АНТЕННОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ВЫБОРА АНТЕННЫ
ANTENNA DEVICE AND ANTENNA SELECTION METHOD

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для дальней связи на летательных аппаратах используются так называемые системы прямой связи класса «воздух-земля». Такие системы предоставляют возможность для соединений дальней связи от летательного аппарата до базовой станции на земле. Летательный аппарат имеет двунаправленную линию связи с базовой станцией, расположенной на земле. Радиосигнал, передаваемый базовой станцией в направлении на летательный аппарат, называется прямой линией связи. Что касается прямой линии связи, передача может производиться более эффективно методами, подобными формированию диаграммы направленности, в которых направление испускания радиосигнала фокусируется и направляется на принимающий летательный аппарат. Преимущество состоит в том, что другие летательные аппараты, которые расположены в наружной части лепестка диаграммы направленности, будут принимать меньшие помехи от таких радиосигналов. Базовая станция, дополнительно, может осуществлять передачу с меньшей мощностью, чем была бы необходима при ненаправленных схемах передачи.
В противоположность, летательный аппарат часто изменяет свою ориентацию и высоту. Отсюда, большие усилия были бы необходимы для реализации соответствующей системы на летательном аппарате, для того чтобы улучшить обратную линию связи для передачи сигналов с летательного аппарата на базовую станцию таким же образом.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Варианты осуществления изобретения предоставляют мобильное устройство дальней связи для установления соединения дальней связи в радиочастотном диапазоне с базовой станцией.
Цель изобретения состоит в том, чтобы улучшить мобильную дальнюю связь мобильного устройства дальней связи с базовой станцией.
Это изобретение применяется к системам мобильной связи, подобным LTE (долгосрочного развития), как определено в соответствующих стандартах 3GPP (Проекта партнерства 3-его поколения). Применение в других системах мобильной связи не исключается.
Согласно вариантам осуществления изобретения, мобильное устройство дальней связи содержит по меньшей мере первую и вторую антенну, электромагнитный экран, расположенный между первой и второй антенной, и логический компонент. Экран имеет первую сторону, обращенную к первой антенне, и вторую сторону, обращенную к второй антенне. Электромагнитный экран отражает электромагнитное излучение, падающее на первую сторону, так что часть излучения отражается на первую антенну, и электромагнитный экран отражает электромагнитное излучение, падающее на вторую сторону, так что по меньшей мере часть излучения отражается на вторую антенну. Первая и вторая антенна приспособлены для передачи и приема сигналов дальней связи одной и той же полосы частот. Логический компонент выбирает, первая или вторая антенна используется для обратной линии связи соединения дальней связи с базовой станцией. Прием радиосигналов всегда нормально выполняется схемой разнесения приема (Rx), которая автоматически комбинирует принятые радиосигналы обеих антенн.
Такое мобильное устройство дальней связи, например, может быть установлено на летательном аппарате для установления соединения дальней связи с базовой станцией, расположенной на земле. Поэтому, первая антенна расположена в большей мере сзади летательного аппарата наряду с тем, что вторая антенна расположена в большей степени спереди летательного аппарата. Это означает, первая сторона электромагнитного экрана направлена к задней части летательного аппарата, а вторая сторона электромагнитного экрана направлена к передней части летательного аппарата.
Таким образом, первая и вторая антенна скомпонованы так, что диаграмма направленности антенны первой антенны имеет наивысший коэффициент усиления антенны в обратном направлении летательного аппарата. Диаграмма направленности антенны второй антенны имеет наивысший коэффициент усиления антенны в прямом направлении летательного аппарата. Это достигается расположением электромагнитного экрана между первой и второй антенной. Еще одна возможность состоит в том, чтобы устанавливать две отдельные обособленные антенны в местоположениях на поверхности летательного аппарата, которые расположены так, что части самолета, например, сам фюзеляж или крыло, или турбина образуют экран между первой и второй антенной.
Электромагнитный экран препятствует тому, что сигналы, передаваемые первой антенной, принимаются второй антенной, и наоборот. Дополнительно, сигналы, принимаемые первой антенной, принимаются второй антенной с высоким коэффициентом ослабления, и наоборот.
Согласно вариантам осуществления изобретения, электромагнитный экран выполнен из металла. Существенная характеристика электромагнитного экрана состоит в том, что он должен быть электропроводным. Таким образом, любая разновидность металла может использоваться для электромагнитного экрана, в том числе, металлические сплавы.
Согласно вариантам осуществления изобретения, электромагнитный экран имеет сетчатую структуру, сетчатая структура содержит металл. Посредством использования сетчатой структуры для электромагнитного экрана, вес экрана может быть уменьшен и, в силу этого, также и вес мобильного устройства дальней связи. Вес устройства важен, когда оно устанавливается на летательном аппарате.
Согласно вариантам осуществления изобретения, электромагнитный экран выполнен из углеродных волокон и металла. Предпочтительно, электромагнитный экран имеет сетчатую структуру углеродных волокон и металла, но также могут применяться другие структуры углеродных волокон и металла, например, электромагнитный экран может быть сделан из углеродных волокон с металлизацией.
Согласно вариантам осуществления изобретения, электромагнитный экран имеет криволинейную форму. Это полезно, так как предпочтительно ненаправленные антенны используются в качестве первой и второй антенны. Таким образом, форма электромагнитного экрана определяет угол передачи и приема первой и второй антенны. Использование ненаправленных антенн полезно, так как может экономиться пространство за счет использования ненаправленных антенн по сравнению с использованием направленных антенн.
Например, электромагнитный экран может быть изогнут по двум измерениям размерностям. Это означает, что электромагнитный экран имеет два окружающих элемента. Первый окружающий элемент окружает первую антенну, а второй окружающий элемент окружает вторую антенну.
