基于飛行器的空對(duì)地通信系統(tǒng)與現(xiàn)有對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)之間的頻譜共享的制作方法

本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2012年06月26日，題為“基于飛行器的空對(duì)地通信系統(tǒng)與現(xiàn)有對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)之間的頻譜共享”，申請(qǐng)?zhí)枮?01280032486.6的專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求于2011年6月29日遞交的美國(guó)專利申請(qǐng)no.13/172,539的優(yōu)先權(quán)。于2011年6月29日遞交的美國(guó)專利申請(qǐng)no.13/172,539是于2008年6月12日遞交的美國(guó)專利申請(qǐng)no.12/137,995的部分接續(xù)申請(qǐng)；其是于2003年12月7日遞交的美國(guó)專利申請(qǐng)no.10,730,329、現(xiàn)在于2006年9月26日發(fā)布的美國(guó)專利no.7,113,780的部分接續(xù)申請(qǐng)；也是于2006年7月24日遞交的美國(guó)專利申請(qǐng)no.11/492,545、現(xiàn)在于2010年7月6日發(fā)布的美國(guó)專利no.7,751,815的部分接續(xù)申請(qǐng)；其是于2003年12月7日遞交的美國(guó)專利申請(qǐng)no.10,730,329、現(xiàn)在于2006年9月26日發(fā)布的美國(guó)專利no.7,113,780的接續(xù)申請(qǐng)。于2011年6月29日遞交的美國(guó)專利申請(qǐng)no.13/172,539還是于2009年4月14日遞交的美國(guó)專利申請(qǐng)no.12/423,555的部分接續(xù)申請(qǐng)，其是于2003年12月7日遞交的美國(guó)專利申請(qǐng)no.10,730,329、現(xiàn)在于2006年9月26日發(fā)布的美國(guó)專利no.7,113,780的接續(xù)申請(qǐng)，。前述申請(qǐng)據(jù)此以引用方式合并到相同的程度，如同在本文中充分公開。

概括地說(shuō)，本發(fā)明涉及空對(duì)地(atg)通信，具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及提供通信設(shè)備的通信系統(tǒng)，所述通信設(shè)備由位于飛行器上的通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)服務(wù)，通過(guò)重新使用目前由飛行器在其中進(jìn)行操作的空間的量中尚存的、對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)的射頻頻譜而具有高速空對(duì)地通信服務(wù)。

背景技術(shù)：

在空對(duì)地(atg)通信(諸如在飛行器和atg地面站之間)的領(lǐng)域中，提供足夠的帶寬以攜帶通信設(shè)備(其由位于飛機(jī)上的通信網(wǎng)絡(luò)(有線的或無(wú)線的)來(lái)服務(wù))和atg地面站(其被連接到陸地通信網(wǎng)絡(luò))之間的通信是個(gè)難題。用于這個(gè)目的的atg地面站的集合實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)，其中每個(gè)atg地面站包括“小區(qū)站點(diǎn)”。存在可用于這個(gè)目的的有限的頻譜選擇，這些選擇也受限于用于在飛行器上實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的射頻天線的能力。

