CN109792694A - 用于无线通信系统的传输功率控制 - Google Patents

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Abstract

用于控制可移动物体的通信装置的传输功率的方法和系统可以包括下述步骤或被配置为执行下述步骤：确定可移动物体和位于可移动物体外部的第二物体之间的距离；至少基于所确定的可移动物体与第二物体之间的距离以及用于在第二物体处接收的信号的目标信噪比水平来确定传输功率水平；以及基于所确定的传输功率水平将信号从可移动物体传输到第二物体。

Description

用于无线通信系统的传输功率控制
版权声明
本专利文件的公开内容的一部分包含受版权保护的材料。版权所有者虽然不反对任何人对本专利文件或专利公开内容进行传真复制，因为它出现在专利和商标局的专利文件或记录中，但是保留全部版权权利。
技术领域
本公开内容总体上涉及无线通信，并且更具体地涉及用于控制可移动物体(诸如无人飞行器)中的无线通信装置的传输功率的系统和方法。
背景技术
无人飞行器(UAV)(有时被称为“无人机”)可以被配置为承载有效载荷，诸如货物、光学装备(例如照相机、摄像机等)、感测装备或其他类型的有效载荷。UAV在许多行业中被认可，并且在许多情况下被认为是用于减轻人员直接执行某些任务的责任的有用工具。例如，UAV已经被用于运送货物，执行监视，以及在专业和娱乐场所采集各种类型的成像和感测数据(例如照片、视频、超声波、红外线等)，从而提供了灵活性和人能力的增强。
例如，在照片摄影、电影摄影和视频摄影中，UAV可以配备有成像装置并且用于从静止的视角和/或移动的视角捕获连续镜头，这些静止的视角和/或移动的视角对于人员来说捕获起来可能太具有挑战性。另外，可以配备UAV以采集在某一时间段内或者从一个位置到另一个位置的行进时期内的成像数据。在这些情况下，可能需要UAV采集成像数据并且连续地或周期性地将数据传输到另一个装置。
由配备有光学装备或其他感测装备的UAV收集的数据有时可以被传送(例如，传输)到其他装置以进行处理、分析、存储、传播、操纵等。可以通过无线通信网络(诸如蜂窝网络、无线局域网(WLAN)网络)或使用特定的无线协议(诸如例如IEEE 802.15.1、IEEE802.11和/或其他通信协议)来执行UAV和其他装置之间的数据通信。在这个背景下，无线通信网络包括能够通过无线网络彼此通信的“节点”。节点可以包括各种类型的对象，包括但不限于UAV、手持装置、控制器、平板电脑、智能电话机、计算机系统、嵌入式系统或者任何其他可移动装置或固定装置。
配备有用于传输数据的无线通信系统的UAV通常还配备有可更换或可再充电的电源(例如，一个或多个电池)，以用于为无线通信系统供电。在许多情况下，相同的电源用于为UAV的多个功能和/或装备(诸如UAV的推进装置(例如电机驱动的螺旋桨)、电子控制系统、照明系统和/或辅助装备(例如相机系统、感测系统等))供电。因此，在必须对电源进行再充电或更换之前可以操作UAV的时间量和距离可能受到与UAV相关联的每个系统和装置的总功率效率和单独功率效率的影响。
例如，为了确保以足够的信号功率有效地传输无线通信信号以确保接收器处的可接受的信号质量，UAV无线通信系统通常使用最大可能的传输功率水平来传输信号。通过使用最大传输功率水平不断地传输信号，这样的UAV可以抵消可能降低接收器处的无线信号质量的各种因素，例如环境条件、传输频率限制、中间障碍物、传输装置和接收装置之间的距离和/或其他因素，无论这些因素是否显著降低接收器处的信号质量。在这些传统系统中，UAV的电源可能比要求的情况更快地耗尽，因而需要频繁地补充或更换电源。此外，通过使用最大传输功率水平不断地传输信号，使用传统系统可能导致与附近的其他无线通信装置的干扰增加。
发明内容
在一个实施例中，本公开内容涉及一种控制可移动物体中的无线通信装置的传输功率的方法。所述方法可以包括：确定所述可移动物体与位于所述可移动物体外部的第二物体之间的距离；至少基于所确定的所述可移动物体与所述第二物体之间的距离以及用于在所述第二物体处接收的信号的目标信噪比水平来确定传输功率水平；以及基于所确定的传输功率水平将信号从所述可移动物体传输到所述第二物体。
在另一个实施例中，本公开内容涉及一种用于控制可移动物体的无线通信装置的传输功率的系统。所述系统可以包括具有存储在其中的指令的存储器和具有处理器的电子控制单元。所述处理器可以被配置为执行所述指令，以便：确定所述可移动物体与位于所述可移动物体外部的第二物体之间的距离；至少基于所确定的所述可移动物体与所述第二物体之间的距离以及用于在所述第二物体处接收的信号的目标信噪比水平来确定传输功率水平；以及基于所确定的传输功率水平将信号从所述可移动物体传输到所述第二物体。
在另一个实施例中，本公开内容涉及一种无人飞行器(UAV)。所述UAV可以包括：推进装置；通信装置；电力存储装置，所述电力存储装置被配置为为所述推进装置和所述通信装置供电；存储器，所述存储器存储指令；以及电子控制单元，所述电子控制单元与所述通信装置通信，并且被配置为控制所述通信装置的传输功率。所述控制器可以包括处理器，所述处理器被配置为执行所述指令，以便：确定所述可移动物体与位于所述可移动物体外部的第二物体之间的距离；至少基于所确定的所述可移动物体与所述第二物体之间的距离以及用于在所述第二物体处接收的信号的目标信噪比水平来确定传输功率水平；以及基于所确定的传输功率水平将信号从所述可移动物体传输到所述第二物体。
在另一个实施例中，本公开内容涉及一种存储指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令在被执行时使计算机执行一种控制可移动物体中的无线通信装置的传输功率的方法。所述方法可以包括：确定所述可移动物体与位于所述可移动物体外部的第二物体之间的距离；至少基于所确定的所述可移动物体与所述第二物体之间的距离以及用于在所述第二物体处接收的信号的目标信噪比水平来确定传输功率水平；以及基于所确定的传输功率水平将信号从所述可移动物体传输到所述第二物体。
附图说明
