CN108293219A

CN108293219A - 用于空运移动蜂窝通信设备的小区选择

Info

Publication number: CN108293219A
Application number: CN201680072116.3A
Authority: CN
Inventors: P.阿力森; B.林多夫; B.艾克伦德; J.艾森蒙
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 2015-12-09
Filing date: 2016-12-09
Publication date: 2018-07-17
Anticipated expiration: 2036-12-09
Also published as: US20170171792A1; US10111152B2; EP3387861A1; WO2017097997A1; CN108293219B; EP3387861B1

Abstract

蜂窝电信系统中的网络节点将服务于无线通信设备的职责从服务小区切换到目标小区，其中无线通信设备位于飞行中的第一飞行器中。确定飞行器位置、飞行器速度和飞行器方向。对于多个候选小区的每个候选小区，预测将由从候选小区指向第一飞行器的波束引起的波束失真等级。通过识别候选小区的哪个具有预测波束失真的最小量来从候选小区中选择目标小区。然后发信号通知目标小区，以准备服务于无线通信设备的职责的切换。

Description

用于空运移动蜂窝通信设备的小区选择

技术领域

本发明涉及陆基蜂窝通信系统与位于空运飞行器中的移动蜂窝通信设备之间的连接性，以及更具体来说涉及在空运时通过移动蜂窝通信设备的小区选择。

背景技术

世界正变得越来越联通，并且这已经使消费者具有不管时间和位置而能够在线并且体验至少适度数据率的增加预期。作为对这些预期的一个响应，下一代移动技术（所谓的IMT-2020（5G））将高速移动性瞄准为一个目标。所研究的示范情形是高速列车和高速公路上的车辆，但是跟随近来的趋势，期望对于飞机的陆地飞行中宽带服务将在范围中—作为用户设备（UE）与基站之间的直接通信或者经由飞行器机载的接入点（AP），所述AP聚合某个数量的UE的业务并且保持到基站的链路。

在2013年，联邦通信委员会（FCC）设法通过为飞行中空对地宽带连接指派14 GHz射频（RF）带中的500 MHz宽子带，来使能更好的连接性。FCC的预期在于，到2021年，将存在对于向其乘客提供高速宽带连接性的15000次飞行的需求。相比之下，在2013年的可用性是全球3000架飞机，并且这伴随被消费者认为太慢并且迄今过于昂贵的连接。本行业已经注意到，当今的航线旅客预期与在地面可用的相同等级的宽带服务。

已经执行了在典型用于常规蜂窝网络的更低频带中提供陆地网络覆盖的若干试验。航空管理方面的最近进步将（如果正确利用的话）极大地增强和简化基于陆地网络的飞行中宽带服务。

用于保持地面上的移动通信设备的覆盖的原理是众所周知的。所谓的无线电基站部署在各种地理位置，以及对于给定移动通信设备，“最适合”基站被选择作为到通信系统中的连接的点。当移动通信设备改变其位置时，与服务基站的它的无线电连接的质量可恶化到进行重选的程度，由此更适合基站接管为服务基站。

能够看到，在常规电信系统（其集中于与地面上的移动装置的通信）中，基站的部署设计成在每个地理位置（当然除了在其中发生服务从一个基站到另一个基站的切换的小区边缘之外）提供单个宏小区覆盖。为了实现与在天空中的飞行器上的通信设备的成本有效通信，期望将现有电信系统的宏网格再用于那个通信。然而，这种再使用不是直截了当的事情，因为由地面上的移动设备用于小区选择和重选的现有策略当那个设备在空运时不是有用的。原因在于，地面上的小区选择大体上依靠与路径损耗相关的信号测量，并且在地面上，这基本上与地理相关，因为例如建筑和地形使得它是富散射环境。在大多数情况下，对于地面上的设备的最适合宏小区将是移动通信设备在物理上最靠近的宏小区。

但是在空中，视线（LoS）条件获胜—基本上不存在周围散射—并且因此从多个基站所接收的信号全部具有大致相同的路径损耗。因此，典型用于现有系统中的小区选择/重选的信号测量和策略在应用于空运设备时不是有用的。

因此，存在对于允许空运移动通信设备从部署在地面上的地理上多样的位置的多个潜在基站之中选择/重选服务小区的技术的需要。

发明内容

应当强调的是，在本说明书中使用时，术语“包括（comprise和comprising）”用来指定所陈述的特征、整体、步骤或组件的存在；但是这些术语的使用并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、组件或者其组的存在或添加。

此外，在一些实例中（例如在权利要求书和概述中）可提供附图标记，以促进对各种步骤和/或元件的识别。但是，附图标记的使用不打算归于或建议这样引用的步骤和/或元件要按照任何特定顺序来执行或操作。

根据本发明的一个方面，上述和其它目的采用在蜂窝电信系统中将服务于无线通信设备的职责从服务小区切换到目标小区的技术来实现，其中无线通信设备位于飞行中的第一飞行器中。这涉及确定飞行器位置、飞行器速度和飞行器方向。对于多个候选小区的每个候选小区，进行关于将由从候选小区指向第一飞行器的波束引起的通过切换的波束失真等级的预测。通过识别多个候选小区的哪个具有通过切换的预测波束失真的最小量来从多个候选小区中选择目标小区。发信号通知目标小区，以准备服务于无线通信设备的职责的切换。

