CN111133688B - 被动收集空对地网络参数用于网络规划和控制 - Google Patents

Abstract

网络分析控制模块可以包括处理电路，该处理电路被配置为接收空对地(ATG)网络中的特定资产的三维位置信息和对应的信号质量信息，至少部分地基于所接收的信息对该特定资产进行服务质量推断，并根据服务质量推断提供网络控制活动的指令。

Description

被动收集空对地网络参数用于网络规划和控制

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年9月21日提交的美国申请号62/561,449的优先权，通过引用将其全部内容完整合并于此。

技术领域

示例实施例总体涉及无线通信，并且更具体地，涉及空对地(ATG)网络内的各个方面的控制。

背景技术

高速数据通信和支持这种通信的设备在现代社会中已无处不在。这些设备使许多用户能够维持与互联网和其他通信网络的几乎连续的连接。尽管可以通过电话线、电缆调制解调器或其他具有物理有线连接的设备来获得这些高速数据连接，但是无线连接已彻底改变了我们保持连接而不牺牲移动性的能力。

然而，尽管人们熟悉在地面上保持连续连接到网络的习惯，但人们通常理解，一旦登上飞行器，容易和/或廉价的连接将趋于停止。至少对于机上乘客而言，航空平台仍未变得容易且便宜地连接至通信网络。保持空中连接的尝试通常很昂贵，并且存在带宽限制或高延迟问题。而且，愿意处理飞行器通信能力所带来的费用和问题的乘客通常限于非常特定的通信模式，该模式由飞行器上提供的刚性通信架构来支持，乘客经常对所提供的服务感到失望。

在过去的几十年中，传统的基于地面的通信系统已经得到发展和成熟。尽管与基于地面的通信有关的进步仍在继续，人们可能希望其中的一些进步也可以适用于与航空平台的通信，但事实是，传统的基于地面的通信涉及二维覆盖范式而空对地(ATG)通信是一个三维问题，这意味着两个环境之间没有直接关联。相对于与基于地面的通信所考虑的因素，在ATG的环境下必须考虑许多其他因素。

发明内容

因此，可以提供一些示例实施例以增强可以在ATG网络内提供的网络控制选项和功能。控制选项和功能可用于提高服务质量，并能够主动识别和纠正影响网络性能的问题。例如，可以收集有关许多不同的系统性能相关参数的信息，从而可以研究此类信息以主动解决可以从该信息中识别出的各种问题。这样，例如，可以远程评估设备性能，可以智能地进行网络规划和扩展，并且可以确定(或推断出)有关客户对服务满意度的信息，以使客户服务计划能够得到积极部署。

在一个示例实施例中，网络分析控制模块可以包括处理电路，该处理电路被配置为接收针对ATG网络中的特定资产的三维位置信息和对应的信号质量信息，至少部分地基于该接收的信息对特定资产进行服务质量推断，并基于服务质量推断提供网络控制活动的指令。

在另一个示例实施例中，提供了一种ATG网络。该网络可以包括布置在各个固定地理位置的多个基站、至少一架飞行器、波束成形控制模块和网络分析控制模块。波束成形控制模块可以包括处理电路，该处理电路被配置为基于与飞行器相关联的三维位置信息来提供指令以指导从飞行器的天线阵列或基站中的一个基站的波束形成。网络分析控制模块可以包括处理电路，该处理电路被配置为接收针对ATG网络中的特定资产的三维位置信息和对应的信号质量信息，至少部分地基于所接收的信息，针对该特定资产进行服务质量推断，并基于服务质量推断为网络控制活动提供指令。

附图说明

已概括地描述了本发明，现在将参考附图，这些附图不一定按比例绘制，其中：

图1示出了根据示例实施例的随时间移动通过不同基站的覆盖区域的飞行器；

图2示出了根据示例实施例的用于采用位置信息来辅助波束成形的系统的框图；

图3示出了根据示例实施例的用于辅助使用位置信息以辅助波束形成的波束形成控制电路；

图4示出了根据示例实施例的用于辅助使用位置信息和信号质量信息来辅助网络控制和计划功能的网络分析控制电路；

图5示出了根据示例实施例的用于采用位置信息和信号质量信息来执行网络控制和规划功能的方法的框图；

图6示出了根据示例实施例的用于执行某些示例网络控制和规划功能的方法的框图；和

图7示出了根据示例实施例的用于执行备选示例网络控制和规划功能的方法的框图。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图更充分地描述一些示例实施例，在附图中示出了一些但不是全部示例实施例。实际上，在此描述和图示的示例不应被解释为对本公开的范围，适用性或配置进行限制。相反，提供这些示例实施例，使得本公开将满足适用的法律要求。全文中，相同的参考标号表示相同的元件。此外，如本文中所使用的，术语“或”将被解释为逻辑运算符，只要其一个或多个操作数为真，就得出真。如本文所使用的，根据示例实施例，术语“数据”、“内容”、“信息”和类似术语可以互换使用，以指代能够被发送、接收和/或存储的数据。因此，不应使用任何这样的术语来限制示例实施例的精神和范围。

如本文所使用的，术语“组件”、“模块”等旨在包括与计算机有关的实体，诸如但不限于硬件、固件或硬件和软件的组合。例如，组件或模块可以是但不限于在处理器上运行的进程、处理器、对象、可执行文件、执行线程和/或计算机。举例来说，在计算设备上运行的应用程序和/或计算设备都可以是组件或模块。一个或多个组件或模块可以驻留在执行的进程和/或线程中，并且组件/模块可以位于一台计算机上和/或分布在两个或多个计算机之间。另外，这些组件可以从其上存储有各种数据结构的各种计算机可读介质执行。组件可以例如根据具有一个或多个数据包的信号，通过本地和/或远程过程进行通信，例如来自一个组件/模块的数据与本地系统、分布式系统中的另一个组件/模块进行交互，以及/或以信号的方式通过网络(例如互联网)与其他系统连接。每个相应的组件/模块可以执行一个或多个功能，将在本文中对其进行更详细的描述。然而，应当理解，尽管根据与所执行的各种功能相对应的单独模块来描述了该示例，但是一些示例可能不一定利用模块化体系结构来利用各个不同的功能。因此，例如，代码可以在不同的模块之间共享，或者处理电路本身可以被配置为执行被描述为与本文描述的组件/模块相关联的所有功能。此外，在本公开的上下文中，术语“模块”不应被理解为标识用于执行各个模块的功能的任何通用装置的临时词。而是，术语“模块”应该被理解为是模块化的组件，其被特定地配置在处理电路中或者可以被可操作地耦合到处理电路以基于被添加到处理电路或者可操作地耦合到处理电路的硬件和/或软件，修改处理电路的行为和/或能力，以相应地配置处理电路。

