CN110731030A - 便携式宏天线系统 - Google Patents

Abstract

提供了通过使用比空气轻的反射器提供临时蜂窝覆盖的系统和方法。该系统可包括具有反射下表面的球囊或飞艇(例如，飞艇)。基于地面的源天线可以瞄准球囊，以从球囊发出蜂窝或其他通信信号，然后返回地面。该系统可以在远程位置和/或高需求区域提供额外的无线覆盖和带宽。可以通过改变球囊底面的形状来调整系统的覆盖区域。还可以通过改变源天线上方的球囊高度来调整系统的覆盖区域。专用的源天线和球囊还可以使用具有反射表面的球囊而用作临时蜂窝基站的微波回程天线系统，该反射表面被成形为在期望的方向上准直无线电链路。

Description

便携式宏天线系统

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2017年3月22日递交的序列号为15/465,941的美国实用专利申请的优先权。序列号为15/465,941的专利申请的全部内容通过引用并入本文中。

背景技术

蜂窝通信系统使用各种收发器将蜂窝电话连接到蜂窝网络(或“骨干”，其通常特指蜂窝网络的聚合回程部分)。这些可以包括宏蜂窝(或蜂窝塔)、迷你蜂窝和微蜂窝、甚至无线路由器。然而，使用手机发射塔，大多数蜂窝电话受到影响。每个手机发射塔可以提供同时连接数百个(例如，针对第四代或4G)或数千个(例如，针对第五代或5G)蜂窝呼叫和/或蜂窝数据连接的能力。

然而，在某些情况下，单个手机发射塔或甚至几个手机发射塔可能无法提供足够的带宽来满足需求。在音乐会、球类运动或其他大型事件中(其可能由单个或几个手机发射塔服务)，蜂窝用户的数量可能超过可用带宽。因此，用户可能会遇到连接速度慢、掉话、拒绝连接以及其他问题。在诸如自然灾害的其他情况下，天线系统支撑结构可能被损坏、倾倒或完全被破坏。

然而，因为这些事件本质上可能是暂时的，所以在该区域中安装额外的手机发射塔可能是不实际的。例如，通过在体育场的足球比赛中每月两次所造成额外需求，安装和维护永久性手机发射塔的成本可能是不合理的。为此，蜂窝提供商有时建立临时蜂窝基站，以在高需求时提供额外的带宽。

然而，由于它们的构造，传统的临时蜂窝基站100(如手机发射塔)昂贵、笨重且体积庞大。如图1所示，临时蜂窝基站100通常安装在重型卡车102上，并包括伸缩式桅杆104，以提升和支撑附加天线106和缆线，以提供额外的带宽。然而，为了提供可用的覆盖范围，这些桅杆104必须相对较高(例如，50-100英尺)，并且因此非常重。结果，这些系统通常安装在大型商用卡车102上，这种卡车单独可花费超过100000美元。并且这不包括桅杆104、天线106、碟108、发电机、基站收发信台(BTS)、和附属设备。因此，根据容量，当前的临时蜂窝基站100可能花费5万至20万美元或更多。

然而，即使使用大型商用卡车102，由这些临时蜂窝基站100提供的覆盖仍然受到所需的(1)桅杆和(2)缆线的机械限制。例如，为了保持便携性，仍然支持其自身重量和从天线106到卡车102的必要缆线的重量，例如，伸缩式桅杆104通常限制在大约120英尺高。任何较高的桅杆104都变得如此庞大，以至于支撑其和随之而来的缆线所需的结构变得太大，而不能装配和/或太重而不能通过标准商用卡车运输和稳定，以防止倾翻。因此，这些临时蜂窝基站100仅提供非常有限的覆盖区域，其至少部分地由天线106的相对低的高度决定。

