CN105230048A - 无线通信系统中的同心蜂窝 - Google Patents

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Abstract

这里所描述的各个方面涉及一种用于在不同高度上提供空对地无线通信的基站。所述基站包括第一天线阵列，所述第一天线阵列包括被配置以形成第一蜂窝覆盖区域的一个或更多天线，所述第一蜂窝覆盖区域基本上从地平线向上延伸到离开第一天线阵列的第一高程角度并且延伸到离开第一天线阵列的预定距离。所述基站还包括第二天线阵列，所述第二天线阵列被配置以一定的上倾高程角度形成第二蜂窝覆盖区域，所述第二蜂窝覆盖区域至少从第一高程角度延伸到离开第二天线阵列的第二高程角度，其中第一蜂窝覆盖区域和第二蜂窝覆盖区域是同心的，从而定义至少延伸到所述预定距离并且向上延伸到预定高程的所述ATG蜂窝。

Description

无线通信系统中的同心蜂窝
技术领域
本发明的示例性实施例总体上涉及无线通信，更具体来说涉及采用同心蜂窝在不同高度处提供无线通信。
背景技术
在现今的社会中，高速数据通信和允许这样的通信的设备已变得无处不在。这些设备使得许多用户能够保持到因特网和其他通信网络的接近连续的连接性。虽然这些高速数据连接可以通过电话线、有线电视调制解调器或者具有物理有线连接的其他此类设备获得，但是无线连接已经使得我们在无需牺牲移动性的情况下保持连接的能力有了革命性的进步。
尽管人们已经熟悉在地面上保持连续地连接到网络，但是人们通常会理解到，一旦登上飞机，往往将不会再有容易和/或便宜的连接性。飞行平台仍然还没有变得能够容易并且便宜地连接到通信网络，至少对于上面的乘客来说是如此。针对在空中保持连接的尝试通常成本高昂，并且存在带宽限制或者高延迟的问题。此外，愿意应对由飞机通信能力所带来的开销和问题的乘客常常被限制到由飞机上所提供的硬性通信架构所支持的非常特定的通信模式。
传统的基于地面的无线通信系统使用垂直天线来提供用于设备连接性的覆盖。在地面系统中使用的天线通常在方位角(或水平)平面中提供具有65到90度宽度的覆盖。高程(或垂直)式样通常更窄，以便最大化水平平面中的天线性能，从而可以得到更大的覆盖区域、覆盖区域中的更高的信号强度或清晰度等等。但是由于集中在水平平面上，因此这些现有的天线可能无法支持针对在覆盖区域的高程上方行经的飞机的连接性。
发明内容
无线技术的持续进展给出了利用安装在特定地点的多个天线为处于变化的高程的飞机提供无线覆盖的新的机会。在蜂窝站点处提供第一天线阵列，其可以包括位于一定角度处并且具有一定垂直射束宽度的一个或更多天线，以便在有关距离上的一定高程范围处提供覆盖。此外还提供位于与第一天线阵列不同的高程角度处的第二天线阵列，以便为所述有关距离上的另一个高程范围提供覆盖。在这方面，由蜂窝站点附近的第一阵列的天线所导致的潜在覆盖间隙可以由第二天线阵列覆盖。由进行传送的第一天线阵列和第二天线阵列所形成的蜂窝可以在所述高程上是同心的，并且可以实现用于空对地(ATG)无线通信的圆柱形覆盖区域，其至少扩展到蜂窝站点上方的所期望的高程和/或围绕蜂窝站点的一定径向距离。此外，可以提供一个或更多贴片天线以便在蜂窝站点上方的任何覆盖间隙内形成蜂窝。
在一个示例性实施例中提供了一种基站，其在ATG蜂窝的不同高程上提供ATG无线通信。所述基站包括第一天线阵列，所述第一天线阵列包括被配置以形成第一蜂窝覆盖区域的一个或更多天线，所述第一蜂窝覆盖区域基本上从地平线向上延伸到离开第一天线阵列的第一高程角度并且延伸到离开第一天线阵列的预定距离。所述基站还包括第二天线阵列，所述第二天线阵列被配置以一定的上倾高程角度形成第二蜂窝覆盖区域，所述第二蜂窝覆盖区域至少从第一高程角度延伸到离开第二天线阵列的第二高程角度，其中第一蜂窝覆盖区域和第二蜂窝覆盖区域是同心的，从而定义至少延伸到所述预定距离并且向上延伸到预定高程的所述ATG蜂窝。