图1是可以根据本文描述的说明性实施例使用的被配置为与示例性第二物体通信的示例性可移动物体的示意图；
图2示出了可以与图1的可移动物体及第二物体一起使用的示例性控制系统的示意图；
图3是可以根据说明性实施例使用的用于控制可移动物体的无线通信装置的传输功率的系统的示意图；
图4示出了可以根据图3的说明性实施例使用的控制可移动物体中的无线通信装置的传输功率的示例性方法的框图；
图5是可以根据另一个说明性实施例使用的用于控制可移动物体的无线通信装置的传输功率的系统的另一幅示意图；
图6示出了可以根据图5的说明性实施例使用的控制可移动物体中的无线通信装置的传输功率的示例性方法的示意框图。
图7示出了根据图3的说明性实施例的说明可以被执行以用于控制可移动物体中的无线通信装置的传输功率的一系列示例性步骤的流程图；以及
图8示出了根据图5的说明性实施例的说明可以被执行以用于控制可移动物体中的无线通信装置的传输功率的一系列示例性步骤的流程图。
具体实施方式
以下详细描述参考随附的附图。只要有可能，就在附图和以下描述中使用相同的附图标记来指代相同或相似的部分。虽然本文描述了几个说明性实施例，但是修改、变型和其他实施方案是可能的。例如，可以对附图中示出的部件进行替换、添加或修改，并且可以通过对所公开的方法进行替换、重新排序、移除或添加步骤来修改本文描述的说明性方法。因此，以下详细描述不限于所公开的实施例和示例。相反地，由随附的权利要求书限定适当的范围。
图1示出了可以被配置为在环境内移动的示例性可移动物体10。可移动物体10可以是被配置为在适当的介质(例如，表面、空气、水、一个或多个轨道、空间、地下等)上或其内部行进的任何适当的物体、装置、机构、系统或机器。例如，可移动物体10可以是无人飞行器(UAV)。尽管可移动物体10在本文中用于本实施方式的示例性目的而被示出并描述为UAV，但应理解的是，其他类型的可移动物体(例如，轮式物体、航海物体、机车物体、其他航空物体等)也可以或替代性地在与本公开内容一致的实施例中使用。如本文所使用的，术语UAV可以指代被配置为自动地(例如，通过电子控制系统)和/或由场外人员手动地操作和/或控制的空中装置。
可移动物体10可以包括壳体11、一个或多个推进组件12、以及有效载荷14，诸如相机或视频系统。在一些实施例中，如图1所示，有效载荷14可以通过承载件16连接或附接到可移动物体10，该承载件可以允许有效载荷14和可移动物体10之间的一个或多个相对移动度。在其他实施例中。有效载荷14可以在没有承载件16的情况下直接安装到可移动物体10上。可移动物体10还可以包括电力存储装置18、通信装置20以及与其他部件通信的电子控制单元22。在一些实施例中，电力存储装置18、通信装置20和电子控制单元22中的一者或多者可以被包括在控制系统23中。控制系统23可以被配置为控制可移动物体10的多个系统或功能。替代性地，控制系统23可以专用于控制单个系统或功能的子集。例如，控制系统23可以是UAV的飞行控制系统或包括UAV的飞行控制系统。
可移动物体10可以包括位于不同位置(例如，可移动物体10的顶部、侧面、前面、后面和/或底部)用于推动和转向可移动物体10的一个或多个推进组件12。尽管图1中仅示出了两个示例性推进组件12，但是将理解的是，可移动物体10可以包括任意数量的推进组件(例如，1个、2个、3个、4个、5个、10个、15个、20个等)。推进组件12可以是可操作以产生用于维持受控飞行的力的装置或系统。推进组件12可以共用或者可以各自单独地包括至少一个电源，诸如一个或多个电池、燃料电池、太阳能电池等、或它们的组合。每个推进组件12还可以包括一个或多个旋转部件24，例如，在电动机、发动机或涡轮机内，联结到电源并且被配置为参与产生用于维持受控飞行的力。例如，旋转部件24可以包括转子、螺旋桨、叶片等，它们可以在被配置为从电源传递电力的轴、轮轴、轮或其他部件或系统上驱动或者被轴、轮轴、轮或其他部件驱动。推进组件12和/或旋转部件24可以相对于彼此和/或相对于可移动物体10是可调整的(例如，可倾斜的)。替代性地，推进组件12和旋转部件24可以具有相对于彼此和/或可移动物体10的固定取向。在一些实施例中，每个推进组件12可以是相同类型的。在其他实施例中，推进组件12可以是多种不同类型的。在一些实施例中，可以协同控制所有推进组件12(例如，全都处于相同的速度和/或角度)。在其他实施例中，可以关于例如速度和/或角度独立地控制一个或多个推进装置。
推进组件12可以被配置为在一个或多个竖直方向和水平方向上推进可移动物体10并且允许可移动物体10绕一个或多个轴旋转。也就是说，推进组件12可以被配置为提供用于产生和维持可移动物体10的平移运动和旋转运动的升力和/或推力。例如，推进组件12可以被配置为使得可移动物体10能够实现和维持期望的高度，提供在所有方向上移动的推力，并且提供可移动物体10的转向。在一些实施例中，推进组件12可以使得可移动物体10能够执行竖直起飞和着陆(即，没有水平推力的起飞和着陆)。在其他实施例中，可移动物体10可能需要恒定的最小水平推力以实现和维持飞行。推进组件12可以配置为使得可移动物体10能够沿着多个轴和/或绕多个轴移动。
有效载荷14可以包括一个或多个感测装置19，诸如图1所示的示例性感测装置19。感测装置19可以包括用于采集或产生数据或信息的装置，诸如对目标(例如物体、风景、照片或视频所拍摄的对象等)进行勘测、跟踪以及捕获图像或视频的装置。感测装置19可以包括被配置为收集可以用于产生图像的数据的成像装置。例如，成像装置可以包括(例如模拟、数字等)照相机、摄像机、红外线成像装置、紫外线成像装置、x射线装置、超声波成像装置、雷达装置、双目相机等。感测装置19还可以或替代性地包括用于捕获音频数据的装置，诸如麦克风或超声波检测器。感测装置19还可以或替代性地包括用于捕获视觉、音频和/或电磁信号的其他适当的传感器。
