CN105375957A - 一种透过无人机的通讯系统 - Google Patents

Abstract

本发明揭露了一套包括一组发射器段，一条具有多组并行传输通道之传递段，以及一组接收器段的通信系统，其中，发射器段从某一发送源位置输入多组传输信号；该多组输入信号被转换为多个波前复用信号，该多个波前复用信号再经由调节器被转换为多个波前复用波形，该多个波前复用波形经由该传递段传输至接收器段。其中，该传递段包括多组并行传输通道以传输该多组波前复用波形，其中第一波前复用波形经由第一传输通道传输，以及第二波前复用波形经由第二传输通道传输，其中，在某一目的地之接收器段接收来自传输通道的该多组波前复用波形，并经由解调器将该多个波前复用波形分别转换为多个波前复用信号，再通过一组波前解复用转换器将该多个波前复用信号还原至应有的信号。

Description

一种透过无人机的通讯系统

技术领域

本发明是关于一类无人机，特别是涉及一类利用无人机与其他通信基础设施进行通信的架构。

背景技术

当灾难发生，许多地面基础设施，包括手机和互联网服务变得不那么实用。针对紧急情况和灾难恢复系统，灾区的居民和救援人员有实时通讯的需求。对监视(如视频和图像)数据的存取也很重要。无人机(UAV)对这些平和的任务是非常有用的工具。以下是平和任务系统需要的三个实时功能：

为当地居民特设(adhoc)的通讯网络，可在商业手机频段，和/或在WiFi(ISM)无线频段操作；

为救援工作着特设的通讯网络，可在紧急频段操作；

为空中可移动监测平台至监测中心之视频和图像通信。

利用一架大型UAV来执行上述之三功能是一定可行的。但另一执行方式也是可行的；也可以通过一架小型的UAV只执行和/或支持一项功能。在这些实施方案中，一架小型的无人机的通信负载是有限制的,也是可以被分配的：如约20公斤重，200W的功率消耗，以及在至少高于“地面气象”之高度飞行的时间初始设定为12小时。无人机能在高于海拔5公里的高度飞行是一较佳之选择。

在这份说明书中，有四种先进通讯技术是紧急服务架构的核心：

无人机作为通信节点；

前置通讯网络；用于用户和无人机之间，

是针对有手持设备之用户,以及

利用远程波束形成器(RBFN)与地基波束成形(GBBF)设施；

后置通讯网络设施,(是指“背面通道”或“馈线链结”)用于地面基础设施和无人机之间，

包括无人机和地基波束成形(GBBF)处理中心之间的背面通道或馈线链结；

波前复用/解复用(WF复用/解复用),

对远程波束成形器(RBFN)/地基波束成形(GBBF)馈线链结传输之背面通道校准、

在接收器中通过来自不同架无人机信道的信号之相干功率合成，

通过无人机备援确保安全之传输。

多架小型无人机可以被“组合”起来执行某一通讯功能。例如，当手机信号塔不作用时，无人机可以取代信号塔的功能。当地居民可用手机通过取代信号塔的无人机与外界沟通。我们可以快速部署4架小型无人机，通过后置通讯网络把4架无人机组合起来，用以取代替因紧急情况或灾害而受到损坏的本地手机信号塔蜂窝信号塔或基站。这些信号塔或基站的功能是由于目前的紧急情况或灾害而受到损坏的。居民可使用其现有的个人通信设备包括他们自己的手机，通过这些小型无人机所组成之临时通讯网络与外界进行通信。在这种情况下，我们可能对无人机的负载能力加以区分。对用于小型无人机上的通信负载施以尺寸-重量及耗电量(SW&P)的限制：大约小于5公斤重以及小于50W功率消耗。

监视平台的负载在白天可用(被动式的)可见光传感器来照成照片或可见光像片。在夜间作业除了可见光传感器外也需可见光照明设备。这些可见光照明设备有可能装在与可见光传感器同组无人机上，或装在别组无人机上。另外，(被动式的)红外传感器也可用于夜视和照成红外光像片。

在夜间以及阴天(或下雨)，可见光传感器是无法有效的执行照像任务。但微波传感器可用于夜间以及阴天(或下雨)来执行照像的任务。单基地雷达可以通过单架的无人机部署雷达发射器及雷达接收器。多基地雷达可以通过多架无人机的编队部署成为一被动雷达接收器及其他电波发射平台当做雷达发射器。多架无人机能协调成为有相干功率合成功能的一组射频接收系统，再通过地基波束成形设施根据对各种无人机平台上的所有接收组件的位置/方位的实时信息来处理接收的雷达反射信号。此一被动雷达接收系统可配合现在已知的射频电波发射平台之地面反射电波。这些电波发射平台包括来自全球定位系统(GPS)在L波段的导航卫星，或来自许多其他全球导航卫星系统(GNSS)在L波段的卫星。此一组可移动的被动雷达接收系统也能够利用许多直播卫星作为雷达电波发射平台。因为直播卫星对某覆盖区域的高功率辐射以及电波之地面反射都已有了，所以只要布署一组可移动的被动雷达接收系统就能组成了一套有效的雷达系统。许多高功率辐射直接广播卫星(DBS)对其陆地覆盖区域都具有高EIRP或在S,或在Ku及Ka频带。这些发射的射频电波大都具有超过500MHz的瞬时带宽，可视为照亮覆盖区“地表”之“已知的信号”。一组由多架无人机组成的被动雷达接收系统可通过直接的路径接收某一直播星辐射之“已知的信号”.同时也接收其陆地覆盖区地表反射之“已知的信号”。此外，最近在静止或非静止轨道上部署之卫星有许多Ka高功率辐射波束。这些卫星也可以视为可能的雷达射频电波发射平台。

UHF、L、S、C、X、KU以及Ka波段频谱如下表美国IEEE标准定义。

TableofIEEEband

Band	Frequency range	Origin of name]
			HF band	3 to 30MHz	High Frequency
VHF band	30 to 300MHz	Very High Frequency
			UHF band	300 to 1000MHz	Ultra High Frequency
L band	1 to 2GHz	Long wave
			S band	2 to 4GHz	Short wave
C band	4 to 8GHz	Compromise between S and X
			X band	8 to 12GHz	Used in WW II for fire control,X for cross(as in crosshair)
Ku band	12 to 18GHz	Kurz-under
			K band	18 to 27GHz	German Kurz(short)
Ka band	27 to 40GHz	Kurz-above
			V band	40 to 75GHz
W band	75 to 110GHz	W follows V in the alphabet
			mm band	110 to 300GHz

图1示出了救援任务无人机的情景。三种由无人机提供重要的任务：

通讯网络部署：以供灾区之当地居民利用其现有的手机通讯，

通讯机(M1)取代在轴辐式通讯架构中受损之基地台，以及

居民可以用自己的手机在需要的时候寻求帮助；

通讯网络部署以供救援队利用其特殊的手机通讯，

无人机(M2)成为快速部署之基地台以作为抢险队员和他们的调度员间的通讯桥梁，

并可使用分开的紧急频段以及轴辐式通讯架构；

可供视觉观察之监控平台，其中，

无人机(M3)可于瞬间取得灾区的视频并转发至通信枢纽；

并可使用专用之高数据速率链接。

所有这三个主要的任务都会透过相同并具有传达紧急信息能力的通信枢纽。用户可以通过位于同一通信枢纽之网关在两个网络间进行通讯，通信枢纽应是电信服务供货商所支持的标准移动通信枢纽。

以下是相关于本揭露之通信功能之一个设计的例子，其要求概括如下：

在空中段包括

使用16位元素的天线数组为前景通讯网络服务，

每一组4元素之子数组都具有多波束能力并且每一波束都能保持数据速率在10Mbps，以及

组成一组在S/L波段和C波段的稀疏数组；此稀疏数组是由4个具有之多波束能力并保持数据速率在10Mbps的子数组组成的；

所设计Ku频段的馈线链路需160MHz之频宽

在用户段

包括被服务小区之居民可使用普通手机，以及

公共救援任务设备在4.9GHz操作；

在地面段

使用三台Ku波段天线同时各别跟踪3架无人机，同时保持双向链路，每向以150MHz之数据速率传输。

地基波束成形(GBBF)设施有跟踪无人机上各子数组方向不断变化之能力。

发明内容

本发明揭露一套通讯系统，该通讯系统包含：某一发射器段，具有多条并行传输通道之某一传递段，以及某一接收器段；其中该发射器段在某一来源位置输入将被传输之多组输入讯号，执行一波前复用转换将该多组输入讯号转换成多组平行之波前复用讯号，在经由该传递段以传送该波前复用波形至该接收器段之前，利用调变器调变该波前复用讯号成该波前复用波形；其中该传递段包含多条并行传输通道以传送该多组波前复用之波形；其中一第一波前复用波形系传输在一第一传输通道上；以及一第二波前复用波形系传输在一第二传输通道上。位于某一目的地之该接收器段系用来从该多条并行传输通道接收该多组波前复用波形。分别转换该被接收之波前复用波形为一被接收之波前复用讯号，再对该被接收之波前复用讯号执行一波前解复用转换以复原该被接收之波前复用讯号为多个独立之讯号。

在一实施例，其中该输入讯号包含数字讯号，模拟讯号，数字模拟混合讯号，以及欲被传送至一复数个频率上操作之多个频道之一复数个数字讯号串流，其中该多个频道之数目至少与被接收之数字讯号串流数目一样多，该动态通讯系统进一步包含下列操作：在传送该波前复用波形至一传递段前，将该波前复用波形变频为一传递频带；以及在该接收器段的一客户端接收并变频从多种信道频率所接收之该波前复用波形至一基带频率，从而产生一基频波前复用波形。

本发明揭露一种通讯系统，该通讯系统包含：一传送器段，一具有复数个复用传输通道之传递段，以及一接收器段；其中该传送器段在一来源位置输入将被传输之一复数个输入讯号，执行一波前复用转换将该输入讯号转换成一波前复用讯号，并藉由调变该波前复用讯号成一波前复用波形后，经由该传递段以传送该波前复用波形至该接收器段；其中该传递段包含复数个被合并之传输路径以成为现有在该多个波前复用讯号间之振幅、相位以及时间延迟上产生差异化动态影响之复用信道，其中一第一波前复用波形系传输在一第一复用传输通道上；以及一第二波前复用波形系传输在一第二复用传输通道上，其中位于一目的地之该接收器段系从该复用传输通道接收该波前复用波形，由解调器解调及转换所接收之该波前复用波形成波前复用讯号，且在该接收之波前复用讯号上执行一波前解复用转换以复原该被接收之波前复用讯号成多个独立之讯号。

附图说明

图1绘示了使用三架个别的无人机(UAV)作为紧急及灾难求助之移动平台的方案；第一架无人机M1作为救援队员之间的移动通信平台，第二架无人机M2作为居民紧急更换通讯的移动通信平台；是通过居民现有的移动电话和/或使用WiFi个人通信设备进行通信的。UAVM3作为灾区照像监护的移动通信平台；灾区照像可用无人机机上的光学，红外线，射频传感器；

图2绘示一套利用无人机之无线通信系统的简化方框图，并标示机上Ku或Ka波段之馈线链路以及在L/S波段之前景链结。并且也标示了机上有一组波束成形器(BFN)用来服务某一前景覆盖区域。馈线链路也被称为背景链结，背面信道，或后勤信道；

图3绘示一套利用无人机之无线通信系统的简化方框图，并标示机上Ku或Ka波段之馈线链路，以及在L/S波段之前景链结。但机上没前景区的波束成形器(BFN)。馈线链路也被称为背景链结，背面信道，或后勤信道；

图4绘示了一架M1a小型无人机经由地基波束成形(GBBF)再透过多波束前景通信为L/S频段之居民执行通信中继任务的方案；

图5绘示了4架紧密空间编队飞行的小型无人机的经由地基成形波束(GBBF)再通过馈线链路及前景通信多波束为在前景区居民执行L/S频段之通信中继任务的方案。此4架无人机紧密编队是在一米或一米以下的间隔空间；

图6绘示了4架空间编队飞行小型无人机的经由地基波束成形(GBBF)再通过馈线链路及前景通信多波束为在前景区居民执行L/S频段之通信中继任务的方案。此4架无人机紧密编队是在一公里上下的间隔空间。图6显示的操作场景与地基梁通过馈线链路形成和前景环节为用户组建多架无人机。多波束终端的用户可以采取跟踪多架无人机的优势，通过频率复用，来倍增通讯信道容量；

图7绘示了4架空间编队飞行小型无人机的经由地基波束成形(GBBF)再通过馈线链路及前景通信多波束为在前景区居民执行L/S频段之通信中继任务的方案。此4架无人机紧密编队是在一公里上下的间隔空间。多无人机基础的通讯功能前景通信多波束。波前复用/解复用(WF复用/解复用)技术被用来在前景链接中之一台用户终端机里通过“相干功率合成”的技术来组合从各架无人机相元或次相阵发射的无线信号(正向链路)，或在某一地面(通信)枢纽通过“相干功率合成”的技术来组合从各架无人机相元或次相阵接收的无线信号(返回链路)。多波束终端的用户可以采取跟踪多架无人机的优势，通过频率复用，来倍增通讯信道容量；

图7a和7b示出WF复用/解复用方法中“相干功率合成”的操作原理。通过了3位用户及多组信道信号复用来说明“相干功率合成”。图7a是用于正向链路显示一套分布在地基波束成形(GBBF)设备中之一组WF复用器以及一组在先进用户终端机633中的WF解复用器之一幅流程图，组而图7b示出的是一幅用于返回链路的功能框图。其系在一组先进的用户终端机与相对应在搭配有一组GBBF地面设备之WF复用/解复用处理设备里的WF解复用器之细部流程图；

图8a，8b和8c示出了波前复用/解复用方法中“信号冗余和安全”的操作原理。图8a是用于正向链路，而图8b示出一幅用于返回链路的功能框图。图8c描绘了通过4架无人机及使用非相干数据传输的一个波前复用/解复用的算例。它适用于前向和返回链路；

图9a，9b和9c示出了示出了波前复用/解复用方法中“馈线链路校准和补偿”的操作原理。馈线链路校准和补偿通过波前复用/解复用的原理。图9a是用于正向链路与UAV机上的优化处理的功能方框图，图9b为具有预失真技术的正向链路与地面上的优化处理的功能方框图，和图9c的功能框图用于反向链路的功能框图与地面上的优化处理；

图10a，10b和10c示出了如何通过波前复用器712把3位用户信号做多信道波前复用转换，针对三个分隔的用户XA，XB以及XC同时使用4架无人机之四组独立的通讯资源，并在其接收器中分别做多通道波前解复用转换而达成“相干功率合成”。所有的简化框图显示了对前向链路的目的地在信号源的多信道波前复用操作和多通道波前解复用分解操作。图10a是一幅从地面枢纽到第一用户的前向链路的功能框图，图10b是一幅从地面枢纽到第二用户的前向链路的功能框图，以及图10c是一幅从地面枢纽到第三用户的前向链路的功能方框图；

图11显示一幅在一架无人机机上(on-board)之Ku频段反向天线数组的天线功能框图。这组天线是用于Ku频段馈线链路；连接某一地面处理设施和此架无人机的反向天线；

图12描述了通过在无人机馈线链路上一组4相元的机上相阵和地基波束成形(GBBF)设备之间移动通信架构；此通信架构是由三组功能块之间的连接而组成的；(1)在无人机机上的返回链路的有效载荷和馈线链路有效载荷，(2)与地基波束形成处理设备，和(3)机上馈线链路有效载荷和正向链路的有效载荷。所有三个功能块的第一层功能的细节说明。机上的馈线链路是由一列四元相数组天线及其机上波束形成器来保持。但正向链路的前景通信是使用没有机上波束形成器的有效载荷；

图12a系针对一架无人机机上之一组通讯负载与救援队成员间在4.9GHz紧急频段之通讯。机上的馈线链路是由一列四元相数组天线及其反向波束形成器来保持板载馈线链路。但正向链路的前景通信是使用没有机上波束形成器的有效载荷来实现；

图12b系为针对一架无人机机上之一组通讯负载与救援队成员在4.9GHz紧急频段之通讯的简化方块图。机上的馈线链路是由一列四元相数组天线及其反向波束形成器来保持板载馈线链路。同时正向链路的前景通信也是使用机上波束形成器的有效载荷来实现。地基枢纽就会没有地基波束形成器的功能；

图13a是一幅通过一架UAV机上一组4元数组的馈线链路描绘了两个与GBBF移动通信体系结构的机上功能块。系为针对一架无人机机上之一组通讯负载与救援队成员在4.9GHz紧急频段之通讯简化方块图.它与图12a相似,但多了通过波前复用/解复用为前向链路和反向链路的(1)馈线链路校准和(2)补偿机制。这幅通讯简化方块图注释(a)在机上返回链路负载，和在前向链路具有机载优化环路功能的馈线链路负载，以及(b)在机上馈线链路负载和前向链路负载。机上的馈线链路是由一列四元相数组天线及其反向波束形成器来实现；

图13b显示一幅地面处理设备的功能流程图；描绘了无人机移动通信体系结构与GBBF地面处理设施，通过波前复用/解复用在前向和返回链接校准和补偿机制的功能块。其中优化环路返回链路中WF解复用是在地面；

图14a是一幅通过一架UAV机上一组4元数组的馈线链路描绘了两个与GBBF移动通信体系结构的机上功能块。系为针对一架无人机机上之一组通讯负载与救援队成员在4.9GHz紧急频段之通讯简化方块图.它与图12a相似,但多了通过波前复用/解复用为前向链路和反向链路的(1)馈线链路校准和(2)补偿机制。这幅通讯简化方块图注释(a)在机上返回链路负载，和在前向链路中没有机载优化环路功能的馈线链路负载，以及(b)在机上馈线链路负载和前向链路负载。机上的馈线链路是由一列四元相数组天线及其反向波束形成器来实现；

图14b显示一幅地面处理设备的功能流程图。描绘了移动通信体系结构的功能块GBBF地面处理设施与校准和补偿机制。在成正向链路中的一条优化环路利用预失真技术的差分相位和幅度均衡化再通过地面WF解复用转换来实现。另一条在返回链路中的优化环路也是通过地面WF解复用转换来实现；

图15显示在一套GBBF设备中的两种数字波束形成(DBF)处理器的功能框图；其中一项是所述的多波束发射波束形成器(TxDBF)，另一项是一组接收波束形成器(RxDBF)；

图16与图1有少许的差异。其绘示了使用三架无人机分别作为紧急及灾难求助之三台移动平台；第一架无人机M1对救援队员之间的通信，无人机M2是取代无线基站的功能，通过居民现有的移动电别话和/或使用WiFi个人通信设备为居民提供紧急通讯。M4的无人机是利用机上的一组射频传感器做为某一双基地雷达中的一组雷达接收器为灾区提供监护服务的；此雷达发射器的幅射是利用已有卫星在覆盖区射频发射的无线电波。

附图标记说明：101-地面网络；110-地面通信枢纽；120-无人机；130-覆盖区域/灾难/紧急恢复区；210-L/S频段之前景链结负载(P/L)；211-多波束天线；212-波束讯号；213-双工器；214-L/S频段的低噪讯放大器；215-功率放大器；217-多波束天线；220-变频单元；230-馈线链结负载；231-复用装置；232-解复用装置；233-I/O双工器；234-Ku/Ka频段之低噪声放大器；235-功率放大器；236-馈线链结天线；1301-波束；1302-波束；1303-波束；310-前景负载；312-波束讯号；410-地面站通信枢纽411-前端；412-地基波束成形(GBBF)处理器；413-移动通信枢纽；420-前台链接；436-地面用户；450-Ku/Ka频段馈线链结；480-地面网络；550-馈线链结；633-多追踪波束终端机；620-1a-无人机；620-1b-无人机；620-1c-无人机；620-1d-无人机；710-地面站通信枢纽；714-波前复用/解复用处理设备；450a-第一向下链接；450b-第二向下链接；450c-第三向下链接；450d-第四向下链接；712-波前复用器；721-降频转换器；722-数组阵元；723-波束形成网络；724-波前解复用处理；725-接收、解调器；741-适应性均衡器；742-波前解复用器；743-优化处理；744-诊断讯号ps与复原导频讯号S4间的比较；745-多波束接收器数组；751-多波束成形处理器；752-分频复用器；753-射频前端位；762-功率放大器；763-多波束传输之波束成形网络；764-波前复用器；765-发射器；781-数位波束成行接收器；782-分频解复用器；783-射频前端位；811-解调器；812-分时解复用器；813-分时复用器；814-波前复用器；816-调节器；824-解调器；841-多波束接收数组；842-先进波前解复用处理；843-分时复用器；862-分时解复用器；864-波前复用器；866-调节器；910-地基波束成形处理设备；912-正交模转换器；914-波前复用器；915-多个波束输入；916-诊断讯号；930-转发过程；931-定向天线；932-正交模转换器；933-射频前端位；934-分频解复用器；937-频率向上转换器；938-功率放大器；939-发射阵元；941-适应性均衡器；942-波前解复用器；943-优化处理；944-复原诊断讯号；945-受污染的复原诊断讯号；962-正交模转换器；963-射频前端位；964-分频复用器；967-频率转换器单元；968-数组阵元；969-低噪声放大器；971-适应性均衡器；972-波前解复用；974-诊断讯号；977-迭代算法优化处理；982-正交模转换器；985-多个波束输入；1011a-用户Xa前景链结信号；1011b-用户Xb前景链结信号；1011c-用户Xc前景链结信号；1041a-用户Xa信号；1041b-用户Xb信号；1041c-用户Xc信号；1100-无人机的Ku频段数组；1101-单一的串流；1102-前景链结讯号；1110-背景链结传送器的负载；1111-2对2巴尔特矩阵；1112-1对4切换树；1113-功率放大器；1121-2对2巴尔特矩阵；1122-4对1切换树；1123-低噪声放大器；1131-双工器；1132-数组阵元；1140-波束控制器；1141-反向天线算法；1142-波束控制器；1143-新的波束位置；1144-诊断波束；1210-返向链接接收器的负载；1211-向上转换器；1212-天线阵元；1215-分频复用器；1220-前向链结传送器的负载；1221-2对2巴尔特矩阵；1222-L/S频段的Tx阵元；1224-放大处理；1225-分频解复用器；1230-返回链接传送器(Tx)负载；1231-KuTx波束成形网络；1240-前向链结接收器的负载；1241-KuRx波束形成网络；1102a-缓冲放大器；1215B-多波束Rx波束成形网络；1310-公众安全频段上返回链接接收器(Rx)的负载；1313-优化处理器；1314-波前复用器；1314a-适应性均衡器；1314dx-波前解复用器；1315-诊断单元；1316-探测讯号；1320-公众安全频段上的前景链结传送器的负载；1323-优化处理器；1324A-适应性均衡器；1324x-波前复用；1324dx-波前解复用；1325-诊断处理器；1326-诊断讯号；411T-KuTx前端；411R-KuTx前端；1410-公众安全(ISM)频段上之返回链接接收器(Rx)的负载；1420-前景链结传送器(Tx)的负载；75101-模拟数字转换器；75102-复数乘法器；75103-除法器；75104-波束输出；75105-阵元讯号；75106-波束权重向量；78101-模拟数字转换器；78102-复数乘法器；78103-加法器或组合器；78104-波束输出；78105-阵元讯号；78106-波束权重向量。

