CN109845306A - 用于蜂窝通信的uav - Google Patents

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CN109845306A CN201780062446.9A CN201780062446A CN109845306A CN 109845306 A CN109845306 A CN 109845306A CN 201780062446 A CN201780062446 A CN 201780062446A CN 109845306 A CN109845306 A CN 109845306A
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Abstract

使用UAV网络小区可以使无线通信运营商能够向地理区域提供补充的蜂窝网络通信覆盖。在一些实现中，UAV网络小区的第一基带处理器可以经由第一天线与地面网络小区建立第一通信链路。地面网络小区可以经由有线回程连接到无线运营商网络的核心网络。此外，UAV网络小区的第二基带处理器可以经由第二天线与用户设备建立第二通信链路。第一基带处理器和第二基带处理器可以通信地耦合在一起。因此，通信数据可以通过第一通信链路和第二通信链路在用户设备和核心网络之间被路由。

Description

用于蜂窝通信的UAV
相关专利申请的交叉引用
本专利是2016年12月14日提交的标题为“UAV蜂窝通信服务递送(UAV CellularCommunication Service Delivery)”、序列号为15/378,045的美国专利申请的部分继续申请，并且要求于2016年10月11日提交的标题为“用于蜂窝通信的UAV(UAV for CellularCommunication)”、序列号为62/406,707的美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入本申请。
背景技术
无线通信设备是大多数用户日常生活中不可或缺的部分。无线通信设备用于进行语音呼叫、检查电子邮件和文本消息、更新社交媒体页面、流化媒体、浏览网站等。结果，无线通信设备的用户期望电信运营商始终提供恒定且可靠的无线通信服务。
在某些情况下，无线通信服务可能由于自然或人为事件而中断。例如，自然灾害可能会将地理区域中至网络小区的电力或通信电缆击倒。在另一个示例中，庆祝事件或体育事件可能导致极大数量的用户压倒网络小区并阻止网络小区提供足够的无线通信服务。在这种情况下，无线通信运营商可以将地面无线通信支持车辆部署到受影响的地理区域以提供网络覆盖。
然而，在一些场景中，地面无线通信支持车辆的部署可能受到自然地形特征和/或人为障碍物的阻碍。例如，陡峭的山坡或缺乏可通行的道路可能阻止地面无线通信支持车辆到达受影响的地理区域以提供补充的无线通信服务。缺乏补充的无线通信服务可能破坏第一响应者响应紧急事件和协调紧急服务努力的能力，以及防止公众在事件期间执行正常的无线通信。
附图说明
参考附图描述了详细描述，其中附图标记的最左边的数字标识了首次出现附图标记的附图。在不同图中使用相同的附图标记表示相似或相同的条目。
图1示出了用于实现基于无人机(UAV)的蜂窝通信服务递送的示例环境。
图2是示出提供网络覆盖的UAV网络小区的各种组件的框图。
图3是示出用于UAV网络小区的通信中继器的高级架构的示意图的框图。
图4是示出管理基于UAV的网络小区的运营商网络的UAV网络小区控制器的各种组件的框图。
图5是用于将UAV网络小区分派到地理位置以提供网络覆盖的示例过程的流程图。
图6是用于管理被分派到地理位置以提供网络覆盖的UAV网络小区的示例过程的流程图。
图7是用于为在地理区域中提供网络覆盖的UAV网络小区生成飞行轨迹的示例过程的流程图。
图8是用于管理包括至少一个UAV网络小区的多个网络小区之间的用户设备的切换的示例过程的流程图。
图9是用于UAV网络小区以建立支持用户设备与无线运营商网络之间的通信数据交换的通信链路的示例过程的框图。
详细描述
本公开涉及使用无人机(UAV)来提供蜂窝网络通信覆盖的技术。蜂窝网络通信覆盖可以由UAV递送到地理区域，否则该地理区域不具有来自地面网络小区的网络覆盖。在一些情况下，地理区域可以是正在经历自然灾害的区域或者破坏现有地面网络小区的功能的人为事件。在其他情况下，地理区域可以是通常不提供蜂窝网络通信覆盖的远程区域。然而，由于某些事件的发生，无线通信运营商可能希望临时为远程区域提供网络通信覆盖。例如，紧急响应者可能已被分派到远程区域以对抗森林火灾或进行将经由蜂窝网络通信协调的救援操作。在一些场景中，可以将携带提供网络小区(称为UAV网络小区)的通信设备的UAV分派到地理区域。
如果能够提供蜂窝网络通信覆盖的地面车辆单元不能行进到地理区域，或者在指定的时间量内无法到达地理区域，则可以分派UAV网络小区。例如，通往由于自然灾害或人为事件可能使通往受影响地理区域的道路无法通行或几乎无法通行。在另一个示例中，地形特征和缺少现有道路可能阻止地面车辆单元到达地理区域。由无线通信运营商分派到特定地理区域的UAV网络小区可以使服务订户的用户设备能够使用由运营商的运营商网络提供的无线通信服务。
在各种实施例中，UAV网络小区可以由无线通信运营商的UAV网络小区控制器分派。在确定是否分派UAV网络小区时，UAV网络小区控制器不仅可以考虑地面车辆单元是否能够被分派以提供相同的服务，还可以考虑许多其他因素。这些众多其他因素可能包括天气状况、地理特征、网络服务能力、政府飞行规则和限制等等。在一些实施例中，被分派到地理区域的UAV网络小区可以被配置为对特定高优先级用户设备的通信的处理进行优先级排序。在这样的实施例中，高优先级用户设备可以是由紧急响应者、执法人员和/或发送到地理区域的其他关键人员(例如，无线运营商技术人员)使用的用户设备。
在一些实施例中，UAV网络小区可以包括为用户设备提供蜂窝网络覆盖的硬件和软件组件，以及维持与无线运营商网络的地面网络小区(例如，供给站点)的无线通信回程。在这样的实施例中，UAV网络小区的第一基带处理器可以经由第一天线与地面网络小区建立第一通信链路。地面网络小区可以经由有线回程连接到无线运营商网络的核心网络。此外，UAV网络小区的第二基带处理器可以经由第二天线与用户设备建立第二通信链路。第一基带处理器和第二基带处理器可以通信地耦合在一起。因此，可以通过第一通信链路和第二通信链路在用户设备和核心网络之间路由通信数据。
UAV网络小区的使用可以使无线通信运营商能够向利用基于地面车辆的网络小区在合理的时间内无法访问或难以访问的地理区域提供补充的蜂窝通信覆盖(在此也称为网络覆盖)。以这种方式，当自然灾害或人为事件破坏正常的无线通信服务时，无线通信运营商的UAV网络小区可以向订户用户设备提供补充的无线通信服务。或者，无线通信运营商的UAV网络小区可以向远程区域提供临时但必要的无线通信服务，以支持紧急响应或执法活动。这里描述的技术可以多种方式实现。下面参考以下图1-9提供示例实现。
示例环境架构
图1示出了用于实现基于无人机(UAV)的蜂窝通信服务递送的示例环境100。环境100可以包括服务多个用户设备的无线运营商网络102，例如多个订户的用户设备104(1)-104(N)。由电信运营商操作的无线运营商网络102可以包括无线电接入网络106和核心网络108。无线运营商网络102可以根据一个或更多个技术标准提供电信和数据通信，例如增强数据GSM演进(EDGE)、宽带码分多址(W-CDMA)、高速分组接入(HSPA)、长期演进(LTE)、CDMA-2000(码分多址2000)等等。
