CN113168778A - 用于改进飞行通信5g网络服务质量的方法 - Google Patents

Abstract

一种系统和方法，被配置为在飞行路径上的多个小区上准备和实施资源预留，以增强用于飞行中通信的服务质量。

Description

用于改进飞行通信5G网络服务质量的方法

技术领域

本发明涉及用于改进飞行通信的服务质量(QoS)的方法；更具体地说，是一种用于在飞行通信中预留带宽，并从而改进Qos的方法。

背景技术

5G网络是数字蜂窝网络，其中运营商所覆盖的服务区域被分为小地理区域的集合，称为小区。代表声音和图像的模拟信号在电话中被数字化，由模数转换器转换并作为比特流传输。小区中的所有5G无线装置都通过无线电波与该小区中的本地天线阵列和低功率自动收发器(发射器和接收器)进行通信，通过收发器从公共频率池分配频率信道进行通信，频率信道在地理上被分离的小区重复使用。本地天线通过高带宽光纤或无线回程通道连接与电话网络和互联网连接。

5G网络可以通过5G无线电接入网络(RAN)提供高速数据及吞吐量、高可靠性、低延迟、高容量、完全可用性和快速连接以及动态带宽分配。

5G QoS参数的目标如下：(i)速度/吞吐量提高到10Gbps，目标为20Gbps；(ii)诸如块错误率之类的可靠性参数预计1毫秒内为0.001％；(iii)端到端延迟减少到1到10毫秒，物理网络延迟减少到0.5毫秒；(iv)网络可用性设计为100％；(v)抖动降低到10-100微秒；以及(vi)带宽分配范围从小型传感器设备的100Kbps到工业高带宽应用的每秒数百兆比特。

发明内容

技术问题

飞行通信，如果没有提供有保证的QoS，可能会导致多种可能的问题之一。飞行用户设备(FUE)与5G无线电接入节点(gNB)之间的链路对于飞行通信(包括飞行内部)至关重要。链路上的QoS保证对于飞行中用户和/或设备的体验非常重要。

提出一种针对飞行通信优化QoS的解决方案，更具体地，通过资源预留技术以及其他有效的解决方案。

问题的解决方案

本文提出可以通过以下方面来提高QoS：

资源预留–预先或动态预留带宽供飞行使用的方法；

飞行跟踪和资源更新–实现飞行位置跟踪和预测的方法；

小区区分–用于专用飞行使用、常规使用或共享使用的小区区分方法；以及

飞行用户/设备区分–区分FUE与常规用户设备(UE)、军事用户设备(MUE)等的方法。

发明的先进性

本发明实现了用于5G网络上的飞行通信的改进的QoS，从而增强了飞行器上以及空对地链路之间的通信。

附图说明

参照附图描述详细描述。在描述和附图中的不同情况下使用相同的附图标记可以指示相似或相同的项目。在以下详细描述和附图中公开了本公开的各种实施例或示例(“示例”)。附图不一定按比例绘制。通常，除非在权利要求中另外提供，否则所公开的处理的操作可以以任意顺序执行。

图1是包括飞行器通信系统的一个实施例的网络架构的图示；

图2是飞行用户系统的一个实施例的框图表示；

图3是航空通信控制器的一个实施例的框图表示；

图4是使用飞行器通信系统的一个实施例来经由5G网络提供通信能力的方法的示例的流程图表示；

图5是使用飞行器通信系统的一个实施例来沿着飞行路线跟踪飞行器的方法的示例的流程图表示；和

图6是使用飞行器通信系统的一个实施例来沿着飞行路线跟踪飞行器的方法的示例的流程图表示。

图7示出了用于FUE的资源预留的消息流程。

图8示出了基于网络的飞行跟踪、资源更新和报告呼叫流程。

图9示出了FUE辅助的飞行跟踪、资源更新和报告呼叫流程。

图10示出了在主信息块中使用的备用比特，作为根据所公开的方法使用的指示符。

图11示出了传统的同步信号块(SSB)结构。

图12示出了新提出的SSB结构。

具体实施方式

在下面的描述中，根据以下的细节和描述，可以透彻理解本发明的实施例，这些描述仅是为了解释而非限制。但是，对于本领域技术人员将显而易见的是，本发明可以在其他实施例中实践，包括背离这些细节和描述的某些变型，或者替代组合。本文公开的示例旨在使本领域技术人员能够实施本发明，但是这些示例不应仅仅解释为限制所要求保护的本发明的精神和范围。

现在，根据第一实施例，公开了一种用于在飞行通信中保留带宽的方法，包括：

在飞行用户设备和网络实体之间建立通信信道；

从飞行用户设备向网络实体发送与选择的飞行相关的飞行资源准备请求，该飞行资源准备请求包括：与选择的飞行相关的飞行路线，或者和选择的飞行相关的飞行路线及飞行时间表；以及

在飞行用户设备处接收飞行资源准备响应，该飞行资源准备响应包括由网络实体标识为沿着飞行路线布置的多个网络节点的列表；

其中，飞行用户设备和网络实体中的至少一个配置为从飞行资源准备响应中选择多个网络节点或其子集，以分配飞行中的通信资源。

网络实体包括航空通信控制器(ACC)、无线电接入节点(包括地面基站，气球基站或其他基站)或其组合。ACC或网络的任何无线电接入节点可以是集中式或分布式。

用于在飞行用户设备与网络实体之间建立通信信道的过程可以进一步包括：执行飞行用户设备与网络实体之间的无线电资源控制连接；以及在飞行用户设备与网络实体之间执行相互认证。

第一实施例中的方法还包括：从飞行用户设备向网络实体发送与选择的飞行关联的飞行用户设备类型，该飞行用户设备类型为由以下设备组成的组中之一:军事飞行器、民用飞行器或无人机。

可以通过无线电资源控制信令将飞行用户设备类型发送到网络实体，也可以通过非接入层信令将飞行用户设备类型发送到网络实体。

第一实施例中的方法还可以包括：从飞行用户设备向网络实体发送飞行用户设备的位置。在这方面，飞行用户设备的位置可以在选择的飞行期间周期性地发送；即它可能是“自动化的”，也可以在飞行用户设备接收到由网络实体发起的对位置的请求之后发送飞行用户设备的位置；即它可能是“响应式”的。

