基于距附近氣球的距離調(diào)整空對地通信的波束寬度以便維持毗連服務(wù)的制作方法
【專利摘要】描述了為了氣球到地面的通信而調(diào)整射頻(RF)信號的波束寬度的示例方法和系統(tǒng)。一個示例方法包括：基于多個氣球各自的位置以及由氣球各自的面向地面的通信波束覆蓋的區(qū)域，確定由多個氣球服務(wù)的毗連地面覆蓋區(qū)域，其中氣球的通信波束定義地面覆蓋區(qū)域內(nèi)的對應(yīng)個體覆蓋區(qū)域；確定氣球中的至少一個的位置的改變；基于至少一個氣球的位置的改變，確定對個體覆蓋區(qū)域中的第一個體覆蓋區(qū)域的調(diào)整，以嘗試在氣球中的至少一個的位置改變之后維持毗連地面覆蓋區(qū)域；以及調(diào)整與第一個體覆蓋區(qū)域?qū)?yīng)的氣球的面向地面的通信波束的寬度，以便對第一個體覆蓋區(qū)域進(jìn)行所確定的調(diào)整。
【專利說明】
基于距附近氣球的距離調(diào)整空對地通信的波束寬度以便維持毗連服務(wù)
【背景技術(shù)】
[0001]除非本文另外指出，否則本部分中描述的材料并不是本申請中的權(quán)利要求的現(xiàn)有技術(shù)，并且并不因?yàn)楸话ㄔ诒静糠种芯捅怀姓J(rèn)為是現(xiàn)有技術(shù)。
[0002]諸如個人計(jì)算機(jī)、膝上型計(jì)算機(jī)、平板計(jì)算機(jī)、蜂窩電話和無數(shù)類型的具備聯(lián)網(wǎng)能力的設(shè)備之類的計(jì)算設(shè)備在現(xiàn)代生活的許多方面中正越來越普遍。這樣，對于經(jīng)由因特網(wǎng)、蜂窩數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和其它這樣的網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)連通性的需求正在增長。然而，在世界的許多地區(qū)中，數(shù)據(jù)連通性仍是不可得的，或者如果可得也是不可靠的和/或成本高昂的。因此，希望有額外的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]描述了為了氣球到地面的通信而調(diào)整射頻(RF)信號的波束寬度的示例方法和系統(tǒng)。示例氣球可能夠發(fā)送具有不同波束寬度的面向地面的通信信號，以便覆蓋地面上的不同區(qū)域。示例的一組氣球，諸如作為氣球網(wǎng)絡(luò)的一部分而操作的氣球，可以為地面上的毗連的(contiguous)覆蓋區(qū)域提供服務(wù)。氣球中的一個或多個的移動可以被確定為可能導(dǎo)致覆蓋中的間隙。為了維持毗連覆蓋，可以調(diào)整氣球中的一個的波束寬度以改變該氣球的個體覆蓋區(qū)域。
[0004]在一個示例中，提供了一種方法，包括:基于多個氣球各自的位置以及由氣球各自的面向地面的通信波束覆蓋的區(qū)域，確定由多個氣球服務(wù)的毗連地面覆蓋區(qū)域，其中氣球的通信波束定義地面覆蓋區(qū)域內(nèi)的對應(yīng)個體覆蓋區(qū)域;確定氣球中的至少一個的位置的改變;基于至少一個氣球的位置的改變，確定對個體覆蓋區(qū)域中的第一個體覆蓋區(qū)域的調(diào)整，以嘗試在氣球中的至少一個的位置改變之后維持毗連地面覆蓋區(qū)域；以及調(diào)整與第一個體覆蓋區(qū)域?qū)?yīng)的氣球的面向地面的通信波束的寬度，以便對第一個體覆蓋區(qū)域進(jìn)行所確定的調(diào)整。
[0005]在另一示例中，提供了一種系統(tǒng)，包括:多個氣球；以及控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)被配置為:基于氣球各自的位置以及由氣球各自的面向地面的通信波束覆蓋的區(qū)域，確定由氣球服務(wù)的毗連地面覆蓋區(qū)域，其中氣球的通信波束定義地面覆蓋區(qū)域內(nèi)的對應(yīng)個體覆蓋區(qū)域;確定氣球中的至少一個的位置的改變;基于至少一個氣球的位置的改變，確定對個體覆蓋區(qū)域中的第一個體覆蓋區(qū)域的調(diào)整，以嘗試在氣球中的至少一個的位置改變之后維持毗連地面覆蓋區(qū)域；以及提供指令以調(diào)整與第一個體覆蓋區(qū)域?qū)?yīng)的氣球的面向地面的通信波束的寬度，以便對第一個體覆蓋區(qū)域進(jìn)行所確定的調(diào)整。
[0006]在另一示例中，提供了一種非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中存儲有指令，所述指令當(dāng)被計(jì)算系統(tǒng)執(zhí)行時使得計(jì)算系統(tǒng)執(zhí)行功能。所述功能可以包括:基于多個氣球各自的位置以及由氣球各自的面向地面的通信波束覆蓋的區(qū)域，確定由多個氣球服務(wù)的毗連地面覆蓋區(qū)域，其中氣球的通信波束定義地面覆蓋區(qū)域內(nèi)的對應(yīng)個體覆蓋區(qū)域;確定氣球中的至少一個的位置的改變;基于至少一個氣球的位置的改變，確定對個體覆蓋區(qū)域中的第一個體覆蓋區(qū)域的調(diào)整，以嘗試在氣球中的至少一個的位置改變之后維持毗連地面覆蓋區(qū)域；以及調(diào)整與第一個體覆蓋區(qū)域?qū)?yīng)的氣球的面向地面的通信波束的寬度，以便對第一個體覆蓋區(qū)域進(jìn)行所確定的調(diào)整。
[0007]在另一示例中，一種系統(tǒng)可以包括:用于基于多個氣球各自的位置以及由氣球各自的面向地面的通信波束覆蓋的區(qū)域來確定由多個氣球服務(wù)的毗連地面覆蓋區(qū)域的裝置，其中氣球的通信波束定義地面覆蓋區(qū)域內(nèi)的對應(yīng)個體覆蓋區(qū)域;用于確定氣球中的至少一個的位置的改變的裝置;用于基于至少一個氣球的位置的改變來確定對個體覆蓋區(qū)域中的第一個體覆蓋區(qū)域的調(diào)整以嘗試在氣球中的至少一個的位置改變之后維持毗連地面覆蓋區(qū)域的裝置；以及用于調(diào)整與第一個體覆蓋區(qū)域?qū)?yīng)的氣球的面向地面的通信波束的寬度以便對第一個體覆蓋區(qū)域進(jìn)行所確定的調(diào)整的裝置。
[0008]通過酌情參考附圖閱讀以下詳細(xì)描述，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將清楚這些以及其它方面、優(yōu)點(diǎn)和替換。
【附圖說明】
[0009]圖1是圖示出示例氣球網(wǎng)絡(luò)的框圖。
[0010]圖2是圖示出示例氣球網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的框圖。
[0011 ]圖3示出了根據(jù)示例實(shí)施例的高空氣球。
[0012]圖4是根據(jù)示例實(shí)施例圖示出包括超級節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)的氣球網(wǎng)絡(luò)的簡化框圖。
[0013]圖5A示出了根據(jù)示例實(shí)施例的氣球和具有第一波束寬度的通信信號。
[0014]圖5B示出了根據(jù)示例實(shí)施例的氣球和具有第二波束寬度的通信信號。
[0015]圖6是根據(jù)示例實(shí)施例的方法的框圖。
[0016]圖7A圖示了根據(jù)示例實(shí)施例的三個氣球和對應(yīng)通信波束的配置的頂視圖。
[0017]圖7B圖示了根據(jù)示例實(shí)施例的三個氣球和對應(yīng)通信波束的另一配置的頂視圖。
[0018]圖7C圖示了根據(jù)示例實(shí)施例的三個氣球和對應(yīng)通信波束的又一配置的頂視圖。
[0019]圖7D圖示了根據(jù)示例實(shí)施例的三個氣球和對應(yīng)通信波束的再一配置的頂視圖。
[0020]圖7E圖示了根據(jù)示例實(shí)施例的三個氣球和對應(yīng)通信波束的額外配置的頂視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]1.概述
[0022]本文描述了方法和系統(tǒng)的示例。應(yīng)理解，本文使用詞語“示例”和“示例性”以意味著“用作示例、實(shí)例或圖示”。本文描述為“示例性”的任何實(shí)施例或特征不一定要被解釋為比其它實(shí)施例或特征更優(yōu)選或有利。本文描述的示例或示例性實(shí)施例不欲進(jìn)行限定。將容易理解，公開的系統(tǒng)和方法的某些方面可按許多種不同的配置來布置和組合，所有這些在本文都已被設(shè)想到。
[0023]另外，附圖中示出的特定布置不應(yīng)當(dāng)被視為是限制性的。應(yīng)當(dāng)理解，其它實(shí)施例可包括更多或更少的給定附圖中示出的每種元素。另外，一些圖示的元素可被組合或省略。此夕卜，示例性實(shí)施例可包括附圖中沒有圖示的元素。
[0024]示例實(shí)施例涉及空中通信網(wǎng)絡(luò)，其使用具有通信裝備的多個氣球來促進(jìn)氣球之間的無線通信以及與地基臺站和/或其他地面訂戶的無線通信。氣球可由支撐具有電源、數(shù)據(jù)存儲裝置以及一個或多個收發(fā)器的有效載荷的氣囊(envelope)形成，所述一個或多個收發(fā)器用于將信息無線傳達(dá)給氣球網(wǎng)絡(luò)的其它成員和/或位于地面的無線臺站。為了在高處時與地基臺站和/或其他地面訂戶通信，氣球可裝備有安裝到氣球有效載荷以面向地面的一個或多個射頻(RF)天線。
[0025]具體地，一個或多個收發(fā)器可由氣球用于向在地平面的位于氣球下方的特定區(qū)域內(nèi)的地基臺站和/或其他地面訂戶發(fā)送通信數(shù)據(jù)和/或從所述地基臺站和/或其他地面訂戶接收數(shù)據(jù)。在一些示例中，一組附近氣球可提供在地平面的毗連覆蓋。例如，服務(wù)可以從氣球網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的至少一個氣球提供至位于一區(qū)域內(nèi)任何地方的地面上的訂戶。
[0026]通常，面向地面的RF通信信號的波束寬度可以與在地平面的信號的強(qiáng)度成反比。更窄聚焦的波束(例如，來自氣球上的高增益天線)可提供更強(qiáng)的信號，而更寬的波束(例如，來自氣球上的低增益天線)可將功率擴(kuò)散至更大區(qū)域上，從而不能提供一樣強(qiáng)的信號。因此，在一些示例中，一組氣球可以提供在一區(qū)域上的覆蓋，以便向地基訂戶提供強(qiáng)信號(和/或具有高信噪比的信號)，其中在附近氣球所覆蓋的區(qū)域之間具有最小重疊。