无线电接入网络106可以包括多个基站，例如地面基站110(1)-110(N)。地面基站110(1)-110(N)负责处理用户设备104(1)-104(N)与核心网络108之间的语音和数据业务。因此，基站110(1)-110(N)中的每一个可以提供相应的地面网络小区，其递送电信和数据通信覆盖。核心网络108可以使用网络小区来向多个用户设备104(1)-104(N)提供通信服务。例如，核心网络108可以将用户设备104(1)-104(N)连接到其他电信和数据通信网络，例如互联网112和公共交换电话网络(PSTN)114。在各种实施例中，核心网络108可以包括实现网络组件的一个或更多个计算设备116。网络组件可以包括将语音呼叫路由到PSTN 114和从PSTN114路由语音呼叫的服务GPRS支持节点(SGSN)、网关GPRS支持节点(GGSN)，其处理外部分组交换网络与核心网络108之间的数据通信的路由。网络组件还可以包括分组数据网络(PDN)网关(PGW)，其在GGSN和互联网112之间路由数据业务。另外，UAV网络小区控制器118可以由核心网络108的计算设备116实现。
用户设备104(1)-104(N)中的每一个可以是智能电话、平板电脑、嵌入式计算机系统或能够使用由无线运营商网络102提供的无线通信服务的任何其他设备。在各种实施例中，用户可以使用用户设备进行语音呼叫、发送和接收文本消息，以及从互联网112下载内容。
UAV网络小区控制器118可以分派UAV网络小区以向地理区域提供补充的网络通信覆盖。例如，可以分派UAV网络小区120以提供覆盖地理区域的网络小区124。地理区域可以包括正常地面蜂窝通信覆盖已经被破坏的区域或者否则没有地面蜂窝通信覆盖的远程区域。由于自然灾害或人为事件，正常的地面蜂窝通信覆盖可能会中断。
每个UAV网络小区可以是固定翼飞机、旋翼飞机、刚性浮力气体飞艇、非刚性浮力气体飞艇等形式的无人驾驶飞行器。气体飞艇可以使用充满浮力气体的气体封套以实现起飞和/或保持为风媒的。无人驾驶飞行器可以配备有微eNodeB，用于向用户设备提供上行链路和下行链路的蜂窝通信。无人驾驶飞行器还可以配备有通信中继组件，该通信中继组件将用户设备的通信业务中继到附近的地面基站。例如，UAV网络小区120可以向用户设备104(1)-104(N)提供蜂窝通信上行链路和下行链路，同时将来自用户设备104(1)-104(N)的任何通信业务中继到基站110(2)。以这种方式，UAV网络小区120可以最终使用基站110(2)的回程122来在用户设备104(1)-104(N)自身和核心网络108之间路由用户设备104(1)-104(N)的通信业务。换句话说，基站110(2)可以充当关于UAV网络小区120的供给站点，用于将通信业务路由到核心网络108。
诸如UAV网络小区120的UAV网络小区可以使用无线带内中继回程来将用户设备的通信业务中继到基站。在这种情况下，无线带内中继回程意味着UAV网络小区可以使用相同的通信带来向用户设备提供通信链路并将用户设备的通信业务中继到基站。UAV网络小区可以通过使用针对与用户设备的上行链路/下行链路的通信带的一些物理资源块来实现无线带内中继回程，同时使用通信带的其他物理资源块以将用户设备的通信业务中继到基站。
在其他情况下，UAV网络小区可以以多输入多输出(MIMO)方式使用多个通信带，其中一组通信带被保留用于与用户设备的上行链路/下行链路通信，而另一组通信带被保留用于将用户设备的通信业务中继到基站。在其他情况下，UAV带网络小区可以使用多种通信技术来实现与用户设备的上行链路/下行链路通信以及与基站的中继通信。例如，UAV网络小区可以将LTE通信带用于用户设备的上行链路/下行链路，同时使用微波带或光信号来将用户设备的通信业务中继到基站。
UAV网络小区控制器118可以经由控制命令控制UAV网络小区的飞行。可以经由基站和/或卫星将控制命令发送到UAV网络小区。在一些实施例中，基站可以经由专用飞行控制通信带将控制命令发送到UAV网络小区。专用飞行控制通信可以进一步用于从UAV网络小区接收操作信息。在其他实施例中，基站可以经由带内控制通信将控制命令发送到UAV网络小区。在这样的实施例中，用于将用户设备通信业务中继到UAV网络小区和从UAV网络小区中继用户设备通信业务的通信频带的一些物理资源块可以适用于控制命令使用。特别地，物理资源块可以用于向UAV网络小区发送控制命令并从UAV网络小区接收操作信息。
使用卫星将控制命令发送到UAV网络小区可以包括UAV网络小区控制器118经由卫星通信信道将控制命令发送到卫星。反过来，卫星可以经由卫星下行链路信道将控制命令发送到UAV网络小区。相反，UAV网络小区可以使用卫星上行链路信道将操作信息发送到卫星，使得卫星可以使用卫星通信信道将UAV网络小区的操作信息中继到UAV网络小区控制器118。换句话说，UAV网络小区和基站之间的通信可能在范围上受到限制，并且UAV网络小区和卫星之间的通信可能很远并且受地形障碍的影响较小。因此，在一些情况下，UAV网络小区控制器118可以默认使用基站来尽可能地与UAV网络小区通信控制命令和操作信息。然而，当基站与UAV网络小区的通信丢失时，UAV网络小区控制器118可以切换到使用卫星通信来发送UAV网络小区的控制命令并从UAV网络小区接收操作信息。
由UAV网络小区控制器118发送到UAV网络小区的控制命令可以引导UAV网络小区的飞行路径。控制命令还可以命令UAV网络小区执行自动操作，例如从出发点自动起飞、飞到特定地理位置、在特定地理位置悬停在预设高度、以相对于特定地理位置的保持模式飞行、返回并降落在预定目的地点等等。由UAV网络小区提供的操作信息可以包括战斗遥测信息、地理定位信息、UAV健康信息(例如，发动机状态、燃料/动力状态、飞行控制表面状态、通信设备状态、警告信息、自诊断信息等等)。
在各种实施例中，UAV网络小区控制器118可以使用控制命令分派UAV网络小区以在地理区域提供网络覆盖。在确定是否分派UAV网络小区时，UAV网络小区控制器118不仅可以考虑是否可以分派地面车辆单元以提供相同的服务，还可以考虑多种其他因素。这些因素可以包括天气条件、地理特征、网络服务能力，政府飞行规则和限制等等。在一些情况下，UAV网络小区的任务可以是提供覆盖地理区域的最大部分的网络小区。
在其他情况下，UAV网络小区的任务可以是向地理区域中的最大数量的用户递送蜂窝通信覆盖。例如，UAV网络小区120可以被定位成向用户设备104(1)-104(4)的集群提供蜂窝通信服务，而用户设备104(4)-104(N)可以没有蜂窝通信覆盖。在另外的实例中，被分派到地理区域的UAV网络小区可以被配置为对特定高优先级用户设备的通信的处理进行优先级排序。在这样的实施例中，高优先级用户设备可以是由紧急响应者和/或发送到地理区域的其他关键人员使用的用户设备。
示例UAV网络小区组件
图2是示出提供网络覆盖的UAV网络小区200的各种组件的框图。UAV网络小区200可以包括电源202、推进硬件204、飞行控制硬件206、通信硬件208、传感器210、一个或更多个处理器212和存储器214。电源202可以包括电池、可燃液体燃料、可燃气体燃料、固体推进剂燃料、太阳能电池板、压缩气体和/或其他能源。推进硬件204可以包括能够将由电源202提供的能量转换成UAV网络小区200移动的机械设备。例如，推进硬件可以包括安装在UAV网络小区200的机翼和/或主体上的内燃机、电动机、喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机、火箭发动机、螺旋桨、转子等。
