通过蜂窝基站塔与飞机通信的布置、系统和方法

专利名称：通过蜂窝基站塔与飞机通信的布置、系统和方法
通过蜂窝基站塔与飞机通信的布置、系统和方法 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 116-174 MHz区域的窄带信道与地面站通信。还在800-900 MHz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论提供电话服务。
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8 dB)方向性系数和垂直平面中的10 (即 IO犯)的系数。垂直平面中的IO犯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々某体服务。 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々某体服务。
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。
在再一个方面中，本发明针对蜂窝基站中的一种方法，该方法 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，其中基站包括 具有垂直定向的天线单元阵列的天线布置。该方法包括利用垂直定 向的天线单元阵列生成用于在基站与基于地面的订户之间发送和接 收信号的水平天线波束；以及利用垂直定向的天线单元阵列生成用 于在基站与飞机之间发送和接收信号的有仰角的天线波束；
在再一个方面中，本发明针对蜂窝基站中的一种方法，该方法 用于在基站与飞机之间发送和接收信号。该方法包括如下步骤使 多个天线单元定向成垂直阵列；将馈线布置连接到每个天线单元； 以及向天线单元馈送逐渐相位延迟的信号，由此生成向上定向飞机 的有仰角的天线波束。
在再一个方面中，本发明针对一种蜂窝通信系统，该蜂窝通信 系统用于与处于服务区内的基于地面的移动订户通信以及与飞行通 过服务区的飞机通信。该服务区设有多个按一定间距设置的基于地
面的天线塔，每个天线塔服务于服务区内的一个小区。该系统包括
用于从通信网络向多个天线塔发送通信裣号的部件；以及设在天线 塔的至少其中一个天线塔的天线布置。该天线布置包括用于生成用 于与基于地面的订户通信的在方位角上隔开(spaced)的水平天线波束 的部件；以及用于生成在垂直平面中与飞机通信所用的水平天线波 束分离的在方位角上隔开的有仰角的天线波束的部件。
在再一个方面中，本发明针对一种蜂窝通信系统，该蜂窝通信 系统用于与处于小区内的基于地面的移动订户通信以及与飞行通过 小区的飞机通信。该系统包括基于地面的基站，该基站包括用于生 成用于与飞机通信的有仰角的天线波束的天线布置；飞机上用于与 基于地面的基站通信的收发器；以及连接到该收发器的用于与飞机 上的便携式通信设备通信的微蜂窝基站。


在下面段落中，将参考附示的示范实施例来描述本发明， 其中
图1A (现有技术)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1B (现有技术)是图示现有蜂窝基站塔的一个扇区的垂直辐 射方向图的典型天线辐射方向图的側视图2是图示本发明中适用于实现零度的辐射方向图的示范垂直 共线阵列的侧视图3是图示本发明中适用于实现仰角30。的辐射方向图的示范垂 直共线天线阵列的侧视图4是图示蜂窝基站塔与处于巡航高度的飞机之间通信的几何 关系的示意图5是图示本发明中适用于同时提供用于不同信号的水平波束 和仰角30。的波束的垂直共线阵列的第 一示范实施例的侧视图； 图6是图示本发明中适用于同时提供用于不同信号的水平波束 和仰角30。的波束的垂直共线阵列的第二示范实施例的侧视图7是图示将本发明与欧洲电信标准协会的GSM标准结合使用 时的智能频率再利用计划的示意图；以及
图8是本发明的系统的实施例的简化框图。
具体实施例方式
