CN104919651A - 用于空地数据链路天线自校准的方法 - Google Patents

用于空地数据链路天线自校准的方法 Download PDF

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Abstract

在基站天线与多个飞机进行通信时，对基站天线的波束模式进行改良，使得减少该基站对于相邻波束的干扰。该方法包括：从多个飞机中的每一个飞机接收位置定位。此外，该方法还包括：接收这些飞机中的每一个飞机的姿态，以及从这些飞机中的每一个飞机接收对导频信号的测量。导频信号是该基站发送的。此外，该方法还包括：对用于驱动至少一个天线发射单元的信号的幅度和相位进行调整以改良波束模式。这种调整是至少部分地基于这些飞机中的每一个飞机的导频测量值、位置定位和姿态。

Description

用于空地数据链路天线自校准的方法
技术领域
概括地说，本发明的方面涉及空地通信系统，而更具体地说，涉及适于结合机载移动平台使用的空地通信系统，其中当该机载移动平台处于飞行时，完成蜂窝网络中的地面基站收发机之间的软切换。
背景技术
为了提供诸如电话、视频、数据、消息、广播等等之类的各种通信服务，广泛部署了无线通信网络。这些网络通常是多址接入网络，通过共享可用的网络资源来支持多个用户的通信。通常，这些网络是基于地面网络，但是在近年来，商业航空运输(例如，飞机和其它航空器)上的乘客可获得公众可访问的网络。
这些服务通常称为空地(ATG)通信服务，其可以提供诸如宽带数据、语音通信之类的服务，以及诸如流电影或音乐之类的娱乐。虽然ATG服务和网络类似于当前部署的地面蜂窝网络和其它无线网络，但ATG网络也存在与这些网络不相同的方面。
通常，随着飞机飞越某个地理区域，各个飞机由特定的基站收发机(BTS)进行服务，直到来自该BTS的信号质量、信号强度或者可用带宽不足够为止，在此刻，将服务转移到另一个BTS。这种转移通常称为“切换”，其类似于当蜂窝设备(手持装置、PDA等等)在移动时，在用于这些设备的地面蜂窝网络中发生的切换。
通常，飞机使用单一的收发机与BTS进行通信，该收发机具有安装在该飞机的起落架上的天线。但是，BTS天线模式通常被设计成服务于地面客户，给定的BTS处的波束模式通常并没有被安排为服务ATG通信业务。
此外，仅仅以全向模式复制飞机周围的地面蜂窝波束模式，不能提供足够的信号强度和容量来服务该ATG系统中的数千个航空器以及潜在的数十万用户。
此外，典型的蜂窝和移动设备使用在所有方向都发射功率的天线模式，并且当这些天线具有足够高的增益模式与地面BTS进行直接通信时，这些传输将会对位于该蜂窝设备的视距传输之内的所有BTS站点造成干扰。当发射机/天线模式处于高海拔时，设备的视距传输将增加，因此其使干扰问题进一步复杂化。增加的干扰还减小数据带宽，这导致在可以直接使用蜂窝电话和其它移动设备的ATG系统中，产生更低的数据吞吐量。
因此，在ATG系统中使用的天线通常是“定向”天线，在该情况下，飞机上的天线以某些方向来指示外出的传输，BTS天线也指示传输功率位于在该BTS服务区域中飞机的方向。飞机天线接收来自机上的蜂窝电话的全向传输，飞机天线将这些传输指向特定的BTS天线，这样做减少干扰和增加数据吞吐量。
一旦飞机开始离开特定的BTS服务区域，就将该飞机服务切换到另一个BTS以便维持与该飞机的机上设备的通信。应当在丢失与服务的BTS的通信之前就发生这种切换，以便确保机上设备获得连续的通信信道。由于信号强度和信号质量通常是未知的，因此在没有飞机天线和BTS天线之间的交互的情况下，很难维持这些通信信道。
发明内容
本发明描述了用于改良天线的波束模式的方法、装置和计算机程序产品。
在本发明的一个方面，描述了一种改良基站天线的波束模式，减少对来自基站的相邻波束的干扰的方法，其中该基站天线被配置为与多个飞机进行通信。该方法从这些飞机中的每一个飞机接收对导频信号的测量的报告，所接收的对导频信号的测量是由该基站发送的。此外，该方法还包括：对用于驱动至少一个天线发射单元的信号的幅度和相位进行调整以改良所述波束模式。该调整是至少部分地基于从这些飞机中的每一个飞机接收的对导频信号的测量的报告。
在本发明的另一个方面，一种方法改良基站天线的天线波束的波束模式，以减少该基站对于相邻波束的干扰，其中所述基站天线被配置为利用波束与多个飞机进行通信。该方法从这些飞机中的每一个飞机接收位置定位，接收这些飞机中的每一个飞机的姿态。该方法对这些飞机中的每一个飞机发送的导频信号进行测量，对用于驱动至少一个天线接收单元的信号的幅度和相位进行调整以改良所述波束模式。该调整是至少部分地基于对于所述多个飞机中的每一个飞机的：所接收的对导频信号的测量、所接收的位置定位和/或姿态。。
根据本发明的另一个方面的装置改良基站天线的波束模式，其中该基站天线被配置为利用多个波束与多个飞机进行通信。该装置包括：用于从这些飞机中的每一个飞机接收位置定位的单元；用于接收这些飞机中的每一个飞机的姿态的单元。此外，该装置还具有：用于从这些飞机中的每一个飞机接收对导频信号的测量的单元，其中，所接收的对导频信号的测量是基站发送的。此外，该装置还具有：用于对驱动至少一个天线发射单元的信号的幅度和相位进行调整以改良所述波束模式的单元。该调整至少部分地基于对于所述多个飞机中的每一个飞机的：所接收的对导频信号的测量、所接收的位置定位和/或姿态。