典型的atg蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)包括多個(gè)陸地(地面)atg基站，它們中的每一個(gè)在預(yù)定的空間的量?jī)?nèi)提供射頻覆蓋區(qū)域，輻射狀地在小區(qū)站點(diǎn)周圍安排發(fā)射和接收天線。這種陸地基站使用天線方向圖，所述天線方向圖對(duì)接收源自地面或地面反射的信號(hào)較不敏感，以及其天線方向圖主要地聚焦于地平線與天頂之間的區(qū)域。陸地基站是地理上分布的，通常跟隨著典型的蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)布局。陸地基站也可以在機(jī)場(chǎng)附近共處在一地，以當(dāng)飛行器在地面時(shí)啟用網(wǎng)絡(luò)覆蓋；這種情況下，天線方向圖是針對(duì)位于陸地的飛行器來(lái)優(yōu)化的。每個(gè)陸地基站的覆蓋區(qū)域的邊界基本上與鄰居站點(diǎn)的邊界是鄰接的，以使atg蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)中所有陸地基站的復(fù)合覆蓋通常提供在目標(biāo)區(qū)域上的覆蓋。陸地基站可以使用與單個(gè)發(fā)射和接收天線系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的收發(fā)機(jī)來(lái)提供單個(gè)全小區(qū)的覆蓋，或者在站點(diǎn)的覆蓋區(qū)域內(nèi)的多個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)具有相關(guān)聯(lián)的收發(fā)機(jī)和相關(guān)聯(lián)的發(fā)射和接收天線。每個(gè)陸地基站具有多個(gè)扇區(qū)的后一種安排的優(yōu)勢(shì)是允許在所述陸地基站的覆蓋區(qū)域中提供增強(qiáng)的呼叫和數(shù)據(jù)流量的處理容量。

可用于這個(gè)目的的當(dāng)前的射頻頻譜限制了在任何單個(gè)小區(qū)中的總的可用流量處理容量。因此，在飛行器與atg蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)的陸地基站之間的射頻通信鏈路已經(jīng)限制了容量，以及，隨著乘客使用飛行器網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行因特網(wǎng)瀏覽和寬帶文件下載，信道容量會(huì)在需求整體被滿足之前耗盡。更多有優(yōu)勢(shì)的頻譜選擇目前是不可用的，因?yàn)樗鼈儗ｉT用于早已存在的用途，諸如衛(wèi)星通信。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

通過(guò)基于飛機(jī)的空對(duì)地通信系統(tǒng)與現(xiàn)有的對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)之間目前的頻譜共享(在本文中被稱為“頻譜共享系統(tǒng)”)解決了上述問(wèn)題以及獲得了在本領(lǐng)域中的技術(shù)改進(jìn)，其實(shí)現(xiàn)了基于飛機(jī)的空對(duì)地(atg)通信系統(tǒng)與對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)系統(tǒng)之間的頻譜重新使用。這是通過(guò)管理在飛行器在其中操作的空間的量中的射頻傳輸來(lái)完成的，其中通過(guò)在公共頻譜中實(shí)現(xiàn)顛倒的上行鏈路和下行鏈路射頻路徑減少了頻譜共享系統(tǒng)與對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)系統(tǒng)之間的干擾。頻譜共享系統(tǒng)還避免干擾對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)的地球站，所述地球站通過(guò)依靠地球站的高指向性天線方向圖和頻譜共享系統(tǒng)地面站天線方向圖的組合來(lái)指向衛(wèi)星的軌道弧，以及通過(guò)確保頻譜共享系統(tǒng)地面站在所述方向上輻射的功率電平低于將生成干擾的電平，來(lái)避免干擾在它們的軌道弧中的衛(wèi)星。

當(dāng)前的頻譜共享系統(tǒng)由此提供了增加的帶寬來(lái)將高速空對(duì)地通信服務(wù)提供給通信設(shè)備，所述通信設(shè)備由位于飛機(jī)上的通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)服務(wù)，因?yàn)樗x擇的頻率提供了比目前在atg通信中使用的帶寬更大的帶寬，或者可以用來(lái)補(bǔ)充當(dāng)前使用的atg頻率。通過(guò)在公共頻譜中實(shí)現(xiàn)顛倒的上行鏈路和下行鏈路射頻路徑，減少了頻譜共享系統(tǒng)與對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)系統(tǒng)之間的干擾。此外，用于減少兩個(gè)系統(tǒng)之間的干擾的條件之一是頻譜共享系統(tǒng)地面站的傳輸在對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)地球站天線的主波束之外。這意味著，在北半球，頻譜共享系統(tǒng)地面站需要在向南的方向上發(fā)送進(jìn)對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)系統(tǒng)的地球站天線的后瓣中，其在向南的方向上朝著對(duì)地靜止衛(wèi)星發(fā)送；以及在南半球，頻譜共享系統(tǒng)地面站需要向北的方向上發(fā)送進(jìn)對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)系統(tǒng)的地球站天線的后瓣中，其在向北的方向上朝著對(duì)地靜止衛(wèi)星發(fā)送。

