CN117957794A - 用于提供回程链路的方法和设备 - Google Patents

Abstract

公开了一种空中基站，包括：定向回程天线，其用于获得到地基施主基站的回程链路。定向回程天线被布置在空中基站的本体上，以使得定向回程天线的主波束朝向施主基站的方向基本上平行于定向回程天线的最大尺寸的轴线。定向回程天线被安装成使得最大尺寸的轴线平行于空中基站的本体。

Description

用于提供回程链路的方法和设备

技术领域

本文公开的技术总体上涉及可部署基站领域，并且具体地涉及具有到地基施主基站的回程链路的空中基站。

背景技术

无人飞行器(UAV)基站(BS)，也称为空中BS或无人机BS，可以轻松地部署在没有网络覆盖或网络覆盖较差的区域，以引入网络覆盖或增强现有覆盖。例如，空中基站允许公共安全人员在偏远地区(例如偏远的森林)引入或增强网络覆盖。

空中BS的通信能力大致可分为无线接入和回程连接。空中BS与地面用户之间的通信被称为无线接入，而空中BS与向现有网络提供接口的施主BS之间的通信被称为回程。

空中BS可以被设计为在具有或没有回程链路的情况下运行。在没有回程链路的情况下，空中BS可以被设计为在隔离操作模式下运行，并承担必要的功能来支持一些服务/应用，例如关键任务一键通(MCPTT)。然而，通信能力在空中BS服务的用户之间受到限制。具有到施主BS的回程连接的空中BS允许由空中BS服务的用户与网络用户通信并利用由已建立的蜂窝网络提供的服务。然而，具有回程连接的空中BS需要除了无线接入之外还支持回程连接的天线系统。

空中基站的尺寸、携带能力、为用户服务的高度等各不相同。空中BS的天线系统设计受这些因素的影响很大。由于尺寸和体积方面的约束较少，飞行高度较高且携带能力较大的空中BS在设计天线系统时具有最高的灵活性。相比之下，由于尺寸和携带能力的严格约束，更小、更轻的无人机的天线设计具有挑战性。

体积小、重量轻的便携式无人机被预计在公共安全通信中发挥至关重要的作用，因为它们可以容易地按需部署。与隔离操作相比，具有回程连接的空中BS允许从控制中心监视和管理例如公共安全操作。回程链路中的天线增益决定了为了支持所需的服务和吞吐量，空中BS可以距离施主BS多远。在公共安全通信中，任务关键视频可能必须被发送到控制中心，然后控制中心需要具有高吞吐量的回程。

无论空中BS的大小如何，空中BS具有良好的回程天线系统非常重要，并且将大小和重量保持在最小是有利的，同时也最小化空中BS对现有网络造成的任何潜在干扰。对于较小的无人机BS，大小可能限制天线大小，因为它需要适合无人机，并且使得其天线增益可以在链路或跳距和吞吐量等方面实现良好的回程链路连接。

发明内容

本公开的实施例的目标是解决或至少减轻上述问题中的至少一个。一个特定目标是实现空中BS与施主BS之间的回程链路的高吞吐量能力，同时仍然保持较小的空中BS大小以及天线系统大小。另一个特定目标是限制空中BS对任何现有网络的潜在干扰。

根据一个方面，这些目标以及其他目标是通过一种包括用于获得到地基施主基站的回程链路的定向回程天线的空中基站来实现的。所述定向回程天线被布置在所述空中基站的本体上，以使得所述定向回程天线的主波束朝向所述施主基站的方向基本上平行于所述定向回程天线的最大尺寸的轴线。此外，所述定向回程天线被安装成使得所述最大尺寸的轴线平行于所述空中基站的所述本体。

包括这种定向回程天线的空中基站提供了许多优点。例如，空中基站能够移动和旋转，因此天线系统中不需要波束操纵功能，从而能够使用小而轻的无人机。这又提供了更具成本效益的空中基站。进一步地，当将天线安装在空中基站的顶部或底部而不是像传统空中基站那样安装在侧面时，仍然能够确保空中基站的稳定性。