Предпочтительно, электромагнитный экран изогнут по всем трем измерениям. Это означает, первая антенна частично окружена по всем трем измерениям от первого окружающего элемента электромагнитного экрана, а вторая антенна частично окружена по всем трем измерениям от второго окружающего элемента электромагнитного экрана. Другими словами, первый и второй окружающие элементы электромагнитного экрана имеют форму четверти сферы. Первый и второй окружающие элементы также могут иметь форму полусферы.
Согласно вариантам осуществления изобретения, электромагнитный экран является фюзеляжем летательного аппарата. Это означает, что первая антенна установлена в задней зоне летательного аппарата, а вторая антенна установлена в передней части летательного аппарата. Фюзеляж в таком случае функционирует в качестве электромагнитного экрана, так как обычно фюзеляж летательного аппарата содержит металл. В этом случае первая антенна приспособлена для поддержания связи с базовой станцией позади летательного аппарата наряду с тем, что вторая антенна приспособлена для поддержания связи с базовой станцией впереди летательного аппарата.
Согласно вариантам осуществления изобретения, логический компонент выбирает, используется ли первая или вторая антенна, на основании информации о местоположении и/или измерений мощности сигнала, качества сигнала, временного опережения и/или доплеровского сдвига частоты первой и второй антенны. Информация о местоположении, например, может получаться из сигнала глобальной навигационной спутниковой системы, например, глобальной системы определения местоположения (GPS) или Galileo. Предпочтительно, первая антенна приспособлена для поддержания связи с базовой станцией, расположенной на земле позади летательного аппарата. Вторая антенна приспособлена для поддержания связи с базовой станцией, расположенной на земле впереди летательного аппарата. По сигналу глобальной навигационной спутниковой системы, который обычно неизменно измеряется на летательном аппарате, логический компонент узнает положение и траекторию мобильного устройства дальней связи. Кроме того, мобильное устройство дальней связи может содержать запоминающее устройство, содержащее базу данных с информацией о местоположении базовых станций, например, в формате данных согласно стандарту глобальной навигационной спутниковой системы. Это означает, что база данных содержит информацию о местоположении множества базовых станций в формате данных согласно формату данных глобальной навигационной спутниковой системы, используемой на летательном аппарате. Предпочтительно, логический компонент узнает положение и траекторию мобильного устройства дальней связи из сигнала глобальной навигационной спутниковой системы и определяет, посредством считывания из базы данных, базовую станцию на земле, расположенную ближе всего к летательному аппарату. Затем, логический компонент выбирает, какая антенна должна использоваться для передач на базовую станцию во время установления связи с базовой станцией. Если соединение дальней связи уже установлено, логический компонент узнает положение и траекторию мобильного устройства дальней связи по сигналу глобальной навигационной спутниковой системы и определяет, посредством считывания из базы данных, базовую станцию на земле, с которой установлено соединение дальней связи.
Если базовая станция расположена впереди летательного аппарата, вторая антенна используется для обратной линии связи, а если базовая станция расположена позади летательного аппарата, первая антенна используется для обратной линии связи.
Другие данные, подобные мощности сигнала, качеству сигнала, временному опережению и/или доплеровскому сдвигу, первой и второй антенны измеряются логическим компонентом и принимаются во внимание для выбора, какую антенну следует использовать. Например, если мощность сигнала и качество сигнала первой антенны выше, чем мощность сигнала и качество сигнала второй антенны, первая антенна используется для обратной линии связи. По временному опережению и доплеровскому сдвигу частоты, может выводиться направление перемещения летательного аппарата относительно базовой станции. Например, когда доплеровский сдвиг частоты положителен, самолет сближается с базовой станцией, а если доплеровский сдвиг частоты отрицателен, самолет удаляется от базовой станции.
Подобное рассмотрение выполняется для временного опережения. Когда временное опережение уменьшается, летательный аппарат сближается с базовой станцией, а если временное опережение увеличивается, летательный аппарат удаляется от базовой станции. Временное опережение также может рассчитываться на основании информации о местоположении, полученной из данных глобальной навигационной спутниковой системы.
Согласно вариантам осуществления изобретения, мобильное устройство дальней связи дополнительно содержит базу данных в запоминающем устройстве, база данных содержит информацию о местоположении касательно множества базовых станций. Информация о местоположении хранится в формате данных, считываемом логическим компонентом. Информация о местоположении, например, может быть данными глобальной навигационной спутниковой системы.
Согласно вариантам осуществления изобретения, логический компонент принимает сигнал от базовой станции, причем сигнал указывает антенну, которая должна использоваться для обратной линии связи. Это полезно, когда решение, какая антенна должна использоваться, принимается не логическим компонентом, а базовой станцией, расположенной на земле.
Например, если мобильное устройство дальней связи соединено второй антенной с базовой станцией, а первая антенна измеряет более высокую мощность сигнала и/или качество сигнала другой базовой станции, то логический компонент принимает решение, следует ли выполнить передачу обслуживания на базовую станцию, измеряемую первой антенной. Решение, следует ли выполнять передачу обслуживания, может быть основано на информации о местоположении и/или измерениях мощности сигнала, качества сигнала, временного опережения и/или доплеровского сдвига первой и второй антенны. Если логический компонент принимает решение, что следует выполнить передачу обслуживания, на базовую станцию отправляется отчет об измерениях, содержащий данные, являющиеся важными для решения о передаче обслуживания. Базовая станция затем отправляет команду передачи обслуживания на мобильное устройство дальней связи, и передача обслуживания выполняется согласно стандарту 3GPP. Во время передачи обслуживания, антенна мобильного устройства дальней связи также может переключаться с первой антенны на вторую антенну, или наоборот.
Согласно вариантам осуществления изобретения, логический компонент мобильного устройства дальней связи взаимосвязан с глобальной навигационной спутниковой службой (GNSS) GPS или GALILEO. Обычно на летательном аппарате уже существует устройство GNSS. Траектория может доставляться устройством GNSS либо может легко рассчитываться логическим компонентом.