附圖說(shuō)明

圖1示出了由目前的頻譜共享系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的在空對(duì)地系統(tǒng)與基于衛(wèi)星的系統(tǒng)之間的射頻頻譜共享方案的圖形表示；

圖2以圖形形式示出了針對(duì)目前的頻譜共享系統(tǒng)分配的頻譜，以dbm每1mhz(兆赫)為單位[以參考一毫瓦(mw)測(cè)量功率的分貝為單位的功率比]的飛行器發(fā)生功率譜密度的極限，其中功率被繪制為飛行器的數(shù)量和針對(duì)對(duì)地靜止衛(wèi)星接收機(jī)的期望的保護(hù)電平的函數(shù)；

圖3以圖形形式示出了從地球站的位置可見(jiàn)的對(duì)地靜止弧的部分；

圖4以圖形形式示出了針對(duì)在地球站天線的主瓣之外的空對(duì)地傳輸所需的條件；

圖5示出了共享頻譜系統(tǒng)地面站和與對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)地球站相關(guān)的飛行器的方位；以及

圖6示出了來(lái)自對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)系統(tǒng)的天線瞄準(zhǔn)角是處于向南的方向，范圍從針對(duì)覆蓋區(qū)域的北延伸中的對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)地球站的低方位角到針對(duì)覆蓋區(qū)域的向南延伸中的對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)地球站的高方位角。

具體實(shí)施方式

如圖5所示，對(duì)地靜止軌道中的衛(wèi)星501對(duì)于基于地球的觀測(cè)者而言出現(xiàn)在固定的位置。對(duì)地靜止衛(wèi)星501在赤道上方以恒定速度每天繞地球旋轉(zhuǎn)一次，因此匹配地球旋轉(zhuǎn)的速度，以及相對(duì)于地球表面上的任意點(diǎn)看上去是靜止的。對(duì)地靜止軌道對(duì)于通信應(yīng)用是有用的，因?yàn)樵诓恍枰嘿F裝備來(lái)追蹤衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)的情況下，地球站天線511、512(其必須指向衛(wèi)星501)可以有效地運(yùn)行。因?yàn)閷?duì)地靜止衛(wèi)星被約束在赤道上方運(yùn)行，所以1)當(dāng)?shù)厍蛘究拷l(wèi)星的最東或最西的覆蓋界限時(shí)；或2)當(dāng)?shù)厍蛘疚挥诟呔暥葧r(shí)，對(duì)地靜止衛(wèi)星看上去低于到地球站天線的地平線。針對(duì)大部分在美國(guó)大陸內(nèi)運(yùn)行的地球站，對(duì)地靜止衛(wèi)星在地平線上20°到50°；以及天線波束寬度足夠狹窄(大約2°或更小)以避免地面反射和衛(wèi)星之間的干擾。

射頻頻譜共享方案

圖1示出了射頻頻譜共享方案的說(shuō)明性實(shí)施例的圖示，在目前的頻譜共享系統(tǒng)11與對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)系統(tǒng)13之間，用于向位于飛行器12上的通信設(shè)備(未示出)提供通信服務(wù)。在目前的頻譜共享系統(tǒng)11中，從頻譜共享系統(tǒng)地面站11g到飛行器12的上行鏈路傳輸使用現(xiàn)有的衛(wèi)星下行鏈路頻帶f1(和可選地現(xiàn)有的衛(wèi)星上行鏈路頻帶f2，和可選地現(xiàn)有的atg頻帶)，而從飛行器12到頻譜共享系統(tǒng)地面站11g的下行鏈路傳輸使用現(xiàn)有的衛(wèi)星上行鏈路頻帶f2(和可選地現(xiàn)有的atg頻帶)。這兩個(gè)系統(tǒng)(頻譜共享系統(tǒng)11和對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)系統(tǒng)13)是共譜的，以及可能在上行鏈路和下行鏈路方向兩者中存在相互干擾的可能性。針對(duì)干擾存在四種可能：