第一实施例中的方法还包括：在飞行用户设备处接收与多个网络节点中的每个网络节点相关联的节点(基站小区)类型，该节点类型可以是专用飞行小区、专用非飞行小区、或共享小区。在飞行用户设备处也可以通过以下之一接收节点类型：订阅、预配置、主信息块、同步信号和系统信息块。

在第二实施例中，公开了一种用于在飞行通信中预留带宽的方法，该方法包括：

在飞行用户设备和网络实体之间建立通信信道；

在网络实体处接收与选择的飞行相关联的飞行资源准备请求，该飞行资源准备请求包括：与选择的飞行相关的飞行路线，或与选择的飞行相关的飞行路线和飞行时间表；以及

从所述网络实体向所述飞行用户设备传输飞行资源准备响应，所述飞行资源准备响应包括由所述网络实体标识为沿着所述飞行路线布置的多个网络节点的列表；

其中，飞行用户设备和网络实体中的至少一个被配置为从飞行资源准备响应中选择多个网络节点或其子集，以分配飞行中通信资源。

网络实体可包括航空通信控制器、无线电接入节点或其组合。

在第二实施例中，用于在飞行用户设备与网络实体之间建立通信信道的过程还包括：执行飞行用户设备与网络实体之间的无线电资源控制连接；以及在飞行用户设备与网络实体之间执行相互认证。

在第二实施例中，该方法可以进一步包括：在网络实体处接收与选择的飞行相关联的飞行用户设备类型，该飞行用户设备类型为由以下设备组成的组中之一:军事飞行器、民用飞行器、或者无人机。

可以通过无线电资源控制信令或非接入层信令将飞行用户设备类型发送到网络实体。

第二实施例中的方法还可以包括：在网络实体处接收飞行用户设备的位置。飞行用户设备的位置可以在选择的飞行期间被周期性地接收，还可以响应于从网络实体发起的对位置的请求来接收飞行用户设备的位置。

第二实施例中的方法可以进一步包括：从网络实体向飞行用户设备发送与多个网络节点中的每个网络节点相关联的节点类型，该节点类型可以是专用飞行小区、专用非飞行小区、或共享小区。

节点类型可采用订阅、预配置、主信息块、同步信号、系统信息块之一进行发送。

在第一实施例和第二实施例中，该方法还包括：

在航空通信控制器和网络的无线电接入节点之间建立通信信道；

从无线电接入节点向航空通信控制器发送飞行资源准备请求、无线电接入节点信息以及以下各项：飞行用户设备类型、飞行用户设备位置或其组合；

在无线电接入节点处接收飞行资源准备响应、飞行资源更新或其组合；以及

向飞行用户设备发送飞行资源准备响应、飞行资源更新或其组合。

在第三实施例中，公开了一种用于预留带宽以用于飞行中通信的系统，该系统包括：

至少一个飞行用户设备，和

至少一个网络实体；

其中：

该系统被配置为执行一种方法，该方法包括以下步骤：

在飞行用户设备与网络实体之间建立通信信道；

在网络实体处接收与选择的飞行相关的飞行资源准备请求，该飞行资源准备请求包括：与选择的飞行相关的飞行路线，或与选择的飞行相关的飞行路线和飞行时间表；和

从所述网络实体向所述飞行用户设备发送飞行资源准备响应，所述飞行资源准备响应包括由所述网络实体标识为沿着所述飞行路线布置的多个网络节点的列表；

其中，飞行用户设备和网络实体中的至少一个配置为从飞行资源准备响应中选择多个网络节点或其子集，以分配飞行中通信资源。

如在第一和第二实施例中一样，在第三实施例中，网络实体可以包括航空通信控制器、无线电接入节点或其组合。

航空通信控制器(ACC)是一个新实体，旨在控制飞行通信，包括资源预留和QoS管理。ACC可以是集中式或分布式的。飞行用户设备(FUE)可以经由例如但不限于HTTPS或SNMPv3连接到ACC。FUE可以预先配置好ACC的域名。

示例可以参考“蜂窝地面网络”或“地面基站”来说明示例性实施例。但是，本领域技术人员将理解本发明适用于5G网络的各种实现，地面基站可用气球或已知的其他基站或无线电接入节点替代。

图1示出了包括飞行器通信系统的一个实施例的网络架构100的示意图。飞行器通信系统包括设置在飞行器102(也可以称为飞机、航空器等)上的飞行用户设备(FUE，104)和远离飞行器的航空通信控制器(ACC，106)。在一个实施例中，航空通信控制器106位于地面上；然而，如本文所公开的，ACC可以是集中式的或分布在地面上或其他方式。飞行用户设备104被配置为经由5G网络耦合至航空通信控制器106。

飞行用户设备104的示例包括但不限于民用飞行用户设备、军事飞行用户设备，无人驾驶飞行用户设备和其他飞行用户设备。

飞行用户设备104被配置为在飞行器102上提供一个或多个无线接入点108。一个或多个无线接入点108被配置为通信地耦合至飞行器102上的一个或多个用户设备110a、110b。用户设备110a、110b的示例包括但不限于移动计算装置和移动通信装置。移动计算装置和/或移动通信装置的示例包括但不限于笔记本电脑110a、蜂窝电话110b和平板电脑(未示出)。

蜂窝地面网络包括多个地面基站112a、112b、112c。多个地面基站112a、112b、112c被配置为通信地耦合到飞行用户设备104和航空通信控制器106。在一个实施例中，多个地面基站112a、112b、112c中的一个或多个，被配置为通信地耦合到地面用户设备114。地面用户设备114的示例包括但不限于通信装置、计算装置、移动计算装置和移动通信装置。此类装置的示例包括但不限于计算机、手机、笔记本电脑、服务器和平板电脑。

