TW201608913A - 透過無人機的通訊系統 - Google Patents

Abstract

本發明揭露了一套包括一組發射器段，一條具有多組平行傳輸通道之傳遞段，以及一組接收器段的通信系統，其中，發射器段從某一發送源位置輸入多組傳輸信號；該多組輸入信號被轉換為多個波前覆用信號，該多個波前覆用信號再經由調節器被轉換為多個波前覆用波形，該多個波前覆用波形經由該傳遞段傳輸至接收器段。其中，該傳遞段包括多組平行傳輸通道以傳輸該多組波前覆用波形，其中第一波前覆用波形經由第一傳輸通道傳輸，以及第二波前覆用波形經由第二傳輸通道傳輸，其中，在某一目的地之接收器段接收來自傳輸通道的該多組波前覆用波形，並經由解調器將該多個波前覆用波形分別轉換為多個波前覆用信號，再通過一組波前解覆用轉換器將該多個波前覆用信號還原至應有的信號。

Description

透過無人機的通訊系統

本發明是關於一類無人機，特別是涉及一類利用無人機與其他通信基礎設施進行通信的架構。

當災難發生，許多地面基礎設施，包括手機和互聯網服務變得不那麼實用。 針對緊急情況和災難恢復系統，災區的居民和救援人員有實時通訊的需求。對監視（如視頻和圖像）數據的存取也很重要。無人機（UAV）對這些平和的任務是非常有用的工具。以下是平和任務系統需要的三個實時功能： 1)        為當地居民特設(ad hoc)的通訊網路， 可在商業手機頻段，和/或 在WiFi (ISM)無線頻段操作； 2)        為救援工作著特設的通訊網路，可在緊急頻段操作； 3)        為空中可移動監測平臺至監測中心之視頻和圖像通信。

利用一架大型UAV來執行上述之三功能是一定可行的。 但另一執行方式也是可行的; 也可以通過一架小型的UAV 只執行和/或支援一項功能。在這些實施方案中，一架小型的無人機的通信負載是有限制的, 也是可以被分配的：如約20公斤重， 200W的功率消耗，以及在至少高於“地面氣象” 之高度飛行的時間初始設定為12小時。無人機能在高於海拔5公里的高度飛行是一較佳之選擇。

在這份說明書中， 有四種先進通訊技術是緊急服務架構的核心： 1)        無人機作為通信節點； 2)        前置通訊網路; 用於用戶和無人機之間， ·            是針對有手持設備之用戶, 以及 ·            利用遠程波束形成器（RBFN）與地基波束成形(GBBF)設施； 3)        後置通訊網路設施,（是指 “背面通道” 或 “饋線鏈結”）用於地面基礎設施和無人機之間， ·            包括無人機和地基波束成形(GBBF)處理中心之間的背面通道或饋線鏈結； 4)        波前覆用/解覆用（WF覆用/解覆用）, ·            對遠端波束成形器(RBFN)/ 地基波束成形(GBBF)饋線鏈結傳輸之背面通道校準、 ·            在接收器中通過來自不同架無人機通道的信號之相干功率合成， ·            通過無人機備援確保安全之傳輸。

多架小型無人機可以被“組合” 起來執行某一通訊功能。 例如，當手機信號塔不作用時，無人機可以取代信號塔的功能。當地居民可用手機通過取代信號塔的無人機與外界溝通。我們可以快速部署4架小型無人機，通過後置通訊網路把4架無人機組合起來，用以取代替因緊急情況或災害而受到損壞的本地手機信號塔蜂窩信號塔或基站。這些信號塔或基站的功能是由於目前的緊急情況或災害而受到損壞的。居民可使用其現有的個人通信設備包括他們自己的手機，通過這些小型無人機所組成之臨時通訊網路與外界進行通信。在這種情況下，我們可能對無人機的負載能力加以區分。 對用於小型無人機上的通信負載施以尺寸-重量及耗電量（SW&P）的限制：大約小於5公斤重以及小於50W功率消耗。

監視平臺的負載在白天可用（被動式的）可見光傳感器來照成照片或可見光像片。在夜間作業除了可見光傳感器外也需可見光照明設備。 這些可見光照明設備有可能裝在與可見光傳感器同組無人機上，或裝在別組無人機上。另外，（被動式的）紅外傳感器也可用於夜視和照成紅外光像片。

在夜間以及陰天（或下雨），可見光傳感器是無法有效的執行照像任務。但微波傳感器可用於夜間以及陰天（或下雨）來執行照像的任務。單基地雷達可以通過單架的無人機部署雷達發射器及雷達接收器。多基地雷達可以通過多架無人機的編隊部署成為一被動雷達接收器 及其他電波發射平臺當做雷達發射器。多架無人機能協調成為有相干功率合成功能的一組射頻接收系統，再通過地基波束成形設施根據對各種無人機平臺上的所有接收元件的位置/方位的即時資訊來處理接收的雷達反射信號。此一被動雷達接收系統可配合現在已知的射頻電波發射平臺之地面反射電波。這些電波發射平臺包括來自全球定位系統 (GPS)在L波段的導航衛星，或來自許多其他全球導航衛星系統(GNSS)在L波段的衛星。此一組可移動的被動雷達接收系統也能夠利用許多直播衛星作為雷達電波發射平臺。因為直播衛星對某覆蓋區域的高功率輻射以及電波之地面反射都已有了， 所以只要佈署一組可移動的被動雷達接收系統就能組成了一套有效的雷達系統。許多高功率輻射直接廣播衛星（DBS）對其陸地覆蓋區域都具有高EIRP 或在S, 或在Ku 及Ka頻帶。這些發射的射頻電波大都具有超過500MHz的瞬時頻寬， 可視為照亮覆蓋區“地表”之“已知的信號”。 一組由多架無人機組成的被動雷達接收系統可通過直接的路徑接收某一直播星輻射之“已知的信號”. 同時也接收其陸地覆蓋區地表反射之“已知的信號”。此外，最近在靜止或非靜止軌道上部署之衛星有許多Ka高功率輻射波束。 這些衛星也可以視為可能的雷達射頻電波發射平臺。

UHF、L、S、C、X、KU以及Ka波段之頻譜依隨如下表1之美國IEEE標準之定義

圖1示出了救援任務無人機的情景。三種由無人機提供重要的任務： 1)        通訊網路部署：以供災區之當地居民利用其現有的手機通訊， ·            通訊機（M1）取代在軸輻式通訊架構中受損之基地台，以及 ·            居民可以用自己的手機在需要的時候尋求幫助； 2)        通訊網路部署以供救援隊利用其特殊的手機通訊， ·            無人機（M2）成為快速部署之基地台以作為搶險隊員和他們的調度員間的通訊橋梁， ·            並可使用分開的緊急頻段以及軸輻式通訊架構； 3)        可供視覺觀察之監控平臺，其中， ·            無人機（M3）可於瞬間取得災區的視頻並轉發至通信樞紐； ·            並可使用專用之高數據速率鏈接。

所有這三個主要的任務都會透過相同並具有傳達緊急資訊能力的通信樞紐。用戶可以通過位於同一通信樞紐之閘道在兩個網路間進行通訊，通信樞紐應是電信服務供應商所支援的標準移動通信樞紐。

以下是相關於本揭露之通信功能之一個設計的例子， 其要求概括如下： ·            在空中段包括 o     使用16位元元素的天線陣列為前景通訊網路服務， o     每一組4元素之子陣列都具有多波束能力並且每一波束都能保持數據速率在10 Mbps，以及 o     組成一組在S / L波段和C波段的稀疏陣列；此稀疏陣列是由4個具有之多波束能力並保持數據速率在10 Mbps的子陣列組成的； o     所設計Ku 頻段的饋線鏈路需160 MHz 之頻寬 ·            在用戶段 o     包括被服務社區之居民可使用普通手機，以及 o     公共救援任務設備在4.9 GHz操作； ·            在地面段 o     使用三台Ku波段天線同時各別跟蹤3架無人機，同時保持雙向鏈路， 每向以150 MHz之數據速率傳輸。 o     地基波束成形(GBBF)設施有跟蹤無人機上各子陣列方向不斷變化之能力。

本發明揭露一套通訊系統，該通訊系統包含：某一發射器段，具有多條平行傳輸通道之某一傳遞段，以及某一接收器段；其中該發射器段在某一來源位置輸入將被傳輸之多組輸入訊號，執行一波前覆用轉換將該多組輸入訊號轉換成多組平行之波前覆用訊號，在經由該傳遞段以傳送該波前覆用波形至該接收器段之前，利用調變器調變該波前覆用訊號成該波前覆用波形；其中該傳遞段包含多條平行傳輸通道以傳送該多組波前覆用之波形；其中一第一波前覆用波形係傳輸在一第一傳輸通道上；以及一第二波前覆用波形係傳輸在一第二傳輸通道上。 位於某一目的地之該接收器段係用來從該多條平行傳輸通道接收該多組波前覆用波形。 分別轉換該被接收之波前覆用波形為一被接收之波前覆用訊號，再對該被接收之波前覆用訊號執行一波前解覆用轉換以復原該被接收之波前覆用訊號為多個獨立之訊號。

在一實施例，其中該輸入訊號包含數位訊號，類比訊號，數位類比混合訊號，以及欲被傳送至一複數個頻率上操作之多個頻道之一複數個數位訊號串流，其中該多個頻道之數目至少與被接收之數位訊號串流數目一樣多，該動態通訊系統進一步包含下列操作：在傳送該波前覆用波形至一傳遞段前，將該波前覆用波形變頻為一傳遞頻帶；以及在該接收器段的一用戶端接收並變頻從多種通道頻率所接收之該波前覆用波形至一基帶頻率，從而產生一基頻波前覆用波形。

本發明揭露一種通訊系統，該通訊系統包含：一傳送器段，一具有複數個多工傳輸通道之傳遞段，以及一接收器段；其中該傳送器段在一來源位置輸入將被傳輸之一複數個輸入訊號，執行一波前覆用轉換將該輸入訊號轉換成一波前覆用訊號，並藉由調變該波前覆用訊號成一波前覆用波形後，經由該傳遞段以傳送該波前覆用波形至該接收器段；其中該傳遞段包含複數個被合併之傳輸路徑以成為現有在該多個波前覆用訊號間之振幅、相位以及時間延遲上產生差異化動態影響之多工通道，其中一第一波前覆用波形係傳輸在一第一多工傳輸通道上；以及一第二波前覆用波形係傳輸在一第二多工傳輸通道上，其中位於一目的地之該接收器段係從該多工傳輸通道接收該波前覆用波形，由解調器解調及轉換所接收之該波前覆用波形成波前覆用訊號，且在該接收之波前覆用訊號上執行一波前解覆用轉換以復原該被接收之波前覆用訊號成多個獨立之訊號。

圖1繪示了使用三個個別的無人機(UAV)作為緊急及災難求助之移動平臺；無人機平臺M1用於救援隊成員彼此間之溝通，無人機平臺M2作為提供行動電話及/或使用wifi通訊協定之個人通訊裝置通訊功能之行動及/或固定式之無線基地台的緊急替代品。第三無人機平臺M3透過被動光學感測器、紅外線感測器或射頻感測器執行即時影像及監控。三個平臺都經由Ku和/或Ka頻段頻譜之饋線鏈結以連接到一地面站通信樞紐110，此地面站通信樞紐110係作為一閘道並用以存取地面網路101。

因此，在一覆蓋區域130內進行救援工作時將有即時影像，並可透過地面通信樞紐110使救援隊成員與調度中心進行通訊。一無線臨時網路通訊也將提供給在災難/緊急恢復區130之居民，使居民能透過個人設備與外部、救援團隊、及/或災難/緊急恢復之部門進行通訊。

三個平臺M1，M2和M3的饋線鏈結均為相同的Ku和/或Ka頻段，然而不同之處在於各自平臺之負載(P/L)，第一無人機平臺M1上之負載可在救援隊成員間啟動一公共安全頻譜通訊之網路，第二無人機平臺M2上之負載可以在L/S頻段恢復居民的行動電話及/或固定式無線通訊，而第三無人機平臺M3之負載為一即時監控之即時成像感測器。

以下討論三種獨立技術，(1)反向天線陣列技術，(2)地基波束成形，以及(3)波前覆用及解覆用(WF覆用/解覆用)。饋線鏈結之反向天線鏈結是使在饋線鏈結上的無人機平臺之負載能與指定的地面站通信樞紐更有效率地進行溝通、使用較少的耗電量，達到更遠距離之地面通信樞紐，及/或產生更多的產能。

地基波束成形(GBBF)技術或遠端波束成形(RBF)技術的架構，可使用較小SW＆P的負載以完成設計無人機平臺的基礎通訊。地基波束成形(GBBF)之波束成形處理可被設置於遠端之地面上或固定於其他空中平臺、地面平地或是海面平臺。在這裡使用圖示來描繪地基波束成形(GBBF)之架構。然而，類似之RBF架構可被使用在可移動的平臺、可重新定位、固定的的平臺、及/或所有上述平臺的組合以執行遠端波束成形功能。

波前覆用及解覆用技術可適用於許多基於無線通訊之無人機平臺的前瞻應用，並包含以下三種： (1)校準饋線鏈結之後勤通道。 (2)於地面接收器中，以“相干功率合成（coherent power combining）”的方式有效的結合分別由多架無人機所幅射之無線電波的功率； 這與傳統陣列天線發射中的“空間功率結合（spatial power combining）”現像完全不同。 (3) 在透過多架無人機或一架無人機平臺上之不同頻道所形成的一套多組平行通道，以分段封包的方式同時傳送資料。 這類的傳送方式更具有安全性及備援性。另外也可用上述兩者的組合方式搭架出此類具有安全性及備援性的平行通道

在此類通訊架構包含四種技術： 1. 無人機120作為通訊節點。 2. 用戶在一覆蓋區域130和無人機120之間的前景通訊網路，包括： (a) 提供給有L/S頻段下之手持設備之用戶。 (b) 在一地面可移動通信樞紐設備110使用具有地基波束成形(GBBF)處理功能之遠端波束成形器(RBFN) 。 3. 在地面基礎設施/設備110與無人機120之間的後台通訊網路(後勤通道或饋線鏈結) ，其中後勤通道或饋線鏈結係經由反向天線在無人機和地基波束成形(GBBF)處理中心之間。後台通訊網路也稱背景通訊網路 4. 波前覆用/解覆用(WF覆用/解覆用) ，包括： (a) 對遠端/地基波束成形(RBF/GBBF)在饋線鏈結傳遞上之背面通道（或稱後勤通道）之校準。 (b) 相干功率來自於結合各種無人機的不同頻道之訊號接受器。 (c) 透過無人機之具有備援性的安全傳輸。

圖2繪示在一以無人機200為基礎之無線通訊系統之背景鏈結以及前景鏈結。每架無人機200機上並具有一組波束成形器(BFN)能服務某覆蓋區域130。無人機120使用戶A、B以及C能夠經由一通訊通信樞紐在兩個波束1302及1303間進行相互連結，所述通訊通信樞紐110為連向地面網路101之一閘道，機上(on-board)之饋線鏈結天線236係屬於Ka或Ku頻段且係覆蓋此通訊通信樞紐110。我們假設這些用戶是在L/S頻段，其包含商業用手機以及Wifi頻段。

負載200由三個部分所組成，且其同時支援前景鏈結和背景鏈結，所述三個部分為：在L/S頻段之一組前景通訊負載210、在L/S頻段以及Ku/Ka頻段之間的轉頻區域220以及在Ku/Ka頻段的一組饋線鏈結負載230。