[0027]在一些實(shí)例中，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的一個或多個氣球可以以可在地平面處的覆蓋中產(chǎn)生間隙的方式來改變位置。例如，氣球中的一個或多個可以改變水平(橫向和/或縱向)位置和/或高度。氣球可以基于部分或完全處于氣球網(wǎng)絡(luò)控制以外的因素(例如，風(fēng))來改變位置，和/或可以被控制以基于可用于定位網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的氣球的編隊(duì)規(guī)劃算法來改變位置。(一個或多個)位置的改變可以基于由氣球使用的面向地面的通信波束的當(dāng)前波束寬度來改變地面上由氣球中的每一個覆蓋的區(qū)域。在一些實(shí)例中，(在位置改變發(fā)生前，在位置改變期間，或者在位置改變后)可以確定在氣球網(wǎng)絡(luò)所提供的地面覆蓋中可能出現(xiàn)間隙。
[0028]在這種情形下，可以調(diào)整來自一個或多個氣球的面向地面的通信信號的波束寬度以嘗試維持地面上的毗連覆蓋。例如，如果附近的氣球遠(yuǎn)離特定氣球地行進(jìn)，則該氣球可以增大其波束寬度以增大其覆蓋區(qū)域(例如，以提供對于先前由其它氣球覆蓋的區(qū)域的覆蓋)。在其它示例中，附近的氣球可以靠近特定氣球地行進(jìn)，諸如當(dāng)氣球中的每一個被指定為幫助提供對于高密度人口區(qū)域(例如，體育事件)的覆蓋時。在這種實(shí)例中，特定氣球可以減小其面向地面的通信信號的波束寬度，以減小其覆蓋區(qū)域的尺寸，并且例如向地面上的更小區(qū)域提供更強(qiáng)的信號。
[0029]氣球可被裝備為以不同方式調(diào)整面向地面的RF通信波束的波束寬度。在一個示例中，可以通過從各自能夠以不同波束寬度發(fā)送信號的兩個或更多個分立天線中進(jìn)行選擇來調(diào)整波束寬度。例如，氣球可裝備有兩個不同的RF天線:一個用于發(fā)送窄RF波束的高增益天線，以及一個用于發(fā)送更寬的RF波束的低增益天線。在另外的示例中，氣球可裝備有各自能夠發(fā)送具有不同波束寬度的RF信號的三個或更多個不同的天線。在其它示例中，氣球的波束寬度可以是可連續(xù)調(diào)整的，諸如通過調(diào)整輻射器與面向地面的反射器之間的間隔，所述反射器可以操作以將通信波束朝向地面反射。
[0030]在額外的示例中，氣球網(wǎng)絡(luò)可以以基于位置而變化的需求級別來服務(wù)地面訂戶(例如，高密度人口區(qū)域可以比具有更少人的區(qū)域具有更大需求)。在這種示例中，可以控制和/或調(diào)整一個或多個氣球的波束寬度以便基于需求級別來向地面上的特定區(qū)域提供特定量的覆蓋。例如，每個氣球可具有其可發(fā)送至地面訂戶的有限容量的數(shù)據(jù)(例如，lOMB/s)。以特定需求級別(例如，lOOMB/s)覆蓋區(qū)域的一個或多個氣球可能改變位置，使得氣球不再能夠使用當(dāng)前波束寬度提供足夠滿足需求級別的覆蓋。在這種情形下，一個或多個氣球可以調(diào)整其面向地面的通信信號的波束寬度以便滿足對于在地平面處的覆蓋的需求。
[0031]示例系統(tǒng)和方法因此可以允許從一組氣球到地基臺站和/或其他地面訂戶的RF通信。氣球可以基于氣球中的一個或多個的位置改變來調(diào)整面向地面的通信波束的波束寬度。
[0032]I1.示例氣球網(wǎng)絡(luò)
[0033]為了氣球能夠在風(fēng)可能以非對稱方式影響各個氣球的位置的平流層中提供可靠的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，示例性網(wǎng)絡(luò)中的氣球可被配置為通過調(diào)整其各自的高度來相對于彼此橫向和/或縱向移動，使得風(fēng)將各個氣球運(yùn)載至各自期望的位置。
[0034]另外，在示例性氣球網(wǎng)絡(luò)中，氣球可使用自由空間光通信來與彼此通信。例如，氣球可被配置用于使用超亮LED或在可能時使用用于光學(xué)信令的激光器(盡管對于激光通信的規(guī)定可能限制了激光器的使用)來進(jìn)行光通信。此外，氣球可以使用射頻(RF)通信與(一個或多個)地基臺站通信。
[0035]在一些實(shí)施例中，高空氣球網(wǎng)絡(luò)可以是同質(zhì)的。更具體而言，在同質(zhì)高空氣球網(wǎng)絡(luò)中，每個氣球被配置為經(jīng)由自由空間光鏈路與附近的氣球通信。另外，這種網(wǎng)絡(luò)中的氣球中的一些或全部也可被配置為利用RF通信與(一個或多個)地基臺站通信。(注意，在一些實(shí)施例中，氣球就每個氣球被配置用于與其它氣球的自由空間光通信而言可以是同質(zhì)的，但至于與地基臺站的RF通信則是異質(zhì)的。)
[0036]在其它實(shí)施例中，高空氣球網(wǎng)絡(luò)可以是異質(zhì)的，從而可包括兩種或更多種不同類型的氣球。例如，一些氣球可被配置為超節(jié)點(diǎn)(super-node)，而其它氣球可被配置為子節(jié)點(diǎn)(sub-node)。(還要注意，一些氣球可被配置為既充當(dāng)超節(jié)點(diǎn)又充當(dāng)子節(jié)點(diǎn)。)
[0037]在這種配置中，超節(jié)點(diǎn)氣球可被配置為經(jīng)由自由空間光鏈路與附近的超節(jié)點(diǎn)氣球通信。然而，子節(jié)點(diǎn)氣球可不被配置用于自由空間光通信，而是可被配置用于例如RF通信。因此，超節(jié)點(diǎn)可還被配置為使用RF通信與附近子節(jié)點(diǎn)通信。子節(jié)點(diǎn)因此可使用RF通信將通信從超節(jié)點(diǎn)中繼到(一個或多個)地基臺站。這樣配置的超節(jié)點(diǎn)可以總體上充當(dāng)氣球網(wǎng)絡(luò)的回程(backhauI)，而子節(jié)點(diǎn)起到將通信從超節(jié)點(diǎn)中繼到地基臺站的功能。
[0038]圖1是根據(jù)示例性實(shí)施例圖示出氣球網(wǎng)絡(luò)100的簡化框圖。如圖所示，氣球網(wǎng)絡(luò)100包括氣球102A至102E，這些氣球被配置為經(jīng)由自由空間光鏈路104與彼此通信。這樣配置的氣球102A至102E可以總體上充當(dāng)用于封包數(shù)據(jù)通信的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。另外，氣球102A至102D可被配置用于經(jīng)由RF鏈路108與地基臺站106進(jìn)行RF通信。
[0039]在示例性實(shí)施例中，氣球102A至102E是部署在平流層中的高空氣球。在中等瑋度，平流層包括地表之上大約10千米(km)到50km高度之間的高度。在南北極，平流層開始于大約8km的高度。在示例性實(shí)施例中，高空氣球可大體上被配置為在具有較低速的風(fēng)(例如，在5到20英里每小時(mile per hour，mph)之間)的平流層內(nèi)的高度范圍中操作。
[0040]更具體而言，在高空氣球網(wǎng)絡(luò)中，氣球102A至102E可大體上被配置為在17km到22km之間的高度處操作(雖然其它高度也是可能的)。此高度范圍可能由于若干個原因而是有利的。具體地，平流層的這一層一般具有溫和的風(fēng)和湍流(例如，5到20英里每小時(mph)之間的風(fēng))。另外，雖然17km到22km之間的風(fēng)可隨著瑋度并根據(jù)季節(jié)而變化，但可以以相當(dāng)精確的方式對這些變化建模。額外地，17km以上的高度通常超過了為商業(yè)空中交通指定的最大飛行高度。因此，當(dāng)氣球被部署在17km到22km之間時，對商業(yè)班機(jī)的干擾不是要擔(dān)心的問題。
[0041]為了向另一氣球發(fā)送數(shù)據(jù)，給定的氣球102A至102E可被配置為經(jīng)由光鏈路104發(fā)送光信號。在示例性實(shí)施例中，給定的氣球102A至102E可使用一個或多個高功率發(fā)光二極管(light-emitting d1de，LED)來發(fā)送光信號。替換地，氣球102A至102E中的一些或全部可包括激光系統(tǒng)，用于通過光鏈路104的自由空間光通信。其它類型的自由空間光通信是可能的。另外，為了經(jīng)由光鏈路104從另一氣球接收光信號，給定的氣球102A至102E可包括一個或多個光學(xué)接收器。氣球?qū)崿F(xiàn)方式的額外細(xì)節(jié)在下文參考圖3更詳細(xì)論述。
[0042]在又一方面中，氣球102A至102D可利用各種不同的RF空中接口協(xié)議中的一種或多種來經(jīng)由RF鏈路108與地基臺站106通信。例如，氣球102A至102D中的一些或全部可被配置為利用IEEE 802.11(包括IEEE 802.11的任何修訂版)中描述的協(xié)議、諸如GSM、CDMA、UMTS、EV-D0、WiMAX和/或LTE之類的各種蜂窩協(xié)議和/或?yàn)闅馇虻降孛娴腞F通信開發(fā)的一個或多個專有協(xié)議等等來與地基臺站106通信。
[0043]在又一方面中，可存在如下場景:其中RF鏈路108不為氣球到地面的通信提供期望的鏈路容量。例如，為了提供從地基網(wǎng)關(guān)的回程鏈路以及在其它場景中，可希望有增大的容量。因此，示例性網(wǎng)絡(luò)還可包括提供高容量空對地鏈路的下行鏈路氣球。
[0044]例如，在氣球網(wǎng)絡(luò)100中，氣球102E被配置為下行鏈路氣球。與示例性網(wǎng)絡(luò)中的其它氣球一樣，下行鏈路氣球102E可操作以用于經(jīng)由光鏈路104與其它氣球的光通信。然而，下行鏈路氣球102E也可被配置用于經(jīng)由光鏈路110與地基臺站112的自由空間光通信。光鏈路110因此可用作氣球網(wǎng)絡(luò)100與地基臺站108之間的高容量鏈路(與RF鏈路108相比)。
[0045]注意，在一些實(shí)現(xiàn)方式中，下行鏈路氣球102E可額外地操作用于與地基臺站106的RF通信。在其它情況下，下行鏈路氣球102E可以只將光鏈路用于氣球到地面的通信。另外，雖然圖1中所示的布置只包括一個下行鏈路氣球102E，但示例性氣球網(wǎng)絡(luò)也可包括多個下行鏈路氣球。另一方面，氣球網(wǎng)絡(luò)也可實(shí)現(xiàn)為沒有任何下行鏈路氣球。
[0046]在其它實(shí)現(xiàn)方式中，取代自由空間光通信系統(tǒng)或者除了自由空間光通信系統(tǒng)以夕卜，下行鏈路氣球可裝備有專門的高帶寬RF通信系統(tǒng)以用于氣球到地面的通信。高帶寬RF通信系統(tǒng)可采取超寬帶系統(tǒng)的形式，該超寬帶系統(tǒng)提供具有與光鏈路104基本相同的容量的RF鏈路。其它形式也是可能的。
[0047]地基臺站，諸如地基臺站106和/或108，可采取各種形式。一般地，地基臺站可包括諸如收發(fā)器、發(fā)送器和/或接收器之類的組件，用于經(jīng)由RF鏈路和/或光鏈路與氣球網(wǎng)絡(luò)通信。另外，地基臺站可使用各種空中接口協(xié)議以便通過RF鏈路108與氣球102A至102E通信。這樣，地基臺站106可被配置為接入點(diǎn)，經(jīng)由該接入點(diǎn)，各種設(shè)備可連接到氣球網(wǎng)絡(luò)100。在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，地基臺站106可具有其它配置和/或起到其它作用。