在一个实施例中，多个地面基站112a、112b、112c中的一个或多个被配置为通信地耦合到地面用户设备114。这种类型的地面基站被称为专用非飞行小区(或专用非飞行地面基站)。在该实施例中，地面基站仅为常规地面UE服务或把FUE当成常规地面UE来服务。FUE仅在无法与其他两种类型的小区连接时才连接该地面基站。在这种情况下，FUE将继续搜索其他两种类型的小区。在另一个实施例中，多个地面基站112a、112b、112c中的一个或多个被配置为仅通信地耦合到飞行用户设备104和航空通信控制器106，这种类型的地面基站被称为专用飞行小区(或专用地面基站)。在另一个实施例中，多个地面基站112a、112b、112c中的一个或多个被配置为通信地耦合到地面用户设备114和飞行用户设备104。这种类型的地面基站被称为共享小区，或共享地面基站。

在一个实施例中，多个地面基站112a、112b、112c中的一个或多个被配置为通信地耦合到地面用户设备114，飞行用户设备以及航空通信控制器106。地面基站112a、112b、112c中的“地面基站”被示为包括三个地面基站112a、112b、112c，所述多个地面基站可以包括更少或更多数量的地面基站。

航空通信控制器106被配置为与多个地面基站112a、112b、112c中的一个或多个通信地耦合。航空通信控制器106被配置为经由多个地面基站112a、112b、112c中的一个或多个通信地耦合至飞行用户设备104。在一个实施例中，航空通信控制器106是集中式系统。在另一个实施例中，航空通信控制器106是分布式系统。

当飞行器102沿着飞行路线116飞行时，航空通信控制器106被配置为管理飞行用户设备104与多个地面基站112a、112b、112c中的一个或多个之间的通信。在一个实施例中，飞行用户设备104与多个地面基站112a、112b、112c中的一个或多个之间的通信管理使用户设备110a、110b能够随着飞行器102沿着飞行路线116飞行时，通过飞行用户设备104和多个地面基站112a、112b、112c中的一个或多个与地面用户设备114通信。在一个实施例中，航空通信控制器106从飞行用户设备104接收飞行资源准备请求。飞行资源准备请求包括飞行路线116和与飞行相关联的飞行时间表。航空通信控制器106利用在飞行器102沿着飞行路线飞行时可用于支持飞行用户设备104与地面用户设备114之间的通信的资源来识别沿着飞行路线116布置的特定地面基站112a、112b、112c。航空通信控制器106在所识别的地面基站112a、112b、112c处预留资源，并将所识别的地面基站的列表提供给飞行用户设备104。

在一个实施例中，当飞行器102沿着飞行路线116飞行时，飞行用户设备104与多个地面基站112a、112b、112c中的一个或多个地面基站之间的通信管理使航空通信控制器106能够跟踪飞行器102。在实施例中，航空通信控制器106从飞行用户设备104接收飞行资源准备请求。飞行资源准备请求包括飞行路线116和与飞行相关联的飞行时间表。航空通信控制器106标识沿着飞行路线116布置的特定地面基站112a、112b、112c。

随着飞行器102沿着飞行路线116前进，飞行用户设备104相继进入每个标识的地面基站112a、112b、112c的通信范围内。当飞行用户设备104进入每个标识的地面基站112a、112b、112c的通信范围内时，飞行用户设备104将位置数据发送到地面基站112a、112b、112c。地面基站112a、112b、112c将接收到的位置数据发送到航空通信控制器106。另外一种方法是飞行用户设备104经由高层信令将位置数据发送到航空通信控制器106。如果飞行用户设备104未能在标识的基站112a、112b、112c的通信范围内在飞行器102预计的时间窗口内发送位置数据，则航空通信控制器106向飞行控制中心发出警报，指示飞行器102可能已经偏离预期的飞行路线116和/或经历了意外的延误。在实施例中，警报可以是报警。

参考图2，示出了飞行用户设备104的实施例的框图表示。飞行用户设备104包括至少一个处理器200、至少一个存储器202、至少一个无线接入点108和地面网络通信接口204。飞行用户设备104可以包括有助于飞行用户设备104操作的其他组件。至少一个处理器200可以是微处理器、控制器或任何其他合适类型的处理器，用于处理计算机可执行的指令以控制飞行用户设备104的操作。

至少一个存储器202可以包括例如计算机存储介质，例如以任何用于存储信息(例如计算机可读指令、数据结构、程序模块等)的方法或技术实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EPROM、EEPROM、闪存或其他存储技术、CD-ROM、数字多功能磁盘(DVD)或其他光学存储、盒式磁带、磁带、磁盘存储器或其他磁性存储装置、或可用于存储信息以供至少一个处理器200访问的任何其他非传输介质。计算机存储介质不应解释为传播信号。至少一个存储器202包括可以使用可由至少一个处理器200访问的任何计算机可读介质来提供的计算机可执行指令。尽管在飞行用户设备104内示出了至少一个存储器202，但是本领域技术人员应当理解，至少一个存储器202可以远程分布或放置并且可以经由网络或其他通信链路来访问。

操作系统206、地面通信协调器208和飞行跟踪协调器210存储在至少一个存储器202中。操作系统206使地面通信协调器208和飞行跟踪协调器210能够在飞行用户设备104上执行。其他组件可以被存储在至少一个存储器202中，以便于飞行用户设备104的操作。

至少一个无线接入点108被配置为可与飞行器102上的一个或多个用户设备110a、110b通信地耦合。至少一个无线接入点108被配置为从用户设备110a、110b接收数据并向其发送数据。至少一个无线接入点108通信地耦合到地面网络通信接口204。至少一个无线接入点108被配置为向地面网络通信接口204发送数据和从地面网络通信接口204接收数据。

地面网络通信接口204通信地耦合到至少一个无线接入点108。地面网络通信接口204被配置为从至少一个无线接入点108接收数据并将数据发送到该至少一个无线接入点108。地面网络通信接口204被配置为通信地耦合到蜂窝地面网络中的多个地面基站112a、112b、112c中的一个或多个。地面网络通信接口204被配置为从多个地面基站112a、112b、112c中的一个或多个接收数据并将数据发送到多个地面基站112a、112b、112c中的一个或多个。

这里描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑组件执行。根据实施例，当由处理器200执行时，飞行用户设备104由程序代码配置以执行所描述的操作和功能的实施例。替代地或附加地，本文描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑组件执行。例如但不限于，可以使用的示例性硬件逻辑组件的类型包括现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、片上系统(SOC)、复杂可编程逻辑设备(CPLD)、图形处理单元(GPU)。