類似的架構也適用於其他前景通訊之負載210所選定之頻寬；例如緊急救援人員所保留用於公共安全頻譜的4.9GHz。

在L/S頻段之前景鏈結負載(P/L)210上有多個陣列陣元217之多波束天線211，用以在前景鏈結中傳送訊號以及在背景鏈結中接收訊號。覆蓋區域130至少被三個波束1301、1302以及1303所覆蓋。多波束天線211之輸入/輸出埠為經由雙工器213連接之波束埠，其中背景鏈結波束埠連接到L/S頻段的低噪訊放大器(LNA)214，該前景鏈結波束埠連接到功率放大器215。

此處存在至少兩對變頻單元220以分別將背景鏈結單元從L/S頻段(1/2GHz)上調頻率至Ku/Ka頻段(12/20GHz)，以及前景鏈結單元在Ku/Ka頻段(14/30GHz)之訊號轉成在L/S頻段(1/2GHz)之訊號。

饋線鏈結之負載230具有兩組"波束"訊號，對於背景鏈結訊號，一多工裝置231結合了在Ku/ Ka頻段之不同轉換頻槽的波束訊號以形成一單獨串流，該串流在被饋線鏈結負載230的饋線鏈結天線236進行幅射前，由一功率放大器(PA)235執行功率放大以及由一天線雙工器233進行雙工處理。同樣地，在前景鏈結裡的訊號，天線236以及I/O雙工器233所接收之饋線鏈結訊號被一Ku/Ka頻段之低雜訊放大器234調節。在頻率轉換器220從Ku/Ka頻段之一頻槽轉換波束訊號至一L/S頻段的一相同頻槽前，Ku/ Ka頻段之解多工裝置232將波束訊號分隔至不同的波束埠以分開波束訊號。在被前景鏈結之多波束天線211進行輻射前，這些輸入波束訊號係個別由前景負載之功率放大器進行功率放大。

我們在此假設所述多工裝置231執行一分頻多工(FDM)，並對應於地面上一執行分頻解多工(FDM demuxing)之解多工裝置232。然而，此多工裝置231與解多工裝置232之多工/解多工功能也可通過其他的多工/解多工方式執行，例如分時多工(TDM)、分碼多工(CDM)或者是分頻多工、分碼多工及/或分時多工之組合。

圖2繪示利用一機上(on-board)之具有波束成形能力並能作為一地面閘道之通訊中繼的小型無人機M2以作為災區居民移動通信之系統及其方法。如圖2所示， 涵蓋於一波束1303下之第一用戶A發送一資料串到涵蓋於一波束1302下之第四用戶D，於一架無人機M2之負載中，該第一用戶A所發送來的資料串會經由多波束天線211接收。該第一用戶A使用他/她的手機或移動裝置之Wifi頻譜對外通訊，多波束天線211所接收之資料串將會被一低雜訊放大器214進行放大、被一轉發器220進行過濾和變頻，再經過功率放大器235放大後在Ka或Ku頻段的饋線鏈結天線236進行發射。在M2無人機機上(on-board)之饋線鏈結天線236應是一組高增益追蹤波束天線，當此架M2無人機120移動時，此高增益追蹤波束天線有一束追蹤波束恆指向某一地面站通信樞紐110。

機上(on-board)之饋線鏈結天線236亦可使用一低增益天線，所述低增益天線包括全方位天線， 是用以簡化饋線鏈結追蹤機制之複雜度。 然而所述低增益天線會縮減M2無人機120和地面通信樞紐110間之操作距離或減低通道容量。地面通信樞紐110將接收到的資料串流分配至一前景鏈結波束埠，所述資料串流經由該前景鏈結波束埠被傳送至涵蓋於波束1302下之用戶D。

在指定給某一機上(on-board)之波束成形器(BFN)211之一上行波束埠之地面設施110中，一串前景鏈結資料串流經由Ku/Ka頻段饋線鏈結上傳並由饋線鏈結天線236所擷取。在被一分頻多工解多工器232解多工成一普通中頻前，所述擷取訊號係由一低雜訊放大器以及一帶通濾波器(BPF)所調節。多個解多工元件分別處理來自於多波束天線217的各個輸入埠之不同波束訊號串流。

同時，涵蓋於波束1302下之第三用戶C想要發送一個不同的資料串到涵蓋於一波束1303下之第二用戶B，負載210將接收由涵蓋於波束1302下之第三用戶C透過多波束天線211所傳送之資料，而從第三用戶C所接收到的資料將被一個低雜訊放大器214進行放大，被其中一個轉發器220進行過濾和變頻以及被功率放大235放大後，在Ka或Ku頻段的饋線鏈結天線236內進行功率放大再發射。地面通信樞紐110將接收到的資料串流分配至一前景鏈結波束埠，所述資料串流將被傳送至涵蓋於波束1303下之用戶B。

顯然地，對於無人機120的負載200，在覆蓋區域130上所有用戶之間並不存在"開關或連接"的機制。此開關及連接機制係由地面通信樞紐110所執行。

參考圖2，M2無人機120只可以提供單向的前景鏈結，如廣播或組播。基於M2無人機120之移動通信之前景鏈結具有機上(on-board)之波束成形器(BFN)211。M2無人機120提供由與第一資料來源連接之通訊通信樞紐110至在波束位置1303的第一接收行動用戶B間的相互連結，其中所述第一資料來源可來自於地面網路101，或來自於無人機120的背景鏈結。同時無人機120提供由一與第二資料來源連接之通訊通信樞紐110至在波束位置1302的一第二接收行動用戶D間的相互連結，其中所述第二資料來源可來自地面網路101，或來自於無人機120的背景鏈結。

參照圖2，此架M2無人機120可能僅提供單向背景鏈結(僅接收)的服務，其包括之應用如雙基雷達接收器的功能。基於M2無人機120之移動通信之背景鏈結基於移動通信有機上(on-board)之波束成形器(BFN)211。M2無人機120提供在波束位置1303之某一第一資料來源Ａ與某一地面處理通信樞紐110之間的相互連結，其中此地面處理通信樞紐110係經由地面網路101以連接某一第一資料接收者，或者是經由無人機120上的前景鏈結以連接至相同覆蓋區域130的某一第一資料接收者。同時，無人機120提供在波束位置1302之某一第二資料來源C與某一運作的地面通信樞紐110之間的相互連結，其中此地面通信樞紐110可經由地面網路101連接至某一第二資料接收者或由無人機120的前景鏈結以連接至某一第二資料接收者。

圖3繪示了在一覆蓋區域130上，有一組多架不具有波束成形器(BFN)之無人機200， 一套以此組無人機200為基礎之無線通訊系統， 及其背景鏈結以及前景鏈結。所述之多架無人機120提供用戶A、B以及C之相互連結，C在兩個波束1302及1303間是透過一作為"閘道"以連至地面網路101的通訊通信樞紐110。在Ka或Ku頻段之機上(on-board)之饋線鏈結天線236，其係覆蓋通訊通信樞紐110，我們假設這些用戶是在L/S頻段，此頻段包含商業用手機以及Wifi頻段。

在負載200由三個部分所組成，且其同時支援前景鏈結和背景鏈結；(1)在L/S頻段的一前景通訊負載210，(2)在L/S頻段以及Ku/Ka頻段之間的轉頻區域220，且(3)在Ku/Ka頻段的一饋線鏈結負載230。

類似的架構也適用於其他前景通訊負載210所選定之頻寬，例如緊急救援人員所保留用於公共安全頻譜的4.9 GHz。

在載體上饋線鏈結負載230上的LS頻段天線為許多在L/S頻段的個別陣列陣元217，其係用於前行鏈接中的傳輸以及背景鏈結的接收，覆蓋區域130至少被三個波束1301、1302以及1303所覆蓋。陣列陣元217之輸入/輸出埠係為被雙工器213連接之"組成埠"，其中背景鏈結組成埠係在L/S頻段連接到的低雜訊放大器214，且前景鏈結組成埠係連接到功率放大器215。

此處存在至少兩對變頻單元220，此背景鏈結單元從L/S頻段(1/2GHz)上調頻率至Ku/Ka頻段(12/20GHz)。前景鏈結單元將在Ku/Ka頻段(14/30GHz)之訊號轉成在L/S頻段(1/2GHz)之訊號。

饋線鏈結負載230具有兩組"基本"訊號。對於背景鏈結訊號，多工裝置231結合了在Ku/ Ka頻段之不同轉換頻槽的"基本"訊號以形成一單獨串流，然後被饋線鏈結天線236發射之前，由一功率放大器(PA)235進行功率放大以及由一天線雙工器233進行雙工處理。

同樣地，在前景鏈結裡的訊號，天線236以及I/O雙工器233所接收之饋線鏈結訊號被Ku/Ka頻段之低雜訊放大器234所調節。在頻率轉換器220從Ku/Ka頻段之一頻槽轉換各種的陣元訊號至一L/S頻段的一相同頻槽之前，Ku/ Ka頻段之解多工裝置232係透過將欲調節之訊號分割成不同"組成埠"以分開這些陣元訊號，在個別的前景鏈結之天線陣元217進行輻射前，這些陣元訊號係個別由前景負載310之功率放大器215進行功率放大。

我們在此假設多工裝置231執行一分頻多工(FDM)，並對應於地面上一執行分頻解多工(FDM demuxing)之解多工裝置232 。然而，此231/232之多工/解多工功能可通過其他的多工/解多工方式執行，例如分時多工(TDM)、分碼多工(CDM)或分頻多工、分碼多工及/或分時多工之組合。

圖4繪示了一架M1a小型無人機120-1經由地基波束成形(GBBF) 為L/S頻段之居民執行通信中繼任務的情景。前臺鏈接420在L/S頻段具有多個點波束（spot beams）1301、1302和1303以服務直徑小於100公里的覆蓋區域130，一位地面用戶436可利用他的/她的行動電話對在同一覆蓋區域130內或外的其他用戶進行通訊，覆蓋區域130可能會根據執行任務的要求而有所不同。

圖4之地面站通信樞紐410 在返回鏈路將利用其前端設施411接收並調節從饋線鏈結450來訊號。地基波束成形(GBBF)處理器412係(1)復原在機上(on-board)相陣天線各相元所接收到的相元訊號217及其精確振幅和相位，(2)對所復原的相元訊號通過數位波束成形(DBF)器來產生波束訊號，(3)再做進一步的接收信號處理，包括調變接收波束訊號的波形以轉換成資料串流。然後移動通信樞紐413透過地面網路480傳送資料串流至目的地。在圖12將仔細繪示地基波束成形的前景鏈結及背景鏈結。

同樣地，在前向鏈結裡之訊號，是由地基波束成形(GBBF)設施412發出的。此地基波束成形(GBBF) (1) 先接收從不同信號源經由地面網路480再通過移動通信樞紐413之調變及通道格式化後送來之多組"波束訊號"，(2)再對"波束訊號"執行發射數位波束成形(DBF)處理而成一套多組平行之波束相元訊號；此波束相元訊號會由一架M1a小型無人機120-1在L/S頻段通過多位相元的並行發射，(3) 這一套平行之波束相元訊號在頻率上轉換及分頻多工至Ku/Ka頻段後，會經由饋線鏈之後勤通道鏈結到一架無人機120-1。這些同時發射出的多組波束訊號將通過機上的不同點波束1301、1302和1303同時被送給在覆蓋區域130內不同的用戶。

如圖3所示的返回鏈路, 在一架M1a小型無人機120-1上，由饋線天線236及I/O雙工器233接收前景鏈結訊號，係由Ku /Ka 頻段之低雜訊放大器234調節此前景鏈結訊號。在頻率轉換器220從Ku/Ka頻段之一頻槽轉換各種的陣元訊號至一L/S頻段的一相同頻槽之前，Ku/ Ka頻段之解多工裝置232係透過將欲調節之訊號分割成不同"組成埠"以分開這些陣元訊號，在前景鏈結之陣列陣元進行輻射前，這些輸入波束訊號係個別由前景負載之功率放大器215進行功率放大。

我們在此假設多工裝置231執行一分頻多工(FDM)，並對應於地面上一執行分頻解多工(FDM demuxing)之解多工裝置232，然而，此多工/解多工裝置231/232可執行其他的多工/解多工方式，例如分時多工(TDM)、分碼多工CDM或分時多工、分碼多工及/或分頻多工之組合。   第一實施例

圖3顯示經由一具有地基波束成形(GBBF)或遠端波束成形網路(RBFN)能力並作為一地面閘道之通訊中繼的小型無人機M2，以為災區居民恢復移動通信之系統及其方法。請參考圖3，M2無人機120只可以提供單向的轉發通訊，如廣播或組播。M2無人機120之前景鏈結利用移動通信與不具波束成形功能(BFN)的陣列陣元127進行通訊。在一地基波束成形功能1101連接至來自於地面網路101或無人機120背景鏈結上之一第一資料來源後，M2無人機120提供由一通訊通信樞紐110至之在波束位置1303的一第一接收行動用戶B之相互連接。同時無人機120提供由一與第二資料來源連接之通訊通信樞紐110至在波束位置1302的一第二接收行動用戶D，此第二資料來源可來自於地面網路101或來自在相同覆蓋區域130之無人機120的背景鏈結上之一來源。處理/通訊通信樞紐101將同時對M2無人機的陣列陣元的許多傳輸波束執行傳輸波束成形功能。

參照圖3，此M2無人機120僅提供單向背景鏈結(僅接收)的服務，其包括雙基雷達接收器的功能。M2無人機120之背景鏈結透過移動通信與機上(on-board)之不具波束成形器(BFN)的陣列陣元進行通訊。M2無人機120提供波束位置1303之一第一資料來源A與一地面處理通信樞紐110之相互連接，此地面處理通信樞紐110係經由地面網路101以連接一第一資料接收者，或者是經由無人機120的前景鏈結以連接無人機覆蓋區域130內的一用戶。同時，無人機120提供從在波束位置1302的第二資料來源C到一運作的地面通信樞紐110，此地面通信樞紐110可經由地面網路101連接至一第二資料接收者或由無人機120的前景鏈結以連接至在一覆蓋區域130內之一接收者。M2無人機120提供從覆蓋區域130內之居民至一通訊通信樞紐之間的相互連結，此通訊通信樞紐係作用為一連線至地面網路之”閘道(gateways)”。處理/通訊通信樞紐101同時對M2無人機的陣列陣元的許多接收波束執行接收波束成形功能。

圖4繪示在一覆蓋區域130內，救援人員組織經由M1無人機120-1進行通訊之類似實施例。地面設施410具有： 1. 透過不同的Ku/ Ka頻段饋線鏈結450，多波束天線411同時連接到各種無人機平臺120。 2. 對前景鏈結(傳送)波束及返回鏈接(接收)波束之地基波束成形(GBBF)。 3. 移動通信樞紐413作為連向地面網路480或是其它無人機形成之網路之閘道。

所述M1a無人機120-1連同其地基波束成形(GBBF)處理功能之多波束1301，1302，1303等等。在兩者前景鏈結和背景鏈結的一保留公共安全頻段裡；例如在美國的4.9 GHz或700 MHz。在覆蓋區域的用戶(救援人員組織)具備全方向終端機436。

圖4呈現一個廣播及/或組播系統及方法的例子，此廣播及/或組播係透過有地基波束成形(GBBF)或遠端波束成形網路(RBFN)之一小型無人機。此處所繪示之單向通訊係經由M1無人機120-1發送至在覆蓋區域130裡的救援人員組織。地面設施410具有： 1. 多波束天線411提供從地面設備410到M1a無人機120-1平臺之一Ku/Ka頻段饋線鏈結450； 2. 地基波束成形(GBBF)處理包括並行前景鏈結(傳送)多波束的波束成形功能； 3. 移動通信樞紐413作為連向地面網路480或是其它基於無人機之網路之閘道。