附图说明
前面对本发明进行了一般性描述，现在将参照不一定是按比例绘制的附图，其中：
图1示出了用于空对地(ATG)无线通信的所期望的示例性圆柱形覆盖区域的顶视图和水平视图；
图2示出了具有至少提供所期望的圆柱形覆盖区域的天线配置的示例性系统的一个方面；
图3示出了由图2的天线配置提供的示例性覆盖区域的顶视图；
图4示出了一个示例性实施例的基站的功能方框图；以及
图5示出了用于提供同心蜂窝以便促进所期望的高程处的ATG无线通信的示例性方法。
具体实施方式
下面将参照附图更加全面地描述一些示例性实施例，在附图中示出了一些而非所有示例性实施例。实际上，这里所描述和图示的示例不应当被解释成限制本公开内容的范围、适用性或配置。相反，提供这些示例性实施例是为了使得本公开内容将满足适用的法律要求。相同的附图标记可以被用来始终指代相同的单元。此外，这里所使用的术语“或者”应当被解释成逻辑运算符，每当其一个或更多运算对象为真时即为真。
这里所描述的一些示例性实施例提供了用于改进的飞机无线通信性能的架构。在这方面，一些示例性实施例可以提供基站，其具有促进在具有足够高程的垂直和水平平面中提供无线通信覆盖的天线结构，以便与高的高度处的飞机进行通信。在这方面，虽然传统的蜂窝网络只需要考虑其本身在二维(2D)环境中提供的覆盖，空对地(ATG)网络则必须考虑第三维度，即高度。因此，为了促进在所期望的区域内提供连续的3D覆盖，示例性实施例采用针对天线结构的一些结构改变以便促进天线的长延伸距离，并且直到飞机的操作高度仍然实现这样的延伸距离。
在一个示例性实施例中，可以将多个天线以不同高程角度放置在基站上，以便至少提供3D覆盖区块(例如覆盖圆柱体)，在所述3D覆盖区块内，不管飞机相对于基站的位置如何，飞机都可以在不同的高度处与基站进行通信。在这方面，第一定向天线系列例如可以被指向来提供扇区覆盖，从而在地平线与第一高程角度之间形成围绕基站的360度覆盖。至少一个附加的定向天线系列可以被对应于第一系列的天线放置，但是其具有更高的中心高程角度，从而使得所述附加的定向天线系列覆盖至少处于第一高程角度与一些更高的高程角度之间的一个区域，以便对延伸到相对较高的高度的范围给出长的到达覆盖范围。
在一个具体示例中，可以提供第一天线阵列，以便有助于对于水平平面上的给定径向距离的至少特定高程范围的无线通信。还可以以上倾高程角度提供第二天线阵列，以便促进所述特定高程范围上方的另一个高程范围的无线通信。所述天线可以允许同心重叠蜂窝，其在靠近和远离基站的径向距离处提供遍及相应的高程范围(和相应的高度)的总覆盖蜂窝。此外，可以提供一个或更多贴片天线，以便促进基站上方(例如基站正上方)的覆盖间隙中的无线通信。
图1示出了用于空对地(ATG)无线通信中的基站覆盖的目标区域。其中示出了美国东南部的地图的顶视图100和三维水平视图102。在顶视图100中，基站(未示出)可以通过在多个天线上进行通信来提供目标区域104，从而允许在与目标区域104的中心相距一定径向距离处和/或在用以至少覆盖由覆盖区域104定义的圆形边界的一定方位角处传送信号。应当认识到，在一个示例中，有效基站覆盖区域可以延伸到圆形覆盖区域104之外；但是圆形覆盖区域104可以是用于在部署网络时确定另一个基站的位置的最小覆盖区域。虽然为了易于解释而没有示出，但是可以部署附加的基站以便在地图100上提供附加的覆盖。在一个示例中，可以部署足够的基站以便利用多个覆盖区域104促进用于地图100的完全或者接近完全的水平平面覆盖。但是其他实施例可以简单地覆盖通常由商务班机或其他飞机行经的空中走廊。