虽然已经描述了飞行用户设备104的许多不同组件，但是飞行用户设备104可以包括增强飞行用户设备104操作的附加组件。

参考图3，示出了航空通信控制器106的实施例的框图表示。当飞行器102沿着飞行航线116飞行时，航空通信控制器106被配置为管理飞行用户设备104与多个地面基站112a、112b、112c中的一个或多个地面基站之间的通信。在实施例中，当飞行器102沿着飞行路线116飞行时，飞行用户设备104与多个地面基站112a、112b、112c中的一个或多个之间的通信管理，使用户设备110a、110b通过飞行用户设备104和多个地面基站112a、112b、112c中的一个或多个与地面用户设备114通信。在实施例中，当飞行器102沿着飞行路线116飞行时，飞行用户设备104与多个地面基站112a、112b、112c中的一个或多个之间的通信管理，使航空通信控制器106能够跟踪飞行器102的飞行。在一个实施例中，航空通信控制器106是集中式系统。在其他实施例中，航空通信控制器106是分布式系统。

航空通信控制器106包括至少一个处理器300、至少一个存储器302、至少一个地面网络通信接口304和至少一个通信接口306。航空通信控制器106可以包括有助于该航空通信控制器106操作的其他组件。至少一个处理器300可以是微处理器、控制器或任何其他合适类型的处理器，用于处理计算机可执行指令以控制航空通信控制器106的操作。

至少一个存储器302可以包括例如计算机存储介质，例如以任何用于存储信息(例如计算机可读指令、数据结构、程序模块等)的方法或技术实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EPROM、EEPROM、闪存或其他存储技术、CD-ROM、数字多功能磁盘(DVD)或其他光学存储、盒式磁带、磁带、磁盘存储器或其他磁性存储装置、或可用于存储信息以供至少一个处理器300访问的任何其他非传输介质。计算机存储介质不应解释为传播信号。至少一个存储器302包括可以使用可由至少一个处理器300访问的任何计算机可读介质来提供的计算机可执行指令。尽管在航空通信控制器106内示出了至少一个存储器302，但是本领域技术人员应当理解，至少一个存储器302可以远程分布或放置并且可以经由网络或其他通信链路来访问。

操作系统308、地面网络标识器310和飞行跟踪器312被存储在至少一个存储器302中。操作系统308使地面网络标识器310和飞行跟踪器312能够在航空通信控制器106中执行。附加组件可以存储在至少一个存储器302中，以便于航空通信控制器106的操作。

至少一个地面网络通信接口304被配置为从蜂窝地面网络的多个地面基站112a、112b、112c中的一个或多个接收并向其发送数据。至少一个地面网络通信接口304被配置为经由蜂窝地面网络中的多个地面基站112a、112b、112c中的一个或多个从飞行用户设备104接收数据并向飞行用户设备104发送数据。

至少一个通信接口306被配置为从一个或多个非蜂窝网络实体接收数据并将数据发送到一个或多个非蜂窝网络实体。在实施例中，航空通信控制器106被配置为经由通信接口306与飞行控制中心通信。

这里描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑组件执行。根据一个实施例，当由处理器300执行，航空通信控制器106由程序代码配置以执行所描述的实施例的操作和功能。替代地或附加地，本文描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑组件执行。例如但不限于，可以使用的硬件逻辑组件的示例性类型包括现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、片上系统(SOC)、复杂可编程逻辑设备(CPLD)、图形处理单元(GPU)。

尽管已经描述了航空通信控制器106的许多不同组件，但是航空通信控制器106可以包括便于航空通信控制器106的操作的附加组件。

图4示出了使用飞行器通信系统的一个实施例经由基于地面蜂窝网络提供通信能力的方法(400)的示例流程图。在402：飞行用户设备104在飞行用户设备104与在飞行用户设备104的通信范围内的初始地面基站112a之间建立通信信道。在一个实施例中，地面通信协调器208建立飞行用户设备104与初始地面基站112a的通信信道。在一个实施例中，飞行用户设备104与初始地面基站112a执行资源预留呼叫建立，以建立飞行用户设备104与初始地面基站112a之间的通信信道。初始地面基站112a是多个地面基站112a、112b、112c之一。

在404：飞行用户设备104经由初始地面基站112a向航空通信控制器106发出命令，以通过初始地面站112a在飞行用户设备104和航空通信控制器106之间建立通信信道。在一个实施例中，地面通信协调器208经由初始地面基站112a向航空通信控制器106发出命令，以建立飞行用户设备104和航空通信控制器106之间的通信信道。在一个实施例中，飞行用户设备104被预先配置有航空通信控制器106的域名。飞行用户设备104使用域名来建立与航空通信控制器106的通信信道。在一个实施例中，飞行用户设备104通过初始地面基站112a执行航空通信控制器106发现以建立与航空通信控制器106的通信信道。

在406：在飞行用户设备104和航空通信控制器106之间执行相互认证。在一个实施例中，飞行用户设备104将飞行用户设备认证数据发送到航空通信控制器106。航空通信控制器106接收飞行用户设备认证数据，基于接收到的飞行用户设备认证数据对飞行用户设备104进行认证，并且将飞行用户设备104的认证确认发送到飞行用户设备104。航空通信控制器106发送航空通信控制器认证数据给飞行用户设备104。飞行用户设备104接收航空通信控制器认证数据，基于接收到的航空通信控制器认证数据对航空通信控制器106进行认证，并发送对航空通信控制器106的认证的确认至航空通信控制器106。

在408：在成功的相互认证之后，飞行用户设备104将与飞行相关的飞行资源准备请求发送到航空通信控制器106。在一个实施例中，地面通信协调器208将飞行资源准备请求发送到航空通信控制器106。在一个实施例中，飞行资源准备请求包括飞行路线116和与该飞行相关联的飞行时间表。在一个实施例中，飞行资源准备请求还包括飞行标识数据(例如，飞行航班号)和服务质量(QoS)级别中的一个或多个。在一个实施例中，飞行用户设备104激活数据网络名称(DNN)，并将飞行资源准备请求发送到航空通信控制器106。