所述M1a無人機120-1連同其地基波束成形(GBBF)處理具有多個發射波束1301，1302，1303等等，包括保留在一公共安全頻段的前景鏈結；例如：美國的4.9 GHz或700 MHz。

在覆蓋區域的用戶(救援人員組織)係具備全方向終端機436。

M1a無人機120-1提供無線用戶至一地面網路之通訊通信樞紐之間的相互連結。

本實施例可被作用於雙基雷達接收器平臺。在地面上之相關聯的處理設備411可被修改為不僅透過地基成形波束(GBBF) 412來執行波束成形功能外，更可包含距離選通的訊號處理功能，多普勒頻率間隔，以及額外的雷達/成像處理。

圖5繪示了4個小型無人機的520-1經由地基成形波束(GBBF)為在L/S頻段之居民執行通信中繼任務的情景。此四個小型無人機520-1標記為M1a、M1b、M1c以及M1d，其飛行之態樣係彼此緊密排列(例如10公尺或更短)。前臺鏈接420在服務直徑小於100公里的覆蓋區域130的L/S頻段具有多個點波束1301、1302和1303，一地面用戶436可利用他的或者她的行動電話對在同樣覆蓋區域130內或外的其他用戶進行通訊，覆蓋區域130可能會根據執行任務的要求而有所不同。

圖4之地面站通信樞紐410將從其前端411接收從饋線鏈結550來的狀態訊號，一地基成形波束(GBBF)處理器412將(1)復原在4個小型無人航空機上(on-board)之所接收到的陣元訊號217及其精確振幅和相位，(2)對從不同無人機520-1所恢復的陣元訊號所產生之波束訊號進行數位波束成形(DBF)處理，以及(3)提供進一步的接收功能，其包括在由移動通信樞紐413透過地面網路480傳送波形至目的地之前，調變接收波束訊號的波形以轉換成資料串流。圖12將仔細繪示地基成形波束(GBBF)的前景鏈結及背景鏈結。

同樣地，在前景鏈結裡之訊號，此地基成形波束處理器412會執行：(1)在由移動通信樞紐413調變及頻道格式化從地面網路480來的資料源後，接收從發送器發送而來的"波束訊號"；(2)在基頻"波束訊號"上執行傳輸數位波束成形(DBF)處理，此波束訊號係由小型無人機520-1同時在基頻產生欲傳送在L/S頻段的並行陣元訊號；(3)為了經由饋線鏈結550前景鏈結到4具無人機520-1，向上轉換及分頻多工這些陣元訊號至Ku/Ka頻段。在覆蓋區域130上，在不同點波束1301、1302和1303下，多波束訊號被指定給用戶。這些傳輸的波束訊號將在覆蓋區域130內同時被轉送給不同的用戶。

在個別的4個小型無人機520-1中，從饋線鏈結到前臺鏈接之處理均為相同。以圖3中所示的M1a無人機120-1作為一例子，由饋線天線236及I/O雙工器233接收的上行鏈接訊號係透過Ku/Ka頻段低雜訊放大器234調節。在頻率轉換器220從Ku/Ka頻段之一頻槽轉換各種的"基本"訊號至一L/S頻段的一相同頻槽前，Ku/ Ka頻段解多工裝置232係透過將處理過的訊號分隔至不同陣元以分開”陣元”訊號。在前景鏈結之陣列陣元217進行輻射前，這些輸入波束訊號係個別由前景負載之功率放大器215進行功率放大。

我們在此假設多工裝置231執行一分頻多工(FDM)，並對應於地面上一執行分頻解多工(FDM demuxing)之解多工裝置232，然而，此多工/解多工裝置231/232可執行其他的多工/解多工方式，例如分時多工(TDM)、分碼多工(CDM)或分時多工、分碼多工及/或分頻多工之組合。

另一個例子展示了用多個密集的小型無人機具有地基成形波束(GBBF)或RBF網路在災區落實救援人員之移動通信系統和方法。名詞“M1無人機520-1”是用來表示所有4個小型無人機；如圖5之M1a無人機，M1b無人機，M1c無人機以及M1d無人機。圖5繪示在一覆蓋區域130內，救援人員組織經由多個M1無人機520-1進行通訊之類似實施例。

地面設備410具有： 1. 多波束天線411透過不同的Ku/ Ka頻段饋線鏈結550以同時連接到各種無人機平臺520-1； 2. 對前景鏈結(傳送)波束及返回鏈接(接收)波束之地基成形波束(GBBF)； 3. 移動通信樞紐413作為連向地面網路480或是其它無人機形成之網路之閘道。

所述M1a、M1b、M1c以及M1d無人機520-1連同其地基成形波束(GBBF)處理具有多個發射波束1301、1302以及1303等等。在一保留的公共安全頻段之前景鏈結和背景鏈結；例如：在美國的4.9 GHz或700 MHz，在覆蓋區域的用戶(救援人員組織)係具備全方向終端機436。

在第一操作方案中，移動通訊之前景鏈結與背景鏈結係透過多種緊密隊形M1之無人機520-1，此多架無人機520-1上之陣列陣元間係具有波束成形之地基波束成形(GBBF)412或遠端波束成形網路(RBFN)。在饋線鏈結550之Ku/Ka頻道須設計成有足夠的瞬時頻寬，以同時支援所有的無人機。這些技術可包括針對地面設備上饋線鏈結的進階多波束天線，所述饋線鏈結提供正交波束以同時連接到所有無人機以助於頻率之再使用。另一方面，對於前景通訊負載，不同的無人機提供不同組別在各種頻槽、不同組碼，及/或時槽所操作之波束。每一個無人機都支援一個獨立資料串流，不同無人機陣元間的相對位置變得不那麼重要。在不同無人機中，有關於所述獨立資料串流的射頻輻射功率無法進行結合。將頻道綁定為特定關係時，高數據速率用戶之資訊或資料串流才可進行結合。

在一第二操作方案中，移動通訊之前景鏈結與背景鏈結係透過多重緊密隊形M1之多架無人機520-1，此多架無人機520-1係具有在分散式子陣列間波束成形的地基波束成形(GBBF)412或遠端波束成形網(RBFN)，其中每一架均為一獨立之無人機。在饋線鏈結550之Ku/Ka頻道須設計成有足夠的瞬時頻寬，以同時支持所有無人機。這些技術可包括針對地面設備上饋線鏈結的進階多波束天線，所述饋線鏈結提供正交波束並同時連接到所有的無人機以助於頻率之再使用。M1無人機520-1間的間距係慢慢地發生變化。因此，在這些分散且緩慢變化的陣列陣元之間的相對幾何形狀對於保持子陣列間之一致性是極為重要的。緩慢變化的陣列幾何形狀必須進行不斷地校準，然後在前景鏈結和背景鏈結進行適當補償以作為地基波束成形(GBBF)的一部分功能412。這個工作方案將允許從多架M1無人機520-1加入更強的輻射訊號，如穿透碎片或人造結構，使訊號到達具有劣勢終端的用戶或達到位於弱勢位置的用戶。

另一個例子展示了由多個密集的小型無人機使用地基波束成形(GBBF)或遠端波束成形網路(RBFN)實作單向廣播或組播通訊之移動通訊系統和方法。我們使用名詞“M1無人機520-1”用來表示所有4架小型無人機；如圖5之M1a無人機，M1b無人機，M1c無人機以及M1d無人機。M1無人機520-1之前景鏈結係利用移動通信與不具波束成形功能(BFN)的陣列陣元217進行通訊。在一通訊通信樞紐110利用地基波束成形(GBBF)功能412連接至地面網路408之一第一資料來源或連接至M1無人機520-1背景鏈結上之一資料來源後，M1無人機520-1提供從一與第一資料來源連接之通訊通信樞紐110至在波束位置1303的一第一接收行動用戶B之相互連接。同時M1無人機520-1提供從一與第二資料來源連接之通訊通信樞紐410至在波束位置1302的一第二接收行動用戶D之相互連接，此第二資料來源可來自於地面網路408或來自於在相同的覆蓋區域130之M1無人機520-1的背景鏈結上。處理/通訊通信樞紐410也將同時針對許多用於M1無人機520-1的陣列陣元之傳輸波束執行傳輸波束成形功能。

在一第一操作方案中，移動通訊之前景鏈結係透過具有地基成形波束(GBBF)412之多個緊鄰之M1無人機520-1或經由基於一無人機上陣列陣元間波束成形之遠端波束成形網路(RBFN)。在饋線鏈結550之Ku/Ka頻道須設計成有足夠的瞬時頻寬，以支持所有無人機同時進行。這些技術可包括針對地面設備上饋線鏈結的進階多波束天線，所述饋線鏈結提供正交波束同時連接到所有的無人機以助於頻率之再使用。不同的無人機將提供在各種頻槽、不同組之代碼，及/或用於前景通訊負載之多個時槽上操作之不同組別之波束。每一個無人機都支援獨立資料串流，不同的無人機之陣元間的相對位置變得不那麼重要。在許多不同的無人機間，相關於這些獨立資料串流的射頻輻射功率無法進行"連貫結合(coherently combined)"。經由將頻道綁定為特定關係時，對於高數據速率訊號串流而言，資訊或資料串流可進行結合。

在一第二操作方案中，移動通訊之前景鏈結係透過地基成形波束(GBBF)412的多種緊密隊形M1無人機520-1或經由一分割的無人航空機上(on-board)之陣列陣元間的波束成形的附加遠端波束成形網路(RBFN) ，其中每一個均為獨立的無人機。在饋線鏈結550之Ku/Ka頻道須設計成有足夠的瞬時頻寬，以同時支持所有無人機。這些技術可包括針對地面設備上饋線鏈結的進階多波束天線，所述饋線鏈結提供正交波束同時連接到所有的無人機以助於頻率之再使用。M1無人機520-1間的間距係慢慢地發生變化。因此，在這些分散且緩慢變化的陣列陣元之間的相對幾何形狀對於保持子陣列間之一致性是極為重要的。緩慢變化的陣列幾何形狀必須進行不斷地校準，然後在前景鏈結和背景鏈結進行適當補償以作為地基波束成形(GBBF)的一部分功能412。這個操作情形將允許從多個M1無人機520-1加入更強的輻射訊號，如穿透碎片或人造結構，使訊號到達具有劣勢終端的用戶或達到位於弱勢位置的用戶。

另一個例子展示了由多架密集之具有地基波束成形(GBBF)或遠端波束成形網路(RBFN)之小型無人機實作單向接收通訊之移動通信系統和方法。

我們把名詞“M1無人機520-1”用來表示所有4架小型無人機；如圖5之M1a無人機、M1b無人機、M1c無人機以及M1d無人機。

參照圖5，此M1無人機520-1僅提供單向背景鏈結(僅接收)的服務，其包括之應用如雙基雷達接收器的功能。基於M1無人機520-1之移動通信之背景鏈結具有如同圖3所示之陣列陣元217。M1無人機520-1提供在波束位置1303之一第一資料來源A與一地面處理通信樞紐410之相互連結，此地面處理通信樞紐410係經由地面網路480以連接一第一資料接收者，或者是經由M1無人機520-1的前景鏈結以連接在覆蓋區域130內的一用戶。同時，M1無人機520-1提供從在波束位置1302的第二資料來源C到一運作的地面通信樞紐410，此地面通信樞紐110係經由地面網路480連接至一第二資料接收者或由M1無人機120的前景鏈結以連接至在相同覆蓋區域130內之一接收者。M1無人機520-1提供在覆蓋區域130內之資料來源至一通訊通信樞紐之相互連結，此通訊通信樞紐係連線至地面網路之一閘道。處理/通訊通信樞紐410將同時執行接收波束成形功能，以接收來自於多架M1無人機520-1上的陣列陣元之波束。 在一第一操作方案中，移動通訊之背景鏈結係透過具有地基成形波束(GBBF) 412之多架緊鄰之M1無人機520-1或經由基於一無人機上陣列陣元間波束成形之遠端波束成形網路(RBFN)。

在饋線鏈結550之Ku/Ka頻道須設計成有足夠的瞬時頻寬，以同時支持所有無人機。這些技術可包括針對地面設備上饋線鏈結的進階多波束天線，所述饋線鏈結提供正交波束同時連接到所有的無人機以助於頻率之再使用。不同的無人機提供不同組別在各種頻槽、不同組碼，及/或時槽所操作之波束。每一架無人機都支援一個獨立資料串流，不同無人機陣元間的相對位置變得不那麼重要。在不同無人機中，相關於接收之所述獨立資料串流的射頻功率無法進行"連貫"結合。將頻道綁定為特定關係時，高數據速率用戶資訊或資料串流才可進行結合。

在一第二操作方案中，移動通訊之背景鏈結係透過具有地基成形波束(GBBF)412之多個緊鄰之M1無人機520-1或經由具有分散式子陣列間之波束成形的遠端波束成形網路(RBFN)；每一個均為一獨立的無人機，在饋線鏈結550之Ku/Ka頻道須設計具有足夠的瞬時頻寬，以同時支持所有無人機。這些技術可包括針對地面設備上饋線鏈結的進階多波束天線，所述饋線鏈結提供正交波束，同時連接到所有的無人機以助於頻率之再使用。

M1無人機520-1間的間距係慢慢地發生變化。因此，在這些分散且緩慢變化的陣列陣元之間的相對幾何形狀對於保持子陣列間之一致性是極為重要的。緩慢變化的陣列幾何形狀必須進行不斷地校準，然後在背景鏈結進行適當補償以作為地基波束成形(GBBF)的一部分功能412。此工作方式將使經由多個M1無人機520-1所擷取之接收訊號增加時具有一致性，進而增強所接收到的訊雜比(SNR)。

此外，在個別無人機之多波束GNSS接收器[1，2，3]將不僅提供對個別的平臺位置資訊，亦將提供平臺的定位資訊。因此，一移動無人機的子陣列上所有元件，在隨著所有參與無人機的平均速度下，其當前的位置和方位可以動態精確地被計算出。從多個移動緩慢之無人機所分佈的幾何形狀，無人機當前的飛行軌跡位置亦可以被精確地計算出，並且也可以在幾秒鐘前定位未來之跳越軌跡。

在雙基雷達接收的應用中，從多個無人機間擷取回傳之連貫訊號，將提供較佳的訊雜比以及更好的空間解析度。對於雙向或多向雷達的射頻發射器有許多是在L頻段以涵蓋全球的GNSS衛星、陸地和海洋的C頻段之衛星，或在Ku和Ka頻段以涵蓋許多大陸或陸地、海洋和空中靠近赤道的附近之高功率DBS衛星或點波束衛星。

圖6繪示了4架小型無人機的620-1經由地基波束成形(GBBF) 為在L/S頻段之居民執行通信中繼任務的情景。這四個小型無人機620-1a、620-1b、620-1c以及620-1d係標記為M1a、M1b、M1c以及M1d，其飛行分佈態樣係在這些無人機之間具有較大之距離(比如大於1公里)。此4台個別的無人機之前臺鏈接420在服務直徑小於100公里的覆蓋區域130的L/S頻段具有多個點波束1301、1302和1303。一地面用戶436可利用進階的用戶裝置對在同樣覆蓋區域130內或外的其他用戶進行通訊，此進階用戶裝置之特徵在於下列4個小型無人機同時且獨立地具有多個追蹤波束。高級用戶終端機的多波束可在相同頻槽中分別在此四個無人機之每一載具和地面用戶之間的鏈結中操作。覆蓋區域130可能會根據執行任務的要求而有所不同。