[0048]另外，一些地基臺站，諸如地基臺站108，可被配置為氣球網(wǎng)絡(luò)100與一個或多個其它網(wǎng)絡(luò)之間的網(wǎng)關(guān)。這種地基臺站108從而可用作氣球網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)、蜂窩服務(wù)提供商的網(wǎng)絡(luò)和/或其它類型的網(wǎng)絡(luò)之間的接口。關(guān)于此配置以及地基臺站108的其它配置的變化也是可能的。
[0049]A.網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)功能
[0050]如所指出的，氣球102A至102E可總體上充當(dāng)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。更具體而言，因?yàn)闅馇?02A至102E可利用自由空間光鏈路與彼此通信，所以這些氣球可總體上充當(dāng)自由空間光學(xué)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。
[0051]在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)配置中，每個氣球102A至102E可充當(dāng)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)可操作來接收送往它的數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)路由到其它氣球。這樣，通過確定源氣球與目的地氣球之間的光鏈路的適當(dāng)序列，可將數(shù)據(jù)從源氣球路由到目的地氣球。這些光鏈路對于源氣球和目的地氣球之間的連接可被統(tǒng)稱為“光路(lightpath)”。另外，每個光鏈路可被稱為光路上的“跳(hop)，，。
[0052]另外，為了作為網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)操作，氣球102A至102E可采用各種路由技術(shù)和自我修復(fù)算法。在一些實(shí)施例中，氣球網(wǎng)絡(luò)100可采用自適應(yīng)或動態(tài)路由，其中源氣球和目的地氣球之間的光路在需要連接時被確定并設(shè)立，并且在以后某時被解除。另外，當(dāng)使用自適應(yīng)路由時，可依據(jù)氣球網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前狀態(tài)、過去狀態(tài)和/或預(yù)測狀態(tài)來動態(tài)地確定光路。
[0053]此外，隨著氣球102A至102E相對于彼此和/或相對于地面移動，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇勺兓Ｒ虼?，示例性氣球網(wǎng)絡(luò)100可應(yīng)用網(wǎng)狀協(xié)議來隨著網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)渥兓戮W(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)。例如，為了解決氣球102A至102E的移動性，氣球網(wǎng)絡(luò)100可采用和/或適應(yīng)性地修改移動自組網(wǎng)絡(luò)(mobile ad hoc network，MANET)中采用的各種技術(shù)。其它示例也是可能的。
[0054]在一些實(shí)現(xiàn)方式中，氣球網(wǎng)絡(luò)100可被配置為透明網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。更具體而言，在透明氣球網(wǎng)絡(luò)中，氣球可包括用于完全光學(xué)化的物理交換的組件，其中在光信號的物理路由中不涉及任何電氣組件。從而，在具有光學(xué)交換的透明配置中，信號行經(jīng)完全光學(xué)化的多跳光路。
[0055]在其它實(shí)現(xiàn)方式中，氣球網(wǎng)絡(luò)100可實(shí)現(xiàn)不透明的自由空間光學(xué)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。在不透明配置中，一些或全部氣球102A至102E可實(shí)現(xiàn)光-電-光(opticaI_electrica1-opticaI，0E0)交換。例如，一些或全部氣球可包括光學(xué)交叉連接(optical cross-connect，0XC)以用于光信號的0E0轉(zhuǎn)換。其它不透明配置也是可能的。
[0056]在又一方面中，示例性氣球網(wǎng)絡(luò)100中的氣球可實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用(wavelengthdivis1n multiplexing,WDM)，這可幫助增大鏈路容量。當(dāng)以透明交換實(shí)現(xiàn)WDM時，穿過氣球網(wǎng)絡(luò)的物理光路可受到“波長連續(xù)性約束”。更具體而言，因?yàn)橥该骶W(wǎng)絡(luò)中的交換是完全光學(xué)化的，所以可能有必要向給定光路上的所有光鏈路指派相同的波長。
[0057]另一方面，不透明配置可避免波長連續(xù)性約束。具體地，不透明氣球網(wǎng)絡(luò)中的氣球可包括可操作用于波長轉(zhuǎn)換的0E0交換系統(tǒng)。結(jié)果，氣球可在沿著光路的每一跳處轉(zhuǎn)換光信號的波長。
[0058]另外，在不透明配置中可采用各種路由算法。例如，為了為給定的連接確定主光路和/或一個或多個不同的備用光路，示例性氣球可應(yīng)用或考慮最短路徑路由技術(shù)，諸如Di jkstra的算法和k最短路徑，和/或邊緣和節(jié)點(diǎn)多樣或不相交路由，諸如SuurbalIe的算法等等。額外地或替換地，在確定光路時可采用用于提高QoS的技術(shù)。其它技術(shù)也是可能的。[°°59] B.臺站保持功能
[0060]在示例性實(shí)施例中，氣球網(wǎng)絡(luò)100可實(shí)現(xiàn)臺站保持功能來幫助提供期望的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹＠?，臺站保持可涉及每個氣球102A至102E維持和/或移動到相對于網(wǎng)絡(luò)中的一個或多個其它氣球的特定位置(并且可能在相對于地面的特定位置)。作為此過程的一部分，每個氣球102A至102E可實(shí)現(xiàn)臺站保持功能以確定其在期望拓?fù)鋬?nèi)的期望定位，并且如果必要，則確定如何移動到期望位置。
[0061]期望拓?fù)淇梢罁?jù)特定的實(shí)現(xiàn)方式而有所不同。在一些情況下，氣球可實(shí)現(xiàn)臺站保持來提供基本上均一的拓?fù)?。在這樣的情況下，給定的氣球102A至102E可實(shí)現(xiàn)臺站保持功能來將其自身定位在與氣球網(wǎng)絡(luò)100中的鄰近氣球相距基本上相同的距離(或者在一定距離范圍內(nèi))。
[0062]在其它情況下，氣球網(wǎng)絡(luò)100可具有非均一拓?fù)洹＠?，示例性?shí)施例可涉及如下的拓?fù)?在這些拓?fù)渲?，出于各種原因，氣球在某些區(qū)域中分布得更密集或更不密集。作為示例，為了幫助滿足城市區(qū)域中典型的更高帶寬需求，氣球在城市區(qū)域上方可更密集地群集。出于類似的原因，氣球的分布在陸地上方可以比在大水體上方更密集。非均一拓?fù)涞脑S多其它示例是可能的。
[0063]在又一方面中，示例性氣球網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)淇梢允莿討B(tài)的且可適應(yīng)性修改的。具體地，示例性氣球的臺站保持功能可允許氣球依據(jù)網(wǎng)絡(luò)的期望拓?fù)涞淖兓瘉碚{(diào)整其各自的定位。例如，一個或多個氣球可移動到新的位置以增大或減小給定區(qū)域中氣球的密度。另外，在一些實(shí)施例中，氣球可處于連續(xù)或幾乎連續(xù)的運(yùn)動中，并且臺站保持可以涉及移動氣球以便嘗試滿足例如對于各個區(qū)域中的覆蓋的特定需求。
[0064]在一些實(shí)施例中，氣球網(wǎng)絡(luò)100可采用能量函數(shù)來確定氣球是否應(yīng)當(dāng)移動和/或應(yīng)當(dāng)如何移動來提供期望的拓?fù)?。具體地，給定氣球的狀態(tài)和一些或全部附近氣球的狀態(tài)可以是能量函數(shù)的輸入。能量函數(shù)可將給定氣球和附近氣球的當(dāng)前狀態(tài)應(yīng)用到期望的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)(例如，與期望拓?fù)湎鄬?yīng)的狀態(tài))。隨后可通過確定能量函數(shù)的梯度來確定指示給定氣球的期望移動的向量。給定氣球隨后可確定為了實(shí)現(xiàn)期望的移動而要采取的適當(dāng)動作。例如，氣球可確定一個或多個高度調(diào)整以使得風(fēng)將會以期望的方式來移動氣球。
[0065]C.對氣球網(wǎng)絡(luò)中的氣球的控制
[0066]在一些實(shí)施例中，網(wǎng)狀聯(lián)網(wǎng)和/或臺站保持功能可以是集中式的。例如，圖2是根據(jù)示例性實(shí)施例圖示出氣球網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的框圖。具體地，圖2示出了分布式控制系統(tǒng)，其包括中央控制系統(tǒng)200和數(shù)個區(qū)域控制系統(tǒng)202A至202C。這種控制系統(tǒng)可被配置為為氣球網(wǎng)絡(luò)204協(xié)調(diào)某些功能，并且因此可被配置為為氣球206A至2061控制和/或協(xié)調(diào)某些功能。
[0067]在圖示的實(shí)施例中，中央控制系統(tǒng)200可被配置為經(jīng)由數(shù)個區(qū)域控制系統(tǒng)202A至202C與氣球206A至2061通信。這些區(qū)域控制系統(tǒng)202A至202C可被配置為從其所覆蓋的各自的地理區(qū)域中的氣球接收通信和/或聚集數(shù)據(jù)，以及將這些通信和/或數(shù)據(jù)中繼到中央控制系統(tǒng)200。另外，區(qū)域控制系統(tǒng)202A至202C可被配置為將通信從中央控制系統(tǒng)200路由到其各自的地理區(qū)域中的氣球。例如，如圖2中所示，區(qū)域控制系統(tǒng)202A可在氣球206A至206C與中央控制系統(tǒng)200之間中繼通信和/或數(shù)據(jù)，區(qū)域控制系統(tǒng)202B可在氣球206D至206F與中央控制系統(tǒng)200之間中繼通信和/或數(shù)據(jù)，并且區(qū)域控制系統(tǒng)202C可在氣球206G至2061與中央控制系統(tǒng)200之間中繼通信和/或數(shù)據(jù)。