飞行控制硬件206可以包括能够操纵UAV网络小区200的致动器和控制表面。例如，致动器可以包括液压致动器、气动致动器、电致动器等。致动器可以移动或偏转控制表面以控制UAV网络小区200的移动。控制表面可以包括倾斜翼、方向舵、板条、副翼、升降舵、装饰翼片、翅片、前翼和/或类似物。在一些实施例中，飞行控制硬件206可以与推进硬件204集成。例如，这种集成硬件可以包括倾斜转子、可变桨距转子、具有可移动推力喷嘴的喷气发动机等等。
通信硬件208可以包括使得UAV网络小区200能够向用户设备104(1)-104(N)提供补充的蜂窝通信覆盖以及与UAV网络小区控制器118通信的硬件组件。在各种实施例中，通信硬件208可以包括数字信号处理器(DSP)，其包括单核或多核处理器。处理器可以并行执行操作以处理连续的数据流。通信硬件208还可以包括管理高速通信接口的网络处理器，包括与外围组件交互的通信接口。网络处理器和外围组件可以通过交换结构链接。通信硬件208还可以包括硬件解码器和编码器、天线控制器、存储器缓冲器、网络接口控制器、信号收发器、订户身份模块(SIM)卡槽、通用串行总线(USB)控制器和/或其他信号处理和通信组件。可以将SIM卡(也称为通用集成电路卡(UICC))插入到SIM卡插槽中，以使UAV网络小区200能够与地面基站通信。或者，SIM卡可以是嵌入式SIM卡，其与其他组件硬连线。因此，通信硬件208可以支持用于蜂窝通信、微波通信和/或其他形式的基于电磁能量的通信的发送和接收数据。
通信硬件208还可以包括支持数据信号的发送和接收的一个或更多个天线。天线可以包括八木天线、喇叭天线、碟形反射器天线、缝隙天线、波导天线、维瓦尔第天线、螺旋天线、平面天线、偶极阵列天线、折纸天线和/或其他天线类型。在一些情况下，天线可以被定向成经由电子束形成和/或经由天线控制器的天线的一个或更多个元件的机械移动指向特定方向。例如，被配置为向用户设备104(1)-104(N)提供蜂窝上行链路/下行链路的天线可以被定向为在朝向下的半球图案中在UAV网络小区200的主体下方广播和接收无线电信号，因为UAV网络小区200通常在用户设备104(1)-104(N)上方飞行。在另一示例中，随着UAV网络小区200沿着飞行路径行进，被配置为与基站或卫星通信的天线可以在基站或卫星的方向上连续地重定向。
传感器210可包括相机、雷达、罗盘、空气速度传感器、高度传感器、全球定位系统(GPS)传感器、控制设置传感器、推进设置传感器、车辆系统健康传感器、应答器询问器和/或其他传感器。各种传感器可以提供关于UAV网络小区200的操作信息，该操作信息由通信硬件208发送到UAV网络小区控制器118。在一些情况下，UAV网络小区200可以进一步配备有应答器，该应答器响应于射频询问提供车辆识别和飞行状态信息。
每个处理器212可以是单核处理器、多核处理器、复杂指令集计算(CISC)处理器或其他类型的处理器。存储器214可以使用计算机可读介质实现，例如计算机存储介质。计算机可读介质包括至少两种类型的计算机可读介质，即计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质包括以用于存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据之类的信息的任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储技术、CD-ROM、数字存储盘或其他光存储器、磁带盒、磁带、磁盘存储器或其他磁存储设备，或者可以用于存储信息以供计算设备访问的任何其他非传输介质。相反，通信介质可以体现计算机可读指令、数据结构、程序模块或调制数据信号中的其他数据，例如载波或其他传输机制。
一个或更多个处理器212和存储器214可以实现飞行控制软件216和通信软件218。飞行控制软件216可以从UAV网络小区控制器118接收控制命令。反过来，飞行控制软件216可以根据控制命令操纵推进硬件204和飞行控制硬件206。此外，飞行控制软件216可以聚合由传感器210收集的操作信息以传输到UAV网络小区控制器118。在一些实施例中，飞行控制软件216可以包括执行自动飞行操作的算法，例如从出发点飞行到特定位置或在特定位置着陆。
在其他情况下，飞行控制软件216可以包括机载防撞系统(ACAS)，其响应于经由传感器210获得的雷达信息、图像信息和/或应答器信息感测到的另一个空中交通工具的接近，或者响应于接近存储在UAV网络小区200的内部地图数据库中的地形障碍物，自动地使UAV网络小区200从飞行路径转向。
通信软件218可以与通信硬件208一起工作以为用户设备提供蜂窝通信覆盖，以及维持与UAV网络小区控制器118的通信。在各种实施例中，通信软件218可以包括与开放系统互连模型(OSI)模型中的层相关联的软件组件。这些层可以包括物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。例如，软件组件可以包括无线电驱动器、数据分组调度器、数据编码器、数据解码器、控制带内数据聚合的天线控制软件、数据路由、数据传输和数据接收功能。
图3是示出用于UAV网络小区的通信中继器300的高级架构的示意图的框图。例如，通信中继器300可以是存在于UAV网络小区200中的通信硬件208的一部分。通信中继器300可以由能量存储设备(例如电池)和/或由UAV网络小区200的推进硬件204生成的电能供电。通信中继器300可以使用LTE作为到供给站点(例如，基站110(2))的回程，以便向地理区域中的多个用户设备(例如用户设备104(1)-104(N))提供网络覆盖。在至少一个实施例中，通信中继器300可以使用单独的带来与供给站点通信并与用户设备通信。例如，通信中继器300可以使用一个通信带(例如，4号带)用于回程，而另一个通信带(例如，2号带)用于向用户设备提供服务。通信中继器300可以包括基带处理器302和基带处理器304，它们可通信地耦合到中央处理器单元(CPU)306以及彼此耦合。在一些实施例中，单个基带处理器302可以耦合到多个基带处理器304，反之亦然。基带处理器304可以经由天线308的一个或更多个天线元件发送和接收通信信号。同样，基带处理器302可以经由天线310的一个或更多个天线元件发送和接收通信信号。天线308和310可以为通信中继器300提供执行多输入多输出(MIMO)信号传输的能力。
基带处理器304可以被配置为处理向用户设备供应网络覆盖(即通信链路)。基带处理器302可以被配置为处理通信中继器300和供给站点之间的回程(通信链路)。因此，基带处理器302可以通信地链接到嵌入式SIM312。嵌入式SIM 312可以使通信中继器300能够向核心网络108进行认证，以便与无线运营商网络102建立通信。例如，基带处理器302可以将包含在SIM 312中的电子标识符(集成电路卡标识符(ICCID)、FMSI等)发送到无线运营商网络102的核心网络108。进而，核心网络108的认证模块可以验证电子标识符是有效的。
在验证时，核心网络108可以允许基带处理器302与供给站点(例如，基站110(2))建立通信链路。虽然基带处理器302和304被示为单独的处理器，但是在一些实施例中，这些基带处理器可以被集成到单个处理器中。CPU 306可以执行协调由基带处理器304和基带处理器302执行的通信数据路由操作的软件代码和/或应用程序。可由CPU 306执行的其他软件代码和/或应用可以通过存储在SIM 312中的电子标识符来处理UAV网络小区200对核心网络108的认证。以这种方式，用户设备可以通过使用在用户设备和基带处理器304之间建立的通信链路，以及在基带处理器302和供给站点之间建立的通信链路来交换通信数据。