承载件16可以包括被配置为保持有效载荷14和/或允许相对于可移动物体10调整(例如，旋转)有效载荷14的一个或多个装置。例如，承载件16可以是万向节。如下所述，承载件16可以被配置为允许有效载荷14绕一个或多个轴旋转。在一些实施例中，承载件16可以被配置为允许绕每个轴旋转360°以允许更大程度地控制有效载荷14的视角。在其他实施例中，承载件16可以将有效载荷14绕其轴中的一个或多个轴的旋转范围限制为小于360°(例如，≤270°、≤210°、≤180°、≤120°、≤90°、≤45°、≤30°、≤15°等)。
通信装置20可以被配置为实现电子控制单元22与场外实体之间的数据、信息、命令(例如，飞行命令、用于操作有效载荷14的命令等)和/或其他类型的信号的通信。通信装置20可以包括被配置为发送和/或接收信号的一个或多个部件，诸如被配置为执行单向通信或双向通信的接收器、传输器或收发器。通信装置20的部件可以被配置为通过一个或多个通信网络诸如被配置用于WLAN、无线电、蜂窝(例如，WCDMA、LTE等)、WiFi、RFID等的网络并且使用一个或多个无线通信协议(例如，IEEE 802.15.1、IEEE 802.11等)和/或可用于传输指示数据、信息、命令、控制和/或其他信号的信号的其他类型的通信网络或协议与场外实体通信。通信装置20可以被配置为实现与用户输入装置(诸如控制终端(例如，远程控件)或其他固定、移动或手持控制装置)的通信，该用户输入装置提供用于在飞行期间控制可移动物体10的用户输入。例如，通信装置20可以被配置为与第二物体26通信，该第二物体可以是用户输入装置或者能够利用可移动物体10接收和/或传输信号的任何其他装置。
第二物体26可以是固定装置、移动装置或被配置为通过通信装置20与可移动物体10通信的其他类型的装置。例如，在一些实施例中，第二物体26可以是另一个可移动装置(例如，另一个UAV)、计算机、终端、用户输入装置(例如，远程控制装置)等。第二物体26可以包括通信装置28，该通信装置被配置为实现与可移动物体10(例如，与通信装置20)或其他物体的无线通信。通信装置28可以被配置为从通信装置20接收数据和信息，诸如与例如位置数据、速度数据、加速度数据、感测数据(例如，成像数据)有关的操作数据，以及与可移动物体10、其部件和/或其周围环境有关的其他数据和信息。在一些实施例中，第二物体26可以包括控制特征，诸如杠杆、按钮、触摸屏装置、显示器等。在一些实施例中，第二物体26可以体现为具有虚拟控制特征(例如，图形用户界面、应用程序等)的电子通信装置，诸如智能电话机或平板电脑。
图2是与本公开内容的示例性实施例一致的控制系统23和第二物体26的示意框图。控制系统23可以包括电力存储装置18、通信装置20和电子控制单元22等。第二物体26尤其可以包括通信装置28和电子控制单元30。
电力存储装置18可以是被配置为给可移动物体10中的电子部件、机械部件或它们的组合供电或以其他方式供应电力的装置。例如，电力存储装置18可以是电池、电池组或其他装置。在其他实施例中，电力存储装置18可以是或者包括可燃燃料、燃料电池或另一类型的电力存储装置中的一者或多者。
通信装置20可以是被配置为实现与其他装置的无线通信的电子装置。例如，通信装置20可以包括传输器32、接收器34、电路和/或其他部件。传输器32和接收器34可以是分别配置为传输和接收无线通信信号的电子部件。在一些实施例中，传输器32和接收器34可以是分立的装置或结构。在其他实施例中，传输器32和接收器34可以组合(或者它们的相应功能可以组合)在被配置为发送(即，传输)和接收无线通信信号的单个收发器装置中。无线通信信号可以包括用数据或信息编码或以其他方式指示数据或信息的任何类型的电磁信号。传输器32和接收器34可以连接到一个或多个共用天线(诸如图2中的示例性天线)，或者可以使用可移动物体10中的单独天线或天线阵列进行传输和接收。
通信装置20可以被配置为通过可用于向电子控制单元22传递数据和信息或从电子控制单元传递数据和信息的适当的通信手段传输数据和/或从一个或多个其他装置接收数据。例如，通信装置20可以被配置为利用一个或多个局域网(LAN)、广域网(WAN)、红外线系统、无线电系统、Wi-Fi网络、点到点(P2P)网络、蜂窝网络、卫星网络等。可选地，可以使用中继站，诸如塔、卫星或移动站，以及促进可移动物体10与第二物体26之间的通信的任何其他中间节点。无线通信可以是依赖于接近度的或者是与接近度无关的。在一些实施例中，通信可能需要或可能不要求视距。
电子控制单元22可以包括一个或多个部件，包括例如存储器36和至少一个处理器38。存储器36可以是或者包括非暂时性计算机可读介质，并且可以包括非暂时性计算机可读介质的一个或多个存储单元。存储器36的非暂时性计算机可读介质可以是或者包括任何类型的盘片，包括软盘、硬盘、光盘、DVD、CD-ROM、微驱动器、磁光盘、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、DRAM、VRAM、闪速存储器装置、磁卡或光卡、纳米系统(包括分子存储器集成电路)、或者适用于存储指令和/或数据的任何类型的介质或装置。存储器单元可以包括非暂时性计算机可读介质的永久性部分和/或可移除部分(例如，可移动介质或外部储存器，诸如SD卡、RAM等)。
来自感测装置19和/或其他装置的信息和数据可以被传送到并存储在存储器36的非暂时性计算机可读介质中。与存储器36相关联的非暂时性计算机可读介质也可以被配置为存储能够由处理器38执行以执行本文描述的说明性实施例中的任何一者的逻辑、代码和/或程序指令。例如，与存储器36相关联的非暂时性计算机可读介质可以被配置为存储计算机可读指令，该计算机可读指令在由处理器38执行时使处理器执行包括一个或多个步骤的方法。由处理器38基于存储在存储器36的非暂时性计算机可读介质中的指令执行的方法可以涉及处理输入，诸如存储在存储器36的非暂时性计算机可读介质中的数据或信息的输入、从第二物体26接收的输入、从感测装置19接收的输入、和/或通过通信装置20接收的其他输入。非暂时性计算机可读介质可以被配置为存储从感测装置19获得或得出的数据以由处理器38和/或第二物体26(例如，通过电子控制单元30)处理。在一些实施例中，非暂时性计算机可读介质可以用于存储由处理器38产生的处理结果。