[0068]為了促進(jìn)中央控制系統(tǒng)200與氣球206A至2061之間的通信，某些氣球可被配置為可操作來與區(qū)域控制系統(tǒng)202A至202C通信的下行鏈路氣球。因此，每個區(qū)域控制系統(tǒng)202A至202C可被配置為與其所覆蓋的各個地理區(qū)域中的一個或多個下行鏈路氣球通信。例如，在圖示的實(shí)施例中，氣球206A、206D和206H被配置為下行鏈路氣球。這樣，區(qū)域控制系統(tǒng)202A至202C可分別經(jīng)由光鏈路206、208和210與氣球206A、206D和206H通信。
[0069]在氣球206A至2061中只有一些被配置為下行鏈路氣球的圖示配置中，被配置為下行鏈路氣球的氣球206A、206D和206H可起到將通信從中央控制系統(tǒng)200中繼到氣球網(wǎng)絡(luò)中的其它氣球——諸如氣球206B、206C、206E至206G和2061——的作用。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在一些實(shí)現(xiàn)方式中，有可能所有氣球都可充當(dāng)下行鏈路氣球。另外，雖然圖2示出了多個氣球被配置為下行鏈路氣球，但也有可能氣球網(wǎng)絡(luò)只包括一個下行鏈路氣球。
[0070]注意，區(qū)域控制系統(tǒng)202A至202B可能實(shí)際上只是被配置為與下行鏈路氣球通信的特定類型的地基臺站(例如，諸如圖1的地基臺站112)。從而，雖然在圖2中未示出，但可結(jié)合其它類型的地基臺站(例如，接入點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)等等)實(shí)現(xiàn)圖2中示出的控制系統(tǒng)。
[0071]在集中式控制布置中，諸如圖2中所示的那種，中央控制系統(tǒng)200(并且區(qū)域控制系統(tǒng)202A至202C也可能)可為氣球網(wǎng)絡(luò)204協(xié)調(diào)某些網(wǎng)狀聯(lián)網(wǎng)功能。例如，氣球206A至2061可向中央控制系統(tǒng)200發(fā)送某些狀態(tài)信息，中央控制系統(tǒng)200可利用這些狀態(tài)信息來確定氣球網(wǎng)絡(luò)204的狀態(tài)。來自給定氣球的狀態(tài)信息可包括位置數(shù)據(jù)、光鏈路信息(例如，氣球與之建立光鏈路的其它氣球的身份、鏈路的帶寬、鏈路上的波長使用和/或可用性等等)、氣球收集的風(fēng)數(shù)據(jù)和/或其它類型的信息。因此，中央控制系統(tǒng)200可聚集來自氣球206A至2061中的一些或全部的狀態(tài)信息以便確定網(wǎng)絡(luò)的整體狀態(tài)。
[0072]網(wǎng)絡(luò)的整體狀態(tài)隨后可用于協(xié)調(diào)和/或促進(jìn)某些網(wǎng)狀聯(lián)網(wǎng)功能，諸如為連接確定光路。例如，中央控制系統(tǒng)200可基于來自氣球206A至2061中的一些或全部的聚集狀態(tài)信息來確定當(dāng)前拓?fù)?。拓?fù)淇商峁馇蚓W(wǎng)絡(luò)中可用的當(dāng)前光鏈路和/或鏈路上的波長可用性的圖景。此拓?fù)潆S后可被發(fā)送到氣球中的一些或全部，從而使得可以采用路由技術(shù)來為通過氣球網(wǎng)絡(luò)204的通信選擇適當(dāng)?shù)墓饴?以及可能選擇備用光路)。
[0073]在又一方面中，中央控制系統(tǒng)200(并且區(qū)域控制系統(tǒng)202A至202C也可能)還可為氣球網(wǎng)絡(luò)204協(xié)調(diào)某些臺站保持功能。例如，中央控制系統(tǒng)200可以把從氣球206A至2061接收的狀態(tài)信息輸入到能量函數(shù)，該能量函數(shù)可有效地將網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前拓?fù)渑c期望的拓?fù)溥M(jìn)行比較，并且提供為每個氣球指示移動的方向的向量(如果有移動的話)，以使得氣球可朝著期望的拓?fù)湟苿?。另外，中央控制系統(tǒng)200可以使用高度風(fēng)數(shù)據(jù)來確定可被發(fā)起來實(shí)現(xiàn)朝著期望拓?fù)涞囊苿拥母鱾€高度調(diào)整。中央控制系統(tǒng)200也可提供和/或支持其它臺站保持功會K。
[0074]如所指出的，圖2示出了分布式控制的布置，其中區(qū)域控制系統(tǒng)202A至202C協(xié)調(diào)中央控制系統(tǒng)200與氣球網(wǎng)絡(luò)204之間的通信。這種布置在覆蓋大地理區(qū)域的氣球網(wǎng)絡(luò)中會是有用的。在一些實(shí)施例中，分布式控制系統(tǒng)甚至可支持在地球上每個地方提供覆蓋的全球氣球網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)然，分布式控制布置在其它場景中也可以是有用的。
[0075]另外，應(yīng)當(dāng)理解，其它控制系統(tǒng)布置是可能的。例如，一些實(shí)現(xiàn)方式可涉及具有額外的層(例如，區(qū)域控制系統(tǒng)內(nèi)的子區(qū)域系統(tǒng)等等)的分布式控制系統(tǒng)。替換地，控制功能可由單個集中式控制系統(tǒng)提供，該系統(tǒng)可與一個或多個下行鏈路氣球直接通信。
[0076]在又一方面中，取決于實(shí)現(xiàn)方式，對氣球網(wǎng)絡(luò)的控制和協(xié)調(diào)可由地基控制系統(tǒng)和氣球網(wǎng)絡(luò)之間在不同程度上共享。實(shí)際上，在一些實(shí)施例中，可以沒有地基控制系統(tǒng)。在這種實(shí)施例中，所有網(wǎng)絡(luò)控制和協(xié)調(diào)功能可由氣球網(wǎng)絡(luò)自身實(shí)現(xiàn)。例如，某些氣球可被配置為提供與中央控制系統(tǒng)200和/或區(qū)域控制系統(tǒng)202A至202C相同或相似的功能。其它示例也是可能的。
[0077]此外，對氣球網(wǎng)絡(luò)的控制和/或協(xié)調(diào)可以是分散式的。例如，每個氣球可將狀態(tài)信息中繼到一些或全部附近氣球，并且從一些或全部附近氣球接收狀態(tài)信息。另外，每個氣球可以把其從附近氣球接收的狀態(tài)信息中繼到一些或全部附近氣球。當(dāng)所有氣球都這樣做時，每個氣球可能夠單獨(dú)確定網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)。替換地，某些氣球可被指定為為網(wǎng)絡(luò)的給定部分聚集狀態(tài)信息。這些氣球隨后可彼此協(xié)調(diào)來確定網(wǎng)絡(luò)的整體狀態(tài)。
[0078]另外，在一些方面中，對氣球網(wǎng)絡(luò)的控制可以是部分或完全局部化的，從而使得其不依賴于網(wǎng)絡(luò)的整體狀態(tài)。例如，個體氣球可實(shí)現(xiàn)只考慮附近氣球的臺站保持功能。具體地，每個氣球可實(shí)現(xiàn)將其自身狀態(tài)和附近氣球的狀態(tài)考慮在內(nèi)的能量函數(shù)。該能量函數(shù)可用于維持和/或移動到相對于附近氣球的期望位置，而不必考慮網(wǎng)絡(luò)整體上的期望拓?fù)?。然而，?dāng)每個氣球?yàn)榱伺_站保持實(shí)現(xiàn)這種能量函數(shù)時，氣球網(wǎng)絡(luò)整體上可維持期望的拓?fù)浜?或朝著期望的拓?fù)湟苿印?br>[0079]D.說明性氣球配置
[0080]在示例性氣球網(wǎng)絡(luò)中可包含各種類型的氣球系統(tǒng)。如上文所指出的，示例性實(shí)施例可利用高空氣球，這些高空氣球通常在17km到22km之間的高度范圍中操作。圖3是根據(jù)示例性實(shí)施例圖示出高空氣球300的簡化框圖。如圖所示，氣球300包括氣囊302、套罩(skirt)304、有效載荷306和附接于氣球302與有效載荷306之間的下切系統(tǒng)(cut-down system)308。
[0081 ]氣囊302和套罩304可采取可以是當(dāng)前公知或尚待開發(fā)的各種形式。例如，氣囊302和/或套罩304可由高靈活性乳膠材料制成或者可由諸如氯丁二烯之類的橡膠材料制成。其它材料也是可能的。另外，氣囊302和套罩304的形狀和大小可依據(jù)特定的實(shí)現(xiàn)方式而有所不同。額外地，氣囊302可被填充以各種不同類型的氣體，諸如氦和/或氫。其它類型的氣體也是可能的。
[0082]氣球300的有效載荷306可包括處理器312和自帶數(shù)據(jù)存儲裝置，諸如存儲器314。存儲器314可采取非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的形式或者包括非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上可存儲有指令，這些指令可被處理器312訪問并運(yùn)行以便執(zhí)行本文描述的氣球功能。
[0083]氣球300的有效載荷306還可包括各種其它類型的裝備和系統(tǒng)來提供數(shù)種不同的功能。例如，有效載荷306可包括光通信系統(tǒng)316，該光通信系統(tǒng)316可經(jīng)由超亮LED系統(tǒng)320發(fā)送光信號，并且可經(jīng)由光通信接收器322(例如，光電二極管接收器系統(tǒng))接收光信號。另夕卜，有效載荷306可包括RF通信系統(tǒng)318，該RF通信系統(tǒng)318可經(jīng)由天線系統(tǒng)324發(fā)送和/或接收RF通信。有效載荷306還可包括電源326來向氣球300的各種組件供應(yīng)電力。
[0084]另外，有效載荷306可包括各種類型的其它系統(tǒng)和傳感器328。例如，有效載荷306可包括一個或多個視頻和/或靜止相機(jī)、GPS系統(tǒng)、各種運(yùn)動傳感器(例如，加速度計(jì)、陀螺儀和/或羅盤)，和/或用于捕捉環(huán)境數(shù)據(jù)的各種傳感器。另外，有效載荷306內(nèi)的組件中的一些或全部可在無線電探空儀(rad1sonde)中實(shí)現(xiàn)，該無線電探空儀可操作來測量例如壓力、高度、地理位置(瑋度和經(jīng)度)、溫度、相對濕度、和/或風(fēng)速和/或風(fēng)向以及其它信息。
[0085]如所指出的，氣球300包括超亮LED系統(tǒng)320，用于與其它氣球的自由空間光通信。這樣，光通信系統(tǒng)316可被配置為通過調(diào)制超亮LED系統(tǒng)320來發(fā)送自由空間光信號。光通信系統(tǒng)316可實(shí)現(xiàn)有機(jī)械系統(tǒng)和/或硬件、固件和/或軟件。一般地，實(shí)現(xiàn)光通信系統(tǒng)的方式可依據(jù)具體應(yīng)用而變化。