在本发明的另一个方面，一种装置改良基站天线的波束模式，其中该基站天线利用多个波束与多个飞机进行通信。该装置具有：发射机，其被配置为向这些飞机中的每一个飞机发送导频信号；接收机，其被配置为从这些飞机中的每一个飞机接收位置定位和这些飞机中的每一个飞机的姿态，从这些飞机中的每一个飞机接收对导频信号的测量。此外，该装置还具有耦合到所述发射机和所述接收机的控制器，其被配置为对用于驱动至少一个天线发射单元的信号的幅度和相位进行调整以改良所述波束模式。该调整至少部分地基于所述导频测量值。此外，该调整还可以基于这些飞机中的每一个飞机的位置定位和/或姿态。
在本发明的另一个方面，一种计算机程序产品被配置为改良基站天线的波束模式，其中该基站天线被配置为利用多个波束与多个飞机进行通信。所述计算机程序产品包括其上记录有非临时性程序代码的非临时性计算机可读介质。所述非临时性程序代码具有：用于向飞机发送导频信号的程序代码；用于从这些飞机中的每一个飞机接收位置定位和这些飞机中的每一个飞机的姿态，从这些飞机中的每一个飞机接收所发送的对导频信号的测量的程序代码。此外，所述非临时性程序代码还具有：用于对驱动至少一个天线发射单元的信号的幅度和相位进行调整以改良波束模式的程序代码。该调整是至少部分地基于对于所述多个飞机中的每一个飞机的：所接收的对导频信号的测量、所述位置定位和/或姿态。
在本发明的另一个方面，一种方法改良波束模式，其在第一飞机处，从基站接收包含导频信号的通信信号。在第一飞机处，对这些导频信号进行测量；从第一飞机向所述基站发送导频测量报告。在飞机处接收具有减少的干扰的另外通信信号，其中这种减少的干扰是源自于所述基站对驱动至少一个天线发射单元的信号的幅度和相位进行调整的。该调整是至少部分地基于从第一飞机发送的对导频信号的测量报告的。
一种用于改良基站天线的波束模式的装置(其中该基站天线被配置为使用多个波束在基站和多个飞机之间进行通信)具有：飞机接收机，其被配置为在第一飞机处，从基站发射机接收包含导频信号的通信信号。此外，该装置还具有：耦合到所述接收机的处理器，其被配置为在第一飞机处，对所述导频信号进行测量；耦合到所述处理器的飞机发射机，其被配置为从第一飞机向所述基站发送导频信号测量报告。此外，该装置还包括耦合到所述基站发射机的控制器，用于对驱动所述基站发射机中的至少一个天线发射单元的信号的幅度和相位进行调整以改良所述波束模式。该调整是至少部分地基于从第一飞机发送的导频信号测量报告的报告的。
一种用于改良基站天线的波束模式的装置(其中该基站天线被配置为使用多个波束在基站和多个飞机之间进行通信)包括：接收单元，其被配置为在第一飞机处，从基站发射机接收包含导频信号的通信信号。此外，该装置还具有耦合到所述接收单元的、用于在所述第一飞机处对所述导频信号进行测量的单元。此外，该装置还包括：耦合到所述处理单元的、用于从第一飞机向所述基站发送导频信号测量报告的单元；耦合到所述基站发射机的、用于对驱动所述基站发射机中的至少一个天线发射单元的信号的幅度和相位进行调整以改良所述波束模式的单元。该调整是至少部分地基于从第一飞机发送的导频信号测量报告的报告的。
根据本发明的另一个方面，一种被配置为改良基站天线的波束模式的计算机程序产品(其中该基站天线被配置为利用多个波束与多个飞机进行通信)包括：其上记录有非临时性程序代码的非临时性计算机可读介质。所述非临时性程序代码具有：用于在第一飞机处，从所述基站接收包含导频信号的通信信号的程序代码；用于在第一飞机处，对所述导频信号进行测量的程序代码；用于从第一飞机向所述基站发送导频信号测量报告的程序代码；用于对驱动至少一个天线发射单元的信号的幅度和相位进行调整以改良所述波束模式的程序代码。该调整是至少部分地基于从第一飞机发送的对导频信号的测量报告的。
为了更好地理解下面的具体实施方式，上面对本发明的特征和技术优点进行了相当程度地总体概括。下面将描述本发明的其它特征和优点。本领域普通技术人员应当理解的是，可以将所公开的内容容易地使用成用于修改或设计执行本发明的相同目的的其它结构的基础。此外，本领域普通技术人员还应认识到，这些等同的构造并不脱离如所附权利要求书阐述的本发明的内容。当结合附图来考虑下面的具体实施方式时，将能更好地理解被认为是本发明的特性的新颖特征(关于它们的组织和操作方法)，以及另外的对象和优点。但是，应当明白理解的是，提供这些附图中的每一个仅仅是用于说明和描述目的，而不是用作为规定本发明的限制范围。
附图说明
为了更全面地理解本发明的公开内容，现在结合附图来做下面的描述。
图1示出了一种空地电信系统的例子的图。
图2根据本发明的一个或多个方面，示出了一种基站发射天线。
图3根据本发明的方面，示出了可以在空地宽带通信系统中部署的方位天线模式。
图4根据本发明的一个或多个方面，示出了可以在空地宽带通信系统中部署的方位天线模式。
图5示出了图3和图4的天线模式之间的比较。
图6示出了多付天线同时地与一付天线进行通信的示例性天线模式。
图7示出了具有引入的系数和相位误差的图6的示例波束配置。
图8根据本发明的一个方面，示出了用于改良基站天线的发射波束的波束模式的方法。
图9根据本发明的另一个方面，示出了用于改良基站天线的发射波束的波束模式的方法。
图10根据本发明的另一个方面，示出了用于改良基站天线的发射波束的波束模式的方法。
具体实施方式