На основании данных GNSS и местоположений базовой станции, хранимых в базе данных в запоминающем устройстве мобильного устройства дальней связи, логический компонент оценивает, сближается ли летательный аппарат с базовой станцией (состояние К) или удаляется от базовой станции (состояние ОТ). Логический компонент может автономно выбирать антенну согласно следующему способу:
в случае состояния К, вторая антенна выбирается логическим компонентом.
В случае состояния ОТ, первая антенна выбирается логическим компонентом.
В случае передачи обслуживания, антенна переключается согласно новому состоянию, соответствующему местоположению целевой базовой станции.
Согласно вариантам осуществления изобретения, режим для выбора антенны в случае передачи зондирующих опорных символов остается неизменным по сравнению с определениями 3GPP для такого зондирования.
Решения, принятые на базовой станции для выполнения такого основанного на зондировании переключения антенны, однако, могут быть оптимизированы для применения в системах прямой связи класса «воздух-земля» посредством дополнительных критериев. Эти критерии могут применяться изолированно и в различных комбинациях из одного или более из критериев, приведенных ниже.
Выбор антенны основан непосредственно на текущем местоположении и траектории, основанных на данных GNSS, и выполняется логическим компонентом. Это обычно делается на самолетах любым способом, и информация может поставляться в логический компонент, или логический компонент имеет свой собственный приемник GNSS и рассчитывает местоположение и траекторию самостоятельно. Вместе с базой данных, содержащей местоположения антенн и их ориентации и другие параметры радиосвязи, подобные максимальной мощности передачи, информация может подвергаться оценке, какую из антенн лучше всего выбрать. Если радиосота с наилучшими ожидаемыми условиями радиосвязи расположена в прямом направлении, выбирается передняя антенна. Если радиосота с наилучшими ожидаемыми условиями радиосвязи расположена в обратном направлении, выбирается задняя антенна.
Термин «мощность радиосигнала» и/или «качество сигнала» далее ссылаются на измеренные мощность сигнала и/или качество сигнала, соответствующие определенной радиосоте, известной логическому компоненту. Предполагается, что используемое значение для процесса выбора антенны должно быть значением, которое отфильтровано по времени, например, усреднением определенного количества измерений или посредством фильтра HR (высокого разрешения), либо фильтром скользящего окна и т. д., чтобы избежать того, что неточности в измерении вызывают нежелательный выбор антенны. То же самое применяется ко всем другим значениям, подобным временному опережению или доплеровскому сдвигу частоты.
В случае процедуры передачи обслуживания, мощность радиосигнала и/или качество сигнала для сигнала прямой линии связи целевой радиосоты измеряется мобильным устройством дальней связи на обеих антеннах, передней и задней. Антенна, через которую передается радиосигнал обратной линии связи, выбирается для ассоциирования с целевой радиосотой, которая имеет более высокую интенсивность принимаемого радиосигнала прямой линии связи.
Критерии временного опережения во время процедуры эстафетной передачи обслуживания:
нормально, информация о временном опережении не измеряется на мобильном устройстве дальней связи. Взамен, логический компонент рассчитывает значение временного опережения на основании информации о местоположении, или значение временного опережения доставляется в логический компонент с базовой станции. Перед ассоциированием с целевой радиосотой, никакая информация от исходной базовой станции не доступна для значения временного опережения целевой базовой станции. Во время процесса ассоциирования значение временного опережения отправляется целевой базовой станцией на мобильное устройство дальней связи. Каким образом это значение временного опережения используется в качестве критерия переключения антенны, дополнительно описано ниже для случая без передачи обслуживания.
Доплеровские критерии, оцениваемые в логическом компоненте:
если, во время процедуры обслуживания, особенно во время синхронизации по целевой радиосоте, доплеровский сдвиг частоты сигнала прямой линии связи целевой радиосоты положителен - то есть, частота, измеренная при приеме мобильным устройством дальней связи для радиопередач, переданных с базовой станции, является более высокой, чем ожидаемая частота - выбирается вторая антенна. Если доплеровский сдвиг отрицателен, выбирается первая антенна.
В случае нормальной работы, то есть без исполняемой в текущий момент передачи обслуживания:
критерии мощности радиосигнала и/или качества радиосигнала оцениваются в логическом компоненте, как изложено ниже. Мощность радиосигнала и/или качества сигнала для сигнала прямой линии связи текущей радиосоты измеряется на обеих антеннах, передней и задней.
Одна антенна выбирается для передачи сигнала обратной линии связи, который имеет более высокие качество принимаемого радиосигнала и/или мощность сигнала прямой линии связи.
В еще одном из аспектов, изобретение относится к устройству базовой станции, содержащему средство дальней связи для установления беспроводного соединения дальней связи с мобильным устройством дальней связи. Устройство базовой станции приспособлено для приема информации о местоположении, мощности сигнала, качества сигнала, временного опережения и/или доплеровского сдвига частоты радиосигнала, переданного с устройства беспроводной дальней связи. На основании информации о местоположении, мощности сигнала, качества сигнала, временного опережения и/или доплеровского сдвига частоты, устройство базовой станции выбирает, первая или вторая антенна устройства беспроводной дальней связи будет использоваться для обратной линии связи соединения дальней связи. Устройство базовой станции передает сигнал на мобильное устройство дальней связи, сигнал указывает, какая антенна должна использоваться мобильным устройством дальней связи для передач во время установления беспроводного соединения дальней связи.
Согласно вариантам осуществления изобретения, базовая станция приспособлена для определения текущего местоположения устройства мобильной связи и/или выполняет измерения мощности сигнала, качества сигнала, временного опережения и/или доплеровского сдвига частоты радиосигнала, передаваемого с устройства беспроводной дальней связи. Местоположение мобильного устройства дальней связи, например, может определяться посредством триангуляции.
