CN111434053A - 用于基于改变的大气条件而选择最佳传输频率的技术 - Google Patents

Abstract

一种通信系统通过数据传输路径在通信节点之间传输数据。所述系统从至少两个不同来源收集数据以创建融合数据流，所述融合数据流用作用于确定通过天波传播传输数据的频率的模型的输入。以通过所述模型确定的频率在所述通信节点之间传输所述数据。

Description

用于基于改变的大气条件而选择最佳传输频率的技术

背景技术

最近的技术进步已极大地提高了跨越广阔距离进行通信的能力。现在，广泛的光纤和卫星网络使世界各地都能彼此通信。然而，通过横跨这些长距离，诸如横跨大西洋或太平洋，光纤电缆会产生约60毫秒或更长的往返延时或时滞。卫星通信可能会经历甚至更大的滞后时间。在许多情况下，无法克服这种高延时，因为它是通信介质和设备所固有的。例如，与穿过自由空间传播相同距离的无线电波相比，光遍历光纤的速度可能要慢30至40％。这些延时问题可能会给整个活动带来问题，诸如分布式计算机系统的操作和/或同步、地理上较大的传感器阵列的科学实验以及远程医疗/诊断活动，仅举几例。在一个具体示例中，在世界市场上买卖证券或其他金融工具的订单通常依赖于通信链路，所述通信链路在使用光纤线、同轴电缆或微波通信链路的系统上承载数据和指令。执行命令的任何延时(诸如由光纤线路之间的高延时而导致的延时)都可会导致重大的财务损失。

尽管与光纤电缆和卫星通信相比，使用无线电波传输数据可以减少延时时间，但是无线电传输可能会产生自身的延时问题。例如，当使用天波传播来传输信息时，地球电离层中大气条件的改变可能会影响无线电波到达期望定位的能力。可以在某些大气条件下快速递送准确的数据流的某个频率和传输角可能会递送失真的数据流，或者对于其他大气条件可能根本不递送数据。因此，有利的是能够监视大气条件并且还能够鉴于当前大气条件而确定必要的传输特性以成功且快速地传输数据。

发明内容

天波传播(例如，无线电)通信用以提供低延时低带宽通信路径，所述路径与高延时高带宽通信路径(例如在诸如位于北美和欧洲的远程定位的传输器站与接收器站之间通信的光纤电缆)结合使用。无线电信号以特定频率传输，这取决于哪个频率提供最佳信号。随时间推移，用于传输和接收的最佳频率可能会因多种因素而变化，诸如电离层的改变、比如电雷暴、太阳暴风雨等环境条件以及任何其他众多环境或其他条件。由于这些各种条件，频带需要偶尔切换。

通过连续监视来自不同数据流的数据流并融合所述数据以开发用以确定何时在各种频率之间切换的模型，本发明系统解决这些问题。这种融合和数据可以包括但不限于带内数据、带外数据信号、公用数据(诸如电离层探测仪网络数据)和私有数据。

一般而言，整个系统以两种模式操作，即数据传输模式和广播模式。在所述数据传输模式下，数据以数字形式在传输器与接收器之间传输。在不需要数据传输的非工作时间(诸如当股票交易所关闭时)，传输器诸如经由调幅(AM)信号向公众广播音乐、新闻、娱乐和/或其他音频信息。音乐通常呈数字形式，诸如DRM数据形式。在一个示例中，数字音乐数据与其他数据流一起用以确定从所述广播模式切换到所述数据传输模式时要选择的频率。

当处于所述数据传输模式下时，可以在适当的时间切换频率，同时将数据传输的中断降到最低。使用数据融合，系统可以对各种失真进行建模，来不仅校正解码而且预测何时应发生频率切换以传输数据。这种数据融合还可以包括历史数据以及其他数据，诸如大气高度和特定条件下可用的最大频率。在一个示例中，通过改变传输器的频率来进行切换，但是在其他示例中，通过从处于待机模式的备用管进行切换或者甚至选择以不同频率进行联播的两个单独传输器来进行快速切换。

在开发预测模型时，可以使用斜率和截距以及用于预测未来条件的其他导数信息来提前预测何时需要切换频率。根据订户提供的各种条件(诸如交易条件)，系统可以确定切换频率以减少任何类型的延时问题或数据中断问题的最佳时间。光纤反向通道向传输器提供均衡系数和其他信息，以优化将发生切换的时间。从多个数据流连续监视环境条件的这种能力有助于在各种频率之间快速切换。

基于传入天波信号的到达角而选择一种形式的最佳频率。取决于到达角和/或传输角，可以切换频率以减少误差和/或减少延时。较大的到达角表示信号的天波传播路径位于相对较长的三跳路径上，而不是较短的两跳路径上。在长度更长的情况下，三跳路径与两跳路径相比通常(但并非总是)经历更大的失真和/或延时。取决于许多因素，诸如电离层条件，用于增强传输的信噪比的最佳或可用频率可能会变化。例如，最佳传输频率可以根据传输是两跳路径还是三跳路径而变化。通过测量信号的到达角以及其他测量(诸如信号强度和噪声)，可以更新传输频率以减少延时和/或错误。例如，可以通过以不同角度定向的两个或更多个天线和/或通过可移动/可转向天线来测量到达角，以便检测不同角度范围内的信号。替代地或附加地，可以通过诸如由加利福尼亚州·弗里蒙特的TCI供应的AOA系统等AOA系统(例如，TCI 902型集成HF信号搜索、收集、地理位置和分析系统)测量到达角(AOA)。

在一个示例中，系统被配置或偏置为切换到较低AOA，所述较低AOA指示在达到或超过特定阈值时跳数较短(即，路径较短)。在此改变后，可以视需要改变频率，以使得系统针对特定升起角或AOA使用最佳可用频率。阈值可以并入一个或多个因素。通过非限制性示例，所使用阈值可以包括信噪比、功率、信号强度、延时、错误率、失真、可靠性和/或其他因素。当信号降到阈值以下时，系统会以一种变型切换回较高AOA(或升起角)，以便接收跳数更大的信号。当回切时，可以改变传输器的频率或频带，以便为当前传输路径和条件提供最佳的可用频率。在一个特定示例中，当针对两跳路径的AOA到达信号强度阈值时，接收器站将系统配置为从所述较低AOA接收信号。一旦信号强度降至阈值以下，系统就被配置为从三跳路径(即较高AOA)接收信号。替代地或附加地，阈值可以包括一段时间内的指定错误计数或错误率。同样，当在路径之间切换时，可以改变传输频率以及其他系统配置。例如，可以改变分组大小。如前所述，信号进行的跳数越大，通常会发生信号失真的数量越大。为解决此问题，在一个变型中，相比于比在较短路径(即，更小跳数)上传输的信号，系统针对沿着较长路径(即，通过更大跳数)行进的信号使用较短分组长度。在一种形式中，分组大小通常取决于传输角和/或到达角而相反地变化。例如，三跳路径的分组大小比两跳路径的分组大小更短。

尽管将参考执行金融交易策略来描述所述系统，但是此系统和技术可以用于关注时间和带宽的其他情况或行业中。例如，此系统可用以执行远程手术或医学诊断、科学仪器或研究(例如，用于天文学或物理学)、控制分散的全球计算机网络和/或军事应用。此系统和技术可以例如适于并入到地震/海啸预警系统中。某些远程深水地震传感器可以提供信号，以视地震的严重程度和类型而采取一系列复杂行动来保护指定的人口中心和相关基础设施。例如，在检测到地震(或由此产生的海啸)后，传感器或监视中心可以传输信号，使核反应堆立即加电和/或电网将电力重新路由到应急基础设施以缓解这种情况。在另一示例中，所述技术可以用于对通信系统本身进行基础维护或增强。作为非限制性示例，由于文件通常很大，因此可以沿着高带宽、高延时链路(诸如光纤电缆)发送用于对接收器站(或传输器站)的调制解调器、天线和/或其他设备进行编程和/或重新编程的代码。替代地或附加地，可以经由天波传播(例如，无线电)和/或经由站点传输线(诸如经由微波)发送所述代码中的一些或全部。所述代码可以包括用于视各种情况而控制设备的一个或多个程序、库、数据和/或子例程。传输器站经由天波传播可以向接收器发送触发信号，以便选择待执行的全部或部分代码，以便对接收器站处的设备进行修改或重新编程。例如，所述代码可用以针对特定特性而对接收器站进行调谐，诸如用于减少延时、功耗和/或错误(和/或增加带宽)。这些调谐特性可以包括在某些操作条件、时间和/或环境特性下无法表现良好的折衷。例如，可以优化代码中的一个子例程以减少延时，优化另一子例程以减少错误，并且还可以优化另一子例程以节省功耗。在此示例中，触发信号可用以选择这些子例程中的一个，以便视特定时间的需要而对接收器进行重新编程。所得改变可以是改变设备的功能的软件改变和/或设备的物理改变，诸如天线系统的高度和/或角度的物理改变。之后，取决于当时的需求，可以经由触发信号选择不同的子例程、程序、数据和/或代码区域。可以定期、连续或根据需要发送对代码的更新或改变。