下面结合附图描述的具体实施方式，仅仅旨在对各种配置进行描述，而不是旨在表示仅在这些配置中才可以实现本申请所描述的概念。为了对各种概念有一个透彻理解，具体实施方式包括特定的细节。但是，对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，可以在不使用这些特定细节的情况下实现这些概念。在一些实例中，为了避免对这些概念不明显，公知的结构和组件以框图形式示出。如本文所描述的，术语“和/或”的使用旨在表示“包括性的或”，而术语“或”的使用旨在表示“排它性的或”。
空地通信
图1示出了一种空地电信系统的例子的图。
如图所示，系统100包括飞机102和多个传输基站(BTS)104-106。虽然为了清楚说明起见，仅仅示出了飞机102、BTS 104和BTS 106，但在本公开内容的保护范围之内，可以实现任意数量的飞机和BTS。
飞机102具有用于通过经由BTS天线114和/或BTS天线116，通信链路110和/或通信链路112，与BTS 104和BTS 106中的一个或多个进行通信的天线108。
随着飞机102按照管制的高度，沿着预定的路线飞越上空时，飞机102将进入和离开BTS 104和/或BTS 106以及位于地理邻近区域的任何其它BTS的服务区域。通常，适于ATG服务的地面蜂窝系统使用宽波束带宽(例如，BTS天线114和/或BTS天线116)，经由天线108来服务飞机102。尝试使用宽波束带宽向位于飞机102的机舱内的蜂窝电话或其它移动设备(没有示出)提供语音和低速数据服务。但是，这种方式通常没有足够的带宽或者功率来适当地维持通信链路110或通信链路112，以至于不能服务位于BTS 104和/或BTS 106的地理服务区域之内的飞机102或其它飞机。
本发明的方面提供了通过更高频率来支持通信链路110和通信链路112，以增加从BTS 104和/或BTS 106向飞机102提供的带宽。更高的频率使得能向飞机102以及位于BTS 104和/或BTS 106的地理服务区域之内的其它飞机提供更高数据速率服务。
图2根据本发明的一个或多个方面，示出了一种基站发射天线。
天线200(图1中示出为BTS天线114和/或BTS天线116)可以是可控波束天线，其实现成具有多个天线单元202-208的相控阵天线。可以预想的是，其它可控波束天线(例如，跟踪天线)也落入本发明的保护范围之内。
本发明的系统100可以使用甚小孔径终端(VSAT)上行链路当前采用的微波频段，其通常处于频率近似为12-14GHz的Ku频带，但在不脱离本发明的保护范围的基础上，其也可以位于其它频率范围和频带之内。为了实现该频段的再利用，而不会造成其它系统(例如，海事VSAT、其它先前部署的VSAT系统等等)对于VSAT频率的其它使用下降，本发明的方面对于BTS天线114和BTS天线116的天线模式、以及天线108的天线模式进行控制，以便减少系统100和VSAT系统之间的干扰。
为了进一步实现系统100，BTS天线114和/或BTS天线116使用非常窄的传输波束，其有时称为“铅笔”波束。铅笔形波束可以具有波束模式的主功率波瓣，其具有用于支持空间复用增益的1度乘以2度的量级，在该情况下，针对多个飞机，对来自各个BTS 104-106的VSAT频谱进行重用。这种空间复用方案通过减少一个波束对于该系统100中的任何其它波束的干扰(其还称为“溢波(bleed over)”)，来利用这些非常明确定义的波束。BTS使用这些波束向飞机发送通信信号，并从飞机接收通信信号。
随着飞机移动通过BTS天线114-116的视野范围，为了跟踪多个飞机(例如，飞机102)，利用通过天线单元202-208所形成的窄铅笔形波束来照射这些飞机102中的每一个。使用这些波束来建立通信链路110(或通信链路112)，这些链路通过天线控制器210来维持。在该配置中，天线控制器210对于驱动天线单元202-208中的每一个的信号的相位和幅度系数进行控制，以形成和操纵用于该通信链路110的波束。在BTS 104-106处，处理器212耦合到天线控制器210、发射机222和接收机220。处理器212可以根据要发送的给定信号的幅度和相位系数或者BTS 104和/或BTS 106要接收的给定信号的幅度和相位系数，来指导通信链路110上的多个波束的形成。在这些波束中包含的信号包括发射机和接收机均已知的参考信号。这些参考信号旨在实现对信号的测量。这些参考信号还称为导频或者导频信号。
飞机102进行类似地操作，在天线108处对通信链路信号进行感测，在飞机接收机216处接收这些通信链路信号。这些信号由处理器212进行处理，并随后由发射机213在飞机102中进行发送，其中该处理器212可以是与BTS 104和/或BTS 106处的处理器212相类似或者不同的处理器。内部天线214将这些信号发送给诸如蜂窝电话和PDA设备之类的用户设备218(UE)，转而UE 218向内部天线214进行反向发送。然后，这些信号由发射机213接收到，由处理器212进行处理，并由发射机213通过天线108重新发送回BTS 104和/或BTS 106。
在本质上，通过使用由多个天线单元202-208所构成的天线200(例如，相控阵)，天线200生成笔形波束，其以特定的相位和幅度配置使能量聚集，以便随着飞机102移动而跟随该飞机102。机械应力、热和局部散射效应影响通信链路110和通信链路112。这些影响还使天线200的波束模式失真，这使得由于增加了天线200所产生的天线波束的旁瓣的功率，而降低了系统100的性能。由于来自天线200的波束只有在与天线200具有相当距离的地方才完全形成和可测量(由于天线200波束的高增益，通常处于与天线200自身几米远的距离)，因此对于靠近天线的波束进行采样(例如，在近场中采样)会有问题。