使用定向天线的另一个优点是获得改进的回程链路预算。空中基站能够具有降低的发射功率并且仍然维持良好的回程链路，并且借助这种功耗的降低，在降低发射功率节省的功率大于携带更大的天线消耗的功率的情况下，飞行时间能够增加。对应的更高信噪比确保了链路对衰减和阻塞更稳健，并且能够支持更高阶的调制格式和更高的数据速率。更进一步，实现了更长的回程链路，这又提高了空中基站在远离网络的区域提供覆盖的能力。

又一个优点是，由于所使用的定向模式，空中基站不易受到干扰，其受到来自附近无人机的干扰较少，并且对此类附近无人机的回程链路的干扰也较少。此外，还能够增加频谱效率，即，多个空中基站能够在同一个区域使用相同的回程频率。此外，当使用相同频带时，在回程链路与接入链路之间获得减少的自干扰。

又一个优点是，从平衡负载和空气动力学的角度来看，本文提供的空中基站的设计得到了极大的改进。具体地，这样的优点能够通过本文公开的安装在空中基站的顶部/底部的低轮廓端射(low-profile end-fire)设计来实现。

根据一个方面，这些目标是通过一种在空中基站中执行的方法实现的，所述空中基站包括用于向地基施主基站提供回程连接的定向回程天线。所述方法包括：将所述空中基站取向为使宽波束朝向所述施主基站对准，所述宽波束由所述定向回程天线提供。所述方法包括：激活所述阵列的其他天线单元以实现窄波束；以及将所述空中基站取向为使所述窄波束朝向所述施主基站对准以提供所述回程连接。

根据一个方面，这些目标是通过一种用于空中基站的计算机程序实现的，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码当在所述空中基站的处理电路上运行时使得所述空中基站执行如上所述的方法。

根据一个方面，这些目标是通过一种计算机程序产品实现的，所述计算机程序产品包括如上所述的计算机程序和所述计算机程序被存储在其上的计算机可读装置。

通过阅读以下说明书和附图，本公开的其他特征和优点将变得清楚。

附图说明

错误，未找到引用源。示出了无人机BS的回程链路和无线接入链路。

错误，未找到引用源。2示出了根据现有技术的无人机BS。

图3a、3b和3c示出了根据各种实施例的回程天线的具体示例。

图4a和4b以不同的视图示出了具有天线系统的无人机BS的实施例。

图5a和5b以不同的视图示出了用于无人机BS的天线配置的实施例。

图6a和图6b以不同的视图示出了用于无人机BS的天线配置的另一个实施例。

图7示出了天线的大小减小的示例。

图8示出了在使用阵列时的波束对准过程。

图9是根据各种实施例的方法的图。

图10是示出根据实施例的无人机的功能单元的示意图。

图11是示出根据实施例的无人机的功能模块的示意图。

图12示出了根据实施例的包括计算机可读存储介质的计算机程序产品的示例。

具体实施方式

在下面的描述中，出于解释而非限制的目的，阐述了诸如特定架构、接口、技术等的具体细节，以便提供透彻的理解。在其他情况下，省略了公知设备、电路和方法的详细描述，以免不必要的细节模糊说明书。在整个说明书中，相同的附图标记指代相同或相似的元素。

错误，未找到引用源。示出了将借助无人机1提供的回程链路和无线接入链路。当无人机1安装有回程天线和无线接入天线时，无人机1被标示为无人机BS。通信网络可以包括任意数量的BS，尽管图1中仅示出了一个BS2。在可能的情况下，多个用户5₁,…,5_n在通信网络的覆盖区域之外，例如这是由于一座山阻挡了信令，如在所示出的情况中。无人机1被放置(例如，通过遥控器操纵，或被预编程以飞到特定位置)为通过无线接入链路4为用户5₁,…,5_n提供对通信网络的无线接入。为了实现这一点，施主BS2向无人机1提供回程连接，无人机1(当其安装有天线时)又提供到用户5₁,…,5_n的无线接入链路。如背景技术部分中所描述的，回程是通过施主BS2与无人机BS之间的回程链路3来实现的。

为了提供广域覆盖，低频段(亚GHz频率)通常被分配为全球公共安全通信的专用或优先化频谱。例如，频段14(专用频率在700MHz与800MHz之间)已在多个国家被分配用于公共安全通信。

通常，天线系统的方向性与系统的孔径(aperture)成正比，并且与波长的平方成反比，如下式所示：

其中，A_e是天线的有效孔径，λ是波长，D是天线方向性。可以看出，在亚GHz频率(750MHz处的波长约等于40cm)，以紧凑形状因子实现具有高甚至中等定向增益的天线是一个挑战。