[0086]在又一方面中，氣球300可被配置用于高度控制。例如，氣球300可包括可變浮力系統(tǒng)，該系統(tǒng)可被配置為通過調(diào)整氣球300中的氣體的體積和/或密度來改變氣球300的高度。可變浮力系統(tǒng)可采取各種形式，并且一般可以是任何可改變氣囊302中的氣體的體積和/或密度的系統(tǒng)。
[0087]在示例性實(shí)施例中，可變浮力系統(tǒng)可包括位于氣囊302內(nèi)部的囊袋(bladder)310。因此可通過改變囊袋310中的氣體的密度和/或體積來調(diào)整氣球300的浮力。為了改變囊袋310中的密度，氣球300可被配置有用于加熱和/或冷卻囊袋310中的氣體的系統(tǒng)和/或機(jī)制。另外，為了改變體積，氣球300可包括用于向囊袋310添加氣體和/或從囊袋310去除氣體的栗或其它特征。額外地或替換地，為了改變囊袋310的體積，氣球300可包括可控制來允許空氣從囊袋310逸出的放氣閥或其它特征。
[0088]另外，氣球300可包括導(dǎo)航系統(tǒng)(未示出)。導(dǎo)航系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)臺站保持功能以維持在期望的拓?fù)鋬?nèi)的位置和/或依據(jù)期望的拓?fù)湟苿拥揭晃恢?。具體地，導(dǎo)航系統(tǒng)可使用高度風(fēng)數(shù)據(jù)來確定使得風(fēng)在期望的方向上和/或向期望的位置運(yùn)載氣球的高度調(diào)整。高度控制系統(tǒng)隨后可對氣球腔的密度進(jìn)行調(diào)整以便實(shí)現(xiàn)所確定的高度調(diào)整并使得氣球橫向移動到期望的方向和/或期望的位置。
[0089]替換地，高度調(diào)整可由地基控制系統(tǒng)來計(jì)算并被傳達(dá)給高空氣球。作為另一替換，高度調(diào)整可由地基控制系統(tǒng)或基于衛(wèi)星的控制系統(tǒng)來計(jì)算并被傳達(dá)給高空氣球。另外，在一些實(shí)施例中，異質(zhì)氣球網(wǎng)絡(luò)中的特定氣球可被配置為針對其它氣球計(jì)算高度調(diào)整并向這些其它氣球發(fā)送調(diào)整命令。
[0090]如圖所示，氣球300還包括下切系統(tǒng)308。下切系統(tǒng)308可被激活以將有效載荷306與氣球300的其余部分分離。可在需要在地面上訪問有效載荷的任何時間利用此功能，諸如當(dāng)是時候?qū)馇?00從氣球網(wǎng)絡(luò)中去除時，當(dāng)在有效載荷306內(nèi)的系統(tǒng)上應(yīng)當(dāng)進(jìn)行維護(hù)時和/或當(dāng)電源326需要被再充電或更換時。
[0091]在替換布置中，氣球可不包括下切系統(tǒng)。在這種布置中，在需要將氣球從網(wǎng)絡(luò)中去除和/或需要在地面上訪問氣球的情況下，導(dǎo)航系統(tǒng)可操作來將氣球?qū)Ш降街懳恢?。另夕卜，有可能氣球可以是自給自足的，從而理論上不需要在地面上訪問它。
[0092]注意，因?yàn)槠搅鲗又械娘L(fēng)可以以差分方式影響氣球的位置，所以諸如氣球300這樣的氣球的移動和位置可變化。示例網(wǎng)絡(luò)中的氣球可被配置為通過調(diào)整其垂直位置(即，高度)改變其水平位置。例如，通過調(diào)整其高度，氣球可能夠找到將水平(例如，橫向和/或縱向)運(yùn)載氣球至期望水平位置的風(fēng)。風(fēng)速和/或風(fēng)向可隨高度而變化，并且因?yàn)楫?dāng)前風(fēng)速以及天氣預(yù)報(bào)是可得的，所以原理上，可以通過標(biāo)識在該處風(fēng)向沿著期望軌跡帶動氣球的高度而將氣球引導(dǎo)至一位置。然而，沒有其它推進(jìn)形式的氣球可以被限制為跟隨風(fēng)，并且可以不存在利用其風(fēng)沿著期望軌跡運(yùn)載氣球的單一高度。此外，為了控制氣球的編隊(duì)，氣球的移動應(yīng)以可預(yù)測的方式從地表上方的一個位置出現(xiàn)至另一位置。
[0093]E.示例異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)
[0094]在一些實(shí)施例中，高空氣球網(wǎng)絡(luò)可包括經(jīng)由光鏈路與彼此通信的超節(jié)點(diǎn)氣球，以及經(jīng)由RF鏈路與超節(jié)點(diǎn)氣球通信的子節(jié)點(diǎn)氣球。一般地，超節(jié)點(diǎn)氣球之間的光鏈路比超節(jié)點(diǎn)氣球與子節(jié)點(diǎn)氣球之間的RF鏈路具有更大的帶寬。這樣，超節(jié)點(diǎn)氣球可充當(dāng)氣球網(wǎng)絡(luò)的骨干，而子節(jié)點(diǎn)可提供子網(wǎng)，這些子網(wǎng)提供對氣球網(wǎng)絡(luò)的訪問和/或?qū)馇蚓W(wǎng)絡(luò)連接到其它網(wǎng)絡(luò)。
[0095]圖4是根據(jù)示例性實(shí)施例圖示出包括超節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)的氣球網(wǎng)絡(luò)的簡化框圖。更具體而言，圖4圖示了包括超節(jié)點(diǎn)氣球410A至410C(也可稱之為“超節(jié)點(diǎn)”)和子節(jié)點(diǎn)氣球420(也可稱之為“子節(jié)點(diǎn)”)的氣球網(wǎng)絡(luò)400的一部分。
[0096]每個超節(jié)點(diǎn)氣球410A至410C可包括可操作用于與其它超節(jié)點(diǎn)氣球的封包數(shù)據(jù)通信的自由空間光通信系統(tǒng)。這樣，超節(jié)點(diǎn)可通過光鏈路與彼此通信。例如，在圖示的實(shí)施例中，超節(jié)點(diǎn)410A和超節(jié)點(diǎn)410B可通過光鏈路402與彼此通信，并且超節(jié)點(diǎn)410A和超節(jié)點(diǎn)410C可通過光鏈路404與彼此通信。
[0097]每個子節(jié)點(diǎn)氣球420可包括可操作用于通過一個或多個RF空中接口的封包數(shù)據(jù)通信的射頻(RF)通信系統(tǒng)。因此，每個超節(jié)點(diǎn)氣球410A至410C可包括可操作來將封包數(shù)據(jù)路由到一個或多個附近的子節(jié)點(diǎn)氣球420的RF通信系統(tǒng)。當(dāng)子節(jié)點(diǎn)420從超節(jié)點(diǎn)410接收到封包數(shù)據(jù)時，子節(jié)點(diǎn)420可使用其RF通信系統(tǒng)來經(jīng)由RF空中接口將封包數(shù)據(jù)路由到地基臺站430。
[0098]如上文所指出的，超節(jié)點(diǎn)410A至410C既可被配置用于與其它超節(jié)點(diǎn)的較長距離的光通信，又可被配置用于與附近的子節(jié)點(diǎn)420的較短距離的RF通信。例如，超節(jié)點(diǎn)410A至410C可使用高功率或超亮LED來通過可延伸100英里那么長或者可能更長的光鏈路402、404發(fā)送光信號。這樣配置的超節(jié)點(diǎn)410A至410C可能夠以10到50GB/秒的速度進(jìn)行光通信。
[0099]更多的氣球然后可被配置為子節(jié)點(diǎn)，這些子節(jié)點(diǎn)可以以大約1MB/秒的速度與地基互聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)通信。這樣配置的子節(jié)點(diǎn)420可被配置為將超節(jié)點(diǎn)410連接到其它網(wǎng)絡(luò)和/或客戶端設(shè)備。
[0100]注意，以上示例中和本文別處描述的數(shù)據(jù)速度和鏈路距離是為了說明而提供的，而不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是限制性的;其它數(shù)據(jù)速度和鏈路距離是可能的。
[0101]在一些實(shí)施例中，超節(jié)點(diǎn)410A至410C可充當(dāng)核心網(wǎng)絡(luò)，而子節(jié)點(diǎn)420充當(dāng)?shù)胶诵木W(wǎng)絡(luò)的一個或多個接入網(wǎng)絡(luò)。在這種實(shí)施例中，子節(jié)點(diǎn)420中的一些或全部也可充當(dāng)?shù)綒馇蚓W(wǎng)絡(luò)400的網(wǎng)關(guān)。額外地或替換地，地基臺站430中的一些或全部可充當(dāng)?shù)綒馇蚓W(wǎng)絡(luò)400的網(wǎng)關(guān)。
[0102]II 1.示例可調(diào)整空對地通信波束
[0103]在一些示例中，氣球的通信系統(tǒng)可能夠使用兩個或更多個不同波束寬度發(fā)送RF信號至地基臺站和/或其他地面訂戶。例如，氣球可裝備有能夠發(fā)送窄波束信號的高增益相機(jī)以及能夠發(fā)送寬波束信號的低增益相機(jī)。通過使用更寬波束寬度，氣球可能夠到達(dá)地面上氣球下方的更大區(qū)域內(nèi)的地面訂戶。然而，更寬波束不能提供與窄波束一樣強(qiáng)的通信信號，因?yàn)楣β士赡芊稚⒃诟髤^(qū)域上。在另外的示例中，氣球可裝備有多于兩個的天線，每個能夠發(fā)送具有不同波束寬度的RF通信波束。
[0104]氣球然后可通過選擇不同天線來朝向地面上的訂戶發(fā)送RF通信信號以調(diào)整面向地面的通信信號的波束寬度。例如，為了覆蓋地面上的更大的區(qū)域，使用高增益天線來發(fā)送窄波束信號的氣球可通過切換至低增益天線來增大波束寬度。在另外的示例中，氣球可裝備有包含多個天線的收發(fā)器，所述多個天線能夠發(fā)送具有不同波束寬度的RF通信信號以便通過在天線之間切換來促進(jìn)調(diào)整波束寬度的過程。
[0105]在其它示例中，氣球可能夠發(fā)送具有可連續(xù)調(diào)整的波束寬度的RF通信波束。例如，氣球可包含面向地面的天線，所述天線包括被定位為朝向反射器輻射的輻射元件。反射器可以是碟型，諸如可以是球不變的準(zhǔn)拋物形碟型。輻射元件可朝著反射器發(fā)射信號，這導(dǎo)致從天線發(fā)射的輻射具有方向性的發(fā)射圖案。方向性的發(fā)射圖案可大致為頂點(diǎn)位于天線附近的錐形區(qū)域。發(fā)射圖案的方向性從而通過由發(fā)射圖案照射的區(qū)域的寬度或者窄度來確定，并且可通過限定被照射區(qū)域的錐形面的張角來表征。張角(從而天線方向性)可至少部分地由輻射元件與反射器之間的間距來確定。一般地，越大的間距對應(yīng)于越窄的發(fā)射圖案，而越小的間距對應(yīng)于越寬的發(fā)射圖案。在此示例中，因此可以通過將天線中的輻射元件更靠近或更遠(yuǎn)離反射器地移動來動態(tài)調(diào)整發(fā)射圖案的寬度。