在一些但不一定全部实施例的方面，确定飞行器位置、飞行器速度和飞行器方向包括经由飞行器导航广播接收器周期地采集从第一飞行器所传送的所采集导航信息，其中所采集导航信息包括第一飞行器的位置、第一飞行器的高度以及指示何时确定第一飞行器的位置的时间值。速度和方向从周期采集的导航信息来确定。

在一些但不一定全部实施例的方面，预测将由从候选小区指向第一飞行器的波束引起的波束失真等级包括预测将由从候选小区指向第一飞行器的波束引起的多普勒位移等级。

在一些但不一定全部实施例的方面，通过识别多个候选小区的哪个具有通过切换的预测波束失真的最小量来从多个候选小区中选择目标小区包括稳定通过切换的多普勒位移。

在一些但不一定全部实施例的方面，预测将由从候选小区指向第一飞行器的波束引起的通过切换的波束失真等级包括对于给定将来时刻预测表示第一飞行器的轨迹的第一向量与第一飞行器和候选小区天线间的第二向量之间的波束角，其中第一和第二向量是欧几里德（Euclidean）三维空间中的向量。此外，通过识别多个候选小区的哪个具有通过切换的预测波束失真的最小量来从多个候选小区中选择目标小区包括确定候选小区的哪个具有最接近与第一飞行器方向垂直的波束角。

在一些但不一定全部实施例的方面，预测将由从候选小区指向第一飞行器的波束引起的通过切换的波束失真等级包括对于给定将来时刻预测表示第一飞行器的轨迹的第一向量与第一飞行器和候选小区天线间的第二向量之间的波束角，其中第一和第二向量是欧几里德三维空间中的向量。此外，通过识别多个候选小区的哪个具有通过切换的预测波束失真的最小量来从多个候选小区中选择目标小区包括确定候选小区的哪个具有最接近与第一飞行器方向正切的波束角。

在一些但不一定全部实施例的方面，预测将由从候选小区指向第一飞行器的波束引起的通过切换的波束失真等级包括对于给定将来时刻预测表示第一飞行器的轨迹的第一向量与第一飞行器和服务小区天线间的第二向量之间的第一角；以及对于给定将来时刻预测表示第一飞行器的轨迹的第一向量与第一飞行器和候选小区天线间的第三向量之间的第二角，其中第一、第二和第三向量是欧几里德三维空间中的向量。此外，通过识别多个候选小区的哪个具有通过切换的预测波束失真的最小量来从多个候选小区中选择目标小区包括识别多个候选小区的哪个具有与第一角最相似的第二角。

在一些但不一定全部实施例的方面，预测将由从候选小区指向第一飞行器的波束引起的通过切换的波束失真等级包括对于给定将来时刻预测从候选小区到第一飞行器的波束的方位角和方向，以及对于给定将来时刻预测从候选小区到具有需要蜂窝通信系统服务的机载无线通信设备的第二飞行器的波束的方位角和方向。在从候选小区到第一飞行器的波束的预测方位角和方向与从候选小区到第二飞行器的波束的预测方位角和方向之间计算相似度，并且相似度被用作波束失真等级的指示符。

在一些但不一定全部实施例的方面，预测将由从候选小区指向第一飞行器的波束引起的通过切换的波束失真等级包括对于将来时刻预测由除了候选小区之外的小区所服务的第二飞行器将进入来自候选小区的波束的覆盖区域。

附图说明

通过阅读以下结合附图的详细描述，将会理解本发明的目的和优点，其中：

图1示出ADS-B部署。

图2示出通过ADS-B广播和4G最大小区大小的覆盖的差异。

图3示出“外周界”—飞行被认为正进入（或者备选地离开）网络覆盖区域所在的点。

图4示出根据发明实施例的方面的节点的对飞行器位置和高度的采集。

图5示出结合本发明的实施例所使用的导航术语。

图6在一个方面描绘根据符合本发明的一些但不一定全部示范实施例的由电路所执行的步骤/过程的流程图。

图7A、图7B和图7C示出基于与飞行器的方向大体上垂直地指引波束的能力来选择小区的实施例的方面。

图8A和图8B示出基于与飞行器的方向大体上正切地指引波束的能力来选择小区的实施例的方面。

图9A和图9B示出基于服务于不同飞行器的波束之间的重叠来选择同一小区或分开小区的实施例的方面。

图10是用于执行本发明的各种方面的元件的框图。

具体实施方式

现在将参照附图来描述本发明的各种特征，附图中，相似部分采用相同附图标记来识别。

现在将结合多个示范实施例更详细地描述本发明的各种方面。为了促进理解本发明，根据将要由计算机系统的元件或者能够执行编程指令的其它硬件所执行的动作序列来描述本发明的多个方面。将承认，在实施例中的每个实施例中，能够通过专用电路（例如经过互连以执行专用功能的模拟和/或分立逻辑门）、通过采用合适指令集所编程的一个或多个处理器或者通过两者的组合来执行各种动作。术语“电路，配置成”执行一个或多个所述动作在本文中用来指任何这种实施例（即，单独的或者与一个或多个编程处理器相组合的一个或多个专用电路）。此外，本发明还能够另外地被认为完全体现在诸如固态存储器、磁盘或光盘的任何形式的非暂时计算机可读载体中，所述非暂时计算机可读载体包含将使处理器执行本文所述技术的计算机指令的适当集合。因此，本发明的各种方面可采用许多不同形式来体现，并且所有这种形式均预期落入本发明的范围之内。对于本发明的各种方面的每个方面，如上所述的任何这种形式的实施例在本文中可称作“逻辑，配置成”执行所述动作，或者备选地称作执行所述动作“的逻辑”。

