專利名稱：用于飛機(jī)的地空寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線通信領(lǐng)域。更具體地說(shuō)，本發(fā)明是用于飛機(jī)的地空寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
對(duì)社會(huì)而言，高速數(shù)據(jù)通信正在變得越來(lái)重要，并且已經(jīng)成為人們社會(huì)生活中的不可或缺的要素。目前大部分的高速數(shù)據(jù)連接基于有物理連接的線路，如雙絞線，光纖等。有線的連接在需要移動(dòng)性的情況下很難得以被運(yùn)用，因此基于無(wú)線技術(shù)的數(shù)據(jù)通信對(duì)于航線上的乘客而言是非常有吸引力的。然而高速無(wú)線數(shù)據(jù)連接對(duì)于實(shí)際中的飛行使用而言是難以達(dá)到覆蓋距離要求的。一種替代手段是通過(guò)衛(wèi)星給飛機(jī)提供高速鏈接。這種方案有著諸多方面的缺陷其一，其傳輸速率非常有限，導(dǎo)致每比特?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)某杀竞芨?；其次，基于衛(wèi)星的方案需專門(mén)的天線以及相應(yīng)的機(jī)載設(shè)備，這些設(shè)備價(jià)格很高，不具備相應(yīng)的成本優(yōu)勢(shì)；最后基于衛(wèi)星的數(shù)據(jù)通信方案需要的飛機(jī)改裝時(shí)間太長(zhǎng)，通常需要I周左右。而根據(jù)適航法規(guī)的要求，沒(méi)有完成改裝的飛機(jī)是不能用于航班運(yùn)輸?shù)?。這對(duì)于繁忙的航空公司而言將會(huì)造成少小的損失。因此為飛機(jī)提供一種成本合理的高速數(shù)據(jù)通信連接，在當(dāng)下變得越來(lái)越迫切。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種為飛機(jī)提供高速數(shù)據(jù)通信的系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用了一系列提供LTE空中接口協(xié)議的地面LTE地面基站信號(hào)發(fā)射機(jī)。這些LTE地面基站信號(hào)位于沿著已建立多架飛機(jī)的公共航線(航空航線)上。地面發(fā)射機(jī)的位置能為飛機(jī)從一個(gè)發(fā)射機(jī)轉(zhuǎn)到另一個(gè)發(fā)射機(jī)時(shí)提供重疊覆蓋區(qū)域。這樣機(jī)上的乘客在空中就能享受到不間斷的高速數(shù)據(jù)通信服務(wù)。本發(fā)明的另一目的在于提供一種為飛機(jī)提供高速數(shù)據(jù)通信的方法。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種為飛機(jī)提供高速地空寬帶數(shù)據(jù)通信的系統(tǒng)，包括沿著預(yù)先定義的空中航線安裝的多個(gè)LTE地面基站，相互鄰接的LTE地面基站之間具有重疊通信覆蓋區(qū)域，并且按LTE無(wú)線空口協(xié)議進(jìn)行無(wú)線發(fā)射和接收；飛機(jī)上的LTE通信終端，按LTE無(wú)線空口協(xié)議進(jìn)行無(wú)線發(fā)射和接收，以便與所述地面基站建立高速數(shù)雙向據(jù)通信鏈路；其中，所述飛機(jī)外表面上裝有多個(gè)飛機(jī)射頻天線，所述多個(gè)飛機(jī)射頻天線經(jīng)由互連線纜連接所述LTE通信終端；其中，每個(gè)地面基站裝有相同極化的射頻天線，所述LTE通信終端使用所述多個(gè)飛機(jī)射頻天線接收地面基站發(fā)射的射頻信號(hào)，以及向地面基站發(fā)射射頻信號(hào)。其中，所述每個(gè)地面基站裝有的相同極化的射頻天線是全向天線或具有一定波束寬度的定向天線。
其中，所述每個(gè)地面基站的射頻天線通過(guò)一定角度的上傾角提供對(duì)空中飛行中的飛機(jī)射頻信號(hào)的覆蓋。其中，所述LTE通信終端提供由飛機(jī)乘客直接操作的地空通信服務(wù)。其中，所述LTE通信終端提供由飛機(jī)工作人員操作的地空雙向中繼數(shù)據(jù)鏈路服務(wù)。其中，所述LTE通信終端是與地面基站建立中繼雙向數(shù)據(jù)鏈路的LTE機(jī)載終端，用于通過(guò)安裝在飛機(jī)上的機(jī)上網(wǎng)絡(luò)為飛機(jī)乘客提供高速數(shù)雙向數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。其中，所述機(jī)載終端包括射頻模塊，用來(lái)把利用所述多個(gè)飛機(jī)射頻天線接收的來(lái)自地面基站的射頻信號(hào)變 換成基帶信號(hào)，以及將本機(jī)的基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成射頻信號(hào)后經(jīng)由所述飛機(jī)射頻天線發(fā)送給地面基站；協(xié)議處理模塊，用來(lái)處理來(lái)自所述射頻模塊的基帶信號(hào)并生成業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，以及將本機(jī)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理成基帶信號(hào)發(fā)送給所述射頻模塊；電源管理模塊，用來(lái)將飛機(jī)上的標(biāo)準(zhǔn)電源轉(zhuǎn)換成協(xié)議處模塊與射頻模塊所需的電源，并對(duì)整個(gè)機(jī)載終端的電源進(jìn)行管理。其中，所述機(jī)載終端還包括地面基站多小區(qū)干擾抑制單元，包括基帶數(shù)據(jù)解調(diào)器，用來(lái)對(duì)來(lái)自所述射頻模塊的基帶采樣點(diǎn)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，得到并輸出多個(gè)地面基站的導(dǎo)頻符號(hào)以及數(shù)據(jù)符號(hào)；信道估計(jì)器，用來(lái)根據(jù)所述基帶數(shù)據(jù)解調(diào)器的輸出，對(duì)多個(gè)地面基站的物理信道進(jìn)行估計(jì)，得到各地面基站的信道系數(shù)；濾波系數(shù)生成器，用來(lái)利用通過(guò)估計(jì)得到的各地面基站的信道系數(shù)，計(jì)算對(duì)地面基站多小區(qū)干擾信號(hào)進(jìn)行干擾抑制的濾波系數(shù)；接收濾波器，用來(lái)利用所述濾波系數(shù)，從飛機(jī)接收到的多個(gè)地面基站信號(hào)中濾出與飛機(jī)當(dāng)前鏈接地面基站的有用信號(hào)，抑制作為干擾信號(hào)的其他地面基站信號(hào)。本發(fā)明的系統(tǒng)還包括安裝在所述飛機(jī)上的飛機(jī)位置和姿態(tài)檢測(cè)裝置，用于通過(guò)檢測(cè)飛機(jī)的位置和姿態(tài)，得到用于飛機(jī)越區(qū)切換的飛機(jī)位置信息和飛機(jī)姿態(tài)變化信息，以便所述地面基站根據(jù)所述飛機(jī)位置信息、飛機(jī)姿態(tài)變化信息、當(dāng)前地面基站信號(hào)質(zhì)量和鄰居地面基站信號(hào)質(zhì)量，進(jìn)行所述飛機(jī)越區(qū)切換。其中，所述機(jī)載終端上報(bào)所述飛機(jī)位置信息和飛機(jī)姿態(tài)變化信息，測(cè)量和上報(bào)當(dāng)前地面基站信號(hào)質(zhì)量，并根據(jù)當(dāng)前地面基站的信號(hào)質(zhì)量或者當(dāng)前地面基站發(fā)送的切換測(cè)量請(qǐng)求，啟動(dòng)對(duì)鄰居地面基站發(fā)射信號(hào)的測(cè)量，并上報(bào)鄰居地面基站信號(hào)質(zhì)量；所述地面基站接收所述機(jī)載終端上報(bào)的飛機(jī)位置信息和飛機(jī)姿態(tài)變化信息以及當(dāng)前地面基站信號(hào)質(zhì)量和鄰居地面基站信號(hào)質(zhì)量，根據(jù)飛機(jī)位置信息向機(jī)載終端發(fā)送所述切換測(cè)量請(qǐng)求，并根據(jù)飛機(jī)姿態(tài)變化信息、飛機(jī)位置信息、當(dāng)前地面基站信號(hào)質(zhì)量和鄰居地面基站信號(hào)質(zhì)量，進(jìn)行從所述當(dāng)前地面基站到鄰居地面基站的越區(qū)切換。其中，上述機(jī)載終端包括當(dāng)前地面基站信號(hào)測(cè)量和比較模塊，用于測(cè)量當(dāng)前地面基站的信號(hào)質(zhì)量，并將當(dāng)前地面基站的信號(hào)質(zhì)量與預(yù)定門(mén)限值進(jìn)行比較；鄰居地面基站信號(hào)測(cè)量模塊，用于在當(dāng)前地面基站信號(hào)質(zhì)量低于或等于預(yù)定門(mén)限值時(shí)，自行啟動(dòng)對(duì)鄰居地面基站信號(hào)的測(cè)量，或者根據(jù)所述切換測(cè)量請(qǐng)求，啟動(dòng)對(duì)鄰居地面基站信號(hào)的測(cè)量，并上報(bào)基于自行啟動(dòng)測(cè)量或基于請(qǐng)求啟動(dòng)測(cè)量的鄰居地面基站信號(hào)質(zhì)量。其中，所述地面基站包括切換測(cè)量請(qǐng)求發(fā)送模塊，根據(jù)所述飛機(jī)位置信息確定飛機(jī)從當(dāng)前地面基站近點(diǎn)區(qū)域進(jìn)入當(dāng)前地面基站遠(yuǎn)點(diǎn)區(qū)域的切換準(zhǔn)備時(shí)刻，并在該切換準(zhǔn)備時(shí)刻之前未收到基于自行啟動(dòng)測(cè)量的鄰居地面基站信號(hào)質(zhì)量的情況下，向機(jī)載終端發(fā)送切換測(cè)量請(qǐng)求。其中，所述地面基站設(shè)備還包括測(cè)量啟動(dòng)屬性判斷模塊，用于判斷機(jī)載終端上報(bào)的鄰居地面基站信號(hào)質(zhì)量的測(cè)量啟動(dòng)屬性；