通信中继器300还可以包括功率调节器，该功率调节器在预定量的不活动(即，缺乏与用户设备和供给站点的通信活动)之后自动关闭通信中继器300。在一些实施例中，用于通信中继器300或通信硬件208的外壳可以被配置为在UAV网络小区200飞行时通过将气流转移到组件来提供被动冷却。以这种方式，可以减少或移除动力冷却组件(例如，电冷却风扇)和/或重型冷却翅片和叶片。
因此，通信中继器300的设计可以消除自干扰并消除使用单独的天线来提供与供给站点的回程通信和针对用户设备的网络覆盖。此外，使用MIMO和载波聚合技术以用于与供给站点通信可以允许高吞吐量以容纳服务侧的大量用户设备。此外，使用嵌入式SIM代替插入SIM插槽的SIM卡可以减少或消除由于振动导致的不良电接触故障的可能性。使用提供朝向下的半球形天线图案而非全向天线图案的天线可以最小化能量浪费。总的来说，通信中继器300被设计成最小化重量和能量消耗，以便安装在UAV网络小区上。
示例UAV网络小区控制器组件
图4是示出管理基于UAV的网络小区的UAV网络小区控制器118的各种组件的框图。UAV网络小区控制器118可以在一个或更多个计算设备116上实现。计算设备116可以是无线电接入网络106或核心网络108的一部分。计算设备116可以包括通信接口402、一个或更多个处理器404、存储器406和设备硬件408。通信接口402可以包括无线和/或有线通信组件，其使得计算设备能够经由无线运营商网络102向其他联网设备发送数据和从其他联网设备接收数据。设备硬件408可以包括执行用户界面、数据显示、数据通信，数据存储和/或其他服务器功能的附加硬件。
可以使用诸如计算机存储介质的计算机可读介质来实现存储器406。计算机可读介质包括至少两种类型的计算机可读介质，即计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质包括以用于存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据之类的信息的任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储技术、CD-ROM、数字存储盘或其他光存储器、磁带盒、磁带、磁盘存储器或其他磁存储设备，或者可以用于存储信息以供计算设备访问的任何其他非传输介质。相反，通信介质可以体现为计算机可读指令、数据结构、程序模块或调制数据信号中的其他数据，例如载波或其他传输机制。
计算设备116的处理器404和存储器406可以实现操作系统410、UAV网络小区控制器118和切换控制器412。操作系统410可以包括使计算设备116能够经由各种接口(例如，用户控制、通信接口和/或存储器输入/输出设备)接收和发送数据的组件，以及使用处理器404处理数据以生成输出的组件。操作系统410可以包括呈现组件，其呈现输出(例如，在电子显示器上显示数据、将数据存储在存储器中、将数据发送到另一电子设备等)。另外，操作系统410可以包括执行通常与操作系统相关联的各种附加功能的其他组件。
UAV网络小区控制器118可以包括分派模块414、轨迹计算模块416、飞行控制模块418和用户界面模块420。这些模块可以包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序指令、对象和/或数据结构。
分派模块414可以基于多个因素确定是否分派UAV网络小区。这些因素可以包括是否可以分派地面车辆单元以在期望的时间量内提供补充的蜂窝网络通信覆盖。例如，缺乏道路，不通的地形或困难的道路状况可能使得部署地面车辆单元变得不切实际或不可能。天气条件也可能是影响分派UAV网络小区的决定的因素。例如，高风条件或暴雨可能使UAV网络小区接地，直到风速或降水水位低于最大阈值。
这些因素还可以包括可用UAV网络小区对部署参数的适合度。部署的参数可以包括地理区域的大小、预期在地理区域中的多个用户设备、要服务的用户设备的预期地面移动速度、地理区域中的地理特征的高度、最近的地面基站与地理区域的接近度，和/或其他因素。
可用UAV网络小区的适合度可取决于UAV网络小区的规范。UAV网络小区的规格可以包括UAV网络小区中eNodeB的传输功率、用于与基站通信的UAV网络小区的中继收发器的传输功率、UAV网络小区的最大飞行上限、UAV网络小区的最大高空持续时间、UAV网络小区的巡航速度、UAV网络小区的静止悬停能力，和/或UAV网络小区的其他飞行或通信特性。例如，非刚性浮力气体飞艇形式的UAV网络小区可具有高的高空耐久时间但是低空速。因此，这种UAV网络小区对于长时间服务小的远程地理区域可能是理想的。另一方面，旋翼UAV网络小区可以具有悬停在固定位置但是可以具有相对短的高空耐久度的能力。因此，这样的UAV网络小区可以理想地用于快速移动到小地理区域上的位置，以提供短期补充的网络覆盖，直到地面基站恢复在线为止。
可能影响UAV网络小区是否被分派的其他因素可能包括政府法规和对无人机飞越的限制。在一个示例中，政府机构可以要求UAV不超过每小时100英里的最大地面速度并且不超过地面以上400英尺(AGL)的最大高度。在UAV是浮力气体飞艇的情况下，政府飞行规则可能要求飞艇不得在任何机场的五英里半径内运行，并且可能仅在距离任何云底部不少于500英尺的情况下运行。在另一个示例中，政府机构可以在禁止某些类型的空降车辆在该位置操作的位置周围建立永久或临时禁飞区，限制空中运载车辆可以在该位置上操作的日期和/或时间等。
在各种实施例中，分派模块414可以基于存储在飞行操作数据源426中的操作条件数据424来获得用于确定是否分派UAV网络小区的因素。飞行操作数据源426可以是由无线运营商网络102和/或一个或更多个第三方维护的数据源。飞行操作数据源426可以包括气象数据库、飞行信息数据库、UAV数据库、地图数据库和网络操作数据库。气象数据库可以提供多个地理区域的天气数据和天气预报。飞行信息数据库可以提供政府飞行管制信息、政府飞行限制信息、航班时刻表和飞机的飞行计划、飞机识别信息等。UAV数据库可以提供可由蜂窝通信运营商部署的UAV网络小区的规范和状态。地图数据库可以提供地理信息、地形信息、道路基础设施信息、自然或人造结构信息等。网络操作数据库可以提供无线运营商网络102的地面基站和其他网络组件的位置和规范，以及不同地理区域的订户用户设备的历史使用模式和趋势。在一些实施例中，分派模块414可以使用机器学习来基于来自飞行操作数据源426的数据来确定是否分派特定的UAV网络小区。各种分类方案(显式地和/或隐式地训练的)和/或系统(例如，支持向量机、神经网络、专家系统、贝叶斯信念网络、模糊逻辑、数据融合引擎和/或类似物)可以与执行分派决策一起使用。
分类器是将输入属性向量x＝(x1，x2，x3，x4，xn)映射到输入属于类的置信度的函数，即f(x)＝置信度(类)。这种分类可以采用基于概率和/或基于统计的分析(例如，分解到分析实用程序和成本中)来预测或推断用户期望自动执行的动作。支持向量机(SVM)是可以由分派模块414使用的分类器的示例。SVM通过在可能输入的空间中找到超曲面来操作，超曲面尝试将触发标准与非触发事件分开。其他有向和无向模型分类方法包括例如朴素贝叶斯、贝叶斯网络、决策树、神经网络、模糊逻辑模型和提供不同独立模式的概率分类模型。
分派模块414还可以分派UAV网络小区以在各种情况下替换或补充另一个UAV网络小区。在一种场景中，分派模块414可以响应于从当前操作的UAV网络小区接收指示故障状态(例如机械故障或低燃料)的通知而分派替换UAV网络小区。在另一种场景中，分派模块414可以响应于当前操作的UAV网络小区，其指示其通信能力不足以维持用于音频通信质量和/或视频通信质量的持续体验质量(QoE)度量，从而向更换的UAV网络小区分派更大的通信带宽或吞吐量。在至少一个实施例中，QoE度量可以由在地理区域中活动的用户设备提供。
