RU2772978C2 - Reduction in interference created by aircrafts - Google Patents

Reduction in interference created by aircrafts Download PDF

Info

Publication number
RU2772978C2
RU2772978C2 RU2020115294A RU2020115294A RU2772978C2 RU 2772978 C2 RU2772978 C2 RU 2772978C2 RU 2020115294 A RU2020115294 A RU 2020115294A RU 2020115294 A RU2020115294 A RU 2020115294A RU 2772978 C2 RU2772978 C2 RU 2772978C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
aircraft
pattern
controlling
antenna
beamwidth
Prior art date
Application number
RU2020115294A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2020115294A (en
RU2020115294A3 (en
Inventor
Маик БИЕНАС
Андреас Шмидт
Мартин ХАНС
Original Assignee
АйПиКОМ ГМБХ УНД КО. КГ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by АйПиКОМ ГМБХ УНД КО. КГ filed Critical АйПиКОМ ГМБХ УНД КО. КГ
Priority claimed from PCT/EP2018/079004 external-priority patent/WO2019081489A1/en
Publication of RU2020115294A publication Critical patent/RU2020115294A/en
Publication of RU2020115294A3 publication Critical patent/RU2020115294A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2772978C2 publication Critical patent/RU2772978C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: communication.
SUBSTANCE: group of inventions relates to communication technology; it can be used in mobile communication systems created by aircrafts, in particular unmanned aerial vehicles. A method includes control of direction of a radio transmission of an aircraft in the air, at which vertically downward direction of the transmission is provided.
EFFECT: increase in noise immunity of communication due to the compensation of effects caused by changing inclination angles of a drone during the flight and impacting on the direction of the axis of a directional diagram of directed antennas.
15 cl, 8 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Настоящее изобретение относится к способам снижения помех в системе мобильной связи, создаваемых летательными аппаратами, в частности беспилотными летательными аппаратами, обычно называемыми «дронами».The present invention relates to methods for reducing interference in a mobile communication system caused by aircraft, in particular unmanned aerial vehicles, commonly referred to as "drones".

Уровень техникиState of the art

На пленарном заседании 3GPP RAN №75 в марте 2017 года был рассмотрен и утвержден новый предмет исследования для рабочих групп RAN - «Расширенная поддержка для летательных аппаратов». Целесообразность включения этого предмета исследования в сферу деятельности 3GPP связана с ростом количества дронов (или беспилотных летательных аппаратов, БПЛА), которые оснащены (или могут быть оснащены) устройствами мобильной связи (устройствами пользователя, (UE, user equipment)). Эта тенденция вызвана существованием двух типов дронов, а именно: дронов, позволяющих устанавливать на них обычные сотовые телефоны, и доступных на рынке дронов, оснащенных встроенными сотовыми модемами.At the 3GPP RAN Plenary Meeting #75 in March 2017, a new subject of study for the RAN working groups, "Enhanced Support for Aircraft", was considered and approved. The feasibility of including this subject of study in the scope of 3GPP is associated with the growth in the number of drones (or unmanned aerial vehicles, UAVs) that are (or can be equipped) with mobile communication devices (user devices, (UE, user equipment)). This trend is driven by the existence of two types of drones, namely drones that can mount regular cell phones on them, and drones available on the market that are equipped with built-in cellular modems.

Ожидается особенно быстрый рост использования дронов для доставки посылок, поисково-спасательных операций, контроля критически важных объектов инфраструктуры, сохранения дикой природы, видеонаблюдения и в качестве летающих камер. Скорее всего, подобные варианты использования продолжат появляться в ближайшие годы. Во многих из упомянутых выше вариантов использования возможна определенная польза от подключения дронов к системам сотовой связи (например, к сетям LTE) в качестве устройств UE. В результате этого в будущем к имеющемуся парку устройств UE, работающих на земной поверхности (или вблизи нее), может добавиться большой парк дронов с сотовыми модемами. Поэтому некоторые операторы мобильной связи (MNO, Mobile Network Operators) ощущают необходимость лучшей подготовки своих существующих сетей сотовой связи к предстоящему росту трафика данных, вызванному распространением дронов, оснащенных сотовыми модемами.Drones are expected to grow particularly rapidly in package delivery, search and rescue, critical infrastructure monitoring, wildlife conservation, video surveillance, and as flying cameras. Most likely, these use cases will continue to appear in the coming years. In many of the use cases mentioned above, there may be some benefit from connecting drones to cellular systems (eg, LTE networks) as UE devices. As a result, in the future, a large fleet of drones with cellular modems may be added to the existing fleet of UEs operating on the earth's surface (or near it). Therefore, some mobile network operators (MNOs, Mobile Network Operators) feel the need to better prepare their existing cellular networks for the upcoming increase in data traffic caused by the proliferation of drones equipped with cellular modems.

Например, на малых высотах дрон, оснащенный устройством UE, обычно ведет себя как традиционное устройство UE, но на больших высотах характеристики распространения радиоволн меняются и сигнал восходящего канала дрона может вызывать проблемы, поскольку он может приниматься большим количеством сот вследствие распространения радиоволн в условиях прямой видимости.For example, at low altitudes, a UE-equipped drone usually behaves like a traditional UE, but at high altitudes, the radio wave propagation characteristics change and the drone uplink signal may cause problems because it can be received by a large number of cells due to line-of-sight radio wave propagation. .

Сигнал восходящего канала, передаваемый таким летающим дроном, значительно увеличивает помехи для сигналов восходящего канала, принимаемых в соседних сотах, как показано на фиг. 1. Таким образом, сигнал восходящего канала дрона оказывает отрицательное воздействие на другие устройства UE, находящиеся или установленные на поверхности земли (например, смартфон, устройство интернета вещей и т.д.).The uplink signal transmitted by such a flying drone significantly increases the interference to the uplink signals received in neighboring cells, as shown in FIG. 1. Thus, the drone's uplink signal has a negative impact on other UEs located or installed on the surface of the earth (for example, a smartphone, an IoT device, etc.).

Основное различие между сигналами восходящего канала, передаваемыми летающими дронами, и сигналами, передаваемыми традиционными устройствами UE на нулевой высоте, состоит в значительном отличии диаграммы направленности их излучения и по этой причине диаграммы направленности излучения, использованные на этапе планирования сети, оказываются неприменимыми. Это главным образом связано с тем, что при расположении устройства UE (дрона) на большей высоте между ним и соседними сотами находится меньше препятствий, ослабляющих сигнал. Вполне может оказаться так, что летающий дрон, обслуживаемый одной сотой, создает в соте второго или третьего уровня дальности такие помехи, создание которых для устройств UE на нулевой высоте считается невозможным. Иными словами, предсказание помех в соте от устройств UE, обслуживаемых другими сотами, совершенно отличается для летающих устройств UE по сравнению с устройствами UE на нулевой высоте. В результате планирование соты становится неоптимальным и соединения восходящего канала оказываются весьма уязвимыми к воздействию помех от устройств UE, работающих на большой высоте. Эти факты были изучены и послужили основанием для разработки упомянутых документов 3GPP, поэтому описанное здесь воздействие должно серьезно восприниматься операторами сети.The main difference between the uplink signals transmitted by flying drones and the signals transmitted by traditional UEs at zero altitude is the significant difference in their radiation pattern, and for this reason, the radiation patterns used in the network planning stage are not applicable. This is mainly due to the fact that when the UE (drone) is located at a higher altitude, there are fewer obstacles between it and neighboring cells that weaken the signal. It may well be that a flying drone served by a single cell creates interference in a cell of the second or third range level that is considered impossible for UEs at zero altitude. In other words, the prediction of interference in a cell from UEs served by other cells is quite different for flying UEs compared to UEs at zero altitude. As a result, cell scheduling becomes sub-optimal and uplink connections are highly vulnerable to interference from UEs operating at high altitude. These facts have been studied and served as the basis for the development of the mentioned 3GPP documents, so the impact described here should be taken seriously by network operators.