相对于本文所使用的术语，在一些实施例中，使用非限制性术语UE。本文中的UE能够是能够通过无线电信号与网络节点或另一个UE进行通信的任何类型的无线装置。UE也可以是无线电通信装置、目标装置、装置对装置UE、机器类型UE或者能够进行机器对机器通信的UE、配备有UE的传感器、平板电脑、移动终端、智能电话、膝上型嵌入设备（LEE）、膝上型安装设备（LME）、USB加密锁（dongle）、客户前提设备（CPE）等。

又在一些实施例中，使用一般术语“无线电网络节点”或者简单的“网络节点（NW节点）”。这能够是任何种类的网络节点，其可包括下列的任何一个或多个：基站、无线电基站、基站收发器台、基站控制器、网络控制器、演进节点B（eNB）、节点B、无线电网络控制器（RNC）、中继节点、定位节点、演进服务移动位置中心（E-SMLC）、位置服务器、发射应答器、接入点（AP）、无线电接入点、远程无线电单元（RRU）、远程无线电头端（RRH）、远程天线单元（RAU）、多标准无线电（MSR）无线电节点（例如分布式天线系统（DAS）中的MSR BS节点）、SON节点、操作和维护（O&M）节点、OSS、MDT节点、核心网络节点、移动管理实体（MME）等。

此外，在一些实例中，实施例的描述可使用术语“飞机”。然而，这并不打算以任何方式来限制本发明，并且任何这种使用应当更广义地解释，例如好像已经使用术语“飞行器”（其不仅包含飞机,而且还包含其它飞行设备）一样。

在一些实施例中，采用在单频网络（SFN）中利用的方面。在SFN中，多个网络节点在相同载波频率上传送相同信息，并且在可比单个节点能够覆盖的更宽的区域中使用相同小区身份。即使传统上在用于多播广播的长期演进（LTE）部署中使用，但是该术语在由第三代合作伙伴项目（3GPP）引导的最近5G研究中已经扩展到还包括可由若干网络节点以协作方式所管理的小区中的专用通信，其中无线通信装置仅知道处于特定小区中，并且不知道它与哪个网络节点进行通信。SFN可涉及若干eNodeB。

在一些实施例中，方面涉及具有完全或部分重叠覆盖的组合小区（其是包括具有多个天线节点的网络节点的小区）的使用。在其最简单形式中，组合小区对应于具有从全部天线节点所传送的相同信息的SFN，以及在更细致形式中，时间和频率资源可再用于例如空间分集复用方案中。组合小区可以是仅具有管理SFN小区的一个eNodeB的SFN的特殊情况。

在本文所述技术的一个方面，观察到称作“自动相关监视—播出”（ADS-B OUT）的新标准已经或者正要在全球若干部分采用，以用于替代由空中交通管制（ATC）所使用的次监视雷达（SSR）。现有系统SSR基于使雷达站对飞行器发射应答器（发射器-应答器）进行查验（ping），由此应答器通过发送与飞行器的身份、高度等有关的信息来进行响应。这允许ATC跟踪飞行器，并且引导它们以避免碰撞。

较新的系统ADS-B OUT与SSR的差别在于，信息从飞行器周期地广播，而没有首先被雷达脉冲所触发。广播中包含的信息包括（但是不限于）：

● 飞行器身份和呼号

● 基于GPS的位置（纬度、经度）

● 高度

● 确定位置和高度所在的基于GPS的时间

地面站和邻近飞行器接收广播，并且将它们中继给负责那个空域的ATC设施。系统没有SSR那么昂贵，因为不需要雷达站，并且准确度是直到200倍，从而产生相对位置的5.1 m的容差。广播信号达到高达280 km。当飞行器在地面滑行时，也能够使用该系统。

ADS-B OUT的使用在加拿大和澳大利亚空域已经被强制，在2015年开始对于大型飞行器在欧洲空域强制使用并且在2017年开始对于全部飞行器强制使用，以及在2020年开始在美国空域强制使用。已经对于香港、新加坡、越南、台湾和印度尼西亚的航路的一些或全部强制使用，以及在一些国家（例如韩国和中国）已经执行试验。当前不明确何时它将在整个亚太地区被强制，但是即使不是强制性的，一般允许ADS-B的使用。全部主要飞行器供应商现在装运准备有用于ADS-B设备的安装以及到机载飞行导航系统和认证全球定位系统（GPS）接收器的连接的布线的飞行器。

图1示出示范ADS-B部署。每个飞机101-1、101-2基于从作为全球导航卫星系统（GNSS）（例如美国的NAVSTAR GPS和俄罗斯GLONASS）的部分的卫星所接收的信号来确定其位置。指示飞行器的身份、位置、高度以及确定坐标所在的时间的信息被周期地广播，并且由地面站105（并且还由附近飞机）来接收。一旦被地面站105接收，信息被路由选择（例如通过通信网络107）到负责空域的那个部分的ATC设施109。

