协作MIMO系统中的机载中继技术方案

一种无人驾驶飞行器(UAV)包括态势感知系统，其耦接到感测其他UAV的位置的至少一个机载传感器。协作无线接入网(RAN)信号处理器被配置成对与至少一个其他UAV协作的UAV‑用户设备(UE)信道中的RAN信号进行处理，以提供UAV‑UE信道的增加的秩并产生RAN性能准则。飞行控制器基于其他UAV的相对空间位置和在导航准则的预定边界内操作的RAN性能准则来执行对UAV的飞行的自主导航控制。UAV可配置成对被识别为威胁的一个或多个UE采用缓解策略，并且可以协调其他UAV进行此类缓解。

Airborne relay in cooperative MIMO system

An unmanned aerial vehicle (UAV) includes a situational awareness system coupled to at least one airborne sensor that senses the position of other UAVs. The cooperative wireless access network (RAN) signal processor is configured to process a RAN signal in a UE channel with at least one other UAV collaboration to provide an increased rank of the UAV UE channel and produce a RAN performance criterion. The flight controller performs autonomous navigation control for the flight of the UAV based on the relative space position of other UAV and the RAN performance criteria operating within the predetermined boundary of the navigation criteria. UAVs can be configured to employ mitigation strategies for one or more UEs identified as threats and can coordinate such mitigation with other UAVs.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】协作MIMO系统中的机载中继相关交叉引用本申请要求于2015年7月27日提交的美国临时申请62/197,336的优先权，该申请以整体引用的方式明确并入本申请。
本专利技术总体上涉及对无人驾驶飞行器(UAV，unmam1edaerialvehicle)的控制，更特别地涉及使用被配置成用作无线接入网中的中继的UAV群的控制方法及系统。
技术介绍
背景说明包括可用于理解本专利技术的信息。这并不是承认本文中所提供的任何信息是现有技术或与目前所要求保护的专利技术相关，或者任何具体或隐含引用的出版物是现有技术。利用诸如远程控制的无人机/飞机、直升机和多用途直升机之类的无人驾驶飞行器(UAV)来执行各种任务越来越受到关注。然而，仍面临的挑战是如何针对这些特定用途中的每一个来更好地控制UAV。在一些应用中，通过使用以集中或组织方式控制的两个或更多UAV来执行任务是理想的或有用的。例如，可以在多个UAV飞越目标地理区域时使用群控制(swarmcontrol)来控制它们。群可以被认为是具有大量自主的自反性代理的自组织粒子系统(例如，UAV是这些粒子)，这些代理的集体运动可以通过诸如风和障碍物(如另一附近的UAV)之类的局部影响来确定。UAV是独立的并且通常被局部控制，这些控制可以包括与附近的UAV通信来确定哪一架UAV运动或者是否两架UAV都应该运动以避免即将发生的碰撞。多代理系统的形成可以基于两种主要方法-即集中式方法和分散式方法来控制。集中式方法具有每个代理可以通过中央控制器来接收全局信息的优点。在分散式方法中，每个代理具有增加其可靠性的局部控制器。当全局信息不可用时，还能够使用分散式方法。在飞行管理方面，同步即实时协商或同时操作，这在动态系统的控制中是一个重要的概念。