1.從頻譜共享系統(tǒng)飛行器發(fā)射機(jī)(未示出，但位于飛行器12中)到對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)系統(tǒng)衛(wèi)星接收機(jī)；

2.從頻譜共享系統(tǒng)地面站發(fā)射機(jī)到對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)系統(tǒng)地球站接收機(jī)；

3.從對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)系統(tǒng)地球站發(fā)射機(jī)到頻譜共享系統(tǒng)地面站接收機(jī)；以及

4.從對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)系統(tǒng)衛(wèi)星發(fā)射機(jī)到頻譜共享系統(tǒng)飛行器接收機(jī)(未示出，但位于飛行器12中)。

由于信號(hào)功率的差異以及對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)系統(tǒng)13中使用的高指向性天線方向圖，從頻譜共享系統(tǒng)11到對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)系統(tǒng)13的干擾比反方向上的干擾更加顯著。如圖1所示，頻譜共享系統(tǒng)11與對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)系統(tǒng)13之間的這種干擾有兩種主要情況。圖1所示的情況1是在頻率f2上從頻譜共享系統(tǒng)飛行器發(fā)射機(jī)到對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)系統(tǒng)13的衛(wèi)星接收機(jī)13的干擾，圖1所示的情況2是在頻率f1上從頻譜共享系統(tǒng)地面站11g發(fā)射機(jī)到對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)地球站13g接收機(jī)的干擾。

頻譜共享系統(tǒng)與對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)之間的干擾

情況1中的干擾相對(duì)較低，其中在頻率f2上的飛行器射頻傳輸對(duì)衛(wèi)星接收的射頻信號(hào)產(chǎn)生干擾。地面上，在頻率f1上的對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)信號(hào)非常弱，除非由準(zhǔn)確指向的高增益天線來(lái)接收，諸如由對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)系統(tǒng)13的地球站13g所使用的天線。對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)地球站天線通常是高增益天線，所述高增益天線僅通過(guò)非常狹窄的波束向上朝向與對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)地球站13g通信的衛(wèi)星14。在頻譜共享系統(tǒng)地面站11g的位置上，利用最小的預(yù)防措施可以易于避免這種干擾。

圖5示出了多個(gè)共享頻譜系統(tǒng)地面站531-533(除了它們中的少數(shù)，其有必要提供對(duì)服務(wù)區(qū)域的完整覆蓋，所述服務(wù)區(qū)域包括地球表面與在其處飛行器可操作的最高緯度之間的空間區(qū)域500)和與對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)對(duì)地同步衛(wèi)星500有關(guān)的飛行器551-553，以及地球站511-512的方位(但未按比例畫出)。如從該圖中看到的，針對(duì)對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)地球站天線511-512的天線波束521-522范圍狹窄且向上指向位于赤道上方的選擇的對(duì)地靜止衛(wèi)星500的軌道弧。如圖6所示，來(lái)自對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)系統(tǒng)13的天線瞄準(zhǔn)角處于朝南的方向，范圍從處于覆蓋區(qū)域的北部的地球站512的低方位角到處于覆蓋區(qū)域的南部的地球站511的高方位角。相比之下，共享頻譜系統(tǒng)天線波束541-543在范圍上較廣，同時(shí)也向上地瞄準(zhǔn)以及通常指向地平線的正上方。主要的干擾模式構(gòu)成了由對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)地球站511-512天線所接收的共享頻譜系統(tǒng)天線波束541-543。因此，射頻傳輸管理要求：

·針對(duì)信號(hào)的頻譜共享系統(tǒng)地面站天線的“向南”指向處于低仰角，其中任何面向南的信號(hào)處于地平線以上的角度。按照這種方式，頻譜共享系統(tǒng)地面站傳輸在固定的衛(wèi)星服務(wù)地球站接收機(jī)天線的主波束之外。如圖5所示，在任意特定緯度的頻譜共享系統(tǒng)天線的覆蓋的邊界由方位角到軌道弧的范圍來(lái)控制，具有針對(duì)地球站接收天線的最大波束寬度的小的額外的余量。