ADS-B OUT广播能够由航空爱好者通过使用廉价设备来接收；DVB-T USB加密锁和开源软件是全部所需的，以低于20€的成本。专业级别ADS-B OUT接收器能够以大约800€（含税）来获取。相当廉价的设备已经导致存在遍布全球的许多ADS-B OUT接收器，并且通过与全球的服务器共享数据，实时跟踪是可能的。最有名的服务是Flightradar24，其在瑞典创立并且依靠7000名自愿者向中央服务器国际性地馈送所接收的ADS-B OUT信息。简言之，对飞行信息进行接收和解码易于进行，并且仅要求廉价设备。身份、位置和高度能够对于配备有ADS-B OUT的任何飞机来确定，这不久将是全球空域中的大部分空域的要求。

在符合本发明的实施例的一个方面，网络（NW）节点控制宏小区（身份）的集合，并且负责保持经由服务小区对位于空运飞行器中的至少一个移动通信装置的电信服务。在将要求小区重选时，小区选择管理单元确定服务应当切换到哪个目标小区，并且通知目标小区准备连接到至少一个移动通信装置，所述小区选择管理单元是网络节点的部分或者以其它方式与其关联。小区选择基于下列至少一个进行：

● 移动装置的方向、仰角和速率（假定与移动装置所位于的飞行器的方向、仰角和速率是相同的）

● 目标小区位置

● 其它飞行器的到目标小区的连接（以及飞行器的方向、速率以及与目标小区站点的相对位置）。

在一些实施例的方面，目标小区选择成使得移动通信设备与服务小区之间的多普勒频移被最小化（相对全部可能目标小区）。

在一些实施例的另一方面，目标小区的选择基于与飞行器中已经由目标小区所服务的其它装置的资源冲突（相对于波束）的避免。

现在将进一步详细描述这些方面及其它方面。

如上所述，实施例利用从飞行器所广播的导航信息，其中导航信息包括飞行器的身份、飞行器的位置、飞行器的高度以及指示何时确定飞行器的位置的时间值（例如GPS时间值）。这种广播能够离飞行器直到大约280至400 km来接收，由此超过100 km的最大支持4G小区半径。因此，基站（或者另一个网络节点）能够在它进入其内基站（或者其它网络节点）能够提供网络覆盖的区域之前很久检测飞行器。图2示出通过ADS-B广播201（本文中称作地区I）和4G最大小区大小203（本文中称作地区II）的覆盖的差异。地区I中的基站205将能够在飞行器处于那个地区203之内时向其提供网络覆盖。但是那个基站205将不能够向不在地区I中而是在别处的在地区II中的飞行器207提供网络覆盖。但是因为ADS-B OUT广播的范围，基站205将接收来自飞行器207的ADS-B广播，并且因此能够确定飞行器是否将进入地区I，以及如果是这样的话则确定何时进入。

图3示出本文所称作的“外周界”301的事物—飞行被认为正进入（或者备选地离开）网络覆盖区域的点。外周界301的配置是通过网络运营商的网络部署选择，并且基于小区的计划内的覆盖来确定。从小区外部穿过外周界与基站303（或者其它网络节点）动作（例如将上行链路接收（ULRX）和下行链路传送（DLTX）波束指引朝向飞行器303并且等待来自飞行器305的随机接入信令）关联。从内部到外部穿过外周界301与基站（或者其它网络节点）303动作（例如关闭波束）关联。

还存在内周界307，其在从小区内部穿过时触发基站（或者其它网络节点）303采取与切换或移交相关的动作。在存在一个或多个相邻的邻居小区（例如由第二基站309所服务的小区）的情况下，内与外周界之间的地区（本文中称作过渡地区，例如图3所描绘的过渡地区311）是切换应当发生的地区，因此相邻目标小区应当具有部分重叠的这种地区。

与节点的对飞行器位置和高度的采集有关的发明实施例的方面在图4中示出。每个飞行器接收来自作为GNSS系统103的部分的卫星的GPS（或者相当的）时间信息，并且使用这个信息来确定高度和位置。这个时间、高度和位置信息包括在来自每个飞行器的ADS-B广播中，并且那些广播由基站或者相当的节点（图中示出为eNodeB 401）来接收。为了使能这个接收，eNodeB 401配置成包括飞行器导航广播接收器，其在这个特定示例中是ADS-B OUT接收器403。eNodeB 401配置成另外地接收来自GNSS系统103的卫星的GPS时间、高度和位置，并且因此能够确定其自己相对于飞行器的位置。当今的宏小区一般已经配置成具有GPS接收器以用于控制定时/频率的目的，因此发明方面没有强加额外要求。作为备选方案，eNodeB的准确位置能够在安装时确定，并且这个位置信息与eNodeB 401本地存储。在刚刚提到的备选方案中，不同源（即，除了GPS之外）必须用作对于全部组件的定时/频率参考，以控制宏小区的定时和频率。

使用经由其ADS-B广播从飞行器所接收的位置、高度和时间戳，基站（或者另一个网络节点；例如eNodeB 401）能够确定到飞机的距离、方位角以及方位（bearing）。使用两个或更多ADS-B广播（即，在不同时间所接收的），基站能够确定飞行器的3D路线，例如作为水平速度、垂直速度和航向。图5中，对于飞行器501相对于eNodeB 503示出这些及其它项。知道由飞行器501所提供的高度和位置的若干定位点之间的时间差，与当前（或将来）时间（如经由eNodeB 503中的GPS接收器所采集的），eNodeB能够预测接下来几秒的飞行器501的位置。当它经由ADS-B接收已更新信息（取决于基本系统，位置每秒广播一次或两次）时，eNodeB 503调整其预测模型。