典型的无线通信系统包括可以在特定位置或在移动环境中使用的最终用户设备，以及可以访问与互联网和/或公共交换电话网(PSTN)互连的固定设备组。最终用户设备与称为基站的固定设备进行无线通信。在ATG环境中，基站是部署在地面上的多个基站中的一个基站，与相邻基站部分重叠，以在特定地理区域内提供连续且不间断的覆盖，而移动设备包括各种飞行器上的设备。基站彼此互连以形成网络，并且还可以经由回程网络或组件与其他网络互连。

在一些示例中，ATG网络可以被设计为采用波束成形(beamforming)技术来更有效和可靠地通信。因此，例如，波束可以在由基站(或飞行器)定义的单元的覆盖区域内的期望位置处形成或操纵到该期望位置处，以扩展范围，减少干扰并提供其他增强的通信能力。不管波束是在此环境中被操纵还是形成，对波束的控制都可以被称为波束成形，并且可以由波束成形控制模块来控制。在一些实施例中，可以在空对地网络(例如，飞行器)的移动节点，网络的基站处，或在中央网络位置处或网络控制器处，或在云中提供波束成形控制模块。波束成形控制模块可以利用基站和移动节点两者的位置信息来确定(预测地或实时地)将波束操纵何处，以确保可以在单个单元内以及当希望切换到另一个单元时维持连续通信。

在一些实施例中，采用波束成形的基站可以采用天线阵列在目标设备的方向上产生(例如，形成)或控制波束，从而当已知设备相对于基站的位置时扩大覆盖范围。当基站不知道设备的位置时，则可能不会在目标设备的方向上形成波束，从而有效地减小了基站的覆盖范围。必须将无线系统设计为提供最低标准。如果首次访问系统的设备的覆盖范围不太理想，则必须将基站放在一起，以确保未知设备可以访问系统。将基站靠近放置在一起会增加网络成本。

如果无线设备尚未与基站联系，则因为不存在波束成形增益，该设备可能会因覆盖范围裕度不足而无法与基站进行通信。因此，在使用波束成形的无线系统中，无线设备与基站的初始同步是潜在的问题。为了解决这个潜在的问题，有可能利用接收站和基站的位置信息来促进在将要建立的无线通信链路的任一端或两端的波束成形。

在ATG通信系统中，最终用户设备(或接收站)可以被安装或以其他方式存在于飞行器或其他空中平台上。因此，如上所述，位置信息的使用可能不仅仅涉及纬度和经度、相对定位、全球定位系统(GPS)坐标等知识。而是，可能需要有关包括高度在内的三维(3D)位置信息的知识。在某些情况下，速度、航向以及描述当前3D位置以及可能的未来位置的任何其他信息也可能会有所帮助。当已知飞行器(或其上的通信设备)的3D位置时，无线系统可以使用此特定于位置的信息来通过增强波束成形来增强初始同步覆盖范围。

在某些情况下，可以预先知道固定资产(即基站)的位置，并且例如可以将其存储在网络的任何或所有资产可访问的位置。可以针对3D空域中的所有设备(例如，所有飞行器或飞行器上的其他已知接收设备)主动跟踪可移动设备(例如飞行器)位置的知识。作为示例，从机场起飞的飞行器(或其上的设备)可以访问机场附近的基站并与之同步。一旦为无线系统所知，则每个设备可以周期性地将位置信息(例如，坐标、高度和速度)发送到服务基站。基站可以与核心网络或云中的集中式服务器或其他设备共享位置信息。然后，集中式服务器(或其他处理设备)可以跟踪每个设备，将设备位置与系统中基站的数据库进行比较，并确定特定设备何时可以移入不同基站的覆盖范围。可以与新基站共享设备位置，然后新基站可以形成指向无线设备的定向波束以共享同步信息。

因此，示例实施例可以将固定基站位置(例如，在2D中)的知识与移动接收站位置(例如，在3D中)的知识相结合，以在当设备尚未获得相邻基站时，从飞行器(或其上的设备)和基站两者提供波束成形。因此，可以在ATG系统中保持完整的波束成形覆盖范围优势，从而降低网络覆盖范围的成本并提高切换可靠性。通过使用定向波束提高的增益可以使飞行器与地面上潜在遥远的基站进行通信。因此，ATG网络可以潜在地用比地面网络中的基站之间的典型距离远得多的基站来构建。

但是，在某些情况下，可以获得的信息可能不仅仅是网络中资产的位置。例如，许多其他参数可以是已知的或可知的，并且如果分析了这些参数，则可以实现进一步有利的网络控制。例如，可以存储信号强度信息，无线电状态(例如，开/关状态)以及可能还有其他参数以进行实时和/或事后分析。可以基于该信息做出关于系统性能的许多确定，以进一步增强可以提供的服务，主动的系统维护或问题解决方案等。

图1示出了飞行器穿过不同基站的覆盖区域的概念图，以示出示例实施例。从图1中可以看出，飞行器100可以通过无线通信链路120及时与第一基站(BS)110通信。飞行器100因此可以包括使得飞行器100能够与第一BS 110通信的机载无线通信设备，并且第一BS110还可以包括使得能够与飞行器100通信的无线通信设备。如将在下面更详细地讨论的，在每一端的无线通信设备可以包括无线电硬件和/或软件，用于处理在相应天线阵列处接收的无线信号，该天线阵列设置在与它们相应的无线电通信的每个相应的设备处。此外，示例实施例的无线通信设备可以被配置为使用波束成形技术以利用定向聚焦，操纵和/或使用天线阵列来形成波束。因此，出于该讨论的目的，应当假设可以使用经由波束成形建立的至少一个链路来形成飞行器100与第一BS 110之间的无线通信链路120。换句话说，第一BS110或飞行器100或两者都可以包括能够采用波束成形技术来建立无线通信链路120的无线电控制电路。

