[发明专利]通过陆地网络进行飞行器无线通信的方法和机载系统

说明书

本发明提供了通过陆地网络进行飞行器无线通信的方法和机载系统。用于空对地通信的方法和系统，其允许飞行器通信与陆地蜂窝通信网络的集成。所提出的解决方案在飞行器中被执行，因此可以使用任何现有的标准陆地蜂窝通信网络，而无需进行任何修改。由于特殊飞行器条件(速度和高度)引起的约束有效地被解决，从而允许与蜂窝通信网络的广泛互操作性，满足了增长的高速数据需求。具体地，为了解决切换约束，飞行器天线将创建至少两个辐射模式：一个辐射模式用于维持与服务基站的当前连接，而另一个(或更多个)辐射模式用于搜索下一个合适的最佳站以进行切换。

技术领域

本发明一般涉及无线电信。更具体地，本发明提出了用于空对地无线通信的方法和系统，在该方法和系统中，中断能力被提供给集成在飞行器中的无线电装置以允许提供新的连接服务。

背景技术

随着已经存在信息交换需求的指数增长，高速通信在现代社会中已经变得越来越重要，这引起蜂窝网络的演进和扩展，以便以足够的质量和有竞争力的价格提供该服务。航空领域也经历了增大通信速度(二进制速率)的必要性，并且为了这样做，已经使用了非常不同的过程。主要存在由大多数军事空军和航空公司为了上述连通性需求而使用的两种类型的技术：卫星通信和空对地通信。

-卫星通信：现今，大部分民事和军事飞行器运营商都选择宽带卫星通信系统的集成以用于机载无线通信。这些系统能够提供多达每秒几兆字节，但是设备飞行器集成过程和服务非常昂贵。仅具有大量资源的国家才能够为他们的军事平台负担得起这种系统，而对于商用飞行器，只有几家航空公司在他们的一些长途航班中决定提供这种服务，原因是每兆字节的高价格大大减少了潜在客户的数量。此外，每个公司都拥有其自己的解决方案并拥有其自己的卫星星座和频带，因此系统之间没有兼容性。在需要连接至两个或更多个服务提供商的网络的情况下，这意味着它们相应系统的集成，从而增加了通信系统的成本、重量和复杂性。

在不久的将来，新的近地轨道(LEO)卫星通信系统有望投入运行，其唯一目的是在全世界范围内提供宽带因特网服务。一旦该LEO网络被完全部署并全面运行，则预计任何平台都可以访问该服务；然而，由于缺乏关于系统性能、要集成的设备的数量和大小、服务价格以及“进入到服务(entry-to-service)”时间表的知识，使得这种解决方案不是当前可行的选择。

-空对地通信：基于该技术提供机载数据服务的主要公司已经设计了类似系统，在这些类似系统中，飞行器与它们自己的网络建立数据连接，所述网络的基站是地面分配的(分别在美国和欧洲附近)。即使这些系统基于4G LTE标准，但是每个公司具有它自己的专有解决方案，并且该专有解决方案与蜂窝陆地(地面)商业网络不兼容。

关于直接空对地通信，近年来已经进行了不同的调查研究，以分析和提供与蜂窝陆地网络通信中要处理的一些主要问题的可行解决方案。在本技术领域中存在的现有技术的共同方面是：参与直接空对地通信的陆地蜂窝网络需要特别适配的配置以能够执行所述空对地通信。例如，一些现有解决方案基于新基站的开发，特别是专用于与机载设备的连接(例如，参见美国专利US8831601B2)。

以这种方式，为了实现飞行器与基站之间的不间断通信，在现有技术中已经分析了用于连续天线之间的切换的不同方法，这些方法总是依赖于地面基站的适配(例如，如专利申请WO2017201383A1中所阐述的，利用地面基站中的特定波束成形以用于与飞行器连接)。或者，为了解决由于飞行器的高速度而引起的多普勒频移问题，现有技术解决方案依赖于空中段与地面段之间的特定交互以及依赖于预先知道所涉及的基站的位置。

因此，当前存在的机载无线通信是次优的，并且在空对地通信的情况下，它们需要对地面段进行深度修改。机载连接性需要演进，因此有必要提供新的航空通信服务，该新的航空通信服务能够满足增长的通信服务需求，尤其是飞行器舱内的用户的通信服务需求，该新的航空通信服务具有与其他通信系统的广泛互操作性并且对于用户而言具有合理的成本。

发明内容