使用关于飞行器位置和高度的预测信息，基站将用于下行链路传送（DLTX）的至少一个波束（主瓣）以及用于上行链路的至少一个波束指引朝向飞行器。所使用波束的数量例如可取决于小区中要支持哪些传送模式。

基站与飞行器机载的无线通信设备之间的通信的另一个考虑是上行链路和下行链路方向两者的显著多普勒位移，其由飞行器相对于基站的移动引起。多普勒位移的幅值取决于无线通信设备与基站的天线之间的相对速度。给定表示欧几里德三维空间中的飞行器的轨迹的第一向量与飞行器和基站天线间的第二向量（也在欧几里德三维空间中）之间的角α，当飞行器通过发射天线时，将存在多普勒位移的符号的突然变化。

多普勒位移能够表达为：

其中，c是光速，以及v是无线通信设备朝向基站天线的相对速度（基本上与飞行器的速度相同）。利用如上所讨论的角和无线通信设备速度，引起多普勒位移的朝向发射天线的相对速度为。

相应地，在另一方面，由于基站也知道飞行器的相对于基站的速度，所以它能够在下行链路传送中事先预先补偿多普勒位移，使得无线通信设备在接收下行链路信号时经历标称载波频率。类似地，基站能够事先计算它在上行链路上从空运无线通信设备所接收的传送中将经历哪个多普勒位移，并且因此能够在所接收信号中对它进行补偿，而无需首先从所接收信号检测多普勒位移，即使并不排除这种实施例。因此，飞行器上的无线通信设备不需要多普勒位移补偿，但是并不排除这类实施例。

如先前所述，飞行器的移动使得需要不时地从服务基站到另一个服务基站切换连接的职责，并且这提出如何选择最适合目标基站/小区的问题。在上面讨论的环境中，能够存在具有到飞行器大致相同的有效距离的若干候选。观察到宏基站网格被设计用于地面覆盖，从而考虑拓扑的变化。然而，对于与空中的飞行器的通信，宏BS/小区中的若干个具有到飞行器大致相同的LoS距离，并且因此用于选择这些中之一作为切换的目标小区的常规技术在许多实例中是低效的。相应地，现在将描述用于选择适当目标基站/小区的多个实施例。

符合本发明的实施例的方面是配置成在给定候选目标基站/小区的集合可能的程度上使能够由多种状况引起的通过切换的预测波束失真等级最小化的技术。

现在将参照图6来描述实施例的这个方面，图6在一个方面是根据符合本发明的一些但不一定全部示范实施例的由电路所执行的步骤/过程的流程图。在另一方面，图6能够被认为描绘示范部件600，其包括配置成执行所述功能的各种所示电路（例如硬连线和/或适当编程的处理器）。

图6所示的功能性由陆地蜂窝电信系统的网络节点中的电路来执行，并且用于促进蜂窝电信系统中从服务小区到目标小区的服务于无线通信设备的职责的切换，其中无线通信设备位于飞行中的第一飞行器中。这涉及确定飞行器位置、飞行器速度和飞行器方向（步骤601）。各种实施例依靠飞行器的位置、速率和方向与其服务要被切换的无线通信设备的位置、速率和方向之间的对应性。

本技术将多个候选小区看作是潜在目标小区。候选小区池能够以多种方式来装配。在一个实施例中，网络接收来自一个或多个UE的测量报告，以及候选小区是具有充分高的接收信号代码功率（RSCP）（例如高于接收器灵敏度等级10 dB或以上是充分的，即使服务小区要强10-20 dB）的小区。在另一个实施例中，网络节点基于飞行器的位置和网络节点位置以及载波频率和LoS路径损耗估计的知识的使用来估计RSCP。

相应地，识别候选小区之一（步骤603），并且进行关于将由从候选小区指向第一飞行器的波束引起的通过切换的波束失真等级的预测（步骤605）。

如果存在要考虑的更多候选小区（在决定框607外的“是”路径），则识别候选小区的另一个小区（步骤603），并且处理如所述继续进行。

当不存在要考虑的更多候选小区时（在决定框607外的“否”路径），通过识别多个候选小区的哪个具有通过切换的预测波束失真的最小量来从多个候选小区中选择目标小区（609）。本文所称作的“通过切换的波束失真”的事物能够起因于多种状况，其中一些在下文中为了说明而不是限制本技术的范围的目的而进一步讨论。更一般来说，“通过切换的波束失真”指的是将由通过切换被指引在飞行器的理论上完美波束引起的与理想性能的偏差。

已经识别了候选小区的哪个将是目标小区，网络节点发信号通知目标小区准备服务于无线通信设备的职责的切换（步骤611）。

在符合本发明的一些实施例中，预测将由从候选小区指向第一飞行器的波束引起的波束失真等级包括多普勒频移的考虑。这在图6中进一步示出，图6示出这涉及预测将由从候选小区指向第一飞行器的波束引起的多普勒频移等级（步骤613）。预测多普勒频移等级然后用作将由从候选小区指向第一飞行器的波束引起的波束失真等级的指示符（步骤615）。将会理解，以这种方式对多普勒效应的考虑能够单独或者备选地结合波束失真的其它指示符的考虑来使用。