切換模塊，當(dāng)判斷鄰居地面基站信號(hào)質(zhì)量的測(cè)量屬于自行啟動(dòng)，則進(jìn)一步判斷飛行姿態(tài)信息變化值是否超過(guò)門(mén)限值，并在飛行姿態(tài)信息變化值超過(guò)門(mén)限值時(shí)暫停切換，反之，則通知機(jī)載終端進(jìn)行切換；以及當(dāng)判斷鄰居地面基站信號(hào)質(zhì)量的測(cè)量屬于依請(qǐng)求啟動(dòng)，則比較鄰居地面基站信號(hào)質(zhì)量和當(dāng)前地面基站信號(hào)質(zhì)量，并且當(dāng)鄰居地面基站信號(hào)質(zhì)量高于當(dāng)前地面基站信號(hào)質(zhì)量時(shí)，通知機(jī)載終端進(jìn)行切換。其中，每個(gè)地面基站利用所述定向天線的主瓣實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)小區(qū)的覆蓋，以使沿航線布設(shè)的多個(gè)地面基站形成了對(duì)航線覆蓋的“線狀”多小區(qū)網(wǎng)絡(luò)。其中，所述多個(gè)飛機(jī)射頻天線按以下方式之一安裝在所述飛機(jī)外表面上a)安裝在飛機(jī)發(fā)動(dòng)往機(jī)尾方向一側(cè)的機(jī)腹或機(jī)頂上；b)安裝在飛機(jī)發(fā)動(dòng)往機(jī)頭方向一側(cè)的機(jī)腹或機(jī)頂上；c)分別安裝在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)往機(jī)頭方向一側(cè)以及飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)往機(jī)尾方向一側(cè)的機(jī)腹或機(jī)頂上。其中，所述的每個(gè)飛機(jī)射頻天線是相同極化的天線，并且其極化方向與地面基站射頻天線的極化方向相同。其中，機(jī)載終端根據(jù)地面基站發(fā)送的隨機(jī)接入信道PRACH擴(kuò)展指令，生成擴(kuò)展PRACH,并通過(guò)向地面基站發(fā)送所述擴(kuò)展PRACH，進(jìn)行隨機(jī)接入；地面基站對(duì)機(jī)載終端發(fā)送的擴(kuò)展PRACH進(jìn)行PRACH檢測(cè)，以確定上行接入機(jī)載終端的信道以及對(duì)應(yīng)的發(fā)射時(shí)延值，并根據(jù)所述發(fā)射時(shí)延值生成并發(fā)送上行發(fā)射時(shí)間調(diào)整指令;機(jī)載終端根據(jù)地面基站發(fā)送的所述上行發(fā)射時(shí)間調(diào)整指令，調(diào)整發(fā)射的時(shí)間位置，從而實(shí)現(xiàn)上行定時(shí)同步。其中，所述地面基站還包括指令發(fā)送裝置，在對(duì)各機(jī)載終端上行資源分配時(shí)，向小區(qū)內(nèi)的所有機(jī)載終端發(fā)送在PRACH的保護(hù)間隔GT之后的一段時(shí)間不使用OFDM符號(hào)的PRACH擴(kuò)展指令，和發(fā)送上行發(fā)射時(shí)間調(diào)整指令；PRACH檢測(cè)裝置，用于按擴(kuò)展的PRACH進(jìn)行PRACH檢測(cè)。其中，所述PRACH檢測(cè)裝置包括定時(shí)器，用于確定進(jìn)行擴(kuò)展PRACH處理的數(shù)據(jù)位置值；PRACH濾波單元，用于把收到的上行寬帶樣點(diǎn)數(shù)據(jù)變成更窄帶的經(jīng)過(guò)濾波后的PRACH ；多個(gè)峰值檢測(cè)單元，用于對(duì)PRACH信道濾波單元輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行峰值檢測(cè)，以獲得對(duì)應(yīng)的PRACH信道號(hào)以及上行發(fā)射延時(shí)值TA ；滑窗位置存儲(chǔ)器，用于記錄多個(gè)并行PRACH處理單元的滑窗間隔；峰值處理單元，用于對(duì)多個(gè)峰值檢測(cè)單元輸出的峰值進(jìn)行合并與處理，以最終輸出有效的峰值位置與強(qiáng)度。其中，所述的機(jī)載終端還包括指令接收裝置，用于接收所述PRACH擴(kuò)展指令和所述上行發(fā)射時(shí)間調(diào)整指令；上行接入裝置，根據(jù)所述PRACH擴(kuò)展指令在所述PRACH保護(hù)間隔GT后形成與所述一段時(shí)間相對(duì)應(yīng)的空區(qū)，得到所述GT+空區(qū)的擴(kuò)展保護(hù)間隔GT’，從而生成并發(fā)送擴(kuò)展·PRACH ;并且按所述TA值調(diào)整上行發(fā)送時(shí)間，實(shí)現(xiàn)上行發(fā)射同步。根據(jù)本發(fā)明第二方面，提供了一種為飛機(jī)提供高速地空寬帶數(shù)據(jù)通信的方法，包括沿著預(yù)先定義的空中航線安裝多個(gè)LTE地面基站，使相互鄰接的LTE地面基站之間具有重疊通信覆蓋區(qū)域，并且按LTE無(wú)線空口協(xié)議進(jìn)行無(wú)線發(fā)射和接收；在飛機(jī)上安裝LTE通信終端，所述LTE通信終端按LTE無(wú)線空口協(xié)議進(jìn)行無(wú)線發(fā)射和接收，以便與所述地面基站建立高速數(shù)雙向據(jù)通信鏈路；其中，所述飛機(jī)外表面上裝有上多個(gè)飛機(jī)射頻天線，所述多個(gè)飛機(jī)射頻天線經(jīng)由互連線纜連接所述機(jī)載終端；其中，每個(gè)地面基站裝有相同極化的射頻天線，所述相同極化的射頻天線是具有一定波束寬帶的定向天線，LTE通信終端使用所述多個(gè)飛機(jī)射頻天線接收地面基站發(fā)射的射頻信號(hào)，以及向地面基站發(fā)射射頻信號(hào)。其中，所述LTE通信終端是與地面基站建立中繼雙向數(shù)據(jù)鏈路的LTE機(jī)載終端，用于通過(guò)機(jī)上網(wǎng)絡(luò)為飛機(jī)乘客提供高速數(shù)雙向數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。其中，每個(gè)地面基站利用所述定向天線的主瓣實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)小區(qū)的覆蓋，以使沿航線布設(shè)的多個(gè)地面基站形成了對(duì)航線覆蓋的“線狀”多小區(qū)網(wǎng)絡(luò)。其中，所述多個(gè)飛機(jī)射頻天線按以下方式之一安裝在所述飛機(jī)外表面上a)安裝在飛機(jī)發(fā)動(dòng)往機(jī)尾方向一側(cè)的機(jī)腹或機(jī)頂上；b)安裝在飛機(jī)發(fā)動(dòng)往機(jī)頭方向一側(cè)的機(jī)腹或機(jī)頂上；c)分別安裝在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)往機(jī)頭方向一側(cè)以及飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)往機(jī)尾方向一側(cè)的機(jī)腹或機(jī)頂上。其中，所述的每個(gè)飛機(jī)射頻天線是相同極化的天線，并且其極化方向與地面基站射頻天線的極化方向相同。其中，所述機(jī)載終端與所述地面基站按照如下步驟執(zhí)行越區(qū)切換A、當(dāng)前地面基站從所述機(jī)載終端獲得飛機(jī)位置信息和飛機(jī)姿態(tài)變化信息；B、機(jī)載終端測(cè)量和上報(bào)當(dāng)前地面基站信號(hào)質(zhì)量；C、機(jī)載終端根據(jù)當(dāng)前地面基站的信號(hào)質(zhì)量或者當(dāng)前地面基站發(fā)送的切換測(cè)量請(qǐng)求，啟動(dòng)對(duì)鄰居地面基站發(fā)射信號(hào)的測(cè)量，并上報(bào)鄰居地面基站信號(hào)質(zhì)量；D、當(dāng)前地面基站根據(jù)飛機(jī)姿態(tài)變化信息、飛機(jī)位置信息、當(dāng)前地面基站信號(hào)質(zhì)量和鄰居地面基站信號(hào)質(zhì)量，進(jìn)行從所述當(dāng)前地面基站到鄰居地面基站的越區(qū)切換。其中，所述步驟A包括Al、機(jī)載終端通過(guò)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS獲得飛機(jī)位置信息和飛機(jī)速度信息；A2、機(jī)載終端把所述飛機(jī)位置信息和速度信息上報(bào)給當(dāng)前地面基站，當(dāng)前地面基站通過(guò)速度信息計(jì)算得到飛機(jī)姿態(tài)變化信息；或者機(jī)載終端把所述飛機(jī)位置信息和通過(guò)速度信息計(jì)算得到的飛機(jī)姿態(tài)變化信息上報(bào)給所述當(dāng)前地面基站。
其中，所述步驟A包括Al’、機(jī)載終端利用定位系統(tǒng)獲得飛機(jī)位置信息，利用姿態(tài)傳感器獲得飛機(jī)姿態(tài)變化信息；A2’、機(jī)載終端把所述飛機(jī)位置信息和姿態(tài)變化信息上報(bào)給當(dāng)前地面基站。其中，所述步驟C包括Cl、機(jī)載終端將當(dāng)前地面基站信號(hào)質(zhì)量與預(yù)定門(mén)限值進(jìn)行比較；C2、當(dāng)比較結(jié)果為所述當(dāng)前地面基站信號(hào)質(zhì)量低于或等于預(yù)定門(mén)限值時(shí)，自行啟動(dòng)對(duì)鄰居地面基站信號(hào)的測(cè)量，并上報(bào)基于自行啟動(dòng)測(cè)量的鄰居地面基站測(cè)量報(bào)告。其中，所述步驟C還包括C3、若在當(dāng)前地面基站根據(jù)所述飛機(jī)位置信息確定飛機(jī)從當(dāng)前地面基站近點(diǎn)區(qū)域進(jìn)入當(dāng)前地面基站遠(yuǎn)點(diǎn)區(qū)域的時(shí)刻，未收到基于自行啟動(dòng)測(cè)量的鄰居地面基站信號(hào)質(zhì)量，則向機(jī)載終端發(fā)送切換測(cè)量請(qǐng)求；C4、所述機(jī)載終端響應(yīng)所述切換測(cè)量請(qǐng)求，啟動(dòng)對(duì)鄰居地面基站信號(hào)的測(cè)量，并上報(bào)基于請(qǐng)求啟動(dòng)測(cè)量的鄰居地面基站信號(hào)質(zhì)量。其中，所述步驟D包括D1、當(dāng)前地面基站收到所述鄰居地面基站信號(hào)質(zhì)量后，判斷飛機(jī)姿態(tài)變化信息的變化值是否大于門(mén)限值；D2、若變化值大于門(mén)限值，則暫停切換；D3、若變化值小于門(mén)限值，則進(jìn)一步判斷鄰居地面基站信號(hào)質(zhì)量是否高于當(dāng)前地面基站信號(hào)質(zhì)量，若鄰居地面基站信號(hào)質(zhì)量高于當(dāng)前地面基站信號(hào)質(zhì)量且兩者差值大于一定值，則通知機(jī)載終端進(jìn)行切換，反之則暫停切換。其中，所述鄰居地面基站信號(hào)質(zhì)量和當(dāng)前地面基站信號(hào)質(zhì)量均包括信號(hào)強(qiáng)度或信號(hào)干擾噪聲比；所述鄰居地面基站信號(hào)質(zhì)量高于當(dāng)前地面基站信號(hào)質(zhì)量包括鄰居地面基站的信號(hào)強(qiáng)度大于當(dāng)前地面基站的信號(hào)強(qiáng)度，或者鄰居地面基站的信號(hào)干擾噪聲比大于當(dāng)前地面基站的信號(hào)干擾噪聲比。其中，所述機(jī)載終端與所述地面基站按照如下步驟執(zhí)行范圍非同步地空通信E、各機(jī)載終端根據(jù)地面基站發(fā)送的隨機(jī)接入信道PRACH擴(kuò)展指令，生成擴(kuò)展PRACH ；F、各機(jī)載終端通過(guò)向地面基站發(fā)送所述擴(kuò)展PRACH，進(jìn)行隨機(jī)接入；G、地面基站對(duì)各機(jī)載終端發(fā)送的擴(kuò)展PRACH進(jìn)行PRACH檢測(cè)，以確定各上行接入機(jī)載終端的信道以及對(duì)應(yīng)的發(fā)射時(shí)延值，并根據(jù)所述發(fā)射時(shí)延值生成并發(fā)送上行發(fā)射時(shí)間調(diào)整指令；