附图说明

图1描绘了惯常的临时蜂窝基站的侧视图。

图2A描绘了根据本公开的一些示例的具有比空气轻的反射器或“球囊”的临时蜂窝基部系统的侧视图。

图2B描绘了根据本公开的一些示例的临时蜂窝基站系统的地面部分的详细侧视图。

图2C是根据本公开的一些示例的用在临时蜂窝基站系统的示例球囊的侧视图。

图3A-3D描绘了根据本公开的一些示例的提供全覆盖的球囊的第一示例。

图4A-4D描绘了根据本公开的一些示例的提供全覆盖的球囊的第二示例。

图5A-5D描绘了根据本公开的一些示例的提供全覆盖的球囊的第三示例。

图6A-6D描绘了根据本公开的一些示例的用于提供扇区覆盖的球囊的第一示例。

图7A-7D描绘了根据本公开的一些示例的用于提供扇区覆盖的球囊的第二示例。

图8A-8D描绘了根据本公开的一些示例的用于提供扇区覆盖的球囊的第三示例。

图9A和图9B分别描绘了根据本公开的一些示例的安装在厢式货车和拖车上的系统。

图9C描绘了根据本公开的一些示例的处于部署的位置的图9A的车载系统。

图10描绘了根据本公开的一些示例的可调节源天线。

图11描绘了根据本公开的一些示例的附接有显示屏的球囊。

图12是根据本公开的一些示例的用于设置系统的示例方法的流程图。

具体实施方式

本公开的示例可以包括通过使用比空气轻的反射器来提供蜂窝覆盖的系统、装置和方法。该系统可以包括目的在于比空气轻的反射器的源天线。比空气轻的反射器的尺寸和形状可以设置成将来自源天线的蜂窝、射频(RF)或其他电磁信号反射回到靠近地面的蜂窝设备，并且将来自地面附近的蜂窝设备的该电磁信号反射回到源天线。系统的覆盖区域可以通过调整比空气轻的反射器的高度和形状来裁剪。为了简化和阐明该解释，下面将比空气轻的反射器描述为具有拴地的反射表面的“球囊”。然而，本领域技术人员将认识到，该系统还可以使用其他比空气轻的物体和车辆作为比空气轻的反射器。因此，该系统可以包括例如不拴地的飞船或无人机，而是使用机载导航系统保持在源天线上方的相对位置。类似地，虽然下面描述的用于蜂窝通信系统，但该系统也可以用在其他类型的无线通信系统；或者确实，需要在相对大的区域上发送和接收无线信号的任何时候。例如，使用具有反射表面的球囊，专用源天线和球囊可以用作用于临时蜂窝基站的微波回程天线系统，该反射表面被成形为在期望方向上准直无线电链路。

如上所述，并且如图1所示，惯常的临时蜂窝基站100的问题是使用桅杆104。然而，由于天线106和缆线(其用于将天线106连接到卡车102，然后连接到网络)的重量，桅杆104是必需的。随着桅杆104的高度增加，桅杆104的尺寸和重量显著增加。这部分是由于桅杆104仅仅需要支撑其自身重量并对抗外力(诸如风)。这也是由于缆线和天线106的尺寸和重量造成的。例如，缆线的重量增加，因为缆线只是变得更长，而且因为更长的缆线必须更大以使较长距离上的信号损失最小化。由于桅杆104施加在卡车102上的力矩增加，随着桅杆104的高度增大，稳定临时蜂窝基站100也变得更加困难。结果，在紧急备用应用中，临时蜂窝基站100仅仅因为它高度有限而可能是故障站点(downed site)的不良替代。

因此，在不使用外来且昂贵的材料(例如，碳纤维)的情况下，这些问题有效地将桅杆的高度限制为大约120英尺。任何更高的桅杆变得如此巨大，即使在商用卡车上也不能承载或不能被装配。因此，由这些系统提供的覆盖区域受到该高度约束的限制。此外，这些系统不易伸展，因为提供额外的带宽需要额外的缆线，这进一步限制了桅杆的高度。

为此，将尽可能多的系统重新定位到卡车或地面上将是有用的。例如，具有位于地面上的源天线的系统消除了支撑天线和数十或数百英尺缆线的需要。另外，如果系统的机载部分是自支撑的，则需要很少结构或不需要结构，从而消除了上述高度限制。本公开的示例主要针对这些系统和方法。

如图2A和图2B所示，在一些示例中，并非使用机载天线，例如，系统200可以包括位于地面204上或地面附近的源天线202，以及比空气轻的反射器或球囊206，其位于源天线202上方的升高位置。以这种方式，在升高的位置不需要缆线或其他器材。另外，因为球囊206是自支撑的，所以不需要重型结构。因此，如图所示，球囊206可以用系绳208仅系在系统200(例如，系在源天线202或地面204)上。

在一些示例中，源天线202可以包括抛物面碟式反射器，其被配置为提供主要瞄准球囊206的相对准直的RF信号210a。在一些示例中，源天线202的尺寸和形状可以至少部分地基于球囊206的尺寸和形状。换句话说，可以选择用于照射球囊206的源天线202的尺寸，以聚焦本质上局限在球囊206的反射区域(下面讨论)的光束，以最小化溢出并使效率最大化。在一些示例中，源天线202可以提供多频带双极化馈送，以增加每个源天线202提供的容量。

如图所示，源天线202还可以被配置为从蜂窝手机、智能电话、计算机、平板电脑和其他蜂窝通信设备(统称为用户设备或UE 212)接收信号210b，蜂窝通信设备位于地面204附近并且以双工操作。例如，在上述摇滚音乐会上，这可以包括许多用户使用蜂窝手机拨打电话、发短信和浏览互联网。它还可以包括由音响人员或媒体人员使用的、具有蜂窝调制解调器的多台计算机。无论如何，来自蜂窝设备的发射信号向上行进到球囊206(实际上，它们以球形方式辐射)，其中至少一部分发射信号被重定向到下面的源天线202，以便传输到蜂窝网络。

源天线可以通过一个或更多个缆线214连接到蜂窝网络并且连接到基站收发信台(BTS)216。BTS 216可以连接到核心(或“骨干”)蜂窝网络，以提供语音和数据连接等。BTS216可以连接到替选接入供应商(AAV)网络，例如，其利用以太网来满足宽带蜂窝服务(例如长期演进(LTE)网络)的回程需求，以提供额外的带宽和/或额外的无线覆盖。

BTS 216还可以使用光纤缆线连接到骨干网，例如，通过用于蜂窝回程的载波网络连接到移动交换局(MSO)。在其他情况下，对于缺乏直接光纤连接的站点，BTS 216可以例如使用微波无线回程，以连接到这样的附近站点：其确实具有AAV光纤连接但距离系统200位置(例如，足球比赛)足够远以难以有可用的带宽。在一些示例中，设计用于微波回程功能的单独的源天线202和专用气囊206可用于此目的。