在410：航空通信控制器106接收飞行资源准备请求并标识沿着飞行路线116布置的地面基站112a、112b、112c。在一个实施例中，地面网络标识器310接收飞行资源准备请求，并且标识沿飞行路线116布置的地面基站112a、112b、112c。在实施例中，航空通信控制器106标识沿飞行路线116的特定地面基站112a、112b、112c，这些地面基站根据飞行时间表具有可用于支持通信的资源。在一个实施例中，地面网络标识器310标识沿飞行路线116的特定地面基站112a、112b、112c，这些地面基站具有根据飞行时间表可用于支持的通信的资源。

在412：航空通信控制器106将飞行资源预留请求发送到已经被标识的沿着飞行路线116布置的地面基站112a、112b、112c中的每一个，该飞行资源预留请求根据飞行时间表来预留供飞行用户设备104使用的基站资源。在实施例中，地面网络标识器310将飞行资源预留请求发送到已经被标识的沿着飞行路线116布置的地面基站112a、112b、112中的每一个。针对每个地面基站112a、112b、112的飞行资源预留请求标识在地面基站112a、112b、112c的通信范围内的飞行用户设备104期望所在的时间窗口。在实施例中，飞行资源预留请求包括飞行识别数据。

在414：每个地面基站112a、112b、112c根据接收的飞行资源预留请求预留地面基站资源，并将飞行资源预留响应发送到航空通信控制器106。在地面网络标识器310处接收到飞行资源预留响应。该飞行资源预留响应包括地面基站特定小区和资源配置数据。小区和资源配置数据可以包括地面基站的地理位置、地面基站频率、地面基站小区标识(例如，PCI和CGI)以及地面基站波束信息中的一个或多个。

在416：航空通信控制器106向飞行用户设备104发送已经被标识为沿飞行路线116布置的地面基站112a、112b、112c的列表以及关于每个地面基站112a、112b、112c的地面基站特定小区和资源配置数据。在实施例中，地面网络标识器310向飞行用户设备104发送已经被标识为沿飞行路线116布置的地面基站112a、112b、112c的列表以及关于每个地面基站112a、112b、112c的地面基站特定小区和资源配置数据。

在418：飞行用户设备104基于接收到的地面基站特定小区和资源配置数据，在地面基站列表中搜索每个地面基站112a、112b、112c。在实施例中，每个地面基站112a、112b、112c基于与该地面基站112a、112b、112c相关联的飞行识别数据和飞行特定时间窗口来搜索飞行用户设备104。在实施例中，地面通信协调器208基于接收到的地面基站特定小区和资源配置数据在地面基站列表中搜索每个地面基站112a、112b、112c。

在实施例中，在飞行路线和/或飞行时间表改变的情况下，可以重复方法400动态地更新地面基站资源的分配以支持与飞行相关联的改变。当飞行期间，飞行用户设备104进入每个地面基站112a、112b、112c的通信范围内时，预先或动态地预留地面基站带宽以供飞行用户设备104使用，为飞行器102上的用户设备110a、110b提供了经由地面基站112a、112b、112c与地面用户设备114进行通信的能力。

尽管已经结合方法400描述了一系列步骤，但是可以执行更少数量的所描述的步骤和/或附加的步骤。此外，尽管已经以特定顺序描述了步骤，但是方法400中的步骤可以以不同顺序执行。

参考图5，其为使用飞行器通信系统的实施例来沿着飞行路线跟踪飞行器的方法的示例的流程图。航空通信控制器106对飞行器102的跟踪可以用于安全、调度或其他目的。如果在被标识为在预期时间窗口内沿着飞行路线116布置的地面基站列表中的地面基站列表中的地面基站112a、112b、112c之一未检测到飞行用户设备104，则该地面基站112a、112b、112c将事件报告给航空通信控制器106。

在实施例中，当沿着飞行路线116布置的地面基站列表中的地面基站112a、112b、112c中的一个地面基站在预期时间窗口内未能检测到飞行用户设备104时，航空通信控制器106向飞行控制中心发出警报。在实施例中，航空通信控制器106经由通信接口306将警报发送到飞行控制中心。在实施例中，飞行跟踪器312将警报发送到飞行控制中心。在实施例中，警报是报警。

如上所述，航空通信控制器106将飞行资源预留请求发送到航空通信控制器106标识的沿着飞行器102的飞行路线116布置的每个地面基站112a、112b、112c。针对每个地面基站112a、112b、112c的飞行资源预留请求定义了飞行用户设备104预期在该地面基站112a、112b、112c的通信范围内的时间窗口。在一个实施例中，飞行资源预订请求包括飞行识别数据。

在502：已经被标识为沿飞行路线116布置的每个地面基站112a、112b、112c在地面基站特定时间窗口期间搜索飞行用户设备104。在实施例中，飞行用户设备104在飞行器102沿着飞行路线116行进时生成上行链路信号。在实施例中，飞行跟踪协调器210生成上行链路信号。

每个地面基站112a、112b、112c被配置为在飞行用户设备104落入每个地面基站112a、112b、112c的通信范围内时，接收由飞行用户设备104生成的上行链路信号。在504，每个地面基站112a、112b、112c将飞行用户设备检测报告发送到航空通信控制器106，以实时地指示地面基站112a、112b、112c在地面基站特定时间窗口是否检测到飞行用户设备104。在一个实施例中，在飞行跟踪器312处接收由地面基站112a、112b、112c生成的飞行用户设备检测报告。

在506，航空通信控制器106基于接收到的飞行用户设备检测报告，确定在地面基站特定时间窗口期间地面基站112a、112b、112c是否检测到飞行用户设备104。在实施例中，飞行跟踪器312基于接收到的飞行用户设备检测报告确定在地面基站112a、112b、112c在地面基站特定时间窗口期间，是否检测到飞行用户设备104。

如果航空通信控制器106确定在地面基站特定时间窗口期间地面基站112a、112b、112c检测到飞行用户设备104，则在508不采取进一步的动作。在实施例中，如果飞行跟踪器312确定在地面基站特定时间窗口期间地面基站112a、112b、112c检测到飞行用户设备104，在508不采取进一步的动作。