本发明的其他形式、目的、特征、方面、益处、优点和实施例将从同此提供的详细描述和附图变得显而易见。

附图说明

图1是用于通过单独通信链路传输数据的系统的示意图，其中一个通信链路使用天波传播。

图2是进一步说明图1的天波传播的示意图。

图3是说明图1的天波传播中的地基转发器的用途的示意图。

图4是说明图1的天波传播中的机载转发器的用途的示意图。

图5是说明包括图1所示的电离层的大气的附加层的示意图。

图6是说明图5所示的大气的各个电离层的示意图。

图7是说明在图1至图6中大致说明的天波传播的附加细节的示意图。

图8是说明图1的通信节点的附加细节的示意图。

图9是说明图8中的RF通信接口的附加细节的示意图。

图10是用于以两种模式操作数据传输系统的方法的流程图。

图11是用于确定通过天波传播确定数据传输的频率的方法的流程图。

图12是数据传输的方法的流程图。

具体实施方式

为了促进对本发明原理的理解，现在将参考附图中说明的实施例，并且将使用特定语言来描述它们。然而，应理解，并不由此意图限制本发明的范围。所描述实施例中的任何改变和其他变型以及如本文描述的本发明的原理的任何其他应用都被认为是本发明所属领域的技术人员通常会想到的。尽管详细地示出了本发明的一个实施例，但是对于相关领域的技术人员显而易见的是，为了清楚起见，可能未示出与本发明不相关的一些特征。

图1以100说明被配置为经由低延时、低带宽通信链路104传送数据并经由高延时、高带宽通信链路108分离数据的系统的一个示例。通信链路104和108在第一通信节点112与第二通信节点116之间提供单独的连接。低延时连接104可以被配置为使用经由天波传播通过自由空间的电磁波124来传输数据。电磁波124可以由第一通信节点112中的传输器生成，并沿着传输线136传递到天线128。遇到大气120的电离部分时，天线128可以辐射电磁波124。接着，此辐射的电磁能可以被大气层120的电离部分折射，从而使波124重定向到地球。波124可以由通过传输线140耦合到第二通信节点116的接收天线132接收到。如图1中说明，传输通信节点可以使用天波传播来在整个地球表面上长距离传输电磁能，而不需要一条或多条传输线来承载电磁能。

还可以使用高延时通信链路108来在通信节点112与116之间传输数据。如图1中说明，可以使用通过地球的传输线144来实现高延时通信链路108，通过地球可以包括穿过海洋或其他水体的下方或通过海洋或其他水体。如图1所示，高延时通信链路108可以包括转发器152。图1说明沿着传输线144的四个转发器152，尽管可以使用任何合适数量的转发器152。传输线144也可能根本没有转发器。虽然图1说明通信链路104从第一通信节点112向第二通信节点116传输信息，但传输的数据可以在两个方向上沿着通信链路104、108通过。

客户端160可以具有到第一通信节点112的连接164。客户端160可以通过连接164向第一通信节点112发送指令。在第一通信节点112处，准备通过低延时链路104或高延时链路108或两者将指令发送到第二通信节点116。第二通信节点116可以通过连接172连接到指令处理器168。客户端160可以是期望跨一段距离发送指示的任何企业、团体、个人或实体。指令处理器168可以是旨在接收或执行那些指令的任何企业、集团、个人或实体。在一些实施例中，连接164和172可能是不必要的，因为客户端可以直接从通信节点112发送要传输的数据，或者通信节点116可以直接连接到指令处理器168。系统100可以用于期望的任何种类的低延时数据传输。作为一个示例，客户端160可以是远程工作的医生或外科医生，而指令处理器168可以是用于在患者身上工作的机器人仪器。

在一些实施例中，客户160可以是金融工具交易者，而指令处理器168可以是证券交易所。交易者可能希望向证券交易所提供指令，以在特定时间买卖某些证券或债券。交易者可以将指令传输到第一通信节点112，后者使用天线128、132或通过传输线144将指令发送到第二通信节点。接着，股票交易所可以在收到指令后处理交易者所需的动作。

系统100可用于高频交易，其中在计算机上执行交易策略以在几分之一秒内执行交易。在高频交易中，仅几毫秒的延迟就可能使交易者损失数百万美元；因此，交易指令的传输速度与传输数据的准确性一样重要。在一些实施例中，交易者可以在交易者希望执行交易之前的时间使用高延时、高带宽通信链路108来将预设交易指令或用于执行交易的条件传输到位于紧邻证券交易所的通信节点116。这些指令或条件可能需要传输大量数据并且可以使用更高带宽的通信链路108来更准确地传递这些指令或条件。另外，如果在希望执行交易之前的时间发送指令或条件，那么可以容许通信链路108的较高延时。

指令的最终执行可以通过交易者向存储指令的系统传输触发数据来完成。在接收到触发数据时，将交易指令发送到证券交易所并执行交易。传输的触发数据通常比指令的量少得多；因此，可以通过低延时、低带宽通信链路104发送触发数据。当在通信节点116处接收到触发数据时，用于特定交易的指令被发送到证券交易所。通过低延时通信链路104而不是高延时通信链路108发送触发数据允许尽可能快地执行期望交易，从而相比于交易相同金融工具为交易者提供时间优势。

图1所示的配置在图2中进一步说明，其中第一通信节点112与第二通信节点116在地理上彼此远离，被地球(156)的表面的大部分分离。地球表面的这一部分可能包括一个或多个大洲、海洋、山脉或其他地理区域。例如，在图1至7中跨越的距离可以覆盖单个大陆、多个大陆、海洋等。在一个示例中，第一通信节点112在美利坚合众国的伊利诺伊州·芝加哥，且第二通信节点116在英国的英格兰·伦敦。在另一示例中，第一通信节点112在纽约州·纽约市，且第二通信节点116在加利福尼亚州·洛杉矶市，两个城市都在北美。设想可以提供令人满意的延时和带宽的距离、通信节点和通信链路的任何合适组合。

图2说明天波传播允许电磁遍历长距离。使用天波传播，低延时通信链路104将电磁波124传输到大气层120的一部分中，所述部分被充分电离以将电磁波124折射向地球。接着，这些波可以被地球表面反射，并返回到上部大气层120的电离部分，在那里它们可以再次折射向地球。因此，电磁能量可以反复“跳越”，从而使低延时、低带宽信号124覆盖的距离实质上大于非天波传播可以覆盖的距离。

图1中说明的系统的另一示例出现在图3中，其中可以使用转发器302和306来增强关于图1和图2论述的天波传播。在此示例中，第一转发器302可以接收从天线128发出的低延时通信信号。信号可以被电离区域120折射并返回到地球，在那里它们可以被转发器302接收到并经由天波传播重新传输。折射信号可以由转发器306接收到，并使用天波传播经由天线132重新传输到第二通信节点116。尽管在图3中说明两个转发站，但考虑了地面转发站302的任何合适的数量、配置或位置。增加转发器302、306的数量可以提供在更广泛大气任务阵列中以更大的距离传输低延时信号的机会，然而，接收和重新传输信号的转发器电路系统的物理限制可能向低延时通信链路104增加附加延时。

图4说明图1中说明的系统的另一示例，其中沿着第一通信链路的一个或多个转发器是机载的，诸如在飞机、飞船、气球或被配置为将转发器保持在大气中的其他装置410中。在此示例中，经由天线128从第一通信节点112传输的信号可以由视线通信402或者通过如本文中其他地方描述的天波传播由机载转发器414接收到。信号可以由机载转发器414接收并作为视线通信406重新传输，或者通过天波沿着低延时链路104重新传输到第二通信节点116。

在图5至图7中说明关于天波传播的其他细节。在图5中说明与所公开系统与高层大气的各层的关系。出于无线电传输的目的，可以将高层大气的各层划分为多个连续的高层，诸如对流层504、平流层508和电离层512。

电离层之所以这样命名是因为它包括高浓度的电离颗粒。这些粒子在离地球最远的电离层中的密度非常低，并且在离地球更近的电离层区域中逐渐变高。电离层的上部区域由来自太阳的强大电磁辐射(包括高能紫外线辐射)供电。此太阳辐射导致空气电离为自由电子、正离子和负离子。即使上部电离层中空气分子的密度较低，但来自太空的辐射粒子却具有高的能量，使得它们导致存在的相对较少的空气分子发生广泛的电离。电离层向下延伸穿过电离层，其强度随着空气的浓度升高，在电离层的上端因此发生最高程度的电离，而在电离层的下部发生最低程度的电离。

在图6中进一步说明电离层512的上端与下端之间的电离差异。在图6中说明电离层，从最低层到最高层的三层分别被指定为D层608、E层612和F层604。F层604可以进一步分为在616处被指定为F1(较高层)和在620处被指定为F2(较低层)的两个层。电离层中的层616和620的存在与否以及它们在地球上方的高度随太阳的位置而变化。在正午时分，来自太阳624的进入电离层的辐射最大，在日落时逐渐减少，而在晚上则最少。当去除辐射时，许多离子重新结合，从而导致D层608和E层612消失，并进一步使F1层616与F2层620在夜间重新结合成单个F层604。由于太阳的位置相对于地球上的给定点而变化，所以电离层512的层608、612、616和620的确切特性可能非常难以预测，但可以通过实验确定。