在一些示例中，BTS 216还可以包括电源接线或独立电源。例如，BTS 216可以连接到该位置处的主电源，或者可以包括车载发电机。在一些示例中，车载发电机可以包括汽油或柴油动力发电机、太阳能电池板或风力涡轮机等。

球囊206可包括两个主要部件：底部反射表面218和顶部表面220。如图所示，在一些示例中，底部反射表面218可包括或可覆盖在RF的反射表面中和其他无线信号。以这种方式，来自源天线202的信号210a被反射回地面204到UE 212，并且来自UE 212的信号210b被反射回到源天线202。在图2A中，为清楚起见，信号210a、210b被示为单独的线路。当然，实际上，许多信号210在所有方向上辐射，其中一部分辐射能量经由球囊206，在UE 212和源天线202之间来回反弹。

底部反射表面218的表面和下面的材料都可以根据手边的工作进行定制。例如，为了用在蜂窝系统上，底部反射表面218的材料可以用于蜂窝通信的频率范围高度反射信号210，但是对于其他频率范围中的信号可以是选择性透明或半透明的。类似地，如果系统200与微波通信结合使用，则底部反射表面218的材料可以高度反射微波信号，但对于其他频率范围的信号可以是透明或半透明的。这可以减少系统200对同一区域中的其他类型的通信系统的影响(例如，干扰)。

在一些示例中，由于球囊206的相对小的占地面积，故底部反射表面218可以对所有相关频率反射。例如，这可以降低球囊206的制造成本，并且可以减少系统200所需的模型的数量。换句话说，如果底部反射表面218对于所有相关的无线通信频率反射，则系统200适用于用在任何无线通信系统而无需修改。

在一些示例中，底部反射表面218可包括相对薄的轻质柔性材料，其包括反射材料或具有反射涂层。在一些示例中，底部反射表面218可包括例如金属化聚合物(例如，

)，其轻质、坚韧并且反射许多频率，包括用于蜂窝通信的信号210。在其他示例中，底部反射表面218可包括例如具有应用了金属化涂层或金属丝网的橡胶或塑料材料。

在一些示例中，顶部表面220的尺寸和形状可以被设定为提供空气动力学稳定性，使水或鸟粪脱落，和/或提供必要的体积以保持球囊206、系绳208和任何额外的高空设备。在一些示例中，如图所示，顶表面220可以为此目的形成锥形或A形框架。在其他示例中，顶表面220可以是平坦的、圆形的或许多其他形状。在一些示例中，顶部表面220可以成形为特定产品或特征，以使球囊206能够兼作营销工具。因此，例如，顶部表面220的形状可以是例如特定公司的吉祥物，或者来自流行电视节目(如游行花车)的卡通人物。顶表面220还可包括用于使水脱落的疏水涂层、用于防止热量增加的太阳能反射涂层、或其他涂层。

在其他示例中，顶表面220可包括立方体，以呈现可从地面204看到的至少四个平坦表面。在一些示例中，四个平坦表面可涂覆有像投影电视屏幕一样的反射表面。以这种方式，投影仪或其他设备可用于在顶面220上投影视频、图片、广告或其他媒体。

系绳208可以附接到源天线202和/或地面204，以将球囊206的高度设定在源天线202上方。因为系绳208仅需要保持球囊206使其不会漂浮走，因此，系绳208可以非常小且轻质。例如，球囊206可被配置或填充以具有刚好足够的浮力，以在源天线202上方上升到预定高度(例如，100、150或200英尺)，并支撑预定长度的系绳208。最后，系绳208可以仅受到例如非常小的向上力，并且一些侧面由风加载。因此，虽然强度不是主要关注点，但系绳208可包括尼龙、

或

等。

在一些示例中，系统200还可以包括一个或更多个拉线222。拉线222可以用于使球囊206保持与源天线202相对良好对齐，例如，尽管针对可接受的吞吐量不需要精确对准。在一些示例中，球囊206可以在球囊206垂直地(即，正上方)定位。在其他示例中，如下所述，球囊206可以定位在偏移位置，以避免高架障碍物等。在一些示例中，拉线222可以使球囊206的位置微调，并且可以防止球囊206由于风力和其他力而过度移动。

如图2B所示，虽然不是必需的，但在一些示例中，系统200还可包括绞碟224。绞碟224可用于升高和降低球囊206，并将球囊206定位在预定位置，例如，绞碟224可包括编码器或其他装置，其使得能够监测球囊206的位置(并因此能够监测其高度)。在一些示例中，绞碟224可以使得能够使用具有过大浮力的球囊206，这可能有利于球囊在高处时的稳定性。如下所述，在一些示例中，具有过大浮力的气囊206也可用于在高处承载额外的设备。

在一些示例中，源天线202还可以包括天线罩226。天线罩226可以本质上覆盖源天线202的碟228部分。以这种方式，天线罩226可以防止水和碎屑聚集在碟228中，并且干扰发射到源天线202和来自源天线202的信号。天线罩226还可以防止对收发器230、支撑件232和靠近碟228的其他组件的损坏。天线罩226可以包括适当牢固且RF透明的材料，例如聚乙烯、聚丙烯、玻璃纤维或聚碳酸酯。