此外，覆盖区域104可以具有高程方面以便提供某种程度上是圆柱形的覆盖区域。在这方面，在不同高度处飞行的飞机可以接收来自提供覆盖区域104的基站的无线通信，而不管其与基站的距离如何。正如所描述的那样，有效覆盖区域可以不是圆柱形的；但是圆柱形覆盖区域104可以是预期基站会提供的最小覆盖区域。此外，虽然为了易于解释而没有示出，但是可以在覆盖区域104附近部署至少提供圆柱形覆盖区域的附加基站，以便提供地图102上的附加的覆盖。
基站天线可以被使用在第一天线阵列中，以便提供扩展到所期望的高程(及其之外)的覆盖区域，所述高程受限于离开基站的一定距离上由天线所投射的垂直射束宽度。但是这样的天线可能不允许完全覆盖天线附近的所期望的高程，因此在更高高程行经基站附近的飞机可能无法与基站通信以接收ATG无线通信。因此，为了至少实现圆柱形覆盖区域104从而在基站附近的高的高程处提供覆盖，可以使用第二天线阵列在基站附近的缺少来自基站天线的覆盖的高程空间中提供附加的ATG无线通信。此外，如果仍然有来自第一和第二天线阵列的覆盖间隙，则可以采用附加的贴片天线以同样提供ATG无线通信(例如在基站天线的正上方)。应当认识到，只要在向外去到离开基站的所期望的径向距离的所期望的高程处提供了ATG无线通信，在所述天线阵列中可以使用其他天线以替代传统的基站天线。
图2示出了在基站处使用多个天线以至少提供圆柱形覆盖区域的示例性系统200。系统200包括基站202，其具有多个天线204、206、208、210和212以促进向所定义的覆盖区域内的飞机提供无线通信。在一个示例中，天线204和206可以形成基站202处的第一天线阵列的至少一部分。在一个具体示例中，天线204和206投射具有一定角度的垂直射束宽度，以便提供去到离开天线204和206的预定距离的基本上从地平线向上延伸到离开天线204和206的第一高程角度的第一蜂窝覆盖区域220和230。在一个具体示例中，天线204和206可以具有大约5-10度的垂直射束宽度，以便促进在离开基站202的特定径向距离内提供45000英尺(ft)处的覆盖。此外，虽然被显示成基本上被平行于基站202配置，但是应当认识到，天线204和206可以具有较小的上倾或下倾高程，以便优化向上直到正常飞行高度(例如45000ft)的长距离覆盖。天线204和206可以提供对应的覆盖区域220和230。在一个示例中，天线204和206可以是或者可以类似于传统的基站天线，不同之处在于其可以提供高程随着径向距离的增大而增大的覆盖。举例来说，正如图中所描绘的那样，覆盖区域220和230的射束宽度以第一高程角度延伸并且最终达到45000ft，并且对于至少预定距离(例如100英里)可以继续实现至少该高度，但是并没有覆盖紧邻基站202附近的预定高度(例如45000ft)。
在这方面，至少包括天线208和210的第二天线阵列可以被提供来填充基站202附近和/或更靠近基站202的更高高度处的覆盖间隙。正如所描述的那样，与第一天线阵列中的天线204和206相比，天线208和210被配置在一定的上倾高程角度处，以便提供至少从第一蜂窝覆盖区域220和230的第一高程角度延伸到离开天线208和210的第二高程的第二蜂窝覆盖区域222和232。在该示例中，天线208和210提供对应的覆盖区域222和232以便向上直到基站202附近的目标高度(例如45000ft)填充天线204和206的覆盖间隙的至少一部分。在任何情况下，第一蜂窝覆盖区域220和230以及第二蜂窝覆盖区域222和232都是同心的，并且可以形成ATG蜂窝以用于在目标高度上提供ATG无线通信。