在频段14的情况下，具有100％辐射效率和适度高方向性(10dB)的天线系统将需要0,127m²＝(0,35cm)²的孔径，这对于安装在轻型无人机BS的侧面既不可行也不可取。

由于主瓣(main lobe)的宽度与天线的方向性成反比，因此低方向性天线的3dB波束宽度可能很大，并且回程链路能够导致其他回程链路处的干扰，或者更容易受到来自其他回程链路的干扰。

简言之，根据各种实施例克服了上述在低频处损失方向性的困难，同时仍然保持无人机1的大小和重量较小。定向天线被安装在无人机1上，以便提供与施主BS2的回程连接。在一些实施例中，定向天线可以与将定向天线系统的主波束朝向施主BS2对准的方法(也在各个实施例中提供)组合使用。

接下来，描述用于在小型、轻量无人机上实现定向回程天线的各种实施例。

错误，未找到引用源。2示出了根据现有技术的无人机BS10，其中无人机BS10配备有用于回程和用于对用户进行无线接入的单独天线11、12。这些用于基站的已知传统天线系统被设计成使得主波束与孔径的平面正交。为了匹配这一点，天线适合被放置在无人机的侧面或无人机的底部。天线系统包括回程天线12和接入天线11。该天线系统11、12被安装在无人机上，因此是错误，未找到引用源所示的无人机BS10。具体地，接入天线11被放置在无人机BS10的底部，以便为地面上的用户5₁,…,5_n提供接入连接，并且回程天线12被放置在无人机BS10的一侧，以便向位于地面上的施主BS2提供回程连接。例如，考虑到周围的障碍物，施主BS2的天线高度通常大于专用于地面用户的BS的天线高度。

图3a、3b和3c示出了根据本教导的各种实施例的回程天线的具体示例。特别是，在印刷电路板(PCB)设计上分别使用Yagi-uda和Vivaldi天线的低轮廓端射天线设计被示出为示例。天线的其他示例包括对数周期天线(logperiodic antenna)、平面波导技术中的任何端射天线以及在平面波导技术(例如基板集成波导)中实现的平面喇叭天线(此最后一个的示例适用于较高频率)。

在一个实施例中，天线阵列被安装在无人机BS1的上侧以实现用于回程链路的可操纵波束。当无人机能够围绕其轴线旋转以便将其自身取向为朝向施主BS2时，波束尤其应在仰角(elevation)上是可操纵的。与常用宽射天线和其中主波束垂直于最大孔径的平面的天线阵列相比，建议在各种实施例中使用的天线阵列主要是低轮廓端射天线。

图3a示出了这种低轮廓端射天线设计的第一示例，其形式为PCB上的Yagi-uda天线13。在Yagi-uda天线13中，主波束的方向是沿着天线13的轴线，如水平箭头(指向右侧)所示。

图3b示出了这种低轮廓端射天线设计的第二示例，其形式为PCB上的Vivaldi天线14。如对于Yagi-uda天线13那样，对于Vivaldi天线14，主波束的方向也是沿着天线13的轴线。该方向再次由水平箭头示出。

图3c示出了Yagi-uda和Vivaldi天线13、14的侧视图，其中箭头示出了主波束的方向。

在低频率(<1GHz)下，如图2所示的现有技术系统中所例示的位于侧面的大型阵列可能不可行。它们很笨重，会产生不平衡的负载，并且从空气动力学的角度来看是不可取的。此外，如现有技术中那样安装到侧面的此类平面阵列只能实现低天线增益值，因为侧面上可用于回程天线的有限体积对可以使用的天线孔径施加了严格限制。已经参考图3a-3c描述的天线设计特别地借助根据本教导的回程天线的放置而克服了这些问题。

图4a和4b以不同的视图示出了具有天线系统的无人机BS的实施例。图4a以俯视图示出了无人机BS 30，而图4b以侧视图示出了无人机BS 30。无线接入天线34被安装在无人机BS 30的外底侧，其中无人机优选地是轻量无人机。包括形式为Vivaldi天线的低轮廓端射天线的回程天线32被安装在无人机BS 30的顶部，以使得回程天线32的最大孔径的平面平行于地面并且主波束从无人机的一侧指向外面。注意，在其他实施例中，回程天线32可以被安装在无人机BS 30的底部。包括Vivaldi回程天线32的该无人机BS 30使得回程链路能够具有高方向性。

