[發明專利]用于高空平臺(HAP)通信系統的移動性和功率管理

在審

• 申請號: 201580019953.5
• 申請日: 2015-02-17
• 公開（公告）號: CN107431526A
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 阿默德·杰拉利;狄納卡·蘭德克里希南;默蘭·巴海伊;凱文·狄奧斯
• 申請（專利權）人: 尤比庫姆特有限責任公司
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 姜冰,劉春元

相關申請的交叉引用

本申請要求2014年2月17日提交的美國臨時專利申請序號61/940805、2014年2月28日提交的美國臨時專利申請序號61/946575以及2015年2月17日提交的美國非臨時專利申請序號14/624320的優先權。

背景技術

隨著這些年因特網業務增加，需要新技術以較低成本向家庭和企業以及向尚未覆蓋的地方交付寬帶接入。當前寬帶接入系統具有多個缺點。一個問題是邊遠、人口稀少和不發達區域中的服務的缺乏。地球同步衛星在發達世界（例如美國內）的邊遠區域中提供服務。但是，例如非洲的世界較貧窮區域缺乏充分衛星容量。

在世界的貧窮地區尚未充分提供衛星容量的一個顯著原因是衛星系統的較高成本。由于衛星軌道中的不利大氣效應，衛星硬件必須合乎太空質量并且是高成本的。使衛星進入軌道的運載火箭也是高成本的。此外，由于衛星的發射風險和高成本，存在確保衛星和發射的大量成本。因此，寬帶衛星系統和服務是較高成本的，并且在世界的貧窮地區難以證明是合理的。在人口稀少地區部署諸如光纖或微波鏈路之類的陸地系統也是高成本的。訂戶的小密度沒有證明部署成本是合理的。

因此，存在對于使用航空平臺向貧窮、人口稀少和不發達地區提供寬帶服務的高效方式的需要。

發明內容

諸如飛機、氣球和遙控飛機或無人航空器(UAV)的許多高空平臺(high altitude platform，HAP)已經或者將要部署在世界的各個地區。這類平臺可按照比典型衛星網絡更為成本有效的方式來部署。

一些實施例提供將地面終端(GT)從HAP波束（beam）切換（handoff）到另一個HAP波束(HAP內切換)的方式。地面終端從相鄰HAP波束的波束到與GT進行通信的HAP波束來測量接收信號上的接收信號強度(RSS)，并且選擇其RSS處于服務波束的RSS的閾值之內或者超過服務波束的RSS的閾值的相鄰波束作為候選HAP波束。GT在發現候選HAP波束時可向候選HAP波束無線電單元發送切換請求消息。候選HAP波束無線電單元可向HAP服務波束無線電單元發送請求關于GT IP會話的信息的信息請求消息。HAP服務波束無線電單元可在信息響應消息中向候選HAP波束無線電單元發送所請求信息。候選HAP波束無線電單元可向HAP子系統發送地址映射消息，以通過將地面終端的IP地址映射到候選HAP波束無線電單元媒體接入控制(MAC)地址來改變其路由選擇表。接著，候選HAP波束無線電單元可向GT和HAP子系統發送切換完成消息，并且成為新的HAP服務波束。以前的HAP服務波束無線電單元可向GT發送任何未決分組，以及向新的HAP服務波束無線電單元發送去往地面終端的新分組。

一些實施例描述將GT從一個HAP切換到另一個HAP(HAP間切換)的系統和方法。GT可在來自和與地面終端進行通信的HAP相鄰的HAP的接收信號上測量接收信號強度(RSS)，并且選擇其RSS處于服務HAP的RSS的閾值之內的相鄰HAP作為候選HAP。GT在發現候選HAP時可向候選HAP發送切換請求消息。候選HAP可向服務HAP發送請求關于GT IP會話的信息的信息請求消息。服務HAP可在信息響應消息中向候選HAP發送所請求信息。候選HAP可向HAP子系統發送地址映射消息，以便通過將GT的IP地址映射到候選HAP MAC地址來改變其路由選擇表。接著，候選HAP可向GT和HAP網絡子系統發送切換完成消息，并且成為新的服務HAP。以前的服務HAP可向地面終端發送任何未決分組，以及向新的服務HAP發送去往地面終端的新分組。

一些實施例為GT提供至少兩個天線孔徑/波束，稱作搜索天線的一個天線孔徑/波束可用來搜索HAP間切換中的候選HAP，以及稱作通信天線的第二天線孔徑/波束可用來與服務HAP進行通信。在HAP間切換期間，搜索天線可首先建立與新的服務HAP的通信鏈路。接著，通信天線可操縱（steer）其波束朝向新的服務HAP，并且從搜索天線接管與新的服務HAP的鏈路。搜索天線開始搜索新的候選HAP。這個方案導致HAP網絡與GT之間的不間斷通信。搜索天線的大小可比通信天線要小，以減少GT大小和成本。

一些實施例提供使HAP通信有效載荷的功率消耗為最小的方式。HAP網絡子系統可實現睡眠模式，其中子系統在沒有接收或傳送數據時進入睡眠模式。HAP通信有效載荷可支持“通-斷”占空比，其中在通周期期間，子系統是活動的并且接收/傳送數據，而在斷周期期間，子系統處于睡眠模式以節省功率。“通-斷”占空比模式允許系統調整對業務的功率消耗。