此外，BTS 104-106和飞机102的天线108之间的大气条件也可能影响波束，可能造成波束失真或者偏离所确定的路径，这种情形影响通信链路110的性能。这种失真或者偏离影响可以包括波束偏斜、波束尺寸失真或者其它影响，这些影响中的任何一种都减少可用于BTS 104-106和天线108之间的数据/语音传输的带宽。天线200可以通过调整针对天线单元202-208中的每一个的驱动的相位和幅度，来补偿这些影响(但这也仅仅只是在满足下面条件时才可行：具有确定天线200所形成的、在与该天线适当的距离处的波束的形状的某种能力)。
在一种配置中，本发明的装置包括：用于从多个飞机中的每一个飞机接收位置定位的单元。此外，该装置还包括：用于接收所述多个飞机中的每一个飞机的姿态的单元；用于从所述多个飞机中的每一个飞机接收对导频信号的测量的单元。此外，该装置还包括用于对驱动至少一个天线发射单元的信号的幅度和相位进行调整以完善波束模式的单元。在一个方面，用于接收所述多个飞机中的每一个飞机的姿态的单元和用于接收测量值的单元可以是接收机220，其被配置为执行这些接收单元中的每一个所列举的功能。所述用于调整的单元可以是天线控制器210，其被配置为执行调整单元的功能。在另一个方面，前述的单元可以是被配置为执行前述单元所列举的功能的设备或其它装置。
在另一种配置中，本发明的装置包括：用于从基站发射机接收包含导频信号的通信信号的单元。此外，该装置还包括：用于在第一飞机处对导频信号进行测量的单元；以及用于向基站发送导频信号测量报告的单元。此外，该装置还包括用于对驱动基站发射机中的至少一个天线发射单元的信号的幅度和相位进行调整的单元。在一个方面，用于接收通信信号的单元可以是接收机216，其被配置为执行接收单元所列举的功能。所述用于测量的单元可以是处理器212，其被配置为执行测量单元的功能。所述用于发送的单元可以是发射机213，其被配置为执行发送单元的功能。所述用于调整的单元可以是天线控制器210，其被配置为执行调整单元的功能。在另一个方面，前述的单元可以是被配置为执行这些前述单元所列举的功能的设备或其它装置。
天线系数的调整的影响
图3根据本公开内容的方面，示出了可以在空地宽带通信系统中部署的方位天线模式。
在使用相控阵天线来提供天线增益的通信系统中，如果系统只使用一个波束，则幅度和相位系数的精确调整并不关键。当通信系统使用可能用在相控阵天线的多种波束时，并且这些波束向系统的多个用户提供空间复用时，这些系数的调整将变得更加重要。这种系数的精确调整称为相控阵的校正。
在图3中，水平轴300指示水平面的角度，垂直轴302指示该方向的信号幅度304。预定目标(例如，飞机102或者替代地BTS 104和/或BTS 106)处于该图的中心(其具有0度的角度)，其还称为天线视轴。
在图3中，将天线的相控阵系数校准成适当的值。对于该例子而言，在视轴处，信号幅度峰值增益是35dB。换言之，当天线200的平面中心指向预定目标时，该天线向进入天线200的信号提供35dB的增益。
天线200的第一旁瓣308呈现与主瓣偏离近似正负15度，并具有22dB的增益。这意味着与位于视轴的角度相比，从该天线发射的信号在第一旁瓣308的角度处更弱13dB。也就是说，与预定目标接收的功率相比，与预定目标偏离十度的区域(例如，其它飞机和/或其它BTS)接收功率更低13dB的信号(如果天线200指向正确的话)。其它旁瓣310位于与视轴偏离更远的角度间隔处。
图4示出了可以在空地宽带通信系统中部署的方位天线模式。
图4示出了被配置成相控阵的天线200，其在相位上具有正负10度，在幅度上具有正负百分之15的随机误差。在感兴趣频率处，存在着相当小的误差，其中，如果随着温度变化和天线结构上的机械应力改变(例如，由于大风所造成的变化)，不进行频率调整的话，就不能使该相当小的误差减到最小。
在上述系数中引入随机误差的情况下，主瓣400关于图3的主瓣306只具有非常轻微的衰减，其中主瓣400的峰值增益下降大约1dB。但是，旁瓣402和404从低于峰值增益13dB急剧地增加到仅仅低9dB。这使得向不同于预定目标的位置所发射的功率增加了超过50％，其减少了用于数据传输的功率，增加了泄漏的功率(其中泄漏的功率向其它波束和其它目标产生了干扰)。
图5示出了图3和图4的天线模式之间的比较。模式500(实线)示出为来自于图3，模式502(虚线)示出为来自于图4。
图6示出了多付天线同时与一付天线进行通信的示例性天线模式。
在图6中，波束模式600-604示出了三个紧密间隔的目标(例如，飞机102)的天线模式，其中这三个目标同时地与BTS 104和/或BTS 106进行通信。波束模式600-604指示使用三个独立的波束来提供空间复用，使得波束模式600-604中的每一个波束模式的主瓣指向不同的方向，这允许每个目标(例如，飞机102)能辨别这些模式。这种空间辨别允许BTS 104和/或BTS 106中的给定一个进行频率信道重用。虽然示出了三个波束模式600-604，但在本发明的保护范围和精神之内，也可以使用更大或者更少数量的波束模式600-604。
波束模式600-604中的每一个波束模式的旁瓣允许信号泄漏到相邻的波束。随着波束模式600-604中的每一个波束模式的旁瓣和主瓣之间的干扰增加，波束模式600-604中的每一个波束模式的旁瓣和主瓣之间的功率的差值变得更加重要。