识别多个候选小区的哪个具有通过切换的与多普勒位移相关的预测波束失真的最小量并且在此基础上进行目标小区选择的一种方式是确定候选小区的哪个将创建最接近与飞行器的方向垂直（正交）的波束。这里的目的是尽可能多地降低多普勒效应。本技术的这个方面在图7A、图7B和图7C中示出，其各自描绘当飞行器701飞过填充有候选基站/小区（标识为CELL#1、CELL#2、CELL#3和CELL#4）的地理区域时的飞行器701的鸟瞰图。图7A中，CELL#1示为是其波束703最密切接近飞行器的方向705的法线的小区。稍后，如图7B所示，进行到CELL#2的切换，CELL#2的波束707现在最垂直。仍在稍后，如图7C所示，到目标小区CELL#4的另一个切换发生，再次因为其波束709与飞行器701最垂直。

在一些实例中，可以不可能只通过小区选择充分降低多普勒位移。在这种情况下，能够不仅在绝对方面，而且还相对于当前情形来考虑波束失真：当服务从当前服务小区切换到目标小区时多普勒位移将改变多少。相应地，最适合目标小区能够被认为是在最大可能程度上稳定通过切换的多普勒位移的小区。这能够通过例如确定候选小区的哪个将创建最接近与第一飞行器方向正切的波束来实现。本技术的这个方面在图8A和图8B中示出，其各自描绘当飞行器801飞过填充有候选基站/小区（再次标识为CELL#1、CELL#2、CELL#3和CELL#4）的地理区域时的飞行器801的鸟瞰图。图8A中，CELL#1示为是其波束803最密切接近与飞行器的方向805正切的小区。能够预测当前航向朝向CELL#1的飞行器801不久将越过CELL#1，这意味着其正多普勒位移将突然切换为负。因此，仅仅在这发生之前，进行到CELL#4的切换，所述CELL#4如图8B所示具有再次与飞行器801的方向正切的波束807，同时保持（稳定）正多普勒位移（即，因为飞行器801航向朝向CELL#4）。

又在其它情况下，稳定通过切换的多普勒位移的变化能够通过保持对飞行迹线的一致角来实现。由于将波束保持为与飞行器的方向垂直并且将波束保持为与飞行器的方向正切是保持一致角的特殊情况，所以图7A、图7B、图7C、图8A和图8B也能够被认为是这个方面的图示。

又在其它方面，通过切换的波束失真包括若干波束如何相互地和/或在网络元件上进行交互的考虑。在这种实施例中，能够执行下列任一个或组合：

● 以使得到由相同网络节点所服务的不同飞行器的波束具有不同方位角和/或方向的方式来选择站点。

● 基于利用来选择站点；如果一个网络节点正相对于例如下列项接近全容量进行操作：

○ 活动波束/被服务飞机的数量

○ 基带处理

○ 回程容量，

则卸载到和/或选择另一个网络节点来服务于进入覆盖空域的飞行器。

● 以如下方式来选择站点：使得避免使其波束无意地覆盖除了计划内的飞行器之外的飞行器，包括避免如果预测另一架（非计划内的）飞行器（潜在地由不同站点所服务）将在某个点正进入来自候选节点的波束的覆盖而选择那个候选节点。

● 基于干扰条件来选择站点（直接地或者从旁瓣和后瓣间接地）。这能够通过考虑下列项进行：

○ 服务小区测量（例如参考信号接收质量—RSRQ--、信道质量索引—CQI—、参考信号-信号对干扰和噪声比—RS-SINR）

○ 从网络节点（不一定是从事与飞行器的通信的网络节点的任何网络节点）的直接计算/预测

为了进一步示出各种实施例的这个方面，图9A描绘当第一飞行器901和第二飞行器903飞过填充有候选基站/小区（再次标识为CELL#1、CELL#2、CELL#3和CELL#4）的地理区域时的它们的鸟瞰图。图9A中，来自相应波束905和907的方位角相互显著不同。因此，尽管第一和第二飞行器901、903的明显接近以及它们处于从网络节点的相同一般方向的事实，它们两者可以均由相同网络节点（在这个示例中为CELL#1）来服务。

相反，图9b描绘当第一飞行器909和第二飞行器911飞过填充有候选基站/小区（再次标识为CELL#1、CELL#2、CELL#3和CELL#4）的地理区域时的它们的鸟瞰图。在这种情况下，第一和第二飞行器909、911不仅在从网络节点CELL#1的相同方向上，而且经被生成以服务于它们两者的波束的方位角大体上相同（即，在某个预定义容差等级之内）。因此，在这种情况下，两架飞行器需要由两个不同节点来服务：在这个示例中，第一飞行器909由来自网络节点CELL#4的波束913来服务，以及第二飞行器911由来自网络节点CELL#1的波束915来服务。