具体实施方式

图1绘示了使用三个个别的无人机(UAV)作为紧急及灾难求助之移动平台；无人机平台M1用于救援队成员彼此间之沟通，无人机平台M2作为提供移动电话及/或使用wifi通讯协议之个人通讯装置通讯功能之行动及/或固定式之无线基地台的紧急替代品。第三无人机平台M3透过被动光学传感器、红外线传感器或射频传感器执行实时影像及监控。三个平台都经由Ku和/或Ka频段频谱之馈线链结以连接到一地面站通信枢纽110，此地面站通信枢纽110系作为一网关并用以存取地面网络101。

因此，在一覆盖区域130内进行救援工作时将有实时影像，并可透过地面通信枢纽110使救援队成员与调度中心进行通讯。一无线临时网络通讯也将提供给在灾难/紧急恢复区130之居民，使居民能透过个人设备与外部、救援团队、及/或灾难/紧急恢复之部门进行通讯。

三个平台M1，M2和M3的馈线链结均为相同的Ku和/或Ka频段，然而不同之处在于各自平台之负载(P/L)，第一无人机平台M1上之负载可在救援队成员间启动一公共安全频谱通讯之网络，第二无人机平台M2上之负载可以在L/S频段恢复居民的移动电话及/或固定式无线通信，而第三无人机平台M3之负载为一实时监控之实时成像传感器。

以下讨论三种独立技术，(1)反向天线数组技术，(2)地基波束成形，以及(3)波前复用及解复用(WF复用/解复用)。馈线链结之反向天线链结是使在馈线链结上的无人机平台之负载能与指定的地面站通信枢纽更有效率地进行沟通、使用较少的耗电量，达到更远距离之地面通信枢纽，及/或产生更多的产能。

地基波束成形(GBBF)技术或远程波束成形(RBF)技术的架构，可使用较小SW&P的负载以完成设计无人机平台的基础通讯。地基波束成形(GBBF)之波束成形处理可被设置于远程之地面上或固定于其他空中平台、地面平地或是海面平台。在这里使用图示来描绘地基波束成形(GBBF)之架构。然而，类似之RBF架构可被使用在可移动的平台、可重新定位、固定的的平台、及/或所有上述平台的组合以执行远程波束成形功能。

波前复用及解复用技术可适用于许多基于无线通信之无人机平台的前瞻应用，并包含以下三种：

(1)校准馈线链结之后勤通道。

(2)于地面接收器中，以“相干功率合成(coherentpowercombining)”的方式有效的结合分别由多架无人机所幅射之无线电波的功率；这与传统数组天线发射中的“空间功率结合(spatialpowercombining)”现像完全不同。

(3)在透过多架无人机或一架无人机平台上之不同频道所形成的一套多组平行信道，以分段封包的方式同时传送数据。这类的传送方式更具有安全性及备援性。另外也可用上述两者的组合方式搭架出此类具有安全性及备援性的平行通道

在此类通讯架构包含四种技术：

1.无人机120作为通讯节点。

2.用户在一覆盖区域130和无人机120之间的前景通讯网络，包括：

(a)提供给有L/S频段下之手持设备之用户。

(b)在一地面可移动通信枢纽设备110使用具有地基波束成形(GBBF)处理功能之远程波束成形器(RBFN)。

3.在地面基础设施/设备110与无人机120之间的后台通讯网络(后勤通道或馈线链结)，其中后勤通道或馈线链结系经由反向天线在无人机和地基波束成形(GBBF)处理中心之间。后台通讯网络也称背景通讯网络

4.波前复用/解复用(WF复用/解复用)，包括：

(a)对远程/地基波束成形(RBF/GBBF)在馈线链结传递上之背面通道(或称后勤通道)之校准。

(b)相干功率来自于结合各种无人机的不同频道之讯号接受器。

(c)透过无人机之具有备援性的安全传输。

图2绘示在一以无人机200为基础之无线通信系统之背景链结以及前景链结。每架无人机200机上并具有一组波束成形器(BFN)能服务某覆盖区域130。无人机120使用户A、B以及C能够经由一通讯通信枢纽在两个波束1302及1303间进行相互链接，所述通讯通信枢纽110为连向地面网络101之一网关，机上(on-board)之馈线链结天线236系属于Ka或Ku频段且系覆盖此通讯通信枢纽110。我们假设这些用户是在L/S频段，其包含商业用手机以及Wifi频段。

负载200由三个部分所组成，且其同时支持前景链结和背景链结，所述三个部分为：在L/S频段之一组前景通讯负载210、在L/S频段以及Ku/Ka频段之间的转频区域220以及在Ku/Ka频段的一组馈线链结负载230。

类似的架构也适用于其他前景通讯之负载210所选定之带宽；例如紧急救援人员所保留用于公共安全频谱的4.9GHz。

在L/S频段之前景链结负载(P/L)210上有多个数组阵元217之多波束天线211，用以在前景链结中传送讯号以及在背景链结中接收讯号。覆盖区域130至少被三个波束1301、1302以及1303所覆盖。多波束天线211之输入/输出埠为经由双工器213连接之波束埠，其中背景链结波束埠连接到L/S频段的低噪讯放大器(LNA)214，该前景链结波束埠连接到功率放大器215。

此处存在至少两对变频单元220以分别将背景链结单元从L/S频段(1/2GHz)上调频率至Ku/Ka频段(12/20GHz)，以及前景链结单元在Ku/Ka频段(14/30GHz)之讯号转成在L/S频段(1/2GHz)之讯号。

馈线链结之负载230具有两组"波束"讯号，对于背景链结讯号，一复用装置231结合了在Ku/Ka频段之不同转换频槽的波束讯号以形成一单独串流，该串流在被馈线链结负载230的馈线链结天线236进行幅射前，由一功率放大器(PA)235执行功率放大以及由一天线双工器233进行双工处理。同样地，在前景链结里的讯号，天线236以及I/O双工器233所接收之馈线链结讯号被一Ku/Ka频段之低噪声放大器234调节。在频率转换器220从Ku/Ka频段之一频槽转换波束讯号至一L/S频段的一相同频槽前，Ku/Ka频段之解复用装置232将波束讯号分隔至不同的波束端口以分开波束讯号。在被前景链结之多波束天线211进行辐射前，这些输入波束讯号系个别由前景负载之功率放大器进行功率放大。

我们在此假设所述复用装置231执行一分频复用(FDM)，并对应于地面上一执行分频解复用(FDMdemuxing)之解复用装置232。然而，此复用装置231与解复用装置232之复用/解复用功能也可通过其他的复用/解复用方式执行，例如分时复用(TDM)、分码复用(CDM)或者是分频复用、分码复用及/或分时复用之组合。

图2绘示利用一机上(on-board)之具有波束成形能力并能作为一地面网关之通讯中继的小型无人机M2以作为灾区居民移动通信之系统及其方法。如图2所示，涵盖于一波束1303下之第一用户A发送一数据串到涵盖于一波束1302下之第四用户D，于一架无人机M2之负载中，该第一用户A所发送来的数据串会经由多波束天线211接收。该第一用户A使用他/她的手机或移动装置之Wifi频谱对外通讯，多波束天线211所接收之数据串将会被一低噪声放大器214进行放大、被一转发器220进行过滤和变频，再经过功率放大器235放大后在Ka或Ku频段的馈线链结天线236进行发射。在M2无人机机上(on-board)之馈线链结天线236应是一组高增益追踪波束天线，当此架M2无人机120移动时，此高增益追踪波束天线有一束追踪波束恒指向某一地面站通信枢纽110。

机上(on-board)之馈线链结天线236亦可使用一低增益天线，所述低增益天线包括全方位天线，是用以简化馈线链结追踪机制之复杂度。然而所述低增益天线会缩减M2无人机120和地面通信枢纽110间之操作距离或减低信道容量。地面通信枢纽110将接收到的数据串流分配至一前景链结波束端口，所述资料串流经由该前景链结波束埠被传送至涵盖于波束1302下之用户D。

在指定给某一机上(on-board)之波束成形器(BFN)211之一上行波束埠之地面设施110中，一串前景链结资料串流经由Ku/Ka频段馈线链结上传并由馈线链结天线236所撷取。在被一分频复用解复用器232解复用成一普通中频前，所述撷取讯号系由一低噪声放大器以及一带通滤波器(BPF)所调节。多个解复用组件分别处理来自于多波束天线217的各个输入埠之不同波束讯号串流。

同时，涵盖于波束1302下之第三用户C想要发送一个不同的数据串到涵盖于一波束1303下之第二用户B，负载210将接收由涵盖于波束1302下之第三用户C透过多波束天线211所传送之数据，而从第三用户C所接收到的数据将被一个低噪声放大器214进行放大，被其中一个转发器220进行过滤和变频以及被功率放大235放大后，在Ka或Ku频段的馈线链结天线236内进行功率放大再发射。地面通信枢纽110将接收到的数据串流分配至一前景链结波束端口，所述数据串流将被传送至涵盖于波束1303下之用户B。

显然地，对于无人机120的负载200，在覆盖区域130上所有用户之间并不存在"开关或连接"的机制。此开关及连接机制系由地面通信枢纽110所执行。

参考图2，M2无人机120只可以提供单向的前景链结，如广播或组播。基于M2无人机120之移动通信之前景链结具有机上(on-board)之波束成形器(BFN)211。M2无人机120提供由与第一数据源连接之通讯通信枢纽110至在波束位置1303的第一接收行动用户B间的相互链接，其中所述第一数据源可来自于地面网络101，或来自于无人机120的背景链结。同时无人机120提供由一与第二数据源连接之通讯通信枢纽110至在波束位置1302的一第二接收行动用户D间的相互链接，其中所述第二数据源可来自地面网络101，或来自于无人机120的背景链结。

参照图2，此架M2无人机120可能仅提供单向背景链结(仅接收)的服务，其包括之应用如双基雷达接收器的功能。基于M2无人机120之移动通信之背景链结基于移动通信有机上(on-board)之波束成形器(BFN)211。M2无人机120提供在波束位置1303之某一第一数据源A与某一地面处理通信枢纽110之间的相互连结，其中此地面处理通信枢纽110系经由地面网络101以连接某一第一数据接收者，或者是经由无人机120上的前景链结以连接至相同覆盖区域130的某一第一数据接收者。同时，无人机120提供在波束位置1302之某一第二数据源C与某一运作的地面通信枢纽110之间的相互连结，其中此地面通信枢纽110可经由地面网络101连接至某一第二数据接收者或由无人机120的前景链结以连接至某一第二数据接收者。

图3绘示了在一覆盖区域130上，有一组多架不具有波束成形器(BFN)之无人机200，一套以此组无人机200为基础之无线通信系统，及其背景链结以及前景链结。所述之多架无人机120提供用户A、B以及C之相互连结，C在两个波束1302及1303间是透过一作为"网关"以连至地面网络101的通讯通信枢纽110。在Ka或Ku频段之机上(on-board)之馈线链结天线236，其系覆盖通讯通信枢纽110，我们假设这些用户是在L/S频段，此频段包含商业用手机以及Wifi频段。

在负载200由三个部分所组成，且其同时支持前景链结和背景链结；(1)在L/S频段的一前景通讯负载210，(2)在L/S频段以及Ku/Ka频段之间的转频区域220，且(3)在Ku/Ka频段的一馈线链结负载230。

类似的架构也适用于其他前景通讯负载210所选定之带宽，例如紧急救援人员所保留用于公共安全频谱的4.9GHz。

在载体上馈线链结负载230上的LS频段天线为许多在L/S频段的个别数组阵元217，其系用于前行链接中的传输以及背景链结的接收，覆盖区域130至少被三个波束1301、1302以及1303所覆盖。数组阵元217之输入/输出埠系为被双工器213连接之"组成埠"，其中背景链结组成埠系在L/S频段连接到的低噪声放大器214，且前景链结组成埠系连接到功率放大器215。

此处存在至少两对变频单元220，此背景链结单元从L/S频段(1/2GHz)上调频率至Ku/Ka频段(12/20GHz)。前景链结单元将在Ku/Ka频段(14/30GHz)之讯号转成在L/S频段(1/2GHz)之讯号。

馈线链结负载230具有两组"基本"讯号。对于背景链结讯号，复用装置231结合了在Ku/Ka频段之不同转换频槽的"基本"讯号以形成一单独串流，然后被馈线链结天线236发射之前，由一功率放大器(PA)235进行功率放大以及由一天线双工器233进行双工处理。

同样地，在前景链结里的讯号，天线236以及I/O双工器233所接收之馈线链结讯号被Ku/Ka频段之低噪声放大器234所调节。在频率转换器220从Ku/Ka频段之一频槽转换各种的阵元讯号至一L/S频段的一相同频槽之前，Ku/Ka频段之解复用装置232系透过将欲调节之讯号分割成不同"组成埠"以分开这些阵元讯号，在个别的前景链结之天线阵元217进行辐射前，这些阵元讯号系个别由前景负载310之功率放大器215进行功率放大。

我们在此假设复用装置231执行一分频复用(FDM)，并对应于地面上一执行分频解复用(FDMdemuxing)之解复用装置232。然而，此231/232之复用/解复用功能可通过其他的复用/解复用方式执行，例如分时复用(TDM)、分码复用(CDM)或分频复用、分码复用及/或分时复用之组合。

图4绘示了一架M1a小型无人机120-1经由地基波束成形(GBBF)为L/S频段之居民执行通信中继任务的情景。前台链接420在L/S频段具有多个点波束(spotbeams)1301、1302和1303以服务直径小于100公里的覆盖区域130，一位地面用户436可利用他的/她的移动电话对在同一覆盖区域130内或外的其他用户进行通讯，覆盖区域130可能会根据执行任务的要求而有所不同。

图4之地面站通信枢纽410在返回链路将利用其前端设施411接收并调节从馈线链结450来讯号。地基波束成形(GBBF)处理器412系(1)复原在机上(on-board)相阵天线各相元所接收到的相元讯号217及其精确振幅和相位，(2)对所复原的相元讯号通过数字波束成形(DBF)器来产生波束讯号，(3)再做进一步的接收信号处理，包括调变接收波束讯号的波形以转换成数据串流。然后移动通信枢纽413透过地面网络480传送数据串流至目的地。在图12将仔细绘示地基波束成形的前景链结及背景链结。

同样地，在前向链结里之讯号，是由地基波束成形(GBBF)设施412发出的。此地基波束成形(GBBF)(1)先接收从不同信号源经由地面网络480再通过移动通信枢纽413之调变及通道格式化后送来之多组"波束讯号"，(2)再对"波束讯号"执行发射数字波束成形(DBF)处理而成一套多组平行之波束相元讯号；此波束相元讯号会由一架M1a小型无人机120-1在L/S频段通过多位相元的并行发射，(3)这一套平行之波束相元讯号在频率上转换及分频复用至Ku/Ka频段后，会经由馈线链之后勤通道链结到一架无人机120-1。这些同时发射出的多组波束讯号将通过机上的不同点波束1301、1302和1303同时被送给在覆盖区域130内不同的用户。

如图3所示的返回链路,在一架M1a小型无人机120-1上，由馈线天线236及I/O双工器233接收前景链结讯号，系由Ku/Ka频段之低噪声放大器234调节此前景链结讯号。在频率转换器220从Ku/Ka频段之一频槽转换各种的阵元讯号至一L/S频段的一相同频槽之前，Ku/Ka频段之解复用装置232系透过将欲调节之讯号分割成不同"组成埠"以分开这些阵元讯号，在前景链结之数组阵元进行辐射前，这些输入波束讯号系个别由前景负载之功率放大器215进行功率放大。

我们在此假设复用装置231执行一分频复用(FDM)，并对应于地面上一执行分频解复用(FDMdemuxing)之解复用装置232，然而，此复用/解复用装置231/232可执行其他的复用/解复用方式，例如分时复用(TDM)、分码复用CDM或分时复用、分码复用及/或分频复用之组合。

第一实施例

图3显示经由一具有地基波束成形(GBBF)或远程波束成形网络(RBFN)能力并作为一地面网关之通讯中继的小型无人机M2，以为灾区居民恢复移动通信之系统及其方法。请参考图3，M2无人机120只可以提供单向的转发通讯，如广播或组播。M2无人机120之前景链结利用移动通信与不具波束成形功能(BFN)的数组阵元127进行通讯。在一地基波束成形功能1101连接至来自于地面网络101或无人机120背景链结上之一第一数据源后，M2无人机120提供由一通讯通信枢纽110至之在波束位置1303的一第一接收行动用户B之相互连接。同时无人机120提供由一与第二数据源连接之通讯通信枢纽110至在波束位置1302的一第二接收行动用户D，此第二数据源可来自于地面网络101或来自在相同覆盖区域130之无人机120的背景链结上之一来源。处理/通讯通信枢纽101将同时对M2无人机的数组阵元的许多传输波束执行传输波束成形功能。

参照图3，此M2无人机120仅提供单向背景链结(仅接收)的服务，其包括双基雷达接收器的功能。M2无人机120之背景链结透过移动通信与机上(on-board)之不具波束成形器(BFN)的数组阵元进行通讯。M2无人机120提供波束位置1303之一第一数据源A与一地面处理通信枢纽110之相互连接，此地面处理通信枢纽110系经由地面网络101以连接一第一数据接收者，或者是经由无人机120的前景链结以连接无人机覆盖区域130内的一用户。同时，无人机120提供从在波束位置1302的第二数据源C到一运作的地面通信枢纽110，此地面通信枢纽110可经由地面网络101连接至一第二数据接收者或由无人机120的前景链结以连接至在一覆盖区域130内之一接收者。M2无人机120提供从覆盖区域130内之居民至一通讯通信枢纽之间的相互链接，此通讯通信枢纽系作用为一联机至地面网络之”网关(gateways)”。处理/通讯通信枢纽101同时对M2无人机的数组阵元的许多接收波束执行接收波束成形功能。

图4绘示在一覆盖区域130内，救援人员组织经由M1无人机120-1进行通讯之类似实施例。地面设施410具有：

1.透过不同的Ku/Ka频段馈线链结450，多波束天线411同时连接到各种无人机平台120。

2.对前景链结(传送)波束及返回链接(接收)波束之地基波束成形(GBBF)。

3.移动通信枢纽413作为连向地面网络480或是其它无人机形成之网络之网关。

所述M1a无人机120-1连同其地基波束成形(GBBF)处理功能之多波束1301，1302，1303等等。在两者前景链结和背景链结的一保留公共安全频段里；例如在美国的4.9GHz或700MHz。在覆盖区域的用户(救援人员组织)具备全方向终端机436。

图4呈现一个广播及/或组播系统及方法的例子，此广播及/或组播系透过有地基波束成形(GBBF)或远程波束成形网络(RBFN)之一小型无人机。此处所绘示之单向通讯系经由M1无人机120-1发送至在覆盖区域130里的救援人员组织。地面设施410具有：

1.多波束天线411提供从地面设备410到M1a无人机120-1平台之一Ku/Ka频段馈线链结450；

2.地基波束成形(GBBF)处理包括并行前景链结(传送)多波束的波束成形功能；

3.移动通信枢纽413作为连向地面网络480或是其它基于无人机之网络之网关。

所述M1a无人机120-1连同其地基波束成形(GBBF)处理具有多个发射波束1301，1302，1303等等，包括保留在一公共安全频段的前景链结；例如：美国的4.9GHz或700MHz。

在覆盖区域的用户(救援人员组织)系具备全方向终端机436。

M1a无人机120-1提供无线用户至一地面网络之通讯通信枢纽之间的相互连结。

本实施例可被作用于双基雷达接收器平台。在地面上之相关联的处理设备411可被修改为不仅透过地基成形波束(GBBF)412来执行波束成形功能外，更可包含距离选通的讯号处理功能，多普勒频率间隔，以及额外的雷达/成像处理。

图5绘示了4个小型无人机的520-1经由地基成形波束(GBBF)为在L/S频段之居民执行通信中继任务的情景。此四个小型无人机520-1标记为M1a、M1b、M1c以及M1d，其飞行之态样系彼此紧密排列(例如10公尺或更短)。前台链接420在服务直径小于100公里的覆盖区域130的L/S频段具有多个点波束1301、1302和1303，一地面用户436可利用他的或者她的移动电话对在同样覆盖区域130内或外的其他用户进行通讯，覆盖区域130可能会根据执行任务的要求而有所不同。

图4之地面站通信枢纽410将从其前端411接收从馈线链结550来的状态讯号，一地基成形波束(GBBF)处理器412将(1)复原在4个小型无人航空机上(on-board)之所接收到的阵元讯号217及其精确振幅和相位，(2)对从不同无人机520-1所恢复的阵元讯号所产生之波束讯号进行数字波束成形(DBF)处理，以及(3)提供进一步的接收功能，其包括在由移动通信枢纽413透过地面网络480传送波形至目的地之前，调变接收波束讯号的波形以转换成数据串流。图12将仔细绘示地基成形波束(GBBF)的前景链结及背景链结。

同样地，在前景链结里之讯号，此地基成形波束处理器412会执行：(1)在由移动通信枢纽413调变及频道格式化从地面网络480来的数据源后，接收从发送器发送而来的"波束讯号"；(2)在基频"波束讯号"上执行传输数字波束成形(DBF)处理，此波束讯号系由小型无人机520-1同时在基频产生欲传送在L/S频段的并行阵元讯号；(3)为了经由馈线链结550前景链结到4具无人机520-1，向上转换及分频复用这些阵元讯号至Ku/Ka频段。在覆盖区域130上，在不同点波束1301、1302和1303下，多波束讯号被指定给用户。这些传输的波束讯号将在覆盖区域130内同时被转送给不同的用户。