在图6中，在主瓣峰值功率和旁瓣功率之间存在13dB的差值。随着使用更多的波束，其它的旁瓣也将信号泄漏到相邻的波束。结果，另外的波束进一步降低了系统的信号与干扰比。由于波束模式600-604在主瓣和旁瓣功率比之间的差值方面受到限制，因此固有功率电平的任何下降都会严重地影响系统100的性能。
如图6中所示，当不存在系数或相位误差时，主瓣和旁瓣功率电平之间的13dB的功率差值是可分辨的。通常，标准接收机能够以这种信号与干扰比进行操作。
图7示出了具有引入的系数和相位误差的图6的示例波束配置。
图7示出了波束模式700-704，其中，在用于形成天线波束的系数中，引入了相位具有正负10度和幅度具有正负百分之15的随机误差。峰值增益与干扰的旁瓣之比从13dB减少到8dB，其大于相邻波束干扰的两倍。这种下降造成了数据传输中的错误，降低了数据吞吐量，增加了在系统100中丢失通信信道的可能性。
位置/姿态信息和反馈
通过通信链路110和/或通信链路112(例如，空地(ATG)通信链路)与BTS 104和/或BTS 106进行通信的飞机102通常处于公知的位置，并跨越BTS 104和/或BTS 106所服务的地理区域进行移动。飞机接收机216(通过处理器212或者该飞机102处的其它测量设备)可以测量BTS天线114和BTS天线116(例如，天线200)所发送的信号，并通过通信链路110将这些测量值发送回BTS 104和BTS 106。飞机102执行的这些测量允许对BTS 104和BTS 106的更精确的反馈，以校正天线控制器210驱动天线200(例如，BTS天线114和/或BTS天线116)的天线单元202-208所使用的相位和幅度系数。可以结合对BTS 104/BTS 106波束模式的改变来进行这些测量，或者可以与BTS 104/BTS 106波束模式的改变同时地进行这些测量，或者以下面的任意组合来执行这些测量：并发地或者结合波束模式的改变。
此外，飞机102可以通过通信链路110发送精确的飞机位置和姿态信息224，该信息可以包括信息强度测量的时间和/或位置/姿态测量的时间。随后，BTS 104和BTS 106可以使用来自任何一个、任何多个或者所有可用的飞机的信号和飞机位置和姿态信息224，来计算用于天线200的发射波束模式，并通过天线控制器210或者其它系统进行任何幅度和相位调整，以校正上行链路波束。
此外，BTS 104和/或BTS 106还可以使用通信链路110的下行链路信号(例如，来自发射机213和天线108的传输)与飞机位置和姿态信息224，来帮助校准BTS 104和BTS 106接收机天线阵列。尽管基站发射天线和接收天线可以是相同物理阵列的天线单元202-208，但用于形成发射波束的相位和幅度参数可以与用于形成通信链路110的接收波束的相位和幅度参数不同。此外，当校准BTS 104和BTS 106、BTS天线114和BTS天线106时，BTS 104-106还可以利用在测量通信链路110的上行链路和下行链路信号时的飞机位置和姿态信息224，以便去除天线模式的影响。可以结合对BTS 104波束模式的改变来执行这些测量，或者可以与BTS 104波束模式的改变同时地进行这些测量，或者以下面的任意组合来进这些测量：并发地或者结合波束模式的改变。
图8根据本发明的一个方面，示出了用于改良基站天线的发射波束的波束模式的方法800。如方框802中所示，BTS从多个飞机中的每一个飞机接收导频信号的测量报告，所接收导频信号的的测量是所述基站发送的。如方框804中所示，基站收发机(BTS)对用于驱动至少一个天线发射单元的信号的幅度和相位进行调整以改良波束模式，其中，该调整是至少部分地基于从所述多个飞机中的每一个飞机接收的导频信号的测量报告。
图9根据本发明的另一个方面，示出了用于改良基站天线的天线波束的波束模式的方法900。在方框902中，BTS从多个飞机接收位置定位和这些位置的时间。在方框904中，BTS接收这些飞机中的每一个飞机的姿态。在方框906中，BTS从这些飞机中的每一个飞机接收对导频信号的测量，其中这些导频信号是基站发送的。在方框908中，BTS至少部分地基于导频测量、位置定位和飞机的姿态，对用于驱动天线接收单元的信号的幅度和相位进行调整以改进天线波束。
图10根据本发明的另一个方面，示出了用于改良基站天线的天线波束的波束模式的方法1000。方框1002示出了在多个飞机中的第一飞机处，从基站接收包含导频的通信信号。方框1004示出了在第一飞机处，对导频进行测量。方框1006示出了从第一飞机向基站发送导频测量报告。方框1008示出了：在所述多个飞机中的至少一个飞机处，接收具有减少的干扰的另外通信信号，其中这种减少的干扰是源自于基站对驱动至少一个天线发射单元的信号的幅度和相位进行调整以改良波束模式，该调整是至少部分地基于从第一飞机发送的对导频信号的测量报告。
虽然描述成处理器212，但本发明的系统可以并入并行或者串行运行的多个处理器，这些系统可以使用总线体系结构来实现。根据该处理系统的具体应用和整体设计约束条件，该总线可以包括任意数量的相互连接总线和桥路。总线将包括一个或多个处理器和/或硬件模块(其通过处理器212来表示)的各种电路链接在一起。
处理器212可以耦合到或者包括计算机可读介质250。处理器212负责通用处理，其包括执行计算机可读介质250上存储的软件。当该软件由处理器212执行时，使得执行针对任何特定装置所描述的各种功能。计算机可读介质250还可以用于存储当处理器212执行软件时所操作的数据。