在一个实施例中，回程天线32被机械地操纵，如图4b所示，以便改变主波束的仰角。为了实现这一点，可以采用简单的轻量机构以便机械地操纵主波束的仰角。存在多种这样的机构，并且本文仅以线性致动器的形式给出了一个具体示例并且在图4b中示意性地示出。齿条(rack)和小齿轮(pinion)装置可用于升高或降低轻量天线阵列的一端，而轻量天线阵列的另一端借助铰链被安装。

在一个实施例中，低轮廓端射天线阵列被安装在无人机的顶部或底部。

错误，未找到引用源a和5b分别以俯视图和侧视图示出了这种天线配置的示例。低轮廓端射天线42的阵列被安装在无人机BS 30上。天线42可以彼此靠近地堆叠以形成2D阵列。共面天线阵列被安装在无人机BS 30的顶部。这样的实施例实现了可操纵的窄波束。

图6a、6b分别以侧视图和俯视图示出了根据本教导的无人机BS 50。在一个实施例中，用于无人机BS 50的天线系统52、53、54包括回程天线52、53和接入天线54。该天线系统52、53、54被安装在无人机上，因此是如图6a、6b所示的无人机BS 50。具体地，在所示实施例中，接入天线54被放置在无人机BS 50的底部，以便向地面上的用户5₁,…,5_n提供接入连接。在所示实施例中，接入天线54被放置在距离无人机的底侧本体(body)最远的位置，即，最朝外的位置。回程天线52、53包括被放置在无人机BS 50的上侧的天线52，并且如图所示，还包括被放置在无人机BS 50的底侧、最接近无人机的本体的天线53。回程天线52、53向位于地面上的施主BS2提供回程连接。例如，考虑到周围的障碍物，施主BS2的天线高度通常大于专用于地面用户的BS的天线高度。

当回程天线52、53是沿着其垂直轴线具有多个单元的天线阵列时，波束成形能够被用于在仰角上操纵波束。当施主BS2和无人机BS 50处于不同高度时，这对于实现更高增益是有用的。

仍然参考图6a和图6b，示出了低轮廓端射天线52的阵列，其包括垂直堆叠并被布置在无人机BS 50的上侧和下侧上的单元，如上所述。此外，包括水平堆叠的单元的低轮廓端射天线53的阵列被安装在无人机BS 50上的无人机的底侧，以便达到实现回程天线系统52、53的双极化。

例如，从图5a、5b、6a和6b可以认识到，除了关于这些图给出的特定示例之外，还可以获得多种不同的天线配置。

图7示出了天线大小减小的示例。天线的大小和重量应当被减小，以最小化天线系统对无人机BS的性能的不利影响。在一些实施例中，本文描述的端射天线可以通过使用高方向性材料(例如，陶瓷)作为天线基底或者通过将天线嵌入到高介电常数(high-permittivity)材料57中而被小型化。在导体附近使用高介电常数材料减小了大小。还可以通过使用轻量导体55、或者通过使用轻量基底材料(例如聚合物箔)或者通过从天线去除多余的基底材料来进一步实现期望的重量减小，如错误，未找到引用源中所示。这减小了天线的大小。应当注意的是，可以以任意组合使用一种或多种所提到的减重措施。

在下文中，描述了用于实现定向回程天线的主波束对准的各种实施例。

图8a和8b示出了使用阵列时的波束对准过程的步骤。所描述的配备有定向天线的无人机BS 30、40、50被取向为使其主波束朝向施主BS2对准。在微调到施主BS2的回程链路的第一步骤中，无人机BS 30、40、50首先进行朝向施主BS2的粗波束对准。在图8a所示的粗波束对准中，共面天线的阵列的单元的子集(例如，天线阵列的单个单元)可以被开启。在粗对准之后，阵列的更多单元(例如，所有单元或大部分单元)被开启以执行窄波束朝向施主BS2的精细对准，如图8b中所示。