在510：如果航空通信控制器106确定在地面基站特定时间窗口期间地面基站112a、112b、112c未检测到飞行用户设备104，则航空通信控制器106将警报经由通信接口306发送给飞行控制中心。在实施例中，飞行跟踪器312将警报发送到飞行控制中心。在一个实施例中，警报是报警。

在一个实施例中，如果地面基站112a、112b、112c之一在地面基站特定时间窗口之外检测到飞行用户设备104，则该地面基站112a、112b、112c向航空通信控制器106报告检测到飞行用户设备104的时间。航空通信控制器106基于接收到的时间来计算飞行器102的更新的位置和速度。航空通信控制器106向剩下的飞行路线116上的地面基站列表上的每个地面基站112a、112b、112c发送更新的飞行资源预留请求。更新的飞行资源预留请求包括更新的地面基站特定时间窗口，其指示每个地面基站112a、112b、112c可以期望何时检测到飞行用户设备104。

在实施例中，地面站列表上的每个地面基站112a、112b、112c同时或在不同时间测量由飞行用户设备104生成的上行链路信号，并提取一个或多个多普勒信息、距离和其他与飞行有关的信息以报告给航空通信控制器106。航空通信控制器106使用多普勒信息、距离和其他与飞行有关的信息中的一个或多个来计算飞行器102的速度和位置。

尽管已经结合方法500描述了一系列步骤，但是可以执行更少数量的所描述的步骤和/或附加的步骤。此外，尽管已经以特定顺序描述了步骤，但是方法500中的步骤可以以不同顺序执行。

参考图6，示出了使用飞行器通信系统的实施例来沿着飞行路线116跟踪飞行器102的方法600的示例的流程图表示。航空通信控制器106对飞行器102的跟踪可以用于安全性、调度或其他目的。

在602处，飞行用户设备104在飞行用户设备104和在飞行用户设备104通信范围内的基站列表的地面基站112a之间建立通信信道。在一个实施例中，飞行跟踪协调器210在飞行用户设备104和在飞行用户设备104通信范围内的地面基站列表的地面基站112a之间建立通信信道。在一个实施例中，飞行用户设备104与地面基站112a、112b、112c执行资源预留呼叫建立，以建立飞行用户设备104和地面基站112a之间的通信信道。当飞行器沿飞行路线116飞行时，当地面基站112a、112b、112c中的每一个进入飞行用户设备104的通行范围时，飞行用户设备104与地面基站列表上的每个地面基站112a、112b、112c执行资源预留呼叫建立。

在604处，在飞行用户设备104的通信范围内的地面基站从飞行用户设备104接收飞行器位置数据。在一个实施例中，飞行跟踪协调器210发送飞行器位置数据到地面基站112a、112b、112c。在606，地面基站112a、112b、112c将接收到的飞行器位置数据发送到航空通信控制器106。在一个实施例中，在飞行跟踪器312收到飞行器位置数据。

在一个实施例中，飞行用户设备104经由处于飞行用户设备104的通信范围内的地面基站112a、112b、112c周期性地向航空通信控制器106报告位置数据。在一个实施例中，飞行跟踪协调器210通过位于飞行用户设备104的通信范围内的地面基站112a、112b、112c向航空通信控制器106周期性地报告位置数据。

在一个实施例中，飞行用户设备104生成上行链路信号。在一个实施例中，飞行跟踪协调器210生成上行链路信号。航空通信控制器106经由在飞行用户设备104的通信范围内的地面基站112a、112b、112c接收上行链路信号。在一个实施例中，飞行跟踪器312接收上行链路信号。在一个实施例中，上行链路信号是飞行器位置数据。

在一个实施例中，飞行用户设备104生成标识飞行器102位置的飞行器位置数据，并将其经由处于飞行用户设备104的飞行通信范围内的地面基站112a、112b、112c发送到航空通信控制器106。在一个实施例中，飞行跟踪协调器210生成标识飞行器102的位置的飞行器位置数据，并将其经由于飞行用户设备104通信范围内的地面基站112a、112b、112c发送到航空通信控制器106。

在608，航空通信控制器106基于接收到的飞行器位置数据确定飞行器102是否在飞行路线116上。在一个实施例中，飞行跟踪器312基于接收到的飞行器位置数据来确定飞行器102是否在飞行路线116上。在一个实施例中，航空通信控制器106基于接收到的飞行器位置数据，根据飞行时间表确定飞行器102是否在飞行路线116上。在一个实施例中，飞行跟踪器312基于接收到的飞行器位置数据，根据飞行时间表确定飞行器102是否在飞行路线116上。

如果航空通信控制器106根据飞行时间表确定飞行器102在飞行路线116上，则在610不采取进一步的动作。如果航空通信控制器106根据飞行时间表确定飞行器102不在飞行路线116上，航空通信控制器106在612要确定飞行器102与飞行路线116和/或飞行时间表的偏离是否有必要向飞行控制中心发出警报。在一个实施例中，飞行跟踪器312确定偏离飞行路线116和/或飞行时间表是否有必要向飞行控制中心发出警报。

在614：如果航空通信控制器106确定偏离飞行路线116和/或飞行时间表有必要向飞行控制中心发出警报，则航空通信控制器106向飞行控制中心发出警报。在一个实施例中，如果飞行跟踪器312确定偏离飞行路线116和/或飞行时刻表有必要向飞行控制中心发出警报，则航空通信控制器106向飞行控制中心发出警报。在一个实施例中，警报是报警。

在616：如果航空通信控制器106确定偏离飞行路线116和/或飞行时间表，但不必要发出警报，则航空通信控制器106根据更新的飞行路线116和/或飞行时间表向被标识的、布置在沿着余下的飞行路线116的地面基站112a、112b、112c发送更新的飞行资源预留请求，以预留基站资源供飞行用户设备104使用。更新的飞行资源预留请求是地面基站特定的，并且标识飞行用户设备104预期在每个地面基站112a、112b、112c的通信范围内的更新时间窗口。