一种改进同步性能的重要技术是交叉耦合，该交叉耦合基于共享控制回路的反馈信息，并且在多轴协作操纵机器人的运动同步中有着广泛的应用。一方面，与多个代理耦合提供了更好的运动同步；另一方面，代理的通信范围限制了一代理可以耦接的多个代理。UAV在实现高速无线通信中的使用有望在未来的通信系统中扮演重要的角色。在无线接入网(RAN，radioaccessnetwork)中，装备有RAN收发机的UAV可以用来快速部署RAN服务，并提供相比较地面蜂窝网络而言CAPEX(CapitalExpenditure，资本性支出)和OPEX(OperatingExpense，运营成本)更低的可靠的宽带网络基础设施。例如，这种UAV可以用作地基基站收发台(BTS，basetransceiverstation)和一个或多个用户设备(UE)之间的中继。UAV的高移动性可导致高度动态的网络拓扑，这些网络拓扑通常是稀疏且间歇连接的。因此，有效的多UAV协调、或UAV群操作应该被设计成确保可靠的网络连接性。另一挑战源自UAV的大小、重量和功率约束，这些限制了UAV的通信、计算和承受能力。为了解决上述问题，能量感知的UAV部署和操作机制为智能能量消耗和补给所需。另外，由于UAV的移动性以及缺少固定的回程链路，在相邻小区与UAV使能的空中基站间的干扰协调比在地面蜂窝系统中更具挑战。虽然传统思维可以调用用于UAV辅助的蜂窝覆盖的有效的干扰管理技术，但是已表明协作多输入多输出(MIMO，Multiple-InputMultipleOutput)利用干扰来提供对RAN性能的显著改进。在2001年，Shattil介绍了在协作BTS之间进行联合MIMO处理的多点协调(CoordinatedMultipoint)(美国临时申请No.60286850)。这实现了通用频率复用，由此可以使用全RAN频谱来服务每个UE。在2002年，Shattil介绍了云RAN(美国专利No.7430257)，其中，通过在协调多点系统中的分布式计算实现了软件无线电(SDR，SoftwareDefinedRadio)。在2002年与2004年，Shattil描述了客户端侧协作MIMO(美国专利公布No.20080095121和美国专利No.8670390)。通过在RAN链路的两端使用协作MIMO，每个UE的总数据带宽不再受RAN频谱限制。相反，由连接协作设备的短程、高带宽去程网络来确定。这解决了无线电通信中的最重要的问题之一。本文中所提及的参考文献中的每个以整体引用的方式并入本申请中。为了使UAV在协作MIMO网络中服务，例如，可以在空间上协调UAV以确保和/或增强RAN性能。用于RAN应用的UAV控制可以包括提供UAV之间的通信、提供同步、集群信息以及群管理必需的其他控制和/或感测能力。因此，需要使能用于为多目标任务配置的群管理的行为结构，该多目标任务包括RAN性能增强，并且还可以包括飞行管理、目标搜寻、障碍躲避等等。
技术实现思路
包括UAV的无线通信系统承诺为没有基础设施覆盖的设备提供经济有效的无线连接。相比地面蜂窝通信或基于高空平台(HAP，high-altitudeplatform)的那些通信而言，所需的具备低空UAV的无线系统部署速度更快，重配置更灵活，并且可以有更好的通信信道。本公开的各方面解决了使用高度移动且能量受约束的UAV进行无线通信的多种挑战。本公开的各方面描述了可以包括MIMO处理的协作MIMO处理，其中，多输入(MI)包括来自多个UAV的下行链路传输，而多输出(MO)包括到多个UAV的上行链路传输。本公开的其他方面指示协作MIMO处理可以使用UE、BTS和/或诸如UAV之类的中继节点。根据一些方面，BTS、UAV、UE和至少一个中央处理器(CP)的组合被配置成执行协作MIMO处理。在一些方面，UAV包括态势感知系统，该态势感知系统被耦接到至少一个机载传感器并且被配置成感测其他UAV的位置。协作无线接入网(RAN)信号处理器被配置成处理与至少一个其他UAV协作的UAV-用户设备(UE)信道中的RAN信号以产生RAN性能准则，协作处理为UAV-UE信道提供增加的秩。飞行控制器被耦接到态势感知系统和协作RAN信号处理器，并且基于其他UAV的相对空间位置以及基于RAN性能准则，使用UAV飞行的自主导航控制，该RAN性能准则在预定的导航准则的边界内操作。如本文中所使用的，RAN性能准则可以包括RAN缓解(mitigation)性能准则。