如图2C所示，在一些示例中，球囊206可包括一些附加设备。在一些示例中，如图所示，球囊206可包括连接器234，以使球囊206能够容易地与系绳208连接和断开。在一些示例中，如图所示，连接器234可包括钩环，钩环可容易地被夹持到系绳208或者脱离系绳208。在其他示例中，连接器234可包括任何可释放的闩锁或钩子，例如弹簧加载的闩锁。在其他示例中，连接器234可仅仅包括缆线扎带，缆线扎带可在每次使用后切断。

球囊206还可包括一个或更多个扬声器236。在一些示例中，视频或其他媒体可直接投影在球囊206上，或球囊206下方的显示器1102上。参见图11，如下讨论。为此，扬声器236可以经由有线(即，扬声器线可以比通信线缆小得多)或无线连接(例如，RF或Wi-Fi)提供互补(或独立)的音频。扬声器236(特别是大型公共广播(或PA)型扬声器)可能相对较重。为此，在其他示例中，扬声器236可以位于地面204上，以减小球囊206上的负载。

在一些示例中，球囊206还可以包括灯238。因为系统200的高度本质上是无限的，所以在一些配置中，球囊206可能需要用于航空器的信标。因此，为此目的，光238可以是所需的闪光灯。在其他示例中，灯238可以简单地为球囊206或下方的地面204提供照明。

在一些示例中，球囊206还可以包括仪器仪表240。仪器仪表240可以包括为各种仪器、灯238和/或扬声器236供电的电源。仪器仪表240还可以包括高度计、气压计、风速指示器、温度计和其他气象仪器。例如，当配置系统200以确保提供足够的拉线222时，或者警告工人即将来临的风暴(这可能需要降低球囊206等)，该数据可能是有用的。实际上，球囊206可包括各种传感器以提供各种信息。

在一些示例中，球囊206还可包括多个单独的腔室242。氦气难以生产，因此昂贵。因此，在仅需要用氦填充球囊体积的一定百分比以提供足够浮力的情况下，可以用来自压缩机或充气机的空气填充剩余部分。因此，一些腔室242a可以填充有氦气，而其他腔室242b填充有空气。在一些示例中，系统200可包括氦回收系统。顾名思义，氦气回收系统可以回收氦气，而不是简单地在故障过程中将其释放到大气中。这可以通过回收氦气来帮助降低系统200的运行成本，而不是在每次使用时更换氦气。

在一些示例中，球囊206还可以具有在一个或更多个表面218、220上印刷、附接或投影的媒体244。媒体244可以包括任何类型的媒体，例如，广告、电视节目或电影、现场直播(例如，类似于体育场的电视机的超大屏幕)。在一些示例中，可以使用对信号210透明或者不影响信号210的材料，将媒体244印刷在球囊206上或者附接到球囊206。在其他示例中，除了源天线202之外，投影仪可将媒体244从地面204(或靠近地面204)投影到球囊206上。在一些示例中，球囊206的底部反射表面218可包括薄膜晶体管(TFT)显示器、发光二极管(LED)显示器、或液晶显示器(LCD)，其对信号210基本透明，以显示媒体244。

图3A-5D描绘了用于球囊206的各种示例设计，其将信号210全向反射或大致360度地反射回地面。当系统200可以在大事件中居中时，该配置可能是有用的。例如，在体育场，系统200可以相对靠近体育场放置、在体育场和主停车场之间放置。在该位置，由球囊206提供的圆形覆盖区域可以在一侧本质上覆盖体育场，而在另一侧本质上覆盖停车场。

图3A-3D描绘了具有三边三角形顶表面220和底部反射表面218的球囊206，底部反射表面218对应于典型的三扇区网格。当然，球囊206也可以是四边形(或金字塔形)，以提供四扇区网格。如上所述，顶表面220可以简单地成形为使水脱离、提供合适的空气动力学、和/或调节球囊206的总体积。因此，对于给定的周长，使得在顶部表面220上的三角形(或金字塔)更高明显增加其体积，反之亦然。

另一方面，底部反射表面218上的三角形的高度可以改变由球囊206提供的辐射图案。例如，相对较高的三角形可以将信号210反射回到地面上的相对较小的区域(“紧密的图案”)，即，较大的天线尺寸可以导致较窄的图案，而较小的天线孔径可以投影更宽的图案。这在例如在相对限制区中有许多与会者的大会上可能是有用的。紧密的图案还可以减少系统200与相邻通信系统等之间的干扰。

当然，减小底部反射表面218的三角形的高度可以在相对大的区域(“松散的图案”)上，将信号210反射回地面。这可以用于利用单个系统200覆盖更大的区域。这可以帮助提供例如在大型设施处具有多个台阶的音乐节的覆盖。应该注意的是，尽管图3A-3D所示的形状可以在地面204上产生360度图案，由于底部反射表面218的边缘302，可能发生一些轻微的信号劣化。换句话说，并非干净地反射回地面204，而是入射在边缘302上的信号210的一部分可能被散射或以其他方式丢失。

为此，如图4A-4D所示，在一些示例中，顶表面220和底部反射表面218都可以是圆锥形的。以这种方式，无刻面的顶表面220可以保持清洁，而没有任何边缘来沾染碎屑。另外，光滑的表面去除了在角落处发现的应力梯级，其可以在球囊206中引起撕裂和破裂。如前所述，顶表面220上的锥体的高度可以成形为使水脱离、提供合适的空气动力学、和/或调整球囊206的总体积等。类似地，可以调节底部反射表面218的(倒置)锥体的高度，以提供紧密的图案(高锥形)或松散图案(短锥形)。另外，底部反射表面218的平滑轮廓本质上消除了与边缘302相关的上述问题。