在618，每个地面基站112a、112b、112c根据接收到的更新的飞行资源预留请求来预留地面基站资源。在620，每个地面基站112a、112b、112c向航空通信控制器106发送更新的飞行资源预留响应。在一个实施例中，从每个地面基站112a、112b、112c收到的更新的飞行资源预留响应包括更新的地面基站特定小区和配置数据。在622，航空通信控制器106将地面基站特定的更新的小区和资源配置数据发送到飞行用户设备104。

用于飞行通信的小区可以不同于常规小区，该小区可以被修改和优化，以用于飞行通信。

至少可以存在三种类型的小区：(i)专用飞行小区，其仅为飞行UE提供服务；(ii)专用非飞行小区，其仅服务于常规UE或将FUE作为常规UE服务；(iii)共享小区，其服务于FUE和常规UE。在一个优选实施例中，仅当FUE不能与其他两种类型的小区连接时，它才连接到专用非飞行小区。在这种情况下，FUE将继续搜索其他两种类型的小区。

图7示出了用于FUE的资源预留的消息流。此处：(i)FUE和gNB1执行RRC连接建立；(ii)FUE已预先配置了ACC域名或可以执行ACC发现；(3)FUE与ACC通信并执行相互认证；(iv)在相互认证成功后，FUE可以激活数据网络名称(DNN)，并在飞行准备请求中将其路线和时间表信息发送给ACC；(v)ACC标识飞行路线中的gNB，并向这些gNB发送飞行资源准备请求；(vi)gNB为FUE预留资源，并用小区和资源配置回复ACC；(vii)ACC将小区列表和配置发送给FUE；(viii)FUE根据接收到的配置搜索小区。这些gNB根据接收到的时间窗口和飞行器识别码(flight_ID)信息搜索FUE。小区和资源配置可以包括但不限于：地理位置、频率、小区ID(PCI、CGI)、波束信息、类似信息或其组合等等。

FUE可以是预先配置的，也可以由ACC在图7的步骤7中用提供优化的飞行通信的小区来指示。

此外，作为雷达的补充方式，基于ACC资源预留的机制可用于跟踪飞行或无人机，以实现安全、调度和其他目的。如果gNB在预期时间窗口未检测到FUE，则gNB可以将事件报告给ACC。ACC可以进一步将警报发送到飞行管控中心。每个gNB还可以同时或在不同时间测量上行链路信号，并且可以提取飞行的多普勒信息、距离和其他信息，并向ACC报告以供ACC计算飞行的位置和速度。图8示出了基于网络的飞行跟踪，资源更新和报告呼叫流程。

FUE应该根据ACC配置周期性地或根据请求来报告其GNSS位置。ACC可以使用此信息来调整每个gNB中的资源预留。图9示出了FUE辅助的飞行跟踪、资源更新和报告呼叫流程。

此外，还可以通过较低层信令使用以下选项：

在专用飞行小区部署场景中，gNB可以使用主信息块(MIB)中的备用比特来指示飞行使用，参见例如图10。gNB指示禁止普通UE使用的小区；以及

在专用非飞行小区部署中，gNB可以使用MIB中的备用比特来指示没有针对FUE的服务优化。

对于共享小区部署方案，gNB可以有多个选项来指示支持飞行通信，包括：

选项1：除了正常使用外，MIB中还使用了备用比特来指示飞行使用；

选项2：建议在同步信号和PBCH块(SSB)中使用未使用的资源块(RE)来发送物理层信令，以指示以下内容(见图11-12)：

gNB支持飞行通讯；

有关优化不同类型飞行UE的信息；

SSB中携带上述信息的未使用RE可以遵循小区特定的RE映射和小区特定的扰码；以及

选项3：在SIB1中添加一个字段以指示飞行用途。

区分不同类型的UE可以应用于共享小区部署，或者专用飞行小区部署。无论是否有3GPP标准更改，都可以支持它。

在3GPP标准改变的情况下，可以如下支持UE区分：

订阅：使用类型或切片指示，或在UDM(用户数据管理)/HSS中配置的任何其他指示符；

RRC：在RRC中包含飞行指示，例如Msg3或Msg5、或UE能力报告；

NAS：将飞行指示包括在注册请求中；

在没有标准改变的情况下，FUE与普通UE相同，例如，在3GPP定义的信令流程和订阅中被视为移动电话。可以通过ACC支持附加功能以进行FUE优化，例如：

FUE通过ACC订阅飞行通信；

ACC通知gNB这是一种或多种类型的飞行，而不是常规UE；和/或

ACC请求gNB提供其他功能和控制。

尽管已经结合方法600描述了一系列步骤，但是可以执行更少数量的所描述的步骤和/或附加的步骤。此外，尽管已经以特定顺序描述了步骤，但是方法600中的步骤可以以不同顺序执行。

尽管可以将本实施例中的一些实施例描述和示出为在智能电话、移动电话或平板计算机中实现，但是这些仅是装置的示例，而不是限制。如本领域技术人员将理解的，本实施例适用于各种不同类型的装置，例如便携式和移动装置，例如在笔记本电脑、平板计算机、游戏机或游戏控制器中、各种可穿戴装置、嵌入式装置等。

本领域技术人员可以在不丧失寻求的效果的情况下扩展或改变本申请给出的任何范围或装置值。

尽管已经用特定于结构特征和/或方法行为的语言描述了主题，但是，所附权利要求中定义的主题不一定限于上述特定特征或行为。相反，以上描述的具体特征和行为被公开为实现权利要求的示例形式。

上述益处和优点可以涉及一个实施例或可以涉及若干实施例。实施例不限于解决任何或所有所述问题的实施例或具有任何或所有所述益处和优点的实施例。还将理解指对“一个”项的引用是指那些项中的一个或多个。

除非另有说明，本文中图示和描述的本公开的示例中的操作的运行或执行顺序不是必需的。也就是说，除非另有说明，可以以任何顺序执行操作，并且本公开的示例可以包括比本文所公开的更多或更少的操作。例如，预期在另一操作之前、同时或之后运行或执行特定操作在本公开的范围内。

当介绍本公开的各方面的要素或其示例时，冠词“一”，“一个”，“该”和“所述”旨在表示存在一个或多个要素。术语“包括”，“包含”和“具有”旨在是包括性的，并且意味着除所列要素外可能还有其他要素。术语“示例性”旨在表示“示例”。短语“以下中的一个或多个：A，B和C”是指“A中的至少一个和/或B中的至少一个和/或C中的至少一个”。