H、各機(jī)載終端根據(jù)地面基站發(fā)送的所述上行發(fā)射時(shí)間調(diào)整指令，調(diào)整發(fā)射的時(shí)間位置，從而實(shí)現(xiàn)上行定時(shí)同步。其中，所述步驟E包括El、地面基站在進(jìn)行各機(jī)載終端上行資源分配時(shí)，向小區(qū)內(nèi)的所有機(jī)載終端發(fā)送在PRACH的保護(hù)間隔GT之后的一段時(shí)間不使用OFDM符號(hào)的PRACH擴(kuò)展指令；E2、各機(jī)載終端根據(jù)所述PRACH擴(kuò)展指令，在所述PRACH保護(hù)間隔GT后形成與所述一段時(shí)間相對(duì)應(yīng)的空區(qū)，得到所述GT+空區(qū)的擴(kuò)展保護(hù)間隔GT’，從而生成擴(kuò)展PRACH ；其中，所述PRACH擴(kuò)展指令是基站通過(guò)下行TOCCH信道進(jìn)行上行用戶資源分配時(shí)，將PRACH信道后面相鄰的OFDM符號(hào)上PRACH信道所在頻域上的資源預(yù)留出來(lái)的方式實(shí)現(xiàn)。
其中，所述不使用的OFDM符號(hào)的數(shù)量與地面基站需要擴(kuò)展的覆蓋半徑成正比。其中，所述各機(jī)載終端通過(guò)以下方式之一向地面基站發(fā)送所述擴(kuò)展PRACH :時(shí)分多址方式；頻分多址方式；碼分多址方式。其中，所述步驟G包括G1、從上行基帶樣點(diǎn)數(shù)據(jù)中濾出擴(kuò)展PRACH對(duì)應(yīng)的基帶數(shù)據(jù)；G2、從擴(kuò)展PRACH的CP后面開(kāi)始的數(shù)據(jù)位置取出序列長(zhǎng)度加上擴(kuò)展后GP’長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)；G3、以不大于CP的長(zhǎng)度為步長(zhǎng)用多個(gè)并行的峰值檢測(cè)單元做滑窗，對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行并行峰值檢測(cè)；G4、根據(jù)滑窗的大小以及峰值的位置計(jì)算、檢測(cè)出峰值位置與峰值大??；G5、根據(jù)輸出的峰值大小與位置確認(rèn)上行接入機(jī)載終端的擴(kuò)展PRACH信道以及對(duì)應(yīng)的發(fā)射時(shí)延值，并根據(jù)所述發(fā)射時(shí)延值生成并發(fā)送含有時(shí)延調(diào)整值TA的上行發(fā)射時(shí)間調(diào)整指令。其中，所述步驟H包括HI、各機(jī)載終端從所述上行發(fā)射時(shí)間調(diào)整指令中提取所述TA ；H2、各機(jī)載終端按所述TA值調(diào)整發(fā)送時(shí)間，實(shí)現(xiàn)上行發(fā)射同步。此外，本發(fā)明的高速數(shù)據(jù)通信鏈路包括互聯(lián)網(wǎng)接入；流媒體視頻接入；IP語(yǔ)音接入；基于飛機(jī)上的地面移動(dòng)通信系統(tǒng)家用地面基站提供的語(yǔ)音接入，以及，文件傳輸接入。另外，本發(fā)明的LTE空中接口標(biāo)準(zhǔn)工作的頻率范圍在3. 6GHz以下。其中，所述LTE空中接口標(biāo)準(zhǔn)工作的頻率范圍在3GHz到6GHz之間。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的可以利用TLE規(guī)范的空中接口技術(shù)實(shí)現(xiàn)超過(guò)100公里的大范圍地空通信；并且能夠利用定向單極性天線的地空通信方式降低鄰區(qū)同頻干擾；還能夠解決因飛機(jī)飛行姿態(tài)造成的斷鏈問(wèn)題。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理、結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。


圖I是本明發(fā)為飛機(jī)提供寬帶通信系統(tǒng)的一種實(shí)施例；圖2a是本發(fā)明示出的一種通過(guò)飛機(jī)上的LTE用戶站實(shí)現(xiàn)地空通信的機(jī)艙連接示意圖；圖2b為本發(fā)明示出的一種機(jī)艙網(wǎng)絡(luò)示意圖；圖3a是單頻點(diǎn)同頻組網(wǎng)的LTE系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)示意圖；圖3b是二頻點(diǎn)異頻組網(wǎng)的 LTE系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)不意圖；圖4是基于LTE核心網(wǎng)的全網(wǎng)絡(luò)結(jié)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是基于LTE空口標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議接口以及私有網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明的機(jī)載終端和地面基站實(shí)現(xiàn)越區(qū)切換的示意圖；圖7a是本發(fā)明的越區(qū)切換的功能模塊的示意圖；圖7b是圖7a中的機(jī)載終端的涉及越區(qū)切換的功能|旲塊的不意圖；圖8是本發(fā)明的姿態(tài)信息計(jì)算的處理流程圖；圖9是本發(fā)明的地面基站切換模塊的處理流程圖；圖10是本發(fā)明的飛機(jī)飛行近點(diǎn)與遠(yuǎn)點(diǎn)區(qū)域示意圖；圖11是本發(fā)明的飛機(jī)在飛行過(guò)程中的切換示意圖；圖12a至圖12h是顯示本發(fā)明的各種天線安裝位置的示意圖；圖13是本發(fā)明的地空寬帶通信機(jī)載設(shè)備主要模塊及連接的示意圖；圖14是本發(fā)明的地面基站對(duì)航線進(jìn)行覆蓋的示意圖；圖15a是本發(fā)明的地面基站使用較窄波束定向天線進(jìn)行航線組網(wǎng)的示意圖；圖15b是本發(fā)明的地面基站使用較寬波束定向天線進(jìn)行航線組網(wǎng)的示意圖；圖16是機(jī)載干擾抑制接收濾波裝置的示意圖；圖17是本發(fā)明干擾抑制流程圖；圖18是本發(fā)明地面基站與不同距離的機(jī)載終端的通信示意圖；圖19a是LTE PRACH結(jié)構(gòu)示意圖；圖19b是LTE PRACH參數(shù)示意圖；圖20a是現(xiàn)有LTE的上行接入的示意圖；圖20b是顯示本發(fā)明的“打掉”LTE PRACH后面的部分OFDM符號(hào)上的頻域數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展PRACH的示意圖；圖20c是顯示本發(fā)明的利用擴(kuò)展PRACH進(jìn)行多PRACH滑窗并行檢測(cè)的示意圖；圖21是本發(fā)明的非同步上行接入流程圖；圖22是本發(fā)明的地面基站發(fā)射機(jī)、地面基站接收機(jī)、機(jī)載終端收發(fā)機(jī)的通信框圖；圖23是本發(fā)明的地面基站接收機(jī)上行PRACH檢測(cè)流程圖；圖24是本發(fā)明的地面基站接收機(jī)上行PRACH檢測(cè)裝置框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合