处理器38可以包括一个或多个处理器，并且可以体现为可编程处理器(例如，中央处理单元(CPU))。处理器38可以可操作地联结到被配置为存储能够由处理器38执行的程序或指令的存储器36或另一存储装置，以执行一个或多个方法步骤。注意，本文描述的方法步骤可以通过存储在存储器36中并且使得在由处理器38处理时执行该方法步骤的一个或多个指令和数据来体现。
在一些实施例中，如下面进一步描述的，处理器38可以包括一个或多个控制模块和/或替代性地可以可操作地联结到一个或多个控制模块，诸如图2的说明性实施例中的通信模块40和飞行控制模块42。通信模块40可以被配置为帮助控制可移动物体10与其他物体(例如，第二物体26)之间的无线通信的方面，诸如通信装置20的传输功率水平。飞行模块42可以被配置为帮助控制可移动物体10的推进组件12，以在飞行期间调整可移动物体10的位置、取向、速度和/或加速度。通信模块40和飞行控制模块42可以被实施为用于在处理器38上执行的软件，或者可以被实施为至少部分地包括在处理器38中或与处理器分离的硬件和/或软件部件。例如，通信模块40和飞行控制模块42可以包括被配置为实施它们各自的功能的一个或多个CPU、ASIC、DSP、FPGA、逻辑电路等，或者可以共享处理器38中的处理资源。如本文所使用的，术语“配置为”应被理解为包括硬件配置、软件配置(例如，编程)及它们的组合，包括当与本文描述的任何控制器、电子控制单元或模块结合使用或者用于描述本文描述的任何控制器、电子控制单元或模块时。
可以以任何适当的配置来布置电子控制单元22的部件。例如，电子控制单元22的部件中的一个或多个部件可以位于与电子控制单元的部件中的一个或多个部件通信的可移动物体10、承载件16、有效载荷14、第二物体26、感测装置19或附加外部装置上。在一些实施例中，一个或多个处理器或存储装置可以位于不同的位置处，诸如可移动物体10、承载件16、有效载荷14、第二物体26、感测装置19上或附加外部装置上，它们与上述电子控制单元的部件中的一个或多个部件或其适当的组合进行通信，使得由系统执行的处理和/或存储功能的任何适当的方面可以在前述位置中的一个或多个位置处发生。
第二物体26可以在结构和/或功能上包括与控制系统23相同或相似的部件。例如，第二物体26的通信装置28可以包括传输器33和接收器35。传输器33和接收器35可以在结构和/或功能上分别与传输器32和接收器34相同或相似，因此将不再详细描述。第二物体26的电子控制单元30可以在结构(例如，可以包括存储器、处理器、模块等)和/或功能上与电子控制单元22相同或相似，因此将不再详细描述。
控制系统23可以接收与可移动物体10的飞行参数有关的信息(“飞行状态信息”或“状态信息”)。状态信息可以包括指示可移动物体的移动和位置中的至少一者的信息，例如当可移动物体10在飞行中或在静止时。例如，状态信息可以包括可移动物体10的速度、加速度、前进方向、高度(例如，地面上高度、海拔等)中的一者或多者、或者可移动物体10与其他物体(例如，第二物体26)之间的距离，但不限于此，并且可以包括其他信息或附加信息。可以通过包括在控制系统23中、与控制系统23连接或以其他方式与控制系统23相关联的一个或多个传感器44来检测或采集状态信息。为了简单起见，图2中仅示出了一个示例性传感器44。感测装置19中可以包括至少一个传感器44。传感器44可以包括例如陀螺仪、加速度计、压力传感器(例如，绝对压力传感器、差分压力传感器等)以及一个或多个(例如，多个)距离传感器，其可以包括一个或多个摄像机、红外线装置、紫外线装置、x射线装置、超声波装置、雷达装置、激光装置以及与定位系统(例如，全球定位系统(GPS)、GLONASS、Galileo、Beidou、GAGAN、GNSS等)相关联的装置。距离传感器可以被配置为产生指示其自身与其他物体(例如，第二物体26)、地面等之间的距离的信号。传感器44可以包括其他传感器或附加传感器、诸如温度传感器(例如，温度计、热电偶等)、运动传感器、惯性测量传感器、接近传感器、图像传感器等。
参考图2和图3，飞行控制模块42可以被配置为分析数据以确定距离信息(例如，可以包括距离分析模块)，或者以其他方式可以被配置为基于从传感器44和/或其他装置接收的输入来确定可移动物体10相对于第二物体26的距离L和/或可移动物体10相对于地面的高度H。例如，飞行控制模块42可以被配置为从定位装置(诸如GPS装置46)与另一定位系统(例如，GLONASS、Galileo、Beidou、GAGAN、GNSS等)一起操作的装置接收定位信息，并且单独地或结合从传感器44获得的信息使用定位信息来确定可移动物体10与第二物体26之间的距离L。在一些实施例中，来自GPS装置46的定位信息可以包括可移动的位置坐标。在其他实施例中，可移动物体10或第二物体26的位置可以是已知的并且存储在与电子控制装置22和30中的任一个相关联的存储器内。飞行控制模块42可以被配置为基于可移动物体10和第二物体26的位置来确定可移动物体10与第二物体26之间的距离L。
在一些实施例中，飞行控制模块42可以被配置为进一步地或替代性地基于可移动物体10的高度H来确定可移动物体10与第二物体26之间的距离L。可以基于来自传感器44的一个或多个测量值(例如，根据一个传感器的测量值确定)确定可移动物体的高度H。在其他实施例中，飞行控制模块42可以被配置为基于对多个高度测量值(例如，使用多个传感器44确定的，该多个传感器包括不同类型的传感器)和/或其他数据的分析来确定可移动物体10的高度H。在一些实施例中，飞行控制模块42可以被配置为基于来自地面之上的不同高度范围处的不同高度传感器的测量值来确定可移动物体10的高度H。例如，可以在第一高度范围内使用第一传感器(例如，超声波传感器、激光传感器等)，可以在第二高度范围内使用第二高度传感器(例如，单目相机或双目相机)，并且可以在第三高度范围内使用第三高度传感器(例如，压力传感器)。来自每个传感器的测量值可以被组合或以其他方式一起使用以确定可移动物体10的高度H。飞行控制模块42还可以被配置为单独地或者结合来自GPS装置的位置信息使用可移动物体10的高度H，以确定可移动物体10与第二物体26之间的距离L(例如，基于毕达哥拉斯定理、三角测量等)。
