橫滾)的知識來將天線陣列375保持在當飛行中的飛機330機動時與atg基站通信的有利定向中。因此，天線陣列375可以響應于飛行中的飛機330的機動以補償方式被調(diào)整。所采用的補償可能涉及天線元件之間的切換，這些天線元件以相對于服務(wù)atg基站的位置和/或天線陣列375的傾斜的飛機的定向而被最佳定位，以將陣列保持在相對于陣列的聚焦區(qū)域的有利位置。

雖然未在本文中示出和描述atg網(wǎng)絡(luò)100的每一個可能的實施例的每一個元素，但是應當理解，飛機330上的通信設(shè)備可以通過atg網(wǎng)絡(luò)100耦合到任何一個或多個不同網(wǎng)絡(luò)中。就這方面而言，網(wǎng)絡(luò)能夠根據(jù)多個第一代(1g)、第二代(2g)，第三代(3g)、第四代(4g)和/或?qū)淼囊苿油ㄐ艆f(xié)議等中的任何一個或多個來支持通信。在一些情況下，支持的通信可以采用使用諸如2.4ghz或5.8ghz之類的未許可頻帶定義的通信鏈路。示例性實施例可以采用時分雙工(tdd)、頻分雙工(fdd)或用于實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)的雙向通信的任何其它合適的機制。

如上所述，在示例性實施例中，可以在網(wǎng)絡(luò)側(cè)或飛機側(cè)的任一者或兩者上的無線通信設(shè)備上采用波束成形控制模塊。此外，在一些實施例中，在飛機側(cè)接收的通信可以被分布到飛機上的設(shè)備(例如，諸如電話手機或經(jīng)由wifi路由器或其他無線接入點或飛機通信設(shè)備的ue)。在一些實施例中，從無線接入點分發(fā)的信息可以被提供給具有或不具有中間存儲器的乘客設(shè)備或其他飛機通信裝備。

在一個示例性實施例中，處理電路510可以配置成進行切換以選擇天線組件中的天線元件，以便與最佳或另外選擇的一個atg基站通信?？梢詧?zhí)行該切換以選擇平板元件中的特定天線元件(或扇區(qū))或者基于相對于飛行中的飛機330的所選擇的一個atg基站的位置在平板元件和/或其他天線元件(例如，葉片形天線)之間選擇。如上所述，可以使用遠程無線電頭430內(nèi)的交換設(shè)備或在另一位置來執(zhí)行切換。在一些實施例中，所選擇的特定天線元件可以另外或替代地電動地傾斜或以其他方式調(diào)整位置以響應于飛行中的飛機的機動來補償或穩(wěn)定特定的天線元件。因此，例如，處理電路510可以初始地接收指示飛行中的飛機330的動態(tài)位置信息的信息，其可以包括3d位置和/或定向信息(例如，俯仰和橫滾)和/或估計的未來位置。處理電路510可以確定第一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(例如，atg基站之一)相對于飛機的預期相對位置(例如，基于指示atg基站位置和動態(tài)位置信息的固定位置信息)。可以采用跟蹤算法來跟蹤動態(tài)位置變化和/或基于當前位置和速率以及運動方向計算未來位置(相對的或地理的)。在確定期望的相對位置之后，處理電路510可以配置成基于預期的相對位置來提供選擇天線元件以與聚焦區(qū)域中的第一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通信的指令。此后，可以通過天線元件(例如機械地或電氣地)的轉(zhuǎn)向來補償動態(tài)位置信息的任何改變，特別是與俯仰和橫滾有關(guān)的變化。