本發(fā)明的實(shí)施方式。LTE空中接口標(biāo)準(zhǔn)在眾多具有移動(dòng)通信能力的寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)中，第三代合作伙伴計(jì)劃(3GPP)開(kāi)發(fā)制訂的長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)技術(shù)是一種面向4G的無(wú)線通信技術(shù)，該系統(tǒng)以其獨(dú)有的特性，特別地適合用于實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)實(shí)現(xiàn)寬帶無(wú)線通信。LTE采用了基于OFDM技術(shù)的空中接口設(shè)計(jì)，目標(biāo)是構(gòu)建出高速率、低時(shí)延、分組優(yōu)化的無(wú)線接入系統(tǒng)，提供更高的數(shù)據(jù)速率和頻譜利用率。LTE系統(tǒng)支持FDD和TDD兩種雙工方式，并對(duì)傳統(tǒng)UMTS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，其中LTE僅包含eNodeB，不再有RNC ；EPC也做了較大的簡(jiǎn)化。這使得整個(gè)系統(tǒng)呈現(xiàn)扁平化特性。LTE空中接口標(biāo)準(zhǔn)是一種采用由NodeB構(gòu)成的單層結(jié)構(gòu)的固定寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)有利于簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)和減小延遲，實(shí)現(xiàn)了低時(shí)延，低復(fù)雜度和低成本的要求。它采用OFDM和MMO作為其無(wú)線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)。在20MHz頻譜帶寬下能夠提供下行100Mbit/s與上行50Mbit/s的峰值速率。改善了小區(qū)邊緣用戶的性能，提高小區(qū)容量和降低系統(tǒng)延遲。作為3GPP的長(zhǎng)期演進(jìn)系統(tǒng)，LTE 一方面可以繼承3GPP標(biāo)準(zhǔn)(GSM、EDGE、WCDMA,HSPA、HSPA+)中已經(jīng)在使用的頻率，同時(shí)國(guó)際電聯(lián)(ITU)以及各國(guó)政府也分別為MT(國(guó)際移動(dòng)電信)技術(shù)分配了頻譜，總共可用的頻譜范圍是450MHz-3600MHz，即3.6GHz以下的頻譜。這些頻譜也可以分配給LTE使用。另外，部分國(guó)家和地區(qū)也在考慮在3GHz-6GHz的頻率范圍內(nèi)擴(kuò)展為L(zhǎng)TE在專用領(lǐng)域下使用。擴(kuò)展的頻率只需要對(duì)LTE地面基站與接收站的頻率做相應(yīng)修改，而空中接口標(biāo)準(zhǔn)不做任何修改即可使用。LTE空中接口標(biāo)準(zhǔn)是指第三代合作伙伴計(jì)劃(3GPP)制訂的長(zhǎng)期演進(jìn)計(jì)劃(LTE)版·本8、9、10 (Release 8、9、10)及其后續(xù)演進(jìn)版本。也有人將3GPP LTE版本8，9稱為L(zhǎng)TE，將版本10以后的版本稱為L(zhǎng)TE-A(高級(jí)的長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù))。本發(fā)明所指的LTE是3GPP LTE空中接口技術(shù)的版本8、9、10及其后續(xù)演進(jìn)的版本。特別地，LTE從系統(tǒng)設(shè)計(jì)上支持14公里、29公里、77公里以及100公里的小區(qū)覆蓋。特別是100公里的小區(qū)覆蓋，遠(yuǎn)大于目前所見(jiàn)到的地面移動(dòng)通信系統(tǒng)，特別適合于飛行中的飛機(jī)使用的大范圍高速移動(dòng)通信系統(tǒng)。為飛機(jī)提供寬帶地空無(wú)線通信為飛機(jī)提供寬帶無(wú)線通信的系統(tǒng)，是將LTE空中接口協(xié)議的地面基站沿著預(yù)先定義航線的方向架設(shè)，并使地面基站的信號(hào)在空中有重疊的覆蓋區(qū)域。圖I顯示了依照本發(fā)明設(shè)計(jì)的用于飛行中飛機(jī)上的寬帶通信系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例。圖中10為沿航線的方向且離航線有一定水平距離建設(shè)的多個(gè)LTE空中接口協(xié)議地面基站(以下簡(jiǎn)稱LTE地面基站)，11為地面基站所能夠覆蓋的航線高度上的水平空域范圍，12與13為飛機(jī)在航線上航行的方向。在同一航線上，飛機(jī)按一定規(guī)則可以在同一水平面或不同高度上同方向或?qū)Ψ较蝻w行。LTE地面基站在空域中的覆蓋范圍有一定的重疊，以保證為飛機(jī)或飛機(jī)內(nèi)的用戶提供連續(xù)不間斷的通信。當(dāng)一個(gè)航班的飛機(jī)沿著它的飛行路徑12、13經(jīng)過(guò)時(shí)，它會(huì)沿著由地面基站10提供的不同覆蓋區(qū)域11飛行，中間不會(huì)有通信中斷。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為單個(gè)地面基站10可以覆蓋每個(gè)空中覆蓋區(qū)域11范圍內(nèi)的所有飛機(jī)。并且，當(dāng)沿著飛行路徑12、13飛行時(shí)，一架飛機(jī)可能同時(shí)在多個(gè)地面基站10的重疊覆蓋區(qū)域范圍內(nèi)。LTE地面基站實(shí)現(xiàn)對(duì)空中覆蓋射頻信號(hào)。直接用于地面通信的LTE地面基站及其天線不能為空中飛機(jī)提供無(wú)線通信，其主要原因除了與空中航空使用的通信、導(dǎo)航、監(jiān)視系統(tǒng)的電磁兼容問(wèn)題之外，另一個(gè)主要原因是地面通信系統(tǒng)的LTE地面基站都是有一定的下傾角的，以確保提供足夠的地面用戶的通信覆蓋。而帶有下傾角的一般的地面通信系統(tǒng)的信號(hào)很難覆蓋到空中，實(shí)驗(yàn)表明，通常在離地500-800米的空間，地面通信系統(tǒng)的信號(hào)會(huì)急劇地減小。為飛機(jī)提供空中通信覆蓋的LTE地面基站天線，其地面基站的射頻信號(hào)提供對(duì)空中飛機(jī)的射頻信號(hào)的覆蓋。這種覆蓋方式與LTE地面基站相對(duì)于航線的位置有關(guān)。通常而言，無(wú)論是飛機(jī)上接收射頻信號(hào)的機(jī)載天線還是地面LTE地面基站發(fā)射射頻信號(hào)的LTE地面基站天線，都存在一定的頂部“盲區(qū)”，因此為了保證好的通信效果往往會(huì)將LTE地面基站建設(shè)在離航線兩側(cè)與航線有一定角度的位置上。LTE地面站建設(shè)的位置不同，LTE地面站上傾角的大小也有差異，通常的工程經(jīng)驗(yàn)提供的一種比較好的設(shè)置上傾角的數(shù)值是在5-30度之間。而上傾角的提供方法可以是地面LTE地面站天線安裝時(shí)向上有一定的傾角，或者是通過(guò)定制的天線為航線方向提供一定數(shù)值的電上傾角。在實(shí)際操作中，根據(jù)LTE在面站相對(duì)于所需覆蓋航線在水平與垂直方向的距離來(lái)決定使用多大的上傾角，而上傾角的設(shè)置，即可以按天線電場(chǎng)方向或工程安裝方式其中的一種或兩者的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。LTE空中接口協(xié)議的雙工方式。LTE空口接口協(xié)議支持100公里的大范圍覆蓋。要實(shí)現(xiàn)這么大范圍的覆蓋，上、下行通信收發(fā)切換時(shí)需要長(zhǎng)的隔離保護(hù)。因此相對(duì)于TDD而言，F(xiàn)DD更適合于用于飛機(jī)寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)。對(duì)TDD的雙工方式，則在LTE空中接口協(xié)議的規(guī)定內(nèi)進(jìn)行一些參數(shù)和信令的配置以預(yù)留出上、下行之間的保護(hù)即可直接用于飛機(jī)寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)。
機(jī)上通信系統(tǒng)與服務(wù) 機(jī)上LTE通信裝置，包括可以直接使用帶有LTE空口接口標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議接收能力的終端，如手機(jī)、PDA、筆記本電腦或者飛機(jī)座艙中為乘客提供的專用電話等，或者直接安裝在飛機(jī)上的機(jī)載設(shè)備。當(dāng)機(jī)上LTE通信裝置是乘客使用的設(shè)備時(shí)，LTE用戶終端直接由機(jī)艙中的乘客來(lái)操作。當(dāng)機(jī)上LTE通信裝置是機(jī)載終端時(shí)，為飛機(jī)上的設(shè)備提供雙向中繼數(shù)據(jù)鏈路服務(wù)。當(dāng)LTE地面基站直接與飛機(jī)上的機(jī)載終端通信時(shí)，飛機(jī)在與地面基站通過(guò)LTE空中接口標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行通信后，再通過(guò)飛機(jī)上的網(wǎng)絡(luò)來(lái)給機(jī)艙乘客提供高速數(shù)據(jù)通信鏈路。實(shí)現(xiàn)這種機(jī)艙通信的網(wǎng)絡(luò)是機(jī)艙通信網(wǎng)絡(luò)。這種機(jī)艙通信網(wǎng)絡(luò)可以是基于有線或無(wú)線的機(jī)艙局域網(wǎng)、家用小基站，也可以是飛機(jī)上的專有數(shù)據(jù)分發(fā)系統(tǒng)。圖2a和圖2b顯示了飛機(jī)上的LTE機(jī)載終端實(shí)現(xiàn)地空通信的機(jī)艙連接關(guān)系。20為飛機(jī)，21為L(zhǎng)TE機(jī)載終端使用的對(duì)地通信的天線，22為機(jī)上的LTE機(jī)載終端，根據(jù)LTE空口接口協(xié)議，實(shí)現(xiàn)地空雙向通信功能。LTE機(jī)載終端可以進(jìn)一步地連接飛機(jī)上專有的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)23，連接機(jī)艙通信與娛樂(lè)的有線局域網(wǎng)24以及無(wú)線局域網(wǎng)設(shè)備25，甚至可以連接機(jī)上的家用小基站設(shè)備26。設(shè)備25和26可以通過(guò)飛機(jī)上的機(jī)艙天線進(jìn)一步提供機(jī)艙內(nèi)的無(wú)線覆蓋，以供機(jī)上，WiFi用戶以及移動(dòng)通信系統(tǒng)(如GPRS、WCDMA, TD-SCDMA以及LTE等)的用戶終端的接入。系統(tǒng)為在空中航線飛行的飛機(jī)提供高速寬帶通信服務(wù)。用戶送一個(gè)地面基站切換到另一個(gè)地面基站的技術(shù)和行業(yè)內(nèi)普遍用到的類似。無(wú)論是直接通過(guò)乘客來(lái)操作的接收站，還是直接通過(guò)飛機(jī)及飛機(jī)上的LAN來(lái)進(jìn)行操作，或者是通過(guò)地面移動(dòng)通信系統(tǒng)的家用基站無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的操作以及飛機(jī)專用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的接入，通信鏈路可以為用戶提供例如互聯(lián)網(wǎng)接入、流媒體視頻接入、IP語(yǔ)音接入、電話、文件傳輸接入以及包括對(duì)飛機(jī)上的信息的接入。此外，系統(tǒng)可以給地面相關(guān)機(jī)構(gòu)如空中交通管理人員提供航空數(shù)據(jù)信息。航空數(shù)據(jù)包括空中交通管制信息，飛機(jī)狀態(tài)和性能信息，飛機(jī)內(nèi)部視頻安全監(jiān)控等等。飛機(jī)上的單個(gè)乘客可以直接接入系統(tǒng)，更進(jìn)一步說(shuō)就是飛機(jī)能夠接入系統(tǒng)然后通過(guò)機(jī)上網(wǎng)絡(luò)例如LAN提供個(gè)人訪問(wèn)。組網(wǎng)問(wèn)題