Кроме того, хорошо заметный сигнал восходящего канала дрона может создавать проблемы для связи при прямом соединении устройств (SL, sidelink), например, при связи D2D (device-to-device) или V2V (vehicle-to-vehicle), поскольку весь трафик интерфейса РС5 (интерфейса UE-to-UE) приходится на ресурсы восходящего канала, то есть на те же несущие частоты восходящего канала, что предназначены для передачи в восходящем канале систем LTE-FDD, и на те же субкадры восходящего канала, что предназначены для передачи в восходящем канале систем LTE-TDD. На фиг. 2 показаны помехи, создаваемые сигналами восходящего канала дрона в канале SL, установленном между двумя устройствами UE, задействованными при связи D2D (или V2V) в соседней соте.In addition, a highly visible drone uplink signal can create problems for direct device connection (SL, sidelink), for example, D2D (device-to-device) or V2V (vehicle-to-vehicle) communication, since all interface traffic PC5 (of the UE-to-UE interface) is allocated to the uplink resources, i.e. the same uplink carrier frequencies that are intended for transmission in the uplink of LTE-FDD systems, and the same uplink subframes that are intended to be transmitted in uplink of LTE-TDD systems. In FIG. 2 shows interference from drone uplink signals in the SL channel established between two UEs engaged in D2D (or V2V) communication in a neighboring cell.

В настоящее время у базовых станций LTE (станций eNB) есть два средства ограничения или исключения помех в восходящем канале, создаваемых устройствами UE, обслуживаемыми соседней сотой - индикатор перегрузки (OI, Overload Indicator) и индикатор сильной помехи (HII, High Interference Indication).Currently, LTE base stations (eNBs) have two means of limiting or eliminating uplink interference from UEs served by a neighbor cell, an overload indicator (OI, Overload Indicator) and a high interference indicator (HII, High Interference Indication).

Станция eNB, обнаружившая высокий уровень помех в любом ресурсе восходящего канала, может передавать «индикатор перегрузки» (OI) в соседние соты. Сообщение включает в себя указание радиоресурсов, подвергающихся воздействию помех. Затем соседние соты должны попытаться предоставить другие ресурсы устройству UE, которое в данное время использует такой ресурс.An eNB that detects a high level of interference on any uplink resource may transmit an "Overload Indicator" (OI) to neighboring cells. The message includes an indication of the affected radio resources. The neighbor cells should then try to provide other resources to the UE that is currently using such a resource.

Станция eNB, собирающаяся выделить восходящему каналу ресурсы, с помощью которых будут передаваться сигналы высокой мощности, может передавать индикатор сильной помехи (HII) соседним сотам с идентификатором радиоресурсов, подвергающихся воздействию помех. Принявшие его соседние соты должны попытаться исключить выделение этих ресурсов.An eNB wishing to allocate resources to the uplink to transmit high power signals may transmit a high interference indicator (HII) to neighbor cells with the affected radio resource identifier. Neighbor cells that have received it should try to avoid allocating these resources.

Еще одним современным средством предотвращения влияния помех является применение методов формирования соответствующей диаграммы направленности, т.е. ориентирования диаграммы направленности при передаче сигналов устройства UE, установленного на дроне, в направлении к станции eNB обслуживающей соты. Это более сложный метод, требующий частой перенастройки адаптивных антенн, поскольку направление оси диаграммы направленности должно постоянно корректироваться при движении дрона. Кроме того, требуется периодический обмен управляющей информацией между устройством UE и станцией eNB. При формировании диаграммы направленности используются следующие определения:Another modern means of preventing the influence of interference is the use of methods for forming an appropriate radiation pattern, i.e. beam orientation when transmitting signals of the UE installed on the drone towards the eNB of the serving cell. This is a more complex method that requires frequent reconfiguration of the adaptive antennas, as the direction of the beam axis must constantly be adjusted as the aircraft moves. In addition, periodic exchange of control information between the UE and the eNB is required. When forming the radiation pattern, the following definitions are used:

- eNB-Tx-beam: конфигурация с повышенным коэффициентом усиления антенны для направленной передачи по нисходящему каналу (DL, downlink) в станции eNB, используемая для передачи сигналов от вышки к мобильному телефону;- eNB-Tx-beam: high-gain antenna configuration for directional downlink (DL, downlink) transmission in the eNB station, used to transmit signals from the tower to the mobile phone;

- eNB-Rx-beam: конфигурация с повышенным коэффициентом усиления антенны для направленного приема по восходящему каналу (UL, uplink) в станции eNB, используемая для приема сигналов, передаваемых от мобильного телефона к вышке;- eNB-Rx-beam: high-gain antenna configuration for directional uplink (UL, uplink) reception in an eNB station, used to receive signals transmitted from a mobile phone to a tower;

- UE-Tx-beam: конфигурация с повышенным коэффициентом усиления антенны для направленной передачи по восходящему каналу в устройстве UE, используемая для передачи сигналов от мобильного телефона к вышке;- UE-Tx-beam: uplink directional antenna gain configuration in the UE used to transmit signals from the mobile phone to the tower;

- UE-Rx-beam: конфигурация с повышенным коэффициентом усиления антенны для направленной передачи по нисходящему каналу в устройстве UE, используемая для приема сигналов, передаваемых от вышки к мобильному телефону;- UE-Rx-beam: Antenna up-gain configuration for downlink directional transmission in the UE used to receive signals transmitted from the tower to the mobile phone;

- направленный нисходящий канал: соединение по нисходящему каналу с конфигурациями TRP-Tx-beam и UE-Rx-beam;- directional downlink: downlink connection with TRP-Tx-beam and UE-Rx-beam configurations;

- направленный восходящий канал: соединение по восходящему каналу с конфигурациями UE-Tx-beam и TRP-Rx-beam.- directed uplink: uplink connection with UE-Tx-beam and TRP-Rx-beam configurations.

Из патентной литературы известны способы управления углом наклона оси антенны (US 20120015684 A1) и шириной диаграммы направленности антенны (JP 2004229220 A) базовой станции в зависимости от высоты либо самой антенны базовой станции, либо терминала (устройства UE). Адаптация антенны выполняется для ориентирования оси диаграммы направленности антенны на устройство UE и для уменьшения помех, создаваемых другим устройствам или сотам. В патентной литературе нет сведений об адаптации ширины диаграммы направленности автономно в устройстве UE, т.е. без специально предусмотренной для этого передачи сигналов базовой станцией. Кроме того, при расчете ширины диаграммы направленности не учитывается предполагаемый размер соты. Также неизвестен порядок поэтапной настройки.From the patent literature, methods are known for controlling the angle of inclination of the antenna axis (US 20120015684 A1) and the width of the antenna pattern (JP 2004229220 A) of the base station depending on the height of either the base station antenna itself or the terminal (UE device). Antenna adaptation is performed to orient the antenna beam axis to the UE and to reduce interference to other devices or cells. There is no information in the patent literature about adapting the beamwidth autonomously in the UE, i.e. without specially provided signaling by the base station. In addition, the expected cell size is not taken into account when calculating beamwidth. Also, the order of the step-by-step configuration is unknown.

Из патентного документа ЕР 2994958 А1 известен способ, в котором ширина диаграммы направленности, ось которой направлена в сторону земли, динамически регулируется в зависимости от высоты летательного аппарата (воздушного шара), на котором установлено устройство связи. В этом патенте при расчете ширины диаграммы направленности также не учитывается предполагаемый размер обслуживающей соты.From patent document EP 2994958 A1 a method is known in which the width of the radiation pattern, the axis of which is directed towards the ground, is dynamically adjusted depending on the height of the aircraft (balloon) on which the communication device is installed. This patent also does not take into account the expected size of the serving cell when calculating beamwidth.

В документе US 20070161347 A1 описана устанавливаемая на самолете система мобильной связи, действующая как ретранслятор для устройств UE на борту самолета. Антенна установлена на нижней части фюзеляжа самолета и ориентирована вертикально вниз при горизонтальном полете, но ее ориентация не контролируется относительно ориентации самолета. Управление направленностью радиопередачи не выполняется.US 20070161347 A1 describes an aircraft-mounted mobile communication system that acts as a relay for UEs on board an aircraft. The antenna is mounted on the underside of the aircraft fuselage and is oriented vertically downwards in level flight, but its orientation is not controlled relative to the orientation of the aircraft. The radio direction control is not performed.

В патентном документе US 5699069 описана устанавливаемая на самолете система связи. Эта система включает в себя несколько антенн, ориентированных в разных направлениях, и предусматривает формирование диаграмм направленности электромагнитного излучения с различной ориентацией для обеспечения широкой зоны покрытия. Сведений о возможности управления отдельными диаграммами направленности не приводится.US Pat. No. 5,699,069 describes an aircraft-mounted communication system. This system includes several antennas oriented in different directions and provides for the formation of electromagnetic radiation patterns with different orientations to provide a wide coverage area. Information about the possibility of controlling individual radiation patterns is not given.