圖6之地面站通信樞紐410將從其前端411接收從4架無人機 (M1a 620-1a、M1b 620-1b、M1c 620-1c以及M1d 620-1d)的4個分開饋線鏈結550傳來之狀態訊號。一地基波束成形(GBBF)處理器412將執行下列步驟：(1)復原從4架小型無人機620-1a、620-1b、620-1c以及620-1d上所接收到的陣元訊號217及其精確振幅和相位；(2)針對每一地面用戶，從4架無人機620-1所恢復的陣元訊號並行產生4組接收波束訊號，並同時執行4組數位波束成形(DBF)以處理所接收之波束訊號；(3)提供進一步的接收功能，包括調變4個接收波束訊號波形以轉換成資料串流；(4)在由行動通信樞紐413經由地面網路480傳送波束訊號至目的地之前，將頻道所接收到之訊號轉換成波束訊號裡之一字串，且此波束訊號係從一用戶接收4個不同的無人機之波束訊號而來。在步驟(3)和(4)中，若是所有4個饋線鏈結之訊號調變技術均為相同，則順序可以變成一組相反的順序。圖12將仔細繪示地基波束成形(GBBF)的前向鏈結及返向鏈結。

同樣地，在前向鏈結中之訊號，所述之地基波束成形處理器412將執行下列步驟：(1)在由移動通信樞紐413調變及頻道格式化從地面網路480來的資料源後，接收從發送器發送之"波束訊號"；(2)分割所述調變訊號以變換成4子串流波束訊號；(3)在每一基頻的"子串流波束訊號"上執行4個並行且獨立之輸數位波束成形(DBF)處理，產生欲由四架小型無人機620-1在L/S頻段之基頻所傳送的並行陣元訊號；(4)為了經由饋線鏈結550前向鏈結到4架無人機620-1，向上轉換及分頻多工這些陣元訊號至Ku/Ka頻段。從4個相同的無人機且在同樣的覆蓋區域130上，在不同點波束1301，1302和1303裡，多波束訊號被指定給用戶。 這些傳輸的波束訊號將在覆蓋區域130內同時被轉送給不同的用戶，與一架單一的無人機120的容量相比，具有先進的多波束終端機之用戶將可具有4倍的通道容量。

在4架小型無人機620-1中，每架從饋線鏈結到前臺鏈接之處理均為相同。以圖3中所示的M1a無人機120-1作為一例子，由饋線天線236及I/O雙工器233接收上行鏈接訊號，並由Ku/Ka頻段之低雜訊放大器234進行調整。在頻率轉換器220從Ku/Ka頻段之一頻槽轉換成每位”陣元”訊號至一L/S頻段的一相同頻槽前，Ku/ Ka頻段解多工裝置232係透過將處理過的訊號分隔至不同陣元以分開”陣元”訊號，在前景鏈結之陣列陣元217進行輻射前，這些輸入波束訊號係個別由前景負載之功率放大器215進行功率放大。

我們在此假設多工裝置231執行一分頻多工(FDM)，並對應於地面上一執行分頻解多工(FDM demuxing)之解多工裝置232。然而，此多工/解多工裝置231/232可執行其他的多工/解多工方式，例如分時多工(TDM)、分碼多工CDM或分時多工及/或分碼多工之組合。

下一個例子展示了利用間距大且具有地基波束成形(GBBF)或RBF網路之多個小型無人機在災區臨提供救難人員移動通信的系統和方法。救難工人應須配備多波束終端機。

名詞“M1無人機620-1”是用來表示所有4個小型無人機；如圖6之M1a無人機 620-1a、M1b無人機620-1b、M1c無人機 620-1c以及M1d無人機620-1d。圖6繪示經由多個M1無人機620-1進行通信，在一覆蓋區域130內救援人員組織之類似實施例。

地面設施410具有： 1. 透過不同的Ku/ Ka頻段饋線鏈結550，多波束天線411同時連接到各種無人機平臺620-1， 2. 對前景鏈結(傳送)波束及返回鏈接(接收)波束之地基波束成形(GBBF)， 3. 移動通信樞紐413作為連向地面網路480或是其它無人機形成之網路之閘道。

所述M1a、M1b、M1c以及M1d無人機620-1連同其地基波束成形(GBBF)處理具有多個發射波束1301、1302以及1303等等。在一公共安全頻段保留前景鏈結和背景鏈結；例如：在美國的4.9 GHz或700 MHz。

在覆蓋區域的用戶(救援人員組織)係具備多追蹤波束終端機633。每個高級用戶終端機能顯示追蹤此4個M1無人機620-1並操作保留在公共安全頻帶之相同頻槽中之四個分開波束。透過空間隔離的高級用戶終端機來實現在相同頻寬，代碼和時槽下操作多個無人機之間隔。因此，相同的頻譜是圖5場景中所顯示的4倍。

在一第一操作方案中，移動通訊之前景鏈結與背景鏈結係透過具有地基成形波束(GBBF)412之多個緊鄰之M1無人機520-1或經由基於一無人機上陣列陣元間波束成形之遠端波束成形網路(RBFN)

在饋線鏈結550之Ku/Ka頻道須設計成有足夠的瞬時頻寬，以同時支持所有M1無人機620-1。這些技術可包括針對地面設備上饋線鏈結的進階多波束天線，所述饋線鏈結提供正交波束同時連接到所有的無人機，以助於頻率之再使用。同樣地，對於前景通訊負載，各種無人機提供不同組別在支援獨立資料串流的相同頻槽所操作之波束。不同的無人機之陣元間的相對位置變得不那麼重要。與許多不同的無人機間，相關的這些獨立資料串流的射頻輻射功率無法進行結合。將頻道綁定為特定關係時，高數據速率用戶資訊或資料串流才可進行結合。 在一第二操作方案中，移動通訊之前景鏈結與背景鏈結係透具有地基成形波束(GBBF)412之多個緊鄰之M1無人機520-1或經由基於一無人機上陣列陣元間波束成形之遠端波束成形網路(RBFN)。

每一個均為一獨立的無人機，在饋線鏈結550之Ku/Ka頻道須設計成有足夠的瞬時頻寬，以支持所有無人機同時進行。這些技術可包括針對地面設備上饋線鏈結的進階多波束天線，所述饋線鏈結提供正交波束同時連接到所有的無人機以助於頻率之再使用。M1無人機520-1間的間距係慢慢地發生變化。因此，在這些分散且緩慢變化的陣列陣元之間的相對幾何形狀對於保持子陣列間之一致性是極為重要的。緩慢變化的陣列幾何形狀必須進行不斷地校準，然後在前景鏈結和背景鏈結進行適當補償以作為地基波束成形(GBBF)的一部分功能412。這個工作方案將允許從多個M1無人機520-1加入更強的輻射訊號，如“穿透”碎片或人造結構，使訊號到達具有劣勢終端的用戶或達到位於弱勢位置的用戶。

然而，在多個移動無人機平臺620-1中經由地基波束成形(GBBF)的發送端(Tx)之DBF難以展示其一致性，動態路徑長度校準以及由不同無人機花費之路徑補償使實作時的成本效益變的較小。

我們將在第10實施例中針對路徑長度之校準及補償來介紹波前覆用/解覆用技術。

圖7繪示4架小型無人機 的620-1經由地基波束成形(GBBF)在一緊急涵蓋區域為在L/S頻段之居民執行通信中繼任務的情景。這四架小型無人機620-1a、620-1b、620-1c以及620-1d係標記為M1a、M1b、M1c以及M1d，其飛行分佈態樣係在它們之間具有較大之距離(比如大於1公里)。在此組態中係使用波前覆用和解多工技術，使高級接收器的四架小型無人機得以執行連接輻射訊號的相干功率。此地面站通信樞紐710包含了在Ku/Ka頻段的4個分開的饋線鏈結追蹤天線411，其係連續地追蹤4架不同無人機620-1a、620-1b、620-1c以及620-1d。此四個分開的天線411可被替換成一組多波束天線，此多波束天線係具有一大瞬間視場以連續追蹤4台空中傳遞的平臺。

在L/S頻段，此個別的4個無人機之前臺鏈接420具有多個點波束1301、1302和1303以服務直徑小於100公里的覆蓋區域130，一地面用戶633可利用一進階用戶裝置對在同樣覆蓋區域130內或外的其他用戶進行通訊，此進階用戶裝置633之特色同時且獨立地具有對4架小型無人機620-1之多個追蹤波束。此一進階用戶終端的多波束係操作在每一所述四架無人機620-1與所述地面用戶633之鏈結之一相同頻槽中。覆蓋區域130可能會根據執行任務的要求而有所不同。

在個別4架小型無人機620-1中，每架從饋線鏈結到前臺鏈接之處理均為相同。以圖3中所示的M1a無人機120-1作為一例子，由饋線天線236及I/O雙工器233接收上行鏈接訊號，並由Ku/Ka頻段低雜訊放大器234進行調節。在頻率轉換器220從Ku/Ka頻段之一頻槽轉換各種的”陣元”訊號至一L/S頻段的一相同頻槽前，Ku/ Ka頻段解多工裝置232係透過將處理過的訊號分隔至不同陣元以分開”陣元”訊號。在被前景鏈結之陣列陣元217發射前，這些輸入波束訊號係個別由前景負載之功率放大器215進行功率放大。

我們在此假設多工裝置231執行一分頻多工(FDM)，並對應於地面上一執行分頻解多工(FDM demuxing)之解多工裝置232。然而，此多工/解多工裝置231/232可執行其他的多工/解多工方式，例如分時多工(TDM)、分碼多工(CDM)或分時多工、分碼多工及/或分頻多工之組合。 圖7A顯示一與一地面設備地基波束成形(GBBF)412同位置之WF覆用714以及一進階用戶終端機633之WF解覆用724之一前景鏈結傳遞之流程圖。 我們定義符號如下： (1) 對於一WF覆用裝置             a. 輸入埠稱為"單元(slice)": WF覆用器第一個輸入埠稱為"單元1"；             b. 輸出埠稱為"波前元件"或"wfcs": WF覆用器的第一輸出埠稱為"wfc 1"。 (2) 類似地，對於一WF解覆用裝置             a.輸出埠稱為"單元": WF解覆用器之第一個輸出埠稱為"單元1"；             b.輸入埠稱為"波前元件"或"wfcs": WF解覆用器的第一輸入埠稱為"wfc 1"。

在圖7A繪示從一地面站通信樞紐710通過4個無人機620-1到達一用戶633之前景鏈結中，WF覆用係使用一4對4的WF覆用器712以轉換一第一用戶輸入S1與探測/診斷訊號p1到4個WF領域訊號。連接至單元1的S1是被指定要傳送給在波束位置1302的用戶終端機633。另外連接到單元2及單元3的兩個訊號S2及S3，是同時透過WF覆用處理以傳輸經過相同的4個無人機。且它們是在相同的點波束1302以供其他用戶使用。診斷串流p1係連接至單元4。

一WF覆用設備可以由許多方式實作而成，包含一傅利葉轉換，在數位型態之一阿達瑪矩陣，或傅利葉轉換與阿達瑪矩陣之結合。它也可以由一個巴特勒矩陣(BM)中的類比被動電路構成。在圖7A中，此4對4的WF覆用器712在WF覆用/解覆用處理設備714具有連接到3個輸入單元的3個輸入訊號(S1、S2以及S3)，以及連接到第4輸入單元之一導頻碼串流； 1. WF覆用器712的輸出訊號是4個輸入訊號s1、s2、s3以及ps之各種加權總和。特別是y1、y2、y3以及y4分別依下列公式計算： y1(t) = w11 * s1(t) + w12 * s2(t) + w13 * s3(t) + w14 * ps(t)   (公式1.1) y2(t) = w21 * s1(t) + w22 * s2(t) + w23 * s3(t) + w24 * ps(t)   (公式1.2) y3(t) = w31 * s1(t) + w32 * s2(t) + w33 * s3(t) + w34 * ps(t)   (公式1.3) y4(t) = w41 * s1(t) + w42 * s2(t) + w43 * s3(t) + w44 * ps(t)   (公式1.4) 其中，s1(t) = S1、s2(t) = S2、s3(t) = S3 以及 s4(t) = S4。   2. 4WF元件(wfc)組成的波前向量(WFV)係定義為列矩陣。此四個向量(列矩陣)為相互正交： WFV1 = WF1 = Transport of [w11, w21, w31, w41]      (公式2.1) WFV2 = WF2 = Transport of [w12, w22, w32, w42]      (公式2.2) WFV3 = WF3 = Transport of [w13, w23, w33, w43]      (公式2.3) WFV4 = WF4 = Transport of [w14, w24, w34, w44]      (公式2.4) 3. 如果 X =Y，則WFX * WFY =1；否則WFX * WFY =0； 其中 X 及 Y為從1至4的整數。 4. s1(t)、s2(t)、s3(t)和ps(t)分別連接到WF覆用裝置714的相應輸入埠以“附加(attached)”到4個WF向量之其中之一。             (1) 輸出訊號y1(t)、y2(t)、y3 (t)以及y4(t)為WF元件(wfcs)的線性組合；所述聚合資料串流，輸出埠wfc-1的輸出為訊號流y1，輸出埠wfc-2的輸出的訊號流y2，依此類推。             (2) S1訊號被複製且出現在所有4個波前元件的輸出埠。其實，S1係"載在WF向量WF1上"。S2、S3以及ps訊號也是如此。             (3) 4個輸出訊號y1、y2、y3以及y4係分別連接到4個獨立之傳輸(Tx)數位波束形成(DBF)處理器751之輸入端，並將它們轉換為在各種無人機陣列中的4組陣元訊號之一部分。假設每個無人機620-1在L/S頻段的前景通訊為Ne陣列陣元，一個發送端之DBF的處理器751將配備Ne陣元輸出。             (4)四個FDM的每個解多工器752係執行多工於Ne對應的陣元訊號到一單一訊號串流，在由4個分開的高增益天線411的其中之一指定至一無人機620-1前，利用一組RF前端753進行上變頻以及功率放大。             (5) 地基波束成形(GBBF) 412設有4組多波束DBF處理器751；每個處理器係被指定"服務"陣列中的Ne元件以提供在L/S頻段之        前景通訊。4個無人機的4個獨立陣列將同時形成L/S頻段波束以指向到相同的波束位置1302。因此，y1經由第一無人機620-1a被轉送至用戶終端633，y2經由第二無人機620-1b，y3經由第三無人機620-1c，以及y4經由第四無人機620-1d。             (6) 從一“擁有”S1訊號串流之第一用戶的角度來看，此S1訊號串流係同時被4個分開的無人機620-1透過一相同頻槽f1傳遞到指定的用戶終端機633。             (7) 從一“擁有”S2訊號串流之第二用戶的角度來看，此訊號串係同時被4個分開的無人機620-1透過一相同頻槽f1傳遞到所述第二用戶。第二用戶被共同放置在第一用戶與終端機633的相同波束位置1302。             (8) 從一“擁有”S2訊號串流之第三用戶的角度來看，此訊號串係同時被4個分開的無人機620-1透過一相同頻槽f1傳遞到所述第三用戶。第三用戶被共同放置在第一用戶與終端機633的相同波束位置1302。

這些WF域訊號輸入到地基波束成形(GBBF)設備710的四個平行DBF處理器751。另一方面，一多波束用戶接收機633設有一個WF解覆用器，其係均衡傳遞路徑使前景鏈結通過4個並行的彎管路徑，此彎管路徑包括上傳的地面區段、空氣段和地面接收段的非平衡相位和幅度差之相關電子裝置。此四個並行訊號路徑包含如(1) 450a + 420a、(2) 450b + 420b、(3) 450c + 420c以及(4) 450d+ 420d的傳遞區段。所述"彎管函式"係由四無人機M1a 620-1a、M1b 620-1b、M1c 620-1c以及M1d 620-1d所執行。