本发明在蜂窝基站塔上提供一种新的天线配置，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，可以将蜂窝 频带再利用于向飞机传送信息和从飞机传送信息。该信息可以包括 空中交通控制(ATC)信息、用于机载蜂窝订户的信息或诸如来自飞 机上的安全性设备和网络摄像头(webcam)的视频信号的其他宽带 多媒体信息。在一个实施例中，专用于为飞机服务的基站塔只生成 向上定向的波瓣。在另一个实施例中，基站塔同时生成用于地面通 信的水平波瓣和用于飞机通信的向上波瓣。向上波瓣可以在水平平 面中具有空值，以便减少与从相同基站产生的地面通信相干扰。
图2是图示本发明中适用于实现零度的辐射方向图的示范垂直 共线阵列10的侧视图。将四个垂直偶极子(lla-lld)设在反射器12 前面。在没有反射器的情况下，天线的水平辐射方向图将是全向的。 通过选择偶极子与反射器的距离，并较'J、程度地选择反射器宽度， 可以将水平辐射方向图设计为辐射120。的水平扇区。通常，扇区覆 盖所期望的水平辐射方向图在+/- 30。处距峰值辐射约为-2.5dB以及在 +/-60°处距峰值辐射约为-12(18。
垂直辐射方向图是因存在反射器而被修改的偶极子垂直辐射方 向图与阵列系数的组合。该阵列系数增强了当通过适合的馈线布置 同相连接这些偶极子时零度仰角处的辐射方向图。例如，馈线13可 以将这些偶极子连接到按半波长(X/2 )间距设置的抽头(tap ) 14a-14d。
馈线通过反接备选偶极子来补偿半波长线的180°相移，以便将它们 同相连接。该馈线布置仅是示范性的，而许多其他布置也是可能的， 例如将相邻元件对连接到一个共用馈电点，然后将每对的公用馈电 点连接到一个共用馈电点。
图2仅是示范性的，而可以釆用许多其他类型的天线单元，例 如贴片天线、缝隙天线或折叠偶极天线，并且可以采用许多不同的 馈线布置，包括同轴电缆或架空线路、耦合器或混合布置。此外， 也不一定要将天线单元同相馈送。如果向上移动逐渐相位延迟地对 它们馈送，则结果将是向上倾斜的垂直辐射方向图。可以通过将整 个天线向下倾斜来补偿这种向上倾斜，以使辐射的峰值再次位于零 度仰角处。
图3是图示本发明中适用于实现仰角30。的辐射方向图的示范垂 直共线阵列20的侧视图。在此实施例中的馈线布置向偶极子lla-lld 馈送逐渐90。相位延迟的信号，产生按30。向上倾斜的辐射方向图。 以远比空中交通通信系统所需的程度更密集的间隔设置蜂窝基站 塔。因此，假定朝向飞机的仰角大于30。'的情况下，与高空飞机最接 近的蜂窝基站塔一般在15公里左右内。可以通过例如按四分之一波 长(A74)间隔而非半波长间隔将馈线13分接来产生90。相位前进。 还可以在本发明范围内采用以期望的相位对偶极子馈送的其他布 置。
假设按半波长隔开这些偶极子，向上30。的辐射从每个逐渐降低 的偶极子必须多通过四分之一波长，由此通过馈线的四分之一波长 递减来补偿它接收它的驱动信号。因此，给定该有仰角的阵列方向 图的峰值情况下，从所有偶极子，30。向上方向的辐射都是同相的。 而且从阵列的辐射在零度仰角下为零。可以通过按如下表示辐射的 信号来看出这一点
S，
-jS ( 90°延迟)，
-S (180°延迟)，以及 jS ( 270°延迟)。
应该注意在水平方向上它们相加为零。因此，以此方式发送的 信号达到适合地位于水平平面上方的接收器(例如飞行中的飞机)， 同时在水平平面中的接收器(例如地面的蜂窝电话)处基本被衰减 掉。对于从图2的阵列辐射的信号，相反的道理也是成立的，它基 于相同的原因，在30。仰角处具有空值。因此，从图2的阵列辐射的 信号将达到地面上的蜂窝电话，而在水平平面上方的接收器、具体 为30。仰角处的接收器处基本衰减掉。
天线设计领域的技术人员将认识到，可以采用其他单元间隔、 单元的数量和相位设计来产生按其他角度向上倾斜的波束，而在水 平平面上仍具有零辐射或大大降低的辐射。同样地，可以将在水平 平面中的具有峰值的天线阵列设计为在期望的仰角处具有空值。
图4是图示蜂窝基站塔21和22与处于巡航高度的飞机23之间 通信的几何关系的示意图。可以看到，当塔-A 21和塔-B 22间隔20 公里，飞机在10公里的巡航高度处时，飞机总是距任何一个塔在约 26。仰角以上。商务客机仅在起飞或着陆期间大大地低于巡航高度， 在此情况中它在机场的滑行跑道内。因为机场也是为乘客便利提供 小区地点的合理地方，机场的蜂窝基站塔可以设计为提供按15。滑行 跑道角度向上倾斜且辐射出机场的波束。这确保了即使在起飞和降 落期间，当飞机基本低于巡航高度时，有飞机可以与之通信的适合 的蜂窝基站塔。