[0106]圖5A圖示了具有被定位為照射在地平面的地理區(qū)域506的面向地面的天線的示例高空氣球502。氣球502可類似于聯(lián)系圖3所描述的氣球300，并且可包括用于操作面向地面的天線的安裝到有效載荷的RF通信系統(tǒng)，該RF通信系統(tǒng)與氣球300的有效載荷306中的RF通信系統(tǒng)318類似。面向地面的天線可發(fā)射RF通信波束504，該RF通信波束504使得在地平面的信號大體上跨越地理區(qū)域506。通信波束504可具有與地面上的地理區(qū)域506的大小相對應(yīng)的角度跨度，諸如地面上的圓形區(qū)域的圓周。
[0107]在一些示例中，氣球的通信波束的角度跨度可以被調(diào)整以便改變波束在地平面上所到達(dá)的地理區(qū)域的尺寸。例如，氣球可裝備有兩個或更多個RF天線，每個RF天線能夠發(fā)送具有不同波束的RF通信波束。面向地面的RF通信波束的波束寬度然后可通過在兩個不同天線之間切換來修改。在一些示例中，多個天線可以被合并到單個收發(fā)器內(nèi)以促進(jìn)天線(和通信波束寬度)之間的切換?；蛘撸谄渌纠?，氣球可裝備有RF相機(jī)，其能夠發(fā)送可連續(xù)調(diào)整的RF通信信號。
[0108]圖5B圖示了比圖5A發(fā)送具有更寬的波束寬度的通信波束的氣球502。更具體地，氣球502可以通過從面向地面的天線發(fā)送通信波束508來照射地理區(qū)域510，以便大體上跨越地平面上的地理區(qū)域510。通信波束508可具有角度跨度θ2，其對應(yīng)于地面上的地理區(qū)域510的尺寸。通過增大通信波束508的寬度和對應(yīng)的角度跨度θ2，通信波束508可以在地平面覆蓋更大區(qū)域。雖然本文為了方便起見聯(lián)系高空氣球502描述了可調(diào)整通信波束504、508，但尤其要注意，具有能夠發(fā)送具有可調(diào)整波束寬度的RF通信波束的(一個或多個)天線的通信系統(tǒng)可安裝到多種高空平臺，并且可聯(lián)系多種高空平臺使用，所述高空平臺諸如其它比空氣輕的設(shè)備等等。
[0109]此外，要指出，本文的論述大體上提及對具有可調(diào)整波束寬度(或發(fā)射圖案)的無線電信號的傳輸以照射地理區(qū)域(例如，由通信波束504、508照射的在地平面的地理區(qū)域506、510)。然而，由于天線理論和設(shè)計(jì)中無線電信號的發(fā)射和接收之間的一般的相互性，因此要認(rèn)識到，總體上全文的論述同樣適用于從特定地平面的地理區(qū)域接收信號。即，可以額外地或替換地使用具有可調(diào)整波束寬度的(一個或多個)天線來接收從發(fā)射圖案(例如，從在地平面的地理區(qū)域506、510內(nèi)部)來的信號。在這種示例中，調(diào)整波束寬度可以允許(安裝到高空氣球的)接收天線從來自地面上的不同地理區(qū)域的地基臺站和/或其他地面訂戶接收通信信號，諸如圖5Α和圖5Β中所示。
[0110]IV.示例方法
[0111]圖6是根據(jù)示例實(shí)施例的方法的框圖。方法600可以由位于單個氣球和/或彼此通信的多個氣球上的一個或多個計(jì)算系統(tǒng)執(zhí)行。在另外的示例中，方法600的全部或一些可由氣球網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)執(zhí)行。例如，方法600中的一些或全部可以由中央控制系統(tǒng)和/或區(qū)域系統(tǒng)執(zhí)行，如上文關(guān)于圖2描述的系統(tǒng)。(一個或多個)控制系統(tǒng)可以與氣球網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的氣球通信。在一些示例中，方法600中的各部分可以被組合，分離成額外的部分，和/或按與所示的順序不同的順序執(zhí)行。其它配置也是可能的。
[0112]更具體地，方法600最初可以涉及確定由一組氣球服務(wù)的毗連地面覆蓋區(qū)域，如塊602所示。一區(qū)域上的毗連地面覆蓋區(qū)域可以由來自該區(qū)域內(nèi)的每個氣球的各個覆蓋區(qū)域形成。地面覆蓋區(qū)域內(nèi)的特定點(diǎn)可以由氣球中的至少一個服務(wù)，使得氣球可以發(fā)送和/或接收到達(dá)在地平面處的點(diǎn)的RF通信信號。
[0113]例如，特定氣球可以覆蓋位于氣球下方的地面上的特定區(qū)域(例如，以氣球在空中的水平位置正下方為中心點(diǎn)的地面上的圓圈)。特定氣球覆蓋的區(qū)域的尺寸除了基于氣球的面向地面的通信波束外，也可以基于氣球的高度。更寬波束寬度可以覆蓋地面上的更大區(qū)域。額外地，如果高度更高的氣球與高度更低的氣球使用相同波束寬度，則高度更高的氣球可以比高度更低的氣球覆蓋地面上的更大區(qū)域。在某些示例中，氣球可裝備有RF天線，其將信號投射到具有除了圓圈以外的不同形狀(例如，橢圓形)的個體覆蓋區(qū)域上。
[0114]在一些示例中，當(dāng)來自氣球中的每一個的各個覆蓋區(qū)域被添加到一起時(例如，當(dāng)?shù)孛嫔系膱A圈組合時)，可以形成在特定區(qū)域上的毗連地面覆蓋區(qū)域。地面覆蓋區(qū)域可以是毗連的，因?yàn)槠湓诟采w中不包含任何間隙(例如，地面上未被任一個氣球服務(wù)的點(diǎn))。毗連地面覆蓋區(qū)域例如可以覆蓋特定地理區(qū)域、城市或國家。
[0115]在一些示例中，毗連地面覆蓋區(qū)域可以通過將網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的氣球定位在特定水平位置和/或高度處、然后選擇用于來自氣球的用以覆蓋整個區(qū)域的面向地面的通信信號的波束寬度來確定。在其它示例中，毗連地面覆蓋區(qū)域可以僅通過選擇用于通信信號的波束寬度來確定，諸如當(dāng)氣球的位置部分或完全不可被氣球網(wǎng)絡(luò)控制時。在某些示例中，可以選擇波束寬度(和對應(yīng)的個體覆蓋范圍)以便以各個覆蓋范圍之間的最小重疊量來提供區(qū)域上的毗連覆蓋。在其它示例中，為了冗余益處，多個氣球可以覆蓋地面上的某些重疊區(qū)域。
[0116]圖7A圖示了三個氣球和對應(yīng)的個體覆蓋區(qū)域的示例配置的頂視圖。更具體地，第一氣球702可裝備有包括面向地面的RF天線的通信系統(tǒng)704，該RF天線可以將RF通信信號投射到氣球702下方的地面上的區(qū)域706上。額外地，第二氣球708可裝備有包括面向地面的RF天線的通信系統(tǒng)710，該RF天線可以將RF通信信號投射到地面上的一不同區(qū)域712上。此外，第三氣球714可裝備有包括面向地面的RF天線的通信系統(tǒng)716，該RF天線可以將RF通信信號投射到地面上的另一不同區(qū)域718上。
[0117]毗連地面覆蓋區(qū)域然后可由區(qū)域706、712、718形成。覆蓋區(qū)域內(nèi)的地面上的任何點(diǎn)可以由氣球702、708、714中的至少一個覆蓋。在該簡化示例中，示出了三個氣球，但地面覆蓋區(qū)域也可以包括來自網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的幾百或幾千個氣球的各個覆蓋區(qū)域。額外地，氣球的通信系統(tǒng)704、710、716在一些示例中可以全部都是相同的，或者在其它示例中它們在不同氣球上也可以是不同的。
[0118]在另外的示例中，地面覆蓋區(qū)域可以包括基于需求級別對于區(qū)域的不同部分的不同級別的覆蓋。例如，某些區(qū)域可以具有更密集的人口或出于其它原因具有更大服務(wù)需求。每個氣球可以對于其可發(fā)送至地面訂戶的數(shù)據(jù)的容量有限制(例如，lMB/s、10MB/s或lOOMB/s)。因此，在一些示例中，某些數(shù)目的氣球可以位于一區(qū)域上，以便在地平面處滿足該區(qū)域內(nèi)的需求。因此可以由氣球網(wǎng)絡(luò)提供級別足夠滿足地面覆蓋區(qū)域的每個區(qū)段的不同需求的覆蓋。
[0119]方法600然后可以涉及確定氣球中的至少一個的位置的改變，如塊604所示。更具體地，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的各個氣球的水平(橫向和/或縱向)位置和/或高度可以隨時間改變。例如，風(fēng)或其它環(huán)境因素可以導(dǎo)致氣球改變位置。額外地，在一些示例中，出于提供覆蓋和/或其它任務(wù)的目的，各個氣球可以被周期性地指定重分配至不同的區(qū)域。
[0120]在一些實(shí)例中，可以預(yù)期網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的一個或多個氣球的移動導(dǎo)致在地平面的覆蓋中的間隙。例如，作為向氣球正下方的特定區(qū)域提供覆蓋的唯一氣球的氣球可能在水平方向上被吹動，使得氣球不再在特定區(qū)域上方，并且使用其當(dāng)前面向地面的波束寬度不再向該區(qū)域提供覆蓋。在一些示例中，可以基于預(yù)期氣球移動提前做出關(guān)于覆蓋中可能的間隙的預(yù)測(例如，天氣預(yù)報(bào)可預(yù)測特定方向上的風(fēng))。在其它示例中，預(yù)測可以在氣球移動中途出現(xiàn)，或者也可以在某些氣球移動已經(jīng)出現(xiàn)之后出現(xiàn)。
[0121]圖7B示出了來自圖7A的三個氣球的示例配置，其中這些氣球中的一個已水平移動。更具體地，氣球714可已經(jīng)移動到右側(cè)，使得氣球702覆蓋的地面上的區(qū)域706不再接觸氣球714所覆蓋的區(qū)域718。在這種情形下，在氣球702與氣球714之間可能出現(xiàn)地面覆蓋區(qū)域中的間隙。在一些示例中，在氣球714開始移動之前或當(dāng)氣球714中途改變位置時，可以做出間隙可能出現(xiàn)的確定。
[0122]方法600然后可以涉及確定對氣球中的一個的個體覆蓋區(qū)域的調(diào)整，以嘗試維持毗連地面覆蓋，如塊606所示。更具體地，氣球中的一個或多個的波束寬度可以增大或減小，以便在氣球中的一個或多個已經(jīng)改變位置之后維持毗連地面覆蓋。通過增大特定氣球的波束寬度，可以增大該氣球的個體覆蓋區(qū)域(例如，地面上的圓圈)，以便防止否則可能出現(xiàn)的地面上的覆蓋中的間隙。
[0123]在一些示例中，可以確定氣球的個體覆蓋區(qū)域中的最小增大，以便維持毗連地面覆蓋。例如，氣球的個體覆蓋區(qū)域不會不必要地增大以便避免減小在地平面處的信號強(qiáng)度。在其它示例中，可以調(diào)整多個氣球的個體覆蓋區(qū)域。例如，兩個或三個不同氣球的覆蓋區(qū)域可以每個都增大以便防止覆蓋中的可能間隙。在某些示例中，可以增大一些氣球的個體覆蓋區(qū)域，同時也可以減小其它氣球的個體覆蓋區(qū)域。
[0124]方法600還可涉及調(diào)整氣球的面向地面的通信波束的寬度以便調(diào)整該氣球的個體覆蓋區(qū)域，如塊608所示。更具體地，通過調(diào)整氣球的波束寬度可以如之前所確定地調(diào)整氣球的個體覆蓋區(qū)域，以便在氣球中的一個或多個改變位置之后維持毗連地面覆蓋。在一些示例中，可以在氣球已經(jīng)改變位置到可能出現(xiàn)對區(qū)域的服務(wù)中的間隙的點(diǎn)之前完成對來自氣球中的一個的通信信號的波束寬度的調(diào)整。