В еще одном аспекте, изобретение относится к системе, содержащей мобильное устройство дальней связи и устройство базовой станции. Мобильное устройство дальней связи содержит по меньшей мере первую и вторую антенну, электромагнитный экран, расположенный между первой и второй антенной, и логический компонент. Экран имеет первую сторону, обращенную к первой антенне, и вторую сторону, обращенную к второй антенне. Электромагнитный экран отражает электромагнитное излучение, падающее на первую сторону, так что часть излучения отражается на первую антенну, и электромагнитный экран отражает электромагнитное излучение, падающее на вторую сторону, так что по меньшей мере часть излучения отражается на вторую антенну. Первая и вторая антенна приспособлены для передачи и приема сигналов дальней связи одной и той же полосы частот. Логический компонент выбирает, первая или вторая антенна используется для обратной линии связи соединения дальней связи с базовой станцией.
Устройство базовой станции содержит средство дальней связи для установления беспроводного соединения дальней связи с мобильным устройством дальней связи. Устройство базовой станции приспособлено для приема измерений данных глобальной навигационной спутниковой системы, мощности сигнала и/или качества сигнала первой и второй антенны с мобильного устройства дальней связи. Из данных глобальной навигационной спутниковой системы может выводиться информация о местоположении. На основании информации о местоположении и измерений мощности сигнала, качества сигнала, временного опережения и/или доплеровского сдвига частоты, устройство базовой станции выбирает, первая или вторая антенна мобильного устройства дальней связи будет использоваться для обратной линии связи соединения дальней связи. Устройство базовой станции передает сигнал на мобильное устройство дальней связи, сигнал является указывающим, какая антенна должна использоваться мобильным устройством дальней связи для передач во время установления беспроводного соединения дальней связи.
В еще одном другом аспекте, изобретение относится к способу дальней связи для установления соединения дальней связи мобильного устройства дальней связи. Способ содержит этапы:
определения информации о местоположении, причем информация о местоположении, например, может быть данными глобальной навигационной спутниковой системы;
выполнения измерений мощности сигнала, качества сигнала, временного опережения и/или доплеровского сдвига частоты первой и второй антенны мобильного устройства дальней связи;
выбора, первая или вторая антенна используется для обратной линии связи соединения дальней связи, на основании информации о местоположении и/или измерений мощности сигнала, качества сигнала, временного опережения и/или доплеровского сдвига частоты первой и второй антенны; и
передач во время установления соединения дальней связи с первым устройством базовой станции.
Предпочтительно, этот способ выполняется логическим компонентом в мобильном устройстве дальней связи.
Согласно вариантам осуществления изобретения, мобильное устройство дальней связи определяет информацию о местоположении и измеряет мощность сигнала, качество сигнала, временное опережение и/или доплеровский сдвиг частоты первой и второй антенны, и устройство дальней связи выбирает, первая или вторая антенна используется для обратной лини связи соединения дальней связи. Предпочтительно, первая антенна используется для обратной линии связи соединения дальней связи с базовой станцией, расположенной позади мобильного устройства дальней связи, а вторая антенна используется для соединения дальней связи с базовой станцией, расположенной впереди мобильного устройства дальней связи.
Согласно вариантам осуществления изобретения, мобильное устройство дальней связи определяет информацию о местоположении, причем способ содержит дополнительный этап отправки информации о местоположении на первую базовую станцию. Первая базовая станция затем выбирает, первая или вторая антенна используется для соединения дальней связи, после получения принятой информации о местоположении с мобильного устройства дальней связи и/или после получения выполненных измерений мощности сигнала, качества сигнала, временного опережения и/или доплеровского сдвига частоты радиосигнала, переданного с мобильного устройства дальней связи. Первая базовая станция отправляет первый сигнал на мобильное устройство дальней связи, который указывает, какая антенна должна использоваться для соединения дальней связи.
Отправленные данные могут содержаться в отчете об измерениях, расширенном по сравнению с отчетом об измерениях согласно стандартам 3GPP. После приема вышеупомянутых данных, устройство базовой станции выбирает, первая или вторая антенна мобильного устройства дальней связи используется для обратной линии связи соединения дальней связи. Базовая станция отправляет первый сигнал на мобильное устройство дальней связи, который указывает, какая антенна должна использоваться для обратной линии связи соединения дальней связи.
Согласно вариантам осуществления изобретения, базовая станция определяет информацию о местоположении и/или измеряет мощность сигнала, качество сигнала, временное опережение и/или доплеровский сдвиг радиосигнала, передаваемого с мобильного устройства дальней связи. Способ дополнительно содержит этапы
выбора, первая или вторая антенна используется для соединения дальней связи, после получения определенной информации о местоположении и/или получения измеренных мощности сигнала, качества сигнала, временного опережения и/или доплеровского сдвига частоты радиосигнала, переданного с мобильного устройства дальней связи. Базовая станция отправляет второй сигнал на мобильное устройство дальней связи, причем этот сигнал указывает, какая антенна должна использоваться для соединения дальней связи.
Согласно вариантам осуществления изобретения, базовая станция устанавливает пороговое значение для одного из измеренных свойств сигнала и передает это пороговое значение на мобильное устройство дальней связи. Мобильное устройство дальней связи затем отправляет сигнал на базовую станцию, когда достигается это пороговое значение. Таким образом, базовая станция знает, когда достигается предопределенное пороговое значение и, в таком случае, может выбирать, какая антенна базовой станции будет использоваться для обратной линии связи, или базовая станция может принимать решение выполнять передачу обслуживания.
Согласно вариантам осуществления, измерение доплеровского сдвига может выполняться для обратной или прямой линии связи.
Согласно вариантам осуществления изобретения, способ дополнительно содержит этапы
передачи устройством базовой станции третьего сигнала на вторую базовую станцию, причем третий сигнал указывает информацию о местоположении, мощность сигнала, качество сигнала и/или доплеровский сдвиг первой и второй антенны;
передачи четвертого сигнала с первой базовой станции на мобильное устройство дальней связи, причем четвертый сигнал указывает выполнение процедуры передачи обслуживания с первого устройства базовой станции на второе устройство базовой станции.