在一些示例中，天线204和206可以被配置在一定上倾高程角度处，从而使其对应的覆盖区域222和232在基站202上方的特定距离内会聚，以便提供向上直到基站202正上方45000ft的覆盖，但是基站202上方的某一较小的高度的距离可能未被覆盖。在另一个示例中，附加的贴片天线212被垂直于基站202配置，以便提供覆盖区域240从而填充仍然存在于覆盖区域222和232之间的覆盖间隙的至少一部分，从而形成ATG蜂窝的另一个蜂窝覆盖区域240。因此，由于第二天线阵列天线208和210没有充分地填充基站202附近的覆盖间隙，因此贴片天线212可以进一步提供更加靠近基站202的覆盖。举例来说，贴片天线212可以在基站202正上方的所期望的高度(例如45000ft)处某一点处提供与第一和第二蜂窝覆盖区域同心的蜂窝覆盖区域。在这方面，天线204、208和212提供重叠的同心蜂窝，从而得到由所述天线定义的方位角上的连续垂直覆盖，从而形成ATG蜂窝。天线206、210和212类似地提供同心蜂窝以形成ATG蜂窝。
虽然在基站202的该二维视图中示出了在相反的方向上(例如相差180度)提供覆盖的两个天线阵列(例如具有天线204和206的第一阵列以及具有天线208和210的第二阵列)，但是应当认识到，在对应的天线阵列中可以围绕基站202配置附加的天线阵列，以便根据给定天线的覆盖方位角在附加的方向上(例如以60度、90度等间隔)提供类似高度的覆盖。在这方面，每一个天线阵列可以在多扇区配置中提供一个覆盖扇区。此外，在一个示例中，基站202可以替换地包括具有全向天线的单一天线阵列，所述全向天线分别被配置成在单扇区配置中的对应高程角度上提供基本上圆形的覆盖。换句话说，例如同心蜂窝覆盖区域可以被定义成使得从天线阵列辐射出基本上呈同心圆环(donut)形状的辐射式样，其中至少一个此类式样覆盖较低的高程，并且另一个式样覆盖更高高程处的具有同心位置的区域。通过使用贴片天线来覆盖所述阵列的正上方，可以利用同心蜂窝覆盖区域定义向外到预定距离并且向上到预定高度的连续的覆盖圆柱体。
此外，取代采用给定基站处的天线阵列中的多个天线，在一个示例中，相邻基站的天线可以被配置成提供给定高程范围的覆盖。举例来说，第一基站可以具有被配置成提供从地平线向上到第一高程角度的覆盖的一个或更多天线(例如类似于天线204和206)。位于第一基站的覆盖范围之外的第二基站可以提供被配置在一定上倾角度处的一个或更多天线(例如类似于天线208和210)以便提供从第一高程角度到第二高程的覆盖等等。所得到的覆盖式样有效地把较低高程的蜂窝覆盖圆柱体与更高高程的覆盖圆柱体重叠，从而可以在部署区域内实现向上达到预定高度的完全覆盖。
此外，虽然第一天线阵列和第二天线阵列可以包括安装在基站202上的特定位置处的多个天线，但是在一个示例中，可能只需要一个垂直贴片天线212来覆盖基站202上方中心处的区域。在任何情况下，通过多个天线204、206、208、210、212和/或基站202的其他天线可以至少实现向上达到45000ft(或其他高度)的先前所描绘的圆柱形覆盖区域104。在该例中，不同的上倾(或下倾)角度处的天线实现基站附近的所需高程以便在围绕基站202的高的高度中提供覆盖，并且围绕基站的各个圆周位置处的天线提供所需的方位角以便在径向距离上提供覆盖。
例如应当认识到，由于更加集中的信号，天线204和206可以在水平平面上的更远距离处提供覆盖，因此覆盖区域220和230的有效覆盖可以继续到超出对应于覆盖区域222和232的距离。相应地，可以基于由第一天线阵列的对应天线204和206提供的径向覆盖距离来部署基站(比如基站202)，以便在所期望的高度处提供邻近的或重叠的圆柱形覆盖区域，并且每一个基站处的对应的第二天线阵列天线208和210或者贴片天线212可以提供基站附近的所需的覆盖以实现所期望的高度。此外，在一个示例中，基站202可以采用无线电开关在使用第一天线阵列上的天线(比如天线204和206)、第二天线阵列的天线(比如天线208和210)和/或贴片天线(比如天线212)之间进行交替，以便节省无线电资源、减轻同心蜂窝之间的潜在干扰等等。