圖8示出了可以與如上所述的示例性實施例相關(guān)聯(lián)的一種方法的框圖。從技術(shù)角度來看，上述處理電路510可以用于支持圖8中描述的一些或全部操作。因此，圖7所述的平臺可以用于促進實現(xiàn)幾個基于計算機程序和/或網(wǎng)絡(luò)通信的交互。作為示例，圖8是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的方法和程序產(chǎn)品的流程圖。應當理解，流程圖的每個方框以及流程圖中的方框的組合可以通過諸如硬件、固件、處理器、電路和/或與包括一個或多個計算機程序指令的軟件的執(zhí)行相關(guān)聯(lián)的其他設(shè)備的各種手段來實現(xiàn)。例如，上述過程中的一個或多個可以由計算機程序指令實現(xiàn)。就這方面而言，實現(xiàn)上述過程的計算機程序指令可以由設(shè)備的存儲設(shè)備(例如，控制器505等)存儲并由設(shè)備中的處理器執(zhí)行。這些計算機程序指令可以加載到計算機或其他可編程設(shè)備上以制造一種機器，使得當該指令在計算機或其他可編程裝置上執(zhí)行時，創(chuàng)建出用于實現(xiàn)在流程圖方框或者步驟中指定的功能的裝置。這些計算機程序指令還可以存儲在計算機可讀存儲器中，其可以指導計算機或其它可編程裝置以特定方式起作用，從而使得存儲在計算機可讀存儲器中的指令產(chǎn)生實施流程圖方框或步驟中指定的功能的制品。計算機程序指令也可被加載到計算機或其他可編程設(shè)備上以使得一系列操作可在計算機或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行，從而產(chǎn)生計算機實現(xiàn)過程，使得在計算機或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行的指令實施在流程圖方框中指定的功能。

因此，流程圖方框支持用于執(zhí)行指定功能的裝置的組合和用于執(zhí)行指定功能的操作的組合。以及流程圖中方框或者步驟的組合可以由執(zhí)行指定功能或者步驟的、基于硬件的專用計算機系統(tǒng)來實現(xiàn)，或者由專用硬件和計算機指令的組合來實現(xiàn)。

就這方面而言，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的方法，如圖8所示，可以包括在操作800處確定atg基站相對于飛行中的飛機的預期相對位置?？梢曰谥甘撅w機位置的信息和指示atg基站的已知固定位置的信息來確定期望的相對位置。然而，在某些情況下，可以基于對來自atg基站的導頻信號或其他傳輸?shù)臋z測來發(fā)現(xiàn)atg基站位置。該方法還可以包括：基于操作810處的預期相對位置，選擇天線元件用于與atg基站通信。所選擇的天線元件可以是飛機上的天線組件的元件。天線組件可以包括傳輸和接收部件，并且可以包括葉片形天線、平板天線等。因此，所選擇的天線元件可以是特定的平板天線或葉片形天線，或者可以是平板天線的特定扇區(qū)。所選擇的天線元件可以基于測量或估計的信號強度或相對于飛機的聚焦區(qū)域內(nèi)的基站(例如，距水平線下方約15度的水平線)的其他因素來選擇。在操作820，可以接收對動態(tài)位置信息的改變的指示，并且該改變可以指示飛機的俯仰或橫滾中的至少一種變化。然后可以調(diào)整所選擇的天線元件(例如，通過機械或電傾斜)來補償在操作830處對動態(tài)位置信息的改變(例如，為了使所選擇的天線元件基本基于動態(tài)位置信息的變化而定向)。

在一個示例性實施例中，上述分層方法可以被增加以包括在atg通信層上方的附加層。atg通信層上方的層可以是高海拔服務(wù)層。高海拔服務(wù)層可以搭載高海拔服務(wù)飛行器，如無人機或能在高空飛行(或繞行)的其他裝置)。高海拔服務(wù)飛行器可能與接收來自atg基站(或衛(wèi)星)的通信信號的地面基站通信，并將這種通信轉(zhuǎn)發(fā)到飛行中的飛機上。然而，與飛行中的飛機通信的高海拔服務(wù)飛行器可能位于水平線附近。與水平線附近的高海拔服務(wù)飛行器的通信允許使用上述相同的垂直波束導向天線，除了垂直波束導向天線被轉(zhuǎn)向來將聚焦區(qū)域剛好保持在水平線上方以定位遠距離的高海拔服務(wù)飛行器，而非被轉(zhuǎn)向來將聚焦區(qū)域剛好保持在水平線下方。附加海拔高度可以延長可以被提供以給予連續(xù)覆蓋的服務(wù)站(例如，無人機和/或atg站)之間的間隔。因此，可以在人煙稀少的區(qū)域和/或海洋上提供覆蓋。