无线电波使用天波传播来到达远程定位的能力取决于各种因素，诸如层608至620(如果存在)中的离子密度、传输的电磁能的频率以及传输的角度。例如，如果无线电波的频率逐渐增加，那么将到达无法使电离层512的电离程度最低的D层608折射所述波的点。波可以继续穿过D层608并进入E层612，在所述E层中波的频率可能仍然太大而不能折射通过此层的单纱。波124在弯向地球之前可以继续到达F2层620并且可能进入F1层616。在某些情况下，频率可以高于临界频率，从而使得不可能发生任何折射，从而导致电磁能从地球大气中辐射出去(708)。

因此，在某一频率以上，竖直传输的电磁能继续进入空间，并且不会被电离层512折射。然而，如果传播角度704从竖直方向降低，那么低于临界频率的一些波可能会被折射。降低传播角704也允许由天线128传输的电磁波124在跳越区720内朝向地球表面折射，从而使得可以遍历跳距724并到达远程天线132。因此，在某个跳距724上成功进行天波传播的机会还取决于传输角以及频率，且因此最大可用频率随电离层的条件、期望跳距724和传播角704而变化。图7还说明诸如天波信号和/或视线信号716等非天波传播不太可能遍历跳距724。

图8说明类似于通信节点112和116的通信节点800的附加方面的一个示例。通信节点800可以包括用于控制通信节点800的各个方面的处理器804。处理器可以耦合到用于存储规则、命令数据820或历史传输数据822的存储器816。也可以包括用于接受用户输入并向用户824提供输出(I/O)的装置。这些装置可以包括键盘或小键盘、鼠标、诸如平板显示器等显示器、打印机、绘图仪或3D打印机、相机或麦克风。可以包括用于用户I/O的任何合适的装置。节点800还可以包括对处理器804作出响应并耦合到通信网络836的网络接口832。也可以包括安全模块828，且其可用以减少或消除第三方在数据在通信节点800之间经过时拦截，阻塞或改变数据的机会。在一个示例中，通信节点800被实现为执行软件以控制节点800的各个方面的交互的计算机。

网络接口836可以被配置为发送和接收数据，诸如命令数据820或可以从触发系统840传递的触发数据。通信网络836可以耦合到诸如因特网等网络并且被配置为在不使用天波传播的情况下发送和接收数据。例如，通信网络836可以通过光纤或沿着地球延伸的类似于先前附图中所示的传输线144的其他传输线传输和接收数据。

节点800可以包括对处理器804作出响应并耦合到射频通信接口812的第二网络接口808。此第二网络接口808可用以传送数据，诸如命令数据820或从触发系统840传递的触发数据。网络接口808可以耦合到比如天线128等天线，所述天线可以包括多个天线或天线元件。射频通信接口808可以被配置为使用经由天线128传输和/或接收的电磁波来发送和接收数据，诸如触发数据。如上所述，天线128可以被配置为经由天波传播发送和接收电磁波。

通信节点800还可以接收被监视以开发频率切换模型的数据流。如所示出，节点800可以接收多个数据流，且处理器804可以组合数据流以创建融合数据流。在一些实施例中，节点800可以接收四个不同数据流。数据流中的一个可以是带内数据844。通信节点800还可以接收带外数据信号848。其他数据源可以包括公用数据852(诸如公开可用的电离层探测仪网络数据)以及私有数据856。

通信节点800可以包括图9中说明的附加方面。射频通信接口812可以包括配置为使用天线128来传输电磁能的传输器904。接收器908也可以任选地包括在内，并且被配置为从天线128接收电磁波。传输器904和接收器908还可以耦合到调制解调器912，所述调制解调器被配置为调制由接口812接收到的信号，以对来自数字流的信息或数据进行编码以供传输器904进行传输。调制解调器912还可以被配置为解调由接收器908从天线128接收到的信号，以将传输信号解码为可有处理器804使用的数字数据流，或者可以将其存储在存储器816中。

如上所述，且如图5至图7中说明，数据信号可以作为电磁波从天线128传输以在天线132处接收。在特定频率下通过天波传播将数据信号从天线128传输到天线132。传输数据信号的频率会影响电磁波行进穿过电离层时的传播。因此，可以选择最佳工作频率以确保数据信号的准确传输。最佳工作频率通常是经由天波传播提供最一致的通信路径的频率。随时间推移，用于传输和接收的最佳工作频率可能会因多种因素中的任何一个而发生变化，这些因素包括电离层的改变、诸如雷暴、太阳风暴等环境条件或其他类似环境事件。为了维持用于传输的最佳工作频率，可能需要偶尔切换频带。

可以通过连续监视来自若干不同数据源的数据流来确定用于传输的最佳工作频率。例如，传输频率模型860可能能够将来自收集到的数据流的数据用作输入来确定最佳传输频率以及确定何时切换频率。在一些实施例中，数据流可以由节点800收集，并且可以被输入到存储于节点800的存储器820中的传输频率模型860中。

在图8所示的节点800的实施例中，监视一个或多个数据流以用作传输频率模型860的输入。数据流中的一个可以是带内数据822。带内数据822可以包括输入数据流，所述输入数据流的频率与节点800已经在传输信息的频率相同。所述模型还可以使用带外数据信号824，包括以与节点800正在传输信息的频率不同的频率传输的输入数据流。使用带内数据822和带外数据824允许节点800以其当前操作频率监视数据传输的特性以及以其他频率监视数据传输的特性。另一输入可以是公用数据826，诸如公共可用的电离层探测仪网络数据，或者是与数据传输有关的环境数据的其他公共源。诸如客户的自有环境数据或历史数据等私有数据828也可用以开发传输频率模型860。

尽管图8示出了四个不同数据源，但是节点800的其他实施例可以包括更多或更少数据源。作为示例，被开发来确定最佳频率的模型860可以仅包括带内数据822和带外数据824。在其他实施例中，模型860可以仅使用带内数据822和公用数据826。其他实施例可以包括三个数据源，或者可以包括五个或更多个数据源。

传输频率模型860通过分析每个输入数据流并对每个数据流中存在的各种失真进行建模来进行操作。传输频率模型860还可以分析除了融合数据流之外的可能会影响数据传输的信息，诸如历史数据822和存储在存储器820中的其他环境数据。太阳的位置也会影响电离层对无线电波的反射，因此传输频率模型860也可以考虑诸如一天中的时间、一年中的一天等信息。传输频率模型860可以使用此信息以及来自融合数据流的失真数据来校正解码传输的数据信号中的错误，并基于当前条件而确定用于传输数据信号的最佳工作频率。

除了确定传输数据的最佳频率之外，节点800还可以预测最佳工作频率何时可能改变，并且确定切换频率的最佳时间以减少任何延时或数据中断问题。高带宽通信链路108还可以向通信节点800提供均衡系数和其他信息，以优化频移的定时。随着环境条件改变且收集到的数据流的质量继续改变，传输频率模型860可以考虑此新数据，并且便于在各种频率之间进行切换以减少延时时间。在一些实施例中，客户端160可以提供确定切换频率的最佳时间而必须满足的某些条件。作为示例，客户端160可以提供确定频移定时以减少延时，解决数据中断问题和/或满足广播需求的某些交易条件。

当节点800正在传输数据信号时，可以以最小的数据传输中断来切换传输数据的频率。在一些实施例中，节点800可以使用RF通信接口812内的传输器904来经由天线128传输数据。当需要改变数据传输的频率时，可以通过改变来自传输器904的传输频率来调整天线128传输数据的频率。其他实施例可以包括切换频率的不同方法。例如，一些实施例可以包括处于待机模式的备用管。当需要改变频率时，可以通过切换到备用传输器中的一个来进行快速切换。在其他实施例中，两个单独传输器可以以不同频率同时广播数据。

在一些实施例中，可能仅在有限时间段内需要数据传输。如图10的流程图1000所示，系统100可以取决于是否需要数据传输而以两种不同的模式操作1005。如果数据传输是必要的，那么传输器可以在数据传输模式下操作1010。当处于数据传输模式时，节点800将收集到的数据流中的数据用作传输频率模型860的输入来确定1015传输数据的最佳频率。一旦确定了最佳频率，那么将数据从第一通信节点112传输1020到第二通信节点116。随着从数据流收集新信息，可以重新计算最佳工作频率，并且可以将传输数据切换到此最佳工作频率。

当不需要数据传输时，系统可以在广播模式下操作1025。在广播模式期间，可以使用传输器以诸如经由调幅(AM)信号和/或数字调幅广播(DRM)信号(或其他数字音频广播信号)向公众广播音乐、体育、新闻或其他音频信息。当通信节点800以广播模式操作时，它可以以数字形式广播。可以收集1030来自数字广播的信息，并将其发送到节点800。一旦通信节点800从广播模式切换回数据传输模式，此数字传输可以是频率选择模型860使用1035以确定频率的数据流中的一个。