·為了在頻譜共享系統(tǒng)地面站傳輸上維持低功率譜密度，信號(hào)可能需要散布到大部分的頻譜中。幸運(yùn)的是，若干衛(wèi)星頻帶提供了數(shù)百mhz的頻譜，這足夠用來(lái)減小頻譜密度以充分地降低電平，同時(shí)維持從地面到飛行器的高數(shù)據(jù)率。

從減少干擾的角度來(lái)看，在頻譜共享系統(tǒng)頻譜兩端使用具有高度識(shí)別能力的方向圖的天線將是有幫助的?？梢杂糜跍p少干擾的額外的技術(shù)是：

1.頻譜共享系統(tǒng)地面站的放置；

2.頻譜共享系統(tǒng)地面站的天線方向圖，包括波束成形和波束控制；

3.信號(hào)傳播；

4.功率控制；以及

5.在波形控制情況下的主動(dòng)的干擾消除。

到地球站接收機(jī)的地面站傳輸?shù)墓烙?jì)

舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)從美國(guó)大陸觀看，對(duì)地靜止衛(wèi)星的軌道處于向南的方向。因此，所有對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)地球站天線都指向南方。根據(jù)地球站的緯度，衛(wèi)星的對(duì)地靜止弧中只有一部分是可見(jiàn)的。在圖3中示出了這種情況。針對(duì)任何給定的地球站的地理位置，有兩個(gè)經(jīng)度限制了地球同步弧的可見(jiàn)部分，它們被標(biāo)記為le和lw。因此，地球站的天線總是指向這個(gè)地球同步弧的可見(jiàn)部分的某個(gè)位置。隨著地球站的緯度向北增加，可見(jiàn)弧的部分變小。針對(duì)向北～80°以上的地球站，對(duì)地靜止軌道是不可見(jiàn)的。

考慮在由一對(duì)坐標(biāo)(les，les)給定的緯度/經(jīng)度位置處的地球站。坐標(biāo)les是地球站緯度，而les是地球站經(jīng)度。使用簡(jiǎn)單的幾何學(xué)，技術(shù)人員可以易于證明下列關(guān)系：

aze＝y(tǒng)(3)

azw＝360°-y(4)

其中，

量aze和azw是在對(duì)地靜止弧可見(jiàn)部分上從地球站朝最遠(yuǎn)的東點(diǎn)和最遠(yuǎn)的西點(diǎn)的方位角。這兩個(gè)角提供了地球站天線可以指向的方向的最大理論范圍。在實(shí)際場(chǎng)景中，所述范圍總是比由等式(3)和等式(4)所提供的要狹窄。

作為說(shuō)明，表1提供了針對(duì)兩個(gè)地球站的le、lw、aze和azw的值。第一地球站位于佛羅里達(dá)州的墨爾本，而第二地球站在伊利諾伊州的芝加哥。在墨爾本區(qū)域中，地球站天線的方位角必須落在95.51°到273.49°的范圍內(nèi)。針對(duì)芝加哥地球站，指向范圍從99.33°延伸到269.67°。

表1從美國(guó)大陸的兩個(gè)位置可見(jiàn)的對(duì)地靜止衛(wèi)星

參考回圖1給出的射頻重新使用場(chǎng)景，顯而易見(jiàn)的是，用于減少兩個(gè)系統(tǒng)之間的干擾的條件之一是頻譜共享系統(tǒng)地面站的射頻傳輸在地球站天線主波束之外。這意味著頻譜共享系統(tǒng)地面站需要在如等式(3)和(4)指定的方位角的范圍內(nèi)向南進(jìn)行發(fā)送(具有按需要的額外的較小的減小，以避開地球站天線的波束寬度)。按照這種方式，來(lái)自頻譜共享系統(tǒng)地面站的信號(hào)在對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)地球站天線的后瓣中。圖4以圖形的形式示出了針對(duì)對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)地球站天線的主瓣之外的頻譜共享系統(tǒng)上行鏈路傳輸所需的條件。