第一BS 110在地理位置上具有固定的位置，因此可以知道关于第一BS 110的位置的位置信息。在一些情况下，定义第一BS 110能够向飞行器提供无线连接的区域的覆盖区域的估计也是已知的或可估计的(例如，在飞行器100和/或第一BS 110或另一网络位置处)。同时，在任何给定时间(例如，在飞行器100和/或第一BS 110或另一网络位置处)，飞行器在3D空间中的位置也可以是已知的或可估计的。此外，应当理解，在某些情况下，第一BS110的覆盖区域可能取决于海拔。在这方面，例如，针对第一海拔110，对于不同海拔，投影到地球表面上的纬度和纵向覆盖区域的大小可以不同。因此，例如，基于第一BS 110的已知位置和覆盖特性在时间t₀的飞行器100的位置信息，可以确定飞行器100在时间t₀正在接近或位于第一BS 110的覆盖区域的边缘。

可以在地理位置上定位具有与第一BS 110的性能和功能特性相似的性能和功能特性的第二BS 130，使得对于飞行器100的当前轨迹，第二BS 130是飞行器100切换(handover)的候选者，从而在时间t₀维持飞行器100与ATG无线通信网络的地面基站之间的连续且不间断的通信链路。如上所述，第二BS 130知晓飞行器100的趋近可能是有帮助的，使得第二BS 130可以在飞行器100到达第二BS 130的覆盖区域时或之前采用波束成形技术将波束引导到飞行器100。附加地或可替代地，对于飞行器100知晓第二BS 130的存在和位置可能是有帮助的，使得飞行器100上的无线通信设备可以在飞行器100到达第二BS 130的覆盖区域时或之前采用波束成形技术来将波束引导向第二BS 130。因此，第二BS 130或飞行器100上的无线通信设备中的至少一个可以在位置信息的知识辅助下采用波束成形技术，以促进在飞行器100上的无线通信设备与第二BS 130之间的无线通信链路140的建立。

根据一个示例实施例，可以提供一种波束成形控制模块，其采用固定基站位置的2D知识和关于飞行器上的接收站的位置信息的3D知识两者，以辅助波束成形技术的应用。示例实施例的波束成形控制模块可以物理地位于ATG通信网络内的多个不同位置中的任何一个处。例如，波束成形控制模块可以位于飞行器100处、第一BS 110和第二BS 130中的一个或两个处、或者位于网络或云中的另一个位置。图2示出了可以采用这种波束形成控制模块的示例实施例的ATG通信网络的功能框图。

如图2所示，第一BS 110和第二BS 130每个可以是ATG网络200的基站。ATG网络200可以进一步包括其他BS 210，并且每个BS可以经由网关(GTW)设备220与ATG网络200通信。ATG网络200可以进一步与诸如因特网230的广域网或其他通信网络通信。在一些实施例中，ATG网络200可以包括或以其他方式耦合到分组交换核心网络。

在示例实施例中，ATG网络200可以包括网络控制器240，该网络控制器240可以包括例如交换功能。因此，例如，网络控制器240可以被配置为处理去往飞行器100和来自飞行器100(或飞行器100上的通信设备)的路由呼叫和/或处理飞行器100上的通信设备与ATG网络200之间的其他数据或通信传输。在一些实施例中，当飞行器100上的通信设备参与呼叫时，网络控制器240可以起到提供对陆线中继线连接的作用。另外，网络控制器240可以被配置为控制去往移动终端10和来自移动终端10的消息和/或数据的转发，并且还可以控制基站的消息的转发。应当注意，尽管在图2的系统中示出了网络控制器240，网络控制器240仅是示例性网络设备，并且示例实施例不限于在采用网络控制器240的网络中使用。

网络控制器240可以耦合到诸如局域网(LAN)、城域网(MAN)和/或广域网(WAN)(例如，因特网230)之类的数据网络，并且可以是直接或间接耦合到数据网络。继而，诸如处理元件的设备(例如，个人计算机、膝上型计算机、智能电话、服务器计算机等)可以经由互联网230耦合到飞行器100上的通信设备。

尽管本文未示出和描述ATG网络200的每个可能实施例的每个元件，但是应当理解，飞行器100上的通信设备可以通过ATG网络200耦合到许多不同网络中的任何一个或多个。因此，网络能够支持根据第一代(1G)、第二代(2G)、第三代(3G)、第四代(4G)和/或未来的移动通信协议等中的任何一个或多个的通信。在某些情况下，支持的通信可能会采用使用诸如2.4GHz或5.8GHz之类的未许可频带频率定义的通信链路。但是，附加地或替代地，许可频带中的其他频率可以支持通信。而且，在某些情况下，有可能在网络控制器240的控制下在许可和未许可频带通信(和/或卫星通信)之间切换。另外，在一些情况下，ATG网络200可以由卫星通信系统增强或与卫星通信系统并行操作，并且在一些情况下，可以在网络控制器240的控制下执行切换以交替处理ATG网络200或卫星通信系统之间的通信。

如上所述，在示例实施例中，可以在网络侧或飞行器侧中的一个或两个处的无线通信设备上采用波束成形控制模块。因此，在一些实施例中，波束成形控制模块可以在飞行器上的接收站(例如，乘客设备或与飞行器的通信系统相关联的设备)中实现。在一些实施例中，波束成形控制模块可以在网络控制器240中或在某些其他网络侧实体处实现。此外，在某些情况下，波束形成控制模块可以在位于云中的实体处(例如，在经由互联网230可操作地耦合到ATG网络200的位置处)实现。

图3示出了根据示例实施例的波束成形控制模块300的架构。波束成形控制模块300的处理电路310被配置为基于各种输入信息的处理来提供控制输出，以用于从布置在飞行器100或基站中的一个基站处的天线阵列生成波束。根据本发明的示例实施例，处理电路310可以被配置为执行数据处理，控制功能执行和/或其他处理和管理服务。在一些实施例中，处理电路310可以体现为芯片或芯片组。换句话说，处理电路310可以包括一个或多个物理封装(例如，芯片)，其包括结构组件(例如，底板)上的材料、部件和/或电线。该结构组件可以为包括在其上的组件电路提供物理强度、尺寸节省和/或电相互作用的限制。因此，在某些情况下，处理电路310可以被配置为在单个芯片上或作为单个“芯片上系统”实现本发明的实施例。这样，在某些情况下，芯片或芯片组可以构成用于执行一个或多个操作以提供本文所述功能的装置。