В патентном документе WO 2016028767A1 описана воздушная система связи, содержащая несколько бортовых узлов, обеспечивающих покрытие для пользователей на земной поверхности. Указано, что эти бортовые узлы осуществляют передачу вертикально вниз, но нет указаний на то, что это достигается за счет управления диаграммой направленности, а не за счет соответствующей ориентации передающей антенны.Patent document WO 2016028767A1 describes an aeronautical communication system comprising several airborne nodes providing coverage for users on the earth's surface. These airborne nodes are indicated to transmit vertically downwards, but there is no indication that this is achieved by beam steering rather than by proper orientation of the transmitting antenna.

В патентном документе US 20170013476 A1 описан дрон, на борту которого находится радиостанция, выполняющая функции узла мобильной сотовой связи. Дрон имеет направленную антенну, которая может быть ориентирована в сторону земли, но нет указаний на то, что диаграмма направленности излучения является управляемой.US 20170013476 A1 describes a drone carrying a radio station that functions as a mobile cellular communications node. The drone has a directional antenna that can be pointed towards the ground, but there is no indication that the radiation pattern is controllable.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Один аспект данного изобретения относится к компенсации воздействий, вызванных изменением углов наклона дрона во время полета и влияющих на направление оси диаграммы направленности направленных антенн. Поперечным положением и/или скоростью дрона можно управлять, поддерживая и/или изменяя мощность одной или нескольких двигательных установок дрона. Скорость вращения одного или нескольких винтов дрона может влиять на поперечное перемещение дрона. Например, чтобы дрон перемещался в определенном направлении, его можно наклонить в этом направлении, при этом скорость вращения винтов дрона может влиять на скорость поперечного перемещения и/или на траекторию движения. Когда дрон наклоняется, чтобы изменить поперечное положение и/или скорость, антенная система устройства UE, прикрепленного к дрону или встроенного в него, также в большинстве случаев наклоняется таким образом, что ориентация оси диаграммы направленности прямо на землю (т.е. перпендикулярно к поверхности земли) нарушается. Поэтому другим аспектом настоящего изобретения является функция автономного управления устройством UE с целью корректировки ориентации диаграммы направленности его восходящего канала (т.е. UE-Tx-beam) и/или ориентации диаграммы направленности его нисходящего канала (т.е. UE-Rx-beam).One aspect of the present invention relates to compensating for effects caused by changes in aircraft pitch angles during flight that affect the direction of the beam axis of directional antennas. The lateral position and/or speed of the aircraft can be controlled by maintaining and/or varying the power of one or more of the aircraft's propulsion systems. The rotation speed of one or more of the aircraft propellers can affect the lateral movement of the aircraft. For example, in order for the aircraft to move in a certain direction, it can be tilted in that direction, while the speed of rotation of the drone's propellers can affect the lateral speed and/or the trajectory of movement. When the aircraft tilts to change its lateral position and/or speed, the antenna system of the UE attached to or integrated in the aircraft also tilts in most cases such that the beam axis orientation is directly on the ground (i.e., perpendicular to the ground). ground) is violated. Therefore, another aspect of the present invention is a function of autonomously controlling a UE to adjust its uplink beam pattern orientation (i.e. UE-Tx-beam) and/or its downlink beam orientation (i.e. UE-Rx-beam ).

Доступные в настоящее время средства подавления помех (OI и HII) не способны решить эту проблему в отношении помех, создаваемых устройствами UE, работающими на большой высоте, поскольку вероятно, что находящиеся в непосредственной близи соседние соты не обслуживают устройства UE, создающие помехи. А обслуживать это устройство UE может соседняя сота второго или третьего (и т.д.) порядка дальности, и поэтому ни сигналы OI, ни сигналы HII не принимаются обслуживающей сотой. Очевидное решение проблемы путем передачи OI и HII сотам следующего порядка дальности чрезмерно усложняет существующие методы подавления помех.Currently available interference mitigation tools (OI and HII) are not able to solve this problem with respect to interference from UEs operating at high altitude, since it is likely that the nearby neighboring cells are not serving the interfering UEs. And this UE can be served by a neighbor cell of the second or third (etc.) range order, and therefore neither OI nor HII signals are received by the serving cell. The obvious solution to the problem by transmitting OI and HII to cells of the next range order unnecessarily complicates existing interference suppression techniques.

Другой причиной неработоспособности технологий OI и HII является отличие уровня мощности UE-дронов от уровня мощности устройств UE на нулевой высоте, способных создавать помехи. В некоторых случаях мощность передачи в восходящем канале UE-дрона оказывается ниже порогового значения, при превышении которого передается сигнал HII. Поэтому сигнал HII не передается при том, что этот UE-дрон создает помехи. Тогда станция eNB, подвергающаяся воздействию помех, может использовать сигнал OI, но помехи уже возникли и данные с высокой вероятностью уже могут быть потеряны.Another reason for the inoperability of OI and HII technologies is the difference between the power level of UE drones and the power level of UE devices at zero altitude, which can cause interference. In some cases, the uplink transmit power of the UE drone is below the threshold above which the HII signal is transmitted. Therefore, the HII signal is not transmitted while this UE drone is interfering. The affected eNB can then use the OI signal, but interference has already occurred and data may already be lost with a high probability.

В силу особенностей дронов соты, подвергающиеся воздействию помех по восходящему каналу, и устройства UE, подвергающиеся воздействию помех по каналу прямого соединения, динамически сменяются другими. Поэтому для передачи сигналов HII и OI требуется большой объем сигнализации.Due to the nature of drones, uplink interfered cells and direct-connect interfered UEs are dynamically replaced by others. Therefore, a large amount of signaling is required for the transmission of HII and OI signals.

Помимо этих проблем при подавлении помех в восходящем канале, сигналы HII и OI не подходят для подавления помех в канале прямого соединения.In addition to these problems in uplink interference suppression, HII and OI signals are not suitable for direct-connect channel interference suppression.

Использование методов, связанных с формированием диаграммы направленности, уменьшает помехи, но это обходится дорого: регулировка направления оси диаграммы направленности требует периодической передачи сигналов управления между UE-дроном и обслуживающей его станцией eNB. При этом скорость такой адаптации необходимо увеличивать с ростом скорости дрона. Поэтому такой вариант не подходит в случаях, когда дрон движется быстро, но даже если дрон вовсе не движется, для поддержания правильного направления оси диаграммы направленности требуется большой объем вычислений и сигнализации.Using beamforming techniques reduces interference but comes at a cost: adjusting the direction of the beam axis requires periodic transmission of control signals between the UE and its serving eNB. At the same time, the speed of such adaptation must be increased with increasing drone speed. Therefore, this option is not suitable in cases where the aircraft is moving quickly, but even if the aircraft is not moving at all, a large amount of calculation and signaling is required to maintain the correct direction of the beam axis.

Известные решения, в которых используется направленный вниз луч UE-Tx-beam (например, в документе ЕР 2994958 А1), не адаптируют ширину диаграммы направленности в соответствии с радиусом обслуживающей соты. Поэтому после хэндовера в новую обслуживающую соту выбранная ширина диаграммы направленности оказывается неоптимальной. Это приводит либо к увеличению мощности помех, если диаграмма направленности слишком широка, либо к ухудшению качества связи, если диаграмма направленности слишком узка.Known solutions that use a downward-facing UE-Tx-beam (eg EP 2994958 A1) do not adapt the beamwidth according to the radius of the serving cell. Therefore, after handover to a new serving cell, the selected beamwidth is not optimal. This results in either an increase in interference power if the beam pattern is too wide, or a deterioration in the quality of the link if the beam pattern is too narrow.

В настоящем изобретении реализован способ уменьшения помех, создаваемых летательным аппаратом в системе мобильной связи. Способ включает в себя организацию управления радиопередачей в летательном аппарате, находящемся в воздухе, при котором направление передачи регулируется таким образом, чтобы она осуществлялась вертикально вниз.The present invention implements a method for reducing interference generated by an aircraft in a mobile communication system. The method includes organizing radio transmission control in an airborne aircraft, in which the direction of transmission is adjusted so that it is carried out vertically downwards.

Целесообразно применять для управления ориентированием диаграммы направленности автономное устройство, не требующее передачи сигналов от базовой станции.It is advisable to use a stand-alone device to control the orientation of the radiation pattern, which does not require the transmission of signals from the base station.