为了保存能量并减少与其他物体的信号干扰，通信模块40可以被配置为基于可移动物体10与另一物体(例如，第二物体26)之间的至少一距离(例如，距离L)和用于在另一物体处接收的信号的目标信噪水平(例如，期望的信噪比)来确定用于将信号从可移动物体10(例如，通过传输器32)传输到另一物体(例如，第二物体26)的传输功率水平。例如，传输器32可以被配置为产生在最大传输功率水平和最小传输功率水平之间的通信信号。在许多情况下，低于最大传输功率水平的传输信号足以产生可以在另一物体处以至少最低可接受质量接收的信号。用于具有至少最低质量的信号到达另一物体的所需的传输功率水平可能取决于几个因素，包括但不限于环境因素、障碍物的存在以及传输装置和接收装置之间的距离。这几个因素可能导致“路径损耗”(信号衰减)，这导致信号在其在传输器处的产生和其由接收器的接收之间的功率水平降低。
对于许多场景，对于行进通过空气的信号，第一物体(例如，可移动物体10的传输器32)与另一物体(例如，第二物体26的接收器35)之间的路径损耗可以被称为“自由空间路径损耗”或“PLfreespace”，并且可以如下进行计算：
PLfree space＝32.45+20logf(MHz)+20log L(km) 等式1
在上面的等式1中，f是传输频率，并且L是可移动物体10与第二物体26之间的距离。因此，自由空间路径损耗取决于传输的信号频率(例如，载波信号的频率)和传输物体(传输节点)与接收物体(接收节点)之间的距离。然而，在许多现实世界场景中，其他环境因素诸如特定的空气或大气条件、物理障碍物、反射物体或吸收物体的存在以及其他因素可以增加可移动物体10与第二物体26之间的路径损耗。为了考虑这些因素，可以通过经验测试确定损耗常数Δ并且与PLfree space组合以确定总路径损耗PLtotal，如下面的等式2所示。
PLtotal＝PLfree space+Δ 等式2
可以通过测量路径损耗(例如，通过将传输物体处的传输功率水平与接收物体处的所测量的功率水平进行比较)并将所测量的路径损耗与用于不同环境操作条件的自由空间路径损耗PLfree space进行比较来确定损耗常数Δ。可以确定一个或多个损耗常数，每个损耗常数对应于某些可识别的环境操作条件。当多个损耗常数可用时，例如，每个损耗常数对应于不同的环境条件，可以基于当前环境操作条件(例如，根据测量一个或多个条件确定的或由用户手动确定的)来选择损耗常数。基于所选择或所计算的损耗常数以及所确定的PLfree space值，可以计算PLtotal作为可移动物体10与第二物体26之间的总路径损耗。
通信模块40可以被配置为使用所确定的可移动物体10与第二物体26之间的PLfree space或PLtotal来确定产生将由第二物体26以期望的信号质量接收的信号所需的传输功率水平(PTX)。由第二物体26接收的信号的质量可以取决于其他因素，诸如在第二物体26处接收的信号的信噪比或比特误码率。信噪比(S/N)可以表示信号功率(“S”)与由第二物体26(例如，在接收器35处)接收的信号的背景噪声功率水平的比率。背景噪声可能包括由环境因素引起的噪声诸如热噪声、大气噪声、由其他无线通信装置引起的噪声或干扰等。噪声源的总和可称为本底噪声，而本底噪声在信号接收器处的功率可以称为Pnoise floor。PLnoise floor可以与温度(例如，环境温度)相关，因此可以基于所测量的温度值来进行确定。
比特误码率(BLER)可以反映在接收节点处接收的例如由于噪声、干扰等被更改的比特的数量。比特误码率可以是比特误码的数量除以在预计时间段期间或在数据块中传递的比特的总数。基于传输节点(例如，可移动物体10)(例如基于距接收节点的距离L和/或环境条件)为接收节点(例如，第二物体26)确定的目标S/N和目标BLER(“BLERtarget”)，传输节点可以调整(例如，增加或减少)其传输功率水平，以在接收节点处实现期望的信号质量。例如，传输节点可以调整其传输功率PTX，以在接收节点处实现期望的信噪比水平S/N和/或期望的比特误码率BLERtarget。
然而，在没有来自第二物体26的反馈通信的情况下，确定是否需要基于第二物体26处的实际S/N和BLER来调整可移动物体10处的传输功率可能是具有挑战性的或者不可能的。即，在传输节点和接收节点之间的反馈通信不可能或者不可靠(例如“开环”系统)的情况下，使用传统的通信系统和技术来将接收节点处的实际S/N和BLER分别与传输节点的期望的信噪比S/N和期望的BLERtarget进行比较是不可能的。
根据所公开的实施例，为了在不依赖于在第二物体26处接收的实际S/N或BLER的反馈的情况下确定用于从可移动物体10传输信号使得所传输的信号在第二物体26处以期望的信号质量接收的传输功率水平PTX，通信模块40可以被配置为基于可移动物体10与第二物体26之间的距离L以及可以由可移动物体10测量或存储的其他信息来确定PTX。例如，通信模块可以被配置为基于以上因素来确定实现期望质量的信号接收所需的传输功率PTX，如下式所示：
PTX＝Pnoise floor+S+PLtotal＝Pnoise floor+S+PLfree space+Δ 等式3
如上所述，可以基于所测量的温度值(例如，通过一个或多个传感器44)来确定Pnoise floor。与期望的信噪比以及损耗因子Δ对应的信号功率S可以被预先确定并存储在可移动物体10内(例如，存储器36内)。另外，可以基于已知的传输频率f和由飞行控制模块42确定的可移动物体10与第二物体26之间的距离L来确定PLfree space。这样，可以确定传输功率PTX而无需来自第二物体26的反馈通信，从而实现了更可靠的传输功率计算，并且减少了以传输器32的最大传输功率水平传输信号的需要。结果，可移动物体10可以实现更高的功率效率，这可以获得更长的飞行时间(即，更长持续时间的任务并且到达更远的距离)。