如图5A-5D所示，在一些示例中，底部反射表面218可包括具有弯曲侧面的锥体(例如，(倒置的)抛物面锥体)。以这种方式，信号210的图案可以进一步定制到该应用。如前所述，可调节底部反射表面218的锥体高度，以提供紧密图案(高锥体)或松散图案(短锥体)。然而，在这种情况下，曲线502的曲率可以进一步定制信号模式。

如图5B所示，例如，相对浅的曲线502a可以产生更松散的图案，而更陡峭的曲线502b可以产生更紧密的图案。另外，与浅曲线502a相比，更陡峭的曲线502b倾向于在靠近源天线202的地204处反射更多的波。因此，浅曲线502a可用于覆盖具有分散人群的大区域；而陡峭曲线502b可用于覆盖较小的区域，较小的区域中，冠部集中在源天线202周围。以这种方式，锥体的高度和曲线502的曲率都可用于自定义信号图案。

在一些示例中，可能期望在更有限的区域或特定的图案中提供覆盖，而不是提供全部覆盖。这可能有利于集中蜂窝基站容量，例如，以防止与其他附近系统的干扰，或限制访问。为此，如图6A-8D，在一些示例中，系统200可以包括提供扇区覆盖的球囊206。换句话说，由于它们的形状，球囊206仅在某些通常方向上反射信号210。因此，它们可以覆盖周围例如大约45、65或90度，而不是上面针对全向球囊206讨论的基本上360度的覆盖范围。当然，如下所述，扇区覆盖的实际形状和尺寸可以通过底部反射表面218的形状无限地改变。

这在上述体育场示例中可能是有用的。换句话说，一旦足球比赛开始，大量的用户就在体育场内，而不是在停车场。因此，将覆盖范围从全覆盖范围(覆盖停车场和体育场)重定向到部分覆盖(仅覆盖体育场)(或实质上如此)可能是有用的。因此，在比赛前的庆祝活动期间，例如，系统200可以利用提供全覆盖的球囊206，因为许多用户同时在体育场和停车场(例如，后卫)。然而，一旦游戏开始，全覆盖球囊206可以仅卷入(降低)并且改变为扇区覆盖球囊206。由于系统200的模块化特性，这可以在几分钟内完成，几乎没有或没有改变系统200的其余组件(例如，源天线)。

如图6A-6D所示，在一些示例中，底部反射表面218可以是楔形物。因此，只有撞击楔形物的面602的信号210被反射回地面204。换句话说，因为其余侧面604基本上是垂直的，所以它们不会将任何(或非常少的)信号210反射回到地面204。因此，楔形物在球囊206的与面602相对的一侧上产生覆盖图案，但很少或没有信号210在其他三个方向上辐射。

同样，覆盖图案的大小由楔形物的相对角度决定。相对陡峭的楔形物(并且因此面602更远离地面204)产生了离系统更远的相对较大图案。面部602以更朝向地面204的角度产生相对较小的图案，其更靠近系统。也就是说，可以使用拉线来调节反射表面(即，相对于地面204)的倾斜角度，以延伸或减小覆盖范围。

如图7A-7D所示，在一些示例中，面702可以向内弯曲(例如，抛物线形、弓形等)，而侧面704是垂直的。因此，只有撞击球囊206的面702的信号210被反射回地面204。换句话说，因为剩余的侧面704本质上是垂直的，所以它们不会将任何(或非常小的)信号210反射回到地面204。因此，曲线706在球囊206的与面702相对的一侧上产生覆盖图案，但很少或没有信号210在其他三个方向上辐射。

如前所述，这可以使得曲线706的高度和曲率都能够用于定制图案中的信号210的大小和密度。可以调节曲线706的高度，以提供紧密图案(例如，高抛物线)或松散图案(例如，短抛物线)。然而，在这种情况下，曲线706的曲率可以进一步定制信号图案。

如图7B所示，例如，相对浅的曲线706a可以产生更松散的图案，而更陡峭的曲线706b可以产生更紧密的图案。另外，与浅曲线706a相比，更陡峭的曲线706b倾向于将更少的波反射回更远离源天线202的地面204。因此，如上面参考图5B所述，浅曲线706a例如可用于覆盖具有集中人群的较小区域；而陡峭的曲线706b可用于覆盖较大的区域，在该较大的区域中人群分散在源天线202周围。以这种方式，抛物线锥的高度和曲线706的曲率都可用于自定义信号图案。

如图8A-8D所示，在一些示例中，面802可以包括向外的曲线804。在该配置中，信号210可以向下指向地面204、指向侧面、甚至指向上。这对于在体育场提供覆盖可能是有用的，例如，体育场中，一些用户在系统200上方(例如，在“最差”座位中，一些座位甚至与系统相对齐平，并且一些座位在系统200下方(例如，场地高度的座位))。如前所述，可以调整曲线804的高度和曲率，以便于适应不同的覆盖图案。

如上所述，因为不需要桅杆，所以系统200可以相对轻质、小且简单。因此，根据所需的额外带宽，系统200可以足够小到可手持、手推车上拉动或包装在手提箱中以便运输。在其他示例中，相对大的系统200可以被承载或安装在标准车辆上，例如标准厢式货车(图9A)、拖车(图9B)或皮卡车。

