[发明专利]通信网络和维持连接的方法

说明书

公开了一种用于维持移动用户装备到核心网络的连接的方法和一种通信网络。所述方法包括以下步骤：在第一位置的用户装备和多个飞行器之间提供多信道通信链路；确定用户装备正在移动，由此可能发生经由多信道通信链路的连接性的丢失；和随后，经由切换步骤，将用户装备和核心网络之间的通信从经由多信道通信链路的通信转移到经由相应飞行器提供的单信道通信链路的通信。

本发明涉及通信网络和用户装备与飞行器之间的无线通信方法。特别地，但不排他地，本发明涉及从高空平台(HAP)提供高速宽带服务，其中当可能发生连接性丢失时，移动用户装备与核心网络之间的连接是通过经由切换步骤将用户装备与核心网络之间的通信从经由提供相对窄的小区覆盖区域的多信道通信链路的通信转移到经由提供相对宽小区覆盖区域的单信道通信链路的通信来维持的。

多年来一直提出使用飞行器来提供无线通信。已经提出了各种类型的飞行器，诸如系留气球或有人控制航空器或无人控制航空器。高空平台(HAP)已经作为一种类型的飞行器被提出。特别地，多年来现在在现有技术中已经讨论了从HAP提供高速宽带服务。各个作者已经讨论了部署在大约15到22km海拔的平流层中的HAP如何可以在地面蜂窝网络和基于卫星的系统之间实现卓越的权衡。与地面系统相比，HAP具有如下优点：它们能够覆盖显著更大范围的视距(LoS)通信链路，但不受到基于卫星的系统通常提供的容量和传播延迟限制。例如，地球静止卫星定位得距离地球的表面是HAP距离地球的表面的大约1800倍。

需要无线网络通过高效的频谱使用，在有限的带宽内递送高聚合数据速率。实现此的一个方式是在每个HAP上使用定向天线。例如，已经提出了诸如移动电话、平板设备或膝上型计算机或其他此类用户设备之类的用户装备可以与许多配备有定向天线(诸如喇叭或多元件相控阵列天线)的HAP无线通信。这些天线可以用于形成朝向地面的波束，从而照射用户装备可以感知为常规地面小区的“小区”。与基于非飞行器的通信网络相比，该方法的优点是，由HAP创建的小区的位置和密度是动态可控的，并且不涉及对地面上的基础设施的改变。

对基于HAP的无线网络的无线频谱的空间复用的限制，以及从而对其容量的限制在于安装在HAP上的天线的方向性受到其孔径大小限制。安装在HAP上的天线的物理大小和重量受到考虑之中的任何HAP的有效载荷要求严重限制。

Grace等人的“Improving the system capacity ofbroadband services usingmultiple high-altitude platforms”(IEEE Transactions on WirelessCommunications,vol.4,no.3,pp.700-709,2005年3月)已经提出了通过使用多个HAP照射同一区域来克服通过使用单个HAP天线波束宽度所强加的限制，并且因此提升该区域中的宽带容量的思想。在所提出的解决方案中，用户天线的方向性是关键组件。假设用户节点是静态的，具有例如盘子的高度定向的天线，使得他们能够在天空中不同HAP之间进行区分。然而，在用户设备定向不足以能够将窄波束指向其上方平流层中的单独HAP的场景中，该方法无法实现任何容量增益。例如，当需要HAP提供到常规蜂窝网络用户装备(即，其天线的方向性可忽略的移动电话)的连接性时，该方法不可使用。

GB2536015提出了用于克服安装在HAP上的天线大小所强加的空间频谱重用限制的方式。GB2536015讨论了使用所谓的多个HAP的星座来执行协作波束成形。在GB2536015中，间隔开几公里的多个HAP调整去往/来自特定用户装备的信号的相位，使得信号的所有副本同相到达接收机。这产生了功率增益，这是由于去往/来自每个HAP的多个信号的相干添加。作为大型、高度稀疏的相控阵列天线，该方法有效地起作用。因此，由几个HAP形成的可感知的“有效天线”跨越几公里。这允许HAP的星座在期望的位置创建窄的小区。然而，为了能够创建这样窄的小区，必须首先以非常高的准确程度准确地确定波束将被聚焦的任何用户装备的位置。这本身是复杂的问题，当用户装备是移动的时，使该问题变得更复杂。