图3示出了用于提供同心蜂窝以在至少对于离开基站的预定距离促进高的高度处的连续ATG无线覆盖的示例性基站部署300的顶视图。举例来说，蜂窝覆盖区域302、304和306可以分别由基站312、314和316提供。蜂窝覆盖区域302、304和306基于基站312、314和316上的天线的方位角和位置呈四叶草形状，其在该例中被显示在围绕基站312、314和316的90度间隔处，并且在所描绘的示例中提供至少90度方位角。正如所描述的那样，蜂窝覆盖区域302、304和306可以具有一定垂直射束宽度，其允许所述蜂窝覆盖区域实现从基站312、314和316的天线投射出的高程。
但是对于从基站到所述蜂窝覆盖区域达到所期望的高度的点的径向距离，这种配置可能会在特定高度处提供覆盖间隙。在这方面，正如所描述的那样，附加的天线被配置在基站312、314和316处以便部署同心蜂窝覆盖区域322、324和326，其分别在蜂窝覆盖区域302、304和306的高度覆盖间隙中提供覆盖，以便定义ATG蜂窝。正如所描述的那样，所述附加的天线被配置为比提供蜂窝覆盖区域304、304和306的那些高程角度更高的上倾高程角度，从而使得蜂窝覆盖区域322、324和326覆盖基站302、304和306附近的更高高度，但是不一定是在蜂窝覆盖区域302、304和306的径向距离处。可以在存在另外的间隙的地方提供附加的天线(例如垂直于给定基站312、314和316的天线，其同样提供基站正上方的覆盖)。此外，多个附加的ATG蜂窝可以被类似地配置成至少在所期望的高度处提供目标区域上的连续覆盖。
此外，在一个示例中，提供蜂窝覆盖区域322、324和326的天线可以从提供蜂窝覆盖区域302、304和306的天线旋转一定的旋转偏移量(例如在天线被定位在90度的情况下被旋转45度)，以便减轻所述四叶草形状的覆盖式样。覆盖区域322、324和326被描绘成覆盖显著小于覆盖区域302、304和306的距离；应当认识到，示出这一点是为了表明由覆盖区域322、324和326填充的蜂窝覆盖区域302、304和306的高度覆盖缺陷。实际上，蜂窝覆盖区域322、324和326可以具有类似于蜂窝覆盖区域302、304和306的覆盖区域距离，或者至少大于图3中所描绘的距离。在这方面，通过把提供蜂窝覆盖区域322、324和326的天线(例如图2中的天线208和210)旋转到与提供蜂窝覆盖区域302、304和306的天线(例如图2中的天线204和206)偏移大约45度(或者至少是分开围绕基站的天线的度数的基本上一半的度数)，允许将提供覆盖区域322、324和326的天线导向提供覆盖区域302、304和306的天线之间，从而填充所述天线之间的覆盖间隙。
图4示出了一个示例性实施例中的基站400的功能方框图。在这方面，基站400例如可以包括处理电路402，其可以被配置成实施根据示例性实施例的控制功能。处理电路402可以向飞机的一个或更多功能单元提供电子控制输入，以用于为之提供ATG无线通信。根据一个示例性实施例，处理电路402可以被配置成实施数据处理、控制功能执行和/或其他处理和管理服务。
在一些示例中，处理电路402可以被具体实现为芯片或芯片组。换句话说，处理电路402可以包括一个或更多物理包装(例如芯片)，其包括结构套件(例如基板)上的各种材料、组件和/或连线。所述结构套件可以为包括在其上的组成电路提供物理强度、尺寸节省和/或电相互作用的限制。因此，处理电路402在某些情况下可以被配置成把所公开的主题内容的一个实施例实施在单一芯片上或者实施为单一“芯片上系统”。因此，在某些情况下，一个芯片或芯片组可以构成用于实施一项或更多项操作以便提供这里所描述的功能的装置。