此外，结合各种装置和方法所描述的处理器212，可以使用电子硬件、计算机软件或者其任意组合来实现。至于这些处理器是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。举例而言，处理器、处理器的任何部分、或者在本发明中给出的处理器的任意组合，可以利用微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑器件(PLD)、状态机、门逻辑、分立硬件电路或者被配置为执行贯穿本发明所描述的各种功能的其它适当处理组件来实现。处理器、处理器的任何部分、或者在本发明中给出的处理器的任意组合的功能，可以利用微处理器、微控制器、DSP或其它适当平台执行软件来实现。
软件应当被广泛地解释为意味着指令、指令集、代码、代码段、程序代码、程序、子程序、软件模块、应用、软件应用、软件包、例行程序、子例行程序、对象、可执行文件、执行的线程、过程、函数等等，无论其被称为软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言还是其它术语。软件可以位于计算机可读介质上。举例而言，计算机可读介质可以包括存储器，例如，磁存储器件(例如，硬盘、软盘、磁带)、光盘(例如，紧致碟(CD)、数字多用途光碟(DVD))、智能卡、闪存器件(例如，卡、棒、钥匙驱动器)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、可擦除PROM(EPROM)、电可擦除PROM(EEPROM)、寄存器或者移动硬盘。虽然在贯穿本发明所呈现的各个方面中，将存储器示出为独立于处理器，但存储器也可以是处理器的组成部分(例如，高速缓存或寄存器)。
计算机可读介质250可以用计算机程序产品来体现。举例而言，计算机程序产品可以包括具有封装材料的计算机可读介质。本领域普通技术人员应当认识到，如何最佳地实现贯穿本发明给出的所描述功能，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。
应当理解的是，本文所公开方法中的特定顺序或步骤层次只是示例性处理的一个例子。应当理解的是，根据设计优先选择，可以重新排列这些方法中的特定顺序或步骤层次。所附的方法权利要求以示例顺序给出了各种步骤的元素，但并不意味着其受到给出的特定顺序或层次的限制，除非本文进行了明确地说明。
为使本领域任何普通技术人员能够实现本文所描述的各个方面，上面围绕各个方面进行了描述。对于本领域普通技术人员来说，对这些方面的各种修改都是显而易见的，并且本文定义的总体原理也可以适用于其它方面。因此，本发明并不限于本文所示出的方面，而是与本发明公开的全部范围相一致，其中，除非特别说明，否则用单数形式修饰某一部件并不意味着“一个和仅仅一个”，而可以是“一个或多个”。除非另外特别说明，否则术语“一些”指代一个或多个。指代一个列表项“中的至少一个”的短语是指这些项的任意组合，其包括单一成员。举例而言，“a、b或c中的至少一个”旨在覆盖：a；b；c；a和b；a和c；b和c；a、b和c。贯穿本发明描述的各个方面的部件的所有结构和功能等价物以引用方式明确地并入本申请中，并且旨在由权利要求所涵盖，这些结构和功能等价物对于本领域普通技术人员来说是公知的或将要是公知的。此外，本申请中没有任何公开内容是想要奉献给公众的，不管这样的公开内容是否明确记载在权利要求书中。此外，不应依据美国专利法第112条第6款来解释任何权利要求的构成要素，除非该构成要素明确采用了“功能性模块”的措辞进行记载，或者在方法权利要求中，该构成要素是用“功能性步骤”的措辞来记载的。

Claims (38)

1.一种改良基站天线的波束模式，减少对来自基站的相邻波束的干扰的方法，其中所述基站天线被配置为使用多个波束与多个飞机进行通信，所述方法包括：
从所述多个飞机中的每一个飞机接收对导频信号的测量的报告，所接收的对导频信号的测量是由所述基站发送的；以及
对用于驱动至少一个天线发射单元的信号的幅度和相位进行调整以改良所述波束模式，所述调整至少部分地基于从所述多个飞机中的每一个飞机所接收的对导频信号的测量的报告。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
接收所述多个飞机中的每一个飞机的至少一个位置定位，并且
至少部分地基于所述多个飞机中的每一个飞机的所述至少一个位置定位，对用于驱动所述至少一个天线发射单元的所述信号的所述幅度和所述相位进行进一步调整。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括：
将所接收的所述多个飞机中的至少一个飞机的位置定位中的至少一个位置定位，转发到另一个基站以用于切换。
4.根据权利要求2所述的方法，还包括：
接收所接收的所述多个飞机中的每一个飞机的位置定位的时间，并且
至少部分地基于所接收的所述多个飞机中的每一个飞机的位置定位的时间，对用于驱动所述至少一个天线发射单元的所述幅度和所述相位的所述信号进行进一步调整。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括：
接收所述多个飞机中的每一个飞机的姿态，并且
至少部分地基于所述多个飞机中的每一个飞机的所述姿态，对用于驱动所述至少一个天线发射单元的所述信号的所述幅度和所述相位进行进一步调整。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括：