在个别的4个小型无人机520-1中，从馈线链结到前台链接之处理均为相同。以图3中所示的M1a无人机120-1作为一例子，由馈线天线236及I/O双工器233接收的上行链接讯号系透过Ku/Ka频段低噪声放大器234调节。在频率转换器220从Ku/Ka频段之一频槽转换各种的"基本"讯号至一L/S频段的一相同频槽前，Ku/Ka频段解复用装置232系透过将处理过的讯号分隔至不同阵元以分开”阵元”讯号。在前景链结之数组阵元217进行辐射前，这些输入波束讯号系个别由前景负载之功率放大器215进行功率放大。

我们在此假设复用装置231执行一分频复用(FDM)，并对应于地面上一执行分频解复用(FDMdemuxing)之解复用装置232，然而，此复用/解复用装置231/232可执行其他的复用/解复用方式，例如分时复用(TDM)、分码复用(CDM)或分时复用、分码复用及/或分频复用之组合。

另一个例子展示了用多个密集的小型无人机具有地基成形波束(GBBF)或RBF网络在灾区落实救援人员之移动通信系统和方法。名词“M1无人机520-1”是用来表示所有4个小型无人机；如图5之M1a无人机，M1b无人机，M1c无人机以及M1d无人机。图5绘示在一覆盖区域130内，救援人员组织经由多个M1无人机520-1进行通讯之类似实施例。

地面设备410具有：

1.多波束天线411透过不同的Ku/Ka频段馈线链结550以同时连接到各种无人机平台520-1；

2.对前景链结(传送)波束及返回链接(接收)波束之地基成形波束(GBBF)；

3.移动通信枢纽413作为连向地面网络480或是其它无人机形成之网络之网关。

所述M1a、M1b、M1c以及M1d无人机520-1连同其地基成形波束(GBBF)处理具有多个发射波束1301、1302以及1303等等。在一保留的公共安全频段之前景链结和背景链结；例如：在美国的4.9GHz或700MHz，在覆盖区域的用户(救援人员组织)系具备全方向终端机436。

在第一操作方案中，移动通讯之前景链结与背景链结系透过多种紧密队形M1之无人机520-1，此多架无人机520-1上之数组阵元间系具有波束成形之地基波束成形(GBBF)412或远程波束成形网络(RBFN)。在馈线链结550之Ku/Ka频道须设计成有足够的瞬时带宽，以同时支持所有的无人机。这些技术可包括针对地面设备上馈线链结的进阶多波束天线，所述馈线链结提供正交波束以同时连接到所有无人机以助于频率之再使用。另一方面，对于前景通讯负载，不同的无人机提供不同组别在各种频槽、不同组码，及/或时槽所操作之波束。每一个无人机都支持一个独立数据串流，不同无人机阵元间的相对位置变得不那么重要。在不同无人机中，有关于所述独立数据串流的射频辐射功率无法进行结合。将频道绑定为特定关系时，高数据速率用户之信息或数据串流才可进行结合。

在一第二操作方案中，移动通讯之前景链结与背景链结系透过多重紧密队形M1之多架无人机520-1，此多架无人机520-1系具有在分布式子数组间波束成形的地基波束成形(GBBF)412或远程波束成形网(RBFN)，其中每一架均为一独立之无人机。在馈线链结550之Ku/Ka频道须设计成有足够的瞬时带宽，以同时支持所有无人机。这些技术可包括针对地面设备上馈线链结的进阶多波束天线，所述馈线链结提供正交波束并同时连接到所有的无人机以助于频率之再使用。M1无人机520-1间的间距系慢慢地发生变化。因此，在这些分散且缓慢变化的数组阵元之间的相对几何形状对于保持子数组间之一致性是极为重要的。缓慢变化的数组几何形状必须进行不断地校准，然后在前景链结和背景链结进行适当补偿以作为地基波束成形(GBBF)的一部分功能412。这个工作方案将允许从多架M1无人机520-1加入更强的辐射讯号，如穿透碎片或人造结构，使讯号到达具有劣势终端的用户或达到位于弱势位置的用户。

另一个例子展示了由多个密集的小型无人机使用地基波束成形(GBBF)或远程波束成形网络(RBFN)实作单向广播或组播通讯之移动通讯系统和方法。我们使用名词“M1无人机520-1”用来表示所有4架小型无人机；如图5之M1a无人机，M1b无人机，M1c无人机以及M1d无人机。M1无人机520-1之前景链结系利用移动通信与不具波束成形功能(BFN)的数组阵元217进行通讯。在一通讯通信枢纽110利用地基波束成形(GBBF)功能412连接至地面网络408之一第一数据源或连接至M1无人机520-1背景链结上之一数据源后，M1无人机520-1提供从一与第一数据源连接之通讯通信枢纽110至在波束位置1303的一第一接收行动用户B之相互连接。同时M1无人机520-1提供从一与第二数据源连接之通讯通信枢纽410至在波束位置1302的一第二接收行动用户D之相互连接，此第二数据源可来自于地面网络408或来自于在相同的覆盖区域130之M1无人机520-1的背景链结上。处理/通讯通信枢纽410也将同时针对许多用于M1无人机520-1的数组阵元之传输波束执行传输波束成形功能。

在一第一操作方案中，移动通讯之前景链结系透过具有地基成形波束(GBBF)412之多个紧邻之M1无人机520-1或经由基于一无人机上数组阵元间波束成形之远程波束成形网络(RBFN)。在馈线链结550之Ku/Ka频道须设计成有足够的瞬时带宽，以支持所有无人机同时进行。这些技术可包括针对地面设备上馈线链结的进阶多波束天线，所述馈线链结提供正交波束同时连接到所有的无人机以助于频率之再使用。不同的无人机将提供在各种频槽、不同组之代码，及/或用于前景通讯负载之多个时槽上操作之不同组别之波束。每一个无人机都支持独立数据串流，不同的无人机之阵元间的相对位置变得不那么重要。在许多不同的无人机间，相关于这些独立数据串流的射频辐射功率无法进行"连贯结合(coherentlycombined)"。经由将频道绑定为特定关系时，对于高数据速率讯号串流而言，信息或数据串流可进行结合。

在一第二操作方案中，移动通讯之前景链结系透过地基成形波束(GBBF)412的多种紧密队形M1无人机520-1或经由一分割的无人航空机上(on-board)之数组阵元间的波束成形的附加远程波束成形网络(RBFN)，其中每一个均为独立的无人机。在馈线链结550之Ku/Ka频道须设计成有足够的瞬时带宽，以同时支持所有无人机。这些技术可包括针对地面设备上馈线链结的进阶多波束天线，所述馈线链结提供正交波束同时连接到所有的无人机以助于频率之再使用。M1无人机520-1间的间距系慢慢地发生变化。因此，在这些分散且缓慢变化的数组阵元之间的相对几何形状对于保持子数组间之一致性是极为重要的。缓慢变化的数组几何形状必须进行不断地校准，然后在前景链结和背景链结进行适当补偿以作为地基波束成形(GBBF)的一部分功能412。这个操作情形将允许从多个M1无人机520-1加入更强的辐射讯号，如穿透碎片或人造结构，使讯号到达具有劣势终端的用户或达到位于弱势位置的用户。

另一个例子展示了由多架密集之具有地基波束成形(GBBF)或远程波束成形网络(RBFN)之小型无人机实作单向接收通讯之移动通信系统和方法。

我们把名词“M1无人机520-1”用来表示所有4架小型无人机；如图5之M1a无人机、M1b无人机、M1c无人机以及M1d无人机。

参照图5，此M1无人机520-1仅提供单向背景链结(仅接收)的服务，其包括之应用如双基雷达接收器的功能。基于M1无人机520-1之移动通信之背景链结具有如同图3所示之数组阵元217。M1无人机520-1提供在波束位置1303之一第一数据源A与一地面处理通信枢纽410之相互连结，此地面处理通信枢纽410系经由地面网络480以连接一第一数据接收者，或者是经由M1无人机520-1的前景链结以连接在覆盖区域130内的一用户。同时，M1无人机520-1提供从在波束位置1302的第二数据源C到一运作的地面通信枢纽410，此地面通信枢纽110系经由地面网络480连接至一第二数据接收者或由M1无人机120的前景链结以连接至在相同覆盖区域130内之一接收者。M1无人机520-1提供在覆盖区域130内之数据源至一通讯通信枢纽之相互链接，此通讯通信枢纽系联机至地面网络之一网关。处理/通讯通信枢纽410将同时执行接收波束成形功能，以接收来自于多架M1无人机520-1上的数组阵元之波束。

在一第一操作方案中，移动通讯之背景链结系透过具有地基成形波束(GBBF)412之多架紧邻之M1无人机520-1或经由基于一无人机上数组阵元间波束成形之远程波束成形网络(RBFN)。

在馈线链结550之Ku/Ka频道须设计成有足够的瞬时带宽，以同时支持所有无人机。这些技术可包括针对地面设备上馈线链结的进阶多波束天线，所述馈线链结提供正交波束同时连接到所有的无人机以助于频率之再使用。不同的无人机提供不同组别在各种频槽、不同组码，及/或时槽所操作之波束。每一架无人机都支持一个独立数据串流，不同无人机阵元间的相对位置变得不那么重要。在不同无人机中，相关于接收之所述独立数据串流的射频功率无法进行"连贯"结合。将频道绑定为特定关系时，高数据速率用户信息或数据串流才可进行结合。

在一第二操作方案中，移动通讯之背景链结系透过具有地基成形波束(GBBF)412之多个紧邻之M1无人机520-1或经由具有分布式子数组间之波束成形的远程波束成形网络(RBFN)；每一个均为一独立的无人机，在馈线链结550之Ku/Ka频道须设计具有足够的瞬时带宽，以同时支持所有无人机。这些技术可包括针对地面设备上馈线链结的进阶多波束天线，所述馈线链结提供正交波束，同时连接到所有的无人机以助于频率之再使用。

M1无人机520-1间的间距系慢慢地发生变化。因此，在这些分散且缓慢变化的数组阵元之间的相对几何形状对于保持子数组间之一致性是极为重要的。缓慢变化的数组几何形状必须进行不断地校准，然后在背景链结进行适当补偿以作为地基波束成形(GBBF)的一部分功能412。此工作方式将使经由多个M1无人机520-1所撷取之接收讯号增加时具有一致性，进而增强所接收到的讯杂比(SNR)。

此外，在个别无人机之多波束GNSS接收器[1，2，3]将不仅提供对个别的平台位置信息，亦将提供平台的定位信息。因此，一移动无人机的子数组上所有组件，在随着所有参与无人机的平均速度下，其当前的位置和方位可以动态精确地被计算出。从多个移动缓慢之无人机所分布的几何形状，无人机当前的飞行轨迹位置亦可以被精确地计算出，并且也可以在几秒钟前定位未来之跳越轨迹。

在双基雷达接收的应用中，从多个无人机间撷取回传之连贯讯号，将提供较佳的讯杂比以及更好的空间分辨率。对于双向或多向雷达的射频发射器有许多是在L频段以涵盖全球的GNSS卫星、陆地和海洋的C频段之卫星，或在Ku和Ka频段以涵盖许多大陆或陆地、海洋和空中靠近赤道的附近之高功率DBS卫星或点波束卫星。

图6绘示了4架小型无人机的620-1经由地基波束成形(GBBF)为在L/S频段之居民执行通信中继任务的情景。这四个小型无人机620-1a、620-1b、620-1c以及620-1d系标记为M1a、M1b、M1c以及M1d，其飞行分布态样系在这些无人机之间具有较大之距离(比如大于1公里)。此4台个别的无人机之前台链接420在服务直径小于100公里的覆盖区域130的L/S频段具有多个点波束1301、1302和1303。一地面用户436可利用进阶的用户装置对在同样覆盖区域130内或外的其他用户进行通讯，此进阶用户装置之特征在于下列4个小型无人机同时且独立地具有多个追踪波束。高级用户终端机的多波束可在相同频槽中分别在此四个无人机之每一载具和地面用户之间的链结中操作。覆盖区域130可能会根据执行任务的要求而有所不同。

图6之地面站通信枢纽410将从其前端411接收从4架无人机(M1a620-1a、M1b620-1b、M1c620-1c以及M1d620-1d)的4个分开馈线链结550传来之状态讯号。一地基波束成形(GBBF)处理器412将执行下列步骤：(1)复原从4架小型无人机620-1a、620-1b、620-1c以及620-1d上所接收到的阵元讯号217及其精确振幅和相位；(2)针对每一地面用户，从4架无人机620-1所恢复的阵元讯号并行产生4组接收波束讯号，并同时执行4组数字波束成形(DBF)以处理所接收之波束讯号；(3)提供进一步的接收功能，包括调变4个接收波束讯号波形以转换成数据串流；(4)在由行动通信枢纽413经由地面网络480传送波束讯号至目的地之前，将频道所接收到之讯号转换成波束讯号里之一字符串，且此波束讯号系从一用户接收4个不同的无人机之波束讯号而来。在步骤(3)和(4)中，若是所有4个馈线链结之讯号调变技术均为相同，则顺序可以变成一组相反的顺序。图12将仔细绘示地基波束成形(GBBF)的前向链结及返向链结。

同样地，在前向链结中之讯号，所述之地基波束成形处理器412将执行下列步骤：(1)在由移动通信枢纽413调变及频道格式化从地面网络480来的数据源后，接收从发送器发送之"波束讯号"；(2)分割所述调变讯号以变换成4子串流波束讯号；(3)在每一基频的"子串流波束讯号"上执行4个并行且独立之输数字波束成形(DBF)处理，产生欲由四架小型无人机620-1在L/S频段之基频所传送的并行阵元讯号；(4)为了经由馈线链结550前向链结到4架无人机620-1，向上转换及分频复用这些阵元讯号至Ku/Ka频段。从4个相同的无人机且在同样的覆盖区域130上，在不同点波束1301，1302和1303里，多波束讯号被指定给用户。这些传输的波束讯号将在覆盖区域130内同时被转送给不同的用户，与一架单一的无人机120的容量相比，具有先进的多波束终端机之用户将可具有4倍的信道容量。

在4架小型无人机620-1中，每架从馈线链结到前台链接之处理均为相同。以图3中所示的M1a无人机120-1作为一例子，由馈线天线236及I/O双工器233接收上行链接讯号，并由Ku/Ka频段之低噪声放大器234进行调整。在频率转换器220从Ku/Ka频段之一频槽转换成每位”阵元”讯号至一L/S频段的一相同频槽前，Ku/Ka频段解复用装置232系透过将处理过的讯号分隔至不同阵元以分开”阵元”讯号，在前景链结之数组阵元217进行辐射前，这些输入波束讯号系个别由前景负载之功率放大器215进行功率放大。

我们在此假设复用装置231执行一分频复用(FDM)，并对应于地面上一执行分频解复用(FDMdemuxing)之解复用装置232。然而，此复用/解复用装置231/232可执行其他的复用/解复用方式，例如分时复用(TDM)、分码复用CDM或分时复用及/或分码复用之组合。

下一个例子展示了利用间距大且具有地基波束成形(GBBF)或RBF网络之多个小型无人机在灾区临提供救难人员移动通信的系统和方法。救难工人应须配备多波束终端机。

名词“M1无人机620-1”是用来表示所有4个小型无人机；如图6之M1a无人机620-1a、M1b无人机620-1b、M1c无人机620-1c以及M1d无人机620-1d。图6绘示经由多个M1无人机620-1进行通信，在一覆盖区域130内救援人员组织之类似实施例。

地面设施410具有：

1.透过不同的Ku/Ka频段馈线链结550，多波束天线411同时连接到各种无人机平台620-1，

2.对前景链结(传送)波束及返回链接(接收)波束之地基波束成形(GBBF)，

3.移动通信枢纽413作为连向地面网络480或是其它无人机形成之网络之网关。

所述M1a、M1b、M1c以及M1d无人机620-1连同其地基波束成形(GBBF)处理具有多个发射波束1301、1302以及1303等等。在一公共安全频段保留前景链结和背景链结；例如：在美国的4.9GHz或700MHz。

在覆盖区域的用户(救援人员组织)系具备多追踪波束终端机633。每个高级用户终端机能显示追踪此4个M1无人机620-1并操作保留在公共安全频带之相同频槽中之四个分开波束。透过空间隔离的高级用户终端机来实现在相同带宽，代码和时槽下操作多个无人机之间隔。因此，相同的频谱是图5场景中所显示的4倍。

在一第一操作方案中，移动通讯之前景链结与背景链结系透过具有地基成形波束(GBBF)412之多个紧邻之M1无人机520-1或经由基于一无人机上数组阵元间波束成形之远程波束成形网络(RBFN)

在馈线链结550之Ku/Ka频道须设计成有足够的瞬时带宽，以同时支持所有M1无人机620-1。这些技术可包括针对地面设备上馈线链结的进阶多波束天线，所述馈线链结提供正交波束同时连接到所有的无人机，以助于频率之再使用。同样地，对于前景通讯负载，各种无人机提供不同组别在支持独立数据串流的相同频槽所操作之波束。不同的无人机之阵元间的相对位置变得不那么重要。与许多不同的无人机间，相关的这些独立数据串流的射频辐射功率无法进行结合。将频道绑定为特定关系时，高数据速率用户信息或数据串流才可进行结合。

在一第二操作方案中，移动通讯之前景链结与背景链结系透具有地基成形波束(GBBF)412之多个紧邻之M1无人机520-1或经由基于一无人机上数组阵元间波束成形之远程波束成形网络(RBFN)。

每一个均为一独立的无人机，在馈线链结550之Ku/Ka频道须设计成有足够的瞬时带宽，以支持所有无人机同时进行。这些技术可包括针对地面设备上馈线链结的进阶多波束天线，所述馈线链结提供正交波束同时连接到所有的无人机以助于频率之再使用。M1无人机520-1间的间距系慢慢地发生变化。因此，在这些分散且缓慢变化的数组阵元之间的相对几何形状对于保持子数组间之一致性是极为重要的。缓慢变化的数组几何形状必须进行不断地校准，然后在前景链结和背景链结进行适当补偿以作为地基波束成形(GBBF)的一部分功能412。这个工作方案将允许从多个M1无人机520-1加入更强的辐射讯号，如“穿透”碎片或人造结构，使讯号到达具有劣势终端的用户或达到位于弱势位置的用户。

然而，在多个移动无人机平台620-1中经由地基波束成形(GBBF)的发送端(Tx)之DBF难以展示其一致性，动态路径长度校准以及由不同无人机花费之路径补偿使实作时的成本效益变的较小。

我们将在第10实施例中针对路径长度之校准及补偿来介绍波前复用/解复用技术。

图7绘示4架小型无人机的620-1经由地基波束成形(GBBF)在一紧急涵盖区域为在L/S频段之居民执行通信中继任务的情景。这四架小型无人机620-1a、620-1b、620-1c以及620-1d系标记为M1a、M1b、M1c以及M1d，其飞行分布态样系在它们之间具有较大之距离(比如大于1公里)。在此组态中系使用波前复用和解复用技术，使高级接收器的四架小型无人机得以执行连接辐射讯号的相干功率。此地面站通信枢纽710包含了在Ku/Ka频段的4个分开的馈线链结追踪天线411，其系连续地追踪4架不同无人机620-1a、620-1b、620-1c以及620-1d。此四个分开的天线411可被替换成一组多波束天线，此多波束天线系具有一大瞬间视场以连续追踪4台空中传递的平台。

在L/S频段，此个别的4个无人机之前台链接420具有多个点波束1301、1302和1303以服务直径小于100公里的覆盖区域130，一地面用户633可利用一进阶用户装置对在同样覆盖区域130内或外的其他用户进行通讯，此进阶用户装置633之特色同时且独立地具有对4架小型无人机620-1之多个追踪波束。此一进阶用户终端的多波束系操作在每一所述四架无人机620-1与所述地面用户633之链结之一相同频槽中。覆盖区域130可能会根据执行任务的要求而有所不同。

在个别4架小型无人机620-1中，每架从馈线链结到前台链接之处理均为相同。以图3中所示的M1a无人机120-1作为一例子，由馈线天线236及I/O双工器233接收上行链接讯号，并由Ku/Ka频段低噪声放大器234进行调节。在频率转换器220从Ku/Ka频段之一频槽转换各种的”阵元”讯号至一L/S频段的一相同频槽前，Ku/Ka频段解复用装置232系透过将处理过的讯号分隔至不同阵元以分开”阵元”讯号。在被前景链结之数组阵元217发射前，这些输入波束讯号系个别由前景负载之功率放大器215进行功率放大。

我们在此假设复用装置231执行一分频复用(FDM)，并对应于地面上一执行分频解复用(FDMdemuxing)之解复用装置232。然而，此复用/解复用装置231/232可执行其他的复用/解复用方式，例如分时复用(TDM)、分码复用(CDM)或分时复用、分码复用及/或分频复用之组合。

图7A显示一与一地面设备地基波束成形(GBBF)412同位置之WF复用714以及一进阶用户终端机633之WF解复用724之一前景链结传递之流程图。

我们定义符号如下：

(1)对于一WF复用装置

a.输入端口称为"单元(slice)":WF复用器第一个输入端口称为"单元1"；

b.输出端口称为"波前组件"或"wfcs":WF复用器的第一输出埠称为"wfc1"。

(2)类似地，对于一WF解复用装置

a.输出端口称为"单元":WF解复用器之第一个输出端口称为"单元1"；

b.输入端口称为"波前组件"或"wfcs":WF解复用器的第一输入埠称为"wfc1"。

在图7A绘示从一地面站通信枢纽710通过4个无人机620-1到达一用户633之前景链结中，WF复用系使用一4对4的WF复用器712以转换一第一用户输入S1与探测/诊断讯号p1到4个WF领域讯号。连接至单元1的S1是被指定要传送给在波束位置1302的用户终端机633。另外连接到单元2及单元3的两个讯号S2及S3，是同时透过WF复用处理以传输经过相同的4个无人机。且它们是在相同的点波束1302以供其他用户使用。诊断串流p1系连接至单元4。

一WF复用设备可以由许多方式实作而成，包含一傅利叶转换，在数字型态之一阿达玛矩阵，或傅利叶转换与阿达玛矩阵之结合。它也可以由一个巴特勒矩阵(BM)中的模拟被动电路构成。在图7A中，此4对4的WF复用器712在WF复用/解复用处理设备714具有连接到3个输入单元的3个输入讯号(S1、S2以及S3)，以及连接到第4输入单元之一导频码串流；