在一示例实施例中，处理电路310可以包括处理器312和存储器314的一个或多个实例，其可以与设备接口320通信或者控制设备接口320，以及在某些情况下与用户接口330通信或者控制用户接口330。这样，处理电路310可以体现为被配置为(例如，具有硬件、软件或硬件和软件的组合)以执行本文描述的操作的电路芯片(例如，集成电路芯片)。然而，在一些实施例中，处理电路310可以体现为机载计算机的一部分。在一些实施例中，处理电路310可以与ATG网络200的各种组件、实体和/或传感器通信。

用户界面330(如果实现的话)可以与处理电路310通信以在用户界面330处接收用户输入的指示和/或向用户提供听觉、视觉、机械或其他输出。这样，用户界面330可以包括例如显示器、一个或多个操纵杆、开关、指示灯、按钮或键(例如功能按钮)和/或其他输入/输出机构。

设备接口320可以包括一个或多个接口机构，用于使得能够与其他设备(例如，ATG网络200的模块、实体、传感器和/或其他组件)进行通信。在一些情况下，设备接口320可以是任何方式，例如以硬件或硬件和软件的组合体现的设备或电路，其被配置为从模块、实体、传感器和/或与处理电路310通信的ATG网络200的其他组件/接收数据和/或向其传输数据。

处理器312可以多种不同方式体现。例如，处理器312可以体现为各种处理装置，例如微处理器或其他处理元件、协处理器、控制器或包括集成电路(例如，ASIC(专用集成电路)、FPGA(现场可编程门阵列)等)的各种其他计算或处理设备中的一个或多个。在示例实施例中，处理器312可以被配置为执行存储在存储器314中或者以其他方式可被处理器312访问的指令。这样，无论是通过硬件配置还是通过硬件和软件的组合配置，处理器312都可以表示能够执行根据本发明实施例同时进行相应配置的操作的实体(例如，物理地以处理电路310的形式体现在电路中)。因此，例如，当处理器312被体现为ASIC、FPGA等时，处理器312可以是用于进行本文所述的操作的专门配置的硬件。替代地，作为另一示例，当处理器312被实现为软件指令的执行器时，指令可以具体地配置处理器312以执行本文描述的操作。

在示例实施例中，处理器312(或处理电路310)可以被实现为，响应于接收与网络的通信元件的各种相关位置信息相关联的位置信息，基于处理电路310所接收的输入，包括或控制波束形成控制模块300的操作。这样，在一些实施例中，可以说处理器312(或处理电路310)使得关于波束成形控制模块300描述的操作与所要对天线阵列做的调整相关，以响应于相应地配置处理器312(或处理电路310)的指令或算法的执行而承担涉及与波束成形有关的相应功能。特别地，指令可以包括用于处理移动接收站(例如，在飞行器上)的3D位置信息以及固定传输站点的2D位置信息的指令，以指示天线阵列在将有助于如本文所述在移动接收站和固定传输站之一之间建立通信链路的方向上形成波束。

在示例性实施例中，存储器314可以包括一个或多个非易失性存储设备，例如可以是固定或可移动的易失性和/或非易失性存储器。存储器314可以被配置为存储信息、数据、应用程序、指令等，以使得处理电路310能够执行根据本发明的示例性实施例的各种功能。例如，存储器314可以被配置为缓冲输入数据以供处理器312处理。附加地或替代地，存储器314可以被配置为存储指令以供处理器312执行。作为另一替代方案，存储器314可以包括一个或多个数据库，其可以存储响应于输入传感器和组件的各种数据集。在存储器314的内容之中，可以存储应用程序和/或指令以供处理器312执行，以便执行与每个相应的应用程序/指令相关联的功能。在一些情况下，应用可包括用于提供输入以控制如本文所述的波束成形控制模块300的操作的指令。

在一示例实施例中，存储器314可以存储指示至少一个基站的固定地理位置的固定位置信息350。在一些实施例中，固定位置信息350可以指示ATG网络200的单个基站的固定地理位置。然而，在其他实施例中，固定位置信息350可以指示ATG网络200的多个(或甚至全部)基站的固定地理位置。在其他实施例中，固定位置信息350可以被存储在飞行器100上的另一存储设备处，或在ATG网络200中的任何BS处，或在网络控制器240可访问的位置处或者在云中。然而，不管固定位置信息350的存储位置如何，根据示例实施例，都可以从存储器中读出这种信息，并将其提供给处理电路310(并因此在处理电路310处接收)以进行处理。

处理电路310也可以被配置为接收指示至少一个移动通信站的三维位置的动态位置信息360(应当理解，其能够结合双向通信来发送和接收信令)。该移动通信站可以是飞行器100上的乘客设备，或者可以是飞行器100本身的无线通信设备。飞行器100的无线通信设备可以与乘客设备之间来回传递信息(具有或不具有中间存储)，或者可以与其他飞行器通信设备之间来回传递信息(具有或不具有中间存储)。

动态位置信息360可以通过任何合适的方法或使用任何合适的设备来确定。例如，可以基于飞行器位置的三角测量，使用飞行器高度计信息，使用雷达信息等(单独地或彼此组合)，基于从相应的各个基站，多个信号到达飞行器处的方向，采用飞行器100上的全球定位系统(GPS)信息来确定动态位置信息360。因此，例如动态位置信息360可以是从飞行器100提供的GPS数据和/或指示飞行器100在3D空间中的位置的任何其他扩充信息。例如，海拔信息、航向/速度信息、指示飞行器100所处的特定波束的信息(以及从已知的固定位置获得的方位角和仰角的相应知识)，雷达信息和其他来源可用于生成动态位置信息360。例如，当动态位置信息360包括与特定波束相关联的信息时，可以从一个或多个基站接收该信息。因此，在某些情况下，特定基站可以以指示飞行器相对于不同基站(或多个基站)的位置的信息的形式接收动态位置信息360。但是，特定基站也可以为其自身和/或其他基站、飞行器或网络资产生成此类信息。