Прикрепленное к дрону устройство UE оснащено адаптивными антеннами, позволяющими автономно адаптировать ширину и направление луча UE-Tx-beam (и/или луча UE-Rx-beam) без передачи управляющих сигналов на базовую станцию, при этом направление оси диаграммы направленности регулируется так, чтобы она была обращена к земной поверхности перпендикулярно ей, независимо от наклона дрона, с помощью функции отвеса, а ширина диаграммы направленности рассчитывается на основе предполагаемого радиуса обслуживающей соты, чтобы обеспечить на земной поверхности зону покрытия, равную радиусу обслуживающей соты.The UE attached to the aircraft is equipped with adaptive antennas that allow the width and direction of the UE-Tx-beam (and/or UE-Rx-beam) to be autonomously adjusted without transmitting control signals to the base station, while the direction of the beam axis is adjusted so that it was facing the ground perpendicular to it, regardless of the tilt of the aircraft, using the plumb function, and the beamwidth is calculated based on the estimated radius of the serving cell to provide coverage equal to the radius of the serving cell on the ground.

Преимущество адаптивного формирования диаграммы направленности состоит в том, что при этом подавляются помехи, вызванные работой устройства UE на большой высоте, поскольку уменьшается уровень принимаемого сигнала в соседних сотах. Следовательно, пользователь и сеть получают положительный эффект от повышения надежности соединения и увеличения пропускной способности системы. Кроме того, объем сигнализации и состав соответствующих действий по формированию сообщений для сетевых способов подавления помех с использованием сигналов OI и HII значительно сокращаются и, следовательно, экономятся вычислительные и коммуникационные ресурсы. В большинстве случаев для UE-дронов уже не требуются сигналы OI и HII.The advantage of adaptive beamforming is that interference caused by high altitude operation of the UE is suppressed because the received signal strength in neighboring cells is reduced. Therefore, the user and the network benefit from improved connection reliability and increased system throughput. In addition, the amount of signaling and the composition of the corresponding actions for generating messages for network interference suppression methods using OI and HII signals are significantly reduced and, therefore, computing and communication resources are saved. In most cases, UE drones no longer require OI and HII signals.

Предлагается активно стабилизировать ось диаграммы направленности в вертикальном направлении в сторону земли. Этот способ очень прост в реализации и не оказывает воздействия на сеть мобильной связи и станции eNB. Передача сигнализации не требуется. Следовательно, этот способ экономит ресурсы аккумуляторной батареи и радиоресурсы.It is proposed to actively stabilize the beam axis in the vertical direction towards the ground. This method is very easy to implement and has no impact on the mobile communication network and eNBs. Signaling is not required. Therefore, this method saves battery and radio resources.

Шириной диаграммы направленности можно управлять на основе измерения высоты над поверхностью земли и на основе радиуса зоны покрытия (FPR, footprint range) обслуживающей соты. Антенной системой UE-дрона можно управлять таким образом, чтобы ширина диаграммы направленности при передаче (а при необходимости также и при приеме) постепенно уменьшалась по мере увеличения высоты полета дрона. Здесь цель состоит в ограничении зоны покрытия на земной поверхности, обеспечиваемой диаграммой направленности восходящего канала дрона. Аналогичным образом, когда высота дрона над уровнем земли уменьшается, диаграмма направленности восходящего канала дрона (и, при необходимости, также и нисходящего канала) может постепенно расширяться.The beamwidth can be controlled based on a height measurement above the ground and based on the footprint range (FPR) of the serving cell. The antenna system of a UE drone can be controlled so that the beamwidth during transmission (and, if necessary, also during reception) gradually decreases as the aircraft's flight altitude increases. Here, the goal is to limit the coverage area on the earth's surface provided by the uplink beam pattern of the drone. Similarly, as the aircraft's height above ground level decreases, the uplink (and downlink, if necessary) beam pattern of the aircraft can gradually widen.

Высота может определяться дроном разными способами, например:Height can be determined by the drone in many ways, for example:

- на основе анализа изображений, полученных установленной на дроне камерой, которая в большинстве случаев все равно ведет съемку с дрона, и поэтому для определения высоты по этим изображениям требуется лишь небольшой объем дополнительных вычислений;- based on the analysis of images taken by the camera mounted on the drone, which in most cases is still filming from the drone, and therefore only a small amount of additional calculations are required to determine the height from these images;

- на основе данных одного или нескольких эхолокационных датчиков, обычно используемых дронами;- based on data from one or more echolocation sensors commonly used by drones;

- на основе сигналов или информации от наземных систем связи, например путем измерения угла приема сигналов от передатчиков (в том числе базовых станций сотовой связи, например, станций eNB) с известным местоположением;- based on signals or information from terrestrial communication systems, for example by measuring the angle of reception of signals from transmitters (including cellular base stations, such as eNB stations) with a known location;

- на основе измерения перепада давления воздуха. Для этого к дрону крепится датчик давления воздуха, который измеряет давление на уровне земли (например, перед запуском или при запуске винтов) и периодически во время полета. Высоту можно вычислять по «барометрической формуле», полагая, что давление падает приблизительно на 11,3 Па на метр на высотах до 1000 метров над уровнем моря;- based on the measurement of air pressure drop. To do this, an air pressure sensor is attached to the drone, which measures the pressure at ground level (for example, before launch or when propellers are launched) and periodically during flight. Altitude can be calculated from the "barometric formula", assuming that the pressure drops by approximately 11.3 Pa per meter at altitudes up to 1000 meters above sea level;

- на основе данных спутниковых навигационных систем, например, GPS, ГЛОНАСС, Galileo или Beidou.- based on data from satellite navigation systems, such as GPS, GLONASS, Galileo or Beidou.

Краткое содержание чертежейSummary of drawings

Далее, лишь в качестве примера, описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения со ссылкой на приложенные чертежи.Hereinafter, by way of example only, preferred embodiments of the invention are described with reference to the accompanying drawings.

На фиг. 1 показана ситуация, когда дрон может создавать помехи в соседней соте.In FIG. 1 shows a situation where a drone can interfere with a neighboring cell.

На фиг. 2 показана ситуация, когда дрон может создавать помехи по каналу прямого соединения для устройств UE, работающих в соседней соте.In FIG. 2 shows a situation where a drone may interfere with a direct connection channel for UEs operating in a neighboring cell.

На фиг. 3 показано изменение ширины диаграммы направленности в зависимости от высоты.In FIG. 3 shows the change in beamwidth as a function of altitude.

На фиг. 4 показано управление зоной покрытия дрона в зависимости от радиуса соты.In FIG. Figure 4 shows the control of the drone coverage area depending on the cell radius.

На фиг. 5 показано управление зоной покрытия дрона в зависимости от максимальной дальности передачи.In FIG. Figure 5 shows the control of the drone's coverage area depending on the maximum transmission distance.

На фиг. 6 показано изменение ширины диаграммы направленности в зависимости от параметра мощности принимаемого сигнала.In FIG. 6 shows the change in beamwidth depending on the power parameter of the received signal.

На фиг. 7 показаны шаги, выполняемые для реализации способа согласно данному изобретению.In FIG. 7 shows the steps taken to implement the method according to the present invention.