[0125]可以使用上述方法中的任何一種來調(diào)整氣球的面向地面的通信波束的波束寬度。例如，氣球的通信系統(tǒng)可以在兩個或更多個RF天線之間切換，其每個能夠發(fā)送具有不同波束寬度的信號?；蛘?，氣球可裝備有具有可連續(xù)調(diào)整的波束寬度的天線，在此情況下例如可以通過調(diào)整輻射器與面向地面的反射器之間的間隔來調(diào)整波束寬度。
[0126]圖7C示出了來自圖7B的三個氣球的另一配置。更具體地，可以增大氣球714的波束寬度以便覆蓋地平面上的更大區(qū)域718。通過增大氣球714的個體覆蓋區(qū)域718，可以避免作為氣球714的位置改變的結(jié)果而可能出現(xiàn)的覆蓋中的任何間隙。在其它示例中，可以替代地增大氣球702的個體覆蓋區(qū)域706或者氣球708的個體覆蓋區(qū)域712以便維持毗連覆蓋。在另外的示例中，還可以增大個體覆蓋區(qū)域706、712和718的組合以便避免覆蓋中的間隙。
[0127]在某些示例中，地面覆蓋區(qū)域的不同區(qū)段可以與來自地面訂戶的不同需求級別相關(guān)聯(lián)，如之前所指出的。在這種示例中，可以因此將毗連地面覆蓋定義為滿足整個區(qū)域上的需求級別的覆蓋級別。例如，可以作為方法600的一部分確定對氣球的個體覆蓋區(qū)域的調(diào)整，以嘗試避免對特定區(qū)域的服務(wù)級別不足(除了或替代字面上的覆蓋中的間隙)。例如，特定區(qū)域的需求級別可能需要來自至少兩個氣球的服務(wù)。在這種示例中，如果氣球中的一者水平遠(yuǎn)離該區(qū)域移動(例如，如圖7B中那樣)，則可以增大該氣球或一不同氣球的波束寬度，以便確保該區(qū)域繼續(xù)在地平面具有足夠的服務(wù)級別。
[0128]在其它示例中，一個或多個氣球的位置改變可以包括高度的改變。在假設(shè)固定波束寬度的情況下，如果氣球高度上升，則氣球的個體地面覆蓋區(qū)域可以增大。類似地，在假設(shè)固定波束寬度的情況下，如果氣球高度下降，則氣球的個體地面覆蓋區(qū)域可以減小。在一些示例中，因此可以預(yù)期區(qū)域中的氣球中的一個或多個的高度改變導(dǎo)致由一組氣球在地平面提供的覆蓋中的間隙。
[0129]在某些示例中，可以調(diào)整氣球的波束寬度以便隨著氣球高度改變而保持在地面上固定或至少大致固定的氣球的個體覆蓋區(qū)域。例如，隨著氣球高度增大，面向地面的通信波束的角度跨度可以變窄，使得波束在地平面處跨越大抵相同的區(qū)域。額外地，隨著氣球高度減小，面向地面的通信波束的角度跨度可以變寬，使得波束在地平面處跨越大抵相同的區(qū)域。在一些示例中，氣球的天線可被配置為使得發(fā)射圖案至少大致跨越相同的地平面地理區(qū)域而不管氣球的海拔如何。從而，氣球可被配置為維持與大體上固定的地理區(qū)域的通信，即使當(dāng)氣球升降到不同海拔時也如此。
[0130]此外，更窄的面向地面的通信波束可具有更大的方向性增益。這樣，波束的發(fā)射圖案的增大的方向性增益可至少部分地補(bǔ)償當(dāng)氣球處于較高高度時氣球與地平面之間的較大距離。例如，在所覆蓋的地理區(qū)域中的地平面處的輻射可具有相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，無論該輻射是來自伴隨在較低高度的氣球的較寬的發(fā)射圖案，還是來自伴隨在較高高度的氣球的較窄的發(fā)射圖案。來自在較高高度的氣球的更加定向的發(fā)射圖案可進(jìn)而至少部分地補(bǔ)償在地平面處的輻射強(qiáng)度依賴于高度的變化。
[0131]圖7D示出了三個氣球的示例配置的頂視圖，其中一個氣球在高度上低于其它兩個氣球。更具體地，氣球714可以通過相對于氣球702和708減小高度來改變位置。如果來自氣球714的通信系統(tǒng)716的面向地面的通信波束的波束寬度保持固定，則氣球在地平面的個體覆蓋區(qū)域718的尺寸可以減小。在一些示例中，可以預(yù)期氣球714的高度改變導(dǎo)致地面覆蓋中的間隙，諸如在由氣球702所覆蓋的區(qū)域706與由氣球714所覆蓋的區(qū)域718之間的地面區(qū)段中的間隙。
[0132]為了維持毗連地面覆蓋，可以調(diào)整氣球714的波束寬度以應(yīng)對氣球714的高度改變。具體地，在一些示例中，可以調(diào)整氣球714的波束寬度以便保持氣球714的個體覆蓋區(qū)域718尺寸相對固定，而不管氣球714的當(dāng)前高度如何。隨著氣球714的高度增大，波束寬度可以變窄以便防止地面覆蓋區(qū)域718尺寸增大。此外，隨著氣球714的高度減小，波束寬度可以變寬以便防止地面覆蓋區(qū)域718尺寸減小。
[0133]圖7E圖示了來自圖7D的氣球的另一示例配置的頂視圖。更具體地，來自氣球714上的通信系統(tǒng)716的面向地面的通信波束的波束寬度可以增大以便防止氣球714的地面覆蓋區(qū)域718隨著氣球714高度降低而尺寸減小。在一些示例中，可以使得在氣球714的高度的任何改變之前，對氣球714的波束寬度的調(diào)整遠(yuǎn)遠(yuǎn)足夠，從而可以維持來自該組氣球的在地面上的毗連覆蓋。在其它示例中，同樣地或替代地可以調(diào)整氣球702和/或氣球708的波束寬度以嘗試隨著氣球714改變高度而維持毗連覆蓋。
[0134]在一些示例中，氣球可以大體上在靠近高空氣球的期望平流層高度的下端的第一高度(例如，18km)與靠近高空氣球的期望平流層高度的上端的第二高度(例如，25km)之間操作。為了隨著氣球?qū)⒏叨葟牡谝桓叨雀淖冎恋诙叨榷S持地面上相對恒定的覆蓋區(qū)域，在第一高度的示例發(fā)射圖案的角度跨度可大約是90° (例如，具有45°半寬度的大致錐形的輻射圖案)，并且在第二高度的示例發(fā)射圖案的角度跨度可大約是70° (例如，具有36°半寬度的大致錐形的輻射圖案)。
[0135]在另一示例中，來自氣球的面向地面的通信信號的波束寬度可被調(diào)整以應(yīng)對地平面海拔的變化。例如，氣球可包括天線，該天線的發(fā)射圖案基于氣球相對于在氣球正下方的地平面的高度來調(diào)整。換句話說，發(fā)射圖案可基于諸如通過外界壓力檢測到的相對于海平面的絕對高度來調(diào)整，或者可額外地或者替換地基于相對于地面的高度來調(diào)整。從而，氣球可被配置為至少部分地補(bǔ)償相對高度的變化(例如，由于氣球在具有地平面高度變化的區(qū)域上方通過而導(dǎo)致的相對高度的變化)以便維持到達(dá)地平面的輻射的至少大致恒定的地理跨度和/或強(qiáng)度水平。在一個示例中，氣球可穿過具有一系列地面海拔改變的區(qū)域(例如，丘陵、山谷、斜坡、平原區(qū)、山脈等等)。示例氣球可動態(tài)調(diào)整其面向地面的天線的輻射圖案以至少部分地補(bǔ)償從氣球到達(dá)地面的輻射的依賴于高度的變化。例如，發(fā)射圖案可在高海拔區(qū)域(和低相對高度)上方是相對較寬的。類似地，發(fā)射圖案可在低海拔區(qū)域(和高相對高度)上方是相對較窄的。
[0136]在一些示例中，可通過預(yù)定地平面海拔數(shù)據(jù)結(jié)合位置信息(例如，如GPS接收器等等所確定的)以及氣球上的一個或多個高度傳感器(例如，高度計(jì)和/或壓力傳感器等)來確定相對高度(即，從地面到氣球的距離)。在確定氣球的位置信息(諸如經(jīng)度和瑋度坐標(biāo))之時，可訪問地圖數(shù)據(jù)庫來確定在氣球正下方的相應(yīng)地平面海拔。地平面海拔可由氣球上的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(例如，類似于氣球300的有效載荷306中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)312)和/或與氣球通信的遠(yuǎn)程服務(wù)器確定，該地平面海拔隨后可與如經(jīng)由自帶傳感器確定的氣球的高度結(jié)合以確定從氣球到地面的距離(即，相對高度)。在其它示例中，氣球可包括被配置為直接感測和/或確定氣球的相對高度的傳感器，諸如面向下的雷達(dá)等等。
[0137]在另一示例中，氣球的波束寬度可被調(diào)整以應(yīng)對由于大氣效應(yīng)(諸如對流層中的天氣模式)導(dǎo)致的對來自氣球的輻射的影響。作為示例，光譜的特定部分可例如由于對流層中削弱輻射的水汽和/或液滴增加而對惡劣天氣敏感。為了實(shí)現(xiàn)在地平面的期望輻射強(qiáng)度(例如，最小信噪比)，則可響應(yīng)于檢測到特定天氣模式而使發(fā)射圖案變窄。換句話說，輻射圖案可變窄從而增大在地平面的照射區(qū)域中的方向性增益，以應(yīng)對在地平面與高空氣球之間的大氣中削弱輻射的天氣模式。在一些示例中，這樣的天氣相關(guān)的效應(yīng)可由動態(tài)檢測天氣模式并相應(yīng)地與氣球通信的系統(tǒng)應(yīng)對。在其它示例中，這樣的天氣相關(guān)的效應(yīng)可經(jīng)由氣球上的傳感器直接檢測。額外地或者替換地，可通過檢測到在地平面的臺站處的信號強(qiáng)度惡化來推斷這樣的天氣狀況(和/或其它信號惡化現(xiàn)象)。換句話說，在地基臺站的信噪比(或者其它對信號強(qiáng)度的度量)可被用作反饋信息以用于動態(tài)調(diào)整氣球上的面向地面的天線的發(fā)射圖案，從而調(diào)整其方向性增益。
[0138]在其它示例中，可以基于氣球的位置的多個同時的改變(可能包括水平位置改變和高度改變兩者)來對一個或多個氣球上的面向地面的通信波束的波束寬度進(jìn)行調(diào)整。例如，取代隨著個體氣球高度改變保持該氣球的覆蓋區(qū)域相對恒定，可以替代地增大或減小其它附近氣球的波束寬度以便維持對于特定區(qū)域的毗連覆蓋或期望的覆蓋級別?？刂葡到y(tǒng)可以利用所公開的系統(tǒng)和方法以便也調(diào)整來自更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)中(包括包含幾百或幾千個氣球的網(wǎng)絡(luò))的氣球的面向地面的通信信號的波束寬度。
[0139]V.結(jié)論
[0140]在前面的部分中給出的示例意圖用于解釋的目的，而不意圖是限制性的。其它類型的氣球和/或氣球網(wǎng)絡(luò)也可以受益于所公開的用于調(diào)整面向地面的RF通信波束寬度的系統(tǒng)和方法，而不脫離本文提出的主題的精神或范圍。
[0141]此外，以上詳細(xì)描述參考附圖對公開的系統(tǒng)、設(shè)備和方法的各種特征和功能進(jìn)行了描述。在附圖中，類似符號通常標(biāo)識類似組件，除非上下文另有所指。本文和附圖中描述的示例實(shí)施例不意圖是限制性的?？梢岳闷渌鼘?shí)施例，并且可以進(jìn)行其它改變，而不脫離本文提出的主題的精神或范圍。將容易理解，如本文總體描述和附圖中圖示的本公開的各方面可以以種類廣泛的不同配置來布置、替代、組合、分離和設(shè)計(jì)，在本文中其全部是明確設(shè)想到的。