1.WF复用器712的输出讯号是4个输入讯号s1、s2、s3以及ps之各种加权总和。特别是y1、y2、y3以及y4分别依下列公式计算：

y1(t)＝w11*s1(t)+w12*s2(t)+w13*s3(t)+w14*ps(t)(公式1.1)

y2(t)＝w21*s1(t)+w22*s2(t)+w23*s3(t)+w24*ps(t)(公式1.2)

y3(t)＝w31*s1(t)+w32*s2(t)+w33*s3(t)+w34*ps(t)(公式1.3)

y4(t)＝w41*s1(t)+w42*s2(t)+w43*s3(t)+w44*ps(t)(公式1.4)

其中，s1(t)＝S1、s2(t)＝S2、s3(t)＝S3以及s4(t)＝S4。

2.4WF组件(wfc)组成的波前向量(WFV)系定义为列矩阵。此四个向量(列矩阵)为相互正交：

WFV1＝WF1＝Transportof[w11,w21,w31,w41](公式2.1)

WFV2＝WF2＝Transportof[w12,w22,w32,w42](公式2.2)

WFV3＝WF3＝Transportof[w13,w23,w33,w43](公式2.3)

WFV4＝WF4＝Transportof[w14,w24,w34,w44](公式2.4)

3.如果X＝Y，则WFX*WFY＝1；否则WFX*WFY＝0；其中X及Y为从1至4的整数。

4.s1(t)、s2(t)、s3(t)和ps(t)分别连接到WF复用装置714的相应输入埠以“附加(attached)”到4个WF向量之其中之一。

(1)输出讯号y1(t)、y2(t)、y3(t)以及y4(t)为WF组件(wfcs)的线性组合；所述聚合数据串流，输出端口wfc-1的输出为讯号流y1，输出埠wfc-2的输出的讯号流y2，依此类推。

(2)S1讯号被复制且出现在所有4个波前组件的输出端口。其实，S1系"载在WF向量WF1上"。S2、S3以及ps讯号也是如此。

(3)4个输出讯号y1、y2、y3以及y4系分别连接到4个独立之传输(Tx)数字波束形成(DBF)处理器751之输入端，并将它们转换为在各种无人机数组中的4组阵元讯号之一部分。假设每个无人机620-1在L/S频段的前景通讯为Ne数组阵元，一个发送端之DBF的处理器751将配备Ne阵元输出。

(4)四个FDM的每个解复用器752系执行复用于Ne对应的阵元讯号到一单一讯号串流，在由4个分开的高增益天线411的其中之一指定至一无人机620-1前，利用一组RF前端753进行上变频以及功率放大。

(5)地基波束成形(GBBF)412设有4组多波束DBF处理器751；每个处理器系被指定"服务"数组中的Ne组件以提供在L/S频段之前景通讯。4个无人机的4个独立数组将同时形成L/S频段波束以指向到相同的波束位置1302。因此，y1经由第一无人机620-1a被转送至用户终端633，y2经由第二无人机620-1b，y3经由第三无人机620-1c，以及y4经由第四无人机620-1d。

(6)从一“拥有”S1讯号串流之第一用户的角度来看，此S1讯号串流系同时被4个分开的无人机620-1透过一相同频槽f1传递到指定的用户终端机633。

(7)从一“拥有”S2讯号串流之第二用户的角度来看，此讯号串系同时被4个分开的无人机620-1透过一相同频槽f1传递到所述第二用户。第二用户被共同放置在第一用户与终端机633的相同波束位置1302。

(8)从一“拥有”S2讯号串流之第三用户的角度来看，此讯号串系同时被4个分开的无人机620-1透过一相同频槽f1传递到所述第三用户。第三用户被共同放置在第一用户与终端机633的相同波束位置1302。

这些WF域讯号输入到地基波束成形(GBBF)设备710的四个平行DBF处理器751。另一方面，一多波束用户接收机633设有一个WF解复用器，其系均衡传递路径使前景链结通过4个并行的弯管路径，此弯管路径包括上传的地面区段、空气段和地面接收段的非平衡相位和幅度差之相关电子装置。此四个并行讯号路径包含如(1)450a+420a、(2)450b+420b、(3)450c+420c以及(4)450d+420d的传递区段。所述"弯管函式"系由四无人机M1a620-1a、M1b620-1b、M1c620-1c以及M1d620-1d所执行。

每一个无人机620-1相关的每一弯管(bent-type)函式包括：

1.接收源自地面处理设备710产生并经由馈线链结450的数组阵元讯号。

2.放大和过滤所接收的阵元讯号，或调节所接收到的阵元讯号。

3.变频或转发所述被调节的阵元讯号。

4.在利用朝向地面之指定数组阵元重新辐射阵元讯号前进行功率放大。

"弯管"之描述显示经过中继器或转发器的讯号不做任何再生处理。这些讯号可被放大、过滤及/或变频。所述的再生处理应包括一调变功能以及再次调变之另一功能。

在一目的地存在有进阶终端机633的3个功能方块；

由4个无人飞行器620-1转发的讯号被一多波束接收器(Rx)数组745撷取及放大。Rx数组包含M个数组阵元722，每个数组阵元伴随一个低噪声放大器和一降频转换器721以调节所接收之讯号。

M个并行被调节被接收之讯号被发送到一个多波束的波束形成网络(BFN)723，此波束形成网络723使追随中继无人机620-1动态的多个追踪波束形成。多波束BFN723的输出系为4个接收到的数据串流y1'、y2'、y3'以及y4'，其中主要是由y1、y2、y3以及y4被噪声和外来干扰所污染的对应讯号。

一WF解复用处理724包含一排适应性均衡器(AdaptiveEqualizer)741以及一个4对4的WF解复用器742以重建讯号串流的3个单元和一频导码串流；

输入y1'、y2'、y3'以及y4'连接到4个适应性有限脉冲响应(FIR)滤波器741，其目的在于4个传递路径中对时间，相位及振幅进行等化。

个别的适应性滤波器741系对经由一无人机弥补传递路径(数组阵元)中之"分散"所造成的相位差别。此将会对由于分散引起的扭曲波形造成显著改善；减少符号间干扰。

其中在4个FIR滤波器741的差异被进行了优化，其系通过4个不同的无人机620-1以弥补传递路径之间的时间和相位差别。

一迭代控制回路根据对已知注入的诊断讯号与复原导频讯号S4间的比较744，并根据一优化处理743优化FIR滤波器741的权重。

从适应性FIR滤波器的滤波输出埠连接到WF解复用器。

在WF解复用器的输出埠之间系为所需讯号串流的3个单元以及一个导频讯号。

i.用于第一用户的WF复用器系制定从第一单元或第一输出端口接收的讯号；

ii.同样地，分别用于第二用户及第三用户的WF复用器系制定于从第二单元(第二输出端口)或从第三单元(第三输出端口)接收讯号。

在优化处理743使用成本最小化的标准之优化回路包括：

对优化回路确定正确的观测量，包含:

复原的导频讯号串流和原始的讯号之间的差异。

源自WF解复用器742输出单元的讯号之相关性。

基于各种可观察量产生不同的成本函数:

转换或映射各种观测至不同的衡量标准或是成本函数必须被明确地定义:

当一可观察量符合所需的效能时，相对应的衡量标准或成本函数变为零。

当一可观察量仅稍微远离期望的效能时，相对应的衡量标准或成本函数即被分配一小的正整数。

当一可观察量远离所期望的效能时，相对应的衡量标准或成本函数即被分配有一大的正整数。

加总所有的成本函数为一总成本，其系为一优化回路效能现状的数字化指针:

当总成本小于一小的正门坎值时，停止此优化回路。

否则继续执行步骤4。

导出关于适应性均衡器权重的总成本之倾斜度，适应性均衡器的权重系为FIR滤波器的形式。

根据一最快速下降算法计算FIR滤波器之新的权重以减少在所述优化迭代回路的总成本。

更新所述适应性均衡器之权重，并执行步骤"2"。

在图7A中，频导码“ps”是连接到WF复用器712的一个专用输入埠S4中，也就是第4个输入单元。此仅为图示说明而非为限制。输入之数目可以不同于4个，甚至可能会更多。

此外，频导码可能不需用于诊断用之专用埠。在其它实施例中，导频码"ps"透过TDM、CDM及/或FDM技术在图7A里的WF复用器712使用第四输入埠S4，也就是第四输入单元的一部份。WF复用器742在接收链724必须在相应的复原接收导频码调节时间、代码及/或频率解复用功能。

另一实施例在时间帧伴随着时间帧的操作中，诊断讯号可以针对WF复用器712的N个输入同时设立N个独立导频码，其中输入之一周期性之短时槽系作为一诊断时槽，其中4≥N≥1。一帧当中大部份时槽仅用以进行数据传递。WF复用器742在接收链724必须在相对应的N个频道复原N个独立频导码以调节时间解复用功能。所述相关的优化可在诊断时槽期间时，从WF解复用742的N个输出使用交叉相关性作为一成本函式，

图7B描绘了一WF复用764的背景链结传输，其系在一个进阶的用户终端机633与相对应在搭配有一地基波束成形(GBBF)412地面设备之WF复用/解复用处理设备714里的WF解复用器742之细部流程图。

针对在传输模式下的一用户，存在进阶终端机633的3个功能区块：

一WF复用处理配有一4对4的WF解复用器764以转换调变源于一个发射器765之讯号S1的串流，以及单元4的一诊断串流。单元2及单元3系不相连接或接地。

附近其他用户可以使用各用户终端机在上相同之WF复用处理之单元2及/或单元3以对相同频槽上转送不同数据串流S2及S3，至相同的地面站通信枢纽，其系经由相同的4架无人机620-1a、620-1b、620-1d以及620-1d进行转送。

每一用户讯号串流系在一独特的WF向量上。如果他们被一个WF复用器产生，他们将相互正交地在所述WF复用器之输出讯号。但它们是由三个相同的WF复用器所产生。三个不同的用户终端机系类似终端机633。

4个并行输出讯号y1、y2、y3以及y4，从所述WF复用器764被发送到一个多波束的波束形成网络(BFN)723，此波束形成网络723使追随中继无人机620-1动态的多个追踪波束形成。讯号流y1系来自输出端口wfc-1的，讯号流y2系来自输出端口wfc-2，讯号流y3系来自输出端口wfc-3，以及讯号流系来自输出埠wfc-4。

多波束传输BFN763的输出讯号是被调节的，其在被数组阵元722进行辐射之前，系被一排频率向上转换器以及功率放大器762进行向上频率转换以及功率放大。所述4个Tx波束讯号主要相对于无人机620-1a的y1讯号、无人机620-1b的y2讯号、无人机620-1c的y3讯号以及无人机620-1d的y4讯号。

在前台向上链接L/S频段的讯号系由M个接收器(Rx)数组阵元所撷取并进行放大，此M个所被接收之阵元讯号在四个无人机620-1上系个别地被转发以及进行FDM之复用处理。此FDM之复用阵元讯号系传递回给地基波束成形(GBBF)；那些来自无人机M1a620-1a的阵元讯号是经由Ku/Ka频段馈线链结450之一第一向下链接450a。那些来自无人机M1b620-1b的阵元讯号是经由Ku/Ka频段馈线链结450的一第二向下链接450b。那些来自无人机M1c620-1c及无人机M1d620-1d的阵元讯号系分别经由Ku/Ka频段馈线链结450的一第三向下链接450c及一第四向下链接450d。

这些向下链接的阵元讯号是被可移动通信枢纽710里的四方向天线411所撷取到，在被传送至多波束RxDBF781之前，这些阵元讯号受控于射频前端单元783，并由一FDM解复用器782将其频率调降转换且FDM解复用在一基频的M个输出。在个别4个RxDBF的其中之一输出埠是被用来指定到具有一共同波束位置1302的一Tx波束，其中此共同波束位置1302亦为用户终端机633之位置。此4个指向波束位置1302的RxDBF781波束输出指定为y1”、y2”、y3”及y4”，们是输入至WF复用/解复用处理设备714的接收程序的4个输入讯号。这些接收程序主要包含透过4适应性FIR滤波器741的均衡函式以及透过一4对4的WF解复用器742的WF解复用转换。

在透过迭代等化的完全优化后，从第一输出端口单元1的优化输出讯号将是在前台中波束位置1302的用户终端机633所产生的复原讯号S1。此复原的S1系载在WF1上。同样地，从第二输出端口单元2的优化输出讯号将是在前台中波束位置1302的用户终端机633所产生的复原讯号S2。此复原的S2系载在WF2上。

在WF复用/解复用单元714的一接收处理741包含一排适应性均衡器741以及一个4对4的WF解复用器742以重建讯号串流的3单元和一频导码串流；

(1).y1'、y2'、y3'以及y4'输入讯号系连接到在4个传递路径中对时间、相位及振幅等化的4个适应性有限脉冲响应(FIR)滤波器。

(2)个别的适应性滤波器系对经由一无人机在一馈线链结的传递路径(数组阵元)中之"分散"所造成的相位差别进行补偿。此将会对由于分散引起的扭曲波形造成显著改善；减少一来源里的符号间干扰。

(3)其中在4个FIR滤波器的差异被进行了优化，其系一组通过4种不同的无人机以补偿传递路径之间的时间和相位差别。

(4)一迭代控制回路根据对已知注入的诊断讯号ps与复原导频讯号S4间的比较744，并根据一前景链结优化处理743以优化一FIR滤波器的权重。

(5)从适应性FIR滤波器741的滤波输出连接到WF解复用器742的4个wfc输入埠。

(6)在WF解复用器的输出之间系所需讯号串流的3个单元以及一个导频讯号。

a.用于第一用户的WF复用器系制定从第一单元或第一输出端口接收的讯号。

b.同样的，分别用于第二用户及第三用户的WF复用器系制定于从第二单元(第二输出端口)或从第三单元(第三输出端口)接收讯号。

(7)在优化处理743使用成本最小化的标准之优化回路包括：

a.对优化回路识别正确的观测量，包含：

复原的导频讯号串流和原始的讯号之间的差异。

源自WF解复用器742输出单元的讯号之相关性。

b.基于各种可观察量产生不同的成本函数：

转换或映射各种观测至不同的衡量标准或是成本函数必须被明确地定义:

当一可观察量远离所期望的效能时，相对应的衡量标准或成本函数即被变成0。

当一可观察量仅稍微远离期望的效能时，相对应的衡量标准或成本函数即被分配一小的正整数。

当一可观察量远离所期望的效能时，相对应的衡量标准或成本函数即被分配有一大的正整数。

c.加总所有的成本函数为一总成本，其系为一优化回路效能现状的数字化指针:

当总成本小于一小的正门坎值时，停止此优化回路；

否则继续执行步骤d。

d.导出关于适应性均衡器之权重的总成本的倾斜度，适应性均衡器之权重系为FIR滤波器之形式。

e.根据一最快速下降算法计算FIR滤波器之新的权重以减少在所述优化迭代回路的总成本。

f.更新所述的适应性均衡器之权重，并执行步骤"b"。

下一个例子展示了透过大区间的具有地基波束成形(GBBF)或RBNF的多个小型无人机实现在灾区中移动通讯的前景链结，以及WF复用/解复用相干功率合成接收器之架构和方法。

名词“M1无人机620-1”用来表示所有4个小型无人机；如图7之M1a无人机620-1a，M1b无人机620-1b，M1c无人机620-1c以及M1d无人机620-1d。

图7绘示经由多个M1无人机620-1进行通信，在一覆盖区域130内救援人员组织之类似实施例。

地面设施710具有：

1.多波束天线411透过不同的Ku/Ka频段馈线链结450且同时连接到各种无人机平台620-1：

a.在地面设备710及M1a无人机620-1a间的链接450a；

b.在地面设备710及M1b无人机620-1b间的链接450b；

c.在地面设备710及M1c无人机620-1c间的链接450c；

d.在地面设备710及M1d无人机620-1d间的链接450d。

2.对前景链结(传送)波束及返回链接(接收)波束之地基波束成形(GBBF)。

3.移动通信枢纽413作为连向地面网络480或是其它无人机形成之网络之网关。

所述M1a、M1b、M1c以及M1d无人机620-1连同其地基波束成形(GBBF)处理具有多个发射波束1301、1302、1303以及其他在一公共安全频段保留之前景链结和背景链结；例如：在美国的4.9GHz或700MHz。

在覆盖区域的用户(救援人员组织)系具备多追踪波束终端机633。每个高级用户终端能显示追踪此4个M1无人机620-1操作在保留公共安全频带之相同频槽中之四个分开的波束。对拥有多波束终端机的用户633存在4个同时并行链接；

1.在多波束用户633及M1a无人机620-1a之间的链接420a；

2.在多波束用户633及M1b无人机620-1b之间的链接420b；

3.在多波束用户633及M1c无人机620-1c之间的链接420c；以及

4.在多波束用户633及M1d无人机620-1d之间的链接420d。

透过空间隔离的高级用户终端来实现在相同的带宽，代码和时槽下操作多个无人机之间隔。因此，相同的频谱是图5场景中所显示的4倍。

WF复用/解复用712/742是对四种传递路径和相关电子装置间不平衡的延迟和衰减进行校准和补偿；此四个路径包含:

1.450-1a+620-1a；

2.450-1b+620-1b；

3.450-1c+620-1c；以及

4.450-1d+620-1d。

在移动通讯之前景链结系透过地基成形波束(GBBF)412的多个稀疏队形M1无人机620-1或经由分布式子数组间之波束成形751的远程波束成形网络(RBFN)；每一个均为一独立的无人机，在馈线链结450之Ku/Ka频道须设计成有足够的瞬时带宽，以同时支持全部4个M1无人机。这些技术可包括针对地面设备上馈线链结的进阶多波束天线，所述馈线链结提供正交波束同时连接到所有的无人机以助于频率之再使用。M1无人机520-1间的间距系慢慢地发生变化。因此，在这些分散且缓慢变化的数组阵元之间的相对几何形状对于保持子数组间之一致性是极为重要的。缓慢变化的数组几何形状必须进行不断地校准，然后对前行链接进行适当补偿。

这个工作方案将允许从多个M1无人机520-1加入更强的辐射讯号，如“穿透”碎片或人造结构，使讯号到达具有劣势终端的用户或达到位于弱势位置的用户。

此为WF复用/解复用之适应性等化过程，此过程根据WF解复用器上的“复原”探测讯号对经过4个独立的无人机的4个分开传递路径间的不同幅度及相位进行动态补偿，以确保在4个个别的无人机能成功不间断地拥有"一致性"的能力。

下一个例子展示了透过大区间的具有地基波束成形(GBBF)或RBNF的多个小型无人机实现在灾区中移动通讯的返回链接，以及WF复用/解复用相干功率合成接收器之架构和方法。

针对在传输模式下的一用户，存在如图7B内之进阶终端机633的3个功能块。

1.一WF复用处理配有一4对4的WF解复用器764以转换调变讯号S1的串流，在单元1的S1起源于一个发射器765，随着单元4的诊断串流。单元2及单元3系不相连接或接地。

2.来自所述WF复用器764的4个并行输出y1、y2、y3及y4系被发送到一个多波束的波束形成网络(BFN)763，此波束形成网络763具有追随中继的无人机620-1动态的多个追踪波束。讯号流y1系来自输出端口wfc-1，讯号流y2系来自输出端口wfc-2，讯号流y3系来自输出端口wfc-3，以及讯号流y4系来自输出埠wfc-4。

3.多波束传输之波束成形网络763的输出是被调节的，其在被数组阵元722进行辐射之前，系向一排频率向上转换器以及功率放大器762进行向上频率转换以及功率放大。所述4个发送数据流量之波束讯号主要为相对应的无人机620-1a的y1讯号、无人机620-1b的y2讯号、无人机620-1c的y3讯号以及无人机620-1d的y4讯号。

在前台向上链接L/S频段的讯号系由无人机620-1上的M个数组阵元(Rx)所撷取并放大，此M个接收的阵元讯号在四个M1无人机620-1上系个别地被调节,转发以及进行FDM之复用处理。此FDM复用之复用阵元讯号系传递给后面的地基波束成形(GBBF)412；那些来自无人机M1a620-1a的阵元讯号是经由Ku/Ka频段的馈线链结450之一第一向下链接450a。那些来自无人机M1b620-1b的阵元讯号是经由Ku/Ka频段的馈线链结450的一第二向下链接450b那些来自无人机M1c620-1c及无人机M1d620-1d的阵元讯号系分别经由Ku/Ka频段之馈线链结450的一第三向下链接450c及一第四向下链接450d。

这些向下链接的阵元讯号是被移动式通信枢纽710里的四方向天线411所撷取到，在被传送至多波束RxDBF781之前，这些阵元讯号受控于射频前端单元783，并由一FDM解复用器782将其频率调降转换且FDM解复用在一基频的M个输出讯号。在个别4个RXDBF的其中之一输出埠是被用来指定到具有一共同波束位置1302的一Tx波束，其中此共同波束位置1302亦为用户终端机633之位置。此4个Rx数字波束成形的波束输出系描准指定为y1、y2、y3及y4的波束位置。他们是输入至WF复用/解复用处理设备714的接收程序的4个输入讯号。这些接收程序主要包含透过4个适应性FIR滤波器741的等化函式以及透过一4对4的WF解复用器742的WF解复用转换。

在透过迭代等化的完全优化后，从第一输出端口单元1的优化输出讯号将是在前景通讯中波束位置1302的用户终端机633所产生的复原讯号S1。此复原的S1系载在WF1上。同样地，从第二输出端口单元2的优化输出讯号将是在前景通讯中波束位置1302的用户终端机633所产生的复原讯号S2。此复原的S2系载在WF2上。

在图7B中，频导码“ps”是连接到WF复用器764的一个专用输入埠S4，第4个输入单元，但此仅为绘示而非为限制。输入之数目可以不同于4个，此外频导码可能不需用于诊断用之专用埠。

在其它实施例中，导频码"ps"透过TDM或者CDM及/或FDM技术里的复用器以使用第四输入埠或者是第四输入切口的一部份。在接收链714中的WF复用器742必须在相对应的复原接收导频码具有时间，代码及/或频率解复用功能。