在相关场景中，分派模块414可以通过将由当前操作的UAV网络小区服务的现有地理区域划分为多个部分来用一个或更多个另外的UAV网络小区补充当前操作的UAV网络小区。以这种方式，地理区域的每个部分可以由UAV网络小区服务。例如，分派模块414可以从轨迹计算模块416接收信号，该信号指示由于结构或地形特征形式的障碍，无法为UAV网络小区计算飞行轨迹以使UAV小区能够到达地理区域的特定部分中的一组用户设备。作为响应，分派模块414可以将地理区域划分为两个部分，并且分派另一个UAV网络小区以从不同方向到达先前不可到达部分中的用户设备组。当不再需要UAV网络小区的存在时，分派模块414可以进一步从地理区域召回UAV网络小区。在各种情况下，当地理区域中的订户用户设备的数量下降到预定阈值以下时、当最初服务于地理区域的地面基站恢复功能时，或者当用户经由用户界面模块420手动输入召回请求时，分派模块414可以召回UAV网络小区。
轨迹计算模块416可以基于地理区域中的用户设备的地理位置来确定所分派的UAV网络小区的飞行轨迹。所分派的UAV网络小区可以主动向用户设备提供补充的网络通信覆盖。在一些实施例中，具有全球定位系统(GPS)能力或辅助GPS(A-GPS)能力的用户设备可以将其GPS位置发送到UAV网络小区。反过来，UAV网络小区可以将GPS位置转发到UAV网络小区控制器118。因此，轨迹计算模块416可以获得正在广播其GPS位置的每个用户设备的地理定位。
在其他实施例中，当UAV网络小区沿着飞行路径行进时，用户设备可以测量用户设备正从UAV网络小区接收的通信信号的信号鲁棒性。然后，经测量的信号鲁棒性值由用户设备发送到UAV网络小区。反过来，UAV网络小区可以将测量结果转发到UAV网络小区控制器118。信号鲁棒性可以由用户设备以多种方式测量，例如通过信号强度或信号质量。可以通过接收到的信号强度指示符(RSSI)、参考信号接收功率(RSRP)、接收信道功率指示符(RCPI)或其他测量来测量信号强度。可以通过能量与接口比(ECIO)、参考信号接收质量(RSRQ)、信号与干扰加噪声比(SINR)或其他测量来测量信号质量。以这种方式，轨迹计算模块416可以使用由每个用户设备提供的多个信号鲁棒性值来对地理区域中的每个用户设备的地理定位进行三角测量。
轨迹计算模块416可以基于地理区域中的用户设备的地理位置来生成UAV网络小区的飞行轨迹。在各种实施例中，可以计算飞行轨迹，使得UAV网络小区向地理区域中的不同用户设备组提供补充的网络覆盖。轨迹计算模块416可以使用最佳拟合算法(例如，最小二乘函数、卡方函数等)来生成适合该组中的用户设备的地理定位内的UAV网络小区的飞行轨迹。然而，可以约束飞行轨迹的计算，使得UAV网络小区始终保持在为UAV网络小区提供中继回程的地面基站的预定范围内。不同的用户设备组可以包括地理区域中的所有用户设备、地理区域中的最大用户设备集群、一个或更多个用户设备的选定组，或者一个或更多个高优先级用户设备的特定组。例如，特定组可以包括已经由无线通信运营商保证具有符合特定SLA的通信服务的一个或更多个用户设备。
每个高优先级用户设备可以由设备发送的唯一设备标识码来标识。或者，轨迹计算模块416可以将用户设备的设备标识符(例如，国际移动订户识别码(IMSI)、移动站国际订户目录号码(MSISDN))与存储高优先级用户设备的设备标识符的数据库表进行比较，以便确定地理位置中是否存在高优先级用户设备，并且然后计算UAV网络小区的适当飞行轨迹，以向这种高优先级用户设备提供网络覆盖。随着用户设备的地理定位的改变，轨迹计算模块416可以连续地或周期性地重新计算飞行轨迹。
SLA可以规定网络覆盖提供满足某些QoE度量的音频和/或视频通信。在一些情况下，QoE度量可以针对特定的服务时段指定用于每个通信的音频质量或视频质量的最小平均意见得分(MOS)、允许的无意的音频静音事件的最大数量、语音呼叫掉话事件的最大数量、冻结视频下载事件的最大数量，网页加载失败事件的最大数量等等。在其他情况下，QoE度量可以针对特定服务时段指定可允许音频/视频同步失败事件的最大数量、最大允许网页加载响应延迟、特定服务时段的最大允许自适应比特率变化数。
在一些实施例中，轨迹计算模块416还可以在计算UAV网络小区的飞行轨迹期间分析与地理区域相关的操作条件数据424。例如，操作条件数据424可以示出地理区域中的自然和/或人造结构，其影响UAV网络小区的飞行轨迹的计算，例如，必须由UAV网络小区规避的结构、可以阻止信号传输的地形特征、UAV网络小区必须避免的天气现象，和/或新实施的政府飞行规则或飞行限制，其可以迫使轨迹计算模块416改变所计算的飞行轨迹。飞行轨迹可以由轨迹计算模块416配置，以通过使UAV在结构或地形特征周围或上方飞行来规避结构或地形特征。在一些情况下，轨迹计算模块416可以确定其不能生成使得UAV网络小区能够飞越或绕过地形特征或结构以便向位于地理区域的一部分中的一组用户设备提供网络覆盖的飞行轨迹。在这样的实例中，轨迹计算模块416可以向分派模块414发信号以分派另一个UAV网络小区以从不同方向到达该组用户设备。
飞行控制模块418可以将针对UAV网络小区计算的飞行轨迹转换为用于UAV网络小区的控制命令。在一些情况下，飞行控制模块418还可以将用户经由用户界面输入的手动控制命令中继到UAV网络小区。在另外的实施例中，飞行控制模块418还可以将自动操作命令传递给UAV网络小区。例如，这些命令可以使UAV网络小区执行自动操作，诸如从出发点自动起飞、飞到特定地理位置、在特定地理位置悬停在预设高度、相对于特定地理位置以保持模式飞行，返回并降落在预定目的地点等等。
用户接口模块420可以使用户能够经由用户界面控件与UAV网络小区控制器118交互。用户界面控件可以包括数据输出设备(例如，可视显示器、音频扬声器)和一个或更多个数据输入设备。数据输入设备可以包括但不限于小键盘、键盘、鼠标设备、接受手势的触摸屏、麦克风、语音或语音识别设备以及任何其他合适的设备或其他电子/软件选择方法中的一个或更多个的组合。因此，用户可以监视UAV网络小区相对于地理区域中的用户设备的位置和操作，手动输入飞行控制命令，该飞行控制命令覆写由UAV网络小区控制器118进行的对UAV网络小区的控制，修改由UAV网络小区服务的地理区域等等。
切换控制器422可以控制用户设备在地面网络小区之间的切换，例如在基站110(1)和110(2)之间，以及在UAV网络小区和地面网络小区之间。随着用户的用户设备在地理区域上漫游，可能发生用户设备在网络小区之间的切换。在切换期间，可以从无线运营商网络102的一个网络小区或另一个网络小区传送参与正在进行的与无线运营商网络102的语音呼叫或数据会话的用户设备。换句话说，切换控制器422可以引导用户设备终止与第一网络小区的现有无线通信连接，并与第二网络小区建立新的无线通信连接，而不中断语音呼叫或数据会话。无线通信设备在由网络小区提供的多个无线电小区之间的这种转移可以被称为切换。然而，UAV网络小区最终必须使用附近地面网络小区的有线回程来将用户设备通信业务中继到无线运营商网络102的核心网络108。因此，在一些情况下，切换控制器422可以被配置为即使在用户设备指示用户设备从UAV网络小区获得更稳健的通信信号时也不允许将用户设备从地面网络小区切换到UAV网络小区。
在各种实施例中，切换控制器422可以从用户设备接收用于与用户设备通信的地面网络小区的第一信号鲁棒性值。地面网络小区可以与用户设备通信，以便在用户设备和无线运营商网络102的核心网络108之间路由语音或数据通信业务。切换控制器422还可以从用户设备接收与第一网络小区相邻的特定网络小区的第二信号鲁棒性值。用户设备从多个网络小区接收信号的信号鲁棒性可以由用户设备上的连接管理器测量。在各种实施例中，连接管理器可以在芯片组级别、操作系统级别或应用级别上实现。