在示例实施例中，处理电路310可以被配置为使得能够形成从飞行器100朝向固定节点(例如，基站或移动通信站之一)或沿相反方向的波束。如上所述，可以实时或提前形成波束以预期切换。在任一情况下，处理电路310可以被配置为利用指示两个设备或两个网络节点的位置的信息，并且从网络节点中的一个(或两者)的角度确定网络节点相对于彼此的位置。可以采用跟踪算法来跟踪动态位置变化和/或基于当前位置以及运动的速率和方向来计算将来的位置。在确定了预期的相对位置之后，处理电路310可以被配置为基于预期的相对位置提供指令以指导从第二网络节点的天线阵列形成波束。指令可以被提供给控制设备，该控制设备被配置为调整(移动通信站或基站的)天线阵列的特性，以形成在预期相对位置的方向上被操纵的方向可操纵波束。这样的可操纵波束例如可以具有5度或更小的方位角和仰角宽度。此外，在某些情况下，这样的可操纵波束的方位角和仰角宽度可以为2度或更小。然而，在一些实施例中，也可以采用更大尺寸的可操纵波束。

在示例实施例中，第一网络节点可以被布置在基站处(或就是基站)，并且第二网络节点可以被布置在移动通信站处(例如，飞行器100或其上的通信设备)。但是，可替换地，第一网络节点可以是移动通信站，而第二网络节点可以在基站处。此外，可以提供波束形成控制模块300的多个实例，以使得移动通信站和基站都可以采用波束形成控制模块300。替代地或附加地，可以在多个飞行器上和/或在多个基站上提供波束成形控制模块300的多个实例，以使得ATG网络200内的每个设备(或至少多个设备)能够基于使用位置信息来估计设备的相对位置，以将波束聚焦到当前或某个将来时间预期或估计的相对位置，而将可操纵波束导向网络中的其他设备，

在示例实施例中，动态位置信息360可以包括纬度和经度坐标以及海拔以提供在3D空间中的位置。在一些情况下，动态位置信息360可以进一步包括航向和速度，使得可以基于3D空间中的当前位置以及航向和速度(以及可能还有海拔变化率)进行计算以确定在将来的某个时间未来的飞行器100的位置。在某些情况下，飞行计划信息也可以用于预测目的，或者准备资产以用于将来可能需要的波束成形动作，或者提供用于网络资产管理目的的计划。在一些实施例中，波束成形控制模块300可以设置在飞行器100处。在这样的情况下，固定位置信息350可以被提供给多个基站以定义网络拓扑，并且可以被存储在飞行器100上的存储设备(例如，存储器314)中。

在示例实施例中，波束成形控制模块300可以被布置在网络控制器240处，其可以与ATG网络200的基站通信。在这样的示例中，波束成形控制模块300可以被配置为接收用于多个飞行器的动态位置信息360，并提供每个飞行器相对于基站中的一个基站的预期相对位置信息。替代地或附加地，波束成形控制模块300可以被配置为接收动态位置信息，并提供至少一架飞行器相对于至少两个基站的预期相对位置信息。在其他实施例中，波束成形控制模块300可以附加地或可替代地被配置为接收动态位置信息，并且相对于多个基站为各个不同的飞行器提供多个期望的相对位置。

在一些示例实施例中，波束成形控制模块300可以进一步被配置为在网格网络环境中操作。例如，波束成形控制模块300可以被配置为利用与多个飞行器相关联的动态位置信息，以便在飞行器之间形成网格通信链路。因此，例如，一架飞行器可以将信息从地面基站中继到另一架飞行器。在这样的示例中，预期相对位置可以是两架飞行器之间的相对位置。在一些实施例中，可以实现飞行器之间的多个“跳跃”以到达偏远的飞行器，或者甚至在其中特定地面站没有运行但是该区域中存在可以将信息中继到的其他飞行器的网络中提供自我修复，以充填由非运营地面站留下的覆盖间隙。

因此，图2的系统可以在系统内的一个或多个对应位置处包括一个或多个波束成形控制模块300。无论此类模块的数量和位置如何，与其关联的信息都可以用于生成天线阵列控制数据365，例如，可以将天线阵列控制数据365提供给飞行器天线控制单元、波束控制单元、面板选择或操纵元件、开关等，以在双向通信链路的任一端相应地形成波束或控制波束。天线阵列控制数据365可以用于控制天线的幅度和相位，以形成具有期望方向、海拔和范围的特定波束。可以预期提供的控制将改善ATG网络通信的性能。但是，由于多种原因，系统性能可能无法达到预期的水平。因此，在以后的时间实时或离线地对系统性能进行分析以评估各种组件的性能，并可能解决任何可识别的问题是很有用的。为此，一些示例实施例可以采用网络分析控制模块(NACM)400。

可以使用NACM 400基于可以由ATG网络200内的资产报告的多个参数来评估系统性能。可以使这些参数彼此相关，以生成系统内特定资产的性能的历史记录。特别地，这些参数可以允许NACM 400被动地监视系统中另外可用的参数，从而以允许主动解决问题、故障排除甚至有时是系统调整的方式来评估可能指示性能问题以及也许还有客户满意度的各种因素，从而以最少的客户投入来提高系统性能。

在示例实施例中，NACM 400可以包括处理电路410，该处理电路410可以进一步包括处理器412和存储器414，它们各自在功能、能力上相似，并且在某些情况下还形成如上所述的对应的处理电路310、处理器312和存储器314，除了可能在规模、封装、编程、子模块/组件和/或配置上的差异之外。NACM 400的设备接口420和用户接口430也可以类似于上述的相应组件。因此，将不重复关于这些部件的结构的细节。

在示例实施例中，NACM 400可以被配置为接收图4中所示的各种参数中的任何一个或全部，为了使得能够分析这样的参数以最终使得网络控制功能能够被执行。例如，NACM400可以接收(例如，经由设备接口420)针对在系统内运行的一个或多个资产(例如，飞行器或基站)的资产位置记录440。资产位置记录440可以是上述动态位置信息360(或从中得出的信息)的记录，该记录带有时间戳或以其他方式与给定资产的位置和时间的特定序列或历史相关联。因此，在某些情况下，资产位置记录440可以有效地提供一架或多架飞行器通过多个不同基站的覆盖区域所经过的路线的3D空间中的图片。然而，资产位置记录440的信息不必以飞行器为中心的方式提供。可以从飞行器或其他通信资产(例如，基站)的角度来关联该信息。因此，在某些情况下，资产位置记录440可以提供各种飞行器通过由特定基站服务的区域所采取的路径的3D空间中图片。这样，在各种不同的实施例中，资产位置记录440可以具有基于飞行器的位置范例或基于基站的位置范例。