如圖9所示，圖3的網(wǎng)絡(luò)100可以在高海拔服務(wù)層910中設(shè)置有一個或多個高海拔服務(wù)飛行器900。高海拔服務(wù)層910可以在atg通信層335上方(例如，高于預定最大海拔高度340)延伸到包括低地球軌道和超出的高海拔高度。在一些示例中，作為高海拔服務(wù)飛行器900的無人機或氣球可以在50000ft至75000ft的海拔高度(或高于)盤旋或以其他方式操作。然而，應該注意的是，隨著飛機能力的改變，本文描述的特定示例性海拔高度可隨時間而改變。高海拔服務(wù)飛行器900可以經(jīng)由atg鏈路920與atg基站(350和355)通信，經(jīng)由飛機鏈路930與飛行中的飛機330通信和/或經(jīng)由衛(wèi)星鏈路940與衛(wèi)星通信。因此，可以使高海拔服務(wù)飛行器900能夠在廣闊的通信環(huán)境中為飛行中的飛機330提供服務(wù)。

因此，可以在通過atg基站的覆蓋區(qū)域和具有如本文所述的重疊覆蓋區(qū)域的高海拔服務(wù)飛行器之間時提供飛行中的飛機330上的接收器的不間斷移交。當天線組件375在包括高海拔服務(wù)層910的網(wǎng)絡(luò)中使用時，其可以配置成將能量聚焦在從水平線到水平線上方約10或15度的區(qū)域(從飛行中的飛機330的角度來看)以與高海拔服務(wù)飛行器900通信。此外，天線組件375可以被垂直轉(zhuǎn)向以基于信號強度或與在atg基站和高海拔服務(wù)飛行器之間管理的移交的切換相關(guān)聯(lián)的其他這樣的因素，切換atg基站或高海拔服務(wù)飛行器之間提供的服務(wù)(或反之亦然)。高海拔服務(wù)飛行器900還可以包括朝向水平線聚焦的天線(例如，聚焦從水平線到水平線下方約10或15度的區(qū)域的能量(從高海拔服務(wù)飛行器900的角度))，并且服務(wù)飛行器天線組件也可以垂直地轉(zhuǎn)向以使高海拔服務(wù)飛行器900以與飛行中的飛機330的天線組件375可轉(zhuǎn)向的相同方式拐彎或側(cè)傾(如上所述)。因此，高海拔服務(wù)飛行器900還可以使用水平聚焦的天線組件來與飛機、其他無人機和/或地面通信。此外，可以將相同的頻率用于這些鏈路中的每一個，并且如果用于這種通信的波束可轉(zhuǎn)向(例如，采用空間濾波和垂直波束導向)以基本平行于地球表面延伸，并避免干擾地面通信層320中的通信，那么這種頻率也可以是地面通信層320中使用的相同的頻率。然而，在某些情況下，高海拔服務(wù)飛行器900可以使用第一頻率與飛機和地面基站通信，并且飛機(不使用高海拔服務(wù)飛行器900進行連接)可以使用第二頻率進行飛機到地和地到地的通信。

采用高海拔服務(wù)層910可以有效地創(chuàng)建夾層網(wǎng)布架構(gòu)。高海拔服務(wù)飛行器900可以連接到其他高海拔服務(wù)飛行器，以提供gb/s無線回程網(wǎng)絡(luò)，該gb/s無線回程網(wǎng)絡(luò)只能選擇性地接觸或訪問少數(shù)地方的地面基站或衛(wèi)星。因此，高海拔服務(wù)飛行器900通?？赡茉谔鞖猸h(huán)境上方，并且可以選擇性地在具有良好天氣的區(qū)域中與地面進行連接，以最小化天氣對以較高頻率(無論是rf還是光學)通信的負面影響。此外，在高海拔高度處，通過物理學，使用自由空間光學器件或高頻rf可以更有效地進一步增強網(wǎng)絡(luò)性能。同時，飛行中的飛機330的天線組件375可轉(zhuǎn)向與水平線呈+/-10至15度，以選擇性地與atg基站(350和355)和其他飛行中的飛機330和/或與高海拔服務(wù)飛行器900通信。

作為圖5的架構(gòu)的替代性方案，其中提供單獨的接收和傳輸元件，一些實施例可以采用通過采用雙工來處理傳輸和接收功能的單個可轉(zhuǎn)向天線元件(或平板)。通過采用能夠處理傳輸和接收功能的天線元件，可以減少所使用的天線元件的尺寸、重量、數(shù)量和成本。也可采用最大比組合。采用全雙工，接收器過濾對于允許信號進行區(qū)分是很重要的。因此可以采用baw濾波器、串聯(lián)式空腔濾波器或baw雙工器。對于這種全雙工解決方案，baw雙工器可能是相對簡單的選擇。