在第二信号鲁棒性值以最小差值大于第一信号鲁棒性值的情况下，切换控制器422可以确定特定网络小区是否是UAV网络小区，该UAV网络小区正在使用地面网络小区回程，以将用户设备通信路由到核心网络108。在一些实施例中，最小差值可以被配置为防止由于地面网络小区和特定网络小区的信号鲁棒性值的微小差异而导致的两个网络小区之间的过度切换。在各种实施例中，切换控制器422可以基于网络小区的小区标识符来识别网络小区的类型(例如，地面对UAV)。例如，网络小区的小区标识符可以包括切换控制器422可读的嵌入式小区类型信息。或者，切换控制器422可以使用运营商网络数据库，该运营商网络数据库将小区标识符与小区类型交叉参考以确定网络小区的类型。运营商网络数据库还可以识别其回程由UAV网络小区使用的地面网络小区。
因此，如果特定网络小区是另一个地面网络小区或不使用地面网络小区回程的UAV网络小区，则切换控制器422可以引导用户设备从与地面网络小区的通信切换到与特定网络小区的通信。作为响应，用户设备上的连接管理器可以引导用户设备的通信管理器与特定网络小区建立新的通信连接，并终止与地面网络小区的现有通信连接。然而，如果特定网络小区实际上是使用地面网络小区回程的UAV网络小区，则切换控制器422可以避免引导用户设备从地面网络小区切换到特定网络小区，除非第二信号鲁棒性值与第一信号鲁棒性值之间的差值超过最大差值。仅当用户设备真地无法从地面网络小区接收足够的服务时，最大差值可以大于最小差值，并且被建立以确保用户设备被切换到使用地面网络小区回程的UAV网络小区。因此，当这样的差异超过最大差值时，切换控制器422可以引导用户设备从与地面网络小区的通信切换到与特定网络小区的通信。
在备选实施例中，切换控制器422可以改为确定地面网络小区的第一信号鲁棒性值是否下降到最小值阈值以下，而不是使用第二信号鲁棒性值和第一信号鲁棒性值之间的差异。当发生这种情况时，切换控制器422可以在第一信号鲁棒性值下降到低于最小值阈值时引导用户设备切换。最小值阈值可以是信号鲁棒性水平，低于该信号鲁棒性水平，地面网络小区不再能够充分地向满足一个或更多个QoE度量的用户设备提供足够的通信服务。或者，最小值阈值可以是信号鲁棒性水平，低于该信号鲁棒性水平，用户设备可以认为与地面网络小区的通信丢失。关于切换控制器422的操作的附加细节在图8中示出。
示例过程
图5-9示出了实现基于UAV的蜂窝通信服务递送的说明性过程500-900。过程500-900中的每一个被示为逻辑流程图中的框的集合，其表示可以硬件、软件或其组合实现的操作序列。在软件的上下文中，框表示计算机可执行指令，当该指令由一个或更多个处理器执行时，执行所述操作。通常，计算机可执行指令可以包括执行特定功能或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等。描述操作的顺序不旨在被解释为限制，并且可以任何顺序和/或并行地组合任何数量的所描述的框以实现该过程。出于讨论目的，参考图1的环境100描述过程500-900。
图5是用于将UAV网络小区分派到地理位置以提供网络覆盖的示例过程500的流程图。在框502处，UAV网络小区控制器118可以接收针对地理区域提供网络覆盖的请求。在一些实施例中，该请求可以由无线运营商网络102的管理员手动输入。例如，管理员可以使用交互式地图来选择特定地理区域。在其他实施例中，该请求可以由检测到无线运营商网络102的基站中故障的故障检测软件自动发起。
在框504处，UAV网络小区控制器118可以确定用于提供网络覆盖的地面车辆是否可部署到该地理区域。在各种实施例中，UAV网络小区控制器118可以基于地理区域的地形和道路基础设施数据做出这样的确定。因此，在判定框506处，如果UAV网络小区控制器118确定地面车辆不可部署，则过程500可以进行到框508。
在框508处，UAV网络小区控制器118可以确定飞行操作数据是否指示其适合于部署UAV网络小区。在各种实施例中，飞行操作数据可包括气象数据、UAV网络小区规范数据、飞机飞行时间表和飞行计划数据、政府飞行规则数据、政府飞行限制数据等。因此，在判定框510处，如果UAV网络小区控制器118确定其适合部署UAV网络小区，则过程500可以进行到框512。在框512处，UAV网络小区控制器118可以分派UAV网络小区以向地理区域提供网络覆盖。
返回到判定框510，如果UAV网络小区控制器118从飞行操作数据确定其不适合部署UAV网络小区，则过程500可以进行到框514。在框514处，如果UAV网络小区控制器118可以监视影响UAV网络小区的部署以提供网络覆盖的飞行操作数据，使得过程500可以循环回来，则UAV网络小区控制器118可以在框508进行另一个确定。返回到判定框506，如果UAV网络小区控制器118确定地面车辆是可部署的，则过程500可以进行到框516。在框516处，UAV网络小区控制器118可以分派地面车辆以提供网络覆盖。
图6是用于管理被分派到地理位置以提供网络覆盖的UAV网络小区的示例过程600的流程图。在框602处，UAV网络小区控制器118可以从由提供网络覆盖的UAV网络小区服务的地理区域中的多个用户设备的一个或更多个第一用户设备接收地理定位数据。在各种实施例中，每个第一用户设备的GPS坐标形式的地理定位可以由设备上的GPS或A-GPS传感器提供。地理定位数据由每个用户设备发送到UAV网络小区，UAV网络小区然后将地理定位数据转发到UAV网络小区控制器118。在框604处，UAV网络小区控制器118可以基于对应的地理定位数据来确定每个第一用户设备的地理定位。
在框606处，UAV网络小区控制器118可以从由UAV网络节点服务的地理区域中的多个用户设备的一个或更多个第二用户设备接收信号鲁棒性值。在各种实施例中，由用户设备提供的信号鲁棒性值可以是由用户设备获得的信号强度或信号质量测量。
在框608处，UAV网络小区控制器118可以基于用户设备的对应信号鲁棒性值来确定每个第二用户设备的地理定位。在各种实施例中，UAV网络小区控制器118可以使用由每个用户设备提供的多个信号鲁棒性值来对地理区域中的每个用户设备的地理定位进行三角测量。
在框610处，UAV网络小区控制器118可以接收影响UAV飞行或UAV通信信号发送和接收的地理区域的操作条件数据。在各种实施例中，操作条件数据可以示出地理区域中的自然和/或人造结构，其影响UAV网络小区的飞行轨迹的计算，例如，必须由UAV网络小区避开的结构、可以阻挡信号传输的地形特征、UAV网络小区必须避免的天气现象，或可能迫使UAV网络小区控制器118改变飞行轨迹的政府飞行规则或限制。
在框612处，UAV网络小区控制器118可以至少基于指定用户设备的地理位置来生成用于UAV网络小区的飞行轨迹，该UAV网络小区服务于地理区域中的一个或更多个特定用户设备。在各种实施例中，UAV网络小区控制器118可以使用最佳拟合算法(例如，最小二乘函数、卡方函数等)来生成适合于一个或更多个特定用户设备的地理定位内的UAV网络小区的飞行轨迹。然而，可以约束飞行轨迹的计算，使得UAV网络小区始终保持在与为UAV网络小区提供中继回程的地面基站的预定通信范围内。在一些实施例中，由UAV网络小区控制器118执行的计算还可以考虑操作条件数据。在框614处，UAV网络小区控制器118可以引导UAV网络小区根据飞行轨迹行进。在各种实施例中，UAV网络小区控制器118可将所计算的飞行轨迹转换为发送到UAV网络小区的控制命令。