图5是图示本发明中适用于同时提供水平波束和仰角30。的波束 的垂直共线阵列30的第一示范实施例的侧视图。此外， 一个波束的 辐射峰值对应另一个波束中的空值，且反之亦然， 一种称为"正交 波束"的特性。
框31和32是180。混合连接，本文是以架空线路形式图示的。 混合连接具有两个输入和两个输出。进入两个输入的第 一输入的信
号同相地在多个输出之间被分割(divided),而进入两个输入的第二 输入的信号反相地分割到输出。在架空线路形式中，这通过将四个 四分之一波长臂(arm )中的 一个的线路反向交叉(reversing crossover) 形成Moebius回路来实现。这种装置也已经利用同轴电缆构建，其 中在一个臂中内导体与外导体反向来实现大约相同的结果。
使用混合连接31来对天线单元llb和lld馈送，可以同相地(为 水平波束所需)或异相地(为向上倾斜波束所需)驱动这些单元。 混合连接32对天线单元lla和llc执行相同的功能。信号S2经由相 等长度的馈线33同相地施加到两个同相混合连接输入，使得信号S2 同相地在所有四个天线单元之间分割，从而创建水平波束。另一方 面，在馈线34中通过额外四分之一波长相对于混合31将信号Sl按 90°延迟施加到混合32。以此方式，4安信号Sl要经由向上倾斜的波 束发送或接收所需的，从上到下利用0。、 90°、 180°和270。的逐渐相 位延迟将信号S2在四个天线单元之间分支。
可以连接信号端口 Sl和S2以将发射器-接收器设备分开，以便 使用水平波束与蜂窝电话的通信可以与使用向上倾斜的波束对飞机 的通信同时提供。蜂窝设备可以是任何标准类型的，如符合IS95或 WCDMA UMT-2000 (3G)标准，或符合GSM标准或其他适合的标 准。
图6是图示本发明中适用于同时提供水平波束和仰角30°的波束 的垂直共线阵列40的第二示范实施例的侧视图。在此实施例中，可 以利用正交-3犯分离器(定向耦合器35)来替代图5的90°定相线。 定向耦合器提供两个端口 Sla和Slb，它们分别对应于与0°、 90°、 180。 、270。的定相对应的向上倾斜的波束和与0° 、-卯°、國180°、國270° 的定相对应的向下倾斜的镜像波束。向下倾斜的波束仍在水平平面 中具有空值，所以除非是非常靠近基站塔的地方发送的，否则不会 对蜂窝信号强响应。向下倾斜的波束拾取从地面反射的飞机传输。 这些信号的相位将是未知的，但是在分集组合接收器中可以利用接
收到的能量。在靠近水的地方，水提供优良的反射面，所以这些反
射的信号可以与直接的波一样强，因此在信干比方面提供3dB的改 主口 。
在CDMA的情况中，CDMA以能够在所有小区中重复利用相同 的频谱而闻名，向上波束和水平波束可以使用相同的频谱。在传输 时，只需确保从每个波束发射的总功率是相似的，以便接收器处由 非期望的波束对期望的波束的干扰仅按两个阵列方向图的比例呈 示，这样总是能足够确保可忽略的互相干扰。存在从辐射的地面物 体反向散射而导致来自水平辐射的信号对飞机接收器的附加干扰， 但是这种干扰因CDMA的特性而被容忍。
图7是图示将本发明与欧洲电信标准协会的GSM/EDGE标准结 合使用时的智能频率重复使用面的示意图。GSM传输对于每个信号 利用比CDMA少的频语，但是要求较高的期望信号对非期望信号的 比例，因此并不尝试在每个小区中重复使用相同的频谱。它们对反 向散射的干扰的容忍可能也不高。为了减轻后一种标准，可以实施 相对于三个向上倾斜的扇区智能地选择三个水平扇区中使用的频率。
用于三个地面覆盖扇区的多组不同频率信道集的使用通过标号 fl、 f2和f3来图示。fl表示的一组信道用于扇区中的向上定向的波 束41a,其中地面波束41b使用f2信道组。同样地，向上的波束42a 使用f2信道组，其下在扇区42b中地面使用f3信道组。向上的波束 43a使用f3信道組，其下为fl的地面波束43b。以此方式，将飞机 和地面通信对相同频率的使用在方位角和仰角方面进行分离。此外， 还可以构造这三个频率组的第三种循环置换以用于仰角比波束41a、 42a和43a高的另一组波束。该组波束可以利用来对较靠近基站塔 的飞机提供服务。