圖10示出了根據(jù)第一選擇的全雙工無線電架構(gòu)。就這方面而言，圖10示出了在一些實施例中可以提供的相對長的葉片形天線1000的架構(gòu)。天線1000可以包括可以向巴特勒組合器(butlercombiner)1020提供信號的一個或多個元件1010(例如，在某些情況下為10個)，其可以可操作地耦合到多極擲開關(guān)1030(例如，十極開關(guān))。開關(guān)1030可以可操作地耦合到循環(huán)器1040。循環(huán)器1040可以隔離端口之間的信號，使得端口1上的信號進入端口2，端口2上的信號進入端口3等。循環(huán)器1040可以提供多達18db的端口到端口隔離，相對低的插入損耗為0.6db。循環(huán)器1040可以經(jīng)由低噪聲放大器(lna)1054和開關(guān)1058可操作地耦合到接收濾波器1050并且最終耦合到接收器電路1060。在該架構(gòu)中，接收濾波器1050位于lna1054的前面，用于增強的接收器過載保護(例如，對于在-34dbm的lna輸入處的傳輸信號電平，總體噪聲系數(shù)可以為7.9db)。圖11示出了根據(jù)第二選擇的全雙工無線電架構(gòu)。

圖11示出了根據(jù)第一選擇的全雙工無線電架構(gòu)。就這方面而言，圖11示出了在一些實施例中可以提供的相對長的葉片形天線1100的架構(gòu)。天線1000可以包括可以向巴特勒組合器1020提供信號的一個或多個元件1010(例如，在某些情況下為10)，其可以可操作地耦合到多極擲開關(guān)1030(例如，十極開關(guān))。開關(guān)1130可以可操作地耦合到循環(huán)器1140。循環(huán)器1140可以隔離端口之間的信號，使得端口1上的信號進入端口2，端口2上的信號進入端口3等。循環(huán)器1140可以提供高達18db的端口到端口隔離，相對低插入損耗為0.6db，如上所述。然而，在該示例中，在接收過濾器1150之前提供lna1154。然后，接收濾波器1150經(jīng)由開關(guān)1158可操作地耦合到接收器電路1160。在這種架構(gòu)中，接收濾波器1150針對降低噪聲系數(shù)而位于lna1154之后，但針對較高傳輸信號電平而位于lna1154處(例如，對于在+6dbm的lna輸入處的傳輸信號電平，總噪聲系數(shù)可以為6.1db)。循環(huán)器1140還通過開關(guān)1172、空腔濾波器1180和功率放大器1190可操作地耦合到發(fā)射器電路1170。在一些替代實施例中，圖10或圖11的架構(gòu)可以被復制，將兩個雙工器件代替每個圖中的循環(huán)器以作為替代方法。

本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員將會想到本發(fā)明的許多修改和其它實施例具有前述描述和相關(guān)附圖中呈現(xiàn)的教導的益處。因此應該理解，本發(fā)明并不局限于所公開的示范性實施例，還包括符合所附權(quán)利要求范圍的修改和其他實施例。另外，盡管上述描述和相關(guān)附圖在元件和/或功能的某些示例性組合的上下文中描述了示例性實施例，但是應當理解，可以通過替代實施例提供元件和/或功能的不同組合而不脫離所附權(quán)利要求的范圍。就這方面而言，例如，除了上述明確描述的元件和/或功能之外，元件和/或功能的不同組合也被設(shè)想為可以在所附權(quán)利要求的一些中闡述。在這里描述問題的優(yōu)點、益處或解決方案的情況下，應當理解，這些優(yōu)點、益處和/或解決方案可以應用于一些示例性實施例，但不一定適用于所有示例性實施例。因此，本文描述的任何優(yōu)點、益處或解決方案不應被認為是所有實施例或本文所要求保護的關(guān)鍵、必需或必要的。雖然在此采用了一些特定的詞語，但是它們只是用于一般意義上的說明而不是用于限制目的。