在判定框616处，UAV网络小区控制器118可以确定是否修改了地理区域。在一些情况下，可以通过来自用户的用户输入来修改地理区域。在其他情况下，当UAV网络小区控制器118确定地理区域中的订户用户设备的数量超过预定的最大阈值时，UAV网络小区控制器118可以自动修改地理区域(例如，减小区域)。相反，当UAV网络小区控制器118确定地理区域中的订户用户设备的数量已经低于预定的最小阈值时，UAV网络小区控制器118可以自动修改地理区域(例如，增加区域)。因此，在判定框616处，如果UAV网络小区控制器118确定修改了地理区域，则过程600可以进行到框618。
在框618处，UAV网络小区控制器118可以引导UAV网络小区在修改的地理区域中操作。在各种实施例中，修改的地理区域可以包括原始地理区域的一部分、可以与原始地理区域重叠，或者可以与原始地理区域完全不同。然而，如果UAV网络小区控制器118确定未修改地理区域，则过程600可以进行到判定框620。
在判定框620处，UAV网络小区控制器118可以确定是否要用一个或更多个另外的UAV网络小区替换或补充UAV网络小区。例如，UAV网络小区控制器118可以由于机械故障或低燃料而用另一个UAV网络小区替换UAV网络小区，或者用一个或更多个另外的UAV网络小区补充UAV网络小区以提供更大的通信带宽、吞吐量、或对地理区域的覆盖。因此，如果UAV网络小区控制器118确定要替换或补充UAV网络小区，则过程600可以继续到框622。
在框622处，UAV网络小区控制器118可以用一个或更多个另外的可用UAV网络小区替换或补充UAV。UAV网络小区控制器118可以向UAV网络小区发送控制命令以从地理区域移除UAV网络小区。替代地或同时地，UAV网络小区控制器118可以向一个或更多个另外的可用UAV网络小区发送控制命令，以将这些小区向量地映射到地理区域。然而，如果UAV网络小区控制器118确定不要替换或补充UAV网络小区，则过程600可以循环回到框602。
图7是用于生成正在地理区域中提供网络覆盖的UAV网络小区的飞行轨迹的示例过程700的流程图。过程700可以进一步示出过程600的框612。在框702处，UAV网络小区控制器118可以生成UAV网络小区的飞行轨迹，以服务于地理区域中的最大数量的用户设备。在框704处，UAV网络小区控制器118可以确定是否接收到根据用于一个或更多个用户设备的高优先级组的SLA提供有保证的通信服务的请求。例如，高优先级组中的一个或更多个用户设备可以属于紧急响应者，例如紧急医疗技术人员、执法人员、消防员等。因此，在判定框706处，如果UAV网络小区控制器118确定接收到请求时，则过程700可以进行到框708。
在框708处，UAV网络小区控制器118可以生成UAV网络小区的飞行轨迹，以便为一个或更多个用户设备的高优先级组提供保证的通信服务。在框710处，UAV网络小区控制器118可以确定是否终止提供保证通信服务的请求。例如，可以在来自用户的输入时手动终止请求，或者当为SLA指定的服务持续时间到期时自动终止该请求。因此，在判定框712处，如果UAV网络小区控制器118确定请求被终止，则过程700可以循环回到框702。
返回到判定框706，如果UAV网络小区控制器118确定没有接收到提供保证的通信服务的请求，则过程700还可以循环回到框702。返回到判定框712，如果UAV网络小区控制器118确定请求未被终止，则过程700可以循环回到框708。
图8是用于管理包括至少一个UAV网络小区的多个网络小区之间的用户设备的切换的示例过程800的流程图。在框802处，切换控制器422可以接收由用户设备针对当前与用户设备通信的地面网络小区收集的第一信号鲁棒性值。地面网络小区可以与用户设备通信，以便在用户设备和无线运营商网络102的核心网络108之间路由语音或数据通信业务。在各种实施例中，信号鲁棒性值可以由用户设备以多种方式测量，例如通过信号强度或信号质量。在各种实施例中，切换控制器422可以在无线电接入网络106或无线运营商网络102的核心网络108处实现。在框804处，切换控制器422可以接收由用户设备收集的针对特定网络小区的第二信号鲁棒性值，该特定网络小区靠近第一网络小区。
在框806处，切换控制器422可以确定第二信号鲁棒性值是否比第一信号鲁棒性值大至少最小差值。在一些实施例中，最小差值可以被配置为防止由于地面网络小区和特定网络小区的信号鲁棒性值的微小差异而导致的两个网络小区之间的过度切换。因此，在判定框808处，如果切换控制器422确定第二信号鲁棒性值以至少预定值差比第一信号鲁棒性值大，则过程800可以进行到框810。
在框810处，切换控制器422可以确定特定网络小区是UAV网络小区还是地面网络小区。在各种实施例中，特定网络小区的类型可以由切换控制器422基于特定网络小区的小区标识信息来确定。因此，在判定框812处，如果切换控制器422确定特定网络小区是地面网络小区，则过程800可以进行到框814处。在框814处，切换控制器422可以命令用户设备从与地面网络小区的通信切换到与特定网络小区的通信。在各种实施例中，从地面网络小区到特定网络小区的切换可以由用户设备上的连接管理器执行。
然而，如果切换控制器422在判定框812处确定特定网络小区是UAV小区，则过程800可以进行到判定框816。在判定框816处，切换控制器422可以确定特定网络小区是否正在使用地面网络小区的回程以将用户设备通信路由到无线运营商网络102的核心网络108。在一些情况下，特定网络小区可以是使用地面网络小区的回程以将用户通信路由到核心网络108的UAV网络小区。在替代实例中，特定网络小区可以是使用不同地面网络小区的回程来将用户设备通信路由到核心网络108的UAV网络小区。因此，在判定框818处，如果切换控制器422确定特定网络小区是正在使用地面网络小区的回程的UAV网络小区，则过程800可以进行到判定框820。
在判定框820处，切换控制器422可以确定第二信号鲁棒性值与第一信号鲁棒性值之间的差是否超过最大差值。在各种实施例中，最大差值可以大于最小差值，并且被建立以确保仅当用户设备真地无法从地面网络小区接收到足够的服务时才将用户设备切换到正在使用地面网络小区回程的UAV网络小区。因此，如果切换控制器422确定差异未超过最大差值，则过程800可以进行到框822。
在框822处，切换控制器422可以通过抑制引导用户设备执行任何切换来将用户设备保持在第一网络小区，即使正常情况下发生了切换。切换控制器422的这种保持动作有效地防止用户设备不必要地从地面网络小区切换到UAV网络小区以仅获得略高的信号鲁棒性，以使用户设备通信业务由与交换之前相同的回程处理。然而，如果切换控制器422确定第二信号鲁棒性值与第一信号鲁棒性值之间的差超过最大差值，则过程800可以返回到框814。再次，在框814处，切换控制器422可以命令用户设备从与地面网络小区的通信切换到与特定网络小区通信。
返回到判定框818，如果切换控制器422确定特定网络小区未使用地面网络小区的回程，则过程800还可以循环回到框814。再次，在框814处，切换控制器422可以命令用户设备从与地面网络小区的通信切换到与特定网络小区的通信。返回到判定框808，如果切换控制器422确定第二信号鲁棒性值未以至少最小差值大于第一信号鲁棒性值，则过程800可以直接进行到框822。再次，切换控制器422可以通过在框822处抑制引导用户设备执行任何切换来将用户设备保持在地面网络小区。
图9是用于UAV网络小区建立支持用户设备和无线运营商网络之间的通信数据交换的通信链路的示例过程900的框图。在框902处，UAV网络小区200的认证功能可以使用基带处理器302将UAV网络小区20的电子标识符发送到无线运营商网络102的核心网络108。在各种实施例中，电子标识符可以可以是存储在UAV网络小区200的SIM 312中的ICCID或IMSI。核心网络108的认证模块可以验证电子标识符是否有效。