На фиг. 8 показано изменение направления оси диаграммы направленности в зависимости от углового положения дрона.In FIG. 8 shows the change in the direction of the axis of the radiation pattern depending on the angular position of the drone.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

В первом варианте осуществления изобретения радиус зоны покрытия (FPR) рассчитывается с использованием указания дальности передачи обслуживающей соты (равной радиусу соты), как показано на фиг. 4. Затем ширина диаграммы направленности регулируется в зависимости от высоты дрона, чтобы обеспечить радиус зоны покрытия, почти равный радиусу соты. Например, в системе LTE радиус соты можно оценить по «мощности опорного сигнала» (PRef). Этот параметр представляет собой мощность передачи опорных сигналов в нисходящем канале конкретной соты. Он транслируется каждой сотой в блоке системной информации (SIB, System Information Block) типа 2, а диапазон значений мощности составляет от 60 дБм до +50 дБм. Уравнение (1) можно использовать для расчета значения FPR. Оно учитывает потери при распространении сигналов, рассчитываемые, на основе модели потерь при распространении, например, описанной по адресу www.wirelesscommunication.nl/reference/chaptr03/pel/loss.htm:In the first embodiment of the invention, the coverage area radius (FPR) is calculated using the indication of the transmission range of the serving cell (equal to the cell radius) as shown in FIG. 4. The beamwidth is then adjusted based on the aircraft's altitude to provide a coverage radius nearly equal to that of a cell. For example, in an LTE system, the cell radius can be estimated from the "reference signal power" (P Ref ). This parameter represents the transmission power of the reference signals in the downlink of a particular cell. It is broadcast by every cell in the System Information Block (SIB) type 2, and the power range is from 60 dBm to +50 dBm. Equation (1) can be used to calculate the FPR value. It takes into account the propagation loss calculated from a propagation loss model such as that described at www.wirelesscommunication.nl/reference/chaptr03/pel/loss.htm:

Figure 00000001
Figure 00000001

гдеwhere

FPR - радиус зоны покрытия, определяемой передающей диаграммой направленности UE-дрона;FPR is the radius of the coverage area defined by the transmitting radiation pattern of the UE drone;

D0 - постоянный коэффициент, равный 748 1/м2*МГц;D 0 - constant coefficient equal to 748 1/m 2 *MHz;

Pref - мощность опорного сигнала, широковещательно транслируемого станцией eNB;P ref is the power of the reference signal broadcast by the eNB;

fc - несущая частота нисходящего канала в МГц, указанная станцией eNB;f c is the downlink carrier frequency in MHz indicated by the eNB;

BDL - энергетический баланс передачи данных в нисходящем канале при мощности передачи 24 дБм, рассчитанный по методике, описанной в онлайн-энциклопедии LTE по адресу https://sites.google.com/site/lteencyclopedia/lte-radio-link-budgeting-and-rf-planning. Как правило, устройству UE известны не все параметры, необходимые для расчета энергетического баланса канала. В этом случае отсутствующие параметры принимаются равными использованным в примере, приведенном в энциклопедии LTE. Если ни один параметр не известен или для простоты считается достаточной грубая оценка, для BDL можно использовать значение 165,5 дБм (см. таблицу 1);B DL - downlink data transmission energy balance at 24 dBm transmission power, calculated according to the method described in the LTE online encyclopedia at https://sites.google.com/site/lteencyclopedia/lte-radio-link-budgeting- and-rf-planning. Typically, the UE does not know all the parameters needed to calculate the channel energy balance. In this case, the missing parameters are taken equal to those used in the example given in the LTE encyclopedia. If no parameter is known, or a rough estimate is considered sufficient for simplicity, a value of 165.5 dBm may be used for B DL (see Table 1);

CDL - постоянный коэффициент в диапазоне от 0,1 до 10, используемый для адаптации значения FPR к радиусу соты. Значение «1» означает, что значение FPR равно радиусу соты. Это значение либо заранее установлено в устройстве UE, либо передается в устройство UE мобильной сетью.C DL is a constant factor ranging from 0.1 to 10 used to adapt the FPR value to the cell radius. A value of "1" means that the FPR value is equal to the cell radius. This value is either preset in the UE or transmitted to the UE by the mobile network.

Во втором варианте осуществления изобретения радиус зоны покрытия (FPR) дрона рассчитывается как меньший или равный максимальной дальности передачи устройства UE на нулевой высоте, как показано на фиг. 5. Максимальную дальность передачи устройства UE на нулевой высоте для заданной обслуживающей соты можно оценить, например, в системе LTE, исходя из параметра РМАХ. Это максимальная мощность передачи устройства UE для конкретной соты. Она транслируется каждой сотой в блоке SIB1. Для расчета значения FPR можно использовать уравнение (2). Оно учитывает потери при распространении сигналов, рассчитываемые на основе модели потерь при распространении, например, описанной по адресу www.wirelesscommunication.nl/reference/chaptr03/pel/loss.htm:In the second embodiment of the invention, the coverage area radius (FPR) of the drone is calculated to be less than or equal to the maximum transmission range of the UE at zero altitude, as shown in FIG. 5. The maximum transmission range of the UE at zero altitude for a given serving cell can be estimated, for example, in the LTE system, based on the parameter P MAX . This is the maximum transmit power of the UE for a particular cell. It is broadcast by every cell in SIB1. Equation (2) can be used to calculate the FPR value. It takes into account the propagation loss calculated from a propagation loss model such as the one described at www.wirelesscommunication.nl/reference/chaptr03/pel/loss.htm:

Figure 00000002
Figure 00000002

гдеwhere

FPR - радиус зоны покрытия, определяемой передающей диаграммой направленности UE-дрона;FPR is the radius of the coverage area defined by the transmitting radiation pattern of the UE drone;

D0 - постоянный коэффициент, равный 748 1/м2*МГц;D 0 - constant coefficient equal to 748 1/m 2 *MHz;

РМАХ - максимальная мощность передачи устройства UE, широковещательно транслируемая станцией eNB;P MAX is the maximum transmission power of the UE broadcast by the eNB;

fc - несущая частота восходящего канала в МГц, указанная станцией eNB;f c is the uplink carrier frequency in MHz indicated by the eNB;

BUL - энергетический баланс передачи данных в восходящем канале при мощности передачи 24 дБм, рассчитанный по методике, описанной в вышеупомянутой энциклопедии LTE. Как правило, устройству UE известны не все параметры, необходимые для расчета энергетического баланса канала. В этом случае отсутствующие параметры принимаются равными использованным в примере, приведенном в энциклопедии LTE. Если ни один параметр не известен или для простоты считается достаточной грубая оценка, для BUL можно использовать значение 149,5 дБм (см. таблицу 2, где для создания условий, аналогичных принятым для нисходящего канала, вместо скорости передачи данных 64 кбит/с используется 1 Мбит/с);B UL is the energy balance of data transmission in the uplink at a transmission power of 24 dBm, calculated according to the method described in the above-mentioned LTE encyclopedia. Typically, the UE does not know all the parameters needed to calculate the channel energy balance. In this case, the missing parameters are taken equal to those used in the example given in the LTE encyclopedia. If no parameter is known, or a rough estimate is considered sufficient for simplicity, a value of 149.5 dBm can be used for B UL (see Table 2, where data rate 64 kbit/s is used instead of 64 kbit/s to create conditions similar to those for the downlink. 1 Mbps);

CUL - постоянный коэффициент в диапазоне от 0,1 до 10, используемый для адаптации значения FPR к максимальной дальности передачи устройств UE на нулевой высоте. Значение «1» означает, что FPR равен дальности передачи устройств UE на нулевой высоте. Это значение либо заранее задано в устройстве UE, либо передается в устройство UE по мобильной сети.C UL is a constant factor between 0.1 and 10 used to adapt the FPR value to the maximum transmission range of the UEs at zero altitude. The value "1" means that the FPR is equal to the transmission range of the UEs at zero altitude. This value is either preset in the UE or transmitted to the UE over the mobile network.

В первом и втором вариантах осуществления изобретения значение FPR рассчитывается индивидуально для каждой соты. В третьем варианте осуществления изобретения радиус FPR имеет полустатическое значение, которое заранее известно UE-дрону и которое может дополнительно настраиваться по сети. Ширину диаграммы направленности (BW, beam width) можно рассчитать в соответствии с уравнением (3). Этот принцип проиллюстрирован на фиг. 3.In the first and second embodiments of the invention, the FPR value is calculated individually for each cell. In the third embodiment of the invention, the FPR radius has a semi-static value, which is known in advance by the UE drone and which can be further configured over the network. Beam width (BW) can be calculated according to equation (3). This principle is illustrated in Fig. 3.

Figure 00000003
Figure 00000003

Для первых трех вариантов осуществления изобретения характерна достаточно низкая скорость изменения ширины диаграммы направленности адаптивной антенной системы. Например, если высота полета дрона остается постоянной, то после хэндовера другой соте, если в ней используется другой радиус соты, может потребоваться лишь один цикл адаптации ширины диаграммы направленности. В альтернативном варианте адаптация не требуется, пока дрон не покинет определенный коридор высоты. Это относится к случаю, когда не используется адаптация ширины диаграммы направленности для конкретной соты, или когда радиус соты остается тем же в новой соте. Поэтому данный способ лучше всего подходит для дронов, которые обычно летают на постоянной высоте, например, дронов для доставки грузов, но также годится и для всех других типов дронов. Издержки (например, потребляемая мощность аккумуляторной батареи и ресурсы процессора) для реализации этого способа очень малы.The first three embodiments of the invention are characterized by a rather low rate of change in the beamwidth of the adaptive antenna system. For example, if the flight altitude of the drone remains constant, then after handover to another cell, if it uses a different cell radius, only one beamwidth adaptation cycle may be required. Alternatively, adaptation is not required until the aircraft leaves a certain altitude corridor. This applies to the case where no cell-specific beamwidth adaptation is used, or when the cell radius remains the same in the new cell. Therefore, this method is best suited for drones that usually fly at a constant altitude, such as delivery drones, but it also works for all other types of drones. The overhead (eg, battery power consumption and processor resources) for implementing this method is very small.