LTE系統(tǒng)的空口標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議具有同頻組網(wǎng)能力。即在地空多用戶的條件下，多個(gè)地面基站使用一個(gè)頻點(diǎn)對(duì)空中實(shí)現(xiàn)覆蓋，如圖3a所示。在圖3a所示的7個(gè)地空通信系統(tǒng)的小區(qū)中，所有的地面基站使用相同的頻率Π，地面基站用LTE標(biāo)準(zhǔn)接口協(xié)議的同頻組網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同地面基站使用單個(gè)頻率工作的同頻組網(wǎng)。這些技術(shù)包括ΜΙΜ0，軟頻率復(fù)用等。同時(shí)，在頻率允許的條件下，LTE系統(tǒng)同樣可以使用多個(gè)頻率實(shí)現(xiàn)異頻組網(wǎng)，如圖3b所示。在圖3b中，7個(gè)不同的地空通信小區(qū)使用3頻點(diǎn)組網(wǎng)的方案，其頻率分配的方式與地面系統(tǒng)類似，即不相鄰的地空通信小區(qū)分配不同的頻率，間隔一個(gè)小區(qū)使用相同的頻率。這種頻率分配的方法被稱為“三色”異頻組網(wǎng)方法，類似的還有“七色”或更多色的異頻組網(wǎng)方法。在使用LTE空口接口技術(shù)實(shí)現(xiàn)地空通信之外，還可以使用LTE演進(jìn)的包交換網(wǎng)絡(luò)(EPC)來(lái)實(shí)現(xiàn)地空網(wǎng)絡(luò)之間以及地空網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)以及其它地面移動(dòng)通信網(wǎng)的互通互聯(lián)。如圖4所示，兩個(gè)地面LTE地面基站A和B之間可以通過(guò)光纖進(jìn)行連接，地面基站與LTE核心網(wǎng)提供的標(biāo)準(zhǔn)核心網(wǎng)絡(luò)30連接到互聯(lián)網(wǎng)37。LTE的核心網(wǎng)絡(luò)30如圖4所示，包括以下標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)元31、32移動(dòng)管理單元(MME)，33服務(wù)網(wǎng)關(guān)網(wǎng)元，36歸屬位置服務(wù)網(wǎng)元，33服務(wù)網(wǎng)關(guān)網(wǎng)元，34包數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)網(wǎng)元，以及35IP媒體子系統(tǒng)。地面基站B即可以與地面基站A使用 同一個(gè)MME接入網(wǎng)絡(luò)31，還可以通過(guò)另一個(gè)MME接入網(wǎng)絡(luò)32。以上網(wǎng)元為L(zhǎng)TE系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)定義的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，本發(fā)明不做更詳細(xì)地介紹。同樣的，在使用LTE空中接口標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議構(gòu)成地空通信連接的網(wǎng)絡(luò)時(shí)，地面核心網(wǎng)絡(luò)還可以使用私有協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這主要得益于LTE地面基站是基于IP分組數(shù)據(jù)包的結(jié)構(gòu)，因此空中飛機(jī)與地面基站的通信交互的IP數(shù)據(jù)包，可以基于非LTE標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備來(lái)組網(wǎng)，如圖5所示。與圖4的差異在于是使用用戶自定義的核心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)地面系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)間的聯(lián)接，而不是使用圖4的LTE標(biāo)準(zhǔn)的核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備30。這種私有網(wǎng)絡(luò)可以通過(guò)部分LTE核心網(wǎng)的設(shè)備來(lái)進(jìn)行重新配置或者是通過(guò)自定義的服務(wù)器網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)不同地面基站間，以及地面基站與互聯(lián)網(wǎng)間的互通互聯(lián)。盡管LTE基站和接收機(jī)適合于遠(yuǎn)距離通信，但是由于飛機(jī)在飛行中存在不同于地面的飛行速度、飛行范圍、飛行姿態(tài)等問(wèn)題，因此本發(fā)明在LTE技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了更適合地空通信的越區(qū)切換子系統(tǒng)、天線子系統(tǒng)及大范圍非同步地空通信子系統(tǒng)，下面結(jié)合圖6至圖24進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。高諫移動(dòng)下地空寬帶通信的越區(qū)切換子系統(tǒng)現(xiàn)有的LTE技術(shù)沒(méi)有考慮航空通信的特殊性，比如在特定工作頻段下，降雨等天氣因素會(huì)帶來(lái)較嚴(yán)重的信號(hào)衰落，飛機(jī)飛行姿態(tài)變化引起的飛機(jī)機(jī)體對(duì)天線信號(hào)的遮擋會(huì)導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量20-30dB的嚴(yán)重衰落問(wèn)題。當(dāng)遇到出現(xiàn)持續(xù)的覆蓋不足的問(wèn)題時(shí)，地面移動(dòng)通信系統(tǒng)通常通過(guò)增加地面基站或直放站的布設(shè)來(lái)解決。而在地空通信場(chǎng)景下，要增加地面基站數(shù)目，則會(huì)增加地面基站數(shù)量、以及增加布站的站址，這些方式因?yàn)榈乜胀ㄐ耪局愤x擇困難、成本高等原因無(wú)法實(shí)施。在這種情況下，如果僅僅通過(guò)判斷信號(hào)質(zhì)量作為切換判決的條件，容易引起誤切換和甚至產(chǎn)生頻繁往返切換的“乒乓效應(yīng)”。另一方面，在LTE技術(shù)中，通常在信號(hào)質(zhì)量下降時(shí)開(kāi)始對(duì)鄰居地面基站進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致切換時(shí)間點(diǎn)過(guò)晚，業(yè)務(wù)質(zhì)量下降嚴(yán)重；測(cè)量時(shí)間過(guò)短則很難排除瞬間干擾因素，引起誤切換和乒乓效應(yīng)。因此，需要改進(jìn)技術(shù)，從而準(zhǔn)確判斷切換時(shí)機(jī)，保證在當(dāng)前鏈路質(zhì)量下降之前及時(shí)切換到信號(hào)較好的相鄰小區(qū)，以保證業(yè)務(wù)質(zhì)量的平穩(wěn)性。
此外，當(dāng)前地面通信系統(tǒng)采用的終端在與當(dāng)前地面基站通信過(guò)程中需不斷測(cè)量相鄰小區(qū)信號(hào)質(zhì)量，以便生成一個(gè)候選的鄰區(qū)切換地面基站列表，使得終端可以及時(shí)切換到表中相應(yīng)的目標(biāo)小區(qū)，但是這種方法需要終端不斷測(cè)量鄰居地面基站信道。這種方法測(cè)量持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，測(cè)量帶來(lái)的計(jì)算開(kāi)銷大，不太適合具有確定終端(飛機(jī))位置信息與姿態(tài)信息的地空通信系統(tǒng)。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種高速移動(dòng)下地空寬帶通信的越區(qū)切換方法及裝置，以便實(shí)現(xiàn)高速地空寬帶通信下的機(jī)載設(shè)備的寬帶無(wú)線通信和網(wǎng)絡(luò)的快速平穩(wěn)切換。 圖6是本發(fā)明的地空寬帶通信系統(tǒng)示意圖，所示發(fā)明的系統(tǒng)中，GNSS系統(tǒng)29和機(jī)載終端22安裝于飛機(jī)20上，地面基站A和地面基站B以及分別對(duì)應(yīng)于地面基站A和B的位置服務(wù)器11位于地面，地面基站A或地面基站B分別通過(guò)無(wú)線通信鏈路與飛機(jī)上機(jī)載終端22進(jìn)行通信，地面基站A和地面基站B之間通過(guò)地面核心網(wǎng)30進(jìn)行信息交互，地面基站和位置服務(wù)器通過(guò)通信鏈路進(jìn)行信息交互。飛機(jī)上的機(jī)載終端22通常僅與一個(gè)地面基站進(jìn)行通信，比如與地面基站A進(jìn)行通信，本發(fā)明將當(dāng)前與機(jī)載終端22進(jìn)行通信的地面基站A稱之為當(dāng)前地面基站，而將未進(jìn)行通信的地面基站B稱之為鄰居地面基站。下面結(jié)合圖6說(shuō)明本發(fā)明的一種高速移動(dòng)下地空寬帶通信的切換方法。