[发明专利]用于管理空地蜂窝通信网中多条空地通信链路的系统

说明书

技术领域

本发明涉及蜂窝通信。具体而言，本发明涉及在飞机和多个陆地小区站点之间同时提供多条射频通信链路的一种系统。

背景技术

蜂窝通信领域的一个问题是当飞机沿着它们的路线飞行以及接近或离开机场时，如何有效并且连续不断地满足多架飞机中乘客的通信需求。

典型的空地蜂窝通信网(包括地空链路)由多个陆地(地面)基站组成，每个基站在预定的空域内提供一个射频覆盖区。这些射频覆盖区在小区站点发射天线周围成辐射状排列。这种陆地基站采用的天线对地面发出的或者地面反射的信号不敏感，并且这种天线只朝天空方向发射信号。这种陆地基站在地理上是分布式的，一般都是采用典型的蜂窝通信网布局。这些陆地基站也可以靠近机场与机场在一起。当飞机在地面上的时候，这些飞机也能够得到网络覆盖。在这种情况下，针对地面上的飞机来优化天线。每个陆地基站覆盖区的边界都与相邻站点覆盖区的边界基本连续，从而使空地蜂窝通信网中所有陆地基站的组合覆盖为整个目标区域提供通信覆盖。陆地基站可以利用与单个发射和接收天线系统有关的收发信机来提供单个全向覆盖小区，或者可以利用有关的收发信机和有关的发射和接收天线在小区的覆盖区内提供多个扇区。后一种布局中每个陆地基站多个扇区的优点在于在这个陆地基站的覆盖区内能够提高呼叫处理容量。

可以使用的无线电频谱在总量上是有限的，因此任何小区的呼叫处理总容量都是有限的。当无线通信装置从一个小区或扇区的覆盖区移动到相邻小区或扇区的覆盖区时，要将这个无线通信装置的通信从第一个小区或扇区切换到第二个小区或扇区。这样做要求第二个小区有足够的呼叫处理容量可供使用，以便支持这个无线通信装置带来的新的负荷。单个个人无线通信装置的呼叫切换不会给小区带来很大的瞬间负荷。但是，在空地蜂窝通信网中，飞机内正在进行的大量呼叫会占用陆地小区站点的大部分呼叫处理容量，因为每架飞机都有几百个乘客，每一个乘客都在争相占用网络容量。由于小区站点能够支持的飞机数量有限，而飞机在小区内的平均滞留时间却很长，一架飞机还没有离开并释放小区处理容量时，就可能有另一架飞机到达，因此必须有很大的空闲容量用来为飞机提供服务。另外，在飞机和提供服务的陆地小区站点之间采用单条射频链路意味着一个故障就会导致大量呼叫中断。

所以，空地蜂窝通信网中飞机和陆地基站之间的射频通信链路容量有限，容错能力差，导致提供服务的陆地小区站点的呼叫处理容量有限。

在这一领域需要解决空地蜂窝通信网呼叫处理容量问题，并且显著地提高系统可用度、系统可靠性和系统容量。

发明内容

以上问题是利用本发明中用于与多个陆地小区站点同时通信的多链路飞机蜂窝系统来解决的。在这里将这一系统称为“多链路飞机蜂窝系统”。

在这一技术说明书中，“空地”蜂窝通信网被看做是双向的，包括地空方向，从而形成全双工无线通信链路。因此，在这一说明书中，空地也包括地空方向。

通过在一个以上的小区或扇区之间分担飞机的通信流量，带宽有限的这种空地蜂窝通信网能够提高其针对每架飞机的处理容量。这一方法通过到多个陆地小区或扇区(或者给定小区的多个扇区)的一条以上的空地射频通信链路来同时承载飞机的呼叫通信流量。对于给定的无线电频谱分配，在多条空地射频通信连路上将呼叫通信流量扩散到多个陆地小区或扇区，只要没有任何其它飞机争用这些小区或扇区的容量，就能够使呼叫处理容量成倍增长。意义同样重大的是，这种体系结构能够解决单条空地射频通信链路容错能力差的问题，从而使这一组合起来的空地射频通信链路的网络可用度得到显著提高，并使其更加鲁棒。通过将总的网络负荷“分摊”到多个陆地小区，即使在某个空域内有多架飞机，空地蜂窝通信网非常繁忙，这一方法也会因为这个服务区内的飞机在独立、共同地改变它们对网络容量的需求，而提高给定飞机的总通信流吞吐量。

为了提高带宽受限无线空地网络的容量、可用度和可靠性，还需要其它方法来分解飞机在其中工作的可用空间和时间多维区域。这些方法包括使用两个基本正交的极化来有效地将给定频谱分配的容量加倍。此外，如果还增加沃尔什码域分隔，还能够进一步提高空地蜂窝通信网的呼叫处理容量。

本发明中的多链路飞机蜂窝系统利用安装在飞机上并且互相分开的多个天线，以及额外的可选信号隔离和优化技术来提高空地蜂窝通信网的呼叫处理容量。在地面上，在方位、俯仰方向上以及在高度上或者在多个平面内的基站天线方向图成形使得多维空间区域被进一步分隔成多个扇区，从而通过空间频率重用来进一步提高系统容量。