[发明专利]通过蜂窝基站塔与飞机通信的布置、系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2005年5月18日提交的美国临时申请号60/682,055的权益，其公开内容通过引用结合于本文。

背景技术

本发明涉及无线电通信。更具体且不以限制的方式来说，本发明针对一种用于通过蜂窝基站塔与飞机通信的系统和方法。

为了空中交通控制通信，飞行中的民航客机采用无线电频谱的116-174MHz区域的窄带信道与地面站通信。还在800-900MHz区域中上行频带和下行频带的每个频带中对飞机分配2-MHz频谱段，以便将对地面通信网络访问延伸到飞行中的乘客。下行频带已被用于经由座位背后电话向乘客舱提供电话服务。

在相关领域中，对美国的蜂窝通信网络分配更宽的频谱段来用于与移动台的通信。例如，对1900-MHz频带中工作的蜂窝通信网络在上行和下行方向上都分配60-MHz频谱段。现代蜂窝通信网络正在升级到更高的数据速率，以便向移动订户提供因特网通信和其他所说的多媒体通信。因特网是已经成为与电话一样无处不在且更偏向于使用远比电话高的带宽的媒体。这种宽带服务对于与飞机的通信并不可用，因为在目前分配给地面至空中交通的2-MHz频谱段内无法令人满意地提供这些服务。

图1A是图示现有蜂窝基站塔的水平辐射方向图的典型天线辐射方向图的俯视图。在图示的配置中，位于中央的扇区化天线在小区的扇区A、扇区B和扇区C中发射和接收RF信号，其中扇区A、扇区B和扇区C定义了基站的服务区。在水平平面中，三个独立天线阵列的每一个天线阵列覆盖相关联的120°方位角扇区。水平波束形状通常选为在+/-60°扇区边缘距主波瓣的峰值约为-12dB，因为在该方向上仅需要最大范围的一半。-3dB的波束宽度约为+/-30°，这与用于覆盖60°扇区的相同或相似。

图1B是图示图1A的现有蜂窝基站塔中扇区A的垂直辐射方向图的典型天线辐射方向图的侧视图。虽然未图示，但是在垂直平面中其他扇区中的垂直辐射方向图以相似的方式布置。每个天线扇区的辐射方向图形成为水平定向的波瓣。在垂直平面中，波束宽度通常较窄，因为覆盖非地面级的站很少有任何要求。在一些小区中，天线方向图可能少量(例如5°)向下倾斜，具体取决于塔的高度、小区大小和地形。蜂窝基站天线的典型方向性增益是18dBI，它可以包括水平平面中的6(即8dB)方向性系数和垂直平面中的10(即10dB)的系数。垂直平面中的10dB增益可以包括每个天线单元的4dB垂直方向性增益和由于共相位四个此类单元所产生的6dB阵列增益。

因此现有蜂窝基站塔的垂直辐射方向图是为了与地面或建筑物里的移动电话通信而进行优化的。辐射方向图提供不够与飞行中的飞机通信所需的较高仰角处的增益。

期望向飞行中的飞机提供宽带通信以便提供多种多媒体服务。具有一种用于向飞机提供宽带通信服务而无需更多无线电频谱以及无需与基于地面的订户相干扰的天线布置、系统和方法将会是有利的。本发明提供了这种布置、系统和方法。

发明内容

本发明在蜂窝基站塔上提供一种新的天线连接，用于按从水平平面向上的角度发送或接收信号以便与处于巡航高度的飞机通信，同时不与使用相同频率的地面用户相干扰。以此方式，可以再利用蜂窝频带来向飞机传送信息以及从飞机传送信息，并且可以向飞机以及向其中机载的订户提供宽带多媒体服务。

因此，在一个方面中，本发明针对蜂窝基站中的一种天线布置，该天线布置用于在基站与服务小区内运行中的基于地面的移动订户之间以及基站与飞行通过服务小区的飞机之间发送和接收信号。该天线布置包括用于生成水平天线波束的部件，通过上述水平天线波束在基站和基于地面的订户之间发送和接收信号；以及用于生成有仰角的天线波束(elevated antenna beam)，通过上述有仰角的天线波束在基站与飞机之间发送和接收信号。

在另一个方面中，本发明针对蜂窝基站中的一种天线布置，该天线布置用于在基站与飞机之间发送和接收信号。天线布置包括垂直定向的天线单元阵列；以及连接到每个天线单元的馈线布置，用于向天线单元馈送逐渐相位延迟的信号，由此生成向上朝向飞机的有仰角的天线波束。