另一实施例在时间帧(timeframe)伴随着时间帧的操作中，诊断讯号可以针对WF复用器764的N个输入同时设立N个独立导频码，其中输入之一周期性之短时槽系作为一诊断时槽，其中4≥N≥1。一帧中大部份时槽系仅用以进行数据传递用。在接收链714中的WF复用器742必须提供在相对应的N个频道复原N个独立频导码的时间解复用功能。所述相关的优化可在诊断时槽期间时，从WF解复用742的N个输出讯号使用交叉相关性作为一成本函式。

本实施例，通过多个在一大空间分布且具有远程波束成形网络(RBFN)或者地基波束成形(GBBF)，以及不是为了相干功率合成而是用于数据传输之安全和备援之WF复用/解复用之无人机在灾区实施移动通信的架构与方法。

它使用WF复用在信号上之转换而不是在波形上之转换，此种方式，可以使用一组相同的多个信号的总和但每一信号可有不同之加权系数来表示各种波形的多通道传递，其中调变器于发送点被放置在WFWF复用之后。

在一多频道接收器中，接收到的WFM波形被解调转换成WFM讯号，藉由一对应的WF解复用透过一不连贯的结合方式利用WFM讯号来重新建构原始讯号。

一些可利用WF复用/解复用的优点以用于非连贯组合之类似配置，可应用于经由多个卫星的通信，包括无人机之空中平台，陆地移动通信中，经由光纤的无源光网络(PON)，和/或IP互联网之通讯以提共传输的备援和更好的数据安全性。这样的动态传输具有内置备援和数据保密之特征。它始终是重要的。对于通过在IP互联网络的多个镜像站点分流之视频串流，这是一个非常强大的工具已大为提升传递视频封包之速度。

图8a与图8b分别描绘一前向链结与返向链结传输的功能流程图，该前向链结中背景链结之WF复用/解复用技术不是为了相干功率合成而是用于数据传输之安全和备援。该技术对数据流段同时提供冗余和的加密。以多个WF复用段的形式使表示该数据流的传输是可以被设计成有冗余和加密性。例如，以一4对3的冗余可以使用4个WF复用段中之任3个WF复用段于终点端恢复原始数据流。每一WF复用段透过四台无人机其中之一台单独来传送。

图8a在前向链结描述中透过4台无人机620-1从地上通信枢纽710到一使用者633，WF复用被使用来传输3段数据流：X1、X2及X3以从一第一使用者输入端X经由一4对4WF复用器到WF域信号：y1、y2、y3及y4。该分段流的产生是透过一TDM解复用器812。该TDM解复用器812的该输入讯号X以每秒N个样本在流动，然而该三段输出讯号：X1、X2及X3则以每秒N/3个样本在流动，其中输出讯号X1链接到第一片(slice1)并被指定传输至位于波束位置1302之客户端633。其他两个讯号：x2及x3分别连接到第二片(slice2)and第三片(slice3)，并透过该相同的4台无人机之WF复用处理来传输。

一WF复用装置能以许多方法实施，其中包含快速傅立叶变换(FFT)、数字格式之阿达玛矩阵(Hadamardmatrix)或快速傅立叶变换(FFT)和阿达玛矩阵(Hadamardmatrix)的结合，也可以使用模拟被动电路之巴特勒矩阵(ButlerMatrix)来建构。在图8a，该4对4WF复用器814设有一4对4阿达玛矩阵(Hadamardmatrix)。3个分段的用户讯号：X1、X2及X3连接到前三个输入片(slices)，然而“0”讯号(接地讯号)则连接到第四输入片(slice)。

该WF复用器的输出是将输入X1、X2、X3及“0”讯号加权后的各种总和。尤其，y1,y2,y3和y4系分别制定如下:

y1(t)＝w11*x1(t)+w12*x2(t)+w13*x3(t)+w14*0(3.1)

y2(t)＝w21*x1(t)+w22*x2(t)+w23*x3(t)+w24*0(3.2)

y3(t)＝w31*x1(t)+w32*x2(t)+w33*x3(t)+w34*0(3.3)

y4(t)＝w41*x1(t)+w42*x2(t)+w43*x3(t)+w44*0(3.4)

其中x1(t)＝X1,x2(t)＝X2,andx3(t)＝X3,同时在4至4哈达玛矩阵的元素被排列成4行向量

[w11,w12,w13,w14]＝[1,1,1,1](3.5)

[w21,w22,w23,w24]＝[1,-1,1,-1](3.6)

[w31,w32,w33,w34]＝[1,1,-1,-1](3.7)

[w41,w42,w43,w44]＝[1,-1,-1,1](3.8)

一具有4个波前组件(WFC)的波前向量(WFV)被定义为一4对4阿达玛矩阵(Hadamardmatrix)中的一列矩阵。以下有四个这样的相互正交的向量(列矩阵):

WFV1＝WF1＝Transportof[1,1,1,1](4.1)

WFV2＝WF2＝Transportof[1,-1,1,-1](4.2)

WFV3＝WF3＝Transportof[1,1,-1,-1](4.3)

WFV4＝WF4＝Transportof[1,-1,-1,1](4.4)

如果X＝Y，WFX*WFY＝1，否则WFX*WFY＝0，其中X和Y是从1至4之整数。

藉由连接到WF复用装置814的一对应输入端，x1(t),x2(t),x3(t),和“0”讯号是分别隶属在该4个波前向量(WFV)之一个。

该输出讯号：y1(t)、y2(t)、y3(t)及y4(t)为波前分量的线性组合即汇总的数据流。该讯号流y1是从输出端wfc-1输出，y2从输出端wfc-2输出，从该输出端wfc-1，以此类推。

该X1讯号被复制并出现在全部4个WFC输出端。事实上X1是骑在该WF向量WF1上的，x2、x3及“0”讯号也是一样。

该输出讯号：y1(t)、y2(t)、y3(t)及y4(t)连接到4个分开的调节器(modulators)816以将数据输入转换为传输波形。在该4个调节器(modulators)816的输出端有4组WFM波型以WF复用格式代表4段数据流：y1、y2、y3及y4。该数据流：y1、y2、y3及y4被称为WFM讯号或WFM数据，而对应的4个波形是该4个WFM波形或WFM波形。

该4组波形被传送到4个分开的发射数字波束成形之处理器751以将它们转换成用在各种无人机数组上之4组元信号。假设在每一无人机620-1上有Ne个数组阵元用于L/S频段前台通信，一发射数字波束成形之处理器751即应设置Ne个组件输出。

该4个FDM复用器的每一个复用器在Ne个对应的元讯号上执行复用以转换其为一单讯号流，在被4个分离的高增益天线411之一上传至一指定的无人机620-1之前，该单一讯号流是被一组RF前端753升频和功率放大。地基波束成形GBBF412设有4组数字波束成形(DBF)处理器751；每一个被指定去服务在L/S频段中用作前景通讯之数组的Ne个组件。在该4台无人机上用作前景通讯的该4个分开的数组将同时形成点出该相同波束位置1302之L/S频段波束。因此，代表y1之波形透过该第一台无人机620-1a传送到该使用者端633，代表y2之波形透过该第二台无人机620-1b、代表y3代表透过第3台航空载具620-1c以及代表y4代表透过该第4台无人机620-1d。

从该x1讯号流的观点来看，该x1讯号流透过4台分开的无人机620-1以一共同之频率槽f1同时转发到该指定的使用者端633。从该x2、x3的讯号流观点来看，其透过4台分开的无人机620-1以共同之频率槽f1同时转发到该相同的被指定之使用者端633。

在一个目的地，在该进阶之使用者端633里有3个功能方块即：(1)一多波束天线、(2)前缘波前解复用处理器及(3)一去分割处理。

由该4台无人机620-1转发的信号透过一多波束接收数组841捕捉、放大和解调(demodulated)。多波束接收数组841包含M个数组阵元、每一个数组阵元随后有一低噪声放大器(LNA)与降频转换器722用以调理接收到的讯号。该M个并行之被调理之接收讯号被送至一多波束成形网络723，该多波束成形网络723随着该4台中继无人机620-1之动态形成多个追踪波束。该多波束成形网络723的输出具有代表数据流：y1、y2、y3及y4之4个接收波形组并被传送至该4个调节器(modulators)824用以恢复被额外的噪音和外部的干扰所污染的数据流：y1、y2、y3及y4。被恢复的数据流之质量(SNR,and/orBER)是高度地依赖透过4台无人机而形成于该移动通信枢纽710与使用者端间的通信链结。

AdvancedWFdemux

一WF解复用处理824具有基于4对4阿达玛矩阵(Hadamardmatrix)与WF解复用处理842对应之方程式(3)的16个参数之一处理程序，以重新建构该三片(slices)讯号流：X1、X2及X3以及一“0”讯号流。基于方程式(3)，透过该阿达玛矩阵(Hadamardmatrix)转换814，该被解调之WF分工段流(WFmuxedsegments)应设置如下:

y1’(t)＝x1’(t)+x2’(t)+x3’(t)+0(5.1)

y2’(t)＝x1’(t)-x2’(t)+x3’(t)-0(5.2)

y3’(t)＝x1’(t)+x2’(t)-x3’(t)-0(5.3)

y4’(t)＝x1’(t)-x2’(t)-x3’(t)+0(5.4)

上述具有4个线性组合方程式但只有三个未知数X1'，X2'，X3。这就是内置的冗余；也就是4个被解调之WF分工段中只需3个即可被用来重建原来的3个段流：X1'、X2'及X3'。

为要利用WF复用处理过程814中之冗余，该先进的WF解多分工处理842可能不使用传统的阿达玛矩阵(Hadamardmatrix)。假设该第3台无人机变成不可使用。因此y3’(t)在该重购过程是不存在的。

基于方程式(5.1)和(5.4)y1’(t)+y4’(t)＝2*x1’(t)(5.5a)

因此，x1’(t)＝1/2(y1’(t)+y4’(t))(5.5b)

基于方程式(5.1)和(5.2)y1’(t)–y2’(t)＝2*x2’(t)(5.6a)

因此，x2’(t)＝1/2(y1’(t)–y2’(t))(5.6b)

基于方程式(5.2)和(5.4)y2’(t)–y4’(t)＝2*x3’(t)(5.7a)

因此，x3’(t)＝1/2(y2’(t)–y4’(t))(5.7b)

此临时解决方案是有益于4对3冗余的24可能方案中1个可能的方案。

当在4对3冗余配置中从该WF解复用处理824的全部4个被解调之WF分工段可用时，有5个不同配法用于WF解复用去重新建构该3个分段的数据流：X1、X2及X3。藉由从全部可能减少数据之配置方法来比较5个结果，如先进的WF解复用处理842相似的技术可被用来评估4个独立的传递路径，确定是否该4台无人机转发被污染的数据，如果仅有1台无人机受到损害时，甚至可确定是哪1台无人机转发污染的数据。

一分时复用(TDM)843是用来“去分段”三个恢复的分段数据流3个段流：X1'、X2'及X3'。重新构造的数据流X'应以每秒N个样本的数据速率流动。

在此图中的前景链结，WF分工处理814具有用于创建数据的安全性和基于从信号的数据流分段数据之冗余之处理程序。该安全之分割数据流被送到了具有多波束接收能力的目的地。接收端同时捕捉4个无人机平台的多个片段。它仅需要4个段中之任意三3个段即可忠实地重建原始数据流。

可以想象，3个分段流可以是用于一相同的光束位置(例如，图7之1302)之三个目标用户(例如，在图71302)之三个独立的数据流。然而，每个用户必须有能力恢复4个WF分工数据流之3个WF分工数据流，其接收器必须被定制为仅能读取被指定之数据。正如在方程式；(5.5b)、(5.6b)及(5.7b)所示，用户可以通过操纵3个接收数据流中之2个接收数据流以获得他或她指定的数据流。

图8B描绘了一先进用户终端633中之WF分工器764与一相对应的搭配地基波束成形(GBBF)412之WF解分工器724间之背景链结传输。

对于在一传输模式的用户，有3个功能模块在他或她的先进终端机633。WF的分工处理具有一个有4对4的WF分工器864以转换3个在输入端口(片1、片2及片-3)之被分段的数据流：X1、X2及X3以及在输入端口片4零信号流。X1、X2及X3来自一个经由一分时解复用862之数据流725并且以每秒N/3个样本的速率流动。输入数据流X以每秒N个样本的速率流动。一个4对4阿达玛矩阵(Hadamardmatrix)被用于WF分工器864。阿达玛矩阵(Hadamardmatrix)以工式3来描绘并重复如下面：

y1(t)＝w11*x1(t)+w12*x2(t)+w13*x3(t)+w14*0(3.1)

y2(t)＝w21*x1(t)+w22*x2(t)+w23*x3(t)+w24*0(3.2)

y3(t)＝w31*x1(t)+w32*x2(t)+w33*x3(t)+w34*0(3.3)

y4(t)＝w41*x1(t)+w42*x2(t)+w43*x3(t)+w44*0(3.4)

其中，x1(t)＝X1,x2(t)＝X2,andx3(t)＝X3。

信号流y1是来自于输出端口wfc-1，信号流y2是来自于输出端口wfc-2，信号流y3是来自于输出端口wfc-3，信号流y4是来自于输出端口wfc-4。这4个并行输出：

y1、y2、y3及y4在连接到随中继无人机620-1的动态形成多个追踪光束之波束形成网络(BFN)763之前被发送至4个并行之调节器866。该调节器866转换4个并行数据流：y1、y2、y3及y4成4组代表这4个并行数据流的波形。

波束形成网络(BFN)763的多波束的传输BFN763在被数组阵元722辐射之前被变频和功率放大器762升频与功率放大。该四个发射光束信号主要是代表针对于UAV620-1a之y1数据流、针对于UAV620-1b之y2数据流、针对于UAV620-1c之y3数据流以及针对于UAV620-1a之y4数据流之相对应的波形。

在前台中之向上链接之L/S频带信号被该4个无人机620-1的每一个无人机上之M个接收(Rx)数组阵元捕捉并M放大。每一个无人机上之该M个被接收之元信号分别被转发和FDM解复用。该无人机M1a620-1a之数组元信号通过Ku/Ka馈线链结450的第一个下行链结450A；该无人机M1a620-1b之数组元信号通过Ku/Ka馈线链结450的第二个下行链结450A；该无人机M1a620-1c之数组元信号通过Ku/Ka馈线链结450的第三个下行链结450A以及该无人机M1a620-1d之数组元信号通过Ku/Ka馈线链结450的第四个下行链结450A。

这些被移动通信枢纽710中之四个定向天线411捕捉之下行链结元信号在被传送至多波束接收器(RxDBF)781之前通过射频前端单元783调理并被FDM解复用器782降频和FDM解复用以输出M个基频信号。

该4个多波束接收器(RxDBF)781的每一个的多个输出端的一个输出端应分配给具有用户终端633所在之一共同的光束位置1302之多个接收波束。瞄准于该光束位置1302的该4个多波束接收器(RxDBF)781的输出被发送到4个解调器811。

解调器811的输出被指定为y1”、y2”、y3”及y4”并被输入至WF分工/解分工处理设施714的接收处理。该接收处理主要包括由先进的WF解分工器812执行之WF解分工转换。

一WF解复用处理812具有基于4对4阿达玛矩阵(Hadamardmatrix)与WF解复用处理842对应之方程式(3)的16个参数之一处理程序，以重新建构该三片(slices)讯号流：X1’、X2’及X3’以及一“0”讯号流。基于方程式(3)，透过该阿达玛矩阵(Hadamardmatrix)转换814，该被解调之WF分工段流(WFmuxedsegments)应设置如下:

y1’(t)＝x1’(t)+x2’(t)+x3’(t)+0(6.1)

y2’(t)＝x1’(t)-x2’(t)+x3’(t)-0(6.2)

y3’(t)＝x1’(t)+x2’(t)-x3’(t)-0(6.3)

y4’(t)＝x1’(t)-x2’(t)-x3’(t)+0(6.4)

上述具有4个线性组合方程式但只有三个未知数X1'，X2'，X3。这就是内置的冗余；也就是4个被解调之WF分工段中只需3个即可被用来重建原来的3个段流：X1'、X2'及X3'。

为要利用WF复用处理864中之冗余，该先进的WF解多分工处理812可能不使用传统的阿达玛矩阵(Hadamardmatrix)。假设该第3台无人机变成不可使用。因此y3’(t)在该重购过程是不存在的。

基于方程式(6.1)and(6.4)，y1’(t)+y4’(t)＝2*x1’(t)(6.5a)

因此，x1’(t)＝1/2(y1’(t)+y4’(t))(6.5b)

基于方程式(6.1)and(6.2)，y1’(t)–y2’(t)＝2*x2’(t)(6.6a)

因此，x2’(t)＝1/2(y1’(t)–y2’(t))(6.6b)

基于方程式(6.2)and(6.4)，y2’(t)–y4’(t)＝2*x3’(t)(6.7a)

因此，x3’(t)＝1/2(y2’(t)–y4’(t))(6.7b)

此临时解决方案是有益于4对3冗余的24可能方案中1个可能的方案。

当在4对3冗余配置中从该WF解复用处理824的全部4个被解调之WF分工段可用时，有5个不同配法用于WF解复用去重新建构该3个分段的数据流：X1、X2及X3。藉由从全部可能减少数据之配置方法来比较5个结果，如先进的WF解复用处理842相似的技术可被用来评估4个独立的传递路径，确定是否该4台无人机转发被污染的数据，如果仅有1台无人机受到损害时，甚至可确定是哪1台无人机转发污染的数据。

一分时复用(TDM)813是用来“去分段”三个恢复的分段数据流3个段流：X1'、X2'及X3'。重新构造的数据流X'应以每秒N个样本的数据速率流动。

图8c描绘了通过4个分离的如无人机620的空中平台之三种不同的处理及运送方法。有12个数字号码，[1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12]之原始数据组，将“交付”从通信枢纽H通过三种不同的方法分别被“交付”至三个移动用户1、2以及3。假设所有三个移动用户使用先进的多波束终端机可同时且持续地跟踪4个无人机640。

方法一：将原始数据分割成四个子集，其中每个子集有3个数字如下：X1(N)＝[1、5、9]、X(N)＝[2、6、10]、X3(N)＝[3,7，11]以及x4(N)＝[4、8、12]。这四个子集被上传到4架无人机，并被交付给指定的移动用户1之需要所有4个分段数据子集以还原原始数据之多波束终端机1。

方法2：将原始数据分割成四个子集，其中每个子集有3个数字，然后此4个子集被同时发送到一个4对4的WF分工装置以产生4个新的没有冗余之WF分工数据子集。每个段子集有3个数字与从方法1有相同的结果。被分割的子集为：x1(N)＝[1、5、9]、X(N)＝[2、6、10]、X3(N)＝[3、7、11]以及X4的(N)＝[4、8、12]。该4个WF分工数据子集：yk(N)，其中k从1至4以及N从1至3通过一4对4的WF分工装置之以下述矩阵运算表示的分工而生成：

y1(N)＝x1(N)+x2(N)+x3(N)+x4(N)(6.8.1)

y2(N)＝x1(N)-x2(N)+x3(N)-x4(N)(6.8.2)

y3(N)＝x1(N)-x2(N)+x3(N)-x4(N)(6.8.3)

y4(N)＝x1(N)-x2(N)-x3(N)+x4(N)(6.8.4)

WF分工数据子集：Y1(N)＝[10、26、42]、Y2(N)＝[-2、-2、-2]、Y3(N)＝[-4、-4、-4]以及Y4(N)＝[0、0、0]被分别上传到4架无人机，并被交付给指定的移动用户2之需要所有4个分段数据子集以还原原始数据之多波束终端机2。

方法3：将原始数据分割成3个子集，其中每个子集有4个数字，然后此3个子集被同时发送到一个4对4的WF分工装置以产生4个新的WF分工数据子集。其结果是，存在内置冗余。每个段子集有4个数字其为：x1(N)＝[1、4、7、10]、x2(N)＝[2、5、8、11]以及x3(N)＝[3、6、9、12]。该4个WF分工数据子集：yk(N)，其中k从1至3以及N从1至4通过一4对4的WF分工装置之以下述矩阵运算表示的分工而生成：

y1(N)＝x1(N)+x2(N)+x3(N)+0(6.9.1)

y2(N)＝x1(N)-x2(N)+x3(N)-0(6.9.2)

y3(N)＝x1(N)-x2(N)+x3(N)-0(6.9.3)

y4(N)＝x1(N)-x2(N)-x3(N)+0(6.9.4)

WF分工数据子集：Y1(N)＝[5、15、24、33]、Y2(N)＝[2、5、8、11]、Y3(N)＝[0、3、6、9]以及Y4(N)＝[-4、-7、-10、-13]被分别上传到4架无人机，并被交付给指定的移动用户3之多波束终端机3以还原原始数据。

在4WF分工数据的子集，Y1(N)＝[5，15，24，33]，Y2(N)＝[2，5，8，11]，Y3(N)＝[0，3，6,9]，和Y4(N)＝[-4，-7，-10，-13]被上传到4无人机单独，并传送到指定的移动用户3具有多波束终端3的终端的移动用户。

移动用户3之多波束终端机3只需4个WF分工数据子集之任何三个子集即可重新还原原始数据。这就是建立冗余的特征。

第二实施例

该实施例中提出了在地基波束成形(GBBF)馈线链结的多频道间使用WF复用及解复用以实现校准和补偿的架构和方法。阵元讯号及已知的诊断(探测)讯号将被指定且附加到各种多维度WF向量。各种多维度WF向量组件将在馈线链结里使用不同的传输通道。

图9A显示在WF解复用之前，前景链结校准在一机上(on-board)之的适应性等化/优化回路。在一无人机的部份WF解复用输出是用于优化回路的复原诊断讯号。

图9B显示在WF解复用之前，前景链结校准在一机上(on-board)之适应性均衡/优化的回路。在一无人机的部份WF解复用输出是返回且传递至地面设备，而用于优化回路的复原诊断讯号。

图9C显示在WF解复用之前，返回链接校准在一机上(on-board)之适应性均衡/优化的回路。在地面上的部份WF解复用输出是用于基于优化回路的复原诊断讯号。

图9D显示基于地面之处理。

图9A、图9B以及图9C分别显示一前景链结传递，其系对于馈线链结在一地面设备及一无人机间频道均衡化的WF复用/解复用技术。此处并不是多无人机间的“相干功率合成(coherentpowercombining)”。此处亦不是针对数据传输安全性及冗余性。