如图4所示，飞行控制模块42可以将所确定的距离L输出到另一个模块，诸如PLfree space模块48，以用于确定PLfree space。PLfree space模块48可以体现为硬件和/或软件，诸如包括在电子控制模块22内的处理器，或者存储在存储器36内并且可由处理器38或其部件执行的计算机可执行指令。在一些实施例中，可以组合PLfree space和损耗常数Δ(例如，通过加法)以确定PLtotal。如上所述，可以组合PLtotal、Pnoise floor和S(例如，通过加法)以确定用于将信号从可移动物体10传输到第二物体26的传输功率水平PTX。可以由通信模块40或处理器38的另一部件或电子控制单元22计算或以其他方式确定PLtotal和PTX。通信装置20可以使用PTX以低于传输器32的最大传输功率水平的功率水平传输信号(例如，通过传输器32)，从而实现上述益处。
在一些情况下，可移动物体10与第二物体26之间的距离L的可靠测量或确定可能不可用于确定PTX。当在第二物体26处的S/N和BLER测量也不可用的情况下距离测量不可用时，可能需要另一种确定PTX的方法。
图5示出了可移动物体10可以不配备用于测量可移动物体10与第二物体26之间的距离L或者可移动物体10在地面之上的高度H的传感器或定位装备的示例。此外，第二物体26可以不配备或配置为确定其实际S/N或BLER测量值和/或将其实际S/N或BLER测量值传输到可移动物体10。
在图5的示例实施例中，可移动物体10可以被配置为基于将信号发送到第二物体26的时间点T0与接收到返回信号的时间点T4之间经过的时间来确定可移动物体10与第二物体26之间的距离L。该经过时间段可以被称为“往返时间”(RTT)，并且可以在数学上被确定为所测量的时间T4和T0之间的差，即T4-T0。RTT可以被分解为多个离散的经过时间段t1、t2和t3。如图5所示，t1和t3可以分别表示由可移动物体10产生的信号到达第二物体26所经过的时间量(即，传输时间)以及由第二物体26产生的信号到达可移动物体10所花费的时间。在一些情况下，诸如对于可移动物体10与第二物体之间没有障碍物和低相对速度的视距通信，可以假设t1和t3近似相等。还如图5所示，t2可以表示第二物体26处理从可移动物体10接收的信号并产生返回信号所需的时间。因此，RTT可以表示为RTT＝T4-T0＝t1+t2+t3。
可移动物体10可以被配置为跟踪与T0和T4对应的绝对时间。例如，电子控制单元22可以包括时钟或计时器，并且可以跟踪T0和T4并将其存储在存储器36中以进行进一步处理。第二物体26可以被配置为通过跟踪从可移动物体10接收到信号和发送返回信号之间所经过的时间来测量t2。例如，电子控制单元30可以包括计时器或被配置为测量t2的其他装置或者与计时器或被配置为测量t2的其他装置通信。由第二物体26产生的返回信号可以指示t2，然后可移动物体10可以使用该t2来确定RTT。替代性地，可移动物体10可以被配置为例如基于先前通过经验、统计或模拟数据、计算等确定并存储在存储器36中的处理时间来估计第二物体26处理接收到的信号所需的时间t2。在一些实施例中，可以估计时间t2等于预定的常数值。
如图6所示，从时间T4开始并减去时间T0(例如，其中的每一个时间都可以已经由电子控制单元22中的时钟或计时器测量并存储在存储器36中或通过其他手段诸如从外部计时源获得)并且还减去时间t2(例如，其可以已经由电子控制单元30确定并传输到可移动物体10)，得出t1+t3的组合的经过时间(其对应于总传输时间)。t1+t3的总传输时间可以用于确定可移动物体10与第二物体26之间的距离L。例如，距离模块50可以被配置为基于往返时间RTT的t1+t3来确定距离L。距离模块50可以被实施为硬件和/或软件，诸如包括在电子控制模块22内的处理器或存储在存储器36内并且可由处理器38或其部件执行的计算机可执行指令。距离L可以由距离模块50基于以下表达式来确定：
在上面的等式4中，常数c表示在可移动物体10与第二物体26之间行进的信号的速度(例如，空气中的电磁波的速度)并且可以等于3×108m/s。在一些情况下，诸如当可移动物体10与第二物体26之间可以进行视距(LOS)或直接路径传播连接时，t1和t3的经过时间可以相等或近似相等。当t1和t3相等或近似相等时，等式4中的表达式可以写为L＝c×t1或L＝c×t3。距离模块50可以将所确定的距离L输出到另一个模块，诸如PLfree space模块48，以用于确定PLfree space。在一些实施例中，然后可以组合PLfree space和损耗常数Δ(例如，通过加法)以确定PLtotal。如上所述，可以组合PLtotal、Pnoise floor和期望的信号功率S(例如，通过加法)以确定用于将信号从可移动物体10传输到第二物体26的传输功率水平PTX。可以由通信模块40或处理器38的另一部件或电子控制单元22计算或以其他方式确定PLtotal和PTX。通信装置20可以使用PTX以低于传输器32的最大传输功率水平的功率水平传输信号(例如，通过传输器32)，从而实现上述益处。
图7示出了可以由示例性方法700执行的用于根据本公开内容的实施例确定可移动物体处的传输功率水平的一系列步骤。方法700可以包括获得指示可移动物体的移动和位置中的至少一者的状态信息的步骤(步骤702)。例如，状态信息可以包括可移动物体10的速度、加速度、前进方向或高度(例如，地面上高度、海拔等)中的一者或多者，但不限于此，并且可以包括其他信息或附加信息。如上所述，状态信息可以通过一个或多个传感器44获得，或者可以包括预定信息(例如，位置信息)。
方法700还可以包括使用状态信息来确定可移动物体与位于可移动物体外部的第二物体之间的距离的步骤(步骤704)。例如，可以使用状态信息诸如位置或其他位置信息、可移动物体10的高度H和/或可移动物体10的速度和前进方向来确定可移动物体10与第二物体26之间的距离L。
方法700还可以包括至少基于所确定的可移动物体与第二物体之间的距离以及用于在第二物体处接收的信号的目标信噪比水平来确定传输功率水平的步骤(步骤706)。例如，通信模块40可以根据上面的等式3在数学上组合Pnoise floor+S+PLfree space+Δ以确定PTX。通信模块40可以使用距离L(在步骤704中确定的)来确定PLfree space(如上所述)，因此PTX可以至少基于距离L和目标信噪信号功率水平S。