每一個無人機620-1相關的每一彎管(bent-type)函式包括： 1. 接收源自地面處理設備710產生並經由饋線鏈結450的陣列陣元訊號。 2. 放大和過濾所接收的陣元訊號，或調節所接收到的陣元訊號。 3. 變頻或轉發所述被調節的陣元訊號。 4. 在利用朝向地面之指定陣列陣元重新輻射陣元訊號前進行功率放大。

"彎管"之描述顯示經過中繼器或轉發器的訊號不做任何再生處理。這些訊號可被放大、過濾及/或變頻。所述的再生處理應包括一調變功能以及再次調變之另一功能。 在一目的地存在有進階終端機633的3個功能方塊； 1.                       由4個無人飛行器620-1轉發的訊號被一多波束接收器(Rx)陣列745擷取及放大。Rx陣列包含M個陣列陣元722，每個陣列陣元伴隨一個低雜訊放大器和一降頻轉換器721以調節所接收之訊號。 2.                       M個並行被調節被接收之訊號被發送到一個多波束的波束形成網路(BFN)723，此波束形成網路723使追隨中繼無人機620-1動態的多個追蹤波束形成。多波束BFN723的輸出係為4個接收到的資料串流y1'、y2'、y3'以及y4'，其中主要是由y1、y2、y3以及y4被雜訊和外來幹擾所污染的對應訊號。 3.                       一WF解覆用處理724包含一排適應性等化器(Adaptive Equalizer) 741以及一個4對4的WF解覆用器742以重建訊號串流的3個單元和一頻導碼串流； (1)   輸入y1'、y2'、y3'以及y4'連接到4個適應性有限脈衝響應(FIR)濾波器741，其目的在於4個傳遞路徑中對時間，相位及振幅進行等化。 (2)   個別的適應性濾波器741係對經由一無人機彌補傳遞路徑(陣列陣元)中之"分散"所造成的相位差別。此將會對由於分散引起的扭曲波形造成顯著改善；減少符號間幹擾。 (3)      其中在4個FIR濾波器741的差異被進行了優化，其係通過4個不同的無人機620-1以彌補傳遞路徑之間的時間和相位差別。 (4)      一反覆運算控制迴路根據對已知注入的診斷訊號與復原導頻訊號S4間的比較744，並根據一優化處理743優化FIR濾波器741的權重。 (5)   從適應性FIR濾波器的濾波輸出埠連接到WF解覆用器。 (6)   在WF解覆用器的輸出埠之間係為所需訊號串流的3個單元以及一個導頻訊號。                         i.用於第一用戶的WF覆用器係制定從第一單元或第一輸出埠接收的訊號；                         ii.同樣地，分別用於第二用戶及第三用戶的WF覆用器係制定於從第二單元(第二輸出埠)或從第三單元(第三輸出埠)接收訊號。 (7)      在優化處理743使用成本最小化的標準之優化迴路包括： i.                       對優化迴路確定正確的觀測量，包含: 復原的導頻訊號串流和原始的訊號之間的差異。 源自WF解覆用器742輸出單元的訊號之相關性。 ii.                     基於各種可觀察量產生不同的成本函數: 轉換或映射各種觀測至不同的衡量標準或是成本函數必須被明確地定義: 當一可觀察量符合所需的效能時，相對應的衡量標準或成本函數變為零。 當一可觀察量僅稍微遠離期望的效能時，相對應的衡量標準或成本函數即被分配一小的正整數。 當一可觀察量遠離所期望的效能時，相對應的衡量標準或成本函數即被分配有一大的正整數。 iii.             加總所有的成本函數為一總成本，其係為一優化迴路效能現狀的數字化指標:                         當總成本小於一小的正門檻值時，停止此優化迴路。                         否則繼續執行步驟4。 iv.             導出關於適應性等化器權重的總成本之傾斜度，適應性等化器的權重係為FIR濾波器的形式。 v.               根據一最快速下降演算法計算FIR濾波器之新的權重以減少在所述優化反覆運算迴路的總成本。 vi.                  更新所述適應性等化器之權重，並執行步驟"2"。

在圖7A中，頻導碼“ps”是連接到WF覆用器712的一個專用輸入埠S4中，也就是第4個輸入單元。此僅為圖示說明而非為限制。輸入之數目可以不同於4個，甚至可能會更多。

此外，頻導碼可能不需用於診斷用之專用埠。在其它實施例中，導頻碼"ps"透過TDM、 CDM及/或FDM技術在圖7A裡的WF覆用器712使用第四輸入埠S4，也就是第四輸入單元的一部份。WF覆用器742在接收鏈724必須在相應的復原接收導頻碼調節時間、代碼及/或頻率解多工功能。

另一實施例在時間幀伴隨著時間幀的操作中，診斷訊號可以針對WF覆用器712的N個輸入同時設立N個獨立導頻碼，其中輸入之一週期性之短時槽係作為一診斷時槽，其中4 ³N³1。一幀當中大部份時槽僅用以進行資料傳遞。WF覆用器742在接收鏈724必須在相對應的N個頻道復原N個獨立頻導碼以調節時間解多工功能。所述相關的優化可在診斷時槽期間時，從WF解覆用742的N個輸出使用交叉相關性作為一成本函式，

圖7B描繪了一WF覆用764的背景鏈結傳輸，其係在一個進階的用戶終端機633與相對應在搭配有一地基波束成形(GBBF) 412地面設備之WF覆用/解覆用處理設備714裡的WF解覆用器742之細部流程圖。

針對在傳輸模式下的一用戶，存在進階終端機633的3個功能區塊： 1.                       一WF覆用處理配有一4對4的WF解覆用器764以轉換調變源於一個發射器765之訊號S1的串流，以及單元4的一診斷串流。單元2及單元3係不相連接或接地。 a.       附近其他用戶可以使用各用戶終端機在上相同之WF覆用處理之單元2及/或單元3以對相同頻槽上轉送不同資料串流S2及S3，至相同的地面站通信樞紐，其係經由相同的4架無人機620-1a、620-1b、620-1d以及620-1d 進行轉送。 b.       每一用戶訊號串流係在一獨特的WF向量上。如果他們被一個WF覆用器產生，他們將相互正交地在所述WF覆用器之輸出訊號。但它們是由三個相同的WF覆用器所產生。三個不同的用戶終端機係類似終端機633。 2.                       4個並行輸出訊號y1、y2、y3以及y4，從所述WF覆用器764被發送到一個多波束的波束形成網路(BFN)723，此波束形成網路723使追隨中繼無人機620-1動態的多個追蹤波束形成。訊號流y1係來自輸出埠wfc-1的，訊號流y2係來自輸出埠wfc-2，訊號流y3係來自輸出埠wfc-3，以及訊號流係來自輸出埠wfc-4。 3.                       多波束傳輸BFN763的輸出訊號是被調節的，其在被陣列陣元722進行輻射之前，係被一排頻率向上轉換器以及功率放大器762進行向上頻率轉換以及功率放大。所述4個Tx波束訊號主要相對於無人機620-1a的y1訊號、無人機620-1b的y2訊號、無人機620-1c的y3訊號以及無人機620-1d的y4訊號。

在前臺向上鏈接L/S頻段的訊號係由M個接收器(Rx)陣列陣元所擷取並進行放大，此M個所被接收之陣元訊號在四個無人機620-1上係個別地被轉發以及進行FDM之多工處理。此FDM之多工陣元訊號係傳遞回給地基波束成形(GBBF)；那些來自無人機M1a 620-1a的陣元訊號是經由Ku/Ka頻段饋線鏈結450之一第一向下鏈接450a。那些來自無人機M1b620-1b的陣元訊號是經由Ku/Ka頻段饋線鏈結450的一第二向下鏈接450b。那些來自無人機M1c620-1c及無人機M1d620-1d的陣元訊號係分別經由Ku/Ka頻段饋線鏈結450的一第三向下鏈接450c及一第四向下鏈接450d。

這些向下鏈接的陣元訊號是被可移動通信樞紐710裡的四方向天線411所擷取到，在被傳送至多波束Rx DBF 781之前，這些陣元訊號受控於射頻前端單元783，並由一FDM解多工器782將其頻率調降轉換且FDM解多工在一基頻的M個輸出。在個別4個Rx DBF的其中之一輸出埠是被用來指定到具有一共同波束位置1302的一Tx波束，其中此共同波束位置1302亦為用戶終端機633之位置。此4個指向波束位置1302的Rx DBF 781波束輸出指定為y1”、y2”、y3”及y4”，們是輸入至WF覆用/解覆用處理設備714的接收程式的4個輸入訊號。這些接收程式主要包含透過4適應性FIR濾波器741的均衡函式以及透過一4對4的 WF解覆用器742的WF解覆用轉換。

在透過反覆運算等化的完全優化後，從第一輸出埠單元1的優化輸出訊號將是在前臺中波束位置1302的用戶終端機633所產生的復原訊號S1。此復原的S1係載在WF1上。同樣地，從第二輸出埠單元2的優化輸出訊號將是在前臺中波束位置1302的用戶終端機633所產生的復原訊號S2。此復原的S2係載在WF2上。

在WF覆用/解覆用單元714的一接收處理741包含一排適應性等化器741以及一個4對4的WF解覆用器742以重建訊號串流的3單元和一頻導碼串流； (1)y1'、y2'、y3'以及y4'輸入訊號係連接到在4個傳遞路徑中對時間、相位及振幅等化的4個適應性有限脈衝響應(FIR)濾波器。 (2) 個別的適應性濾波器係對經由一無人機在一饋線鏈結的傳遞路徑(陣列陣元)中之"分散"所造成的相位差別進行補償。此將會對由於分散引起的扭曲波形造成顯著改善；減少一來源裡的符號間幹擾。 (3) 其中在4個FIR濾波器的差異被進行了優化，其係一組通過4種不同的無人機以補償傳遞路徑之間的時間和相位差別。 (4) 一反覆運算控制迴路根據對已知注入的診斷訊號ps與復原導頻訊號S4間的比較744，並根據一前景鏈結優化處理743以優化一FIR濾波器的權重。 (5)從適應性FIR濾波器741的濾波輸出連接到WF解覆用器742的4個wfc輸入埠 。 (6)在WF解覆用器的輸出之間係所需訊號串流的3個單元以及一個導頻訊號。             a.用於第一用戶的WF覆用器係制定從第一單元或第一輸出埠接收的訊號。             b.同樣的，分別用於第二用戶及第三用戶的WF覆用器係制定於從第二單元(第二輸出埠)或從第三單元(第三輸出埠)接收訊號。 (7) 在優化處理743使用成本最小化的標準之優化迴路包括：             a. 對優化迴路識別正確的觀測量，包含： 復原的導頻訊號串流和原始的訊號之間的差異。 源自WF解覆用器742輸出單元的訊號之相關性。             b.基於各種可觀察量產生不同的成本函數： 轉換或映射各種觀測至不同的衡量標準或是成本函數必須被明確地定義: i.                       當一可觀察量遠離所期望的效能時，相對應的衡量標準或成本函數即被變成0。 ii.                     當一可觀察量僅稍微遠離期望的效能時，相對應的衡量標準或成本函數即被分配一小的正整數。 iii.                  當一可觀察量遠離所期望的效能時，相對應的衡量標準或成本函數即被分配有一大的正整數。             c.加總所有的成本函數為一總成本，其係為一優化迴路效能現狀的數字化指標: 當總成本小於一小的正門檻值時，停止此優化迴路； 否則繼續執行步驟d。             d. 導出關於適應性等化器之權重的總成本的傾斜度，適應性等化器之權重係為FIR濾波器之形式。             e. 根據一最快速下降演算法計算FIR濾波器之新的權重以減少在所述優化反覆運算迴路的總成本。             f. 更新所述的適應性等化器之權重，並執行步驟"b"。

下一個例子展示了透過大區間的具有地基波束成形(GBBF)或RBNF的多個小型無人機實現在災區中移動通訊的前景鏈結，以及WF覆用/解覆用相干功率合成接收器之架構和方法。

名詞“M1無人機620-1”用來表示所有4個小型無人機；如圖7之M1a無人機 620-1a，M1b無人機620-1b，M1c無人機 620-1c以及M1d無人機620-1d。

圖7繪示經由多個M1無人機620-1進行通信，在一覆蓋區域130內救援人員組織之類似實施例。

地面設施710具有： 1. 多波束天線411透過不同的Ku/ Ka頻段饋線鏈結450且同時連接到各種無人機平臺620-1：             a.在地面設備710及M1a無人機620-1a間的鏈接450a；             b.在地面設備710及M1b無人機620-1b間的鏈接450b；             c.在地面設備710及M1c無人機620-1c間的鏈接450c；             d.在地面設備710及M1d無人機620-1d間的鏈接450d。 2. 對前景鏈結(傳送)波束及返回鏈接(接收)波束之地基波束成形(GBBF)。 3. 移動通信樞紐413作為連向地面網路480或是其它無人機形成之網路之閘道。

所述M1a、M1b、M1c以及M1d無人機620-1連同其地基波束成形(GBBF)處理具有多個發射波束1301、1302、1303以及其他在一公共安全頻段保留之前景鏈結和背景鏈結；例如：在美國的4.9 GHz或700 MHz。

在覆蓋區域的用戶(救援人員組織)係具備多追蹤波束終端機633。每個高級用戶終端能顯示追蹤此4個M1無人機620-1操作在保留公共安全頻帶之相同頻槽中之四個分開的波束。對擁有多波束終端機的用戶633存在4個同時並行鏈接； 1. 在多波束用戶633及M1a無人機620-1a之間的鏈接420a； 2.在多波束用戶633及M1b無人機620-1b之間的鏈接420b； 3.在多波束用戶633及M1c無人機620-1c之間的鏈接420c；以及 4.在多波束用戶633及M1d無人機620-1d之間的鏈接420d。

透過空間隔離的高級用戶終端來實現在相同的頻寬，代碼和時槽下操作多個無人機之間隔。因此，相同的頻譜是圖5場景中所顯示的4倍。

WF覆用/解覆用 712/742是對四種傳遞路徑和相關電子裝置間不平衡的延遲和衰減進行校準和補償；此四個路徑包含: 1.  450-1a + 620-1a； 2.  450-1b + 620-1b； 3.  450-1c + 620-1c； 以及 4.  450-1d + 620-1d。

在移動通訊之前景鏈結係透過地基成形波束(GBBF)412的多個稀疏隊形M1無人機620-1或經由分散式子陣列間之波束成形751的遠端波束成形網路(RBFN)；每一個均為一獨立的無人機，在饋線鏈結450之Ku/Ka頻道須設計成有足夠的瞬時頻寬，以同時支援全部4個 M1無人機。這些技術可包括針對地面設備上饋線鏈結的進階多波束天線，所述饋線鏈結提供正交波束同時連接到所有的無人機以助於頻率之再使用。M1無人機520-1間的間距係慢慢地發生變化。因此，在這些分散且緩慢變化的陣列陣元之間的相對幾何形狀對於保持子陣列間之一致性是極為重要的。緩慢變化的陣列幾何形狀必須進行不斷地校準，然後對前行鏈接進行適當補償。

這個工作方案將允許從多個M1無人機520-1加入更強的輻射訊號，如“穿透”碎片或人造結構，使訊號到達具有劣勢終端的用戶或達到位於弱勢位置的用戶。

此為WF覆用/解覆用之適應性等化過程，此過程根據WF解覆用器上的 “復原” 探測訊號對經過4個獨立的無人機的4個分開傳遞路徑間的不同幅度及相位進行動態補償，以確保在4個個別的無人機能成功不間斷地擁有"一致性"的能力。

下一個例子展示了透過大區間的具有地基波束成形(GBBF)或RBNF的多個小型無人機實現在災區中移動通訊的返回鏈接，以及WF覆用/解覆用相干功率合成接收器之架構和方法。