在一些方面，UAV被配置成针对被识别为威胁的一个或多个UE采用缓解策略，并且可以协调其他UAV来进行此类缓解。RAN性能准则可以用作RAN缓解准则，并且飞行控制器可以通过调整自主导航控制来增强RAN性能。配置成执行上文提及的操作的发射机和接收机装置可以用于本公开的各方面。以下专利申请以整体引用的方式并入本申请中：于2001年4月26日提交的申请No.60/286,850、于2002年4月24日提交的申请No.10/131,163、于2002年5月14日提交的申请No.10/145,854、于2005年7月22日提交的申请No.11/187,107、于2015年1月27日提交的申请No.14/168,442、于2015年5月12日提交的申请No.14/709,936、于2005年9月28日提交的申请No.62/233,982以及于2015年11月9日提交的申请No.62/252,717。附图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人驾驶飞行器(UAV)，包括：态势感知系统，耦接到至少一个机载传感器并且被配置成确定至少一个其他UAV的至少一个相对空间位置；协作无线接入网(RAN)信号处理器，被配置成处理与至少一个其他UAV协作的UAV‑用户设备(UE)信道中的RAN信号，以提供所述UAV‑UE信道的增加的秩并产生RAN性能准则；以及飞行控制器，耦接到所述态势感知系统和所述协作RAN信号处理器，并且被配置成至少基于所述至少一个相对空间位置和所述RAN性能准则来执行所述UAV的飞行的自主导航控制，所述RAN性能准则在导航准则的预定边界内操作。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.27 US 62/197,3361.一种无人驾驶飞行器(UAV)，包括：态势感知系统，耦接到至少一个机载传感器并且被配置成确定至少一个其他UAV的至少一个相对空间位置；协作无线接入网(RAN)信号处理器，被配置成处理与至少一个其他UAV协作的UAV-用户设备(UE)信道中的RAN信号，以提供所述UAV-UE信道的增加的秩并产生RAN性能准则；以及飞行控制器，耦接到所述态势感知系统和所述协作RAN信号处理器，并且被配置成至少基于所述至少一个相对空间位置和所述RAN性能准则来执行所述UAV的飞行的自主导航控制，所述RAN性能准则在导航准则的预定边界内操作。2.根据权利要求1所述的UAV，其中，所述RAN性能准则被用作RAN缓解准则，并且其中，所述自主导航控制被配置成增强RAN缓解性能。3.根据权利要求1所述的UAV，其中，所述协作RAN信号处理器包括协作多输入多输出处理器。4.根据权利要求1所述的UAV，其中，所述协作RAN信号处理器包括被配置成提供UAV间通信的UAV去程收发机。5.根据权利要求1所述的UAV，还包括被配置成将所述UAV作为集群头的舰队管理器。6.根据权利要求5所述的UAV，其中，所述舰队管理器包括以下至少之一：集群管理器、同步管理器、MIMO处理器、调度器和去程网络管理器。7.一种用于控制无人驾驶飞行器(UAV)的飞行的系统，包括：多个UAV，每个UAV包括处理器和存储器，所述处理器执行局部飞行控制模块和协作无线接入网(RAN)信号处理模块，所述存储器可由供所述局部飞行控制器模块使用的所述处理器访问；其中，在飞行操作期间，每个局部飞行控制模块至少部分地基于所述多个UAV的至少一个其他UAV的相对空间位置、存储在所述存储器中的导航准则以及在所述导航准则的边界内操作的RAN性能准则来自主地控制自身的UAV的飞行，其中，所述RAN性能准则源自所述多个UAV中的每个UAV中的协作RAN信号处理模块产生的RAN信道测量值。8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述RAN性能准则被用作RAN缓解准则，其中，所述多个UAV中的每个UAV被配置成执行RAN缓解，并且其中，所述每个局部飞行控制模块自主地控制自身的UAV的飞行以增强RAN缓解性能。9.根据权利要求7所述的系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂夫·沙特里，
申请(专利权)人：珍吉斯科姆控股有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US