Передача обслуживания в таком случае выполняется согласно стандартам 3GPP. Таким образом, логический компонент мобильного устройства дальней связи решает, когда будет выполняться передача обслуживания, на основании данных, принимаемых антеннами или из глобальной навигационной спутниковой системы. Если логический компонент принимает решение выполнять передачу обслуживания, надлежащие данные отправляются на базовую станцию, которая затем информирует, согласно стандартам 3GPP, целевую базовую станцию о процедуре передачи обслуживания и отправляет команду передачи обслуживания на мобильное устройство дальней связи, когда будет выполняться передача обслуживания.
Процедура передачи обслуживания также может быть привязана к переключению антенны. Например, когда мобильное устройство дальней связи перемещается от первой базовой станции по направлению к второй базовой станции, первая антенна может использоваться для осуществления связи через обратную линию связи с первой базовой станцией, а вторая антенна используется для осуществления связи через обратную линию связи с второй базовой станцией. Когда выполняется передача обслуживания с первой базовой станции на вторую базовую станцию, логический компонент также переключается с использования первой антенны для обратной линии связи соединения дальней связи на использование второй антенны для обратной линии связи соединения дальней связи.
Согласно вариантам осуществления изобретения, мобильное устройство дальней связи измеряет доплеровский сдвиг частоты сигнала со второй базовой станции. Измеренный доплеровский сдвиг частоты затем передается с мобильного устройства дальней связи на первую базовую станцию. Первая базовая станция передает измеренный доплеровский сдвиг частоты на вторую базовую станцию. Таким образом, вторая базовая станция осведомлена о доплеровском сдвиге сигнала со второй базовой станции на мобильное устройство дальней связи.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
В последующем, будут описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения только в качестве примера и со ссылкой на чертежи, на которых:
фиг. 1 - схематичный вид летательного аппарата, содержащего мобильное устройство дальней связи, содержащее две антенны, и двух базовых станций на земле;
фиг. 2 - схематичный вид мобильного устройства дальней связи с двумя антеннами и электромагнитным экраном;
фиг. 3 - схематичный вид мобильного устройства дальней связи с двумя антеннами и электромагнитным экраном в корпусе;
фиг. 4 - схематичный вид мобильного устройства дальней связи с двумя антеннами и альтернативным электромагнитным экраном;
фиг. 5 - схематичный вид мобильного устройства дальней связи с двумя антеннами и изогнутым электромагнитным экраном;
фиг. 6 - схематичный вид мобильного устройства дальней связи с двумя антеннами и электромагнитным экраном, изогнутым в двух направлениях;
фиг. 7 - мобильное устройство дальней связи с двумя антеннами и электромагнитным экраном, изогнутым в двух направлениях;
фиг. 8 - схематичный вид двух базовых станций и соответствующей зоны покрытия, а также четырех направлений перемещения летательного аппарата;
фиг. 9 - диаграмма временного опережения, доплеровского сдвига частоты, качества/мощности сигнала двух антенн;
фиг. 10 - диаграмма временного опережения, доплеровского сдвига частоты, качества/мощности сигнала двух антенн для альтернативной траектории летательного аппарата;
фиг. 11 - диаграмма временного опережения, доплеровского сдвига частоты, качества/мощности сигнала двух антенн для третьей траектории летательного аппарата;
фиг. 12 - структурная схема мобильного устройства дальней связи;
фиг. 13 - структурная схема системы, содержащей мобильное устройство дальней связи и базовую станцию; и
фиг. 14 - структурная схема, иллюстрирующая способ переключения антенн.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Одинаково пронумерованные элементы на чертежах являются идентичными элементами, либо выполняют одинаковую функцию. Элементы, которые были описаны ранее, не обязательно будут описываться для последующих чертежей, если их функционирование идентично.
Фиг. 1 - схематичный вид мобильного устройства 100 дальней связи, содержащего две антенны 106 и 108, и электромагнитный экран 110. Электромагнитный экран 110 расположен между двумя антеннам 106 и 108. Первая антенна 106 приспособлена для передачи и приема сигналов с заднего направления летательного аппарата, а вторая антенна 108 приспособлена для передачи и приема сигналов с переднего направления летательного аппарата. Обе антенны 106 и 108 являются ненаправленными антеннами, направление сигналов определяется их ориентацией относительно электромагнитного экрана 110. Таким образом, в направлении перемещения летательного аппарата, первая антенна 106 расположена позади электромагнитного экрана 110, а вторая антенна 108 расположена впереди электромагнитного экрана 110.
На земле расположены две базовых станции 102 и 104. Так как обе антенны 106 и 108 мобильного устройства дальней связи передают и принимают сигналы в одной и той же полосе частот, обе антенны 106 и 108 могли бы поддерживать связь с обеими базовыми станциями 102 и 104. Вследствие электромагнитного экрана 110 между антеннами 106 и 108, обратная линия связи соединения дальней связи наилучшим образом возможна для одной антенны с одной базовой станцией. Базовая станция 102 расположена так, что вторая антенна 108, которая передает и принимает сигналы с переднего направления летательного аппарата, может наилучшим образом использоваться для обратной линии связи с базовой станцией 102. Базовая станция 104 расположена так, что первая антенна 106, которая передает и принимает сигналы с направления сзади летательного аппарата, может наилучшим образом использоваться для обратной линии связи с базовой станцией 104. Прием радиосигналов всегда нормально выполняется схемой разнесения приема (Rx), которая автоматически комбинирует принятые радиосигналы обеих антенн.
Таким образом, посредством измерения мощности сигнала, качества сигнала, доплеровского сдвига частоты и/или временного опережения обеих антенн, логический компонент (не изображен) мобильного устройства 100 дальней связи выбирает, какая антенна будет наилучшим образом использоваться для обратной линии связи соединения дальней связи. К тому же, данные глобальной навигационной спутниковой системы, регистрируемые на летательном аппарате соответствующим способом, могут использоваться логическим компонентом для определения, какая базовая станция более вероятно будет иметь хорошее соединение дальней связи с мобильным устройством дальней связи.