在判定框904，UAV网络小区200的认证功能可以从核心网络108接收验证通知消息。因此，如果消息指示电子标识符被认证(在判定框904处为“是”)，则该过程900行进到框906。在框906处，UAV网络小区200的基带处理器302可以与无线运营商网络的地面网络小区(例如基站110(2))建立第一通信链路。在各种实施例中，基带过程302可以使用包括多个天线元件的MIMO天线来建立第一通信链路。
在框908处，UAV网络小区200的基带处理器304可以与用户设备(例如用户设备104(1))建立第二通信链路。在各种实施例中，基带过程304可以使用包括多个天线元件的MIMO天线来建立第二通信链路。在框910处，UAV网络小区200可以通过第一通信链路和第二通信链路在用户设备和核心网络108之间路由通信数据。
返回到判定框904，如果消息指示电子标识符未被认证(在判定框904处为“否”)，则过程900可以循环回到框902，使得UAV网络小区200的认证功能可以将电子标识符重新发送到核心网络108。在终止尝试之前，认证功能可以在相应的认证失败之后以预定次数执行这种重传。终止预定次数的认证尝试可以导致UAV网络小区200自动返回其发射点。
UAV网络小区的使用可以使无线通信运营商能够使用基于地面车辆的网络小区以合理的数量无法访问或难以访问的地理区域提供补充的蜂窝网络通信覆盖。以这种方式，当自然灾害或人为事件破坏正常的无线通信服务时，无线通信运营商的UAV网络小区可以向订户用户设备提供补充的无线通信服务。或者，无线通信运营商的UAV网络小区可以向远程区域提供临时但必要的无线通信服务，以支持紧急响应或执法活动。
结论
尽管用结构特征和/或方法动作专用的语言描述了本主题，但应理解，所附权利要求书中定义的主题不必限于所描述的具体特征或动作。而是，具体特征和动作被公开为实现权利要求的示例性形式。

Claims (15)

1.一种无人机(UAV)网络小区，包括：
电源；
推进引擎，其使用所述电源为所述UAV网络小区产生升降或方向控制中的至少一个；
第一基带处理器，其用于经由第一天线与无线运营商网络的地面网络小区建立第一通信链路，所述地面网络小区经由有线回程连接到无线运营商网络的核心网络；
第二基带处理器，其用于经由第二天线与用户设备建立第二通信链路，所述第二基带处理器可通信地耦合到所述第一基带处理器，使得所述用户设备经由所述第一通信链路和所述第二通信链路与所述核心网络交换通信数据；以及
飞行控制硬件，其沿着飞行轨迹操纵UAV，所述飞行轨迹至少基于所述用户设备的地理定位由基于地面的UAV网络小区控制器确定，使得所述第二基带处理器与所述用户设备建立所述第二通信链路，同时所述第一基带处理器维持与所述地面网络小区的所述第一通信链路。
2.如权利要求1所述的UAV网络小区，还包括封装所述第一基带处理器和所述第二基带处理器的外壳，所述外壳使气流转向，所述气流冷却所述第一基带处理器和所述第二基带处理器。
3.如权利要求1所述的UAV网络小区，还包括订户标识模块(SIM)，其存储电子标识符，所述电子标识符由所述第一基带处理器用于向所述核心网络认证所述无人机以便建立所述第一通信链路。
4.如权利要求1所述的UAV网络小区，还包括可通信地耦合到所述第一基带处理器和所述第二基带处理器的中央处理单元，所述中央处理单元协调所述第一基带处理器和所述第二基带处理器的功能，以便所述用户设备经由所述第一通信链路和所述第二通信链路与所述核心网络交换通信数据。
5.如权利要求1所述的UAV网络小区，其中，所述第一天线或所述第二天线中的至少一个是包括多个天线元件的多输入多输出(MIMO)天线。
6.如权利要求1所述的UAV网络小区，其中，所述第一基带处理器使用第一通信带建立所述第一通信链路，并且所述第二基带处理器使用不同于所述第一通信带的第二通信带建立所述第二通信链路。
7.如权利要求1所述的UAV网络小区，其中，所述第一天线或所述第二天线中的至少一个提供朝向下的半球形天线图案，用于与所述UAV网络小区下方的一个或更多个用户设备通信。
8.无人机(UAV)网络小区的一种或更多种非暂时性计算机可读介质，其存储计算机可执行指令，当执行所述指令时使一个或更多个处理器执行动作，所述动作包括：
经由第一天线在所述UAV网络小区的第一基带处理器和无线运营商网络的地面网络小区之间建立第一通信链路，所述地面网络小区经由有线回程连接到无线运营商网络的核心网络；
经由第二天线在所述UAV网络小区的第二基带处理器和用户设备之间建立第二通信链路，所述第二基带处理器可通信地耦合到所述第一基带处理器；
至少通过所述第一通信链路和所述第二通信链路在所述用户设备和所述核心网络之间路由通信数据；以及
接收来自基于地面的UAV网络小区控制器的控制命令，所述控制命令引导所述UAV网络小区根据飞行轨迹行进，使得所述第二通信链路在维持与所述地面网络小区的所述第一通信链路的同时，向所述用户设备提供如由服务等级协议所保证的通信服务。
9.如权利要求8所述的一种或更多种非暂时性计算机可读介质，其中，所述动作还包括经由存储在订户标识模块(SIM)中的电子标识符向所述核心网络认证所述UAV网络小区，以便与所述核心网络建立所述第一通信链路。
10.如权利要求8所述的一种或更多种非暂时性计算机可读介质，其中，所述无线运营商网络是基于第三代合作伙伴计划(3GPP)的网络。
11.如权利要求8所述的一种或更多种非暂时性计算机可读介质，其中，所述第一天线或所述第二天线中的至少一个是包括多个天线元件的多输入多输出(MIMO)天线。
12.如权利要求8所述的一种或更多种非暂时性计算机可读介质，其中，所述飞行轨迹由所述基于地面的UAV网络小区控制器至少基于地理区域中的所述用户设备的地理定位和操作条件数据生成，所述操作条件数据包括所述地理区域的气象数据、所述UAV网络小区的飞行性能和通信规范数据、所述地理区域的地形数据、穿越所述地理区域的飞机的飞行时刻表数据、穿越所述地理区域的飞机的飞行计划数据、所述地理区域的政府飞行规则数据，或所述地理区域的政府飞行限制数据中的一个或更多个。
13.一种方法，包括：
在无人机(UAV)网络小区处，接收来自基于地面的UAV网络小区控制器的控制命令，所述控制命令引导所述UAV网络小区根据靠近用户设备的飞行轨迹行进；
经由第一天线在所述UAV网络小区的第一基带处理器和无线运营商网络的地面网络小区之间建立第一通信链路，所述地面网络小区经由有线回程连接到无线运营商网络的核心网络；
经由第二天线在所述UAV网络小区的第二基带处理器和用户设备之间建立第二通信链路，所述第二基带处理器可通信地耦合到所述第一基带处理器；以及
至少通过所述第一通信链路和所述第二通信链路在所述用户设备和所述核心网络之间路由通信数据，
其中，所述第一基带处理器使用第一通信带建立所述第一通信链路，并且所述第二基带处理器使用不同于所述第一通信带的第二通信带建立所述第二通信链路。
14.如权利要求13所述的方法，还包括经由存储在订户标识模块(SIM)中的电子标识符向所述核心网络认证所述UAV网络小区，以便与所述核心网络建立所述第一通信链路。
15.如权利要求13所述的方法，其中，所述飞行轨迹由所述基于地面的UAV网络小区控制器至少基于地理区域中的所述用户设备的地理定位和操作条件数据生成，所述操作条件数据包括所述地理区域的气象数据、所述UAV网络小区的飞行性能和通信规范数据、所述地理区域的地形数据、穿越所述地理区域的飞机的飞行时刻表数据、穿越所述地理区域的飞机的飞行计划数据、所述地理区域的政府飞行规则数据，或所述地理区域的政府飞行限制数据中的一个或更多个。
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