作为具体示例，通信节点800可以用于传输用于金融交易的指令，诸如买卖股票或债券。只有在期望证券交易所开放期间才需要此信息。在非工作时间期间，当股票交易所关闭时，节点800可以作为典型的无线电台操作，例如经由AM信号和/或DRM信号，从而提供公众可以听到的内容。从无线电传输接收到的数据可以用作输入到传输频率模型860中的数据流中的一个，以确定在通信节点800切换回数据传输模式时传输数据的最佳频率。

图11示出流程图1100，其描述用于确定数据传输的最佳工作频率的方法。在接收器处收集1105通过天波传播传输的数据流。可以收集多个数据流，同时提供带内数据、带外数据、公用数据、私有数据，历史数据或任何其他传输数据源。组合1110在接收器处收集到的这些数据流以形成融合数据流。将融合数据流输入1115到传输频率选择模型中。频率选择模型可以考虑数据流中的各种失真，并且校正解码以预测最佳工作频率以及确定何时应该切换到最佳工作频率。在通过模型运行融合数据流之后，以通过模型确定的最佳工作频率通过天波传播传输1120数据。

图12说明流程图1200，其示出将天波传播数据传输的频率切换为最佳工作频率的方法。首先，将包括从各种天波传播源收集到的数据的融合数据流输入1205到传输频率选择模型中以确定最佳工作频率。如果模型确定应将数据传输的频率切换到其他频率，那么可以将信号从第一通信节点112发送到第二通信节点116。可以通过低延时、低带宽通信链路104从天线128向天线132发送切换频率的第一信号1210。可以通过高延时、高带宽通信链路108同时发送1215第二信号。在天线132成功接收到第一信号之后，可以将第二通信节点116切换1220到正确频率，并且可以忽略第二信号。然而，在未成功传输低带宽通信链路104上的第一信号的情况下，第二信号可以充当备用以指示第二通信节点116频率改变。

词汇表定义和替代物

除了下文明确定义的以外，权利要求书和说明书中使用的语言仅具有其平常且普通的含义。这些定义中的词语仅具有其平常且普通的含义。此类平常且普通的含义包括最新出版的韦伯斯特词典和兰登书屋词典中所有一致的词典定义。如说明书和权利要求书中所用，以下定义适用于以下术语或其常见变体(例如，单数/复数形式、过去/现在时等)：

“天线”或“天线系统”通常是指以呈任何合适的配置的将电力转换为电磁辐射的电气装置或一系列装置。这种辐射可以沿电磁波谱按任何频率竖直、水平或圆偏振。圆极性传输的天线可能具有右旋或左旋偏振。

在无线电波的情况下，天线可能会沿着电磁频谱范围从极低频(ELF)到极高频(EHF)的频率进行传输。被设计成传输无线电波的天线或天线系统可以包括金属导体(元件)的布置，其电连接(通常通过传输线)到接收器或传输器。由传输器迫使穿过天线的电子的振荡电流可以在天线元件周围产生振荡磁场，而电子的电荷也沿着元件产生振荡电场。这些时变场以移动的横向电磁场波的形式从天线辐射到太空。相反，在接收期间，入射电磁波的振荡电场和磁场会在天线元件中的电子上施加力，从而使它们来回移动，又而在天线中产生振荡电流。接着，这些电流可以被接收器检测到并加以处理以检索数字或模拟信号或数据。

天线可以被设计成在所有水平方向(全向天线)或优先在特定方向(定向或高增益天线)上基本上相等地传输和接收无线电波。在后一种情况下，天线还可以包括附加元件或表面，这些附加元件或表面可以具有或可以不具有与传输器或接收器的任何物理电连接。例如，寄生元件、抛物面反射器或喇叭以及其他此类非激励元件用于将无线电波引导成束或其他期望辐射图。因此，天线可以被配置为通过放置这些各种表面或元件而表现出增加的或减少的方向性或“增益”。高增益天线可以被配置为在给定方向上引导辐射电磁能的绝大部分，所述给定方向可以是竖直的水平方向或其任意组合。

天线还可以被配置为相对于地球在具体的竖直角(即“升起角”)范围内辐射电磁能，以便将电磁能集中向诸如电离层等大气的上层。通过以具体角度将电磁能引向高层大气，可以通过以特定频率传输电磁能来在一天的特定时间实现特定的跳距。

天线的其他示例包括传输器和传感器，它们将电能转换为电磁频谱可见光或不可见光部分中的电磁能脉冲。示例包括发光二极管、激光器等，其被配置为在沿着电磁光谱范围从远红外到极紫外的频率范围内产生电磁能。

“命令”或“命令数据”通常是指控制机器单独或组合采取一个或多个动作的一个或多个指导、指令、算法或规则。可以以任何合适的方式存储，传送，传输或以其他方式处理命令。例如，命令可以电磁辐射的形式存储在存储器中或通过通信网络以任何合适频率通过任何合适介质传输。

“计算机”通常是指被配置为根据任意数量的输入值或变量计算结果的任何计算装置。计算机可以包括用于执行计算以处理输入或输出的处理器。计算机可以包括用于存储将由处理器处理的值或用于存储先前处理的结果的存储器。

计算机也可以配置为接受来自各种输入和输出装置的输入和输出，以接收或发送值。此类装置包括其他计算机、键盘、鼠标、视觉显示器、打印机、工业设备以及所有类型和大小的系统或机械。例如，计算机可以控制网络接口以在请求时执行各种网络通信。网络接口可以是计算机的一部分，也可以是与计算机分离且远离计算机的特征。

计算机可以是单个物理计算装置(例如台式计算机、笔记本电脑)，也可以由相同类型的多个装置组成，诸如在网络群集中作为一个装置运行的一组服务器，或作为一个计算机运行并通过通信网络链接在一起的不同计算装置的异构组合。连接到计算机的通信网络也可以连接到更广泛的网络，诸如因特网。因此，计算机可以包括一个或多个物理处理器或其他计算装置或电路，并且还可以包括任何合适类型的存储器。

计算机还可以是具有未知数量或波动数量的物理处理器和存储器或存储装置的虚拟计算平台。因此，计算机可以物理上位于一个地理定位或物理上分布跨越几个广泛散射的位置，多个处理器通过通信网络链接在一起以作为单个计算机运行。

计算机或计算装置内的“计算机”和“处理器”的概念还涵盖用作所公开系统的部分进行计算或比较的任何此类处理器或计算装置。与发生在计算机中的阈值比较、规则比较、计算等有关的处理操作可以发生在例如单独的服务器中、具有单独的处理器的同一服务器上、或者在具有未知数量的物理处理器的如上所述的虚拟计算环境上。

计算机可以任选地耦合到一个或多个视觉显示器和/或可以包括集成的视觉显示器。同样，显示器可以属于相同类型，也可以是不同视觉装置的异构组合。计算机还可以包括一个或多个操作员输入装置，诸如键盘、鼠标、触摸屏、激光或红外指示器装置或陀螺仪指示器装置，仅举几个代表性示例。另外，除了显示器之外，还可以包括一个或多个其他输出装置，诸如打印机、绘图仪、工业制造机器、3D打印机等。因而，各种显示、输入和输出装置布置是可能的。

多个计算机或计算装置可以被配置为通过有线或无线通信链路彼此通信或与其他装置通信以形成通信网络。网络通信可能会在通过其他较大的计算机网络(诸如因特网)之前，通过用作交换机、路由器、防火墙或其他网络装置或接口等网络装置的各种计算机进行通信。通信也可以通过通信网络作为通过传输线或自由空间通过电磁波承载的无线数据传输进行传递。此类通信包括使用WiFi或其他无线局域网(WLAN)或蜂窝传输器/接收器来传送数据。此类信号符合许多无线或移动电信技术标准中的任何一个，诸如802.11a/b/g/n、3G、4G等。

“通信链路”通常是指两个或更多个通信实体之间的连接，并且可以或可以不包括通信实体之间的通信信道。通信实体之间的通信可以通过任何合适的方式发生。例如，连接可以被实现为实际的物理链路、电气链路、电磁链路、逻辑链路或促进通信的任何其他合适的链路。

在实际物理链路的情况下，通信可以通过通信链路中的多个组件发生，这些组件被认为是通过一个元件相对于另一元件的物理移动来相互响应的。在电气链路的情况下，通信链路可以由电连接以形成通信连接的多个电导体组成。

在电磁链路的情况下，可以通过以任何合适的频率发送或接收电磁能来实现连接，因此允许通信作为电磁波通过。这些电磁波可以通过也可以不通过物理介质(诸如光纤)、自由空间或其任何组合。电磁波可以任何合适的频率传递，包括电磁频谱中的任何频率。