此技术将使通讯架构设计师可以更灵活地利用馈送链结。此例中我们将使用32对32的傅立叶变换来表示WF复用及解复用函式。

与不断移动的无人机平台的地基波束成形(GBBF)处理之校准和补偿应包括(1)在一无人航空机机上(on-board)之非平衡电子装置的相位及振幅差别，(2)在地面设备上非平衡电子装置的相位及振幅差别，(3)在一馈线链结里由于Ka/K频段传递效益的相位及振幅差别。

图示将集中于馈线链结在Ku频段的动态补偿。我们假设总共可用的前景链结在Ku频段垂直极化(VP)之馈线链结带宽为500MHz，且在水平极化(HP)为相同的500MHz。此500MHz在VP被分成16个连续的频槽，且每一个频槽为约31MHz之带宽。同样地，500MHz在HP也被分成16个连续的频槽，从一地面设施到一无人机，总共有32频槽被指定为前景链结，且无人机有大约14GHz的一前景链结频谱。这允许在无人航空机上(on-board)之的一操作员持续支持一个包含30个阵元的Tx数组以进行地基波束成形(GBBF)操作与连续完整的校准。每一个阵元的带宽约30MHz。

同样地，我们假设总共可用的背景链结在Ku频段垂直极化(VP)之馈线链结带宽也为500MHz，且在水平极化(HP)也为相同的500MHz。此500MHz在VP被分成16个连续的频槽，且每一个频槽为约31MHz之带宽。同样地，500MHz在HP也被分成16个连续的频槽，从无人机到一地面，总共有32频槽被指定为背景链结，且此地面有大约12GHz的一下行链结频谱。这允许在无人航空机上(on-board)之的一操作员持续支持一个包含30个阵元的Rx数组以进行地基波束成形(GBBF)操作与连续完整的校准。每一个阵元的带宽约30MHz。

在图9A、图9B和图9C的例子中，我们假设每个无人机在10个L/S频段数组阵元，每个阵元有30MHz的带宽并经由地基波束成形(GBBF)以用于前景通讯。

值得注意的是一条这样的馈线链结可支持3架无人机同时进行地基波束成形(GBBF)。它可以有来自于多个通信枢纽的多个馈送链结到一个单一的无人机以使用相同的10个L/S频段数组阵元来并行执行地基波束成形(GBBF)。

图9A是从地面处理设施至一无人机对一馈线链结之前景链结校准的功能流程图。在地面的一地基波束成形(GBBF)处理设备910上，对于一个无人航空机上(on-board)之的一个具有10个数组阵元的逺端数组，多个“波束”输入讯号915系被发送到一个多波束TxDBF处理器751。从TxDBF的输出讯号是10个并行处理数据串流，其系由指定的阵元939所传输。处理讯号系分别表示为阵元讯号(Es1,...,Es10)，其系连接到32对32的WF复用器914的前10个单元。此WF复用器设有32对32的傅利叶转换功能，并可以在单芯片或数字电路板里实现一数字电路之软件包装。

许多的输入端口或单元并不连接。我们将最后的四个单元"接地"，输入埠29到32，作为输入讯号以诊断为"零"的讯号。在32个输出讯号是10个指定的阵元讯号的32个不同的线性组合。这些输出埠被称为12个波前组件(wfc)端口且这些输出是12个聚集的数据串流。输出端口wfc-1的输出为讯号流y1，输出埠wfc-2的输出的讯号流y2，依此类推。

因此，WF复用的结果有32个WF向量且它们之间的32个wfc输出讯号是相互正交的。每个WF向量具有32组向量分布于32个wfc埠间。每一个输入端口(单元)被关联到一个独特的WF向量。由于Es1连接到单元1，Es1即是“附加”到此第一个WF向量，或“载在WF1”。

前16个输出(wfc)埠是FDM复用成由一具有500MHz的中频讯号，此中频讯号系由一FDM复用器752复用而成。在被垂直极化(VP)的一定向天线411辐射到指定的一无人机620-1a前，所述复用讯号频率经由一个射频前端单元933进行频率向上转换以及功率放大。透过连接放大讯号到一第一输入(VP)埠的一个VP格式以辐射所述放大讯号，此第一输入埠系在正交模转换器912内用于一定向天线411的馈电。

后16个输出(wfc)埠是FDM复用成由一具有500MHz的中频讯号，此中频讯号系由一FDM复用器752复用而成。在被水平极化(HP)的一定向天线931辐射指定的无人机620-1a前，所述复用讯号频率经由一个射频前端单元963进行频率向上转换以及功率放大。透过连接放大讯号到一第一输入(HP)埠的一个HP格式以辐射所述放大讯号，此第二输入埠系在正交模转换器912内用于一定向天线411的馈电。

在移动的无人机620-1a平台，平面930说明了一个“连贯转发(coherenttransponding)”的过程。高增益追踪天线931拾取从一地面处理设备910的上载讯号。所述转发过程930系同时转换一个在Ku频段接收天线931的输入讯号到对在L/S频段上10个阵元的10个输出讯号。

从高增益天线931的输出讯号经由一个正交模转换器932被分成HP和VP讯号；每个讯号都经过一个RF前端单元933以及一分频复用解复用器934，用以将一个500MHz的讯号复用成16个信道的讯号。每一个这些频道讯号是在一个约30MHz的相同带宽。共有32个频道讯号，其系经由32个并行适应性均衡器941以连接到一个32-32WF解复用器942的32个输入讯号。

来自所述正交模转换器932VP端口的16个频道讯号被分配给WF解复用器942的前16个(wfc)埠，而来自“正交模转换器”932HP端口的16个频道讯号是到WF解复用器942的后16个(wfc)埠。

一个优化回圈建立在(1)在适应性均衡器941中32组FIR权重，(2)复原诊断讯号944来自于WF解复用器942的4个指定输出埠；即单元29至单元32，和(3)用选择的迭代算法优化处理943除了恢复诊断讯号和原来已知的诊断讯号，阵元讯号中的端口之间(单元1到单元10)的相关性以及诊断讯号的端口(单元29到单元32)的不同处在于对于优化处理943的重要观测。

1.输入到WF解复用器942的y1'、y2'、y3'、...以及y32'系连接到32个适应性有限脉冲响应(FIR)滤波器941，其系在32个传递路径中对时间，相位及振幅进行等化。

2.适应性滤波器系对经由无人机620-1a在一馈线链结的传递路径(数组阵元)中之"分散"造成的相位差别进行补偿。此将会对由于分散引起的扭曲波形造成显著改善；减少一来源里的符号间干扰。

3.一迭代控制回路根据对已知注入的诊断讯号916，即在阵元讯号端口(单元1至单元10)与诊断讯号端口(单元29至单元32)之间，与复原导频讯号944间的比较，并根据一前景链结优化处理943以优化FIR滤波器941的权重。

4.在WF解复用器942的输出讯号之间系为所需阵元讯号串流的10个单元以及4个导频讯号。

5.在优化处理743使用成本最小化的标准之优化回路包括：

对优化回路识别出正确的观测量，包含：

复原的导频讯号串流和原始的讯号之间的差异。

源自WF解复用器742输出单元的讯号之相关性。

基于各种可观察量产生不同的成本函数：

转换或映射各种观测至不同的衡量标准或是成本函数必须被明确地定义：

*当一可观察量符合所需的效能时，相对应的衡量标准或成本函数变为零。

*当一可观察量仅稍微远离期望的效能时，相对应的衡量标准或成本函数即被分配一小的正整数。

*当一可观察量远离所期望的效能时，相对应的衡量标准或成本函数即被分配有一大的正整数。

加总所有的成本函数为一总成本，其系为一优化回路效能现状的数字化指针

当总成本小于一小的正门坎值时，停止此优化回路。

否则继续执行步骤d。

导出关于适应性均衡器之权重的总成本的倾斜度，适应性均衡器之权重系为FIR滤波器之形式。

根据一最快速下降算法计算FIR滤波器之新权重以减少在所述优化迭代回路的总成本。

更新所述适应性均衡器之权重，并执行步骤"b"。

在一个优化的状态下，对32个频率信道在馈线链结的振幅和相位响应应完全相等。因此，这32个相关联的WF向量应相互正交于适应性均衡器941的32个输出和WF解复用器942的32个输入之间的界面。因此，WF解复用器942的输出讯号之间即无渗漏；其中诊断信道中的讯号(单元29至单元32)和阵元讯号信道(单元01至单元10)的交叉关系将变为零。

因此，从单元1到单元10的复原阵元讯号在被发射阵元939发射之前，这些讯号系利用一频率向上转换器937调升频率和过滤至L/S频段，并由功率放大器938进行功率放大。由DBF751在地基波束成形(GBBF)设施910处理的此10个辐射讯号将在一远场内被组合成空间功率，此远场系超过一个对于不同用户所指定不同波束位置的覆盖区域130。

在这个方案中，它被假设成在辐射单元939以及在WF解复用器942的后输出讯号之间的10个并行通道系完全等化。

图9B系近似相同于图9A。两者描述从地面处理设施至一无人机对一馈线链结之前景链结校正的功能流程图。唯一的区别是在适应性均衡器和优化回路的位置。取代机上(on-board)之的适应性均衡器，图9B系设有地基适应性均衡器和对于馈线链结的前景链结讯号的优化回路方案。

在地面的一地基波束成形(GBBF)处理设备910上，为了一个无人机620-1a上的一个具有10个数组阵元的逺端数组，多个“波束”输入915系被发送到一个多波束TxDBF处理器751。从TxDBF的输出751是10个并行处理数据串流，其系由阵元939所指定传输。此些处理讯号系分别表示为阵元讯号(Es1,...,Es10)，其系连接到32对32的WF复用器914的前10个单元。此WF复用器设有32对32的傅利叶转换功能，并可以在单芯片或数字电路板里实现一数字电路之软件包装。

许多的输入端口或单元并不连接。我们仅将最后的四个单元"接地”，输入埠29到32，作为输入讯号以诊断为"零"的讯号。在WF复用器914的32个输出讯号是10个指定阵元讯号的32个不同的线性组合。这些输出埠被称为32个波前组件(wfc)端口且这些输出是32个聚集的数据串流。输出端口wfc-1的输出讯号为讯号流y1，输出端口wfc-2的输出讯号的讯号流y2，依此类推。

因此，WF复用的结果有32个WF向量且它们之间的32个wfc输出讯号是相互正交的。每个WF向量具有32组分量分布于32wfc埠之间。每一个输入端口(单元)被关联到一个独特的WF向量。由于Es1连接到单元-1，Es1即是“附加”到此第一个WF向量，或“载在WF1”。

前16个输出(wfc)埠是连接至16个并行的适应性均衡器941的一第一集合，且FDM复用成由一具有500MHz的中频讯号，此中频讯号系由一FDM复用器1752复用而成。此适应性均衡器经由累积振幅的预失真和在馈线链结450所选定的32个频道所传递讯号的相位差别进行补偿。在被垂直极化(VP)的一定向天线931辐射到一无人机620-1a前，所述复用讯号频率经由一个射频前端单元963进行频率向上转换以及功率放大。透过连接放大讯号到一第一输入(VP)埠的一个VP格式以发射所述放大讯号，此第一输入埠系在“正交模转换器”912内用于一定向天线411的馈电。

后16个输出(wfc)埠是连接至16个并行的适应性均衡器941的一第二集合，且FDM复用成由一具有500MHz的中频讯号，此中频讯号系由一FDM复用器2752复用而成。在被垂直极化(VP)的一定向天线931辐射到指定的无人机620-1a前，所述复用讯号频率经由一个射频前端单元963进行频率向上转换以及功率放大。透过连接放大讯号到一第一输入(HP)埠的一个HP格式以发射所述放大讯号，此第二输入埠系在正交模转换器912内用于一定向天线411的馈电。

在移动的无人机620-1a平台，平面930说明了一个“连贯转发”的过程。高增益追踪天线931拾取从一地面处理设施910的上载讯号。所述转发过程930系同时转换一个在Ku频段接收天线931的输入到对在在L/S频段上10个阵元939的10个输出讯号。

从高增益天线931的输出讯号经由一个正交模转换器932被分成HP讯号和VP讯号；每个讯号都经过一个RF前端单元933以及一分频复用解复用器934，用以将一个500MHz的讯号复用成16个信道的讯号。每一个这些频道讯号是在一个约30MHz的相同带宽。此处共有32个频道讯号连接到一个32对32的WF解复用器942的32个输入埠。

来自所述正交模转换器932的VP端口的16个频道讯号被分配给WF解复用器942的前16个(wfc)埠，而来自正交模转换器932的HP端口的16频道讯号是到WF解复用器942的后16个(wfc)埠。

一个优化回圈建立在(1)在适应性均衡器941中的32组FIR滤波器权重，(2)复原来自于机上(on-board)之WF解复用器942的4个指定输出端口的诊断讯号944；即单元29至单元32，和(3)用地面上选择的迭代算法优化处理943除了恢复诊断讯号和原来已知的诊断讯号，阵元讯号中的端口之间(单元1到单元10)的相关性以及诊断讯号的端口(单元29到单元32)的不同处在于对于优化处理943的重要观测。

到载具WF解复用器942的输入讯号y1'、y2'、y3'、...以及y32'可被32个地基适应性有限脉冲响应FIR滤波器解调，其系透过预扭曲技术的补偿在32个传递路径中对时间，相位及振幅进行等化。

适应性滤波器系对经由无人机620-1a在一馈线链结的传递路径(数组阵元)中之"分散"造成的相位差别进行补偿。此将会对由于分散引起的扭曲波形造成显著改善；减少一来源里的符号间干扰。

迭代控制回路根据对已知注入的诊断讯号916与复原导频讯号944间的比较，并根据一前景链结优化处理943中的有效优化算法以优化FIR滤波器941的权重。

在WF解复用器942的输出之间系为所需阵元讯号串流的10个单元以及4个导频讯号。

所复原的导频讯号944经由到载体上WF复用器的附加的输入通道以管状向下到地基波束成形(GBBF)设施，此输入通道系用于背景链结的校正(如在图9C中所示)。其结果是，在地面处理设备910的载体复原诊断讯号944应该是一组受污染的复原诊断讯号945。

在优化处理943使用成本最小化的标准之优化回路包括:

a.对优化回路确定正确的观测量，包含:

i.复原的导频讯号串流和原始的讯号之间的差异。

ii.源自WF解复用器942输出单元的讯号之相关性。

b.基于各种可观察量产生不同的成本函数:

i.转换或映射各种观测至不同的衡量标准或是成本函数必须被明确地定义。

当一可观察量符合所需的效能时，相对应的衡量标准或成本函数变为零。

当一可观察量仅稍微远离期望的效能时，相对应的衡量标准或成本函数即被分配一小的正整数。

当一可观察量远离所期望的效能时，相对应的衡量标准或成本函数即被分配有一大的正整数。

c.加总所有的成本函数为一总成本，其系为一优化回路效能现状的数字化指针:

i.当总成本小于一小的正门坎值时，停止此优化回路；

ii.否则继续执行步骤d。

d.导出关于适应性均衡器之权重之总成本的倾斜度，适应性均衡器之权重系为FIR滤波器之形式。

e.根据一最快速下降算法计算FIR滤波器之新权重以减少在所述优化迭代回路的总成本。

f.更新所述适应性均衡器之权重，并执行步骤"b"。

在一个优化的状态下，对32个频率信道在馈线链结的振幅和相位响应应完全被等化。因此，这32个相关联的WF向量应相互正交于适应性均衡器941的32个输出埠和WF解复用器942的32个输入埠之间的界面。因此，WF解复用器942的输出埠之间即无渗漏；其中诊断信道中的讯号(单元29到单元32)和阵元讯号信道(单元01至单元10)的交叉关系将变为零。

因此，从单元1到单元10，复原的阵元讯号在被辐射阵元939辐射之前，这些讯号系利用一频率向上转换器937调升频率和过滤至L/S频段，并由功率放大器938进行功率放大。由DBF751在地基波束成形(GBBF)设备910处理的10个辐射讯号将在一远场内被组合成空间功率，此远场系超过一个对于不同用户讯号所指定不同波束位置的覆盖区域130。

在这个方案中，它被假设成在辐射单元939以及在WF解复用器942的后输出之间的10个并行通道系被完全等化。

图9C绘示从地面处理设施至一无人机对一馈线链结之背景链结校准之功能流程图。它具有支持如在图9B中所示的前景链结校正的附加功能。

在移动的无人机620-1a平台上，一组10个数组阵元968系撷取在覆盖区域130里L/S频段的辐射讯号。这些撷取阵元讯号由低噪声放大器969进行放大并由频率转换器单元967个别进行滤波及频率转换。处理讯号系分别表示为阵元讯号(Es1,...,Es10)，其系连接到32对32的WF复用器914的前10个切口。此WF复用器设有32对32的傅利叶转换功能，并可以在单芯片或数字电路板里实现一数字电路之软件包装。所述WF复用功能也可以被实施为射频巴尔特矩阵或基频FFT芯片。

许多的输入端口或单元并不连接。我们将最后的四个单元"接地"，输入埠29到32，作为输入讯号以诊断为"零"的讯号。从单元25到单元28的四个输入埠944系被用于中继从前景链结校准转达所复原的诊断讯号。它们是被图9B里WF解复用器942的4个输出端口944(单元29、单元30、单元31，以及单元32)所连接。

在WF复用器914的32个输出讯号是10个指定阵元讯号的32个不同的线性组合。这些输出埠被称为32个波前组件(wfc)端口且这些输出是32个聚集的数据串流。输出端口wfc-1的输出为讯号流y1，输出埠wfc-2的输出的讯号流y2，依此类推。

因此，WF复用的结果有32个WF向量且它们之间的32个wfc(输出)埠是相互正交的。每个WF向量具有32组分量分布于32个wfc埠间。每一个输入端口(单元)被关联到一个独特的WF向量。由于Es1连接到单元1，Es1即是“附加”到此第一个WF向量，或“载在WF1”。

前16个输出(wfc)埠是FDM复用成一具有500MHz的中频讯号，此中频讯号系由一FDM复用器1964复用而成。在被垂直极化(VP)的一定向天线931辐射到指定的无人机620-1a前，所述复用讯号频率经由一个射频前端单元963进行频率向上转换以及功率放大。透过连接放大讯号到一第一输入(VP)埠的一个VP格式以辐射所述放大讯号，此第一输入埠系在正交模转换器962内用于一定向天线931的馈电。

后16个输出(wfc)埠是FDM复用成由一具有500MHz的中频讯号，此中频讯号系由一FDM复用器2964复用而成。在被水平极化(HP)的一定向天线931辐射到地基波束成形(GBBF)的处理设备910前，所述复用讯号频率经由一个射频前端单元963进行频率向上转换以及功率放大。透过连接放大讯号到一第一输入(HP)埠的一个HP格式以辐射所述放大讯号，此第二输入埠系在正交模转换器962内用于一定向天线931的馈电。

在地基波束成形(GBBF)设备910，高增益追踪天线931拾取从无人机620-1a向下加载的讯号。在910的一转发过程将在Ku频段接收天线411的一输入转换成针对RXDBF处理器781的10个阵元输入。

从高增益天线411的输出经由一个正交模转换器982被分成HP讯号和VP讯号；每个讯号都经过一个RF前端单元933以及一分频复用解复用器934，用以将一个500MHz的讯号复用成16个信道的讯号。每一个这些频道讯号是在一个约30MHz的相同带宽。一共有32个频道讯号，其系经由32个并行适应性均衡器971以连接到一个32-32WF解复用器942的32个输入，此32个适应性均衡器系由32个适应性FIR滤波器加以实施。.

来自所述正交模转换器932的VP端口的16个频道讯号被分配给WF解复用器942的前16个(wfc)埠，而来自正交模转换器932HP端口的16频道讯号是到WF解复用器942的后16个(wfc)埠。

一个优化回圈建立在(1)在适应性均衡器971中的32组FIR滤波器权重，(2)来自于WF解复用器972之4个指定输出端口的复原诊断讯号978；即单元29至单元32，和(3)用所选的迭代算法优化处理977。除了复原诊断讯号和原来已知的诊断讯号，阵元讯号中的端口之间(单元1到单元10)的相关性以及诊断讯号的端口(单元29到单元32)的不同处在于对于优化处理977的重要观测。

到WF解复用器972的输入讯号y1'、y2'、y3'、...以及y32'可被32个适应性FIR滤波器调变，其系透过预扭曲技术的补偿在32个传递路径中对时间，相位及振幅进行等化。

适应性滤波器系对经由一无人机620-1a在一馈线链结的传递路径(数组阵元)中之"分散"造成的相位差别进行补偿。此将会对由于分散引起的扭曲波形造成显著改善；减少一来源里的符号间干扰。

一迭代控制回路根据对已知注入的诊断讯号974与复原导频讯号978间的比较，并根据一前景链结优化处理977以优化FIR滤波器的权重。

在WF解复用器972的输出间系为所需阵元讯号串流的10个单元以及对背景链结的4个复原导频讯号(从单元29至单元32)。

对前景链结的变动复原导频讯号945可在4个输出端口获得(从单元25至单元28)。.