在一个实施例中，配备有定向天线的无人机BS 30、40、50被取向为使主波束朝向施主BS2对准。

在一个实施例中，阵列的所有单元被激活以创建具有更高定向天线增益的窄波束。为了实现波束扫描，无人机BS移动到一组预先定义的位置和/或取向，或者它在方位角(azimuth)平面中基于一组预先配置的旋转角度进行旋转。朝向施主BS提供最佳信道质量的波束(即，无人机位置/旋转)被选择用于建立回程链路连接。

在另一实施例中，仅天线阵列中的天线单元的子集被激活以实现宽波束(比用阵列可实现的最窄波束更宽)。例如，在无法保持无人机BS的稳定性的情况下(例如，在强风场景中)可以执行此操作，以保持波束朝向施主BS的稳健对准。

所提出的实施例不限于低频率，而是很好地概括了所有频带，包括例如被分配给例如美国的公共安全用途的频带14(700MHz)。这是通过本文提供的天线设计实现的，其中沿着天线的最大尺寸的主轴线平行于无人机的本体。本文的教导提供了针对无人机实现的示例性天线设计和方法，以便实现最大方向性，同时仍然满足对无人机的使用提出的大小、重量等的限制。此外，本文公开的无人机BS对操作距离没有限制。

此外，本教导不限于连续获知回程链路的两侧的参数以便确定最终仰角和方位角(bearing angle)。在这种情况下，在初始同步期间必须在无人机与全球导航卫星系统(GNSS)之间建立通信。相比之下，本文提出的结合几种天线设计之一提供的波束操纵算法是通用的，并且不需要关于例如基站坐标的信息。

与已知的无人机BS(其中天线的方向性是固定的)相比，本教导建议使用阵列中的天线单元的子集来实现更宽的波束。当无人机因天气状况而无法保持稳定时，切换到更宽波束的能力允许建立稳健的连接。这对于已知的具有高方向性的单个天线来说是不可能的。在本文提供的设计中，波束的方向始终是固定的，并且利用无人机的旋转能力，以便最好地利用无人机上的可用区域并实现方位角方向上的波束对准。

图9是根据各种实施例的用于在施主基站2与空中基站30、40、50之间提供回程连接的方法60的实施例的步骤的流程图。方法60的实施例可以由控制器100执行，控制器100是包括例如计算机程序形式的代码的计算机程序产品，该代码当在控制器100上运行时使得控制器100执行该方法。控制器100可以例如被布置在空中BS 30、40、50中。方法60的各种实施例可以被提供为计算机程序320。

提供了要在空中基站30、40、50中执行的方法60。空中基站30、40、50包括用于向地基施主基站2提供回程连接的定向回程天线32、42、52。方法60包括将空中基站30、40、50取向62为使宽波束朝向施主基站2对准。宽波束是由定向回程天线32、42、52提供的。

方法60包括激活63阵列的其他天线单元以实现窄波束。

方法60包括将空中基站30、40、50取向64为使窄波束朝向施主基站2对准以提供回程连接。

如已经描述的，方法60包括多个优点。例如，通过将空中基站取向为使宽波束朝向施主基站对准，波束操纵功能不是天线系统的要求。这又使能使用小而轻的无人机，从而提供更具成本效益的空中基站。通过激活其他天线单元并将空中基站取向为朝向施主基站来提供可靠的回程连接。同时，通过将天线安装在空中基站的顶部或底部，而不是像传统空中基站那样安装在侧面，仍然能够确保空中基站的稳定性。

使用定向天线的其他优点包括：改进的回程链路预算、降低的发射功率，同时仍维持良好的回程链路。对应的更高信噪比确保了链路对衰减和阻塞高度地稳健，并且能够支持更高阶的调制格式和更高的数据速率。此外，实现了更长的回程链路，这又提高了空中基站在更加远离网络的区域提供覆盖的能力。如前所述，可以例如通过适当选择小型化天线和/或选择材料和/或通过使用轻量导体来减小无人机的重量。

此外，由于所使用的定向模式，空中基站不易受到干扰，其受到来自附近无人机的干扰较少，并且对此类附近无人机的回程链路的干扰也较少。此外，还能够增加频谱效率，即，多个空中基站能够在同一个区域使用相同的回程频率。此外，当使用相同频带时，在回程链路与接入链路之间获得减少的自干扰。