看符合本发明的实施例的另外的方面，图10是用于执行如以上例如结合图6、图7A、图7B、图7C、图8A、图8B、图9A和图9B所述的本发明的各种方面的元件的框图。具体来说，网络节点1001（例如配置成能够执行上述功能性的eNB或其它节点）包括配置成执行以上所述的各种功能的任一个或任何组合的电路。这种电路例如能够完全是硬连线电路（例如一个或多个专用集成电路—“ASIC”）。然而，图10的示范实施例中所描绘的是可编程电路，其包括处理器1003，所述处理器1003耦合到一个或多个存储器装置1005（例如随机存取存储器、磁盘驱动器、光盘驱动器、只读存储器等）以及耦合到网络接口1007，所述网络接口1007使能与电信系统中的其它节点（例如但不限于各种候选基站/小区）的双向通信）。（一个或多个）存储器装置1005存储程序部件1009（例如处理器指令的集合），其配置成使处理器1003控制其它节点元件，以致于执行上述方面的任何方面，例如但不限于参照图6、图7A、图7B、图7C、图8A、图8B、图9A和图9B所述的那些方面。（一个或多个）存储器装置1005还可存储表示如由处理器1003可能需要的和/或如在执行其功能（例如由程序部件1009所指定的那些功能）时可生成的各种常数和变量参数的数据（未示出）。

能够看到，本文所述的技术能够在服务于空中的移动通信时优化小区选择，并且能够更好地利用频谱并且改进服务质量。

已经参照特定实施例描述了本发明。然而，对本领域的技术人员易于显而易见的是，有可能采用除了上述实施例中的那些实施例之外的具体形式来体现本发明。因此，所述实施例只是说明性的，而不应当以任何方式被认为是限制性的。本发明的范围通过所附权利要求书，而不是仅通过以上描述进一步示出，并且落入本权利要求书的范围之内的全部变化和等效方案都打算包括在其中。

Claims

1.一种在蜂窝电信系统中将服务于无线通信设备的职责从服务小区切换到目标小区的方法，其中，所述无线通信设备位于飞行中的第一飞行器中，其中所述方法由所述蜂窝电信系统的网络节点来执行，所述方法包括：

确定飞行器位置、飞行器速度和飞行器方向；

对于多个候选小区的每个候选小区，预测将由从所述候选小区指向所述第一飞行器的波束引起的通过切换的波束失真等级；

通过识别所述多个候选小区的哪个具有通过所述切换的预测波束失真的最小量来从所述多个候选小区中选择所述目标小区；以及

发信号通知所述目标小区，以准备服务于所述无线通信设备的职责的切换。

2.如权利要求1所述的方法，其中，确定所述飞行器位置、所述飞行器速度和所述飞行器方向包括：

经由飞行器导航广播接收器周期地采集从所述第一飞行器所传送的所采集导航信息，其中所采集导航信息包括：

所述第一飞行器的所述位置；

所述第一飞行器的高度；以及

指示何时确定所述第一飞行器的所述位置的时间值；以及

从所周期采集的导航信息来确定所述速度和所述方向。

3.如权利要求1所述的方法，其中，预测将由从所述候选小区指向所述第一飞行器的所述波束引起的通过所述切换的所述波束失真等级包括：

预测将由从所述候选小区指向所述第一飞行器的所述波束引起的多普勒位移等级。

4.如权利要求1所述的方法，其中，通过识别所述多个候选小区的哪个具有通过所述切换的预测波束失真的所述最小量来从所述多个候选小区中选择所述目标小区包括稳定通过所述切换的多普勒位移。

5.如权利要求1所述的方法，其中：

预测将由从所述候选小区指向所述第一飞行器的所述波束引起的通过所述切换的所述波束失真等级包括：

对于给定将来时刻，预测表示所述第一飞行器的所述轨迹的第一向量与所述第一飞行器和候选小区天线间的第二向量之间的波束角，其中所述第一和第二向量是欧几里德三维空间中的向量；以及

通过识别所述多个候选小区的哪个具有通过所述切换的预测波束失真的所述最小量来从所述多个候选小区中选择所述目标小区包括：

确定所述候选小区的哪个具有最接近与所述第一飞行器方向垂直的所述波束角。

6.如权利要求1所述的方法，其中：

确定所述候选小区的哪个具有最接近与所述第一飞行器方向正切的所述波束角。

7.如权利要求1所述的方法，其中：

对于给定将来时刻，预测表示所述第一飞行器的所述轨迹的第一向量与所述第一飞行器和服务小区天线间的第二向量之间的第一角；以及

对于所述给定将来时刻，预测表示所述第一飞行器的所述轨迹的所述第一向量与所述第一飞行器和候选小区天线间的第三向量之间的第二角，其中所述第一、第二和第三向量是欧几里德三维空间中的向量；以及

识别所述多个候选小区的哪个具有与所述第一角最相似的所述第二角。

8.如权利要求1所述的方法，其中，预测将由从所述候选小区指向所述第一飞行器的所述波束引起的通过所述切换的所述波束失真等级包括：

对于给定将来时刻，预测从所述候选小区到所述第一飞行器的波束的方位角和方向；

对于所述给定将来时刻，预测从所述候选小区到具有需要蜂窝通信系统服务的机载无线通信设备的第二飞行器的波束的方位角和方向；

确定从所述候选小区到所述第一飞行器的所述波束的所预测方位角和方向与从所述候选小区到所述第二飞行器的所述波束的所预测方位角和方向之间的相似度；以及

使用所述相似度作为所述波束失真等级的指示符。

9.如权利要求1所述的方法，其中，预测将由从所述候选小区指向所述第一飞行器的所述波束引起的通过所述切换的所述波束失真等级包括：

对于将来时刻，预测由除了所述候选小区之外的小区所服务的第二飞行器将进入来自所述候选小区的波束的覆盖区域。

10.一种用于在蜂窝电信系统中将服务于无线通信设备的职责从服务小区切换到目标小区的装置，其中，所述无线通信设备位于飞行中的第一飞行器中，其中装置与所述蜂窝电信系统的网络节点关联，所述装置包括：