原理上，可以将零到90°仰角的垂直波束空间分成任何数量波 束层，在釆用CDMA信号波形的情况中它们全部使用相同的频谱，
或者，使用120°方位角扇区频谱分配的置换，使得相同仰角处方位 角或相同方位角处的仰角中相邻的波束不使用相同的频谱。这提供 波束-空间分离，以实现重复使用相同频率信道以便在目标接收器 处维持较高的期望信号强度对非期望信号强度之比的实例。
本发明可以包括用于跟踪飞机并指定它们经由最接近或最适合 的一个或多个蜂窝基站塔来工作的控制网络。例如，可以指定飞机 经由提供最高质量信号的基站塔来工作。如果飞机太靠近某个塔， 则仰角可能太大。因此，该控制网络可以指定较远的基站塔以便将 飞机置于仰角波束内。
本发明还可以包功率控制系统，该功率控制系统工作以确Y呆 地面发射器和飞机发射器都使用刚好足以在飞机与最近的基站塔之 间达到的功率，从而避免与可能为不同飞机正在使用相同频率的多 个基站塔相千扰或基本避免与可能正在接收非期望的飞机信号而成 为与它们的水平地面蜂窝天线波瓣的干扰的多个不同基站塔相干 扰。
与在蜂窝通信网络中 一样，该控制网络包括用于在飞机移动通 过网络时指定不同基站塔的切换系统。在一个实施例中，从基站塔 向飞机与从基站塔向地面用户使用相同的发射功率，由此确保对于 每个目标接收器，通过目标天线的主波瓣增益对其他波瓣的侧瓣电 平之比来确定期望的信号强度对非期望的信号强度之比。公知为 UMT-2000的第三代蜂窝系统采用宽带pDMA (WCDMA)，是优选 的传输技术，以便平衡现有技术的使用。
在另一个实施例中，可以将不同蜂窝网络连接到相同的基站。 一个蜂窝网络可以通过本发明的天线阵列形成的水平天线波束为基 于地面的订户提供服务。另一个蜂窝网络可以通过本发明的天线阵 列形成的有仰角的天线波束为机载订户提供服务。
图8是本发明的系统的另一个实施例的筒化框图。空中交通控 制(ATC)网络51向基站52提供ATC信息。同样地，蜂窝电信网
络53向基站提供电话和宽带多媒体信息。复用器/解复用器(MUX) 54将信息复用，基站使用本发明的天线配置将复用的信息传输到飞 机55。
来自基站的无线电信号优选地被外部天线56接收到，外部天线 56可以安装在飞机55表层，使得信号特性比天线在乘客机艙的便携 式乘客装置57的情况更易于预测。机载收发器58接收信号，并将 它们发送到编解码器59,编解码器59可以将数据流中的ATC信息 和蜂窝信息解码。编解码器就可以采用与座舱仪器61兼容的格式记 录ATC信息。该编解码器可以采用与便携式乘客设备57兼容的格式 将信息重新编码。然后将重新编码的信息流发送到MUX62,由MUX 62将ATC信息与蜂窝信息分离。将ATC信息发送到座抢仪器61, 同时将蜂窝信息发送到机上中继器或转发器63，以用于在飞机内再 传输。
基站52可以利用例如高速下行分组访问(HSDPA)信号将信号 传输到飞机55。在编解码器59重新编码之后，机上转发器63使用 另 一个或相似的WCDMA协议、GSM或EDGE协议或蓝牙或802,11 协议来将蜂窝信息再传输。以此方式，可以在飞机内将服务提供到 基本与任何标准相符的乘客设备57。同样地，机上转发器从乘客设 备和/或机载安全性设备(例如网络摄像头64)接收反向传输。通过 飞机至地面链路将该反向传输与ATC信息和安全性传输一起重新编 码并复用。因此，空中至地面链路可以视为提供用于机栽微小区基 站的返程通信。
应该注意本发明还可以直接与机上乘客设备57通信而不使用机 上转发器或中继装置63。但是，由于标准多样性和乘客设备的性能 方面的原因，使用转发器应该提供更好的性能和灵活性。
正如本领域技术人员将认识到的，可以在广泛的应用范围上对
本申请中描述的发明概念及性能进行修改和改变。因此，专利的主 题范围不应限于上文论述的特定示范技术，而是由所附权利要求来定义。
权利要求
1.一种在蜂窝基站中用于在所述基站与服务小区内工作的基于地面的移动订户之间以及在所述基站与飞行通过所述服务小区的飞机之间发送和接收信号的天线布置，所述天线布置包括用于生成水平天线波束的部件，通过所述水平天线波束在所述基站和所述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的部件，通过所述有仰角的天线波束在所述基站与所述飞机之间发送和接收信号。