在地球站天線的后瓣處來(lái)自頻譜共享系統(tǒng)地面站傳輸?shù)母蓴_的功率譜密度可計(jì)算為：

si＝satg+gatg(θ)-pldb＝eirp/w-pldb(6)

一種可以假設(shè)當(dāng)?shù)仁?6)中si的下降至某個(gè)閾值的本底噪聲以下時(shí)，頻譜共享系統(tǒng)地面站傳輸?shù)挠绊懽兊每梢院雎?。也就是說(shuō)：

eirp/w[dbm/mhz]≤10log(kt)+pldb-tdb+90(7)

表2是使用等式(7)以及假設(shè)tdb＝3db來(lái)產(chǎn)生的。所述表格指定了針對(duì)地對(duì)空傳輸所允許的每mhz的最大有效全向輻射功率(eirp)。通過(guò)下列簡(jiǎn)單的例子示出了所述表格的用途。

考慮距離最近的對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)地球站20km遠(yuǎn)的位置處的頻譜共享系統(tǒng)地面站。所允許的地面站功率譜密度是23dbm/mhz(即200mw/mhz)。假設(shè)頻譜共享系統(tǒng)上行鏈路操作是20mhz的頻譜，總的eirp是36.04dbm(4w)。

表2上行鏈路eirp上的極限，以dbm/mhz為單位^(*)

(*)假設(shè)20mhz信道來(lái)計(jì)算eirp值

基于表2，針對(duì)頻譜共享系統(tǒng)上行鏈路傳輸所允許的功率譜密度相對(duì)較低。所述表格假設(shè)沒(méi)有來(lái)自地球站天線的后瓣的額外的衰減。此外，從頻譜共享系統(tǒng)地面站天線導(dǎo)出的表格假設(shè)沒(méi)有區(qū)別。在實(shí)際的實(shí)現(xiàn)方式中，這些額外的因素應(yīng)當(dāng)以所需的數(shù)據(jù)速率和頻譜共享系統(tǒng)蜂窩小區(qū)站點(diǎn)鏈路預(yù)算為基礎(chǔ)來(lái)評(píng)估。

圖4以圖形的形式示出了針對(duì)頻譜共享系統(tǒng)上行鏈路傳輸要在對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)地球站天線的主瓣之外所需的條件。具體地說(shuō)，對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)地球站421-436與它們各自的指向圖4中的衛(wèi)星411-414的天線波束一起示出。針對(duì)沒(méi)有發(fā)送到對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)地球站421-436處的接收機(jī)天線的頻譜共享系統(tǒng)地面站401-408，它們的天線波束應(yīng)當(dāng)被確定方向?yàn)槿鐖D4中所示的，以防止波束的近地表面部分(即波束的南部)被對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)地球站421-436的主瓣接收。這不是過(guò)度的限制，因?yàn)楣蚕眍l譜系統(tǒng)天線產(chǎn)生的天線方向圖是寬的三維形狀，以及可以被管理為避開在任何靠近對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)地球站421-436的方向上的模式的近地部分，所述對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)地球站421-436通常在地面站的北方。這不影響來(lái)自共享頻譜系統(tǒng)天線的天線方向圖的向上指向的部分。

對(duì)從基于飛行器的傳輸?shù)叫l(wèi)星接收機(jī)的干擾的估計(jì)