[0142]關(guān)于附圖中和本文論述的梯形圖、場景和流程圖中的任何一個或全部，每個塊和/或通信可表示根據(jù)示例實(shí)施例的對信息的處理和/或?qū)π畔⒌膫鬏敗Ｌ鎿Q實(shí)施例被包括在這些示例實(shí)施例的范圍內(nèi)。在這些替換實(shí)施例中，例如，取決于所涉及的功能，描述為塊、傳輸、通信、請求、響應(yīng)和/或消息的功能可以按與所示或所論述的順序不同的順序(包括基本并行或相反的順序)來執(zhí)行。此外，更多或更少的塊和/或功能可與本文論述的梯形圖、場景和流程圖中的任何一者一起使用，并且這些梯形圖、場景和流程圖可以彼此部分或整體組入口 ο
[0143]表示對信息的處理的塊可對應(yīng)于可被配置為執(zhí)行本文描述的方法或技術(shù)的特定邏輯功能的電路。替換地或額外地，表示對信息的處理的塊可對應(yīng)于程序代碼(包括有關(guān)數(shù)據(jù))的模塊、片段或一部分。程序代碼可包括可由處理器執(zhí)行以用于實(shí)現(xiàn)方法或技術(shù)中的特定邏輯功能或動作的一個或多個指令。程序代碼和/或有關(guān)數(shù)據(jù)可存儲在任何類型的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上，諸如包括盤或硬盤驅(qū)動器的存儲設(shè)備或其它存儲介質(zhì)。
[0144]計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)還可包括非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，諸如短時間段內(nèi)存儲數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，比如寄存器存儲器、處理器高速緩存和隨機(jī)存取存儲器(RAM)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)還可包括非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其較長時間段內(nèi)存儲程序代碼和/或數(shù)據(jù)，諸如次級或持久長期存儲裝置，例如比如只讀存儲器(R0M)、光盤或磁盤、緊湊盤只讀存儲器(CD-D0M)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)還可以是任何其它易失性或非易失性存儲系統(tǒng)。例如，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以被認(rèn)為是計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)或有形存儲設(shè)備。
[0145]此外，表示一個或多個信息傳輸?shù)膲K可對應(yīng)于在同一物理設(shè)備中的軟件和/或硬件模塊之間的信息傳輸。然而，其它信息傳輸可在不同物理設(shè)備中的軟件模塊和/或硬件模塊之間。
[0146]雖然本文已公開了各種方面和實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將會清楚其它方面和實(shí)施例。本文公開的各種方面和實(shí)施例是為了說明，而并不打算進(jìn)行限定，真實(shí)的范圍和精神由所附權(quán)利要求指示。本領(lǐng)域技術(shù)人員將從上面的描述領(lǐng)會除了本文枚舉的那些之外的本公開的范圍內(nèi)的功能上等同的方法和裝置。這樣的修改和變化意圖落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，包括: 基于多個氣球各自的位置以及由氣球各自的面向地面的通信波束覆蓋的區(qū)域，確定由所述多個氣球服務(wù)的毗連地面覆蓋區(qū)域，其中氣球的通信波束定義地面覆蓋區(qū)域內(nèi)的對應(yīng)個體覆蓋區(qū)域； 確定氣球中的至少一個的位置的改變； 基于至少一個氣球的位置的改變，確定對個體覆蓋區(qū)域中的第一個體覆蓋區(qū)域的調(diào)整，以嘗試在氣球中的至少一個的位置改變之后維持毗連地面覆蓋區(qū)域;以及 調(diào)整與第一個體覆蓋區(qū)域?qū)?yīng)的氣球的面向地面的通信波束的寬度，以便對第一個體覆蓋區(qū)域進(jìn)行所確定的調(diào)整。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氣球中的至少一個的位置的改變包括預(yù)期的將來位置改變。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氣球中的至少一個的位置的改變包括所述氣球中的至少一個的高度的改變。4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氣球中的至少一個的位置的改變包括所述氣球中的至少一個的水平位置的改變。5.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括確定多個地面訂戶的需求圖，其中: 由毗連地面覆蓋區(qū)域提供的覆蓋在氣球中的至少一個的位置改變之前滿足需求圖；并且 確定對個體覆蓋區(qū)域中的第一個體覆蓋區(qū)域的調(diào)整，以嘗試在氣球中的至少一個的位置改變之后維持滿足所述需求圖的覆蓋。6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中調(diào)整與第一個體覆蓋對應(yīng)的氣球的面向地面的通信波束的寬度包括:從兩個或更多個分立天線選擇。7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中調(diào)整與第一個體覆蓋對應(yīng)的氣球的面向地面的通信波束的寬度包括:調(diào)整可連續(xù)調(diào)整的天線。8.一種系統(tǒng)，包括: 多個氣球；以及 控制系統(tǒng)，被配置為: 基于氣球各自的位置以及由氣球各自的面向地面的通信波束覆蓋的區(qū)域，確定由所述氣球服務(wù)的毗連地面覆蓋區(qū)域，其中氣球的通信波束定義地面覆蓋區(qū)域內(nèi)的對應(yīng)個體覆蓋區(qū)域； 確定氣球中的至少一個的位置的改變； 基于至少一個氣球的位置的改變，確定對個體覆蓋區(qū)域中的第一個體覆蓋區(qū)域的調(diào)整，以嘗試在氣球中的至少一個的位置改變之后維持毗連地面覆蓋區(qū)域;以及 提供指令以調(diào)整與第一個體覆蓋區(qū)域?qū)?yīng)的氣球的面向地面的通信波束的寬度，以便對第一個體覆蓋區(qū)域進(jìn)行所確定的調(diào)整。9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述氣球中的至少一個的位置的改變包括預(yù)期的將來位置改變。10.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述氣球中的至少一個的位置的改變包括所述氣球中的至少一個的高度的改變。11.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述氣球中的至少一個的位置的改變包括所述氣球中的至少一個的水平位置的改變。12.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)還被配置為確定多個地面訂戶的需求圖，其中: 由毗連地面覆蓋區(qū)域提供的覆蓋在所述氣球中的至少一個的位置改變之前滿足需求圖；并且 確定對個體覆蓋區(qū)域中的第一個體覆蓋區(qū)域的調(diào)整，以嘗試在氣球中的至少一個的位置改變之后維持滿足所述需求圖的覆蓋。13.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)被配置為提供指令以通過從兩個或更多個分立天線選擇來調(diào)整與第一個體覆蓋區(qū)域?qū)?yīng)的氣球的面向地面的通信波束的寬度。14.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)被配置為提供指令以通過調(diào)整可連續(xù)調(diào)整的天線來調(diào)整與第一個體覆蓋區(qū)域?qū)?yīng)的氣球的面向地面的通信波束的寬度。15.—種非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中存儲有指令，所述指令當(dāng)被計(jì)算系統(tǒng)執(zhí)行時使得計(jì)算系統(tǒng)執(zhí)行包括以下的功能: 基于多個氣球各自的位置以及由氣球各自的面向地面的通信波束覆蓋的區(qū)域，確定由所述多個氣球服務(wù)的毗連地面覆蓋區(qū)域，其中氣球的通信波束定義地面覆蓋區(qū)域內(nèi)的對應(yīng)個體覆蓋區(qū)域； 確定氣球中的至少一個的位置的改變； 基于至少一個氣球的位置的改變，確定對個體覆蓋區(qū)域中的第一個體覆蓋區(qū)域的調(diào)整，以嘗試在氣球中的至少一個的位置改變之后維持毗連地面覆蓋區(qū)域;以及 調(diào)整與第一個體覆蓋區(qū)域?qū)?yīng)的氣球的面向地面的通信波束的寬度，以便對第一個體覆蓋區(qū)域進(jìn)行所確定的調(diào)整。16.如權(quán)利要求13所述的非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中所述氣球中的至少一個的位置的改變包括預(yù)期的將來位置改變。17.如權(quán)利要求13所述的非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中所述氣球中的至少一個的位置的改變包括所述氣球中的至少一個的高度的改變。18.如權(quán)利要求13所述的非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中所述氣球中的至少一個的位置的改變包括所述氣球中的至少一個的水平位置的改變。19.如權(quán)利要求13所述的非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中調(diào)整與第一個體覆蓋區(qū)域?qū)?yīng)的氣球的面向地面的通信波束的寬度包括:從兩個或更多個分立天線選擇。20.如權(quán)利要求13所述的非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中調(diào)整與第一個體覆蓋區(qū)域?qū)?yīng)的氣球的面向地面的通信波束的寬度包括:調(diào)整可連續(xù)調(diào)整的天線。
【文檔編號】H04B7/185GK105917595SQ201480073477
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2014年11月17日
【發(fā)明人】C.貝魯齊
【申請人】谷歌公司