如图9A所示，在一些示例中，系统900可以安装在车辆902中和/或车辆902上。因为系统900非常小且轻质，所以车辆902可以是普通的乘客或厢式货车(例如，与图1中所示的重型卡车相反)。与重型卡车102相比，这仅仅基于车辆902的成本而显著降低了系统900的成本。例如，新的轻型厢式货车(例如，福特全顺)的成本低于30,000美元，中型或重型卡车的成本可能超过10万美元。

如图所示，在一些示例中，源天线202可以安装到车辆902的顶部904。这可以简化设置并减少设置时间，例如，因为一旦车辆902停放，源天线202就“设置”。另外，在一些示例中，BTS 216可以安装在车辆902内。在该配置中，缆线214可以保持连接在BTS 216和源天线202之间，进一步减少了设置时间。BTS 216可以连接到车辆电源(例如，车辆902中的12或120伏系统)，从而不需要发电机或其他外部电源，这进一步降低了系统900的成本。当然，如果BTS 216超过车辆902的输出，车辆902可包括车载发电机或其他外部电源。如前所述，车载发电机可包括汽油或柴油动力发电机、太阳能电池板、或风力涡轮机等。

如图9B所示，系统900也可以以本质上相同的方式安装在拖车906上或拖车906中。例如，这可以提供与上面讨论的设置时间同量减少，甚至提供更低的成本。封闭式拖车可以以低至1000美元的价格购买。例如，这代表了相对于图1所示的临时蜂窝基站100的很大程度的节省。实际上，由于系统900的轻质，拖车906可以简单地用现有车辆(例如，维护卡车或私人车辆)拉动，几乎消除了资本支出。

如图9C所示，在一些示例中，车辆902(或拖车906)可以本质上充当独立的移动蜂窝塔。在该配置中，系统900可以完全由车辆902承载和/或设置在车辆902上。如图所示，在一些示例中，车辆902可以包括一个或更多个系紧件(tie-down)908，以使得拉线222能够被直接锚定在车辆902上。其他示例中，如果需要更宽的稳定性，例如，拉线222可以靠近车辆902锚定到地面204。

在一些示例中，车辆902还可以包括绞碟224。因此，工人可以仅将车辆902驱动到事件附近的预定位置，将球囊206附接到系绳208，并且将系绳208拉动出去，使绞碟224达到预定高度(例如，125、175或225英尺)，并且然后将拉线222锚定在车辆902或地面204上。在这种配置中，工人除了球囊206外不需要卸载任何东西，并且系统900几乎是完全独立的。这减少了设置系统900所需的时间、精力和技能。

如图10所示，在一些示例中，为了提供额外的灵活性，源天线202可以是可重新定位的。如图所示，源天线202可以绕y轴(即，从页面出来的轴)枢转和/或绕z轴旋转。为此，用于源天线202的安装件1002可包括水平枢轴1004和垂直枢轴1006等。

如图所示，水平枢轴1004可包括铰链、球形接头或其他类型的枢轴，其使得源天线202能够从垂直位置(即，源天线所垂直瞄准并且碟为水平的位置)重新定位。水平枢轴1004可以使源天线能够重新定位到大约30度和150度之间的许多角度。当然，由于球囊206在头顶上的定位，这种运动范围可能不是必需的。另外，在某些时刻，源天线202的碟可以撞击安装件1002，从而防止额外的倾斜。

在一些示例中，源天线202还可以包括垂直枢轴1006，以使其能够围绕z轴旋转。以这种方式，当处于非垂直位置时，源天线202可径向瞄准以与球囊206对准。在一些示例中，枢轴1004、1006可包括电动(例如，伺服)、液压、或气动致动器或电机来影响运动。在其他示例中，枢轴1004、1006可以例如是简单的螺栓和翼形螺母，以便能够手动重新定位。在一些示例中，可以采用对准激光器、信号计或其他辅助装置来帮助将源天线202指向球囊206的底部反射表面218的最佳位置。

例如，能够重新定位源天线202可以在运输中用于减小源天线202上的气动力，或者在球囊206的定位中提供一定灵活性。如果源天线202安装到车辆902或拖车906，则例如在运输期间，源天线202可以定位成使得碟228的开口侧面向后(即，源天线基本水平地瞄准)。在该配置中，源天线202呈现更加空气动力学的形状，例如，其减小了安装件1002上的应力，并且可以改善车辆902的燃料里程。如果需要将气囊206定位成使得它不是在源天线202的正上方，另一方面，源天线202可以根据需要枢转和旋转，以将源天线202适当地瞄准球囊206。这在气囊206由于高架障碍物(诸如，电源线、体育场座位或其他障碍物等)需要偏离垂直位置的情况下可能是有用的。

在一些示例中，如图11所示，球囊206可以被配置为承载屏幕、广告牌或显示器(统称为“显示器”1102)。显示器1102可以使用现有的拉线222悬挂在球囊206上(如图所示)，或者可以具有单独的支撑或框架。在该配置中，显示器1102可以包括例如投影仪屏幕，以使图像或视频能够从地面投影到显示器1102上。以这种方式，系统200可以基本上充当“电视机的超大屏幕”。这在音乐会和音乐节上很有用，例如，当粉丝通常离舞台很远。在该配置中，显示器1102可以对信号210本质上透明，以使对通信的任何影响最小化，但仍反射光(类似于投影屏幕)。