无论资产位置记录440所采用的位置范例如何，资产位置记录440中提供的信息都包括资产的3D空间中的时间和位置，这可以通过飞行器的尾号或其他识别方法或通过基站的基站标识符、单元ID或其他标识方法而获知。可以通过上述用于确定动态位置信息360的位置确定方法的任意组合来准确地知道相应时间的资产位置，该位置确定方法包括使用动作重构或可能存在的附加信息来增强动态位置信息360的动态位置信息360增强。

在示例实施例中，NACM 400还可以被配置为接收由各种资产报告的信号质量信息450。信号质量信息450可以按资产来组织，并且还可以被加时间戳或以其他方式与从各个资产接收到相应信号质量信息450的时间相关。因此，例如，每个飞行器可以连续或周期性地报告信号质量参数(例如，RSSI(接收信号强度指示符)、带宽(在上行链路或下行链路方向上)等)，以便任何给定资产的信号质量参数可以与资产在3D空间中的位置相关(因为位置信息也基于时间存储)。在某些情况下，状态信息460(例如，无线电开/关状态)也可以被提供给NACM 400。NACM 400可以被配置为生成(例如，针对单个资产)基于位置的性能历史470，该性能历史470可以通过从资产的任何期望的角度(例如，从基站或飞行器的角度)将至少资产位置记录440与信号质量信息450和状态信息460之一或两者相关联。

NACM 400可以被配置为生成基于位置的性能历史470作为数据的数据库，此数据的数据库使用时间作为用于与任何特定资产相关联的核对数据的基础而被收集和核对。因此，例如，信号质量信息450与资产位置记录440(和/或状态信息460)进行核对，以提供随时间变化的信号质量指示，用于系统跟踪的各种记录的飞行器位置。这样，基于位置的性能历史470可以对于一个资产(例如，飞行器或基站)、对于多个资产、或者对于ATG网络200的所有资产，提供ATG网络200内被定位和操作/报告的资产处的每个位置处经历的性能相关参数的临时序列图。因此，基于位置的性能历史470可以用作对于生成ATG网络200内的任何可选资产的性能历史的视图都是必要的所有数据的数据存储，并且性能历史可以与3D空间中的位置相关。

NACM 400可以被配置为使得用户对于个体资产进行查询，以分析和/或显示与该个体资产或多个个体资产相关联的信息，该个体资产或多个个体资产是根据资产的基于位置的性能历史470采用例如查询模块480来选择的，该查询模块480配置成定义一种结构，用户能够通过该结构与基于位置的性能历史470中的数据交互以获得具体需求的信息。替代地或附加地，NACM 400可以被编程为基于编程的搜索标准和/或编程的触发事件而在资产中循环以寻找和识别问题。无论哪种情况，都可以针对给定时间段内遇到的其他资产考虑和分析与一种资产关联的数据。例如，可以分析在3D时间和空间中为特定基站遇到的所有基于飞行器的资产的尾号或设备标识符注册的数据，以确定可能指示可识别问题的模式或单个异常值。替代地或附加地，在特定飞行器或设备行进的路线期间，对于该特定飞行器或设备遇到的所有基站(或其他资产，例如在网格环境中运行的飞行器或中继信息)，可以分析在3D时间和空间中注册的数据以确定可能指示可识别问题的模式或单个异常值。

作为示例，NACM 400(通过其处理电路410的配置)可以被配置成从所选飞行器的基于位置的性能历史470中提取位置和信号强度信息。选定的飞行器可以由用户选择，或者可以由NACM 400随机自动选择，或者作为设置为检查与给定组织或其他组关联的所有飞行器的一系列自动查询的一部分而自动选择。然后，NACM 400可以将针对所选飞行器的信号强度信息与针对已经在3D空间中的相同位置(或在相同位置的预定距离内)的其他飞行器测量的对应信号强度信息进行比较。这样，NACM 400可以被配置为将其他飞行器在3D空间中的相同位置处进行的每个信号强度测量结果与所选飞行器所测量的信号强度进行比较，以确定所选飞行器是否经历了低于正常或预期的信号强度。例如，如果所选飞行器的信号强度测量值往往比同一位置的其他飞行器的信号强度测量值低，则可能是所选飞行器的机载设备相关问题导致了较低信号强度。

因此，例如，NACM 400可以被配置成识别与所选飞行器相关联的信号强度信息与在相同位置处测量的其他飞行器的信号强度信息相差至少预定量的情况。在一些情况下，在相同位置处测量的其他飞行器的信号强度信息可以是已经在距相同位置预定距离之内的其他飞行器的复合(例如，平均)信号强度值。响应于所选飞行器的信号强度信息不同于复合信号强度值，可以生成服务警报以识别所选飞行器。服务警报可用于安排对选定飞行器上设备的检查或维护。

在一些示例中，NACM 400可以可替代地或另外地被配置为促进网络规划和扩展机会。例如，NACM 400可以被配置为接收在3D空间中使用该系统的所有飞行器的位置信息以及在每个位置(和时间)由这种飞行器报告的相应信号强度信息。因此，不仅可以确定和理解最经常使用的特定扇区或单元，而且还可以知道在其中出现最大数据使用量的单元或扇区中的特定位置。这样，可以相对于3D位置映射上行链路和下行链路方向上的带宽使用，以了解上行链路和下行链路带宽消耗中的一个或两个的位置(和时间)热点。

通过了解使用发生的3D位置(即不仅是单元或扇区，还包括方向、距离和海拔)，可以为资源分配、网络扩展、切换优化等进行计划。关于资源分配，如果已知某个特定时间段内某个单元或扇区内的特定位置倾向于重度使用或轻度使用，则可以更改信道大小以解决该问题。例如，对于轻度使用的位置，可以将信道大小更改为40MHz信道，而不是正常的20MHz信道，从而为通过该区域的飞行器提供带宽上的提升。或者，如果某个位置被重度使用，则可以将信道大小从20MHz信道更改为10MHz信道，以适应所有用户的重度使用。这样，NACM 400可以被配置为向用户提供使用警报，以识别重度使用或轻度使用的3D空间中的特定位置(在某些情况下还包括对应的时间)，以允许用户相应地进行网络配置更改。然而，在其他情况下，NACM 400可以被配置为与网络控制器240对接以将此类信息提供给网络控制器240，并且网络控制器240可以基于所提供的信息来对网络配置进行改变，而无需用户输入。