在逻辑链路的情况下，通信链路可以是发送方和接收方(诸如接收站中的传输站)之间的概念上的链路。逻辑链路可以包括物理、电气、电磁或其他类型的通信链路的任意组合。

“通信节点”通常是指沿着通信链路的物理或逻辑连接点、重新分配点或端点。物理网络节点通常被称作以物理、逻辑或电磁方式附接或耦合到通信链路的有源电子装置。物理节点能够通过通信链路发送，接收或转发信息。通信节点可以包括或可以不包括计算机、处理器、传输器、接收器、转发器和/或传输线或其任何组合。

“临界角”通常是指相对于延伸到地球中心的竖直线的最大角度，在所述竖直线处可以使用天波传播将特定频率的电磁波返回到地球。

“临界频率”通常是指在给定电离层条件下使用天波传播在竖直地传输时返回地球的最高频率。

“数据带宽”通常是指通信系统中的逻辑或物理通信路径的最大吞吐量。数据带宽是可以以每秒传送的数据为单位表示的传送速率。在数字通信网络中，传输的数据单位为比特，且数字通信网络的最大吞吐量因此通常用“每秒比特”或“比特/秒”表示。通过扩展，术语“千比特/秒”或“千比特/秒”、“兆比特/秒”或“兆比特/秒”、“千兆比特/秒”或“千兆比特/秒”也可用以表示给定数字通信网络的数据带宽。根据诸如“峰值比特率”、“平均比特率”、“最大持续比特率”、“信息速率”或“物理层有用比特率”等特定度量，可以根据其数据带宽性能特征对数据网络进行评级。例如，带宽测试测量计算机网络的最大吞吐量。此用途的原因是，根据哈特利定律，物理通信链路的最大数据速率与其以赫兹为单位的频率带宽成比例。

数据带宽也可以根据特定通信网络的最大传送速率来表征。例如：

“低数据带宽”通常是指最大数据传送速率小于或约等于每秒1,000,000个数据单元的通信网络。例如，在数字通信网络中，数据的单位是比特。因此，低数据带宽数字通信网络是最大传送速率小于或约等于每秒1,000,000比特(1Mbits/s)的网络。

“高数据带宽”通常是指最大数据传送速率大于每秒约1,000,000单位数据的通信网络。例如，具有高数据带宽的数字通信网络是最大传送速率大于每秒约1,000,000比特(1Mbits/s)的数字通信网络。

“失真”通常是指某物的原始形状或其他特性的改变，且更具体地是指信息承载信号的波形的改变。失真可以包括但不限于振幅、谐波、频率、相位、偏振和群延迟类型失真。失真可以包括对信息承载信号的线性、非线性、系统性和/或随机性改变。失真可以包括对模拟和/或数字信号的改变。

“电磁辐射”通常是指由电磁波辐射的能量。电磁辐射由其他类型的能量产生，并在被破坏时转换为其他类型。当电磁辐射以光速(在真空中)行进远离其来源时，电磁辐射会携带此能量。电磁辐射还携带动量和角动量。这些特性都可以赋予电磁辐射随着其向外移动远离其源而与之相互作用的物质。

电磁辐射从一种介质传递到另一种介质时会改变速度。从一种介质过渡到另一种介质时，新介质的物理特性会导致部分或全部辐射能被反射，而其余的能量会进入新介质。这发生在电磁波传播时遇到的介质之间的每个接合点。

光子是电磁相互作用的量子，并且是所有形式的电磁辐射的基本组成部分。光的量子性质在高频下变得更加明显，因为电磁辐射的频率越高，其行为越像粒子而越不像波。

“电磁频谱”通常是指电磁辐射的所有可能频率的范围。电磁频谱通常按频率和能量增加和波长减小的次序分类如下：

“极低频”(ELF)通常是指约3至约30Hz的频带，波长介于约100,000至10,000km长。

“超低频”(SLF)通常表示通常范围介于约30Hz至约300Hz之间的频带，波长介于约10,000至约1000km长。

“语音频率”或“语音频带”通常表示人耳可以听到的电磁能。成年男性通常在约85至约180Hz的范围内说话，而成年女性通常在约165至约255Hz的范围内交谈。

“甚低频”(VLF)通常表示约3kHz至约30kHz的频率带，相应波长介于约10至约100km长。

“低频”(LF)通常表示约30kHz至约300kHz范围内的波长范围，波长范围介于约1至约10km。

“中频”(MF)通常是指约300kHz至约3MHz的频带，波长介于约1000至约100m长。

“高频”(HF)通常是指约3MHz至约30MHz的频带，波长介于约100m至约10m长。

“甚高频”(VHF)通常表示从约30Hz至约300MHz的频带，波长介于约10m至约1m长。

“特高频”(UHF)通常表示约300MHz至约3GHz的频带，权重波长范围介于约1m至约10cm长。

“超高频”(SHF)通常是指约3GHz至约30GHz的频带，波长范围介于约10cm至约1cm长。

“极高频”(EHF)通常是指约30GHz至约300GHz的频带，波长范围介于约1cm至约1mm长。

“远红外”(FIR)通常表示约300GHz至约20THz的频带，波长范围介于约1mm至约15μm长。

“长波长红外”(LWIR)通常表示约20THz至约37THz的频率带，波长范围介于约15μm至约8μm长。

“中红外”(MIR)通常表示约37THz至约100THz的频带，波长介于约8μm至约3μm长。

“短波长红外”(SWIR)通常指定约100THz至约214THz的频带，波长介于约3μm至约1.4μm长。

“近红外”(NIR)通常表示约214THz至约400THz的频率带，波长介于约1.4μm至约750nm长。

“可见光”通常表示约400THz至约750THz的频率带，波长介于约750nm至约400nm长。

“近紫外线”(NUV)通常表示约750THz至约1PHz的频率带，波长介于约400nm至约300nm长。

“中紫外线”(MUV)通常表示从约1PHz至约1.5PHz的频率带，波长介于约300nm至约200nm长。

“远紫外线”(FUV)通常表示约1.5PHz至约2.48PHz的频率带，波长介于约200nm至约122nm长。

“极端紫外线”(EUV)通常表示约2.48PHz至约30PHz的频带，波长介于约121nm至约10nm长。

“软X射线”(SX)通常表示约30PHz至约3EHz的频率带，波长介于约10nm至约100pm长。

“硬X射线”(HX)通常表示约3EHz至约30EHz的频率带，波长介于约100pm至约10pm长。

“伽马射线”通常表示高于约30EHz的频带，波长小于约10pm长。

“电磁波”通常是指具有分离的电分量与磁分量的波。电磁波的电分量与磁分量同相振荡，并且始终分开90度角。电磁波可以从源辐射，以产生能够通过介质或真空的电磁辐射。电磁波包括以电磁频谱中的任何频率振荡的波，包括但不限于无线电波、可见光和不可见光、X射线和伽马射线。

“频率带宽”或“频带”通常是指由较高和较低频率定义的连续频率范围。因此，频率带宽通常表示为赫兹数(每秒循环数)，代表频带的较高频率与较低频率之间的差异，并且可能或可能不包括较高和较低频率本身。因此，“频带”可以由给定区域的给定频率带宽定义，并以术语上普遍同意的方式来指定。例如，在美国，“20米频带”被分配14MHz到14.35MHz的频率范围，因此定义0.35MHz或350KHz的频率带宽。在另一示例中，国际电信联盟(ITU)已将300MHz至3GHz的频率范围指定为“UHF频带”。

“光纤通信”通常是指通过通过光纤发送电磁能脉冲来将数据从一个地方传输到另一地方的方法。传输的能量可以形成电磁载波，电磁载波可以经过调制以承载数据。使用光纤电缆以传输数据的光纤通信线可以配置为具有高数据带宽。例如，光纤通信线可以具有高达约15Tbit/s、约25Tbit/s、约100Tbit/s、约1Pbit/s或更高的高数据带宽。可以沿着光纤通信线路使用光电转发器，以将电磁能量从光纤电缆的一个部分转换为电信号。转发器可以以比其接收到的信号强度更高的信号强度沿着光纤电缆的另一段重新传输为电磁能的电信号。

“金融工具”通常是指任何种类的可交易资产。一般示例包括但不限于现金、实体所有权凭证或收取或交付现金或其他金融工具的合同权利。具体示例包括债券、票据(例如商业票据和国库券)、股票、贷款、存款、存款证、债券期货或债券期货期权、短期利率期货、股票期权、股票期货、货币期货、利息利率掉期、利率上限和下限、利率期权、远期利率协议、股票期权、外汇期权、外汇掉期、货币掉期或任何种类的衍生产品。

“融合数据流”通常是指至少两个或更多个单独数据传输的组合。数据传输可以来自任何期望来源。例如，数据传输可以是带内数据、带外数据、公用数据或私有数据。融合数据流可以是这些不同数据传输的任何期望组合。

“地面”在电气/电磁意义上使用更多，并且通常是指地球的表面，包括陆地和水体，诸如海洋、湖泊和河流。

“地波传播”通常是指一种传输方法，其中一个或多个电磁波经由地面与大气的边界传导以沿着地面传播。电磁波通过与地球的半导体表面相互作用来传播。本质上，波紧贴表面，以便遵循地球的曲率。通常，但并非总是如此，电磁波呈由低频无线电波形成的地波或表面波的形式。