針對在傳輸模式下的一用戶，存在如圖7B內之進階終端機633的3個功能塊。 1. 一WF覆用處理配有一4對4的 WF解覆用器764以轉換調變訊號S1的串流，在單元1的S1起源於一個發射器765，隨著單元4的診斷串流。單元2及單元3係不相連接或接地。 2. 來自所述WF覆用器764的4個並行輸出y1、y2、y3及y4係被發送到一個多波束的波束形成網路(BFN)763，此波束形成網路763具有追隨中繼的無人機620-1動態的多個追蹤波束。訊號流y1係來自輸出埠wfc-1，訊號流y2係來自輸出埠wfc-2，訊號流y3係來自輸出埠wfc-3，以及訊號流y4係來自輸出埠wfc-4。 3.多波束傳輸之波束成形網路763的輸出是被調節的，其在被陣列陣元722進行輻射之前，係向一排頻率向上轉換器以及功率放大器762進行向上頻率轉換以及功率放大。所述4個發送數據流量之波束訊號主要為相對應的無人機620-1a的y1訊號、無人機620-1b的y2訊號、無人機620-1c的y3訊號以及無人機620-1d的y4訊號。

在前臺向上鏈接L/S頻段的訊號係由無人機620-1上的M個陣列陣元(Rx)所擷取並放大，此M個接收的陣元訊號在四個M1無人機620-1上係個別地被調節, 轉發以及進行FDM之多工處理。此FDM多工之多工陣元訊號係傳遞給後面的地基波束成形(GBBF) 412；那些來自無人機M1a 620-1a的陣元訊號是經由Ku/Ka頻段的饋線鏈結450之一第一向下鏈接450a。那些來自無人機M1b620-1b的陣元訊號是經由Ku/Ka頻段的饋線鏈結450的一第二向下鏈接450b那些來自無人機M1c620-1c及無人機M1d620-1d的陣元訊號係分別經由 Ku/Ka頻段之饋線鏈結450的一第三向下鏈接450c及一第四向下鏈接450d。

這些向下鏈接的陣元訊號是被移動式通信樞紐710裡的四方向天線411所擷取到，在被傳送至多波束Rx DBF 781之前，這些陣元訊號受控於射頻前端單元783，並由一FDM解多工器782將其頻率調降轉換且FDM解多工在一基頻的M個輸出訊號。在個別4個RX DBF的其中之一輸出埠是被用來指定到具有一共同波束位置1302的一Tx波束，其中此共同波束位置1302亦為用戶終端機633之位置。此4個Rx數位波束成形的波束輸出係描準指定為y1、y2、y3及y4的波束位置。他們是輸入至WF覆用/解覆用處理設備714的接收程式的4個輸入訊號。這些接收程式主要包含透過4個適應性FIR濾波器741的等化函式以及透過一4對4的WF解覆用器742的WF解覆用轉換。

在透過反覆運算等化的完全優化後，從第一輸出埠單元1的優化輸出訊號將是在前景通訊中波束位置1302的用戶終端機633所產生的復原訊號S1。此復原的S1係載在WF1上。同樣地，從第二輸出埠單元2的優化輸出訊號將是在前景通訊中波束位置1302的用戶終端機633所產生的復原訊號S2。此復原的S2係載在WF2上。

在圖7B中，頻導碼“ps”是連接到WF覆用器764的一個專用輸入埠S4，第4個輸入單元，但此僅為繪示而非為限制。輸入之數目可以不同於4個，此外頻導碼可能不需用於診斷用之專用埠。

在其它實施例中，導頻碼"ps"透過TDM或者CDM及/或FDM技術裡的多工器以使用第四輸入埠或者是第四輸入切口的一部份。在接收鏈714中的WF覆用器742必須在相對應的復原接收導頻碼具有時間，代碼及/或頻率解多工功能。

另一實施例在時間幀(time frame)伴隨著時間幀的操作中，診斷訊號可以針對WF覆用器764的N個輸入同時設立N個獨立導頻碼，其中輸入之一週期性之短時槽係作為一診斷時槽，其中4 ³N³1。一幀中大部份時槽係僅用以進行資料傳遞用。在接收鏈714中的WF覆用器742必須提供在相對應的N個頻道復原N個獨立頻導碼的時間解多工功能。所述相關的優化可在診斷時槽期間時，從WF解覆用742的N個輸出訊號使用交叉相關性作為一成本函式。

本實施例，通過多個在一大空間分佈且具有遠端波束成形網路(RBFN)或者地基波束成形(GBBF)，以及不是為了相干功率合成而是用於資料傳輸之安全和備援之WF覆用/解覆用之無人機在災區實施移動通信的架構與方法。 它使用WF覆用在信號上之轉換而不是在波形上之轉換，此種方式，可以使用一組相同的多個信號的總和但每一信號可有不同之加權係數來表示各種波形的多通道傳遞，其中調變器於發送點被放置在WFWF覆用之後。

在一多頻道接收器中，接收到的WFM波形被解調轉換成WFM訊號，藉由一對應的WF解覆用透過一不連貫的結合方式利用WFM訊號來重新建構原始訊號。

一些可利用WF覆用/解覆用的優點以用於非連貫組合之類似配置，可應用於經由多個衛星的通信，包括無人機之空中平臺，陸地移動通信中，經由光纖的無源光網絡（PON），和/或IP互聯網之通訊以提共傳輸的備援和更好的數據安全性。這樣的動態傳輸具有內置備援和數據保密之特徵。它始終是重要的。對於通過在IP互聯網絡的多個鏡像站點分流之視頻串流，這是一個非常強大的工具已大為提升傳遞視頻封包之速度。

圖8a與圖8b分別描繪一前向鏈結與返向鏈結傳輸的功能流程圖， 該前向鏈結中背景鏈結之WF覆用/解覆用技術不是為了相干功率合成而是用於資料傳輸之安全和備援。該技術對數據流段同時提供冗餘和的加密。以多個WF覆用段的形式使表示該數據流的傳輸是可以被設計成有冗餘和加密性。例如，以一4對3的冗餘 可以使用4個WF覆用段中之任3個WF覆用段於終點端恢復原始數據流。每一WF覆用段透過四台無人機其中之一台單獨來傳送。

圖8a在前向鏈結描述中透過4台無人機620-1從地上通信樞紐710到一使用者633，WF覆用被使用來傳輸3段數據流：X1、X2及 X3以從一第一使用者輸入端X經由一4對4WF覆用器到WF域信號：y1、y2、y3及y4。該分段流的產生是透過一TDM解多工器812。該TDM解多工器812的該輸入訊號X以每秒N個樣本在流動，然而該三段輸出訊號：X1、X2及 X3 則以每秒N/3個樣本在流動，其中輸出訊號X1連結到第一片(slice 1)並被指定傳輸至位於波束位置1302之用戶端633。其他兩個訊號：x2及x3分別連接到第二片(slice 2) and第三片(slice 3)，並透過該相同的4台無人機之WF覆用處理來傳輸。

一WF覆用裝置能以許多方法實施，其中包含快速傅立葉變換(FFT)、數位格式之阿達瑪矩陣(Hadamard matrix)或快速傅立葉變換(FFT)和阿達瑪矩陣(Hadamard matrix)的結合，也可以使用類比被動電路之巴特勒矩陣(Butler Matrix)來建構。在圖8a，該4對4WF覆用器814設有一4對4阿達瑪矩陣(Hadamard matrix)。3個分段的使用者訊號：X1、X2及 X3連接到前三個輸入片(slices)，然而“0”訊號(接地訊號)則連接到第四輸入片(slice)。

該WF覆用器的輸出是將輸入X1、X2、X3及“0”訊號加權後的各種總和。尤其，y1,y2,y3和y4係分別制定如下:              y1(t) =w11 * x1(t) + w12 * x2(t) + w13 * x3(t) + w14 * 0               (3.1)                         y2(t) = w21 * x1(t) + w22 * x2(t) + w23 * x3(t) + w24 *    (3.2)                         y3(t) = w31 * x1(t) + w32 * x2(t) + w33 * x3(t) + w34 * 0   (3.3)                         y4(t) = w41 * x1(t) + w42 * x2(t) + w43 * x3(t) + w44 * 0   (3.4) 其中 x1(t) = X1, x2(t) = X2, and x3(t) = X3, 同時在4至4哈達瑪矩陣的元素被排列成4行向量                    [w11, w12, w13, w14] = [ 1,  1,  1,  1]                  (3.5)                         [w21, w22, w23, w24] = [ 1, -1,  1, -1]                       (3.6)                         [w31, w32, w33, w34] = [ 1,  1, -1, -1]                       (3.7)                         [w41, w42, w43, w44] = [ 1, -1, -1,  1]                       (3.8)                         一具有4個波前組件(WFC)的波前向量(WFV)被定義為一4對4阿達瑪矩陣(Hadamard matrix)中的一列矩陣。以下有四個這樣的相互正交的向量(列矩陣):                         WFV1 = WF1 = Transport of [ 1,  1,   1, 1]             (4.1)                         WFV2 = WF2 = Transport of [ 1,  -1,  1, -1]             (4.2)                         WFV3 = WF3 = Transport of [ 1,  1,  -1, -1]             (4.3)                         WFV4 = WF4 = Transport of [ 1, -1,  -1,  1]             (4.4)                         如果X = Y，WFX* WFY=1，否則WFX* WFY=0，其中X和Y是從1至4之整數。

藉由連接到WF覆用裝置814的一對應輸入端，x1(t), x2(t), x3(t), 和“0”訊號是分別隸屬在該4個波前向量(WFV)之一個。

該輸出訊號：y1(t)、y2(t)、y3(t)及y4(t)為波前分量的線性組合即匯總的數據流。該訊號流y1是從輸出端wfc-1輸出，y2從輸出端wfc-2輸出，從該輸出端wfc-1，以此類推。

該X1訊號被複製並出現在全部4個WFC輸出端。事實上X1是騎在該WF向量WF1上的，x2、x3及“0”訊號也是一樣。

該輸出訊號：y1(t)、y2(t)、y3(t)及y4(t)連接到4個分開的調節器(modulators)816以將數據輸入轉換為傳輸波形。在該4個調節器(modulators)816的輸出端有4組WFM波型以WF覆用格式代表4段數據流：y1、y2、y3及y4。該數據流：y1、y2、y3及y4被稱為WFM訊號或WFM數據，而對應的4個波形是該4個WFM波形或WFM波形。

該4組波形被傳送到4個分開的發射數位波束成形之處理器751以將它們轉換成用在各種無人機陣列上之4組元信號。假設在每一無人機620-1上有Ne個陣列陣元用於L/S頻段前臺通信，一發射數位波束成形之處理器751即應設置Ne個元件輸出。

該4個FDM多工器的每一個多工器在Ne個對應的元訊號上執行多工以轉換其為一單訊號流，在被4個分離的高增益天線411之一上傳至一指定的無人機620-1之前，該單一訊號流是被一組RF前端753昇頻和功率放大。地基波束成形GBBF 412設有4組數位波束成形(DBF)處理器751；每一個被指定去服務在L/S頻段中用作前景通訊之陣列的Ne個元件。在該4台無人機上用作前景通訊的該4個分開的陣列將同時形成點出該相同波束位置1302之L/S頻段波束。因此，代表y1之波形透過該第一台無人機620-1a傳送到該使用者端633，代表y2之波形透過該第二台無人機620-1b、代表y3代表透過第3台航空載具620-1c以及代表y4代表透過該第4台無人機620-1d。

從該x1訊號流的觀點來看，該x1訊號流透過4台分開的無人機620-1以一共同之頻率槽f1同時轉發到該指定的使用者端633。從該x2、x3的訊號流觀點來看，其透過4台分開的無人機620-1以共同之頻率槽f1同時轉發到該相同的被指定之使用者端633。

在一個目的地，在該進階之使用者端633裡有3個功能方塊即：(1) 一多波束天線、 (2)前緣波前解覆用處理器及(3)一去分割處理。

由該4台無人機620-1轉發的信號透過一多波束接收陣列841捕捉、放大和解調(demodulated)。多波束接收陣列841包含M個陣列陣元、每一個陣列陣元隨後有一低雜訊放大器(LNA)與降頻轉換器722用以調理接收到的訊號。該M個並行之被調理之接收訊號被送至一多波束成形網路723，該多波束成形網路723隨著該4台中繼無人機620-1之動態形成多個追蹤波束。該多波束成形網路723的輸出具有代表數據流：y1、y2、y3及y4之4個接收波形組並被傳送至該4個調節器(modulators)824用以恢復被額外的噪音和外部的幹擾所污染的數據流：y1、y2、y3及y4。被恢復的數據流之品質(SNR, and /or BER)是高度地依賴透過4台無人機而形成於該移動通信樞紐710與使用者端間的通信鏈結。 Advanced WF demux

一WF解覆用處理824具有基於4對4阿達瑪矩陣(Hadamard matrix)與WF解覆用處理842對應之方程式(3)的16個參數之一處理程式，以重新建構該三片(slices)訊號流：X1、X2及 X3以及一“0”訊號流。基於方程式(3)，透過該阿達瑪矩陣(Hadamard matrix)轉換814，該被解調之WF分工段流(WF muxed segments)應設置如下:                         y1’(t) =  x1’(t) +  x2’(t) +  x3’(t) +  0       (5.1)                         y2’(t) =  x1’(t) -   x2’(t) +  x3’(t) -   0      (5.2)                             y3’(t) =  x1’(t) +  x2’(t)  -  x3’(t) -   0     (5.3)                         y4’(t) =  x1’(t) -   x2’(t)  -  x3’(t) +  0      (5.4)

上述具有4個線性組合方程式但只有三個未知數X1'，X2'，X3。這就是內置的冗餘；也就是4個被解調之WF分工段中只需3個即可被用來重建原來的3個段流： X1'、X2'及X3'。

為要利用WF覆用處理過程814中之冗餘，該先進的WF解多分工處理842可能不使用傳統的阿達瑪矩陣(Hadamard matrix)。假設該第3台無人機變成不可使用。因此y3’(t)在該重購過程是不存在的。 基於方程式(5.1)和(5.4) y1’(t) + y4’(t) = 2 * x1’(t)      (5.5a) 因此，x1’(t) = ½ (y1’(t) +y4’(t))                                 (5.5b) 基於方程式(5.1) 和 (5.2)y1’(t) –y2’(t) = 2 * x2’(t)    (5.6a) 因此，x2’(t) =½ (y1’(t) –y2’(t))                                           (5.6b) 基於方程式（5.2）和（5.4）y2’(t) –y4’(t) = 2 * x3’(t)            (5.7a) 因此，x3’(t) = ½ (y2’(t) –y4’(t))                                    (5.7b)

此臨時解決方案是有益於4對3冗餘的24可能方案中1個可能的方案。

當在4對3冗餘配置中從該WF解覆用處理824的全部4個被解調之WF分工段可用時，有5個不同配法用於WF解覆用去重新建構該3個分段的數據流：X1、X2及 X3。藉由從全部可能減少數據之配置方法來比較5個結果，如先進的WF解覆用處理842相似的技術可被用來評估4個獨立的傳遞路徑，確定是否該4台無人機轉發被汙染的數據，如果僅有1台無人機受到損害時，甚至可確定是哪1台無人機轉發汙染的數據。

一分時多工(TDM) 843是用來“去分段”三個恢復的分段數據流3個段流： X1'、X2'及X3'。重新構造的數據流X'應以每秒N個樣本的數據速率流動。

在此圖中的前景鏈結，WF分工處理814具有用於創建數據的安全性和基於從信號的數據流分段數據之冗餘之處理程式。該安全之分割數據流被送到了具有多波束接收能力的目的地。接收端同時捕捉4個無人機平臺的多個片段。它僅需要4個段中之任意三3個段即可忠實地重建原始數據流。