從衛(wèi)星接收機(jī)的角度來(lái)看，將從頻譜共享系統(tǒng)的飛行器發(fā)送的能量增加到衛(wèi)星接收機(jī)天線的噪聲溫度中。衛(wèi)星接收機(jī)天線指向地球，其具有290k的標(biāo)稱噪聲溫度。因此，只要由頻譜共享系統(tǒng)飛行器傳輸所產(chǎn)生的功率譜密度顯著地小于地球的輻射產(chǎn)生的熱噪聲的功率譜密度，頻譜共享的影響是可以忽略的。頻譜共享系統(tǒng)飛行器傳輸?shù)墓β首V密度取決于飛行器的eirp、頻譜共享系統(tǒng)服務(wù)的帶寬以及在衛(wèi)星天線的主波束內(nèi)在任意給定的時(shí)間操作的飛行器的數(shù)量。

衛(wèi)星天線接收的熱噪聲的功率譜密度可計(jì)算為：

由來(lái)自頻譜共享系統(tǒng)飛行器的傳輸引起的到衛(wèi)星接收機(jī)的干擾的功率譜密度可估計(jì)為：

其中，n是在衛(wèi)星天線的主波束內(nèi)的飛行器的數(shù)量，sa是單個(gè)飛行器的輻射功率譜密度以及線性域內(nèi)的自由空間路徑損耗(fspl)。

通過(guò)將等式(9)轉(zhuǎn)換到對(duì)數(shù)域，技術(shù)人員得到：

na[dbw/hz]＝10log(n)+sa[dbw/hz]-fspldb(10)

令tdb為閾值，所述閾值指定了熱噪聲的功率譜密度與由操作頻譜共享系統(tǒng)飛行器而引起的干擾之間的差，換言之：

tdb＝n0[dbw/hz]-na[dbw/hz](11)

通過(guò)將等式(10)和(11)組合，技術(shù)人員得到單個(gè)飛行器的發(fā)射功率譜密度的極限：

sa[dbm/mhz]＝n0[dbw/hz]+fspldb-10log(n)-tdb+90(12)

等式(12)用于產(chǎn)生圖2中給出的曲線族，所述圖2以圖表形式示出了針對(duì)目前的頻譜共享系統(tǒng)所分配的頻譜的以dbm每1mhz為單位的飛行器發(fā)射功率譜密度的極限。

通過(guò)簡(jiǎn)單的例子示出圖2中曲線的用途

考慮當(dāng)頻譜共享系統(tǒng)在由衛(wèi)星接收機(jī)天線覆蓋的空間的量?jī)?nèi)在1000架飛行器上運(yùn)行時(shí)的情況。假設(shè)保護(hù)閾值被設(shè)置為tadd＝20db，以及所有飛行器處于衛(wèi)星接收機(jī)天線的主波束中。根據(jù)圖2，每架飛行器的傳輸具有43dbm/mhz(1mhz帶寬中的20瓦)的功率譜密度極限。

有一點(diǎn)要注意的是，所給出的分析是在最壞的情況方面。存在將減少?gòu)念l譜共享系統(tǒng)飛行器到衛(wèi)星接收機(jī)的干擾的額外的因素。那些因素中的在分析中被忽略的某些因素可以列出如下：

1.所述分析假設(shè)所有飛行器以最大功率來(lái)發(fā)送。在操作的場(chǎng)景中，飛行器的傳輸受功率控制，以及總是低于最大值。

2.所述分析假設(shè)面向地面上的服務(wù)小區(qū)和面向衛(wèi)星天線的飛行器的eirp是相同的。在實(shí)際的實(shí)現(xiàn)方式中，有理由假設(shè)飛行器天線將大部分能量朝向地面，以及朝向天空的輻射的量將顯著地降低。只考慮了自由空間路徑損耗。在實(shí)際場(chǎng)景中，將由于大氣現(xiàn)象產(chǎn)生的額外損耗增加到飛行器產(chǎn)生的信號(hào)的衰減中。

總結(jié)

頻譜共享系統(tǒng)與對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)之間的頻譜共享是可能的。但是，為了使共享在技術(shù)上可行，需要對(duì)頻譜共享系統(tǒng)地面站與對(duì)地靜止衛(wèi)星服務(wù)地球站接收機(jī)側(cè)之間的干擾進(jìn)行仔細(xì)的管理。