在优化处理943使用成本最小化的标准之优化回路包括:

a.对优化回路确定正确的观测量，包含:

i.复原的导频讯号串流和原始的讯号之间的差异。

ii.源自WF解复用器942之输出单元的讯号之相关性。

b.基于各种可观察量产生不同的成本函数:

i.转换或映射各种观测至不同的衡量标准或是成本函数必须被明确地定义:

当一可观察量符合所需的效能时，相对应的衡量标准或成本函数变为零。

当一可观察量仅稍微远离期望的效能时，相对应的衡量标准或成本函数即被分配一小的正整数。

当一可观察量远离所期望的效能时，相对应的衡量标准或成本函数即被分配有一大的正整数。

c.加总所有的成本函数为一总成本，其系为一优化回路效能现状的数字化指针:

i.当总成本小于一小的正门坎值时，停止此优化回路；

ii.否则继续执行步骤d。

d.导出关于适应性均衡器之权重之总成本的倾斜度，适应性均衡器之权重系为FIR滤波器之形式。

e.根据一最快速下降算法计算FIR滤波器之新权重以减少在所述优化迭代回路的总成本。

f.更新所述适应性均衡器之权重，并执行步骤"b"。

在一个优化状态下，对32个频率信道在馈线链结的振幅和相位响应应完全等化。因此，这32个相关联的WF向量应相互正交于适应性均衡器971的32个输出讯号和WF解复用器972的32个输入讯号之间的界面。因此，WF解复用器972的输出讯号之间即无渗漏；其中诊断信道中的讯号(单元29通过单元32)和阵元讯号信道(单元01至单元10)的交叉关系将变为零。

因此，从单元1至单元10的复原阵元讯号系传送到地基波束成形(GBBF)处理设备911的RxDBF785里。

第三实施例

本实施例提出基于4架无人机之信道之波前复用/解分工对三个用户信号进行分工的实作架构与方法。三个用户信号的每一用户信号通过WF分工后具有唯一的波前(WF)向量经由该多个无人机之信道同时传播。三个用户与三个相互正交的WF向量相关联。剩余的第四向量被用于诊断信号。

图10a为第一用户的信号流。适应性均衡器回路保证四个被回复之WF向量间的正交性。图10b为第二用户信号的方块图，以及图10c为第三用户信号的方块图。

图10a，10b和10c描绘波前复用712的功能并与一波前解复用处理器742针对三个分隔的用户XA，XB以及XC同时使用4架无人机之四个独立的通讯资源。

三个用户的前景链结信号1011A，1011B和1011C是由4对4之波前复用712在上传至4个分离无人机620-1a，620-1b，620-1c和620-1d之前转换成4个波前向量Y1、Y2、Y3和Y4。该波前复用712是一4对4的阿达玛矩阵(Hadamardmatrix)。因此有四个输出信号由该波前复用转换器的四个端口输出，即：

y1(t)＝0+Xa(t)+xb(t)+xc(t)(7.1)

y2(t)＝0-Xa(t)+xb(t)-xc(t)(7.2)

y3(t)＝0+Xa(t)-xb(t)-xc(t)(7.3)

y4(t)＝0-Xa(t)-xb(t)+xc(t)(7.4)

其中A1片接地，A2，A3和A4片分别连接信号Xa，Xb和Xc。每个输入信号同时流经过所有4架无人机。这包括输入至A1之”零”信号之四个输入信号骑在波前复用712输出端4个相互正交的波前向量之上，即：

连接到A1片的0讯号是相关于WFV1＝[1,1,1,1]T，

连接到A2片的Xa(t)讯号是相关于WFV2＝[1,-1,1,-1]T,

连接到A3片的Xb(t)讯号是相关于WFV3＝[1,1,-1,-1]T,and

连接到A4片的Xc(t)讯号是相关于WFV4＝[1,-1,1,-1]T.

在接收器上的四个平行的路径将采用不同的振幅衰减/放大和相位延迟，由于四个无人机平台之间的路径长度差和不平衡的电子装置，即使在相同的载波频率亦可适用。

4输入对第一用户使用之用户终端机上之4个并行的适应性均衡器741之4个输入具有：

z1(t)＝am1a*exp(jkΔz1a)*y1(t),(8-1)

z2(t)＝am2a*exp(jkΔz2a)*y2(t),(8-2)

z3(t)＝am3a*exp(jkΔz3a)*y3(t),(8-3)

z4(t)＝am4a*exp(jkΔz4a)*y4(t),(8-4)

适应性均衡器系补偿四个传播路径的振幅和相位差异。适应性均衡器的输出端被连接到4对4之波前解复用742之输入端。四个波前向量应当被变形而不再相互彼此正交，因此，A2，A3和A4端口的信号会在输出口A1泄漏而出而诊断端口不再拥有“零”的信号。

一个优化回路将使用泄漏功率744作为观测因素之一。一个优化处理器将多个观测转化为定量的衡量标准或成本函数，其总是以正向来定义。总成本、所有成本函数之和以及总成本的梯度可以被得到与被测量。基于最速下降法之新权重可被计算与更新，并经由成本最小化算法以迭代更新适应性均衡器。

在最佳状态，四个传递路径须被完全补偿，使得适应性均衡器的插入相位和幅度必须分别满足以下要求：

am1a*exp(jkΔz1a)*[a1*exp(jΦ1)]

＝am2a*exp(jkΔz2a)*[a2*exp(jΦ2)]

＝am3a*exp(jkΔz3a)*[a3*exp(jΦ3)]

＝am4a*exp(jkΔz4a)*[a4*exp(jΦ4)]＝constant(9)

其结果是，在被适应性均衡器等化后的相关联之波前向量将再次成为正交。因此，在波前解复用742输出端口A2，A3和A4的信号于输出端口A1不再有泄漏。

该信号流Xa在A21041A上被回复且被连接到指定给第一用户的接收器。

图10b和图10c描绘了相同的上行链结，但不同于与第一用户位于同一光束位置之第二用户与第三用户之下行链结。第二用户的输出信号Xb是由波前解复用742输出端口A3输出，而第三用户的输出信号Xc是由波前解复用742输出端口A4输出。

第四实施例

此实施例显示使用反向天线及地基波束成形(GBBF)以实作无人机基础通讯的架构及方法。以下几种方案都将遵循：

1.图11显示对于载体上馈线链结负载之反向天线之类似物，

2.图12为具有地基波束成形(GBBF)但不含反向天线，

3.图12A为具有地基波束成形(GBBF)以及反向天线，

4.图12B为具有反向天线但不具有地基波束成形(GBBF)。

图11显示在一无人航空机上(on-board)之之Ku频段反向天线数组，无人机的Ku频段数组1100系用来当馈线链结天线以来回转移所有讯号从L/S或C频段阵元频道至一网关，其中一简易的地基波束成形(GBBF)处理将执行Tx及Rx数组函式。Ku频段的“智能(smart)”数组将通过机上(on-board)之的类似波束成形器(BFN)1121和波束控制器1140技术配备了反向天线。

在从一个无人机链接到一地面处理中心的一数据链结里，比起全方向天线，此4个阵元数组1100具有模拟波束成形和切换机制以获得6分贝的优势。所述智能数组1100系为四窄型设计的阵元1132，其包括使用巴特勒矩阵(BMs)的两个常规模拟多波束波束成形网络(BFNs)；一个是RX1121且另一个是Tx1111。然而，对于后勤信道的反向天线可能是有8个，16个或更多阵元的数组，其取决于无人机距离地面处理中心的距离。

所述4个阵元数组1100具有4个Rx波束。在一接收器(Rx)BM1121前，双工器1131被低噪声放大器1123以及BPF陆续放大后，由4数组阵元1132接收讯号。所述RxBM1121将形成4个正交波束以指向4个分开的方向，以涵盖有兴趣的所有视场(FOV)。任何一波束的波束宽度为视角的1/2(立体角度的1/4)，且四个正交波束将覆盖整个视场。而且任何一个波束的峰值始终是所有其他三个波束的空值。地面处理中心将始终被4个波束中的其中一个涵盖。当4个阵元在一个方形络上且邻近阵元具有λ/2的距离，并假设所有4个阵元为λ/2平方阵元大小，从4个阵元数组的3分贝波束宽度将与孔侧附近形成约60度。

所述RxBM1121有4个输出讯号；每一个输出讯号关联至4个波束位置的其中之一。有两个并行的切换树(ST)1122连接到Rx中所述之RXBM，一个用于在主讯号路径802，另一个用于连接到诊断电路1140的诊断波束1144。所述切换树1122与关联之诊断波束1144在四个波束位置之间将连续切换。诊断电路1140将透过在一频率频道、特别代码、波形或其他特征的功率水平来确定所需讯号的特征。当无人机在基地时，一但针对地面处理的波束位置根据反向天线算法1141以及更新波束位置1143而被指定，波束控制器1142将针对主讯号路径到一个新的波束位置1143以动态地更新ST。

所描述的功能块是4阵元在Ku/Ka频段1100的反向天线数组。所述数组阵元1132可以具有窄型设计和近形设计。Rx多波束成形处理是通过2维巴特勒矩阵(BM)1121后面的一对开关矩阵(ST)1122。第一个是经由一个缓冲放大器1102a连接到界面1102的主讯号路径。前两个ST1122是由一波束控制器1142所控制，此波束控制器1142系决定那一个波束位置去切换至可接收由地基波束成形(GBBF)设施412上传之前景链结阵元讯号。同样地，在背景链结的Ku/Ka频段Tx负载里，前景通讯负载1210须转发一FDM复用和频率向上转换的阵元讯号至界面1101，此阵元讯号系为公共安全频段接收组件的讯号(如.700MHz或4.9GHz)。所述FDM复用讯号将通过一ST1112以及一BM1111。此4个输出由BM1111适当地定相，再由功率放大器1113进行放大，然后由窄形设计阵元1132进行辐射。由于在BM1111的前阶段个别阵元讯号的传递期间取消产生相位差异在的传递，在远场所指定的波束位置的辐射讯号应在空间上被连贯地组合。

目前的"波束位置"决定系依据由2个ST1122中的第2个所导出，且其也是由波束控制器1142所控制的。此第二个ST系在可能的波束位置与诊断波束输出中不断进行切换或旋转。从第二个ST收集的数据将用于载体上的处理器1140，其中记录的数据系用以确定哪些是当前关联至所需讯号的最强讯号水平的一波束位置，此所需讯号系由他们独特的特征所定义而来。然后，针对有关目前反向天线的波束位置之Rx主讯号，波束控制器将用来告知TxST1112以及ST(前两个RxST112)。

当阵元间隔距离λ时，从一BM1121所得到的4个输出讯号将是4个指状波束；每一输出将具有多个峰(或分级叶(gradinglobes))。

在Tx中，除了在反方向的讯号流，组态均为相同。波束控制器也将为了TxBM1111控制ST1112。

图12中，简化框图1200系针对一无人机之一通讯负载与一覆盖区域内之移动电话用户之通讯，其中此通讯系在普通手机之频段上。这里有五个主要的功能块；从左上角及顺时针方向依序为:(1)前景链结传送器(Tx)的负载1220系在前景通讯的L/S频段上，(2)前景链结接收器(Rx)的负载1240系在馈线链结通讯的Ku/Ka频段上，(3)地面处理设施410包括地基波束成形处理412，(4)背景链结传送器(Tx)的负载1110系在馈线链结通讯的Ku/Ka频段上，以及(5)返回链接接收器(Rx)的负载1210系在前景通讯的L/S频段上。

在右上角的第一个主要功能块的前景链结传送器(Tx)的负载1220系在前景通讯的L/S频段上；讯号流系由右至左。所述前景链结讯号1102被载体上Ku数组1240适当地标示为"阵元讯号"，且其系被一地基波束成形(GBBF)为了在L/S频段的4个Tx阵元1222而进行处理。从后勤信道的前景链结讯号1102在被4个子数组D1、D2、D3以及D41222进行辐射之前，其系经过分频复用解复用1225、向下频率转换、过滤以及放大1224这里在所有的L/S频段不存在载体之波束成形处理。

在中间的顶部面板的第二个主要功能块是在Ku频段的馈线链结通信前景链结接收器(Rx)负载1240。载体上在Ku上的4个阵元数组系程序化成去驱动指向往地面处理中心410的接收波束。所述KuRx波束形成网络(BFN)1241可以由4对4的巴特勒矩阵及一4对1的开关或等效装置加以实施。

在右侧面板描绘了包括地基波束成形(GBBF)设备412和连向地面网络的网关418的地面处理设备410的功能流程图。在一前景链结，从地面IP网络418进入的交通会经过许多发射功能，包含解调为指定的波束讯号。在由KuTx前端411T进行频率向上转换以及功率放大前，解调的波束讯号通过多波束发射数字波束成形发送器(TxDBF)，然后由Ku发射天线辐射送出(未图示)。

在一背景链结，讯号被Ku传送天线(未图标)被撷取且此讯号系被低噪声放大器调节且被KuTx前端411R进行过滤及频率向下载换，然后讯号被送至一多波束Rx数字波束成形(RxDBF)，从阵元讯号转换成波束讯号。这些回收的波束讯号将经历许多接收功能，包括解调指定的波束讯号，其中此讯号可能是通过指定网关418至地面IP网络的输出流量。

在中间的底部面板的第4个主要功能块是针对在Ku频段的馈线链结通讯的返回链接传送器(Tx)负载1230。载体上在Ku频段的4个阵元数组系程序化成去驱动指向往地面处理中心410的接收波束。所述Ku波束成形器(BFN)1231可以由4对1的巴特勒矩阵及一4对4的开关或等效电路加以实施。

载体上的馈线链结天线1240及1230是传统的“程序驱动”，而不是"反向天线"。

第五个功能块是前景通讯在一背景链结L/S频段里的负载1210。有四个接收组件D1、D2、D3以及D41212；其中每一个系由一个低噪声放大器，一个BFP，以及一个向上转换器1211以连接至Ku频段。此处没有对天线在手机的频率的波束成形处理。四个接收到的讯号从4个Rx子数组FDM复用1215向上转换到一单一的串流1101，然后将其功率放大，并经由4个组件的Ku数组1230传送到一地面设备4。所述KuTx波束成形器(BFN)1231可以由一1对4开关以及一4对4的Tx巴特勒矩阵(BM)加以实施。在TxBM的4个个别输出讯号将被连接到一主动式数组阵元。

图12A中，简化方块图系针对一无人机之一通讯负载与救援队成员在4.9GHz紧急频段之通讯。其几乎等同于图12，除了:

1.前景通讯的操作是在公共安全频段；如在美国的700MHz或4.9GHz。

2.载体上的Ku/Ka馈线链结是透过反向天线数组1100以取代命令去驱动数组1230和1240：

i.在1102的界面系用于前景链结，在1101的界面系用于返回链接。

ii.图11揭露了详细的反向天线数组。

3.地面处理同于图12中之410。

这里有三个主要的功能块；从左上角以顺时针方向依序为:

1.前景链结传送器(Tx)的负载1220系在前景通讯的公众安全频段上，

2.馈线链结负载1100：

i.前景链结接收器(Rx)的负载1240系在馈线链结通讯的Ku/Ka频段上，以及

ii.背景链结传送器(Tx)的负载1110系在馈线链结通讯的Ku/Ka频段上，以及

3.返回链接接收器(Rx)的负载1210系在前景通讯的L/S频段上。

在右上角的第一个主要功能块的前景链结传送器(Tx)的负载1220系在前景通讯的L/S频段上；讯号流系由右至左。所述前景链结讯号1102被载体上Ku数组1100适当地标示为"阵元讯号"，且其系被一地基波束成形(GBBF)为了在L/S频段的4个Tx组件1222而进行处理。从后勤信道的前景链结讯号1102在被4个子数组D1、D2、D3以及D41222进行辐射之前，其系经过分频复用解复用1225、向下频率转换、过滤以及放大1224处理。这里所有的公众安全频段不存在载体之波束成形处理。

在右侧所描述的第二功能块是在Ku/Ka频段1100的4个阵元反向天线数组。所述数组阵元1132可以具有窄型设计和近形设计。Rx多波束成形处理是通过2维巴特勒矩阵(BM)1121后面的一对开关矩阵(ST)1122。第一个是经由一个缓冲放大器1102a连接到界面1102的主讯号路径。前两个ST1122是由一波束控制器1142所控制，此波束控制器1142系决定那一个波束位置去切换至可接收由地基波束成形(GBBF)设施412上传之前景链结阵元讯号。同样地，在背景链结的Ku/Ka频段Tx负载里，前景通讯负载1210须转发一FDM复用和频率向上转换的阵元讯号至界面1101，此阵元讯号系为公共安全频段接收组件的讯号(如700MHz或4.9GHz)所述FDM复用讯号将通过一ST1112以及一BM1111。此4个输出讯号系由BM1111适当地定相，再由功率放大器1113进行放大，然后由窄形设计阵元1132进行辐射。由于在BM1111的前阶段个别阵元讯号的传递期间取消产生相位差异在的传递，在远场所指定的波束位置的辐射讯号应在空间上被连贯地组合。

可依据由2个ST1122中的第2个所导出的信息来决定目前的"波束位置"，此第二个ST也是由波束控制器1142所控制的。此第二个ST系在可能的波束位置与诊断波束输出中不断进行切换或旋转。从第二个ST将收集的数据将用于载体上的处理器1140，其中记录的数据系用以确定哪些是当前关联至所需讯号的最强讯号水平的一波束位置，此所需讯号系由他们独特的特征所定义而来。然后，针对有关目前反向天线的波束位置之Rx主讯号，波束控制器将用来告知TxST1112以及ST(前两个RxST112)。

第三个功能块是前景通讯在公众安全频段的一返回链接里负载1210。有四个接收组件D1、D2、D3以及D41212；其中每一个系由一个低噪声放大器、一个BFP以及一个向上转换器1211所连接至Ku频段。此处没有对天线在手机的频率的波束成形处理。四个接收到的讯号从4个Rx子数组FDM复用1215向上转换到一单一的串流1101，然后将其功率放大，并经由一个4组件的反向(Retrodirective)Ku/Ka数组1100传送到一地面设备4。

图12B系为针对一无人机之一通讯负载与救援队成员在4.9GHz紧急频段之通讯的简化方块图。此载体上之波束成形几乎等同于图12A，除了:

1.一个载体的多波束Tx波束成形器(BFN)1225B在公共安全频段的前景通讯取代了一分频复用解复用器1225。

2.一个载体的多波束Rx波束成形器(BFN)1215B在公共安全频段的前景通讯取代了一FDM解复用器。

此实施例显示使用反向天线、地基波束成形(GBBF)及馈线链结均衡器之WF复用解复用以实作无人机基础通讯的架构及方法。均衡器包括针对不同相位及振幅所引发讯号传递时穿越多条路径之校正和补偿。以下几种方案都将遵循；

1.随着地基波束成形(GBBF)、反向天线以及图13A中在波前解复用器前的载体上适应性前景链结之均衡/优化回路。

2.如图13B所示之相关地面处理。

3.随着地基波束成形(GBBF)、反向天线以及图14A中在波前解复用器前的地面适应性前景链结之均衡/优化回路。

4.如图14B所示之相关的地面处理。

5.如图15所示之在地面处理设施的复数个DBF。

图13A系为针对一无人机之一通讯负载与救援队成员在4.9GHz紧急频段之通讯简化方块图。此为地基波束成形(GBBF)，其功能块同于图12之描述，除了WF复用/解复用技术系用于馈线链结之校正以及补偿。

这里有三个主要的功能块；从左上角以顺时针方向依序为:

用于前景通讯的公众安全频段上的前景链结传送器(Tx)的负载1320，馈线链结负载1100：

用于馈线链结通讯的Ku/Ka频段上之前景链结接收器(Rx)的负载，以及

用于馈线链结通讯的Ku/Ka频段上之背景链结传送器(Tx)的负载，以及

用于前景通讯的公众安全频段上返回链接接收器(Rx)的负载1310。

在右上角的第一个主要功能块的前景链结传送器(Tx)的负载1320系在公众安全频段上，举例来说，针对前景通讯；讯号流系由右至左。所述前景链结阵元讯号1102被载体上Ku数组1100适当地标示为"阵元讯号"，且其系被一GBBF为了在一公众安全频段的4个Tx阵元1222而进行处理。前景链结讯号1102已经在一GBBN设备内随着诊断讯号进行波前复用，并通过后勤通道前景链结到一无人机。所述接收的阵元讯号是FDM解复用1225以复原WF复用讯号，此WF复用讯号是在连接至一WF解复用器1324dx前，由一组适应性均衡器1324A进行处理。WF解复用器1324dx的许多输出讯号在被4个子数组D1、D2、D3以及D4进行辐射之前，其系经过频率向下转换、过滤以及放大1224处理。这里所有的公众安全频段不存在载体之波束成形处理。一些WF解复用器1324dx的输出讯号1326被复原成诊断讯号1326，其系由诊断处理器1325映像所述复原的诊断讯号至一单独定义且积极的成本函数。总成本为全部成本函数之总和且其系用于一迭代优化处理，此迭代优化处理1323根据一成本最少算法估计在每次迭代时针对适应性均衡器1324A的一组新权重。当完全均衡了总成本的目前优化，其将小于一个小的正阈值。

在右侧所描述的第二功能块是在Ku/Ka频段1100的4个阵元的反向天线数组。

第三个功能块是前景通讯在公众安全频段的一返回链接里负载1310。有四个接收组件D1、D2、D3以及D41212；其中每一个系由一个低噪声放大器、一个BFP以及一个向上转换器1211以连接至Ku频段。此处没有对公众安全频率的波束成形处理。经放大且频率向上转换至一共同IF频带后的四个接收阵元讯号系被连接到一个WF复用器1314的多输入单元。几个探测讯号1316系连接到许多WF复用器1314的剩余单元以作为诊断讯号。所述输出端口或波前组件(wfc)端口系连接到具有复用单独串流讯号1101的一输出之一FDM复用器1215，其系经由4阵元之反向天线Ku/Ka数组1100至一地面设备1310进行传送及功率放大，如图13B所示。

在前景通讯的前景链结Tx负载以及相关的背景链结Rx负载可能会在L/S频段移动通信频段，2.4GHz的ISM频段，或者其他频段。

图13B显示一地面处理设备1310的功能流程图，其包含:

1.接收处理区块；

a.Ku接收器(Rx)前端411R，

b.WF解复用器1314dx及相关的适应性均衡器1314a，

i.具有一诊断单元1315及一优化处理器1313的一个迭代优化循环，

ii.在返回链结方向里馈线链结之均衡，

c.RxDBF781，

d.其他Rx功能包含面对地面网络418WF的网关功能782。

2.传送处理区块；

a.其他传送(Tx)功能包含面对地面网络418WF的网关功能752，

b.TxDBF751，

c.WF复用1324x，以及

d.Ku频段传送器(Tx)前端411T。

图14A系为针对一无人机之一通讯负载与救援队成员在4.9GHz紧急频段之通讯的简化方块图。此为地基波束成形(GBBF)，其功能块同于图13A之描述，除了WF解复用器1324dx的适应性等化系用于执行在地面的预补偿方案之外。

这里有三个主要的功能块；从左上角以顺时针方向依序为:

前景链结传送器(Tx)的负载1420系在前景通讯的公众安全频段上，馈线链结负载1100，

iii.用于馈线链结通讯的Ku/Ka频段上之前景链结接收器(Rx)的负载，以及

iv.用于馈线链结通讯的Ku/Ka频段上之背景链结传送器(Tx)的负载，以及

用于前景通讯的公众安全频段上之返回链接接收器(Rx)的负载1410。

在右上角的第一个主要功能块的前景链结传送器(Tx)的负载1420系在公众安全频段上，举例来说，针对前景通讯；讯号流系由右至左。所述前景链结阵元讯号1102被载体上Ku数组1100适当地标示为"阵元讯号"，且其系被一地基波束成形(GBBF)为了在一公众安全频段的4个Tx阵元1222而进行处理。前景链结讯号1102已经在一GBBN设备内随着诊断讯号进行波前复用，并通过后勤通道(在馈线链结)前景链结到一无人机。所述接收的阵元讯号是FDM解复用1225以复原WF复用讯号，此WF复用讯号系连接至WF解复用器1324dx。WF解复用器1324dx的许多输出在被4个Tx阵元(或子数组)D1、D2、D3以及D4进行辐射之前，其系经过频率向下转换、过滤以及放大1224处理。这里所有的公众安全频段不存在载体之波束成形处理。

一些WF解复用器1324dx的输出1326被复原成诊断讯号1326，其系由诊断处理器1325映像所述复原的诊断讯号至一单独定义且积极的成本函数。处理过的诊断讯号和/或衍生的成本函数将经由一WF复用器1314的额外输入单元1316被传递回到地面处理设备，其中输入单元1316系用于背景链结校正并安装置WF复用器1314上。

总成本为全部成本函数之总和且其系用于一迭代优化处理1323(在此处理设备)以估计在每次迭代时针对适应性均衡器1324A的一组新权重。所述迭代优化处理系基于一成本最小算法。当完全均衡了总成本的目前优化，其将小于一个小的正阈值。

在右侧所描述的第二功能块是在Ku/Ka频段1100的4个阵元反向天线数组。

第三个功能块是前景通讯在公众安全频段的一返回链接里负载1410。有四个接收组件D1、D2、D3以及D41212；其中每一个系由一个低噪声放大器，一个BFP，以及一个向上转换器1211以连接至一共同IF或Ku频段。此处没有针对在公众安全频率的天线阵元1212之载体波束成形处理器。放大且频率向上转换至一共同IF频带后的四个接收阵元讯号系被连接到一个WF复用器1314的多输入单元。少数探测讯号1316系连接到许多WF复用器1314的剩余单元以作为诊断讯号。所述输出端口或波前组件(wfc)端口系连接到具有复用单独串流讯号1101的一输出之一FDM复用器1215，其系经由4阵元之反向天线Ku/Ka数组1100功率放大并传送至一地面设备1310，如图14B所示。所述诊断讯号1316将包含在馈线链结之前景链结装置的信息(衍生数据及/或接收之诊断波形1326)。

在前景通讯的前景链结Tx负载以及相关的背景链结Rx负载可能会在L/S频段移动通信频段，2.4GHz的ISM频段，或者其他频段。

图14B显示一地面处理设备1310的功能流程图，其包含:

1.复数个接收处理区块；

i.Ku接收器(Rx)前端411R，

ii.WF解复用器1314dx及相关的适应性均衡器1314a:

a.具有一诊断单元1315及一优化处理器1313的一个迭代优化循环，

b.在返回链结方向里馈线链结之等化，

iii.RxDBF781，以及

iv.其他Rx功能包含面对地面网络418的网关功能782；以及

2.复数个传送处理区块；

i.其他传送(Tx)功能包含面对地面网络418的网关功能752，

ii.TxDBF751，

iii.WF复用1324x，

a.在一无人航空机上(on-board)之对一远程诊断Tx单元1325的一迭代优化循环，经由1315及一优化处理器传递在载体上，

b.对于前景链结方向里馈线链结的适应性均衡器1324a，以及

iv.Ku频段传送器(Tx)前端411T。

图15显示在一地基波束成形(GBBF)设备的一RxDBF处理781以及一TxDBF处理。在KuRx前端411R复原的基频产生阵元讯号78105系由复数个模拟数字转换器(A/Ds)78101转换为数字格式，且复制成N组；每一个Rx波束都具有一独特的波束权重向量(BWV)78106。每一个阵元讯号系经由BWV78106的复杂组件实时(realtime)透过一复数乘法器78102赋予权重，接收的阵元讯号系经由一加法器或组合器78103的加权总和而变成了一个由无人机的BWV及现有数组几何所指定的实时Rx波束的N个波束输出78104中的其中一个。此N波束输出78104再送至之后的接收器处理782，如频道化，同步以及包含用户经由公众网络418传送到目的地之前的解调。

针对TxDBF处理751，此讯号流为可逆的。来自不同来源的讯号被解调、复用、分组到多个波束讯号752，并由在一无人机的前景通讯Tx数组1222指定欲被转发的波束位置。每个波束讯号系复制成M个复制或被1至M个除法器75103分割，每个波束讯号系由BWV75106的m个组件分别进行加权。此权重由M个复数乘法器75102进行。针对N个Tx波束其存在N组m个加权阵元讯号。最后一组的m阵元讯号，系作为N组个别加权M阵元讯号之总和，在被KuTx前端进行频率向上转换且功率放大前，此m阵元讯号系被D/As75101再转换为模拟格式。

图16系绘示了与图1的差异。其绘示了使用三个分开的无人机作为紧急及灾难求助之移动平台，无人机平台M1作为救援队成员之通讯,UAVM2作为紧急行动装置及/或固定式之无线基地台之替代品，以取代现有的移动电话及/或使用wifi通讯协议之个人通讯装置。第三无人机平台的M3经由被动射频传感器进行实时成像和监控，此被动射频传感器包括双静态雷达卫星利用射频辐射作为射频照射源。

这三个平台都经由Ku和/或Ka频段频谱之馈线链结以连接到一地面站通信枢纽110，此地面站通信枢纽110系作为一网关并用以获得一地面网络101。因此，救援工作在一覆盖区域130内时，将可透过地面通信枢纽110存取实时影像以及使救援队成员与调度中心进行通讯。一无线临时网络通讯也将提供给在灾难/紧急恢复区130之居民，使居民能透过个人设备与外部、救援团队、及/或灾难/紧急恢复之部门进行通讯。

三个平台M1，M2和M4的馈线链结均为相同的Ku和/或Ka频段，不同之处在于三者之负载(P/L)，第一无人机平台M1上之负载可在救援队成员间启动一公共安全频谱通讯之网络，第二无人机平台M2上之负载可以在L/S频段恢复居民的移动电话及/或固定式无线通信，且第三无人机平台M3上之负载系一实时监控用的射频影像探测器。

以下讨论三种独立技术，(1)反向天线数组技术，(2)地基波束成形技术，以及(3)波前复用技行以及波前解复用技术(WFmuxing/demuxing)馈线链结之回复指令链结是使在馈线链结上的无人机平台之负载能与指定的地面站通信枢纽更有效率地进行沟通、能使用较少的耗电量，能从一更远的距离到达地面通信枢纽，及/或产生更多的产能。

RF负载可具有被动传感器，如RF辐射计或双基雷达接收器；这两者都具有地基波束成形(GBBF)技术或远程波束成形(RBF)技术的架构，其使用较小SW&P的负载以支持并完成设计无人机平台的基础通信。来自一雷达接收器数组的多个追踪波束将透过一个在移动通信枢纽110的地基波束成形(GBBF)设备而形成(图未示出，但类似于图4中的1412)。从无人机M4的动态诊断波束可用以协助任务。

对于双基雷达接收器的功能，无人机M4将配备从一卫星140通过一直接路径141以撷取射频辐射的能力，以及撷取那些由地球表面反射，并通过反射路径142在地球表面上或靠近地球表面的对象。从直接路径141的辐射和来自反射路径之间的相关性，提供了接近或在地球表面上目标物的反射表面的判别信息。因此，可导出射频反射表面的影像。

许多M4可以被同时部署。对于各种双基雷达应用，从卫星的RF辐射有许多选择，如卫星140。我们针对全球涵盖的无人机M4可选择在L频段的RF辐射从GNSS卫星在地球中轨道(MEO)或地球同步地球轨道(GEO)。从低地球轨道(LEO)通讯卫星的L/S频段辐射应被视为一候选人。强大的Ku频段辐射系来自于许多电视直播卫星辐射或S频段卫星数字音频无线电(SDARS)，此S频段卫星数字音频无线电系来自地球同步轨道或倾斜轨道的卫星以用于陆地或接近陆地面积涵盖。Ka频段点波束靠近从MEO/GEO卫星所涵盖赤道的附近，C频段靠近从GEO卫星涵盖全球，UHF全球涵盖及Ku频段区域涵盖可同时使用在多频谱使用各种辐射的特别任务，此多频谱系来自不同卫星的频谱从相同的图像覆盖的体现。这些技术是根据从两条路径来的讯号间之关联性此直接路径讯号作为"雷达照射"来引用，且反射辐射系从目标区域或靠近地球表面之对象的雷达回波。

从无人机M4上数组之数组阵元的多个接收讯号将透过馈线链结里的后勤通道被传送至所述地基波束成形(GBBF)设备。在馈线链结校正后勤通道的许多应用中，波前复用及解复用技术将应用于无人机M4以启动一简单及具成本效益的地基波束成形(GBBF)。

在这里使用图示来描绘地基波束成形(GBBF)之架构。然而，类似之RBF架构将针对在可移动的平台上、可重新定位的、固定的、及/或所有所有上述的组合，以执行远程波束成形功能。

无人航空机上(on-board)之通讯负载之特征系强调如下；

a.Ku馈线链结的反向天线:

无人机的Ku频段数组系用来当馈线链结天线以来回转移所有讯号从L/S或C频段阵元频道至一网关，其中一简易的地基波束成形(GBBF)处理将执行Tx及Rx数组函式，包含波束成形，波束转向，波束整形，空转向，和/或对多个并行波束的零展宽。Ku频段的“智能”数组将通过机上(on-board)之的类似波束成形器(BFN)和波束控制器技术配备了反向天线。对于一个二维4阵元数组具有间距0.5波长来说，所述3分贝波束之宽度系配置小于50度。

b.远程波束成形网络(RBFN)或者地基波束成形(GBBF)。

c.数字波束成形将由位于网关设备的地基波束成形(GBBF)处理器使用FPGAs及PCs加以实施。此处理器将对无人航空机上(on-board)之之前景数组执行远区域波束成形。一个单独网关将支持多个无人机；针对救援团队，至少有一个通讯网络是在4.9GHz；在灾区的另一个组织则使用现有的手机频段。针对当地组织，所述无人机系作用于商用手机频段，并且是更换可能已被损坏的手机讯号塔。

d.波前复用/解复用(WF复用/解复用):

WF复用/解复用转换包含两个独立特征；(1)在WF向量间之正交；及(2)冗余性及讯号安全性。第一特征系用以(a)对于远程波束成形网络(RBFN)/地基波束成形(GBBF)，在馈线链结传递上之后勤通道校正，以及(b)相干功率来自于结合各种无人机的不同频道之讯号接受器第二特征系用以(c)透过无人机的具冗余性的安全传输。

另外，在我们大部份的例子中，在频率域中，多个通讯频道如分频复用(FDM)之频道和/或在各种平台相同频率的(空间分复用)频道已被表示出来。WF复用/解复用可以利用并行信道等传统复用信道，如TDM，CDM，或所有上述的组合来实现。

e.在地基波束成形(GBBF)的连续校正能力:

地面处理器必须有几何的"现有知识"、位置以及在空中平台载体上数组的取向。有鉴于此，一实时连续校正之功能系用来补偿因传递的变化，动态数组几何，非平衡电子频道，和/或老化的电子效应。校正包括通过实时优化过程以得到修正和调整波束权重向量(BWVs)的子数组之间的时间延迟调整，幅度和相位。它们在数组几何是高度依赖的。

f.互相关(Cross-correlation)技术

这些技术有助于校正在有效率地改善对各种波束位置的多个讯号信道之均衡性。对于分布式动态数组的连续校正能力，缓慢变化的子数组位置和方向的精确信息可显著放宽。

Claims (23)

1.一套通讯系统，系包含：

一组发射器段，具有一复数个传输通道之一条传递段，以及一组接收器段；

其中该发射器段在一来源位置输入将被传输之一复数个输入讯号，执行一波前复用转换将该输入讯号转换成一波前复用讯号，在经由该传递段以传送该波前复用波形至该接收器段之前，利用调变器调变该波前复用讯号成该波前复用波形；

其中该传递段包含该复数个传输通道之一部份以传送该波前复用波形；

其中一第一波前复用波形系传输在一第一传输通道上；以及一第二波前复用波形系传输在一第二传输通道上；

其中位于一目的地之该接收器段系从该传输通道接收该波前复用波形；

其中由一解调器在该被接收之波前复用波形上执行一解调，以分别转换该被接收之波前复用波形为一被接收之波前复用讯号，再对该被接收之波前复用讯号执行一波前解复用转换以复原该被接收之波前复用讯号为多个独立之讯号。

2.如申请专利范围第1项所述之动态通讯系统，其中该输入讯号包含数字讯号，模拟讯号，数字模拟混合讯号，以及欲被传送至一复数个频率上操作之多个频道之一复数个数字讯号串流，其中该多个频道之数目至少与被接收之数字讯号串流数目一样多，

该动态通讯系统进一步包含下列操作：

在传送该波前复用波形至一传递段前，将该波前复用波形变频为一传递频带；以及

在该接收器段的一客户端接收并变频从多种信道频率所接收之该波前复用波形至一基带频率，从而产生一基频波前复用波形。

3.如申请专利范围第1项所述的动态通讯系统，其中该输入讯号包括数字讯号，模拟讯号，数字与模拟混合讯号，以及欲被传送至使用一共同频槽的多个频道上之一复数个数字讯号串流，其中该多个频道之数目至少与被接收之数字讯号串流数目一样多，

该系统进一步包含下列操作：

在由不同方向传送该波前复用波形至该传递段上的多个转发平台之前，在该传送器区段中变频该波前复用波形至该传递频带的一相同频槽；

该传递段上的多个转发平台接收并将该波前复用波形变频至该传递频带之该共同频槽，且在重传该被变频后之波前复用波形至该接收器段之前，放大该被变频后之波前复用波形；以及

在利用解调器进行解调之前，在一客户端接收从多个方向的多个转发平台所转发的该波前复用波形且将在该接受器段中所接收之波前复用波形变频至一基带频率，从而产生一多通道的基带波前复用波形，并且在使用一波前解复用处理器前，该解调器将所接收之该基带波前复用波形转换成基带波前复用讯号。

4.如申请专利范围第1项所述的通讯系统，其中该波前复用转换之唯一逆变换等于该波前复用转换，且该波前解复用转换等同于该波前复用转换，且该波前复用转换系以在数字基频下之数字格式或通过模拟装置来实现，其中该模拟装置系选自于由一巴特勒矩阵，一傅利叶转换对，一阿达玛矩阵以及一哈特利转换对所组成的一群组。

5.如申请专利范围第1项所述的通讯系统，其中在该波前复用转换之N个输入中至少有一个输入被设为接地讯号(数值为0)，且对应于该波前解复用之埠被用来作认证，其中N>2。

6.如申请专利范围第1项所述的通讯系统，其中该波前复用转换之该N个输入讯号中有M个输入讯号系设定为接地讯号(数值为0)，其中M>0以及N>2，其中该通讯系统经由N个自该传送器段通过该传递段以至该接收器段之并行信道以传递(N-M)个独立讯号串流。

7.如申请专利范围第6项所述的通讯系统，其中该传送器段仅传送N1个独立讯号串流至该接收器段，其中N1<(N-M)，其中该接收器段经由从该传递段中之(N-M)个频道中所接收的任一N1个频道之波前复用波形重组该N1个独立讯号串流。

8.一无线通信系统，包含：一传送器段，具有一复数个传输通道之传递段以及一接收器段；

其中该传送器段在一来源位置输入将被传输之一复数个输入讯号，执行一波前复用转换将该输入讯号转换成一波前复用讯号，利用一调变器调变该波前复用讯号成一波前复用波形，经由连接该传送器段及该接收器段之该传递段传送该波前复用波形；

其中该传递段之该复数个传输信道之多个信道在该多个波前复用讯号间之振幅、相位以及时间延迟上产生差异化之动态影响；

其中一第一波前复用波形系传输在一第一传输通道上，以及一第二波前复用波形系传输在一第二传输通道上；

其中该第一传输通道包含通过一空气平台上的一第一信道之传递；

其中位于一目的地之该接收器段系从该传输通道接收该波前复用波形，执行解调及转换所接收之该波前复用波形成波前复用讯号，且执行一波前解复用转换以复原该被接收之波前复用讯号成多个独立之讯号。

9.如申请专利范围第8项所述的无线通信系统，其中该输入讯号包含数字讯号，模拟讯号，数字与模拟混合讯号，以及欲被传送至在该空气平台上之一复数个频率上操作之多个频道之一复数个数字讯号串流，其中该多个频道之数目至少与将被接收之数字讯号串流之数目一样多，

该无线通信系统进一步包含下列操作：

在解调该波前复用讯号以转换该波前复用讯号至波前复用波形以及在传送该波前复用波形至该传递段之该空气平台之前，变频该波前复用讯号至一传递频带；

接收转发的波前复用波形并变频该接收之波前复用波形，并于该接收器段的一客户端解调该波前复用波形至一基带频率，从而产生一基频波前复用波形，

其中一波前解复用处理器对该基频波前复用讯号执行波前解复用转换以重新组成该数字讯号串流之数据。

10.如申请专利范围第8项所述的无线通信系统，其中该输入讯号包含数字讯号，模拟讯号，数字与模拟混合讯号，以及欲被传送至在各种空气平台上使用一共同频槽的多个频道上之一复数个数字讯号串流，其中该多个频道之数目至少与被接收之数字讯号串流数目一样多，该动态无线通信系统进一步包含下列操作：

在解调该波前复用讯号成波前复用波形以及传送该波前复用波形至该传递段之前，将该传送器段之该波前复用讯号变频成在传递频带之该共同频槽，该传递段包含由多波束天线在不同频槽中操作一共同频率的多个空中平台；

在一客户端从多个方向利用多种空中平台以接收所转发之该波前复用波形，并在该接收器段解调该被接收之波前复用波形，从而产生多通道基带波前复用讯号。

11.如申请专利范围第8项所述的无线通信系统，其中该输入讯号包含数字讯号，模拟讯号，数字与模拟混合讯号，以及欲被传送至一复数个频率上操作之多个频道以及一特定地点之空气平台之一复数个数字讯号串流，其中该多个频道之数目至少与将被接收之数字讯号串流之数目一样多，

该动态无线通信系统进一步包含下列操作：

在利用多波束天线传送解调之该波前复用讯号至该传递段之前，该传送器段变频该波前复用讯号至传输频带中不同转发器之指定频槽，其中该传递段包含在不同位置操作各种频率的多个空中平台；

在一客户端从多个方向的多个空中平台所接收转发的该波前复用波形，并在该接收器段变频所被接收之该波前复用波形至一基带频率，从而产生多通道基带波前复用讯号。

12.如申请专利范围第11项所述的无线通信系统，更包含从拥有C-频段全球覆盖之卫星、拥有C-频段形波束覆盖之卫星、拥有Ku-频段全球覆盖之卫星、拥有Ku-频段形波束覆盖之卫星、拥有Ku-频段点波束覆盖之卫星、静态覆盖之卫星、动态覆盖之卫星通讯频道以及拥有UHF-频段全球覆盖之卫星所组成的群组中挑选出之卫星系统。

13.如申请专利范围第11项所述的无线通信系统，其中一连接至一控制讯号之波前复用输入埠具有一对应受波前解复用控制之输出埠，

其中该受波前解复用控制之输出埠为一认证埠，且其中一成本函数被用以测量受控之输入埠与对应之认证埠间的一差异，其中当该差异小至可忽略时，该成本函数即为最小值。

14.如申请专利范围第11项所述的无线通信系统，其中该波前复用转换之唯一逆变换等于该波前复用转换，且该波前解复用转换等同于该波前复用转换，且该波前复用转换系以在数字基频下之数字格式或通过模拟装置来实现，其中该模拟装置系选自于由一巴特勒矩阵，一傅利叶转换对，一阿达玛矩阵以及一哈特利转换对所组成的一群组。

15.一通讯系统，系包含：一传送器段，一具有复数个复用传输通道之传递段，以及一接收器段；

其中该传送器段在一来源位置输入将被传输之一复数个输入讯号，执行一波前复用转换将该输入讯号转换成一波前复用讯号，并藉由调变该波前复用讯号成一波前复用波形后，经由该传递段以传送该波前复用波形至该接收器段；

其中该传递段包含复数个被合并之传输路径以成为现有在该多个波前复用讯号间之振幅、相位以及时间延迟上产生差异化动态影响之复用信道，

其中一第一波前复用波形系传输在一第一复用传输通道上；以及一第二波前复用波形系传输在一第二复用传输通道上，

其中位于一目的地之该接收器段系从该复用传输通道接收该波前复用波形，由解调器解调及转换所接收之该波前复用波形成波前复用讯号，且在该接收之波前复用讯号上执行一波前解复用转换以复原该被接收之波前复用讯号成多个独立之讯号。

16.如申请专利范围第15项所述的通讯系统，其中该第一复用传输通道包含通过一第一频槽之传递；其中该第二复用传输通道包含通过一第二频槽之传递。

17.如申请专利范围第15项所述的通讯系统，其中该第一复用传输通道包含通过一第一时槽之传递；其中该第二复用传输通道包含通过一第二时槽之传递。

18.如申请专利范围第15项所述的通讯系统，其中该第一复用传输通道包含通过具有一第一编码波形之讯号之传递；其中该第二复用传输通道包含通过具有一第二编码讯号之讯号之传递。

19.如申请专利范围第15项所述的通讯系统，其中该第一复用传输通道包含通过具有一第一编码波形、一第一频槽以及一第一时槽之组合讯号的传递，其中该第二复用传输通道包含通过具有一第二编码讯号、一第二频槽以及一第二时槽之组合讯号的传递。

20.如申请专利范围第15项所述的通讯系统，其中该动态通讯系统系为一单向通讯系统，且该动态通讯系统选自：一网络通信枢纽至一客户端、一客户端至多数客户端、一客户端传送至一网络通信枢纽以及一网络通信枢纽传送至另一网络通信枢纽。

21.如申请专利范围第15项所述的通讯系统，其中该第一复用传输通道包含通过一第一卫星转发器之传递。

22.如申请专利范围第15项所述的通讯系统，其中该第一复用传输通道包含通过在一空气平台上的一第一信道之传递。

23.如申请专利范围第15项所述的通讯方法，其中该第一复用传输通道包含通过一第一地面通讯连接。