方法700还可以包括基于所确定的传输功率水平将信号从可移动物体传输到第二物体(步骤708)。例如，在步骤706中确定PTX之后，通信模块40可以被配置为将确定的PTX值输送到通信装置20或者使用PTX值来驱动通信装置20的传输器32以产生低于传输器32的最大传输功率水平的信号。
图8示出了可以由示例性方法800执行的用于根据本公开内容的实施例从可移动物体确定传输功率水平的一系列步骤。方法800可以包括测量在当将第一信号从可移动物体传输到第二物体时与当在可移动物体处从第二物体接收到第二信号时之间经过的往返时间(步骤802)。例如，可移动物体10可以例如使用由可移动物体10中的实时时钟或计时器测量的时间或基于从定位系统(诸如GPS)或其他计时源获得的时间来存储与当将第一信号从可移动物体10传输到第二物体26时对应的时间(例如，T0)以及再次由时钟或计时器测量或以其他方式从定位系统或其他计时源获得的可移动物体10从第二物体26接收到第二信号(例如，返回信号)的时间(例如，T4)。所测量的时间T4和T0之间的差可以指示总往返时间RTT。在一些实施例中，用于由第二物体26处理第一信号的经过时间t2可以由第二物体跟踪并且通过第二信号(即，返回信号)传输到可移动物体10。通信模块可以从T4和T0之间的差中减去t2以确定总传输时间(即，t1+t3)并将总传输时间除以2以确定可移动物体10和第二物体26之间的单向传输时间。
方法800还可以包括使用往返时间来确定可移动物体与位于可移动物体外部的第二物体之间的距离(步骤804)。例如，距离模块50可以基于步骤802的往返时间确定使用在等式4上来确定可移动物体10与第二物体26之间的距离L。距离模块50可以将所确定的距离L输出到另一个模块诸如PLfree space模块48，以用于确定PLfree space。在一些实施例中，然后可以组合PLfree space和损耗常数Δ(例如，通过加法)以确定PLtotal。
方法800还可以包括至少基于所确定的可移动物体与第二物体之间的距离以及用于在第二物体处接收的信号的目标信噪比水平来确定传输功率水平的步骤(步骤806)。例如，通信模块40可以根据上面的等式3在数学上组合Pnoise floor+S+PLfree space+Δ以确定PTX。通信模块40可以使用距离L(在步骤804中确定的)来确定PLfree space(如上所述)，因此PTX可以至少基于距离L和目标信噪信号功率水平S。
方法800还可以包括基于所确定的传输功率水平将信号从可移动物体传输到第二物体(步骤808)。例如，在步骤806中确定PTX之后，通信模块40可以被配置为将所确定的PTX值输送到通信装置20或者使用PTX值来驱动通信装置20的传输器32，以产生低于传输器32的最大传输功率水平的信号。
对于本领域的技术人员而言明显的是，可以对所公开的方法和系统进行各种修改和变化。考虑到所公开的方法和系统的说明书和实践，其他实施例对于本领域的技术人员来说将是明显的。例如，虽然参考示例性可移动物体10和第二物体26描述了所公开的实施例，但是本领域的技术人员将理解，本发明能够应用于具有不同类型的传输节点和接收节点的其他无线通信系统。说明书和示例旨在仅被视为是示例性的，其中真实范围由随附的权利要求书及其等同内容来指示。

Claims (30)

1.一种控制可移动物体中的无线通信装置的传输功率的方法，所述方法包括：
确定所述可移动物体与位于所述可移动物体外部的第二物体之间的距离；
至少基于所确定的所述可移动物体与所述第二物体之间的距离以及用于在所述第二物体处接收的信号的目标信噪比水平来确定传输功率水平；以及
基于所确定的传输功率水平将信号从所述可移动物体传输到所述第二物体。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述可移动物体与所述第二物体之间的距离包括：
获得指示所述可移动物体的移动和位置中的至少一者的状态信息；以及
使用所述状态信息来确定所述可移动物体与所述第二物体之间的距离。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述状态信息包括所述可移动物体或所述第二物体的全球定位系统(GPS)坐标。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述状态信息包括所述可移动物体的速度、加速度、前进方向或高度中的一者或多者。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述可移动物体与所述第二物体之间的距离还基于使用所述可移动物体上的传感器获得的测量高度。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，从所述可移动物体上的多个高度传感器确定所述测量高度。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述多个高度传感器包括超声波传感器、双目相机、激光器和压力传感器中的至少一者。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括下述步骤：
测量在当将第一信号从所述可移动物体传输到所述第二物体时与当在所述可移动物体处接收到来自所述第二物体的第二信号时之间经过的往返时间；以及
基于所测得的往返时间来确定所述可移动物体与所述第二物体之间的距离。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述可移动物体是无人飞行器(UAV)。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，确定传输功率水平的步骤还包括：基于所确定的所述可移动物体与所述第二物体之间的距离来计算自由空间路径损耗水平(PLfree space)的步骤。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括下述步骤：