當(dāng)前地面基站A從所述機(jī)載終端22獲得飛機(jī)位置信息和飛機(jī)姿態(tài)變化信息；機(jī)載終端22實(shí)時(shí)測(cè)量和上報(bào)含有當(dāng)前地面基站信號(hào)質(zhì)量的測(cè)量報(bào)告，該信號(hào)質(zhì)量是機(jī)載終端22通過(guò)對(duì)當(dāng)前地面基站A發(fā)送的無(wú)線信號(hào)測(cè)量得到的，并且通過(guò)測(cè)量報(bào)告發(fā)送給當(dāng)前地面基站A ；機(jī)載終端根據(jù)所測(cè)量當(dāng)前地面基站的信號(hào)質(zhì)量或者當(dāng)前地面基站A發(fā)送的切換測(cè)量請(qǐng)求，啟動(dòng)對(duì)鄰居地面基站發(fā)射信號(hào)的測(cè)量，并通過(guò)測(cè)量報(bào)告上報(bào)的鄰居地面基站信號(hào)質(zhì)量，啟動(dòng)對(duì)鄰居地面基站信號(hào)測(cè)量就意味著進(jìn)入越區(qū)切換階段，本發(fā)明根據(jù)兩種情況啟動(dòng)對(duì)鄰居地面基站信號(hào)測(cè)量其一是，當(dāng)前地面基站信號(hào)突然變差，其二是，飛機(jī)從當(dāng)前地面基站近點(diǎn)區(qū)域進(jìn)入當(dāng)前地面基站遠(yuǎn)點(diǎn)區(qū)域，以便確保機(jī)載終端通過(guò)切換，始終與信號(hào)質(zhì)量最好的地面基站進(jìn)行通信；當(dāng)前地面基站A根據(jù)飛機(jī)姿態(tài)變化信息、當(dāng)前地面基站信號(hào)質(zhì)量和鄰居地面基站信號(hào)質(zhì)量，進(jìn)行從所述當(dāng)前地面基站A到鄰居地面基站B的越區(qū)切換。本發(fā)明機(jī)載終端可以通過(guò)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)獲得飛機(jī)位置信息，通過(guò)飛機(jī)姿態(tài)傳感器得到飛機(jī)姿態(tài)信息(如利用陀螺儀得到三軸姿態(tài)信息)，然后通過(guò)與當(dāng)前飛機(jī)姿態(tài)信息進(jìn)行比較，得到飛機(jī)姿態(tài)變化信息，然后機(jī)載終端22將飛機(jī)位置信息和姿態(tài)變化信息上報(bào)給當(dāng)前地面基站A，使當(dāng)前地面基站A得到飛機(jī)位置信息和姿態(tài)變化信息。另一方面，本發(fā)明也可以利用飛機(jī)上的GNSS獲得飛機(jī)位置信息和姿態(tài)變化信息，具體操作步驟如下機(jī)載終端22通過(guò)機(jī)載衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GNSS獲得飛機(jī)三個(gè)方向上的位置信息和速度
信息；機(jī)載終端22把所述飛機(jī)位置信息和速度信息上報(bào)給當(dāng)前地面基站A，當(dāng)前地面基站A通過(guò)速度信息計(jì)算得到飛機(jī)姿態(tài)變化信息，使當(dāng)前地面基站A得到飛機(jī)位置信息和飛機(jī)姿態(tài)變化信息。當(dāng)然，機(jī)載終端22也可以先用速度信息計(jì)算出飛機(jī)姿態(tài)變化信息，然后再把飛機(jī)位置信息和飛機(jī)姿態(tài)變化信息上報(bào)給所述當(dāng)前地面基站A。圖8顯示了利用飛機(jī)速度信息計(jì)算姿態(tài)變化信息的流程。如圖8所示，處理開(kāi)始于步驟S31 ;在步驟S32，位置服務(wù)器11從當(dāng)前地面基站A得到機(jī)載終端22上報(bào)的飛機(jī)的速度信息，這里的速度是指東向、北向和上向速度觀測(cè)值4、I、I;之后，在步驟S33，用卡爾曼濾波對(duì)東向、北向和上向數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立濾波得到東向、北向、向上速度和加速度最優(yōu)估值的i、毛，1、 Ν, I、毛;在步驟S34，進(jìn)行偽姿態(tài)計(jì)算，偽姿態(tài)根據(jù)每次卡爾曼濾波得到的最優(yōu)速度、加速度估值計(jì)算出偽偏航角、偽俯仰角、偽滾動(dòng)/滾轉(zhuǎn)角Ws、Θ S、
Φ s，其中
權(quán)利要求
1.一種為飛機(jī)提供高速地空寬帶數(shù)據(jù)通信的系統(tǒng)，包括 沿著預(yù)先定義的空中航線安裝的多個(gè)LTE地面基站，相互鄰接的LTE地面基站之間具有重疊通信覆蓋區(qū)域，并且按LTE無(wú)線空口協(xié)議進(jìn)行無(wú)線發(fā)射和接收； 飛機(jī)上的LTE通信終端，按LTE無(wú)線空口協(xié)議進(jìn)行無(wú)線發(fā)射和接收，以便與所述地面基站建立高速數(shù)雙向據(jù)通信鏈路； 其中，所述飛機(jī)外表面上裝有多個(gè)飛機(jī)射頻天線，所述多個(gè)飛機(jī)射頻天線經(jīng)由互連線纜連接所述LTE通信終端； 其中，每個(gè)地面基站裝有相同極化的射頻天線，所述LTE通信終端使用所述多個(gè)飛機(jī)射頻天線接收地面基站發(fā)射的射頻信號(hào)，以及向地面基站發(fā)射射頻信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述每個(gè)地面基站裝有的相同極化的射頻天線是全向天線或具有一定波束寬度的定向天線。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述每個(gè)地面基站的射頻天線通過(guò)一定角度的上傾角提供對(duì)空中飛行中的飛機(jī)射頻信號(hào)的覆蓋。
4.如權(quán)利要求I或3所述的系統(tǒng)，其中，所述LTE通信終端提供由飛機(jī)乘客直接操作的地空通信服務(wù)。
5.如權(quán)利要求I或3所述的系統(tǒng)，其中，所述LTE通信終端提供由飛機(jī)工作人員操作的地空雙向中繼數(shù)據(jù)鏈路服務(wù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的系統(tǒng)，其中，所述LTE通信終端是與地面基站建立中繼雙向數(shù)據(jù)鏈路的LTE機(jī)載終端，用于通過(guò)安裝在飛機(jī)上的機(jī)上網(wǎng)絡(luò)為飛機(jī)乘客提供高速數(shù)雙向數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。
7.如權(quán)利要求I或6所述的系統(tǒng)，其中所述機(jī)載終端包括 射頻模塊，用來(lái)把利用所述多個(gè)飛機(jī)射頻天線接收的來(lái)自地面基站的射頻信號(hào)變換成基帶信號(hào)，以及將本機(jī)的基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成射頻信號(hào)后經(jīng)由所述飛機(jī)射頻天線發(fā)送給地面基站； 協(xié)議處理模塊，用來(lái)處理來(lái)自所述射頻模塊的基帶信號(hào)并生成業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，以及將本機(jī)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理成基帶信號(hào)發(fā)送給所述射頻模塊； 電源管理模塊，用來(lái)將飛機(jī)上的標(biāo)準(zhǔn)電源轉(zhuǎn)換成協(xié)議處模塊與射頻模塊所需的電源，并對(duì)整個(gè)機(jī)載終端的電源進(jìn)行管理。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述機(jī)載終端還包括多小區(qū)干擾抑制單元，包括 基帶數(shù)據(jù)解調(diào)器，用來(lái)對(duì)來(lái)自所述射頻模塊的基帶采樣點(diǎn)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，得到并輸出多個(gè)地面基站的導(dǎo)頻符號(hào)以及數(shù)據(jù)符號(hào)； 信道估計(jì)器，用來(lái)根據(jù)所述基帶數(shù)據(jù)解調(diào)器的輸出，對(duì)多個(gè)地面基站的物理信道進(jìn)行估計(jì)，得到各地面基站的信道系數(shù)； 濾波系數(shù)生成器，用來(lái)利用通過(guò)估計(jì)得到的各地面基站的信道系數(shù)，計(jì)算對(duì)地面基站多小區(qū)干擾信號(hào)進(jìn)行干擾抑制的濾波系數(shù)； 接收濾波器，用來(lái)利用所述濾波系數(shù)，從飛機(jī)接收到的多個(gè)地面基站信號(hào)中濾出與飛機(jī)當(dāng)前鏈接地面基站的有用信號(hào)，抑制作為干擾信號(hào)的其他地面基站信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的系統(tǒng)，還包括安裝在所述飛機(jī)上的飛機(jī)位置和姿態(tài)檢測(cè)裝置，用于通過(guò)檢測(cè)飛機(jī)的位置和姿態(tài)，得到用于飛機(jī)越區(qū)切換的飛機(jī)位置信息和飛機(jī)姿態(tài)變化信息，以便所述地面基站根據(jù)所述飛機(jī)位置信息、飛機(jī)姿態(tài)變化信息、當(dāng)前地面基站信號(hào)質(zhì)量和鄰居地面基站信號(hào)質(zhì)量，進(jìn)行所述飛機(jī)越區(qū)切換。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述機(jī)載終端上報(bào)所述飛機(jī)位置信息和飛機(jī)姿態(tài)變化信息，測(cè)量和上報(bào)當(dāng)前地面基站信號(hào)質(zhì)量，并根據(jù)當(dāng)前地面基站的信號(hào)質(zhì)量或者當(dāng)前地面基站發(fā)送的切換測(cè)量請(qǐng)求，啟動(dòng)對(duì)鄰居地面基站發(fā)射信號(hào)的測(cè)量，并上報(bào)鄰居地面基站信號(hào)質(zhì)量； 所述地面基站接收所述機(jī)載終端上報(bào)的飛機(jī)位置信息和飛機(jī)姿態(tài)變化信息以及當(dāng)前地面基站信號(hào)質(zhì)量和鄰居地面基站信號(hào)質(zhì)量，根據(jù)飛機(jī)位置信息向機(jī)載終端發(fā)送所述切換測(cè)量請(qǐng)求，并根據(jù)飛機(jī)姿態(tài)變化信息、飛機(jī)位置信息、當(dāng)前地面基站信號(hào)質(zhì)量和鄰居地面基站信號(hào)質(zhì)量，進(jìn)行從所述當(dāng)前地面基站到鄰居地面基站的越區(qū)切換。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的系統(tǒng)，其中，所述機(jī)載終端還包括 當(dāng)前地面基站信號(hào)測(cè)量和比較模塊，用于測(cè)量當(dāng)前地面基站的信號(hào)質(zhì)量，并將當(dāng)前地面基站的信號(hào)質(zhì)量與預(yù)定門(mén)限值進(jìn)行比較； 鄰居地面基站信號(hào)測(cè)量模塊，用于在當(dāng)前地面基站信號(hào)質(zhì)量低于或等于預(yù)定門(mén)限值時(shí)，自行啟動(dòng)對(duì)鄰居地面基站信號(hào)的測(cè)量，或者根據(jù)所述切換測(cè)量請(qǐng)求，啟動(dòng)對(duì)鄰居地面基站信號(hào)的測(cè)量，并上報(bào)基于自行啟動(dòng)測(cè)量或基于請(qǐng)求啟動(dòng)測(cè)量的鄰居地面基站信號(hào)質(zhì)量。