在某些情况下，当计划进行网络扩展时，可以添加新的单元站点或扇区功能以提高3D空间中特定位置的功能。因此，例如，NACM 400可以被配置为映射3D空间内的上行链路和下行链路方向上的使用情况，从而准确地知道随着时间的推移资源的使用在每个扇区和/或单元内何处发生，可以完成目标资源的增加。过去，仅在扇区级别跟踪交通密度，并且扇区可能覆盖数百平方英里或公里。因此，以前对使用热点的任何理解本质上都是非常粗糙的。通过更好地了解热点(和冷点)的位置，可以增强网络的扩展和管理。

关于网络管理，切换管理也可能受到影响。例如，通过了解3D空间中的信号级别，可以识别潜在的切换问题，或者可以抢先进行切换以避免任何切换问题。在某些情况下，可以在3D空间中识别出潜在的切换问题，以便可以在一个扇区内实施频率更改或较小的方位角更改，以更改切换交叠点。

通过具有用于在ATG网络200内通信的无线电设备的每架飞行器的身份的信息(例如，尾号)，NACM 400也可以确定在任何给定时间无线电设备何时何地飞行。状态信息460可以指示每个飞行器的无线电状态(例如，开/关)。特别地，如果飞行器在没有无线电设备向网络注册的情况下飞行，则可以理解，飞行器可能已经关闭了无线电设备，或者正在进行其他类型的故障。在示例实施例中，当飞行器飞行时一次或预定次数未注册(即，无线电关闭)时，NACM 400可向用户发出警报。警报可以向用户发出信号，告知其销售人员或客户服务人员与客户联系，以检查设备的满意度或可操作性。因此，例如，如果客户由于性能不佳而关闭了设备，意外关闭了设备或存在客户尚未报告的故障，则可以在客户会感到不满意之前进行积极的参与以解决问题。

因此，示例实施例可以提供多种方式，通过这些方式可以通过与这些参数的时间和位置相关性而被动地监视各种参数来推断出客户体验。然后可以进行主动资源管理、客户联络以及其他活动，以提高系统性能和客户满意度。

这样，图2的系统就可以提供一种环境，在该环境中，图3和图4的控制模块可以提供一种机制，通过该机制可以实践许多有用的方法。图5示出了可以与图2的系统以及图3和图4的控制模块相关联的一种方法的框图。从技术角度来看，上述NACM 400可以用于支持图5中描述的一些或全部操作。这样，图2中描述的平台就可以用于促进基于几个计算机程序和/或网络通信的交互的实现。例如，图5是根据本发明的示例实施例的方法和程序产品的流程图。将理解，流程图中的每个框图以及流程图中的框图的组合可以通过各种方式来实现，诸如硬件、固件、处理器、电路和/或与包括一个或多个计算机程序指令的软件的执行相关联的其他设备。例如，上述过程中的一个或多个可以由计算机程序指令来体现。因此，体现上述过程的计算机程序指令可以由设备的存储设备(例如，NACM 400等)存储，并由设备中的处理器执行。将会理解，任何这样的计算机程序指令可以被加载到计算机或其他可编程装置(例如，硬件)上以产生机器，使得在计算机或其他可编程装置上执行的指令创建用于实现在流程图的框图中的指定功能的装置。。这些计算机程序指令还可以存储在计算机可读存储器中，该计算机可读存储器可以指导计算机或其他可编程装置以特定方式起作用，使得存储在计算机可读存储器中的指令产生实现在流程图的框图中指定的功能的制品。也可以将计算机程序指令加载到计算机或其他可编程装置上，以使一系列操作在计算机或其他可编程装置上执行以产生计算机执行过程，从而使得在计算机或其他可编程装置上执行的指令设备实现流程图的框图中指定的功能。

因此，流程图的框图支持用于执行指定功能的装置的组合以及用于执行指定功能的操作的组合。还将理解，流程图中的一个或多个框图以及流程图中的框图的组合可以通过执行指定功能的基于专用硬件的计算机系统或专用硬件和计算机指令的组合来实现。

在这方面，如图5所示，根据本发明一个实施例的方法可以包括在操作500处接收针对ATG网络中的特定资产的三维位置信息和对应的信号质量信息。该方法可以进一步包括在操作510处至少部分地基于所接收的信息来对特定资产进行服务质量推断。服务质量推断尤其可以是适用于3D空间内的特定位置的服务质量推断。因此，服务质量推断可以说是特定于位置的服务质量推断，其中该位置是单元或扇区内的特定位置。该方法可以进一步包括在操作520处基于服务质量推断提供用于网络控制活动的指令。

上面参考图5描述的方法包括附加步骤、修改、扩充等，以实现特定的服务质量推断，或实现特定的网络控制活动。图6和7示出了这方面的不同示例。例如，图6示出了根据示例实施例的可以说明确定推理和采取动作的特定方式的框图。

如图6所示，根据另一示例实施例的方法可以包括：在操作600处接收指示ATG网络内的飞行器位置的时间相关的三维位置信息；以及在操作610处接收ATG网络内的飞行器的时间相关的信号强度信息。该方法可以进一步包括在操作620处，基于时间将信号强度信息与三维位置信息相关联，以对于一个资产定义基于位置的性能历史，或者对于多个资产在每个资产的基础上定义基于位置的性能历史。此后，在操作630处，可以采用查询(例如，用户发起或自动查询)来选择资产以提取与所选资产相关联的数据，并将所提取的数据与与其他资产相关联的复合数据进行比较。然后可以在操作640处确定复合数据和提取的数据之间的差值，以查看该差值是否超过预定阈值。如果差值超过预定阈值，则可以在操作650发出警报或网络控制指令。警报或网络控制指令可以包括改变信道参数或频率的指令。因此，例如，可以预先计划在特定位置使用未许可频带频率与许可频带频率之间的切换，ATG和卫星通信之间的切换或其他此类更改，在这种情况下，根据数据相关特定性能参数对于3D空间中的相应特定时间和位置的离线处理，这种转换是有利的。