2. 如权利要求1所述的天线布置，其特征在于，所述有仰角的 天线波束在仰角上与所述水平天线波束足够分离，以消除这两个波 束之间的相互干扰。
3. 如权利要求2所述的天线布置，其特征在于，将所述水平天 线波束的峰值指向零度仰角，将所述有仰角的天线波束的峰值指向30 度仰角。
4. 如权利要求2所述的天线布置，其特征在于，在所述水平天 线波束和所述有仰角的天线波束中使用相同的频谱。
5. —种在蜂窝基站中用于在所述基站与飞行通过所述基站服务 的小区的飞机之间发送和接收信号的天线布置，所述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，用于向所述天线单元馈送逐 渐相位延迟的信号，由此生成向上定向飞机的有仰角的天线波束。
6. 如权利要求5所述的天线布置，其特征在于，所述馈线布置 向所述天线单元逐渐馈送90度相位延迟的信号，从最下方天线单元 开始向上推移，由此生成向上指向30度的有仰角的天线波束。
7. —种在蜂窝基站中用于在所述基站与服务小区内工作的基于 地面的移动订户之间以及在所述基站与飞行通过所述服务小区的飞机之间发送和接收信号的方法，其中所述基站包括具有垂直定向的天线单元阵列，所述方法包括利用所述垂直定向的天线单元阵列生成水平天线波束，通过所 述水平天线波束在所迷基站和所述基于地面的订户之间发送和接收 信号；以及
8. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述有仰角的天线 波束在仰角上与所述水平天线波束足够分离，以消除这两个波束之 间的相互干扰。
9. 如权利要求8所述的方法，其特征在于， 所述生成水平天线波束的步骤包括生成峰值指向零度仰角的水平天线波束；以及所述生成有仰角的天线波束的步骤包括生成峰值指向30度仰角 的有仰角的天线波束。
10. 如权利要求8所迷的方法，其特征在于，在所述水平天线波 束和所述有仰角的天线波束中^f吏用相同的频谱。
11. 一种在蜂窝基站中用于在所述基站与飞行通过所述基站服务 的小区的飞机之间发送和接收信号的方法，所述方法包括 将多个天线单元定向成垂直阵列； 将馈线布置连接到每个天线单元；以及向所述天线单元馈送逐渐相位延迟的信号，由此生成向上定向 飞机的有仰角的天线波束。
12. —种用于与设在服务区内的基于地面的移动订户通信以及与 飞行通过所述服务区的飞机通信的蜂窝通信系统，其中所述服务区 设有多个按一定间距隔开的基于地面的天线塔，所述天线塔的每个 天线塔服务于所述服务区内的一个小区，所迷系统包括用于从通信网络向所述多个天线塔发送通信信号的部件；以及 设在所述天线塔的至少其中一个天线塔上的天线布置，所述天 线布置包括用于生成用于与基于地面的订户通信的在方位角上隔开的 水平天线波束的部件；以及用于生成与飞机通信所用的在垂直平面中与所述水平天线 波束分离的在方位角上隔开的有仰角的天线波束的部件。
13. 如权利要求12所迷的系统，其特征在于，所述用于生成在 方位角上隔开的水平天线波束的部件生成具有垂直波束宽度的水平 天线波束，其中与基于地面的订户的通信不导致与飞机的通信的显 著干扰。
14. 如权利要求13所迷的系统，其特征在于，所述用于生成在有仰角的天线波束，其中与飞机的通信不导致与基于地面的订户的 通信的显著干扰。
15. 如权利要求14所迷的系统，其特征在于，在所述水平天线 波束和 >斤述有仰角的天线波束中使用相同的频谱。
16. 如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述天线布置在 服务小区的方位角扇区中生成在方位角上隔开的水平天线波束和有 仰角的波束，在所述在方位角上隔开的水平天线波束的扇区之间对 频谱进行划分，以及在所述有仰角的天线波束的至少其中之一的方 位角扇区之间对频谦进行划分。
17. 如权利要求16所述的系统，其特征在于，在所述水平天线 波束的方位角扇区之间对频谱的划分与在所述至少一个有仰角的天 线波束的方位角扇区之间的划分相比是轮换的，其中在任何一个扇
18. 如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述蜂窝通信系 统是GSM/EDGE蜂窝通信系统。