В четвертом варианте осуществления изобретения ширина луча UE-Tx-beam регулируется в соответствии с мощностью сигнала, принимаемого от обслуживающей соты или от соседних сот. Поэтому UE-дрон выполняет измерение мощности сигнала, принимаемого от выбранной базовой станции. В случае базовой станции LTE (станции eNB) может использоваться значение принимаемой мощности опорного сигнала (RSRP, Reference Signal Received Power) (см. документ 3GPP TS 36.214). В случае использования соседней соты он выбирает лучшую соседнюю соту (например, соту с максимальной величиной RSRP). Для этого измерения UE-дрон сначала использует широкую диаграмму направленности UE-Rx-beam, что гарантирует попадание соты, в которой проводятся измерения, в эту диаграмму направленности. Затем UE-дрон повторяет измерение в выбранной соте с уменьшением ширины диаграммы направленности. Он выполняет дальнейшие измерения с соответствующим уменьшением ширины диаграммы направленности до тех пор, пока отличие измеренного значения RSRP от результата первоначального измерения (в котором применялась широкая диаграмма направленности) не станет меньше некоторой заданной величины (например, 3 дБ). Ширина луча UE-Rx-beam при последнем измерении используется и для луча UE-Tx-beam UE-дрона при условии, что при этом не пострадает прием в обслуживающей базовой станции (это можно обеспечить, выполняя эти измерения очень быстро, например, в течение нескольких секунд). Измерение значения RSRP выполняется периодически и позволяет соответствующим образом адаптировать ширину диаграммы направленности. Если необходимо проводить измерения в соседних сотах, они должны выполняться с использованием широкой диаграммы направленности. Кроме того, фиксированное или настраиваемое соотношение R (например, в диапазоне от 0,6 до 1,0) между шириной лучей UE-Tx-beam и UE-Rx-beam может быть определено, например, в соответствии с формулой (4):In the fourth embodiment of the invention, the beamwidth of the UE-Tx-beam is adjusted according to the strength of the signal received from the serving cell or neighboring cells. Therefore, the UE drone performs a signal strength measurement received from the selected base station. In the case of an LTE base station (eNB), Reference Signal Received Power (RSRP) can be used (see 3GPP TS 36.214). In the case of using a neighbor cell, it selects the best neighbor cell (eg, the cell with the highest RSRP value). For this measurement, the UE drone first uses a wide UE-Rx-beam, which ensures that the cell that is being measured falls within this beam. The UE drone then repeats the measurement in the selected cell with decreasing beamwidth. It performs further measurements with a corresponding reduction in beamwidth until the difference between the measured RSRP value and the result of the initial measurement (in which a wide beam was used) is less than some predetermined value (for example, 3 dB). The UE-Rx-beam beamwidth of the last measurement is also used for the UE-Tx-beam beam of the UE drone, provided that reception at the serving base station is not affected (this can be ensured by making these measurements very quickly, for example, within a few seconds). The measurement of the RSRP value is performed periodically and allows the beamwidth to be adapted accordingly. If it is necessary to make measurements in neighboring cells, they must be made using a wide radiation pattern. In addition, a fixed or adjustable ratio R (for example, in the range from 0.6 to 1.0) between the width of the beams UE-Tx-beam and UE-Rx-beam can be determined, for example, in accordance with formula (4):

Figure 00000004
Figure 00000004

В пятом варианте осуществления изобретения управление и изменение ширины диаграммы направленности выполняется аналогично предшествующим вариантам осуществления изобретения. При этом ось диаграммы направленности не ориентирована вертикально в сторону земли, а направлена на базовую станцию. Это обеспечивает использование максимального коэффициента усиления антенны для связи с базовой станцией, что позволяет снизить необходимую мощность передачи и, таким образом, уменьшить помехи, создаваемые в других сотах. Угол отклонения можно оценить путем измерения угла приема или по оценкам географического местоположения устройства UE относительно базовой станции.In the fifth embodiment of the invention, beamwidth control and change is performed similarly to the previous embodiments of the invention. In this case, the axis of the radiation pattern is not oriented vertically towards the ground, but is directed towards the base station. This ensures that the maximum antenna gain is used for communication with the base station, which reduces the required transmit power and thus reduces the interference generated in other cells. The deflection angle can be estimated by measuring the reception angle or by estimating the geographic location of the UE relative to the base station.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения дрон оснащен средствами для автономного сохранения ориентации диаграммы направленности в вертикальном направлении в сторону земли во время различных маневров в ходе полета, компенсируя наклонные движения, которые дрон может совершать в моменты ускорения или замедления, или, в общем случае, поперечного перемещения. Эта функция, называемая функцией «отвесной линии», используемая для стабилизации направления оси диаграммы направленности, может быть реализована с помощью инерциальных датчиков, гироскопов, магнитометров или других типов датчиков, при этом дроны могут сохранять как можно меньший угол α между направлением ориентации антенной системы и направленной вниз виртуальной отвесной линией, как показано на фиг. 8.In one embodiment of the present invention, the drone is equipped with means to autonomously maintain the vertical direction of the ground plane during various maneuvers in flight, compensating for the tilting movements that the drone may make during acceleration or deceleration, or, in general, lateral movement. This function, called the "plumb line" function, used to stabilize the direction of the axis of the radiation pattern, can be implemented using inertial sensors, gyroscopes, magnetometers or other types of sensors, while drones can keep the angle α between the direction of orientation of the antenna system and downward virtual plumb line, as shown in FIG. eight.

Следует отметить, что рассмотренная выше ширина диаграммы направленности относится к антеннам, используемым для передачи, т.е. для формирования луча UE-Tx-beam. В большинстве случаев такая же характеристика антенны может использоваться и для приема, т.е. вычисленные параметры могут быть использованы для настройки антенн в приемнике устройства UE (для формирования луча UE-Rx-beam). Если в разных местах для восходящего и нисходящего каналов используются разные базовые станции, и в некоторых случаях, если разнос частот несущих нисходящего и восходящего каналов очень велик, этот подход может оказаться бесполезным. Кроме того, выполнение измерений в нисходящем канале с использованием направленной характеристики антенны может приводить к неожиданным результатам. Поэтому для измерительных целей рекомендуется использовать ненаправленную характеристику.It should be noted that the beamwidth discussed above refers to antennas used for transmission, i.e. for UE-Tx-beam beamforming. In most cases, the same antenna characteristic can be used for reception, i.e. the computed parameters can be used to tune the antennas at the UE's receiver (for UE-Rx-beam beamforming). If different base stations are used for uplink and downlink at different locations, and in some cases if the downlink and uplink carrier frequency spacing is very large, this approach may not be useful. In addition, performing downlink measurements using the directional response of the antenna may lead to unexpected results. Therefore, for measurement purposes, it is recommended to use a non-directional characteristic.

В приведенном ниже примере предполагается, что UE-дрон обслуживается мобильной сетью на основе системы LTE. Тем не менее, принципиальные положения настоящего изобретения применимы и для другого типа системы мобильной связи, например, GSM, UMTS или любого нового типа, например, 5G.In the example below, it is assumed that the UE drone is served by a mobile network based on an LTE system. However, the principles of the present invention are applicable to another type of mobile communication system such as GSM, UMTS or any new type such as 5G.

Дрон оснащен устройством UE, а его антенны предназначены для направленной передачи сигналов вниз на землю. Настраиваемая диаграмма направленности может иметь ширину от 10° до 180° или может быть ненаправленной.The aircraft is equipped with a UE device, and its antennas are designed for directional signal transmission down to the ground. The tunable radiation pattern can be 10° to 180° wide, or it can be omnidirectional.