在一个示例性实施例中，处理电路402可以包括处理器404和存储器406的一个或更多实例，其可以与收发器408通信或者通过其他方式控制收发器408。处理电路402可以被具体实现为电路芯片(例如集成电路芯片)，其被编程(例如利用硬件、软件或者硬件与软件的组合)来实施这里所描述的操作。但是在一些实施例中，处理电路402可以被具体实现为板载计算机的一部分。收发器408可以包括用于允许与各种设备进行通信的一种或更多种机制。在某些情况下，收发器408可以包括具体实现在硬件或者硬件与软件的组合中的设备或电路，其被配置成从/向与处理电路402通信的飞机或其他设备接收和/或传送数据。因此，收发器408例如可以允许通过不同的天线进行通信，比如第一天线410和第二天线412。
在一个示例性实施例中，处理电路402可以被配置成控制收发器408的一个或更多实例的配置或操作，以便通过一个或更多无线电装置414促进第一天线410和第二天线412的操作。在一个示例中，无线电装置414包括用以在激活第一天线410和第二天线412之间进行切换的开关416。在另一个示例中，虽然没有被描绘出，但是天线410和412可以使用独立的无线电装置，和/或可以同时传送信号。在任何情况下，通过使用第一天线410和/或第二天线412进行通信，处理电路402可以使用收发器408来提供蜂窝覆盖，从而提供同心蜂窝覆盖区域，正如前面所描述的那样。收发器408可以采用附加的天线(未示出)来提供附加的同心蜂窝，以便实现圆柱形覆盖区域。在这方面，第一天线410可以是第一天线阵列的一部分，并且第二天线412可以是第二天线阵列的一部分。虽然没有示出，但是还可以由收发器408控制(和/或可以利用无线电装置414来切换)一个或更多贴片天线。
可以通过若干种不同方式来具体实现处理器404。举例来说，处理器404可以被具体实现为多种处理器，比如以下各项当中的一项或更多项：微处理器或其他处理元件、协处理器、控制器或者包括集成电路(比如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等等)的各种其他计算或处理设备。在一个示例性实施例中，处理器404可以被配置成执行存储在存储器406中或者可由处理器404以其他方式访问的指令。因此，不管是通过硬件还是通过硬件与软件的组合来配置，处理器404都可以代表能够在被相应地配置时实施根据本发明的实施例的操作的实体(其例如被物理地具体实现在电路中——采用处理电路402的形式)。因此，例如当处理器404被具体实现为ASIC、FPGA等等时，处理器404可以是用于实施这里所描述的操作的特别配置的硬件。或者作为另一个示例，当处理器404被具体实现为软件指令的执行器时，所述指令可以将处理器404特别配置成实施这里所描述的操作。
在一个示例性实施例中，处理器404(或处理电路402)可以被具体实现为、包括或者以其他方式控制基站400的操作，正如这里所描述的那样。因此，在一些实施例中，可以说处理器404(或处理电路402)关于基站400的操作导致结合基站400描述的每一项操作，这是通过引导收发器408的组件响应于相应地配置处理器404(或处理电路402)的指令或算法的执行而实施相应的功能。