图7示出了框图，该框图可以示出对参考图5描述的通用方法的特定修改。因此，例如，在某些情况下，可以通过在操作700处接收指示ATG网络内的飞行器位置与时间相关的三维位置信息，并在操作710处接收与ATG网络内的飞行器的时间相关的信号强度信息，来进一步定义操作500。在一些情况下，操作500可以进一步包括在操作720处基于时间将信号强度信息与三维位置信息相关联以基于每个资产来定义基于位置的性能历史。该方法可以进一步包括在操作730处在三维空间中提供网络使用的表示，以使得能够在ATG网络内的三维空间中识别高使用或低使用位置。该方法可以进一步包括在操作740处基于该表示来执行网络优化活动。该网络优化尤其可以包括例如针对飞行器的移交所涉及的扇区调整频率或方位角，或者生成在使用量高于预定阈值的位置增加容量的建议。

受益于前述说明书和相关附图中给出的教导，本发明所属领域的技术人员会想到本文阐述的本发明的许多修改和其他实施例。因此，应当理解，本发明不限于所公开的特定实施例，并且修改和其他实施例旨在被包括在所附权利要求的范围内。此外，尽管前述说明和相关附图在元件和/或功能的某些示例性组合的背景下描述了示例性实施例，但是应当理解，在不脱离本发明的前提下，可以由替代实施例提供元件和/或功能的不同组合，而未脱离所附权利要求的范围。因此，例如，如上文所附权利要求中的一些所阐述的，也可以构想与上文明确描述的元件和/或功能的不同原件和/功能组合。在本文描述了优点，益处或问题的解决方案的情况下，应当理解，这样的优点，益处和/或解决方案可以适用于一些示例实施例，但不一定适用于所有示例实施例。因此，不应将本文所述的任何优点，益处或解决方案视为对于所有实施例或本文所要求保护的实施例都是至关重要的，必需的或必不可少的。尽管本文采用了特定术语，但是它们仅在一般和描述性意义上使用，而不是出于限制的目的。

Claims (20)

1.一种网络分析控制装置，包括处理电路，该处理电路配置为：

接收空对地(ATG)网络中特定资产的三维位置信息和相应的信号质量信息；所述三维位置信息包括指示所述空对地网络的多个可形成或可操纵波束中的特定波束的信息，所述相应的信号质量信息应用于该特定波束；

至少部分地基于所接收的信息来对所述特定资产进行服务质量推断；和

基于所述服务质量推断为网络控制活动提供指令。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，接收针对所述特定资产的三维位置信息和对应的信号质量信息包括：

接收指示所述ATG网络内的飞行器位置的与时间相关的三维位置信息；

接收在所述ATG网络内所述飞行器的时间相关信号强度信息；和

基于时间将所述信号强度信息与所述三维位置信息相关联，以定义所述飞行器的基于位置的性能历史。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，进行所述服务质量推断包括：将从针对所选资产的基于位置的性能历史中提取的数据与所述基于位置的性能历史的其他资产相关联的复合数据进行比较，以及确定何时所述复合数据和从所述所选资产的所述基于位置的性能历史记录中提取的数据之间的差值超过预定阈值。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，提供所述指令包括发布用户警报。

5.根据权利要求3所述的装置，其中，提供所述指令包括发布网络控制指令以改变信道参数或频率。

6.根据权利要求3所述的装置，其中，所述比较是响应于用户查询而执行的。

7.根据权利要求3所述的装置，其中，所述比较是响应于自动生成的查询而执行的。

8.根据权利要求2所述的装置，其中，进行所述服务质量推断包括：在三维空间中提供网络使用的表示，以使得能够识别在所述ATG网络内的所述三维空间中的各个位置处的使用量。

9.根据权利要求8所述的装置，其中提供所述指令包括基于所述表示执行网络优化活动。

10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述网络优化活动包括针对所述飞行器的切换所涉及的扇区内更改切换交叠点而调整频率或方位角。

11.根据权利要求9所述的装置，其中，所述网络优化活动包括：生成建议以在使用量高于预定阈值的位置处增加容量。

12.根据权利要求2所述的装置，其中，进行所述服务质量推断包括：确定在所述飞行器所飞行的至少预定数量的路线上关闭所述飞行器上的无线电设备。

13.一种空对地(ATG)网络系统，包括：

多个基站，分别位于固定的地理位置；

至少一架飞行器；

波束成形控制模块，包括处理电路，该处理电路被配置为基于与所述飞行器相关联的三维位置信息提供指令，以指导从所述飞行器的天线阵列或所述基站中的一个基站的波束形成；和

网络分析控制模块，其包括处理电路，该处理电路被配置为：

接收所述ATG网络中特定资产的所述三维位置信息和相应的信号质量信息，所述三维位置信息包括指示所述空对地网络的多个可形成或可操纵波束中的特定波束的信息，所述相应的信号质量信息应用于该特定波束；

至少部分地基于所接收的信息来对所述特定资产进行服务质量推断；和

基于所述服务质量推断为网络控制活动提供指令。

14.根据权利要求13所述的网络系统，其中，接收针对所述特定资产的所述三维位置信息和对应的信号质量信息包括：

接收指示所述ATG网络内的飞行器位置的与时间相关的三维位置信息；

在所述ATG网络内接收所述飞行器的时间相关信号强度信息；和

基于时间将所述信号强度信息与所述三维位置信息相关联，以定义所述飞行器的基于位置的性能历史。

15.根据权利要求14所述的网络系统，其中，进行所述服务质量推断包括：将从针对所选资产的所述基于位置的性能历史中提取的数据与所述基于位置的性能历史中的其他资产相关联的复合数据进行比较，以及确定何时所述复合数据与从所述所选资产的所述基于位置的性能历史中提取的数据之间的差值超过预定阈值。

16.根据权利要求15所述的网络系统，其中提供所述指令包括发布用户警报或发布网络控制指令以改变信道参数或频率。

17.根据权利要求14所述的网络系统，其中，进行所述服务质量推断包括：在所述三维空间中提供网络使用的表示，以使得能够识别在所述ATG网络内的所述三维空间中的各个位置处的使用量。

18.根据权利要求17所述的网络系统，其中提供所述指令包括基于所述表示来执行网络优化活动。

19.根据权利要求18所述的网络系统，其中，所述网络优化活动包括针对所述飞行器的切换所涉及的扇区内更改切换交叠点来调整频率或方位角。

20.根据权利要求18所述的网络系统，其中，所述网络优化活动包括：生成建议以在使用量高于预定阈值的位置处增加容量。

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