19. 如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述蜂窝通信系 统是码分多址(CDMA)蜂窝通信系统。
20. 如权利要求19所述的系统，其特征在于，在发自相同基站 塔的所有天线波束中使用相同的频谱。
21. 如权利要求20所述的系统，其特征在于，来自相同基站塔 的不同波束的传输使用正交CDMA码。
22. 如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述用于从通信 网络向所述多个天线塔发送通信信号的部件包括用于从第 一通信网络向所述天线布置发送通信信号以用于与基 于地面的订户通信的部件；以及用于从不同的第二通信网络向所述天线布置发送通信信号以用 于与飞机通信的部件。
23. 如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述天线布置设 在多个天线塔上，以及所述系统还包括用于跟踪飞机并指定所述飞 机经由提供最高质量的信号的天线塔工作的控制器。
24. 如权利要求23所述的系统，其特征在于，所述控制器还在 飞机从第一天线塔服务的第一小区移动到第二天线塔服务的第二小 区时将飞机从所述第 一天线塔切换到所述第二天线塔。
25. 如权利要求12所述的系统，还包括用于控制所述天线塔处机制，其中所述功率控制机制确保所述地面发射器和所述机载发射 器都以足以使发送的信号仅到达所述飞机与最接近的天线塔之间的 功率电平发射。
26. 如权利要求12所述的系统，还包括功率控制机制，所述功 率控制机制用于确保在所述有仰角的天线波束中用于发射信号的发 送功率电平与所述水平天线波束中用于发射信号的发送功率电平相 同。
27. 如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述将通信信号 从通信网络发送到所述多个天线塔的部件包括用于将宽带多媒体通 信信号发送到所述天线布置的部件，其中所述天线布置在有仰角的 天线波束中将宽带多媒体通信信号发送到飞机。
28. —种用于与设在小区内的基于地面的移动订户通信以及与飞 行通过所述小区的飞机通信的蜂窝通信系统，所述系统包括服务于所述小区的基于地面的基站，所述基于地面的基站包括 用于生成用于与飞机通信的有仰角的天线波束的天线布置； 飞机上用于与基于地面的基站通信的收发器；以及 连接到所述收发器用于与^L上便携式通信设备通信的微蜂窝基站。
29. 如权利要求28所述的系统，其特征在于，所述基于地面的 基站从空中交通控制(ATC)网络和从蜂窝电信网络接收信息，所述 基于地面的基站包括复用器，所述复用器用于将来自所述ATC网络 的信息与来自所述蜂窝网络的信息复用到要利用所述有仰角的天线 波束发送到飞机的数据流中。
30. 如权利要求29所述的系统，还包括飞机上的复用器，所述 复用器用于将所述数据流解复用以将所述ATC信息与所述蜂窝信息 分离，其中将所述蜂窝信息发送到所述微蜂窝基站，以便再传输到 便携式通信设备。
31. 如权利要求30所述的系统，还包括用于将从所述基于地面 的基站接收到的数据流解码、以及用于以所述便携式通信设备采用 的格式将所述蜂窝信息重新编码的编解码器。
32. 如权利要求31所述的系统，其特征在于，所述复用器将所 述ATC信息发送到座舱仪器，以及所述编解码器以所述座抢仪器采 用的格式将所述ATC信息重新编码。
全文摘要
一种用于在基站塔、基于地面的移动订户和飞机之间发送和接收信号的天线布置、方法和蜂窝通信系统。该天线布置包括垂直定向的天线单元阵列和馈线布置，该馈线布置以逐渐相位延迟的信号向天线单元馈送，由此生成向上定向飞机的有仰角且与基于地面的移动订户远离的有仰角的天线波束。在一个实施例中，天线布置还生成用于与基于地面的订户通信的水平天线波束。水平波束与有仰角的波束在仰角上足够分开以防止使用相同的频谱时的互相干扰。
文档编号H04W16/28GK101176367SQ200680016689
公开日2008年5月7日 申请日期2006年5月18日 优先权日2005年5月18日
发明者P·W·登特 申请人:艾利森电话股份有限公司