在其他示例中，显示器1102可以包括电子显示器(例如TFT显示器、LED显示器、或LCD)以提供可编程媒体、信息和/或广告。在其他示例中，显示器1102可以包括简单的广告牌、横幅或其他固定媒体。在该配置中，显示器1102可以用于例如打广告(如传统广告牌)、提供安全信息(例如，标记出口或急救站)、或仅仅提供信息(例如，浴室的位置和优惠)。无论配置如何，球囊206的平面形状和/或体积可被设计成提供足够的浮力，以将显示器1102与球囊206一起提升到空气中。因此，与系统200的其余部分一样，不需要额外的支撑来实现显示器1102。

如图12所示，本公开的示例还可以包括用于将系统200部署就位的方法1200。如上所述，系统200轻质、便携且易于部署。系统200可以例如在皮卡车的后部被承载、卸载，或者可以部分或完全安装在车辆902或拖车906上。一旦就位，系统200可以在几分钟内设置。

在一些示例中，为了在运输期间节省空间，可以将气囊206放气储存。例如，气囊可以展平并折叠成非常小的体积。为此，在1202处，工人可以使球囊206充气。例如，这可以使用标准氦气充气套件来完成。在一些示例中，可以基于确切的配置(例如，是否使用显示器1102)、温度和/或其他天气和位置条件，来改变充气水平。当然，在一些示例中，球囊206可以被充气后输送，使得该步骤可选。

在1204处，工人可以将源天线202放置在合适的位置。这可以包括从车辆卸载源天线202，找到适当平坦、牢固的位置，和/或将源天线202固定到地204。当然，如上所述，在一些示例中，源天线202可以安装到车辆902或者拖车906上。在这种情况下，如果需要，放置源天线可以包括瞄准源天线202。这可以包括例如将源天线202从在传输期间使用的水平位置返回到垂直位置，或者将源天线202瞄准用于非垂直球囊206配置。这还可以包括使用信号计、激光器、或其他工具，以将源天线202瞄准球囊206，以使信号强度最大化。

在1206处，球囊206可以连接到系绳208。如图2B所示，系绳208可以穿过源天线202，例如，或者使用例如附加捆扎方式，围绕源天线202锚定到地面204。如上所述，球囊206和系绳208可以使用例如简单的钩环或卡环或其他合适的方法连接。由于在大多数情况下系绳208上的力相对较小，因此附接方法通常可以集中在对极限强度的易用性。

在1208处，工人可以部署球囊206。在一些情况下，这可以像释放球囊206一样简单。系绳208可以是预定长度，例如，使得仅仅释放球囊206使其能够上升到预定高度然后停止。在其他示例中，球囊206可以使用手动或电动绞碟224部署。在一些示例中，系绳208可以具有长度标记，例如，以使工人能够确定球囊206何时处于预定高度。在其他示例中，绞碟224可以包括例如伺服马达，其可以提供编码器定位信息，以确定已经拉动出多少系绳208。

在1210处，工人可以给BTS 216和源天线202加电，并且系统200可操作。这可以包括例如启动车辆902或发电机，或者将BTS 216连接到主电源等。这还可以包括从系统200进行任何必要的上行链路连接到骨干。这可以包括一个或更多个连接，例如，连接到本地互联网或电信网络交换机(例如，经由以太网缆线)或建立微波链路。

上述系统200和方法1200提供简单、稳健且易于安装的通信链路，以在高需求但可能是临时的位置提供额外的通信和数据带宽。因此，系统200可用于在体育赛事、音乐会和音乐节以及大会等期间提供额外的带宽。该系统简单且轻质，降低了资金成本和设置时间。系统200可以提供附加特征，例如仪器仪表、照明和/或显示器1102。

虽然以上公开了若干可能的示例，但是本公开的示例不限于此。例如，虽然已经公开了系统200用于蜂窝数据和通信，但系统200可以用在其他类型的无线数据和通信系统。因此，本文描述的系统200和方法1200可以用在Wi-Fi系统、微波、市民波段(CB)、家庭无线电服务(FRS)、通用移动无线电服务(GMRS)、未来的5G通信系统、或其他系统。天线系统200可以应用于在宽范围的频带上操作。

另外，例如，可以根据特定的系统尺寸，或者由于例如局部地形、高架障碍物或干扰源等而需要轻微变化的特定位置，来改变用于本公开的示例的各种特征的位置和配置，诸如，所使用的步骤的顺序，系统200的组件，源天线202的位置和类型，球囊206的类型和材料或者其他特征。这些改变旨在包含在本公开的范围内。

各种元件的具体配置、机器以及尺寸和形状可以根据本公开的原理构造的装置、系统或方法的特定设计规范或约束而变化。这些改变旨在包含在本公开的范围内。因此，目前公开的示例在所有方面都被认为是说明性的而非限制性的。本公开的范围由所附权利要求而不是前面的说明书来指示，并且在其等同物的含义和范围内的所有改变都旨在包含在其中。

Claims (20)