Поэтому мобильное устройство 100 дальней связи может содержать запоминающее устройство, содержащее базу данных с данными, представляющими информацию о местоположении базовых станций. Логический компонент в таком случае может сравнивать информацию о местоположении летательного аппарата с данными в базе данных и выбирать базовую станцию для поддержания связи. Информация о местоположении, например, может быть данными глобальной навигационной спутниковой системы, которые обычно измеряются на летательном аппарате. В зависимости от выбора базовой станции, также выбирается антенна для передач обратной линии связи. Для поддержания связи с базовой станцией 104, выбиралась бы первая антенна 106, а для поддержания связи с базовой станцией 102, выбиралась бы антенна 108.
Если летательный аппарат перемещается и проходит мимо базовой станции 102, мощность сигнала и качество сигнала, принимаемого второй антенной 108, будет уменьшаться с большой крутизной, так как вторая антенна 108 приспособлена только для поддержания связи с базовыми станциями, находящимися впереди летательного аппарата. Посредством переключения связи на первую антенну 106, соединение дальней связи с базовой станцией 102 поддерживается, и первая антенна 106 используется для дальнейшей связи с базовой станцией 102.
Фиг. 2 показывает схематичный вид мобильного устройства дальней связи, содержащего первую антенну 106 и вторую антенну 108, и электромагнитный экран 110. Фиг. 2a - вид сбоку в поперечном разрезе мобильного устройства 100 дальней связи. Фиг. 2b - схематичный вид снизу мобильного устройства 100 дальней связи, фиг. 2c - вид сверху мобильного устройства 100 дальней связи, а фиг. 2d - вид спереди в поперечном разрезе мобильного устройства 100 дальней связи.
На фиг. 2a, может быть видно, что две антенны 106 и 108 разделены электромагнитным экраном 110, и что излучение, передаваемое антенной 106, принимается антенной 108 с высоким коэффициентом ослабления, и наоборот. Два BNC соединителя 112 приспособлены для присоединения антенн 106 и 108 к другим электрическим элементам (не показаны), например, логическому компоненту. На фиг. 2b и c, электромагнитный экран может быть виден снизу и сверху. На фиг. 2d изображен поперечный разрез электромагнитного экрана 110. Электромагнитный экран 110 является по меньшей мере таким же протяженным, как первая и вторая антенна 106 и 108, предпочтительно он является более протяженным. Возле BNC соединителей 112, электромагнитный экран расширяется в поперечном сечении. Это предназначено для избежания или уменьшения перекрытия двух главных лепестков диаграммы направленности характеристик излучения антенн.
Фиг. 3 - схематичный вид двух мобильных устройств дальней связи, каждое мобильное устройство дальней связи содержит две антенны 106 и 108, и электромагнитный экран 110, который расширяется возле BNC соединителей 112. Одно мобильное устройство дальней связи установлено на своих BNC соединителях 112. Следует отметить, что мобильное устройство дальней связи установлено на самолете инверсным образом, то есть с BNC соединителями сверху. Второе мобильное устройство дальней связи на фиг. 3 лежит на своей боковой стороне. В процессе работы, антенны 106 и 108 поддерживают связь на одной и той же полосе частот, и сигналы, передаваемые или принимаемые с первой антенны 106, экранируются электромагнитным экраном 110 от второй антенны 108, а сигналы, передаваемые или принимаемые с второй антенны 108, экранируются от первой антенны 106 электромагнитным экраном 110. Вследствие этого первая антенна 106 приспособлена для поддержания связи в первом направлении, а вторая антенна 108 приспособлена для поддержания связи во втором направлении.
Фиг. 4 показывает схематичный вид мобильного устройства дальней связи, содержащего первую антенну 106 и вторую антенну 108, и электромагнитный экран 110. Фиг. 4a - вид сбоку в поперечном разрезе мобильного устройства 100 дальней связи. Фиг. 4b - схематичный вид снизу мобильного устройства 100 дальней связи, фиг. 4c - вид сверху мобильного устройства 100 дальней связи, а фиг. 4d - вид спереди в поперечном разрезе мобильного устройства 100 дальней связи.
На фиг. 4a видно, что две антенны 106 и 108 разделены электромагнитным экраном 110, и что излучение, передаваемое антенной 106, принимается антенной 108 с высоким коэффициентом ослабления, и наоборот. Два BNC соединителя 112 приспособлены для присоединения антенн 106 и 108 к другим электрическим элементам (не показаны), например, логическому компоненту. На фиг. 4b и c электромагнитный экран можно видеть снизу и сверху. На фиг. 4d изображен поперечный разрез электромагнитного экрана 110. Электромагнитный экран 110 является по меньшей мере таким же протяженным, как первая и вторая антенна 106 и 108, предпочтительно он является более протяженным. Возле BNC соединителей 112 электромагнитный экран расширяется в поперечном сечении. Это обеспечивает модификацию характеристик излучения антенн 106 и 108 разными способами.
Фиг. 4a показывает криволинейную форму электромагнитного экрана 110. Электромагнитный экран 110 является изогнутым в направлении антенны 106, так что он окружает антенну 106 в двух измерениях. Дополнительная кривизна в третьем измерении также возможна (но не изображена) и является частью других вариантов осуществления изобретения.
В таком случае антенна 106 окружена по всем трем измерениям электромагнитного экрана 110, и угол излучения строго ограничивается электромагнитным экраном 110. Таким образом, кривизна по всем измерениям улучшает коэффициент усиления антенны и направление излучения сигналов.