可以想像，3個分段流可以是用於一相同的光束位置（例如，圖7之1302）之三個目標用戶（例如，在圖71302）之三個獨立的數據流。然而，每個用戶必須有能力恢復4個WF分工數據流之3個WF分工數據流，其接收器必須被定制為僅能讀取被指定之數據。正如在方程式；(5. 5b)、(5.6b)及(5.7b)所示，用戶可以通過操縱3個接收數據流中之2個接收數據流以獲得他或她指定的數據流。

圖8B描繪了一先進用戶終端633中之WF分工器764與一相對應的搭配地基波束成形(GBBF)412之WF解分工器724間之背景鏈結傳輸。

對於在一傳輸模式的用戶，有3個功能模塊在他或她的先進終端機633。WF的分工處理具有一個有4對4的WF分工器864以轉換3個在輸入埠（片1、片2及片-3）之被分段的數據流：X1、X2及X3以及在輸入埠片4零信號流。X1、X2及X3來自一個經由一分時解多工862之數據流725並且以每秒N /3個樣本的速率流動。輸入數據流X以每秒N個樣本的速率流動。一個4對4阿達瑪矩陣(Hadamard matrix)被用於WF分工器864。阿達瑪矩陣(Hadamard matrix)以工式3來描繪並重複如下麵：             y1(t) = w11 * x1(t) + w12 * x2(t) + w13 * x3(t) + w14 * 0      (3.1)             y2(t) = w21 * x1(t) + w22 * x2(t) + w23 * x3(t) + w24 * 0     (3.2)             y3(t) = w31 * x1(t) + w32 * x2(t) + w33 * x3(t) + w34 * 0     (3.3)             y4(t) = w41 * x1(t) + w42 * x2(t) + w43 * x3(t) + w44 * 0      (3.4) 其中，x1(t) = X1, x2(t) = X2, and x3(t) = X3。

信號流y1是來自於輸出埠wfc-1，信號流y2是來自於輸出埠wfc-2，信號流y3是來自於輸出埠wfc-3，信號流y4是來自於輸出埠wfc-4。這4個並行輸出：

y 1、y 2、y 3及y 4在連接到隨中繼無人機620-1的動態形成多個追蹤光束之波束形成網絡（BFN）763 之前被發送至4個並行之調節器866。該調節器866轉換4個並行數據流： y 1、y 2、y 3及y 4成4組代表這4個並行數據流的波形。

波束形成網絡（BFN）763的多波束的傳輸BFN763在被陣列陣元722輻射之前被變頻和功率放大器762昇頻與功率放大。該四個發射光束信號主要是代表針對於UAV620-1a之y1數據流、針對於UAV620-1b之y2數據流、針對於UAV620-1c之y3數據流以及針對於UAV620-1a之y4數據流之相對應的波形。

在前臺中之向上鏈接之L/S頻帶信號被該4個無人機620-1的每一個無人機上之M個接收（Rx）陣列陣元捕捉並M放大。每一個無人機上之該M個被接收之元信號分別被轉發和FDM解多工。該無人機M1a620-1a之陣列元信號通過Ku/Ka饋線鏈結450的第一個下行鏈結450A；該無人機M1a620-1b之陣列元信號通過Ku/Ka饋線鏈結450的第二個下行鏈結450A；該無人機M1a620-1c之陣列元信號通過Ku/Ka饋線鏈結450的第三個下行鏈結450A以及該無人機M1a620-1d之陣列元信號通過Ku/Ka饋線鏈結450的第四個下行鏈結450A。

這些被移動通信樞紐710中之四個定向天線411捕捉之下行鏈結元信號在被傳送至多波束接收器(Rx DBF)781之前通過射頻前端單元783調理並被FDM解多工器782降頻和FDM解多工以輸出M個基頻信號。

該4個多波束接收器(Rx DBF)781的每一個的多個輸出端的一個輸出端應分配給具有用戶終端633所在之一共同的光束位置1302之多個接收波束。瞄準於該光束位置1302的該4個多波束接收器(Rx DBF)781的輸出被發送到4個解調器811。

解調器811的輸出被指定為y1”、y2”、 y3”及 y4”並被輸入至WF分工/解分工處理設施714的接收處理。該接收處理主要包括由先進的WF解分工器812執行之WF解分工轉換。

一WF解覆用處理812具有基於4對4阿達瑪矩陣(Hadamard matrix)與WF解覆用處理842對應之方程式(3)的16個參數之一處理程式，以重新建構該三片(slices)訊號流：X1’、X2’及 X3’以及一“0”訊號流。基於方程式(3)，透過該阿達瑪矩陣(Hadamard matrix)轉換814，該被解調之WF分工段流(WF muxed segments)應設置如下:                         y1’(t) =  x1’(t) +  x2’(t) +  x3’(t) +  0       (6.1)                             y2’(t) =  x1’(t) -   x2’(t) +  x3’(t) -   0      (6.2)                         y3’(t) =  x1’(t) +  x2’(t)  -  x3’(t) -   0     (6.3)                         y4’(t) =  x1’(t) -   x2’(t)  -  x3’(t) +  0      (6.4)

上述具有4個線性組合方程式但只有三個未知數X1'，X2'，X3。這就是內置的冗餘；也就是4個被解調之WF分工段中只需3個即可被用來重建原來的3個段流： X1'、X2'及X3'。

為要利用WF覆用處理864中之冗餘，該先進的WF解多分工處理812可能不使用傳統的阿達瑪矩陣(Hadamard matrix)。假設該第3台無人機變成不可使用。因此y3’(t)在該重購過程是不存在的。 基於方程式 (6.1) and (6.4)，y1’(t) + y4’(t) = 2 * x1’(t)       (6.5a) 因此， x1’(t) = ½ (y1’(t) +y4’(t))                                       (6.5b) 基於方程式 (6.1) and (6.2) ，y1’(t) –y2’(t) = 2 * x2’(t)         (6.6a) 因此， x2’(t) = ½ (y1’(t) –y2’(t))                                        (6.6b) 基於方程式 (6.2) and (6.4) ，y2’(t) –y4’(t) = 2 * x3’(t)         (6.7a)  因此， x3’(t) = ½ (y2’(t) –y4’(t))                                        (6.7b)

此臨時解決方案是有益於4對3冗餘的24可能方案中1個可能的方案。

當在4對3冗餘配置中從該WF解覆用處理824的全部4個被解調之WF分工段可用時，有5個不同配法用於WF解覆用去重新建構該3個分段的數據流：X1、X2及 X3。藉由從全部可能減少數據之配置方法來比較5個結果，如先進的WF解覆用處理842相似的技術可被用來評估4個獨立的傳遞路徑，確定是否該4台無人機轉發被汙染的數據，如果僅有1台無人機受到損害時，甚至可確定是哪1台無人機轉發汙染的數據。

一分時多工(TDM) 813是用來“去分段”三個恢復的分段數據流3個段流： X1'、X2'及X3'。重新構造的數據流X'應以每秒N個樣本的數據速率流動。

圖8c描繪了 通過4個分離的如無人機620的空中平臺之三種不同的處理及運送方法。有12個數字號碼，[1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12] 之原始數據組，將“交付”從通信樞紐H通過三種不同的方法分別被“交付”至三個移動用戶1、2以及3。假設所有三個移動用戶使用先進的多波束終端機可同時且持續地跟蹤4個無人機640。

方法一：將原始數據分割成四個子集，其中每個子集有3個數字如下： X1（N）= [1、5、9]、X（N）= [2、6、10] 、X3（N）= [3,7，11]以及 x4（N）= [4、8、12]。這四個子集被上傳到4架無人機，並被交付給指定的移動用戶1之需要所有4個分段數據子集以還原原始數據之多波束終端機1。

方法2：將原始數據分割成四個子集，其中每個子集有3個數字，然後此4個子集被同時發送到一個4對4的WF分工裝置以產生4個新的沒有冗餘之WF分工數據子集。每個段子集有3個數字與從方法1有相同的結果。被分割的子集為：x1（N）= [1、5、9]、X（N）= [2、6、10] 、X3（N）= [3、7、11]以及X4的（N）= [4、8、12]。該4個WF分工數據子集：yk(N)，其中k從1至4以及N從1至3通過一4對4的WF分工裝置之以下述矩陣運算表示的分工而生成：                         y1(N)= x1(N)+ x2(N)+ x3(N)+ x4(N)              (6.8.1)                         y2(N)= x1(N) - x2(N)+ x3(N) - x4(N)              (6.8.2)                         y3(N)= x1(N) - x2(N)+ x3(N) - x4(N)               (6.8.3)                         y4(N)= x1(N) - x2(N) - x3(N)+ x4(N)               (6.8.4)

WF分工數據子集：Y 1（N）=[10、26、42] 、Y2（N）=[-2、-2、-2] 、Y3（N）=[-4、-4、-4]以及Y4（N）= [0、0、0]被分別上傳到4架無人機，並被交付給指定的移動用戶2之需要所有4個分段數據子集以還原原始數據之多波束終端機2。

方法3：將原始數據分割成3個子集，其中每個子集有4個數字，然後此3個子集被同時發送到一個4對4的WF分工裝置以產生4個新的WF分工數據子集。其結果是，存在內置冗餘。每個段子集有4個數字其為：x1(N) = [1、 4、 7、10] 、 x2(N) = [2、 5、 8、11] 以及 x3(N) = [3、6、9、12]。該4個WF分工數據子集：yk(N)，其中k從1至3以及N從1至4通過一4對4的WF分工裝置之以下述矩陣運算表示的分工而生成：                         y1(N)= x1(N)+ x2(N)+ x3(N)+ 0                      (6.9.1)                         y2(N)= x1(N) - x2(N)+ x3(N) - 0                      (6.9.2)                         y3(N)= x1(N) - x2(N)+ x3(N) - 0                      (6.9.3)                         y4(N)= x1(N) - x2(N) - x3(N)+ 0                      (6.9.4)

WF分工數據子集：Y 1（N）=[5、15、24、33]、Y2（N）= [2、5、8、11]、Y3（N）= [0、3、6、9] 以及Y4（N）=[-4、-7、-10、-13]被分別上傳到4架無人機，並被交付給指定的移動用戶3之多波束終端機3以還原原始數據。

在4 WF分工數據的子集，Y 1（N）=[5，15，24，33]，Y2（N）= [2，5，8，11]，Y3（N）= [0，3，6,9]，和Y4（N）=[-4，-7，-10，-13]被上傳到4無人機單獨，並傳送到指定的移動用戶3具有多波束終端3的終端的移動用戶。

移動用戶3之多波束終端機3只需4個WF分工數據子集之任何三個子集即可重新還原原始數據。這就是建立冗餘的特徵。   第二實施例

該實施例中提出了在地基波束成形(GBBF)饋線鏈結的多頻道間使用WF覆用及解多工以實現校準和補償的架構和方法。陣元訊號及已知的診斷(探測)訊號將被指定且附加到各種多維度WF向量。各種多維度WF向量元件將在饋線鏈結裡使用不同的傳輸通道。

圖9A顯示在WF解覆用之前，前景鏈結校準在一機上(on-board)之的適應性等化/優化迴路。在一無人機的部份WF解覆用輸出是用於優化迴路的復原診斷訊號。

圖9B顯示在WF解覆用之前，前景鏈結校準在一機上(on-board)之適應性均衡/優化的迴路。在一無人機的部份WF解覆用輸出是返回且傳遞至地面設備，而用於優化迴路的復原診斷訊號。

圖9C顯示在WF解覆用之前，返回鏈接校準在一機上(on-board)之適應性均衡/優化的迴路。在地面上的部份WF解覆用輸出是用於基於優化迴路的復原診斷訊號。

圖9D顯示基於地面之處理。

圖9A、圖9B以及圖9C分別顯示一前景鏈結傳遞，其係對於饋線鏈結在一地面設備及一無人機間頻道均衡化的WF覆用/解覆用技術。此處並不是多無人機間的“相干功率合成(coherent power combining)”。此處亦不是針對資料傳輸安全性及冗餘性。

此技術將使通訊架構設計師可以更靈活地利用饋送鏈結。此例中我們將使用32對32的傅立葉轉換來表示WF覆用及解多工函式。

與不斷移動的無人機平臺的地基波束成形(GBBF)處理之校準和補償應包括(1)在一無人航空機機上(on-board)之非平衡電子裝置的相位及振幅差別，(2)在地面設備上非平衡電子裝置的相位及振幅差別，(3)在一饋線鏈結裡由於Ka/K頻段傳遞效益的相位及振幅差別。

圖示將集中於饋線鏈結在Ku頻段的動態補償。我們假設總共可用的前景鏈結在Ku頻段垂直極化(VP)之饋線鏈結頻寬為500MHz，且在水準極化(HP)為相同的500MHz。此500 MHz在VP被分成16個連續的頻槽，且每一個頻槽為約31 MHz之頻寬。同樣地，500 MHz在HP也被分成16個連續的頻槽，從一地面設施到一無人機，總共有32頻槽被指定為前景鏈結，且無人機有大約14 GHz的一前景鏈結頻譜。這允許在無人航空機上(on-board)之的一操作員持續支援一個包含30個陣元的Tx陣列以進行地基波束成形(GBBF)操作與連續完整的校準。每一個陣元的頻寬約30MHz。

同樣地，我們假設總共可用的背景鏈結在Ku頻段垂直極化(VP)之饋線鏈結頻寬也為500MHz，且在水準極化(HP)也為相同的500MHz。此500 MHz在VP被分成16個連續的頻槽，且每一個頻槽為約31 MHz之頻寬。同樣地，500 MHz在HP也被分成16個連續的頻槽，從無人機到一地面，總共有32頻槽被指定為背景鏈結，且此地面有大約12GHz 的一下行鏈結頻譜。這允許在無人航空機上(on-board)之的一操作員持續支援一個包含30個陣元的Rx陣列以進行地基波束成形(GBBF)操作與連續完整的校準。每一個陣元的頻寬約30MHz。

在圖9A、圖9B和圖9C的例子中，我們假設每個無人機在10個L/S頻段陣列陣元，每個陣元有30 MHz的頻寬並經由地基波束成形(GBBF)以用於前景通訊。

值得注意的是一條這樣的饋線鏈結可支援3架無人機同時進行地基波束成形(GBBF)。它可以有來自於多個通信樞紐的多個饋送鏈結到一個單一的無人機以使用相同的10個L/S頻段陣列陣元來並行執行地基波束成形(GBBF)。

圖9A是從地面處理設施至一無人機對一饋線鏈結之前景鏈結校準的功能流程圖。在地面的一地基波束成形(GBBF)處理設備910上，對於一個無人航空機上(on-board)之的一個具有10個陣列陣元的逺端陣列，多個“波束”輸入訊號915係被發送到一個多波束Tx DBF處理器751。從Tx DBF的輸出訊號是10個並行處理資料串流，其係由指定的陣元939所傳輸。處理訊號係分別表示為陣元訊號(Es1, ..., Es10)，其係連接到32對32的 WF覆用器914的前10個單元。此WF覆用器設有32對32的傅利葉轉換功能，並可以在單晶片或數位元電路板裡實現一數位電路之軟體包裝。

許多的輸入埠或單元並不連接。我們將最後的四個單元"接地"，輸入埠29到32，作為輸入訊號以診斷為"零"的訊號。在32個輸出訊號是10個指定的陣元訊號的32個不同的線性組合。這些輸出埠被稱為12個波前元件(wfc)埠且這些輸出是12個聚集的資料串流。輸出埠wfc-1的輸出為訊號流y1，輸出埠wfc-2的輸出的訊號流y2，依此類推。