12.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的系統(tǒng)，其中，所述地面基站包括 切換測(cè)量請(qǐng)求發(fā)送模塊，根據(jù)所述飛機(jī)位置信息確定飛機(jī)從當(dāng)前地面基站近點(diǎn)區(qū)域進(jìn)入當(dāng)前地面基站遠(yuǎn)點(diǎn)區(qū)域的切換準(zhǔn)備時(shí)刻，并在該切換準(zhǔn)備時(shí)刻之前未收到基于自行啟動(dòng)測(cè)量的鄰居地面基站信號(hào)質(zhì)量的情況下，向機(jī)載終端發(fā)送切換測(cè)量請(qǐng)求。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述地面基站設(shè)備還包括 測(cè)量啟動(dòng)屬性判斷模塊，用于判斷機(jī)載終端上報(bào)的鄰居地面基站信號(hào)質(zhì)量的測(cè)量啟動(dòng)屬性； 切換模塊，當(dāng)判斷鄰居地面基站信號(hào)質(zhì)量的測(cè)量屬于自行啟動(dòng)，則進(jìn)一步判斷飛行姿態(tài)信息變化值是否超過(guò)門(mén)限值，并在飛行姿態(tài)信息變化值超過(guò)門(mén)限值時(shí)暫停切換，反之，則通知機(jī)載終端進(jìn)行切換；以及當(dāng)判斷鄰居地面基站信號(hào)質(zhì)量的測(cè)量屬于依請(qǐng)求啟動(dòng)，則t匕較鄰居地面基站信號(hào)質(zhì)量和當(dāng)前地面基站信號(hào)質(zhì)量，并且當(dāng)鄰居地面基站信號(hào)質(zhì)量高于當(dāng)前地面基站信號(hào)質(zhì)量時(shí)，通知機(jī)載終端進(jìn)行切換。
14.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，每個(gè)地面基站利用所述天線實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)小區(qū)的覆蓋，以使沿航線布設(shè)的多個(gè)地面基站形成了對(duì)航線覆蓋的“線狀”多小區(qū)網(wǎng)絡(luò)。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)飛機(jī)射頻天線按以下方式之一安裝在所述飛機(jī)外表面上 a)安裝在飛機(jī)發(fā)動(dòng)往機(jī)尾方向一側(cè)的機(jī)腹或機(jī)頂上； b)安裝在飛機(jī)發(fā)動(dòng)往機(jī)頭方向一側(cè)的機(jī)腹或機(jī)頂上； c)分別安裝在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)往機(jī)頭方向一側(cè)以及飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)往機(jī)尾方向一側(cè)的機(jī)腹或機(jī)頂上。
16.如權(quán)利要求14或15所述的系統(tǒng)，其中所述的每個(gè)飛機(jī)射頻天線是相同極化的天線，并且其極化方向與地面基站射頻天線的極化方向相同。
17.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，機(jī)載終端根據(jù)地面基站發(fā)送的隨機(jī)接入信道PRACH擴(kuò)展指令，生成擴(kuò)展PRACH，并通過(guò)向地面基站發(fā)送所述擴(kuò)展PRACH，進(jìn)行隨機(jī)接入；地面基站對(duì)機(jī)載終端發(fā)送的擴(kuò)展PRACH進(jìn)行PRACH檢測(cè)，以確定上行接入機(jī)載終端的信道以及對(duì)應(yīng)的發(fā)射時(shí)延值，并根據(jù)所述發(fā)射時(shí)延值生成并發(fā)送上行發(fā)射時(shí)間調(diào)整指令；機(jī)載終端根據(jù)地面基站發(fā)送的所述上行發(fā)射時(shí)間調(diào)整指令，調(diào)整發(fā)射的時(shí)間位置，從而實(shí)現(xiàn)上行定時(shí)同步。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，所述地面基站包括 指令發(fā)送裝置，在對(duì)各機(jī)載終端上行資源分配時(shí)，向小區(qū)內(nèi)的所有機(jī)載終端發(fā)送在PRACH的保護(hù)間隔GT之后的一段時(shí)間不使用OFDM符號(hào)的PRACH擴(kuò)展指令，和發(fā)送上行發(fā)射時(shí)間調(diào)整指令； PRACH檢測(cè)裝置，用于按擴(kuò)展的PRACH進(jìn)行PRACH檢測(cè)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，所述PRACH檢測(cè)裝置包括 定時(shí)器，用于確定進(jìn)行擴(kuò)展PRACH處理的數(shù)據(jù)位置值； PRACH濾波單元，用于把收到的上行寬帶樣點(diǎn)數(shù)據(jù)變成更窄帶的經(jīng)過(guò)濾波后的PRACH ；多個(gè)峰值檢測(cè)單元，用于對(duì)PRACH信道濾波單元輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行峰值檢測(cè)，以獲得對(duì)應(yīng)的PRACH信道號(hào)以及上行發(fā)射延時(shí)值TA ； 滑窗位置存儲(chǔ)器，用于記錄多個(gè)并行PRACH處理單元的滑窗間隔； 峰值處理單元，用于對(duì)多個(gè)峰值檢測(cè)單元輸出的峰值進(jìn)行合并與處理，以最終輸出有效的峰值位置與強(qiáng)度。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，所述的機(jī)載終端還包括 指令接收裝置，用于接收所述PRACH擴(kuò)展指令和所述上行發(fā)射時(shí)間調(diào)整指令； 上行接入裝置，根據(jù)所述PRACH擴(kuò)展指令在所述PRACH保護(hù)間隔GT后形成與所述一段時(shí)間相對(duì)應(yīng)的空區(qū)，得到所述GT+空區(qū)的擴(kuò)展保護(hù)間隔GT’，從而生成并發(fā)送擴(kuò)展PRACH ;并且按所述TA值調(diào)整上行發(fā)送時(shí)間，實(shí)現(xiàn)上行發(fā)射同步。
21.一種為飛機(jī)提供高速地空寬帶數(shù)據(jù)通信的方法，包括 沿著預(yù)先定義的空中航線安裝多個(gè)LTE地面基站，使相互鄰接的LTE地面基站之間具有重疊通信覆蓋區(qū)域，并且按LTE無(wú)線空口協(xié)議進(jìn)行無(wú)線發(fā)射和接收； 在飛機(jī)上安裝LTE通信終端，所述LTE通信終端按LTE無(wú)線空口協(xié)議進(jìn)行無(wú)線發(fā)射和接收，以便與所述地面基站建立高速數(shù)雙向據(jù)通信鏈路； 其中，所述飛機(jī)外表面上裝有上多個(gè)飛機(jī)射頻天線，所述多個(gè)飛機(jī)射頻天線經(jīng)由互連線纜連接所述機(jī)載終端； 其中，每個(gè)地面基站裝有相同極化的射頻天線，所述相同極化的射頻天線是全向天線或具有一定波束寬帶的定向天線，LTE通信終端使用所述多個(gè)飛機(jī)射頻天線接收地面基站發(fā)射的射頻信號(hào)，以及向地面基站發(fā)射射頻信號(hào)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述LTE通信終端是與地面基站建立中繼雙向數(shù)據(jù)鏈路的LTE機(jī)載終端，用于通過(guò)機(jī)上網(wǎng)絡(luò)為飛機(jī)乘客提供高速數(shù)雙向數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中，每個(gè)地面基站利用所述天線的實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)小區(qū)的覆蓋，以使沿航線布設(shè)的多個(gè)地面基站形成了對(duì)航線覆蓋的“線狀”多小區(qū)網(wǎng)絡(luò)。
24.如權(quán)利要求22或23所述的方法，其中所述多個(gè)飛機(jī)射頻天線按以下方式之一安裝在所述飛機(jī)外表面上a)安裝在飛機(jī)發(fā)動(dòng)往機(jī)尾方向一側(cè)的機(jī)腹或機(jī)頂上； b)安裝在飛機(jī)發(fā)動(dòng)往機(jī)頭方向一側(cè)的機(jī)腹或機(jī)頂上； c)分別安裝在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)往機(jī)頭方向一側(cè)以及飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)往機(jī)尾方向一側(cè)的機(jī)腹或機(jī)頂上。
25.如權(quán)利要求22或23所述的方法，其中所述的每個(gè)飛機(jī)射頻天線是相同極化的天線，并且其極化方向與地面基站射頻天線的極化方向相同。