基于计算出的自由空间路径损耗水平(PLfree space)和常数来确定路径损耗水平(PL)；以及
基于所述路径损耗水平(PL)、本底噪声功率水平和所述目标信噪比水平来确定所述传输功率水平。
12.一种用于控制可移动物体的无线通信装置的传输功率的系统，所述系统包括：
存储器，所述存储器具有存储在其中的指令；以及
电子控制单元，所述电子控制单元具有处理器，所述处理器被配置为执行所述指令，以便：
确定所述可移动物体与位于所述可移动物体外部的第二物体之间的距离；
至少基于所确定的所述可移动物体与所述第二物体之间的距离以及用于在所述第二物体处接收的信号的目标信噪比水平来确定传输功率水平；以及
基于所确定的传输功率水平将信号从所述可移动物体传输到所述第二物体。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述处理器被配置为执行所述指令，以便：
获得指示所述可移动物体的移动和位置中的至少一者的状态信息；以及
使用所述状态信息来确定所述可移动物体与所述第二物体之间的距离。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述状态信息包括所述可移动物体或所述第二物体的全球定位系统(GPS)坐标。
15.根据权利要求13所述的系统，其中，所述状态信息包括所述可移动物体的速度、加速度、前进方向或高度中的一者或多者。
16.根据权利要求12所述的系统，其中，所述可移动物体与所述第二物体之间的距离还基于使用所述可移动物体上的传感器获得的测量高度。
17.根据权利要求16所述的系统，其中，由从所述可移动物体上的多个高度传感器确定所述测量高度。
18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述多个高度传感器包括超声波传感器、双目相机、激光器和压力传感器中的至少一者。
19.根据权利要求12所述的系统，其中，所述处理器被配置为执行所述指令，以便：
测量在当将第一信号从所述可移动物体传输到所述第二物体时与当在所述可移动物体处接收到来自所述第二物体的第二信号时之间经过的往返时间；以及
基于所测得的往返时间来确定所述可移动物体与所述第二物体之间的距离。
20.根据权利要求12所述的系统，其中，所述可移动物体是无人飞行器(UAV)。
21.根据权利要求12所述的系统，其中，所述处理器被配置为执行所述指令，以基于所确定的所述可移动物体与所述第二物体之间的距离来计算自由空间路径损耗水平(PLfree space)，并且基于计算出的PLfree space来确定所述传输功率水平。
22.根据权利要求21所述的系统，其中，所述处理器被配置为执行所述指令，以便：
基于计算出的自由空间路径损耗水平(PLfree space)和常数来确定路径损耗水平(PL)；以及
基于所述路径损耗水平(PL)、本底噪声功率水平和所述目标信噪比水平来确定所述传输功率水平。
23.一种无人飞行器(UAV)，包括：
推进装置；
通信装置；
电力存储装置，所述电力存储装置被配置为为所述推进装置和所述通信装置供电；
存储器，所述存储器存储指令；以及
电子控制单元，所述电子控制单元与所述通信装置通信，并且被配置为控制所述通信装置的传输功率，所述控制器包括处理器，所述处理器被配置为执行所述指令，以便：
确定所述可移动物体与位于所述可移动物体外部的第二物体之间的距离；
至少基于所确定的所述可移动物体与所述第二物体之间的距离以及用于在所述第二物体处接收的信号的目标信噪比水平来确定传输功率水平；以及
基于所确定的传输功率水平将信号从所述可移动物体传输到所述第二物体。
24.根据权利要求23所述的无人飞行器，其中，所述处理器被配置为执行所述指令，以便：
获得指示所述可移动物体的移动和位置中的至少一者的状态信息；以及
使用所述状态信息来确定所述可移动物体与所述第二物体之间的距离。
25.根据权利要求24所述的无人飞行器，其中，所述状态信息包括所述可移动物体或所述第二物体的全球定位系统(GPS)坐标或所述可移动物体的速度、加速度、前进方向或高度中的一者或多者。
26.根据权利要求23所述的无人飞行器，其中，所述可移动物体与所述第二物体之间的距离基于使用所述可移动物体上的传感器获得的测量高度。
27.根据权利要求23所述的无人飞行器，其中，所述处理器被配置为执行所述指令，以便：
测量在当将第一信号从所述可移动物体传输到所述第二物体时与当在所述可移动物体处接收到来自所述第二物体的第二信号时之间经过的往返时间；以及
基于所测得的往返时间来确定所述可移动物体与所述第二物体之间的距离。
28.根据权利要求23所述的无人飞行器，其中，所述处理器被配置为执行所述指令，以基于所确定的所述可移动物体与所述第二物体之间的距离来计算自由空间路径损耗水平(PLfree space)，并且基于计算出的PLfree space来确定所述传输功率水平。
29.根据权利要求26所述的无人飞行器，其中，所述处理器被配置为执行所述指令，以便：
基于计算出的自由空间路径损耗水平(PLfree space)和常数来确定路径损耗水平(PL)；以及
基于所述路径损耗水平(PL)、本底噪声功率水平和所述目标信噪比水平来确定所述传输功率水平。
30.一种存储指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令在被执行时使计算机执行一种控制可移动物体中的无线通信装置的传输功率的方法，所述方法包括：
确定所述可移动物体与位于所述可移动物体外部的第二物体之间的距离；
至少基于所确定的所述可移动物体与所述第二物体之间的距离以及用于在所述第二物体处接收的信号的目标信噪比水平来确定传输功率水平；以及
基于所确定的传输功率水平将信号从所述可移动物体传输到所述第二物体。
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