在一个示例性实施例中，存储器406可以包括一个或更多非瞬时性存储器设备，比如可以是固定的或可移除的易失性和/或非易失性存储器。存储器406可以被配置成存储用于允许处理电路402实施根据这里所描述的示例性实施例的各项功能的信息、数据、应用、指令等等。举例来说，存储器406可以被配置成缓冲输入数据以供处理器404进行处理。附加地或替换地，存储器406可以被配置成存储供处理器404执行的指令。作为另一种替换方案，存储器406可以包括一个或更多数据库，其可以存储与这里所描述的功能有关的多种数据集合。在存储器406的内容当中，可以存储供处理器404执行的应用以便实施与每一项对应的应用相关联的功能。在一些情况下，所述应用可以包括用于辨识与组件状态或操作参数有关的各种输入信号的指令，并且在必要时应用与应对此类信号的接收相关联的定时控制、加密、信道控制等等。所述应用还可以包括用于基站400的操作控制的指令，正如前面所描述的那样。
参照图5，其中示出了可以根据这里所描述的各个方面利用的方法。虽然出于解释简单的目的，所述方法被显示和描述成一系列动作，但是应当理解和认识到的是，所述方法不限于所述动作的顺序，这是因为一些动作可以根据一个或更多方面按照不同的顺序发生，和/或与来自本文所示出和描述的其他动作同时发生。举例来说，本领域技术人员将理解并且认识到，一种方法可以被替换地表示成一系列互相关的状态或事件，比如表示在状态图中。此外，并不需要所有示出的动作来实施根据一个或更多方面的方法。
图5示出了用于提供蜂窝覆盖区域以便促进一定径向距离上的所期望的高程处的ATG无线通信的示例性方法500。在502处，可以利用第一天线阵列来传送信号，所述第一天线阵列被配置成形成延伸到第一高程角度的第一蜂窝覆盖区域。举例来说，第一天线可以被安装成基本上平行于基站(或者安装在较小的上倾或下倾角度处)，以用于在水平平面中的离开基站的一定径向距离上投射信号。第一天线阵列可以被配置成传送具有不断增大的垂直射束宽度的信号，其可以从地平线以第一高程角度延伸，并且在给定的距离处达到所期望的高程。但是这样可能会在从基站到第一天线阵列信号到达所期望的高程的点处的径向距离上导致向上到所期望的高程的覆盖间隙。
因此，在504处，可以利用被配置为上倾高程角度的第二天线阵列来传送附加的信号至第二高程。举例来说，第二天线阵列可以被配置在第一天线阵列中的天线的位置处，但是其角度可以有特定的向上倾斜，以便在所期望的高程处填充基站与第一天线阵列信号到达所期望的高程的点之间的覆盖间隙。第二天线阵列可以被配置成在从至少第一高程角度到第二高程角度的另一个垂直射束宽度处进行传送。应当认识到，还可以提供附加的贴片天线(例如基本上垂直于基站的贴片天线，以便填充基站上方中心处的任何剩余的覆盖间隙)。
可选的是，在506处，可以把无线电装置切换到通过第二天线阵列进行传送。通过利用单一无线电装置在天线之间进行切换可以节省无线电资源、减轻各个覆盖蜂窝信号之间的干扰等等。
受益于在前面的描述和相关联的附图中给出的教导，本发明所属领域内的技术人员将会想到这里所阐述的本发明的许多修改和其他实施例。因此应当理解的是，本发明不意图被限制到所公开的具体实施例，并且各种修改和其他实施例意图被包括在所附权利要求书的范围内。此外，虽然前面的描述和相关联的附图在特定的示例性单元和/或功能组合的情境中描述了示例性实施例，但是应当认识到，在不背离所附权利要求书的范围的情况下，可以通过替换实施例提供不同的单元和/或功能组合。在这方面，例如不同于前面明确描述的单元和/或功能组合也被设想到可以在其中一些所附权利要求中来进行阐述。在这里描述了优点、益处或者针对问题的解决方案的情况下，应当认识到，这样的优点、益处和/或解决方案可以适用于某些示例性实施例，而不一定是所有的示例性实施例。因此，这里所描述的任何优点、益处或解决方案不应当被视为对于所有实施例或者对于这里所要求保护的主题内容是关键、必需或必要的。虽然在这里采用了特定术语，但是这些术语仅仅是在一般性和描述性的意义下被使用的，而不是为了作出限制。