配置成确定飞行器位置、飞行器速度和飞行器方向的电路；

配置成对于多个候选小区的每个候选小区预测将由从所述候选小区指向所述第一飞行器的波束引起的通过切换的波束失真等级的电路；

配置成通过识别所述多个候选小区的哪个具有通过所述切换的预测波束失真的最小量来从所述多个候选小区中选择所述目标小区的电路；以及

配置成发信号通知所述目标小区以准备服务于所述无线通信设备的职责的切换的电路。

11.如权利要求10所述的装置，其中，配置成确定所述飞行器位置、所述飞行器速度和所述飞行器方向的所述电路包括：

配置成经由飞行器导航广播接收器周期地采集从所述第一飞行器所传送的所采集导航信息的电路，其中所采集导航信息包括：

所述第一飞行器的所述位置；

所述第一飞行器的高度；以及

指示何时确定所述第一飞行器的所述位置的时间值；以及

配置成从所周期采集的导航信息来确定所述速度和所述方向的电路。

12.如权利要求10所述的装置，其中，配置成预测将由从所述候选小区指向所述第一飞行器的所述波束引起的通过所述切换的所述波束失真等级的所述电路包括：

配置成预测将由从所述候选小区指向所述第一飞行器的所述波束引起的多普勒位移等级的电路。

13.如权利要求10所述的装置，其中，配置成通过识别所述多个候选小区的哪个具有通过所述切换的预测波束失真的所述最小量来从所述多个候选小区中选择所述目标小区的所述电路包括配置成稳定通过所述切换的多普勒位移的电路。

14.如权利要求10所述的装置，其中：

配置成预测将由从所述候选小区指向所述第一飞行器的所述波束引起的通过所述切换的所述波束失真等级的所述电路包括：

配置成对于给定将来时刻预测表示所述第一飞行器的所述轨迹的第一向量与所述第一飞行器和候选小区天线间的第二向量之间的波束角的电路，其中所述第一和第二向量是欧几里德三维空间中的向量；以及

配置成通过识别所述多个候选小区的哪个具有通过所述切换的预测波束失真的所述最小量来从所述多个候选小区中选择所述目标小区的所述电路包括：

配置成确定所述候选小区的哪个具有最接近与所述第一飞行器方向垂直的所述波束角的电路。

15.如权利要求10所述的装置，其中：

配置成确定所述候选小区的哪个具有最接近与所述第一飞行器方向正切的所述波束角的电路。

16.如权利要求10所述的装置，其中：

配置成对于给定将来时刻预测表示所述第一飞行器的所述轨迹的第一向量与所述第一飞行器和服务小区天线间的第二向量之间的第一角的电路；以及

配置成对于所述给定将来时刻预测表示所述第一飞行器的所述轨迹的所述第一向量与所述第一飞行器和候选小区天线间的第三向量之间的第二角的电路，其中所述第一、第二和第三向量是欧几里德三维空间中的向量；以及

配置成识别所述多个候选小区的哪个具有与所述第一角最相似的所述第二角的电路。

17.如权利要求10所述的装置，其中，配置成预测将由从所述候选小区指向所述第一飞行器的所述波束引起的通过所述切换的所述波束失真等级的所述电路包括：

配置成对于给定将来时刻预测从所述候选小区到所述第一飞行器的波束的方位角和方向的电路；

配置成对于所述给定将来时刻预测从所述候选小区到具有需要蜂窝通信系统服务的机载无线通信设备的第二飞行器的波束的方位角和方向的电路；

配置成确定从所述候选小区到所述第一飞行器的所述波束的所预测方位角和方向与从所述候选小区到所述第二飞行器的所述波束的所预测方位角和方向之间的相似度的电路；以及

配置成使用所述相似度作为所述波束失真等级的指示符的电路。

18.如权利要求10所述的装置，其中，配置成预测将由从所述候选小区指向所述第一飞行器的所述波束引起的通过所述切换的所述波束失真等级的所述电路包括：

配置成对于将来时刻预测由除了所述候选小区之外的小区所服务的第二飞行器将进入来自所述候选小区的波束的覆盖区域的电路。

19.一种包括程序指令的非暂时计算机可读存储介质，所述程序指令在由蜂窝电信系统的网络节点的一个或多个处理器执行时，使所述网络节点执行在所述蜂窝电信系统中将服务于无线通信设备的职责从服务小区切换到目标小区的方法，其中所述无线通信设备位于飞行中的第一飞行器中，并且其中所述方法包括：

确定飞行器位置、飞行器速度和飞行器方向；

20.如权利要求19所述的非暂时计算机可读存储介质，其中，通过识别所述多个候选小区的哪个具有通过所述切换的预测波束失真的所述最小量来从所述多个候选小区中选择所述目标小区包括稳定通过所述切换的多普勒位移。