将所述多个飞机中的至少一个飞机的所述姿态转发到另一个基站以用于切换。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括：
至少部分地基于大气状况，对用于驱动至少一个天线发射单元的所述信号的所述幅度和所述相位进行调整。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括：
至少部分地基于从所述多个飞机中的每一个飞机接收的信号，对用于驱动至少一个天线发射单元的所述信号的所述幅度和所述相位进行调整。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括：
对用于驱动所述基站天线的至少一个天线接收单元的所述信号的所述幅度和所述相位进行调整。
10.一种改良基站天线的天线波束的波束模式，以减少对来自基站的相邻波束的干扰的方法，其中所述基站天线被配置为利用多个波束与多个飞机进行通信，所述方法包括：
从所述多个飞机中的每一个飞机接收位置定位；
接收所述多个飞机中的每一个飞机的姿态；
对从所述多个飞机中的每一个飞机发送的导频信号进行测量；以及
对用于驱动至少一个天线接收单元的信号的幅度和相位进行调整以改良所述波束模式，所述调整是至少部分地基于对于所述多个飞机中的每一个飞机的以下各项的：所接收的对导频信号的测量、所接收的位置定位和/或所述姿态。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括：
接收所接收的所述多个飞机中的每一个飞机的位置定位的时间，并且
至少部分地基于所接收的所述多个飞机中的每一个飞机的位置定位的时间，对用于驱动至少一个天线接收单元的所述信号的所述幅度和所述相位进行调整。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括：
至少部分地基于大气状况，对用于驱动至少一个天线接收单元的所述信号的所述幅度和所述相位进行调整。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括：
至少部分地基于从所述多个飞机中的每一个飞机接收的信号，对用于驱动至少一个天线接收单元的所述信号的所述幅度和所述相位进行调整。
14.根据权利要求10所述的方法，还包括：
对用于驱动所述基站天线的至少一个天线发射单元的所述信号的所述幅度和所述相位进行调整。
15.根据权利要求10所述的方法，还包括：
将所接收的所述多个飞机中的至少一个飞机的位置定位和所述姿态转发到另一个基站以用于切换。
16.一种用于改良基站天线的波束模式的装置，其中所述基站天线被配置为利用多个波束与多个飞机进行通信，所述装置包括：
用于从所述多个飞机中的每一个飞机接收位置定位的单元；
用于接收所述多个飞机中的每一个飞机的姿态的单元；
用于从所述多个飞机中的每一个飞机接收对导频信号的测量的单元，其中，所述对导频信号的测量是由基站发送的；以及
用于对驱动至少一个天线发射单元的信号的幅度和相位进行调整以改良所述波束模式的单元，其中所述调整是至少部分地基于对于所述多个飞机中的每一个飞机的以下各项的：对所述导频信号的所述测量、所接收的位置定位和/或所述姿态。
17.根据权利要求16所述的装置，还包括：
用于接收所接收的所述多个飞机中的每一个飞机的位置定位的时间的单元，以及
用于至少部分地基于所接收的所述多个飞机中的每一个飞机的位置定位的所述时间，对用于驱动至少一个天线发射单元的所述信号的所述幅度和所述相位进行调整的单元。
18.根据权利要求17所述的装置，还包括：
用于至少部分地基于大气状况，对用于驱动至少一个天线发射单元的所述信号的所述幅度和所述相位进行调整的单元。
19.根据权利要求17所述的装置，还包括：
用于至少部分地基于从所述多个飞机中的每一个飞机接收的信号，对用于驱动至少一个天线发射单元的所述信号的所述幅度和所述相位进行调整的单元。
20.根据权利要求19所述的装置，还包括：
用于对驱动所述基站天线的至少一个天线接收单元的所述信号的所述幅度和所述相位进行调整的单元。
21.根据权利要求17所述的装置，还包括：
用于将所接收的所述多个飞机中的至少一个飞机的位置定位和所述姿态转发到另一个基站以用于切换的单元。
22.一种用于改良基站天线的波束模式的装置，其中所述基站天线被配置为利用多个波束与多个飞机进行通信，所述装置包括：
发射机，其被配置为向所述多个飞机中的每一个飞机发送导频信号；
接收机，其被配置为从所述多个飞机中的每一个飞机接收位置定位和所述多个飞机中的每一个飞机的姿态，并且从所述多个飞机中的每一个飞机接收对所述导频信号的测量；以及
耦合到所述发射机和所述接收机的控制器，其被配置为对用于驱动至少一个天线发射单元的信号的幅度和相位进行调整以改良所述波束模式，其中所述调整是至少部分地基于所述多个飞机中的每一个飞机的以下各项的：对所述导频信号的所述测量、所述位置定位和/或所述姿态。
23.根据权利要求22所述的装置，其中：
所述接收机还被配置为：接收所述多个飞机中的每一个飞机的所述位置定位的时间，以及
所述控制器被配置为：至少部分地基于所述多个飞机中的每一个飞机的所述位置定位的时间，对用于驱动至少一个天线发射单元的所述信号的所述幅度和所述相位进行调整。
24.根据权利要求23所述的装置，其中，所述控制器还被配置为：