已经详细描述了本公开的各方面，将显而易见的是，在不脱离所附权利要求书所限定的本公开的各方面的范围的情况下，可以进行修改和变化。由于可以在不脱离本公开的方面的范围的情况下对以上构造、产品和方法进行各种改变，因此意图在于，以上描述中包含的以及在附图中示出的所有内容应被解释为说明性的，而并非限制意义。

Claims (26)

1.一种用于在飞行通信中预留带宽的方法，包括：

建立飞行用户设备与网络实体之间的通信通道；

从所述飞行用户设备向网络实体发送与选择的飞行相关的飞行资源准备请求，所述飞行资源准备请求包括：与选择的飞行相关的飞行路线，或与选择的的飞行相关的飞行路线和飞行时间表；和

在所述飞行用户设备处接收飞行资源准备响应，所述飞行资源准备响应包括由所述网络实体标识为沿所述飞行路线布置的多个网络节点的列表；

其中，所述飞行用户设备和所述网络实体中的至少一个被配置为从所述飞行资源准备响应中选择用于分配飞行中通信资源的多个网络节点或其子集。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述网络实体包括航空通信控制器、无线电接入节点或其组合。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述在飞行用户设备与网络实体之间建立通信信道还包括：在所述飞行用户设备与所述网络实体之间执行无线电资源控制连接；以及在所述飞行用户设备与所述网络实体之间执行相互认证。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括：从所述飞行用户设备向所述网络实体传输与所述选择的飞行相关联的飞行用户设备类型，所述飞行用户设备类型为由以下设备组成的组中之一：军事、民用、或无人机。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述飞行用户设备类型经由无线电资源控制信令被发送到所述网络实体。

6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述飞行用户设备类型经由非接入层信令被发送到所述网络实体。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括：从所述飞行用户设备向所述网络实体发送所述飞行用户设备的位置。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述飞行用户设备的位置在所述选择的飞行期间被周期性地发送。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述飞行用户设备接收到从所述网络实体发起的对位置的请求之后，发送所述飞行用户设备的位置。

10.根据权利要求1所述的方法，还包括：在所述飞行用户设备处，接收与所述多个网络节点中的每一个相关联的节点类型，所述节点类型是由以下设备组成的组中之一：专用飞行小区；专用非飞行小区；或共享小区。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，通过以下之一在所述飞行用户设备处接收所述节点类型：订阅、预配置、主信息块、同步信号和系统信息块。

12.一种用于在飞行中通信中预留带宽的方法，包括：

建立飞行用户设备与网络实体之间的通信通道；

在所述网络实体处接收与选择的飞行相关的飞行资源准备请求，所述飞行资源准备请求包括：与选择的飞行相关的飞行路线，或与选择的飞行相关的飞行路线和飞行时间表；和

从所述网络实体向所述飞行用户设备发送飞行资源准备响应，所述飞行资源准备响应包括由网络实体标识为沿着飞行路线布置的多个网络节点的列表；

其中，所述飞行用户设备和网络实体中的至少一个被配置为从所述飞行资源准备响应中选择用于分配飞行中通信资源的多个网络节点或其子集。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述网络实体包括航空通信控制器、无线电接入节点或其组合。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，所述在飞行用户设备与网络实体之间建立通信信道还包括：在所述飞行用户设备与所述网络实体之间执行无线电资源控制连接；以及在所述飞行用户设备与所述网络实体之间执行相互认证。

15.如权利要求12所述的方法，还包括：在所述网络实体处，接收与选择的飞行相关联的飞行用户设备类型，所述飞行用户设备类型为由以下设备组成的组中之一：军事、民用或无人机。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述飞行用户设备类型经由无线电资源控制信令或非接入层信令被发送到所述网络实体。

17.根据权利要求12所述的方法，还包括：在所述网络实体处，接收所述飞行用户设备的位置。

18.根据权利要求18所述的方法，其中，在所述选择的飞行期间，周期性地接收所述飞行用户设备的位置。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，响应于从所述网络实体发起的对位置的请求，接收所述飞行用户设备的位置。

20.根据权利要求12所述的方法，还包括：从所述网络实体向所述飞行用户设备传输与所述多个网络节点中的每一个相关联的节点类型，所述节点类型为由以下组成的组中之一：专用飞行小区；专用非飞行小区；或共享小区。

21.根据权利要求21所述的方法，其中，所述节点类型是在以下之一中发送的：订阅、预配置、主信息块、同步信号和系统信息块。

22.根据权利要求2或13所述的方法，还包括：

在航空通信控制器和无线电接入节点之间建立通信信道；

从所述无线电接入节点向航空通信控制器发送飞行资源准备请求、无线电接入节点信息、和以下各项：飞行用户设备类型、飞行用户设备位置或其组合；

在所述无线电接入节点处，接收飞行资源准备响应，飞行资源更新或其组合；以及

向所述飞行用户设备发送飞行资源准备响应、飞行资源更新或其组合。

23.根据权利要求2或13中任一项所述的方法，其中，所述航空通信控制器包括分布式系统。

24.根据权利要求2或13中任一项所述的方法，其中，所述航空通信控制器包括集中式系统。

25.一种用于在飞行通信中预留带宽的系统，包括：

至少一个飞行用户设备，以及

至少一个网络实体；

其中：

所述系统被配置为执行包括以下步骤的方法：

在飞行用户设备与网络实体之间建立通信通道；

在网络实体处接收与选择的飞行相关的飞行资源准备请求，所述飞行资源准备请求包括：与选择的飞行相关的飞行路线、或与选择的飞行相关的飞行路线和飞行时间表；和

从网络实体向飞行用户设备发送飞行资源准备响应，所述飞行资源准备响应包括由网络实体标识为沿着飞行路线布置的多个网络节点的列表；

其中，飞行用户设备和网络实体中的至少一个被配置为从飞行资源准备响应中选择用于分配飞行中通信资源的多个网络节点或其子集。

26.根据权利要求26所述的方法，其中，所述网络实体包括航空通信控制器、无线电接入节点或其组合。

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