26.如權(quán)利要求22或23所述的方法，其中，所述機(jī)載終端與所述地面基站按照如下步驟執(zhí)行越區(qū)切換 A、當(dāng)前地面基站從所述機(jī)載終端獲得飛機(jī)位置信息和飛機(jī)姿態(tài)變化信息； B、機(jī)載終端測(cè)量和上報(bào)當(dāng)前地面基站信號(hào)質(zhì)量； C、機(jī)載終端根據(jù)當(dāng)前地面基站的信號(hào)質(zhì)量或者當(dāng)前地面基站發(fā)送的切換測(cè)量請(qǐng)求，啟動(dòng)對(duì)鄰居地面基站發(fā)射信號(hào)的測(cè)量，并上報(bào)鄰居地面基站信號(hào)質(zhì)量； D、當(dāng)前地面基站根據(jù)飛機(jī)姿態(tài)變化信息、飛機(jī)位置信息、當(dāng)前地面基站信號(hào)質(zhì)量和鄰居地面基站信號(hào)質(zhì)量，進(jìn)行從所述當(dāng)前地面基站到鄰居地面基站的越區(qū)切換。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中，所述步驟A包括 Al、機(jī)載終端通過(guò)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS獲得飛機(jī)位置信息和飛機(jī)速度信息； A2、機(jī)載終端把所述飛機(jī)位置信息和速度信息上報(bào)給當(dāng)前地面基站，當(dāng)前地面基站通過(guò)速度信息計(jì)算得到飛機(jī)姿態(tài)變化信息；或者機(jī)載終端把所述飛機(jī)位置信息和通過(guò)速度信息計(jì)算得到的飛機(jī)姿態(tài)變化信息上報(bào)給所述當(dāng)前地面基站。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中，所述步驟A包括 Al’、機(jī)載終端利用定位系統(tǒng)獲得飛機(jī)位置信息，利用姿態(tài)傳感器獲得飛機(jī)姿態(tài)變化信息； A2’、機(jī)載終端把所述飛機(jī)位置信息和姿態(tài)變化信息上報(bào)給當(dāng)前地面基站。
29.根據(jù)權(quán)利要求26或27或28所述的方法，其中，所述步驟C包括 Cl、機(jī)載終端將當(dāng)前地面基站信號(hào)質(zhì)量與預(yù)定門(mén)限值進(jìn)行比較； C2、當(dāng)比較結(jié)果為所述當(dāng)前地面基站信號(hào)質(zhì)量低于或等于預(yù)定門(mén)限值時(shí)，自行啟動(dòng)對(duì)鄰居地面基站信號(hào)的測(cè)量，并上報(bào)基于自行啟動(dòng)測(cè)量的鄰居地面基站測(cè)量報(bào)告。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中，所述步驟C還包括 C3、若在當(dāng)前地面基站根據(jù)所述飛機(jī)位置信息確定飛機(jī)從當(dāng)前地面基站近點(diǎn)區(qū)域進(jìn)入當(dāng)前地面基站遠(yuǎn)點(diǎn)區(qū)域的時(shí)刻，未收到基于自行啟動(dòng)測(cè)量的鄰居地面基站信號(hào)質(zhì)量，則向機(jī)載終端發(fā)送切換測(cè)量請(qǐng)求； C4、所述機(jī)載終端響應(yīng)所述切換測(cè)量請(qǐng)求，啟動(dòng)對(duì)鄰居地面基站信號(hào)的測(cè)量，并上報(bào)基于請(qǐng)求啟動(dòng)測(cè)量的鄰居地面基站信號(hào)質(zhì)量。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中，所述步驟D包括 D1、當(dāng)前地面基站收到所述鄰居地面基站信號(hào)質(zhì)量后，判斷飛機(jī)姿態(tài)變化信息的變化值是否大于門(mén)限值； D2、若變化值大于門(mén)限值，則暫停切換； D3、若變化值小于門(mén)限值，則進(jìn)一步判斷鄰居地面基站信號(hào)質(zhì)量是否高于當(dāng)前地面基站信號(hào)質(zhì)量，若鄰居地面基站信號(hào)質(zhì)量高于當(dāng)前地面基站信號(hào)質(zhì)量且兩者差值大于一定值，則通知機(jī)載終端進(jìn)行切換，反之則暫停切換。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中，所述鄰居地面基站信號(hào)質(zhì)量和當(dāng)前地面基站信號(hào)質(zhì)量均包括信號(hào)強(qiáng)度或信號(hào)干擾噪聲比； 所述鄰居地面基站信號(hào)質(zhì)量高于當(dāng)前地面基站信號(hào)質(zhì)量包括鄰居地面基站的信號(hào)強(qiáng)度大于當(dāng)前地面基站的信號(hào)強(qiáng)度，或者鄰居地面基站的信號(hào)干擾噪聲比大于當(dāng)前地面基站的信號(hào)干擾噪聲比。
33.如權(quán)利要求22或23所述的方法，其中，所述機(jī)載終端與所述地面基站按照如下步驟執(zhí)行范圍非同步地空通信 E、各機(jī)載終端根據(jù)地面基站發(fā)送的隨機(jī)接入信道PRACH擴(kuò)展指令，生成擴(kuò)展PRACH； F、各機(jī)載終端通過(guò)向地面基站發(fā)送所述擴(kuò)展PRACH，進(jìn)行隨機(jī)接入； G、地面基站對(duì)各機(jī)載終端發(fā)送的擴(kuò)展PRACH進(jìn)行PRACH檢測(cè)，以確定各上行接入機(jī)載終端的信道以及對(duì)應(yīng)的發(fā)射時(shí)延值，并根據(jù)所述發(fā)射時(shí)延值生成并發(fā)送上行發(fā)射時(shí)間調(diào)整指令； H、各機(jī)載終端根據(jù)地面基站發(fā)送的所述上行發(fā)射時(shí)間調(diào)整指令，調(diào)整發(fā)射的時(shí)間位置，從而實(shí)現(xiàn)上行定時(shí)同步。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中，所述步驟E包括 E1、地面基站在進(jìn)行各機(jī)載終端上行資源分配時(shí)，向小區(qū)內(nèi)的所有機(jī)載終端發(fā)送在PRACH的保護(hù)間隔GT之后的一段時(shí)間不使用OFDM符號(hào)的PRACH擴(kuò)展指令； E2、各機(jī)載終端根據(jù)所述PRACH擴(kuò)展指令，在所述PRACH保護(hù)間隔GT后形成與所述一段時(shí)間相對(duì)應(yīng)的空區(qū)，得到所述GT+空區(qū)的擴(kuò)展保護(hù)間隔GT’，從而生成擴(kuò)展PRACH ； 其中，所述PRACH擴(kuò)展指令是基站通過(guò)下行HXXH信道進(jìn)行上行用戶資源分配時(shí)，將PRACH信道后面相鄰的OFDM符號(hào)上PRACH信道所在頻域上的資源預(yù)留出來(lái)的方式實(shí)現(xiàn)。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中，所述不使用的OFDM符號(hào)數(shù)量與地面基站需要擴(kuò)展的覆蓋半徑成正比。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中，所述各機(jī)載終端通過(guò)以下方式之一向地面基站發(fā)送所述擴(kuò)展PRACH : 時(shí)分多址方式； 頻分多址方式； 碼分多址方式。
37.根據(jù)權(quán)利要求33或34所述的方法，其中，所述步驟G包括 G1、從上行基帶樣點(diǎn)數(shù)據(jù)中濾出擴(kuò)展PRACH對(duì)應(yīng)的基帶數(shù)據(jù)； G2、從擴(kuò)展PRACH的CP后面開(kāi)始的數(shù)據(jù)位置取出序列長(zhǎng)度加上擴(kuò)展后GP’長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)； G3、以不大于CP的長(zhǎng)度為步長(zhǎng)用多個(gè)并行的峰值檢測(cè)單元做滑窗，對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行并行峰值檢測(cè)； G4、根據(jù)滑窗的大小以及峰值的位置計(jì)算、檢測(cè)出峰值位置與峰值大??； G5、根據(jù)輸出的峰值大小與位置確認(rèn)上行接入機(jī)載終端的擴(kuò)展PRACH信道以及對(duì)應(yīng)的發(fā)射時(shí)延值，并根據(jù)所述發(fā)射時(shí)延值生成并發(fā)送含有時(shí)延調(diào)整值TA的上行發(fā)射時(shí)間調(diào)整指令。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中，所述步驟H包括H1、各機(jī)載終端從所述上行發(fā)射時(shí)間調(diào)整指令中提取所述TA ；H2、各機(jī)載終端按所述TA值調(diào)整發(fā)送時(shí)間，實(shí)現(xiàn)上行發(fā)射同步。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于飛機(jī)的地空寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)與方法。包括沿著預(yù)先定義的空中航線安裝的多個(gè)LTE地面基站，相互鄰接的LTE地面基站之間具有重疊通信覆蓋區(qū)域，并且按LTE無(wú)線空口協(xié)議進(jìn)行無(wú)線發(fā)射和接收；飛機(jī)上的LTE通信終端，按LTE無(wú)線空口協(xié)議進(jìn)行無(wú)線發(fā)射和接收，以便與所述地面基站建立高速數(shù)雙向據(jù)通信鏈路；另外，飛機(jī)外表面上裝有多個(gè)飛機(jī)射頻天線，所述多個(gè)飛機(jī)射頻天線經(jīng)由互連線纜連接所述LTE通信終端；其中，每個(gè)地面基站裝有相同極化的射頻天線，所述相同極化的射頻天線是具有一定波束寬帶的定向天線，LTE通信終端使用所述多個(gè)飛機(jī)射頻天線接收地面基站發(fā)射的射頻信號(hào)，以及向地面基站發(fā)射射頻信號(hào)。
文檔編號(hào)H04B7/185GK102938670SQ201110233850
公開(kāi)日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2011年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月15日
發(fā)明者段世平, 黎超, 葉玲玲, 肖業(yè)平, 焦現(xiàn)軍, 馬馨睿, 張邵潔 申請(qǐng)人:北京為邦遠(yuǎn)航無(wú)線技術(shù)有限公司