Процедура настройки ширины диаграммы направленности описана ниже. Траектория полета дрона для этого примера показан на фиг. 7. Приведенные на рисунках цифры в кружках соответствуют нумерации указанных ниже шагов.The beamwidth adjustment procedure is described below. The drone flight path for this example is shown in Fig. 7. The circled numbers in the figures correspond to the numbering of the steps below.

1. Дрон (в том числе UE-дрон) включается. UE-дрон подключается к сети мобильной связи через станцию eNB А. Он получает опорный сигнал мощностью PRef от станции eNB А и использует антенну с ненаправленной характеристикой при передаче и приеме.1. Drone (including UE drone) turns on. The UE drone connects to the mobile communication network through eNB A. It receives a P Ref power reference signal from eNB A and uses an omnidirectional antenna for transmission and reception.

2. Дрон взлетает. Он начинает отслеживать высоту (например, с помощью акустического датчика). Он заранее настроен на пороговое значение высоты Altmin (заранее записанное в память устройства UE или настроенное по сети). В данном примере станция eNB А передает UE-дрону значение Altmin, cell_А=20 м. Это означает, что в данном примере каждая сота может выбрать настройку UE-дрона с другим значением параметра Altmin. Пока этот порог не превышен, UE-дрон будет работать с ненаправленной антенной.2. Drone takes off. It starts tracking altitude (for example, with an acoustic sensor). It is pre-configured to the altitude threshold Alt min (pre-stored in the UE or configured over the network). In this example, eNB A sends Alt min, cell_A =20 m to the UE drone. This means that in this example, each cell can select a UE drone setting with a different Alt min parameter value. As long as this threshold is not exceeded, the UE drone will operate with an omnidirectional antenna.

3. Дрон набирает высоту. Обнаружив, что высота превысила Altmin, он включает функцию управления шириной диаграммы направленности, т.е. вычисляет значение FPR в соответствии с формулой (1), которое действительно в пределах текущей обслуживающей соты, т.е. до следующего хэндовера никакие дополнительные вычисления не требуются. Далее он вычисляет ширину диаграммы направленности BWcell А с учетом текущей высоты и значение FPR в соответствии с уравнением (3). Это выполняется либо периодически (например, раз в секунду), либо по событию, когда разность между текущей высотой и высотой, использованной для предыдущего расчета, превышает некоторую величину. Последнее наиболее эффективно, если дрон находится на постоянной высоте.3. The drone is gaining altitude. Upon detecting that the altitude has exceeded Altmin, it turns on the beamwidth control function, i.e. calculates the FPR value according to formula (1), which is valid within the current serving cell, i.e. no additional calculations are required until the next handover. Next, it calculates the beamwidth of BW cell A given the current height and the FPR value according to equation (3). This is done either periodically (for example, once per second) or on an event, when the difference between the current altitude and the altitude used for the previous calculation exceeds a certain value. The latter is most effective if the drone is at a constant altitude.

4. Во время полета UE-дрон выполняет измерения в соседних сотах обычным для устройства UE образом. Такие измерения выполняются с помощью антенны с ненаправленной характеристикой.4. During the flight, the UE drone performs neighbor cell measurements in the usual manner for the UE device. Such measurements are made with an omnidirectional antenna.

5. В какой-то момент времени эти измерения указывают на необходимость хэндовера в соту В. Тогда UE-дрон выполняет хэндовер в соту В как обычно. Кроме того, UE-дрон получает значения PRef и Altmin, cell_B от станции eNB В.5. At some point in time, these measurements indicate the need to handover to cell B. Then the UE drone performs a handover to cell B as usual. In addition, the drone UE receives P Re f and Alt min, cell_B from eNB B.

6. UE-дрон применяет вновь полученный параметр PRef для вычисления значения FPR и ширины диаграммы направленности BWcell B. В примере на фиг. 7 величина PRef соты В, а значит и радиус этой соты намного больше значения PRef соты А. Поэтому после хэндовера значение FPR будет намного больше.6. The drone UE uses the newly received parameter P Ref to calculate the FPR value and beamwidth BW cell B . In the example in FIG. 7, the value of P Ref of cell B, and hence the radius of this cell, is much larger than the value of P Ref of cell A. Therefore, after handover, the FPR value will be much larger.

7. Дрон приближается к зоне приземления и начинает снижаться.7. The aircraft approaches the landing area and begins to descend.

8. UE-дрон обнаруживает, что текущая высота становится меньше значения Altmin, cell_B. Поэтому он выключает функцию управления шириной диаграммы направленности. Теперь он использует ненаправленную характеристику антенны.8. The UE drone detects that the current height is less than Alt min, cell_B . Therefore, it turns off the beamwidth control function. It now uses the non-directional antenna characteristic.

9. Дрон приземляется и выключается.9. Drone lands and turns off.

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

Энергетический баланс нисходящего канала (или «Максимальные потери при распространении») со скоростью 1 Мбит/с в случае приемника терминала с двумя антеннами (из «Энциклопедии LTE»).Downlink Energy Balance (or "Maximum Propagation Loss") at 1 Mbps in the case of a terminal receiver with two antennas (from "LTE Encyclopedia").

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

Энергетический баланс восходящего канала (или «Максимальные потери при распространении») со скоростью 64 кбит/с в случае приемника базовой станции с двумя антеннами (из «Энциклопедии LTE»).Uplink Energy Balance (or "Maximum Propagation Loss") at 64 kbps in the case of a base station receiver with two antennas (from "LTE Encyclopedia").

Claims (15)