Claims (17)

1.一种用于在空对地(ATG)蜂窝的不同高度上提供ATG无线通信的基站，所述基站包括：
第一天线阵列，其包括被配置以形成第一蜂窝覆盖区域的一个或更多天线，所述第一蜂窝覆盖区域基本上从地平线向上延伸到离开第一天线阵列的第一高程角度并且延伸到离开第一天线阵列的预定距离；以及
第二天线阵列，其被配置以一定的上倾高程角度形成第二蜂窝覆盖区域，所述第二蜂窝覆盖区域至少从第一高程角度延伸到离开第二天线阵列的第二高程角度，其中第一蜂窝覆盖区域和第二蜂窝覆盖区域是同心的，从而定义至少延伸到所述预定距离并且向上延伸到预定高程的所述ATG蜂窝。
2.如权利要求1所述的基站，还包括用于利用第一天线阵列或第二天线阵列进行通信的无线电装置。
3.如权利要求2所述的基站，其中所述无线电装置包括用以在使用第一和第二天线阵列之间进行交替的开关。
4.如权利要求3所述的基站，还包括与第一和第二天线阵列同心地部署的贴片天线，以便提供从第二高程到基站正上方的所述预定高程处的至少一点的第三覆盖区域。
5.如权利要求4所述的基站，其中所述开关还在使用第一和第二天线阵列以及贴片天线之间进行交替。
6.如权利要求1所述的基站，还包括与第一和第二天线阵列同心地部署的贴片天线，以便提供从第二高程到基站正上方的所述预定高程处的至少一点的第三覆盖区域。
7.如权利要求6所述的基站，其中第一、第二和第三覆盖区域的组合将所述ATG蜂窝定义成至少包括一个圆柱形覆盖区域，其具有等于所述预定距离的径向距离和所述预定高程的高度。
8.如权利要求1所述的基站，其中第一天线阵列和第二天线阵列被配置以使得第一蜂窝覆盖区域和第二蜂窝覆盖区域在类似的方位角上是同心的。
9.如权利要求1所述的基站，其中第二天线阵列被配置成在离开基站的给定径向距离处以高于第一天线阵列当中的一个或更多天线的高程和垂直射束宽度来传送信号。
10.如权利要求1所述的基站，其中第一天线阵列包括安装在四个对应的不同扇区处的四个天线，从而在地平线与第一高程角度之间定义围绕基站的360度覆盖。
11.如权利要求10所述的基站，其中第二天线阵列包括安装在围绕基站的与第一天线阵列的四个天线类似的位置处的四个附加的天线。
12.如权利要求11所述的基站，还包括被配置成基本上垂直于第一天线阵列的贴片天线。
13.如权利要求12所述的基站，其中第一和第二天线阵列的四个天线当中的每一个覆盖一个90度扇区。
14.一种用于在不同高程上提供空对地(ATG)无线通信的方法，包括：
利用被配置以形成第一蜂窝覆盖区域的第一天线阵列传送信号，所述第一蜂窝覆盖区域基本上从地平线向上延伸到离开第一天线阵列的第一高程角度并且延伸到离开第一天线阵列的预定距离；以及
利用被配置为一定的上倾高程角度以形成第二蜂窝覆盖区域的第二天线阵列传送附加的信号，所述第二蜂窝覆盖区域至少从第一高程角度延伸到离开第二天线阵列的第二高程角度，其中第一蜂窝覆盖区域和第二蜂窝覆盖区域是同心的，从而定义至少延伸到所述预定距离并且向上延伸到预定高程的所述ATG蜂窝。
15.如权利要求14所述的方法，还包括切换无线电装置，以便在利用第一天线阵列的天线传送信号与利用第二天线阵列的天线传送附加的信号之间进行交替。
16.如权利要求14所述的方法，其中第一蜂窝覆盖区域和第二蜂窝覆盖区域在类似的方位角上是同心的。
17.如权利要求14所述的方法，其中在离开基站的给定径向距离处，以与利用第一天线阵列传送的信号相比在更高的高程处并且利用增大的垂直射束宽度来传送所述附加的信号。
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