“标识符”通常是指标识唯一事物或事物唯一类的名称(即标记其身份)，其中“对象”或类别可以是观念、物理对象(或其类别)或物理物质(或其类别)。缩写“ID”通常是指身份、标识(标识的过程)或标识符(即标识的例子)。标识符可以包括也可以不包括单词、数字、字母、符号、形状、颜色、声音或其任何组合。

单词、数字、字母或符号可以遵循编码系统(其中字母、数字、单词或符号代表想法或更长的标识符)，或者它们可以仅仅是任意的。当标识符遵循编码系统时，它通常称作代码或ID代码。不遵循任何编码方案的标识符通常被称为任意ID，因为它们是任意分配的，在标识事物之外的任何其他上下文中都没有意义。

“带内数据”通常是指从两个通信节点之间的主数据传输流收集的数据。通常，带内数据是由传输方发送的主要数据传输。可以收集并分析此数据以确定在传输期间在电离层条件下以特定频率传输数据的可行性。

“电离层”通常是指地球大气层，高浓度的离子和自由电子包含于其中并且能够反射无线电波。电离层包括热层以及中层和外层的一部分。电离层在地球表面上方延伸约25至约600英里(约40到1,000km)。电离层包括许多层，这些层在高度、密度和厚度方面会发生相当大的变化，这取决于许多因素，包括太阳活动，诸如黑子。电离层的各个层如下标识。

电离层的“D层”是最内层，其位于地球表面上方约25英里(40km)至约55英里(90km)之间。所述层具有折射低频信号的能力，但是它允许高频无线电信号以一定的衰减通过。通常，但并非在所有情况下，D层都会在日落之后由于其离子的快速重组而迅速消失。

电离层的“E层”是中间层，其位于地球表面上方约55英里(90km)至约90英里(145km)。E层通常具有折射频率高于D层的信号的能力。根据条件，E层通常可以折射高达20MHz的频率。E层中的离子重组速度有些快，以至于日落后几乎在午夜之前完全消失。E层可以进一步包括所谓的“Es”层”或“散发性E层”，其由小而薄的强电离云形成。散发性E层可以反射无线电波，即使频率高达225MHz，尽管这种情况很少。散发性E层通常在夏季形成，且其跳距约为1,020英里(1,640km)。运用散发性E层，一跳传播可以约为560英里(900km)至高达1,600英里(2,500km)，而双跳传播则可以超过2,200英里(3,500km)。

电离层的“F层”是顶层，其位于地球表面上方约90(145km)与310英里(500km)或更大之间。F层中的电离通常很高，并且白天变化很大，通常在中午左右发生最高电离。在白天，F层分为F1层和F2层两层。F2层是最外层，且因而位于比F1层更高的位置。鉴于大气在这些海拔高度稀疏，离子的重组会缓慢发生，使得F层在白天或黑夜保持恒定的电离状态，从而大多数(但非所有)无线电波的天波传播都在F层中发生，由此促进高频(HF)或长距离短波通信。例如，F层能够折射高达30MHz频率的高频长距离传输。

“延时”通常是指系统中的原因与结果之间的时间间隔。延时是物理上受限的速度的结果，任何物理交互都可以以有限的速度贯穿整个系统传播。延时是物理上任何物理交互传播速度有限的结果。结果可以穿过系统传播的速度始终低于或等于光速。因此，在原因与结果之间包括一定距离的每个物理系统都会经历某种延时。例如，在通信链路或通信网络中，延时通常是指数据从一个点传递到另一点所花费的最短时间。关于通信网络的延时也可以被表征为能量从沿着网络的一个点移动到另一点所花费的时间。关于由电磁能量沿特定传播路径传播所引起的延迟，延时可以分类如下：

“低延时”通常是指小于或约等于传播时间的时间段，所述传播时间比光在真空中行进给定传播路径所需的时间长10％。用公式表达，低延时定义如下：

其中：

d＝距离(英里)

c＝真空中的光速(186,000英里/秒)

k＝1.1的标量常数

例如，光可在约0.1344秒内穿过真空传播25,000英里。因此，在此25,000英里传播路径上承载数据的“低延时”通信链路将能够在至少0.14784秒或更短的时间内通过链路传递数据的至少一部分。

“高延时”通常是指大于传播时间的时间段，所述传播时间比光在真空中行进给定传播路径所需的时间长10％。用公式表达，高延时定义如下：

其中：

d＝距离(英里)

c＝真空中的光速(186,000英里/秒)

k＝1.1的标量常数

例如，光可以在约0.04301秒内穿过真空传播8,000英里。因此，在此传输路径上承载数据的“高延时”通信链路将能够在约0.04731秒或更长的时间内通过链路传递数据的至少一部分。

网络的“高”和“低”延时可能与数据带宽无关。某些“高”延时网络可能具有比“低”延时网络更高的高传送速率，但情况并非总是如此。某些“低”延时网络的数据带宽可能超过“高”延时网络的带宽。

“最大可用频率(MUF)”通常是指使用天波传播来返回到地球的最高频率。

“存储器”通常是指被配置为保留数据或信息的任何存储系统或装置。每个存储器可以包括一种或多种类型的固态电子存储器、磁存储器或光存储器，仅举几例。作为非限制性示例，每个存储器可以包括固态电子随机存取存储器(RAM)、可依序访问存储器(SAM)(诸如先入先出(FIFO)种类或后入先出(LIFO)种类)、可编程只读存储器(PROM)、电子可编程只读存储器(EPROM)或电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)；光盘存储器(诸如DVD或CDROM)；磁编码硬盘、软盘、磁带或盒式磁带介质；或这些内存类型的任何组合。而且，每个存储器可以是易失性、非易失性或易失性与非易失性种类的混合组合。

“非天波传播”通常是指所有形式的有线和/或无线传输，其中不通过反射来自电离层的电磁波来传输信息。

“噪声”通常是指干涉和/或阻止接收到信号和/或信息的一种或多种干扰。

“最佳工作频率”通常是指经由天波传播提供最一致的通信路径的频率。它可能取决于数个因素会随时间变化，诸如电离层条件和一天中的时间。对于使用电离层的F2层的传输，工作频率通常约为MUF的85％，且对于E层，最佳工作频率通常接近MUF。

“光纤”通常是指具有细长导管的电磁波导，所述导管包括基本透明的介质，电磁能在电磁能横穿导管的长轴时通过所述介质传播。当电磁辐射横穿导管时，可以通过电磁辐射的全内反射将电磁辐射保持在导管内。通常使用包含基本透明的芯的光纤来实现全内反射，所述基本透明的芯被第二基本透明的包层材料围绕，所述第二基本透明的包层材料的折射率比所述芯的折射率低。

光纤通常由不导电但基本上透明的介电材料构成。此类材料可以或可以不包括挤出玻璃(诸如二氧化硅)、氟化物玻璃、磷酸盐玻璃、硫属化物玻璃或聚合材料(诸如各种类型的塑料)或其他合适的材料的任何组合，并且可以被配置为具有任何合适的截面形状、长度或尺寸。尽管可以使用具有任何合适频率的电磁能，但是可以成功通过光纤的电磁能的示例包括电磁光谱的近红外、中红外和可见光部分中的电磁波。

“带外数据”通常是指从独立于主要数据流通过其传输的信道的信道收集的数据。带外数据可以是第三方通过天波传播发送的数据流，也可以是传输方沿着与主数据传输流不同的通道发送的数据流。收集到的数据可以包括电离层数据，例如来自电离层探测仪的数据，或者可以是被收集并分析以确定在当前电离层条件下以特定频率传输数据的可行性的通用数据。

“偏振”通常是指辐射的电磁能波的电场(“E平面”)相对于地球表面的定向，并且由辐射天线的物理结构和定向决定。偏振可以与天线的方向性分开考虑。因此，简单的直线天线在基本竖直安装时可具有一个偏振，而在基本水平安装时可具有不同的偏振。作为横波，无线电波的磁场与电场的磁场成直角，但按照惯例，对天线“偏振”的谈论应被理解为指电场的方向。

反射通常会影响偏振。对于无线电波，电离层是一种重要的反射器，它可以改变电波的偏振。因此，对于经由电离层反射(天波)接收到的信号，无法预期一致的偏振。对于视线通信或地波传播，水平或竖直偏振的传输通常在接收定位处保持约相同的偏振状态。在地面波或视线传播中，使接收天线的偏振与传输器的偏振相匹配可能特别重要，但在天波传播中可能不太重要。

当可以定义此天线的线性偏振时，通常是沿着天线电流的方向(从接收定位看)。例如，竖直方向的竖直鞭状天线或Wi-Fi天线将以竖直偏振进行传输和接收。具有水平元件的天线，诸如大多数屋顶电视天线，通常是水平偏振的(因为广播电视通常使用水平偏振)。即使当天线系统具有竖直定向(诸如水平偶极天线阵列)时，偏振仍处于与电流相对应的水平方向上。