Фиг. 5 - схематичный вид двух мобильных устройств дальней связи, каждое мобильное устройство дальней связи содержит две антенны 106 и 108, и электромагнитный экран 110, который расширяется возле BNC соединителей 112. Одно мобильное устройство дальней связи установлено на своих BNC соединителях 112. Следует отметить, что мобильное устройство дальней связи установлено на самолете инверсным образом, то есть соединителями b и c вверх. Второе мобильное устройство дальней связи на фиг. 5 расположено на своей боковой стороне. В процессе работы антенны 106 и 108 поддерживают связь на одной и той же полосе частот, и сигналы, передаваемые или принимаемые с первой антенны 106, экранируются электромагнитным экраном 110 от второй антенны 108, а сигналы, передаваемые или принимаемые с второй антенны 108, экранируются от первой антенны 106 электромагнитным экраном 110. Вследствие этого первая антенна 106 приспособлена для поддержания связи в первом направлении, а вторая антенна 108 приспособлена для поддержания связи во втором направлении.
На фиг. 5, электромагнитный экран 110 изогнут, так что он окружает антенну 106 по двум измерениям. Дополнительная кривизна по третьему измерению также возможна (но не изображена) и является частью других вариантов осуществления изобретения. В таком случае антенна 106 окружена по всем трем измерениям электромагнитного экрана 110, и угол излучения строго ограничивается электромагнитным экраном 10. Таким образом, кривизна по всем измерениям улучшает коэффициент усиления антенны и направление сигналов по-разному для двух антенн 106 и 108.
Фиг. 6 показывает схематичный вид мобильного устройства дальней связи, содержащего первую антенну 106 и вторую антенну 108, и электромагнитный экран 110. Фиг. 6a - вид сбоку в поперечном разрезе мобильного устройства 100 дальней связи. Фиг. 6b - схематичный вид снизу мобильного устройства 100 дальней связи, фиг. 6c - вид сверху мобильного устройства 100 дальней связи, а фиг. 6d - вид спереди в поперечном разрезе мобильного устройства 100 дальней связи.
На фиг. 6a можно видеть, что две антенны 106 и 108 разделены электромагнитным экраном 110, и что излучение, передаваемое антенной 106, принимается антенной 108 с высоким коэффициентом ослабления, и наоборот. Два BNC соединителя 112 приспособлены для присоединения антенн 106 и 108 к другим электрическим элементам (не показаны), например, логическому компоненту. На фиг. 6b и c, электромагнитный экран можно видеть снизу и сверху. На фиг. 6d изображен поперечный разрез электромагнитного экрана 110. Электромагнитный экран 110 является по меньшей мере таким же протяженным, как первая и вторая антенна 106 и 108, предпочтительно он является более протяженным. Возле BNC соединителей 112, электромагнитный экран расширяется в поперечном сечении. Это предназначено для избежания взаимных помех.
Фиг. 6a показывает криволинейную форму электромагнитного экрана 110. Электромагнитный экран 110 профилирован, так что два окружающих элемента электромагнитного экрана 110 окружали антенны 106 и 108. Дополнительная кривизна в третьем измерении также возможна (не изображено) и является частью других вариантов осуществления изобретения. В таком случае антенны 106 и 108 окружены во всех трех измерениях электромагнитного экрана 110, и угол излучения строго ограничивается электромагнитным экраном 110. Таким образом, кривизна во всех измерениях улучшает коэффициент усиления антенны и направление сигналов.
Фиг. 7 - схематичный вид двух мобильных устройств дальней связи, каждое мобильное устройство дальней связи содержит две антенны 106 и 108, и электромагнитный экран 110, который расширяется возле BNC соединителей 112. Одно мобильное устройство дальней связи установлено на своих BNC соединителях 112. Следует отметить, что мобильное устройство дальней связи установлено на самолете инверсным образом, то есть соединителями b и c сверху. Второе мобильное устройство дальней связи на фиг. 7 лежит на своей боковой стороне. В процессе работы антенны 106 и 108 поддерживают связь на одной и той же полосе частот, и сигналы, передаваемые или принимаемые с первой антенны 106, экранируются электромагнитным экраном 110 от второй антенны 108, а сигналы, передаваемые или принимаемые с второй антенны 108, экранируются от первой антенны 106 электромагнитным экраном 110. Вследствие этого, первая антенна 106 приспособлена для поддержания связи в первом направлении, а вторая антенна 108 приспособлена для поддержания связи во втором направлении.
На фиг. 7 электромагнитный экран 110 искривлен, так что два окружающих элемента электромагнитного экрана 110 окружают антенны 106 и 108. Дополнительная кривизна по третьему измерению также возможна (не изображено) и является частью других вариантов осуществления изобретения. В таком случае антенны 106 и 108 окружены по всем трем измерениям электромагнитного экрана 110, и угол излучения строго ограничивается электромагнитным экраном 110. Таким образом, кривизна во всех измерениях избегает или уменьшает перекрытие двух главных лепестков диаграммы направленности характеристик излучения антенн и, кроме того, улучшает коэффициент усиления антенны и направление сигналов по-разному для двух антенн 106 и 108.
Фиг. 8 - схема четырех примерных траекторий 800, 802, 804 и 806 самолета. Каждая траектория ведет через первую соту 808 и вторую соту 810. Первая сота 808 обслуживается первой базовой станцией 102, а вторая сота 810 обслуживается второй базовой станцией 104. На траектории 800 летательный аппарат пролетает непосредственно над первой базовой станцией 102, а затем над второй базовой станцией 104. Следуя траектории 802, летательный аппарат сначала пролетает через соту 808, обслуживаемую базовой станцией 102, а потом через соту 810, обслуживаемую базовой станцией 104. Траектория 804 ведет через зону между двумя базовыми станциями 102 и 104, через зону перекрытия двух сот 808 и 810. Траектория 806 является круговой траекторией, которая, например, выполняется летательным аппаратом, ожидающим разрешения посадки. Траектория 806 полностью лежит во второй соте 810, обслуживаемой второй базовой станцией 104.
Фиг. 9 показывает временное опережение, качество сигнала задней антенны, доплеровский сдвиг частоты, а также качество и мощность сигнала передней антенны летательного аппарата, придерживающегося траектории 800, изображенной на фиг. 8. Траектория 800 проходит прямо над базовыми станциями 102 и 104. Следует отметить, что, из каждых данных, изображенных на фиг. 9, может определяться момент прохождения базовой станции 102 или базовой станции 104.