1.一种系统，其包括：

比空气轻的反射器，其包括至少一个底部反射表面，所述底部反射表面反射至少一种电磁波；

系绳，其具有第一端和第二端，所述第一端可拆卸地耦合到所述比空气轻的反射器，并且所述第二端可拆卸地耦合到靠近地平面的锚定点；

源天线，其能够瞄准所述底部反射表面，以在所述底部反射表面发射第一组一个或更多个电磁波，并且从所述底部反射表面接收第二组一个或更多个电磁波；以及

基站收发信台(BTS)，其与所述源天线通信，以提供地平面的一个或更多个用户设备(UE)与一个或更多个数据网络或通信网络之间的连接；

其中所述底部反射表面将来自所述源天线的所述第一组一个或更多个电磁波反射到用户设备(UE)；并且

其中所述底部反射表面将来自所述地平面的UE的所述第二组一个或更多个电磁波反射到所述源天线。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述比空气轻的反射器包括球囊；并且

其中所述底部反射表面包括金属化聚合物。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述比空气轻的反射器包括球囊；并且

其中所述底部反射表面的尺寸和形状设计成全向反射所述至少一种电磁波。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述底部反射表面包括倒锥形。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述比空气轻的反射器包括球囊；并且

其中所述底部反射表面的尺寸和形状设计成反射所述至少一种电磁波，以提供扇区覆盖。

6.根据权利要求5所述的系统，其中所述底部反射表面包括楔形物。

7.根据权利要求1所述的系统，还包括多个拉线，每个拉线具有第一端和第二端，所述第一端可拆卸地耦合到所述比空气轻的反射器，并且所述第二端可拆卸地耦合到地面，所述多个拉线保持所述比空气轻的反射器相对于所述源天线的位置。

8.一种系统，包括：

车辆；

比空气轻的球囊，其包括底部反射表面和顶部表面，所述底部反射表面反射至少一种电磁波；

源天线，其可拆卸地耦合到所述车辆并且能够瞄准所述底部反射表面，以在所述底部反射表面处发射第一组一个或更多个电磁波，并且从所述底部反射表面接收第二组一个或更多个电磁波；

系绳，其具有第一端和第二端，所述第一端可拆卸地耦合到所述球囊，并且所述第二端可拆卸地耦合到所述车辆上的锚定点；

多个拉线，每个拉线具有第一端和第二端，所述第一端可拆卸地耦合到所述球囊，并且所述第二端可拆卸地耦合到所述车辆，所述拉线保持所述球囊相对于源天线的位置；以及

基站收发信台(BTS)，其设置在所述车辆上，BTS与所述源天线通信，以提供地平面的一个或更多个用户设备(UE)与一个或更多个数据网络或通信网络之间的连接；

其中所述底部反射表面将来自所述源天线的所述第一组一个或更多个电磁波反射到所述用户设备(UE)；并且

其中所述底部反射表面将来自所述地平面的UE的所述第二组一个或更多个电磁波反射到所述源天线。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述车辆上的所述锚定点包括用于升高和降低所述球囊的绞碟。

10.根据权利要求8所述的系统，其中所述球囊的所述顶表面包括锥形或金字塔形，以使水和碎屑脱离所述顶表面。

11.根据权利要求8所述的系统，其中所述底部反射表面包括倒置抛物面锥。

12.根据权利要求8所述的系统，还包括显示器，以显示视频或静止图像中的一个或更多个，所述显示器从所述球囊悬挂在所述系绳的第一端附近。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述显示器包括投影仪屏幕，以使所述视频或静止图像能够从所述地平面投影到所述显示器上。

14.一种方法，包括：

将源天线放置在预定位置；

将系绳的第一端附接到比空气轻的球囊上，所述球囊包括底部反射表面；

将所述系绳拉出，以将所述球囊定位在所述源天线上方的预定高度；

用一根或更多根缆线将所述源天线连接到基站收发信台(BTS)；

将所述BTS连接到蜂窝网络、数据网络或电源中的至少一个；以及

至少为所述BTS供电，以在靠近所述源天线的预定图案和范围内提供额外的通信带宽；

其中所述底部反射表面将来自所述源天线的第一组一个或更多个电磁波反射到接近地平面的用户设备(UE)；并且

其中所述底部反射表面将来自UE的第二组一个或更多个电磁波反射到所述源天线。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括：

用比空气轻的气体给所述球囊充气。

16.根据权利要求14所述的方法，还包括：

将多根拉线中的每根拉线的第一端附接到所述球囊上；并且

锚定所述多根拉线，以将所述球囊调节并保持在所述源天线上方的预定位置处。

17.根据权利要求16所述的方法，将所述球囊调节并保持在所述源天线上方的所述预定位置处包括：将所述球囊垂直放置在所述源天线上方。

18.根据权利要求14所述的方法，还包括：

将所述BTS与所述蜂窝网络、数据网络或电源中的至少一个断开；并且

将所述源天线和所述BTS之间的所述一根或更多根缆线断开；

卷在所述系绳上，使所述球囊返回所述地平面；

将所述系绳的所述第一端从所述球囊上拆下；并且

将所述源天线、所述系绳和所述球囊放置在车辆内。

19.根据权利要求18所述的方法，还包括：

使所述球囊放气，以减少所述球囊的体积以便于运输。

20.根据权利要求18所述的方法，其中拉出所述系绳包括沿第一方向操作绞碟；并且

其中卷在所述系绳上包括沿第二方向操作所述绞碟。

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