1. Способ снижения помех, создаваемых летательным аппаратом в системе мобильной связи, включающий в себя управление направленностью радиопередачи летательного аппарата, находящегося в воздухе, для компенсации наклона летательного аппарата, при котором направленность передачи настраивается в направлении вертикально вниз и летательный аппарат адаптирует ширину диаграммы направленности радиопередачи, управляя радиусом зоны покрытия на поверхности земли для этой диаграммы направленности относительно размера соты базовой станции, осуществляющей связь с этим летательным аппаратом.1. A method for reducing interference generated by an aircraft in a mobile communication system, which includes controlling the directionality of a radio transmission of an aircraft in the air to compensate for the inclination of the aircraft, in which the direction of transmission is adjusted in a vertically downward direction and the aircraft adapts the beamwidth of the radio transmission , controlling the ground coverage radius for that radiation pattern relative to the cell size of the base station communicating with that aircraft. 2. Способ по п.1, в котором ширина диаграммы направленности адаптируется с учетом измеренной высоты летательного аппарата над поверхностью земли и в зависимости от размера соты.2. The method of claim 1, wherein the beamwidth is adapted based on the measured height of the aircraft above the ground and depending on the size of the cell. 3. Способ по п. 1 или 2, в котором для определения размера соты используется параметр принимаемой мощности опорного сигнала.3. The method of claim 1 or 2, wherein the received power parameter of the reference signal is used to determine the cell size. 4. Способ по п. 1, в котором летательный аппарат содержит модуль устройства пользователя, оснащенный адаптивной антенной и автономным устройством для управления диаграммой направленности антенны и управляющий шириной диаграммы направленности радиопередачи таким образом, что радиус зоны покрытия на поверхности земли для этой диаграммы направленности регулируется относительно расчетной дальности передачи устройства пользователя, работающего на уровне земли.4. The method of claim 1, wherein the aircraft comprises a user device module equipped with an adaptive antenna and a self-contained device for controlling the antenna pattern and controlling the width of the radio transmission pattern such that the radius of the coverage area on the earth's surface for that pattern is adjusted relative to the estimated transmission range of a user device operating at ground level. 5. Способ по п. 4, в котором для определения значения расчетной дальности передачи используется параметр принимаемой максимальной мощности передачи.5. The method of claim 4, wherein the received maximum transmit power parameter is used to determine the estimated transmission range value. 6. Способ по п. 1, в котором летательный аппарат содержит модуль устройства пользователя, оснащенный адаптивной антенной и автономным устройством для управления диаграммой направленности антенны и управляющий шириной диаграммы направленности радиопередачи таким образом, что радиус зоны покрытия на поверхности земли для этой диаграммы направленности регулируется относительно заранее заданного значения.6. The method of claim 1, wherein the aircraft comprises a user device module equipped with an adaptive antenna and a self-contained device for controlling the antenna pattern and controlling the width of the radio transmission pattern such that the radius of the coverage area on the earth's surface for that pattern is adjusted relative to preset value. 7. Способ по п. 1, в котором летательный аппарат содержит модуль устройства пользователя, оснащенный адаптивной антенной и автономным устройством для управления диаграммой направленности антенны и управляющий шириной диаграммы направленности радиопередачи таким образом, что радиус зоны покрытия на поверхности земли для этой диаграммы направленности регулируется относительно мощности принятого сигнала от выбранной базовой станции системы мобильной связи.7. The method of claim 1, wherein the aircraft comprises a user device module equipped with an adaptive antenna and a self-contained device for controlling the antenna pattern and controlling the width of the radio transmission pattern such that the radius of the coverage area on the earth's surface for that pattern is adjusted relative to the strength of the received signal from the selected base station of the mobile communication system. 8. Способ по п. 7, в котором летательный аппарат содержит модуль устройства пользователя, оснащенный адаптивной антенной и автономным устройством для управления диаграммой направленности антенны, измеряющий мощность принятого сигнала от выбранной базовой станции и изменяющий выбранную ширину диаграммы направленности при приеме до тех пор, пока мощность принятого сигнала не станет ниже заранее заданного порога, при этом значение ширины диаграммы направленности при приеме, при котором мощность принятого сигнала оказывается ниже заранее заданного порога, используется в качестве ширины диаграммы направленности при передаче радиосигналов от этого летательного аппарата.8. The method of claim 7, wherein the aircraft comprises a user device module equipped with an adaptive antenna and a self-contained antenna beam steering device that measures received signal strength from a selected base station and changes the selected receive beamwidth until the received signal strength will not fall below a predetermined threshold, and the receive beamwidth at which the received signal power falls below a predetermined threshold is used as the beamwidth when transmitting radio signals from the aircraft. 9. Способ по любому из пп. 1–8, в котором для управления шириной диаграммы направленности используется измеренная высота летательного аппарата над поверхностью земли.9. The method according to any one of paragraphs. 1-8, which uses the measured height of the aircraft above the ground to control beamwidth. 10. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором для управления направленностью передачи используется измеренное положение летательного аппарата в полете.10. A method according to any one of the preceding claims, wherein the measured position of the aircraft in flight is used to control the direction of the transmission. 11. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором управление направленностью радиопередачей начинается, когда высота летательного аппарата над поверхностью земли превышает заранее заданное значение.11. A method according to any one of the preceding claims, wherein the directionality control of the radio transmission is initiated when the height of the aircraft above the ground exceeds a predetermined value. 12. Летательный аппарат, содержащий модуль устройства пользователя, оснащенный адаптивной антенной и автономным устройством для управления диаграммой направленности антенны и выполненный с возможностью реализации способа по любому из пунктов 1–11.12. An aircraft comprising a user device module equipped with an adaptive antenna and a self-contained device for controlling the antenna pattern and configured to implement the method of any one of claims 1-11. 13. Способ снижения помех, создаваемых летательным аппаратом в системе мобильной связи, включающий в себя управление направленностью радиопередачи летательного аппарата, находящегося в воздухе, для компенсации наклона летательного аппарата, при котором направление передачи настраивается в направлении вертикально вниз.13. A method for reducing interference generated by an aircraft in a mobile communication system, including controlling the direction of a radio transmission of an aircraft in the air to compensate for the inclination of the aircraft, in which the transmission direction is adjusted in a vertically downward direction. 14. Способ по п. 13, в котором летательный аппарат содержит модуль устройства пользователя, оснащенный адаптивной антенной и автономным устройством для управления диаграммой направленности антенны и управляющий шириной диаграммы направленности радиопередачи таким образом, что радиус зоны покрытия на поверхности земли для этой диаграммы направленности регулируется относительно расчетной дальности передачи устройства пользователя, работающего на уровне земли.14. The method of claim 13, wherein the aircraft comprises a user device module equipped with an adaptive antenna and a self-contained device for controlling the antenna pattern and controlling the width of the radio transmission pattern such that the coverage radius on the earth's surface for that pattern is adjusted relative to the estimated transmission range of a user device operating at ground level. 15. Способ по п. 13, в котором летательный аппарат содержит модуль устройства пользователя, оснащенный адаптивной антенной и автономным устройством для управления диаграммой направленности антенны и управляющий шириной диаграммы направленности радиопередачи таким образом, что радиус зоны покрытия на поверхности земли для этой диаграммы направленности регулируется относительно заданного значения.15. The method of claim 13, wherein the aircraft comprises a user device module equipped with an adaptive antenna and a self-contained device for controlling the antenna pattern and controlling the width of the radio transmission pattern such that the coverage radius on the earth's surface for that pattern is adjusted relative to set value.
RU2020115294A 2017-10-23 2018-10-23 Reduction in interference created by aircrafts RU2772978C2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP17197768 2017-10-23
EP17197768.9 2017-10-23
PCT/EP2018/079004 WO2019081489A1 (en) 2017-10-23 2018-10-23 Reduction of interference caused by aerial vehicles

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2020115294A RU2020115294A (en) 2021-11-25
RU2020115294A3 RU2020115294A3 (en) 2021-12-09
RU2772978C2 true RU2772978C2 (en) 2022-05-30

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2207613C1 (en) * 2002-03-15 2003-06-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Гранит" Airborne equipment of control systems of drone
WO2007073268A1 (en) * 2005-12-22 2007-06-28 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Airborne onboard base transceiver station for mobile communication
RU2506553C2 (en) * 2011-12-26 2014-02-10 Учреждение Российской академии наук Институт прикладной астрономии РАН Automatic unmanned diagnostic complex
RU2541886C2 (en) * 2012-06-09 2015-02-20 Открытое акционерное общество "Таганрогский научно-исследовательский институт связи" (ОАО "ТНИИС") System for electronic jamming of radio communication system
WO2017040974A1 (en) * 2015-09-03 2017-03-09 Rhombus Systems Group, Inc. System for employing cellular telephone networks to operate, control and communicate with unmannded aerial vehicles and remote piloted vehicles

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2207613C1 (en) * 2002-03-15 2003-06-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Гранит" Airborne equipment of control systems of drone
WO2007073268A1 (en) * 2005-12-22 2007-06-28 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Airborne onboard base transceiver station for mobile communication
RU2506553C2 (en) * 2011-12-26 2014-02-10 Учреждение Российской академии наук Институт прикладной астрономии РАН Automatic unmanned diagnostic complex
RU2541886C2 (en) * 2012-06-09 2015-02-20 Открытое акционерное общество "Таганрогский научно-исследовательский институт связи" (ОАО "ТНИИС") System for electronic jamming of radio communication system
WO2017040974A1 (en) * 2015-09-03 2017-03-09 Rhombus Systems Group, Inc. System for employing cellular telephone networks to operate, control and communicate with unmannded aerial vehicles and remote piloted vehicles

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3533157B1 (en) Wireless communication links between airborne and ground-based communications equipment
US11595112B2 (en) Communication device, method, and program
US11356170B2 (en) Reduction of interference caused by aerial vehicles
US20210116941A1 (en) Positioning method using unmanned aerial robot and device for supporting same in unmanned aerial system
JP2020535746A (en) Wireless network to handle flight UE
WO2018089071A9 (en) Wireless communication enhancements for unmanned aerial vehicle communications
WO2021114828A1 (en) Airway communication method and system, computer-readable storage medium, and electronic device
KR20220150443A (en) Method and apparatus for positioning based on a signal from a neighboring terminal in a wireless communication system
CN108270476B (en) High-altitude communication system, method and device
CN109874144B (en) Communication terminal device suitable for aircraft and action communication method thereof
US20210362875A1 (en) Precise landing method of unmanned aerial robot using multi-pattern in unmanned aerial control system and apparatus therefor
EP3625901B1 (en) Communication system for aircrafts with altitude based frequency band selection
KR20210098121A (en) measuring method using unmanned aerial robot and device for supporting same in unmanned aerial system
EP3651373B1 (en) Communication device and communication control method
WO2021097804A1 (en) Method and apparatus for aircraft traffic management
RU2772978C2 (en) Reduction in interference created by aircrafts
US10998960B2 (en) Providing reference altitude information to unmanned aerial vehicles for configuration differentiation
EP4007178A1 (en) Electronic equipment and method in wireless communication system
WO2022029167A1 (en) Electronic device, infrastructure equipment and method
US20220352973A1 (en) Relaying communications with mobile objects
WO2024011562A1 (en) Multiplexing and diversity for multi-aircraft emergency message relaying
KR20240041615A (en) Method for cellular-based aircraft communication and apparatus and system therefor