偏振是投影到垂直于无线电波运动方向的假想平面上的E平面定向的随时间的总和。在最一般情况下，偏振是椭圆的，这意味着无线电波的偏振会随时间推移而变化。如上所述，有两种特殊情况：线性偏振(椭圆塌陷成一条线)和圆形偏振(椭圆的两个轴相等)。在线性偏振中，无线电波的电场沿一个方向来回振荡，这可能会受到天线安装的影响，但通常期望方向是水平或竖直偏振。在圆形偏振中，无线电波的电场(和磁场)以射频为中心围绕传播轴循环旋转。

“私有数据”通常是指从公众无法获得的来源收集的电离层数据。私有数据可以是由执行数据传输的一方收集的历史或当前电离层数据，也可以是执行数据传输的一方从第三方购买的电离层数据。私有数据也可以是通过天波传播发送的高频数据传输，可以收集和分析这些数据的可以表明某一传输频率的可行性的传输特性，诸如失真。

“处理器”通常是指被配置为作为单个单元操作的一个或多个电子组件，所述单个单元被配置或编程为处理输入以生成输出。替代地，当具有多组件形式时，处理器可以具有相对于其他组件在远处定位一个或多个组件。每个处理器的一个或多个组件可以是定义数字电路系统、模拟电路系统或两者的电子种类。在一个示例中，每个处理器是常规的集成电路微处理器布置，诸如由美国加利福尼亚州·圣克拉拉市(95052)2200Mission CollegeBoulevard的英特尔(INTEL)公司提供的一个或多个奔腾、i3、i5或i7处理器。

处理器的另一示例是专用集成电路(ASIC)。ASIC是为执行一系列具体逻辑操作而定制的集成电路(IC)，它控制计算机执行特定的任务或功能。ASIC是专用计算机的处理器的示例，而不是被配置用于通用目的的处理器的示例。专用集成电路通常不是可重新编程的以执行其他功能，并且在制造时可以被编程一次。

在另一示例中，处理器可以是属于“现场可编程”类型的。此类处理器可以在制造后多次“现场”编程以执行各种专用或通用功能。现场可编程处理器可以包括处理器中的集成电路中的现场可编程门阵列(FPGA)。可以对FPGA进行编程以执行一系列特定的指令，所述指令可以保留在FPGA的非易失性存储单元中。客户或设计人员可以使用硬件描述语言(HDL)来对FPGA进行配置。在FPGA中，可以使用另一台计算机对FPGA进行重新编程以对FPGA进行重新配置，从而实现新命令或操作指令集。可以以任何合适方式执行操作，诸如通过对处理器电路进行固件升级。

就像计算机的概念不限于单个定位中的单个物理装置一样，“处理器”的概念也不限于单个物理逻辑电路或电路包，而是包括可能包含在多个物理定位中的多个计算机内或之间的一个或多个此类电路或电路包。在虚拟计算环境中，未知数量的物理处理器可能正在主动处理数据，未知数量也可能随时间推移而自动改变。

“处理器”的概念包括这样的装置：其被配置或编程为进行阈值比较、规则比较、计算或执行将规则应用于产生逻辑结果(例如，“真”或“假”)的数据的逻辑运算。处理活动可能发生在单独服务器上的多个单个处理器中、具有单独处理器的单个服务器中的多个处理器中、或在单独的计算装置中彼此物理上远程的多个处理器上。

“公用数据”通常是指公众或任何有关方免费获得的电离层数据。公用数据可以是由诸如NASA和美国国家海洋与大气管理局(NOAA)等政府机构或收集并分发电离层数据的任何其他公共实体收集并提供的电离层探测仪数据。公用数据可以是历史数据或实时数据。公用数据也可以是通过天波传播发送的高频数据传输，可以收集和分析这些数据的可以表明某一传输频率的可行性的传输特性，诸如失真。

“无线电”通常是指频率在3kHz至300GHz范围内的电磁辐射。

“无线电水平线”通常是指天线的直射光线与地面相切的点的轨迹。可以通过下式估算无线电水平线：

其中：

d＝无线电水平线(英里)

ht＝传输天线高度(英尺)

hr＝接收天线高度(英尺)。

“远程”通常是指两个事物之间的任何物理、逻辑或其他间隔。间隔可以相对大，诸如数千或数百万英里或几公里，或者相对小，诸如纳米或百万分之一英寸。彼此“远离”的两个事物也可以在逻辑上或物理上耦合或连接在一起。

“接收”通常是指接受传送、传达、输送、中继、调度或转发的内容。所述概念可以包括也可以不包括侦听或等待某物来自传输实体的动作。例如，可以在不知道传输方的情况下接收传输。同样，可以在知道或不知道接收方的情况下发送传输。“接收”可以包括但不限于以电磁谱中的任何合适的频率捕获或获得电磁能的动作。接收可以通过感应电磁辐射发生。感测电磁辐射可以涉及检测穿过或来自诸如电线或光纤等介质的能量波。接收包括接收数字信号，所述数字信号可以定义各种类型的模拟或二进制数据，诸如信号、数据报、分组等。

“接收站”通常是指接收装置或具有被配置为接收电磁能的多个装置的定位设施。接收站可以被配置为从特定传输实体或从任何传输实体接收，而不管所述传输实体在接收传输之前是否可识别。

“反射点”通常是指电离层中的电波层折射无线电波以使其开始传播回地球表面而不是进一步进入大气的定位。

“传感器”通常是指检测或测量物理特性的任何装置。测得的物理特性可以是大气条件，但这不是必需的。例如，传感器可以测量大气条件，诸如电离层高度。传感器还可以收集与温度、风速、闪电或数个其他天气相关参数中的任何一个有关的数据。传感器可以仅限于单个物理特性的测量，或者可以能够测量若干不同物理特性。

“跳距”通常是指从传输器到天波传播的波可以返回地球的位置的最小距离。换句话说，跳距是在天波传播的临界角处出现的最小距离。

“跳越区”或“安静区”通常是指完全消散来自地波传播的地波的定位与使用天波传播的第一天波来返回的定位之间的区域。在跳越区中，无法接收到给定传输的信号。

“卫星通信”或“卫星传播”通常是指将一个或多个电磁信号传输到卫星，所述卫星又将信号反射和/或重新传输到另一卫星或站。

“大小”通常是指某物的范围；事物的整体尺寸或量值；某物有多大。对于物理对象，大小可用以描述相对术语，诸如大或更大、高或更高、低或更低、小或更小等。物理对象的大小也可以以固定单位给出，诸如以任何合适的单位表示的特定宽度、长度、高度、距离、体积等。

对于数据传送，大小可用以指示作为逻辑或物理单元进行操作，寻址，传输，接收或处理的数据的相对或固定数量。大小可以与数据集合、数据集、数据文件或其他此类逻辑单元中的数据量结合使用。例如，数据收集或数据文件可以表征为具有35M字节的“大小”，或者通信链路的可以表征为具有“大小”为1000比特每秒的数据带宽。

“天波传播”通常是指一种传输方法，其中从天线辐射的一个或多个电磁波从电离层折射回地面。天波传播还包括对流层散射传输。在一种形式中，可以使用跳过方法，其中从电离层折射的波被地面反射回电离层。这种跳过可能会发生多次。

“空间波传播”或有时被称作“直接波传播”或“视线传播”通常是指一种传输方法，其中一个或多个电磁波在通常彼此可见的天线之间传输。传输可以经由直接和/或地面反射的空间波发生。一般而言，天线的高度和地球曲率是空间波传播的传输距离的限制因素。由于衍射效应，直接视线的实际无线电视线范围大于可见或几何视线；也就是说，射电水平线比几何视线大4/5。

“扩频”通常是指包括通过多个频率发送传输信号的一部分的传输方法。通过在各种频率上发送信号地一部分，可以同时发生多个频率上的传输。在此示例中，接收器必须同时收听所有频率，以便重组传输信号。传输也可以通过“跳变”信号分布在多个频率上。信号跳变场景包括：在第一频率上在某一时间段内传输信号；切换到在第二时间段内上第二频率内传输信号；随后第三时间段内切换到第三频率，依此类推。接收器与传输器必须同步才能一起切换频率。可以以可以随时间(例如，每小时、每24小时等)改变的跳频模式来实现此“跳变”频率的过程。

“平流层”通常是指地球大气层，其从对流层延伸到地球表面上方约25至35英里。

“传送速率”通常是指某物从一个物理或逻辑定位移动到另一定位的速率。在通信链路或通信网络的情况下，传送速率可以表征为在链路或网络上的数据传送速率。此传送速率可以以“比特每秒”表达，并且可以受用于执行数据传输的给定网络或通信链路的最大数据带宽的限制。

“传输频率模型”通常是指确定合适的频率来经由天波传播沿着一致的通信路径进行数据传输的方法。传输频率模型可用以确定适合实时传输的频率和/或可用以预测将来的合适频率以及何时切换数据传输的频率。传输频率模型可以接受各种类型的数据作为输入，例如传输数据流、环境数据、历史数据以及用于确定传输频率的任何其他期望类型的数据。在某些情况下，传输频率模型可以是计算机程序，并且可以存储于计算机存储器中并可以使用计算机处理器进行操作。