又一个优点是，从平衡负载和空气动力学的角度来看，本文提供的空中基站的设计得到了极大的改进。具体地，这样的优点能够通过本文公开的安装在空中基站的顶部/底部的低轮廓端射设计来实现。

在一个实施例中，方法60包括激活回程天线32、42、52、53的阵列的至少天线单元子集以提供宽波束。

在上述实施例的变型中，方法60包括激活阵列的所有天线单元以创建具有增加的定向天线增益的窄波束。

在各种实施例中，方法60包括将空中基站30、40、50操纵到一组预先定义的取向，以使用具有固定波束方向的阵列来实现波束对准。

在各种实施例中，方法60包括在方位角平面中基于一组预先配置的旋转角度来旋转空中基站30、40、50以实现波束对准。

在各种实施例中，方法60包括激活天线单元子集并且将空中基站30、40、50取向为朝向施主基站2。

在上述实施例的变型中，方法60包括重复激活天线单元子集，直到对于施主基站2获得期望的信道质量为止，以及使用提供期望的质量的所选择的波束来建立回程连接。

在各种实施例中，方法60包括检测空中基站30、40、50的稳定性的缺乏，以及仅激活天线单元的子集以用于提供宽波束以保持波束朝向施主基站2的稳健对准。空中基站可能经历缺乏稳定性的一个具体示例是在强风的情况下。

如已经描述的，还提供了空中基站30、40、50。空中基站30、40、50包括用于获得到地基施主基站2的回程链路的定向回程天线32、42、52。定向回程天线32、42、52被布置在空中基站30、40、50的本体上，以使得定向回程天线32、42、52的主波束朝向施主基站2的方向基本上平行于定向回程天线32、42、52的最大尺寸的轴线。定向回程天线32、42、52被安装成使得最大尺寸的轴线平行于空中基站30、40、50的本体。安装可以是使得天线32、42、52与飞行器(无人机)集成或者使得天线32、42、52被布置在飞行器(无人机)的表面上。在一些实施例中，定向回程天线32、42、52被安装为还平行于地面。

在一个实施例中，定向回程天线32、42、52被布置在空中基站30、40、50的上侧。

在其他实施例中，定向回程天线32、42、52被布置在空中基站30、40、50的本体的下侧或空中基站30、40、50的垂直侧。

在一些实施例中，定向回程天线32、42、52包括至少一个天线单元阵列。

在以上一组实施例的变型中，空中基站30、40、50包括水平或垂直堆叠的两个或更多个天线单元阵列。

在一些实施例中，空中基站30、40、50包括用于向至少一个用户5₁,…,5_n提供无线接入的接入天线34、44、54。

在一些实施例中，空中基站30、40、50包括用于机械地操纵定向回程天线32、42、52以改变主波束的仰角的装置。

在一些实施例中，空中基站30、40、50被配置为激活定向回程天线32、42、52中的天线单元子集以实现宽波束。

在以上一组实施例的变型中，空中基站30、40、50被配置为被取向为使宽波束朝向施主基站2对准以用于粗对准。

在其他变型中，空中基站30、40、50被配置为激活天线阵列中的更多天线单元以用于将宽波束缩窄为窄波束。

在以上一组实施例的变型中，空中基站30、40、50被配置为被取向为使窄波束朝向施主基站2对准。

利用无人机的移动性和灵活性，本文描述的设计允许在轻而小的无人机BS上使用定向天线进行回程，而不增加太多的重量和大小。此外，本文的教导能够保持无人机的稳定性，因为天线能够被安装在无人机的顶部或底部而不是侧面。

该定向天线所导致的改进的回程链路预算具有许多益处：

-无人机能够降低发射功率并仍然维持良好的回程链路。功耗降低，从而增加飞行时间。

-较高的信噪比意味着链路对衰减或阻塞更稳健。能够支持更高阶的调制格式和更高的数据速率。

-更长的回程链路是可能的，从而提高无人机BS为更加远离网络的区域提供覆盖的能力。

归因于该定向模式，空中基站30、40、50不易受到干扰，因此还提供附加优点：

-它受到附近无人机的干扰较少，并且对附近无人机的回程链路的干扰较少。

-频谱效率能够提高，即，更多无人机能够在同一个区域使用相同的回程频率。

-在使用相同频段时减少回程链路与接入链路之间的自干扰。

图10是示出根据实施例的空中BS 30、40、50的功能单元的示意图。功能单元110、120、130可以例如被实现为布置在空中BS 30、40、50中的控制器。也就是说，每个功能单元是这样的控制器的一部分，该控制器又被布置在空中BS 30、40、50中。