至少部分地基于大气状况，对用于驱动至少一个天线发射单元的所述信号的所述幅度和所述相位进行调整。
25.根据权利要求23所述的装置，其中，所述控制器还被配置为：
至少部分地基于从所述多个飞机中的每一个飞机接收的信号，对用于驱动至少一个天线发射单元的所述信号的所述幅度和所述相位进行调整。
26.根据权利要求23所述的装置，其中，所述控制器还被配置为：
对驱动所述基站天线的至少一个天线接收单元的所述信号的所述幅度和所述相位进行调整。
27.根据权利要求22所述的装置，其中，所述发射机被配置为：将所述多个飞机中的至少一个飞机的所述位置定位和所述姿态转发到另一个基站以用于切换。
28.一种被配置用于改良基站天线的波束模式的计算机程序产品，其中所述基站天线被配置为利用多个波束与多个飞机进行通信，所述计算机程序产品包括：
其上记录有程序代码的非临时性计算机可读介质，所述程序代码包括：
用于向所述多个飞机发送导频信号的程序代码；
用于从所述多个飞机中的每一个飞机接收位置定位和所述多个飞机中的每一个飞机的姿态，并且从所述多个飞机中的每一个飞机接收对所述导频信号的测量的程序代码；以及
用于至少部分地基于所述多个飞机中的每一个飞机的以下各项，对用于驱动至少一个天线发射单元的信号的幅度和相位进行调整以改良所述波束模式的程序代码：对所述导频信号的所述测量、所述位置定位和/或所述姿态。
29.一种辅助改良基站天线的波束模式的方法，其中所述基站天线被配置为使用多个波束在基站和多个飞机之间进行通信，所述方法包括：
从所述基站接收包含导频信号的通信信号；
对所述导频信号进行测量；
向所述基站发送导频测量报告；
接收具有减少的干扰的另外通信信号，其中所述减少的干扰是源自于所述基站对驱动至少一个天线发射单元的信号的幅度和相位进行调整以改良所述波束模式的，所述调整是至少部分地基于所发送的导频测量报告的。
30.根据权利要求29所述的方法，还包括：
发送位置定位，并且接收具有减少的干扰的另外通信信号，其中所述减少的干扰是源自于所述基站对驱动至少一个天线发射单元的所述信号的所述幅度和所述相位进行调整以改良所述波束模式的，所述调整是至少部分地基于所发送的位置定位的。
31.根据权利要求29所述的方法，还包括：
发送姿态，并且接收具有减少的干扰的另外通信信号，其中所述减少的干扰是源自于所述基站对驱动至少一个天线发射单元的所述信号的所述幅度和所述相位进行调整以改良所述波束模式的，所述调整是至少部分地基于所发送的姿态的。
32.一种用于改良基站天线的波束模式的装置，其中所述基站天线被配置为使用多个波束在基站和多个飞机之间进行通信，所述装置包括：
飞机接收机，其被配置为从基站发射机接收包含导频信号的通信信号；
耦合到所述接收机的处理器，其被配置为对所述导频信号进行测量；
耦合到所述处理器的飞机发射机，其被配置为向所述基站发送导频信号测量报告；以及
耦合到所述基站发射机的控制器，用于对驱动所述基站发射机中的至少一个天线发射单元的信号的幅度和相位进行调整以改良所述波束模式，其中所述调整是至少部分地基于所发送的导频信号测量报告的。
33.根据权利要求32所述的装置，其中，所述发射机还被配置为发送位置定位，所述控制器还被配置为至少部分地基于从所述第一飞机发送的所述位置定位，对驱动至少一个天线发射单元的所述信号的所述幅度和所述相位进行调整，以发送具有减少的干扰的另外通信信号。
34.根据权利要求32所述的装置，其中，所述发射机还被配置为发送所述第一飞机的姿态，所述控制器还被配置为对驱动至少一个天线发射单元的所述信号的所述幅度和所述相位进行调整，以发送具有减少的干扰的另外通信信号，其中所述调整是至少部分地基于所发送的姿态的。
35.一种用于改良基站天线的波束模式的装置，其中所述基站天线被配置为使用多个波束在基站和多个飞机之间进行通信，所述装置包括：
用于从基站发射机接收包含导频信号的通信信号的单元；
耦合到所述接收单元的、用于在所述第一飞机处对所述导频信号进行测量的单元；
耦合到所述处理单元的、用于向所述基站发送导频信号测量报告的单元；以及
耦合到所述基站发射机的，用于对驱动所述基站发射机中的至少一个天线发射单元的信号的幅度和相位进行调整以改良所述波束模式的单元，其中所述调整是至少部分地基于所发送的导频信号测量报告的。
36.根据权利要求35所述的装置，其中，所述用于发送的单元还发送位置定位，所述用于调整的单元至少部分地基于所发送的位置定位，对驱动至少一个天线发射单元的所述信号的所述幅度和所述相位进行调整，以发送具有减少的干扰的另外通信信号。
37.根据权利要求35所述的装置，其中，所述用于发送的单元还发送所述第一飞机的姿态，所述用于调整的单元对驱动至少一个天线发射单元的所述信号的所述幅度和所述相位进行调整，以发送具有减少的干扰的另外通信信号，其中所述调整是至少部分地基于所发送的姿态的。
38.一种被配置为改良基站天线的波束模式的计算机程序产品，其中所述基站天线被配置为利用多个波束与多个飞机进行通信，所述计算机程序产品包括：
其上记录有程序代码的非临时性计算机可读介质，所述程序代码包括：
用于从所述基站接收包含导频信号的通信信号的程序代码；
用于对所述导频信号进行测量的程序代码；
用于向所述基站发送导频信号测量报告的程序代码；以及
用于对驱动至少一个天线发射单元的信号的幅度和相位进行调整以改良所述波束模式的程序代码，其中所述调整是至少部分地基于所发送的导频信号测量报告的。
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