“传输线”通常是指一种专门的物理结构或一系列结构，其被设计为将电磁能从一个定位携带到另一定位，通常不会通过自由空间辐射电磁能。传输线用于保留电磁能并将电磁能从一个定位传送到另一定位，同时最小化在电磁能通过传输线中的结构时引发的延时和功率损耗。

可以用于传达无线电波的传输线示例包括双芯导线、同轴电缆、微带线、带状线、双绞线、星形四极杆、勒谢尔线、各种类型的波导或简单的单电缆线。诸如光纤等其他类型的传输线可以用于承载诸如可见光或不可见光等更高频率的电磁辐射。

“传输路径”或“传播路径”通常是指电磁能通过空间或介质所采取的路径。这可以包括通过传输线的传输。在这种情况下，传输路径由传输线定义，跟随传输线，包含在传输线中，通过传输线或通常包括传输线。传输或传播路径不必由传输线定义。可以通过在自由空间或大气中移动的电磁能(诸如天波、地波、高低线或其他形式的传播)来定义传播或传输路径。在那种情况下，传输路径可以表征为电磁能在从传输器移动到接收器时通过的任何路径，包括在传输能量的方向上的任何跳越、反弹、散射或其他变化。

“传输站”通常是指传输装置或具有被配置为传输电磁能的多个装置的定位设施。传输站可以被配置为向特定接收实体、向被配置为接收传输的任何实体或其任何组合进行传输。

“传输”通常是指使某物被传送、传达、输送、中继、调度或转发。所述概念可以或可以不包括从传输实体向接收实体传送某物的动作。例如，可以在不知道传输方的情况下接收传输。同样，可以在知道或不知道接收方的情况下发送传输。“传输”可以包括但不限于以电磁谱中的任何合适的频率发送或广播电磁能的动作。传输可以包括数字信号，所述数字信号可以定义各种类型的二进制数据，诸如信号、数据报、分组等。传输还可以包括模拟信号。

“触发数据”通常是指包括触发信息的数据，所述触发信息标识一个或多个待执行命令。触发数据与命令数据可以在单个传输中一起出现，或者可以沿着单个或多个通信链路分别传输。

“对流层”通常是指地球大气的最低部分。在中纬度地区，对流层在地球表面上方延伸约11英里，在热带地区延伸至12英里，在两极冬季则约为4.3英里。

“对流层散射传输”通常是指一种天波传播形式，其中一个或多个电磁波(诸如无线电波)对准对流层。尽管不确定其起因，但是波的少量能量被向前散射到接收天线。由于严重的衰落问题，通常使用分集接收技术(例如，空间、频率和/或角度分集)。

“波导”通常是指被配置为引导沿电磁波谱以任何频率发生的诸如电磁波等波的传输线。示例包括导电或绝缘材料的任何布置，其被配置为将沿电磁频谱范围的低频电磁辐射从极低频波传送到极高频波。其他具体示例包括引导高频光的光纤或用于承载高频无线电波(尤其是微波)的中空导电金属管。

应注意，除非另有明确说明，否则如在说明书和/或权利要求书中使用的单数形式“一个”、“一种”、“所述”等包括复数形式。例如，如果说明书和/或权利要求书引用“一个装置”或“所述装置”，那么其包括一个或多个此类装置。

应注意，在本文使用诸如“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“前”、“后”、“横向”、“纵向”、“径向”、“周向”等方向性术语仅仅是为了方便读者，以帮助读者理解所说明实施例，且并不意图以任何方式使用这些方向性术语来将所描述、说明和/或要求特征限于特定的方向和/或定向。

尽管已经在附图和先前描述中详细说明并描述了本发明，但是本发明应被认为是说明性的而非限制性的，同时应理解，仅示出并描述了优选实施例，且期望并保护由所附权利要求书限定的本发明的精神内的所有改变、等效物和修改。本说明书中引用的所有出版物、专利和专利申请都通过引用并入本文，就如同每个单独的出版物、专利或专利申请都被具体地和单独地指示为通过引用并入本文一样。

Claims (23)

1.一种系统，其包括：

第一无线通信节点，其被配置为从已经通过天波传播传输的至少两个不同数据流收集数据，其中将所述至少两个数据流组合以形成融合数据流；

第二无线通信节点，其被配置为接收从所述第一无线通信节点传输的数据；

传输频率模型，其被配置为确定用于传输数据信号的最佳工作频率，其中将所述融合数据流用作所述传输频率模型的输入；

其中以通过所述传输频率模型确定的最佳工作频率，在使用天波传播的数据传输路径上将数据从所述第一无线通信节点传输到所述第二无线通信节点。

2.根据权利要求1所述的系统，其中收集到的数据流中的至少一个包括带内数据。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中收集到的数据流中的至少一个包括带外数据。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中收集到的数据流中的至少一个包括公开可用的数据。

5.根据权利要求4所述的系统，其中所述公开可用的数据包括电离层探测仪网络数据。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中收集到的数据流中的至少一个包括私有数据。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述最佳工作频率是经由天波传播提供最一致的通信路径的频率。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述融合数据流是至少两个或更多个单独数据传输的组合。

9.一种方法，其包括：

在第一无线通信节点处从已经通过天波传播传输的至少两个不同数据流收集数据；

组合来自所述数据流的数据以形成融合数据流；

将所述融合数据流输入到传输频率模型中，以确定用于传输数据信号的最佳工作频率；以及

以通过所述传输频率模型确定的最佳工作频率，在使用天波传播的数据传输路径上将数据从所述第一无线通信节点传输到第二无线通信节点。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述数据流中的至少一个包括带内数据。

11.根据权利要求9至10中任一项所述的方法，其中所述数据流中的至少一个包括带外数据。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其中所述数据流中的至少一个包括公开可用的数据。

13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，其中所述公开可用的数据包括电离层探测仪网络数据。

14.根据权利要求9至13中任一项所述的方法，其中所述数据流中的至少一个包括私有数据。

15.根据权利要求9至14中任一项所述的方法，其中在以不同于所确定的最佳工作频率的频率下传输初始数据流的同时，执行从至少两个不同数据流收集数据。

16.根据权利要求15所述的方法，其中传输数据的操作包括将所述初始数据流的频率切换为所述最佳工作频率。

17.根据权利要求16所述的方法，其中通过改变传输器的频率来执行切换所述初始数据流的频率。

18.根据权利要求16所述的方法，其中通过从与用以传输所述初始数据流的传输器不同的传输器传输数据来执行切换所述初始数据流的频率。

19.根据权利要求9至18中任一项所述的方法，其还包括：

通过将所述融合数据流输入到所述传输频率模型中来计算对未来电离层条件的预测；

针对所述预测的未来电离层条件而确定未来最佳工作频率；以及

确定将所述数据的传输频率切换到所述未来最佳工作频率的时间。

20.根据权利要求9至19中任一项所述的方法，其中从所述第一通信节点传输到所述第二通信节点的数据是金融交易数据。

21.一种系统，其包括：

用于从已经通过天波传播传输的至少两个不同数据流收集数据的装置；

用于组合来自所述数据流的数据以形成融合数据流的装置；

用于将所述融合数据流输入到传输频率模型中以确定用于传输数据信号的最佳工作频率的装置；以及

用于以通过所述传输频率模型确定的最佳工作频率在使用天波传播的数据传输路径上将数据从所述第一无线通信节点传输到第二无线通信节点的装置。

22.一种方法，其包括：

确定不需要数据传输，以及：

(i)在广播模式下操作并以数字形式向公众传输音频；

(ii)从广播模式期间产生的数字数据流收集数据；

(iii)从已通过天波传播传输的至少一个附加数据流收集数据；

(iv)组合来自所述数据流的数据以形成融合数据流；

(v)将所述融合数据流输入到传输频率模型，以确定用于传输数据信号的最佳工作频率；

确定需要数据传输，以及：

(i)在数据传输模式下操作，其中通过天波传播将指令数据流从第一通信节点发送到第二通信节点；以及

(ii)以在广播模式下操作时确定的最佳工作频率通过天波传播传输所述指令数据流。

23.一种方法，其包括：

从已通过天波传播传输的至少两个不同数据流收集数据；

组合来自所述数据流的数据以形成融合数据流；

将所述融合数据流输入到传输频率模型，以确定用于传输数据信号的最佳工作频率；

在第一通信链路上从用于传输数据的第一通信节点向用于接收数据的第二通信节点发送切换频率的第一信号；

在第二通信链路上从用于传输数据的第一通信节点向用于接收数据的第二通信节点发送与所述第一信号相同的第二信号，其中所述第二通信链路比所述第一通信链路具有更大的延时；以及

在成功接收到所述第一信号或所述第二信号之后，将从所述第一通信节点到所述第二通信节点的数据传输的频率切换到所述最佳工作频率。

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