使用能够执行存储在例如存储介质130的形式的计算机程序产品130(如图12所示)中的软件指令的合适的中央处理单元(CPU)、多处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)等中的一个或多个的任意组合来提供处理电路110。处理电路110还可被提供为至少一个专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)。

具体地，处理电路110被配置为使得控制器执行如上所述的一组操作或步骤。例如，存储介质130可以存储该组操作，并且处理电路110可以被配置为从存储介质130取得该组操作以使得控制器执行该组操作，从而使得空中基站30、40、50例如：将其自身取向为使宽波束朝向施主基站2对准，该宽波束由定向回程天线32、42、52、53提供；激活阵列的其他天线单元以实现窄波束；以及将自身取向为使窄波束朝向施主基站对准以提供回程连接。该组操作可以被提供为一组可执行指令。

图11按照多个功能模块示意性地示出根据实施例的空中BS 30、40、50的组件。图11的空中BS 30、40、50包括多个功能模块：被配置为执行步骤62的获得模块210，被配置为执行步骤64的激活模块220，以及被配置为执行步骤54的取向模块230。图11的空中BS 30、40、50还可以包括多个可选的功能模块，例如被配置为激活回程天线32、42、52、53的阵列的至少天线单元子集以提供宽波束的激活模块(未示出)。一般而言，每个功能模块210、220、230在一个实施例中可以仅以硬件来实现，而在另一实施例中可以借助软件来实现，即，后一实施例具有存储在存储介质130上的计算机程序指令，该计算机程序指令当在处理电路上运行时使得空中BS 30、40、50执行上面结合图9提到的对应步骤。还应提到的是，即使模块对应于计算机程序的部分，它们也不需要是其中的单独模块，但它们在软件中实现的方式取决于所使用的编程语言。优选地，一个或多个或所有功能模块210、220、230可以由处理电路110实现，可能与通信接口120和/或存储介质130协作。处理电路110因此可以被配置为从存储介质130中提取由功能模块210、220、230提供的指令并执行这些指令，从而执行本文公开的任何步骤。

图12示出了根据实施例的包括计算机可读存储介质的计算机程序产品330的示例。在该计算机可读存储介质330上，可以存储计算机程序320，该计算机程序320可以使得处理电路110及可操作地耦接到其的实体和设备(例如通信接口120和存储介质130)执行根据至本文描述的实施例的方法。因此，计算机程序320和/或计算机程序产品330可以提供用于执行本文所公开的任何步骤的装置。

在图12的示例中，计算机程序产品330被示出为光盘，诸如CD(光盘)或DVD(数字通用盘)或蓝光盘。计算机程序产品330还可以被实现为存储器，例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)或电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，以及更具体地作为外部存储器(例如USB(通用串行总线)存储器)或闪存(例如紧凑型闪存)中的设备的非易失性存储介质。因此，虽然计算机程序320在此被示意性地示为所描绘的光盘上的轨道，但是计算机程序320可以以适合于计算机程序产品330的任何方式来存储。

上面主要参考几个实施例描述了本发明构思。然而，如本领域技术人员容易理解的，除了上面公开的实施例之外的其他实施例在由所附专利权利要求限定的本发明构思的范围内同样是可能的。

Claims (22)

1.一种空中基站(30，40，50)，包括：定向回程天线(32，42，52，53)，其用于获得到地基施主基站(2)的回程链路，所述定向回程天线(32，42，52，53)被布置在所述空中基站(30，40，50)的本体上，以使得所述定向回程天线(32，42，52，53)的主波束朝向所述施主基站(2)的方向基本上平行于所述定向回程天线(32，42，52，53)的最大尺寸的轴线，所述定向回程天线(32，42，52，53)被安装成使得所述最大尺寸的所述轴线平行于所述空中基站(30，40，50)的所述本体。