Например, временное опережение уменьшается, когда летательный аппарат перемещается по направлению к базовой станции, временное опережение увеличивается, когда летательный аппарат удаляется от базовой станции. Доплеровский сдвиг частоты положителен при перемещении к базовой станции и отрицателен при удалении от базовой станции. Качество и мощность сигнала с задней антенны ниже, чем качество и мощность сигнала с передней антенны, при перемещении к базовой станции, и наоборот при удалении от базовой станции.
Фиг. 10 - диаграмма качества и мощности сигнала задней и передней антенны, временного опережения и доплеровского сдвига для летательного аппарата, находящегося на траектории 802, изображенной на фиг. 8. Доплеровский сдвиг частоты положителен, но уменьшается, в противоположность фиг. 9, когда летательный аппарат сокращает расстояние до базовой станции 102 или 104. Так как траектория 802 не проходит прямо над базовыми станциями 102 и 104, доплеровский сдвиг частоты не сдвигается сразу же вблизи базовой станции 102. Доплеровский сдвиг частоты постоянно уменьшается, в области вблизи базовых станций 102 или 104 уменьшается быстро по сравнению с остальной частью траектории. Временное опережение изменяется подобно фиг. 9, но с меньшей крутизной, так как траектория 802 не проходит непосредственно над базовыми станциями 102 и 104. Качество и мощность сигнала задней и передней антенны также изменяются подобно фиг. 9. Вновь, из измеренных сигналов можно легко определять, когда летательный аппарат проходит базовую станцию, и когда соединение дальней связи должно быть переключено с одной антенны на другую. Например, доплеровский сдвиг частоты становится отрицательным при прохождении мимо базовой станции, и будет использоваться задняя антенна, временное опережение возрастает, когда будет использоваться задняя антенна, и уменьшается, когда будет использоваться передняя антенна. Что касается принятия решения на основании качества сигнала и/или мощности сигнала, простое сравнение двух значений задней антенны с двумя значениями передней антенны делает очевидным, какая антенна должна использоваться наилучшим образом.
Фиг. 11 показывает измеренные данные с летательного аппарата, придерживающегося траектории 804, изображенной на фиг. 8. Траектория 804 ведет только через зону, которая покрывается обеими базовыми станциями 102 и 104. Летательный аппарат проходит мимо базовых станций 102 и 104 одновременно. На всем протяжении всей траектории, измеряются временное опережение, качество/мощность сигнала задней антенны, доплеровский сдвиг частоты и качество/мощность сигнала передней антенны. Доплеровский сдвиг частоты вновь постоянно уменьшается и становится отрицательным, когда летательный аппарат прошел мимо базовых станций 102 и 104, качество сигнала и мощность сигнала задней антенны увеличивается с большой крутизной при приближении к базовым станциям 102 и 104 и уменьшается при удалении от базовых станций 102 и 104. Качество сигнала и мощность сигнала передней антенны увеличивается с высокой крутизной при удалении от базовых станций 102 и 104. Временное опережение уменьшается при приближении к базовым станциям 102 и 104, и увеличивается при удалении от базовых станций 102 и 104. Вновь можно легко видеть, как на фиг. 9 и 10, каким образом определять, когда следует переключать антенну, которая должна использоваться для радиочастотной дальней связи.
Фиг. 12 - структурная схема мобильного устройства 100 дальней связи, содержащего первую антенну 106, вторую антенну 108, электромагнитный экран 110, логический компонент 1000 и запоминающее устройство 1002. В процессе работы первая и вторая антенна 106 и 108 поддерживают связь в одной и той же полосе радиочастот. Например, они поддерживают связь с устройством базовой станции. Логический компонент приспособлен для приема сигналов с первой и второй антенны 106 и 108 и считывания из запоминающего устройства 1002. Кроме того, логический компонент 1000 определяет, какая антенна будет использоваться для обратной линии связи соединения дальней связи.
Фиг. 13 показывает систему, содержащую базовую станцию 1100 и мобильное устройство 100 дальней связи. Мобильное устройство 100 дальней связи содержит первую антенну 106, вторую антенну 108, электромагнитный экран 110, логический компонент 1000 и запоминающее устройство 1002. Запоминающее устройство 1002 может содержать базу данных, являющуюся указывающей местоположения базовых станций.
Базовая станция 1100 содержит средство 1102 передачи и приема для поддержания связи с мобильным устройством 100 дальней связи и процессор 1104. Мобильное устройство дальней связи передает данные, указывающие на переключение антенны или выполнение передачи обслуживания на другую базовую станцию через первую антенну 106 или вторую антенну 108, в средство 1102 передачи и приема базовой станции 1100. Процессор 1104 затем считывает принятые данные и определяет, будет ли выполняться передача обслуживания, или другая антенна, не используемая в настоящее время, будет использоваться для обратной линии связи соединения дальней связи.
Фиг. 14 - структурная схема способа, причем способ содержит этапы:
S1: выполнение измерений данных глобальной навигационной спутниковой системы, мощности сигнала, качества сигнала, временного опережения и/или доплеровского сдвига частоты первой и второй антенны мобильного устройства дальней связи;
S2: выбор, первая или вторая антенна используется для соединения дальней связи, на основании измерений мощности сигнала, качества сигнала, временного опережения и/или доплеровского сдвига частоты первой и второй антенны; и S3: установление соединения дальней связи с первым устройством базовой станции.
СПИСОК НОМЕРОВ ССЫЛОК
100
Мобильное устройство дальней связи
102
Первая базовая станция
104
Вторая базовая станция
106
Первая антенна
108
Вторая антенна
110
Электромагнитный экран
800
Траектория
802
Траектория
804
Траектория
806
Траектория
808
Первая сота
810
Вторая сота
1000
Логический компонент
1002
Запоминающее устройство
1100
Базовая станция
1102
Средство передачи и приема
1104
Процессор