2.根据权利要求1所述的空中基站(30，40，50)，其中，所述最大尺寸的所述轴线平行于地面。

3.根据权利要求1或2所述的空中基站(30，40，50)，其中，所述定向回程天线(32，42，52)被布置在所述空中基站(30，40，50)的上侧。

4.根据权利要求1或2所述的空中基站(30，40，50)，其中，所述定向回程天线(53)被布置在所述空中基站(30，40，50)的所述本体的下侧。

5.根据前述权利要求中任一项所述的空中基站(30，40，50)，其中，所述定向回程天线(32，42，52，53)包括至少一个天线单元阵列。

6.根据权利要求5所述的空中基站(30，40，50)，包括：水平或垂直堆叠的两个或更多个天线单元阵列。

7.根据前述权利要求中任一项所述的空中基站(30，40，50)，包括：用于向至少一个用户(5₁，…，5_n)提供无线接入的接入天线(34，44，54)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的空中基站(30，40，50)，包括：用于机械地操纵所述定向回程天线(32，42，52，53)以用于改变所述主波束的仰角的装置。

9.根据前述权利要求中任一项所述的空中基站(30，40，50)，被配置为：激活所述定向回程天线(32，42，52，53)中的天线单元子集以实现宽波束。

10.根据权利要求9所述的空中基站(30，40，50)，被配置为：被取向为使所述宽波束朝向施主基站(2)对准以用于粗对准。

11.根据权利要求10所述的空中基站(30，40，50)，被配置为：激活所述天线阵列中的更多天线单元以用于将所述宽波束缩窄为窄波束。

12.根据权利要求11所述的空中基站(30，40，50)，被配置为：被取向为使所述窄波束朝向所述施主基站(2)对准。

13.一种在空中基站(30，40，50)中执行的方法(60)，所述空中基站包括用于向地基施主基站(2)提供回程连接的定向回程天线(32，42，52，53)，所述方法(60)包括：

-将所述空中基站(30，40，50)取向(62)为使宽波束朝向所述施主基站(2)对准，所述宽波束由所述定向回程天线(32，42，52，53)提供，

-激活(63)所述阵列的其他天线单元以实现窄波束，以及

-将所述空中基站(30，40，50)取向(64)为使所述窄波束朝向所述施主基站(2)对准以提供所述回程连接。

14.根据权利要求13所述的方法(60)，包括：激活(61)所述回程天线(32，42，52，53)的阵列的至少天线单元子集以提供所述宽波束。

15.根据权利要求14所述的方法(60)，包括：激活所述阵列的所有天线单元以创建具有增大的定向天线增益的所述窄波束。

16.根据权利要求13-15中任一项所述的方法(60)，包括：将所述空中基站(30，40，50)操纵至一组预先定义的取向，以使用具有固定波束方向的阵列来实现波束对准。

17.根据权利要求13-16中任一项所述的方法(60)，包括：在方位角平面中基于一组预先配置的旋转角度来旋转所述空中基站(30，40，50)以实现波束对准。

18.根据权利要求13-17中任一项所述的方法(60)，包括：激活天线单元子集，并且将所述空中基站(30，40，50)取向为朝向所述施主基站(2)。

19.根据权利要求18所述的方法(60)，包括：

-重复激活天线单元子集，直到对于所述施主基站(2)获得期望的信道质量为止，以及

-使用提供所述期望的质量的所选择的波束来建立所述回程连接。

20.根据权利要求13-19中任一项所述的方法(60)，包括：检测所述空中基站(30，40，50)的稳定性的缺乏，以及仅激活所述天线单元的子集以用于提供宽波束以保持所述波束朝向所述施主基站(2)的稳健对准。

21.一种用于向地基施主基站(2)提供回程连接的计算机程序(320)，所述计算机程序(320)包括计算机代码，所述计算机代码当在空中基站(30，40，50)的处理电路(110)上运行时使得空中基站(30，40，50)：

将所述空中基站(30，40，50)取向为使宽波束朝向所述施主基站(2)对准，所述宽波束由所述定向回程天线(32，42，52，53)提供，

激活所述阵列的其他天线单元以实现窄波束，以及

将所述空中基站(30，40，50)取向为使所述窄波束朝向所述施主基站(2)对准以提供所述回程连接。

22.一种计算机程序产品(330)，包括根据权利要求21所述的计算机程序(320)以及所述计算机程序(320)被存储在其上的计算机可读存储介质(340)。