因此，WF覆用的結果有32個WF向量且它們之間的32個wfc輸出訊號是相互正交的。每個WF向量具有32組向量分佈於32 個wfc埠間。每一個輸入埠(單元)被關聯到一個獨特的WF向量。由於Es1連接到單元1，Es1即是“附加”到此第一個WF向量，或“載在WF1”。

前16個輸出(wfc)埠是FDM多工成由一具有500 MHz的中頻訊號，此中頻訊號係由一FDM多工器752多工而成。在被垂直極化(VP)的一定向天線411輻射到指定的一無人機620-1a前，所述多工訊號頻率經由一個射頻前端單元933進行頻率向上轉換以及功率放大。透過連接放大訊號到一第一輸入(VP)埠的一個VP格式以輻射所述放大訊號，此第一輸入埠係在正交模轉換器912 內用於一定向天線411的饋電。

後16個輸出(wfc)埠是FDM多工成由一具有500 MHz的中頻訊號，此中頻訊號係由一FDM多工器752多工而成。在被水準極化(HP)的一定向天線931輻射指定的無人機620-1a前，所述多工訊號頻率經由一個射頻前端單元963進行頻率向上轉換以及功率放大。透過連接放大訊號到一第一輸入(HP)埠的一個HP格式以輻射所述放大訊號，此第二輸入埠係在正交模轉換器 912 內用於一定向天線411的饋電。

在移動的無人機620-1a平臺，平面930說明瞭一個“連貫轉發(coherent transponding)”的過程。高增益追蹤天線931拾取從一地面處理設備910的上載訊號。所述轉發過程930係同時轉換一個在Ku頻段接收天線931的輸入訊號到對在L/S頻段上10個陣元的10個輸出訊號。

從高增益天線931的輸出訊號經由一個正交模轉換器932被分成HP和VP訊號；每個訊號都經過一個RF前端單元933以及一分頻多工解多工器934，用以將一個500 MHz的訊號多工成16個通道的訊號。每一個這些頻道訊號是在一個約30MHz的相同頻寬。共有32個頻道訊號，其係經由32個並行適應性等化器941以連接到一個32-32 WF解覆用器942的32個輸入訊號。

來自所述正交模轉換器932 VP埠的16個頻道訊號被分配給WF解覆用器942的前16個(wfc)埠，而來自“正交模轉換器”932 HP埠的16個頻道訊號是到WF解覆用器942的後16個(wfc)埠。

一個優化廻圈建立在(1)在適應性等化器941中32組FIR權重，(2)復原診斷訊號944來自於WF解覆用器942的4個指定輸出埠；即單元29至單元32，和(3)用選擇的反覆運算演算法優化處理943除了恢復診斷訊號和原來已知的診斷訊號，陣元訊號中的埠之間(單元1到單元10)的相關性以及診斷訊號的埠(單元29到單元32)的不同處在於對於優化處理943的重要觀測。 1. 輸入到WF解覆用器942的y1'、y2'、y3'、...以及y32'係連接到32個適應性有限脈衝響應(FIR)濾波器941，其係在32個傳遞路徑中對時間，相位及振幅進行等化。 2. 適應性濾波器係對經由無人機620-1a在一饋線鏈結的傳遞路徑(陣列陣元)中之"分散"造成的相位差別進行補償。此將會對由於分散引起的扭曲波形造成顯著改善；減少一來源裡的符號間幹擾。 3.一反覆運算控制迴路根據對已知注入的診斷訊號916，即在陣元訊號埠(單元1至單元10)與診斷訊號埠(單元29至單元32)之間，與復原導頻訊號944間的比較，並根據一前景鏈結優化處理943以優化FIR濾波器941的權重。 4.在WF解覆用器942的輸出訊號之間係為所需陣元訊號串流的10個單元以及4個導頻訊號。 5.在優化處理743使用成本最小化的標準之優化迴路包括： a.          對優化迴路識別出正確的觀測量，包含： i.                       復原的導頻訊號串流和原始的訊號之間的差異。 ii.                     源自WF解覆用器742輸出單元的訊號之相關性。 b.         基於各種可觀察量產生不同的成本函數： i.                       轉換或映射各種觀測至不同的衡量標準或是成本函數必須被明確地定義：                         *當一可觀察量符合所需的效能時，相對應的衡量標準或成本函數變為零。                         *當一可觀察量僅稍微遠離期望的效能時，相對應的衡量標準或成本函數即被分配一小的正整數。                         *當一可觀察量遠離所期望的效能時，相對應的衡量標準或成本函數即被分配有一大的正整數。 c.          加總所有的成本函數為一總成本，其係為一優化迴路效能現狀的數字化指標 i.                  當總成本小於一小的正門檻值時，停止此優化迴路。 ii.                     否則繼續執行步驟d。 d.         導出關於適應性等化器之權重的總成本的傾斜度，適應性等化器之權重係為FIR濾波器之形式。 e.          根據一最快速下降演算法計算FIR濾波器之新權重以減少在所述優化反覆運算迴路的總成本。 f.           更新所述適應性等化器之權重，並執行步驟"b"。

在一個優化的狀態下，對32個頻率通道在饋線鏈結的振幅和相位響應應完全相等。因此，這32個相關聯的WF向量應相互正交於適應性等化器941的32個輸出和WF解覆用器942的32個輸入之間的介面。因此，WF解覆用器942的輸出訊號之間即無滲漏；其中診斷通道中的訊號(單元29至單元32)和陣元訊號通道(單元01至單元10)的交叉關係將變為零。

因此，從單元1到單元10的復原陣元訊號在被發射陣元939發射之前，這些訊號係利用一頻率向上轉換器937調升頻率和過濾至L/S頻段，並由功率放大器938進行功率放大。由DBF 751在地基波束成形(GBBF)設施910處理的此10個輻射訊號將在一遠場內被組合成空間功率，此遠場係超過一個對於不同用戶所指定不同波束位置的覆蓋區域130。

在這個方案中，它被假設成在輻射單元939以及在WF解覆用器942的後輸出訊號之間的10個並行通道係完全等化。

圖9B係近似相同於圖9A。兩者描述從地面處理設施至一無人機對一饋線鏈結之前景鏈結校正的功能流程圖。唯一的區別是在適應性等化器和優化迴路的位置。取代機上(on-board)之的適應性等化器，圖9B係設有地基適應性等化器和對於饋線鏈結的前景鏈結訊號的優化迴路方案。

在地面的一地基波束成形(GBBF)處理設備910上，為了一個無人機 620-1a上的一個具有10個陣列陣元的逺端陣列，多個“波束”輸入915係被發送到一個多波束Tx DBF處理器751。從Tx DBF的輸出751 是10個並行處理資料串流，其係由陣元939所指定傳輸。此些處理訊號係分別表示為陣元訊號(Es1, ..., Es10)，其係連接到32對32的 WF覆用器914的前10個單元。此WF覆用器設有32對32的傅利葉轉換功能，並可以在單晶片或數位元電路板裡實現一數位電路之軟體包裝。

許多的輸入埠或單元並不連接。我們僅將最後的四個單元"接地”，輸入埠29到32，作為輸入訊號以診斷為"零"的訊號。在WF覆用器914的32個輸出訊號是10個指定陣元訊號的32個不同的線性組合。這些輸出埠被稱為32個波前元件(wfc)埠且這些輸出是32個聚集的資料串流。輸出埠wfc-1的輸出訊號為訊號流y1，輸出埠wfc-2的輸出訊號的訊號流y2，依此類推。

因此，WF覆用的結果有32個WF向量且它們之間的32個wfc輸出訊號是相互正交的。每個WF向量具有32組分量分佈於32 wfc埠之間。每一個輸入埠(單元)被關聯到一個獨特的WF向量。由於Es1連接到單元-1，Es1即是“附加”到此第一個WF向量，或“載在WF1”。

前16個輸出(wfc)埠是連接至16個並行的適應性等化器941的一第一集合，且FDM多工成由一具有500 MHz的中頻訊號，此中頻訊號係由一FDM多工器1 752多工而成。此適應性等化器經由累積振幅的預失真和在饋線鏈結450所選定的32個頻道所傳遞訊號的相位差別進行補償。在被垂直極化(VP)的一定向天線931輻射到一無人機620-1a前，所述多工訊號頻率經由一個射頻前端單元963進行頻率向上轉換以及功率放大。透過連接放大訊號到一第一輸入(VP)埠的一個VP格式以發射所述放大訊號，此第一輸入埠係在“正交模轉換器”912 內用於一定向天線411的饋電。

後16個輸出(wfc)埠是連接至16個並行的適應性等化器941的一第二集合，且FDM多工成由一具有500 MHz的中頻訊號，此中頻訊號係由一FDM多工器2 752多工而成。在被垂直極化(VP)的一定向天線931輻射到指定的無人機620-1a前，所述多工訊號頻率經由一個射頻前端單元963進行頻率向上轉換以及功率放大。透過連接放大訊號到一第一輸入(HP)埠的一個HP格式以發射所述放大訊號，此第二輸入埠係在正交模轉換器 912 內用於一定向天線411的饋電。

在移動的無人機620-1a平臺，平面930說明瞭一個“連貫轉發”的過程。高增益追蹤天線931拾取從一地面處理設施910的上載訊號。所述轉發過程930係同時轉換一個在Ku頻段接收天線931的輸入到對在在L/S頻段上10個陣元939的10個輸出訊號。

從高增益天線931的輸出訊號經由一個正交模轉換器932被分成HP訊號和VP訊號；每個訊號都經過一個RF前端單元933以及一分頻多工解多工器934，用以將一個500 MHz的訊號多工成16個通道的訊號。每一個這些頻道訊號是在一個約30MHz的相同頻寬。此處共有32個頻道訊號連接到一個32對32的WF解覆用器942的32個輸入埠。

來自所述正交模轉換器932 的VP埠的16個頻道訊號被分配給WF解覆用器942的前16個(wfc)埠，而來自正交模轉換器932 的HP埠的16頻道訊號是到WF解覆用器942的後16個(wfc)埠。

一個優化廻圈建立在(1)在適應性等化器941中的32組FIR濾波器權重，(2)復原來自於機上(on-board)之WF解覆用器942的4個指定輸出埠的診斷訊號944；即單元29至單元32，和(3)用地面上選擇的反覆運算演算法優化處理943除了恢復診斷訊號和原來已知的診斷訊號，陣元訊號中的埠之間(單元1到單元10)的相關性以及診斷訊號的埠(單元29到單元32)的不同處在於對於優化處理943的重要觀測。 1.                       到載具WF解覆用器942的輸入訊號y1'、y2'、y3'、...以及y32'可被32個地基適應性有限脈衝響應FIR濾波器解調，其係透過預扭曲技術的補償在32個傳遞路徑中對時間，相位及振幅進行等化。 2.                       適應性濾波器係對經由無人機620-1a在一饋線鏈結的傳遞路徑(陣列陣元)中之"分散"造成的相位差別進行補償。此將會對由於分散引起的扭曲波形造成顯著改善；減少一來源裡的符號間幹擾。 3.                       反覆運算控制迴路根據對已知注入的診斷訊號916與復原導頻訊號944間的比較，並根據一前景鏈結優化處理943中的有效優化演算法以優化FIR濾波器941的權重。 4.                       在WF解覆用器942的輸出之間係為所需陣元訊號串流的10個單元以及4個導頻訊號。 5.                       所復原的導頻訊號944經由到載體上WF覆用器的附加的輸入通道以管狀向下到地基波束成形(GBBF)設施，此輸入通道係用於背景鏈結的校正(如在圖9C中所示)。其結果是，在地面處理設備910的載體復原診斷訊號944應該是一組受污染的復原診斷訊號945。 6.                       在優化處理943使用成本最小化的標準之優化迴路包括:             a. 對優化迴路確定正確的觀測量，包含:                         i. 復原的導頻訊號串流和原始的訊號之間的差異。                         ii. 源自WF解覆用器942輸出單元的訊號之相關性。             b. 基於各種可觀察量產生不同的成本函數:                         i.轉換或映射各種觀測至不同的衡量標準或是成本函數必須被明確地定義。 當一可觀察量符合所需的效能時，相對應的衡量標準或成本函數變為零。 當一可觀察量僅稍微遠離期望的效能時，相對應的衡量標準或成本函數即被分配一小的正整數。 當一可觀察量遠離所期望的效能時，相對應的衡量標準或成本函數即被分配有一大的正整數。             c. 加總所有的成本函數為一總成本，其係為一優化迴路效能現狀的數字化指標:                         i.當總成本小於一小的正門檻值時，停止此優化迴路；                         ii.否則繼續執行步驟d。             d. 導出關於適應性等化器之權重之總成本的傾斜度，適應性等化器之權重係為FIR濾波器之形式。             e. 根據一最快速下降演算法計算FIR濾波器之新權重以減少在所述優化反覆運算迴路的總成本 。             f. 更新所述適應性等化器之權重，並執行步驟"b"。

在一個優化的狀態下，對32個頻率通道在饋線鏈結的振幅和相位響應應完全被等化。因此，這32個相關聯的WF向量應相互正交於適應性等化器941的32個輸出埠和WF解覆用器942的32個輸入埠之間的介面。因此，WF解覆用器942的輸出埠之間即無滲漏；其中診斷通道中的訊號(單元29到單元32)和陣元訊號通道(單元01至單元10)的交叉關係將變為零。

因此，從單元1到單元10，復原的陣元訊號在被輻射陣元939輻射之前，這些訊號係利用一頻率向上轉換器937調升頻率和過濾至L/S頻段，並由功率放大器938進行功率放大。由DBF 751在地基波束成形(GBBF)設備910處理的10個輻射訊號將在一遠場內被組合成空間功率，此遠場係超過一個對於不同用戶訊號所指定不同波束位置的覆蓋區域130。

在這個方案中，它被假設成在輻射單元939以及在WF解覆用器942的後輸出之間的10個並行通道係被完全等化。

圖9C繪示從地面處理設施至一無人機對一饋線鏈結之背景鏈結校準之功能流程圖。它具有支援如在圖9B中所示的前景鏈結校正的附加功能。

在移動的無人機620-1a平臺上，一組10個陣列陣元968係擷取在覆蓋區域130裡L/S頻段的輻射訊號。這些擷取陣元訊號由低雜訊放大器969進行放大並由頻率轉換器單元967個別進行濾波及頻率轉換。處理訊號係分別表示為陣元訊號(Es1, ..., Es10)，其係連接到32對32的WF覆用器914的前10個切口。此WF覆用器設有32對32的傅利葉轉換功能，並可以在單晶片或數位元電路板裡實現一數位電路之軟體包裝。所述WF覆用功能也可以被實施為射頻巴爾特矩陣或基頻FFT晶片。

許多的輸入埠或單元並不連接。我們將最後的四個單元"接地"，輸入埠29到32，作為輸入訊號以診斷為"零"的訊號。從單元25到單元28的四個輸入埠944係被用於中繼從前景鏈結校準轉達所復原的診斷訊號。它們是被圖9B裡WF解覆用器942的4個輸出埠944 (單元29、單元30、單元31，以及單元32)所連接。

在WF覆用器914的32個輸出訊號是10個指定陣元訊號的32個不同的線性組合。這些輸出埠被稱為32個波前元件(wfc)埠且這些輸出是32個聚集的資料串流。輸出埠wfc-1的輸出為訊號流y1，輸出埠wfc-2的輸出的訊號流y2，依此類推。

因此，WF覆用的結果有32個WF向量且它們之間的32個wfc(輸出)埠是相互正交的。每個WF向量具有32組分量分佈於32個 wfc埠間。每一個輸入埠(單元)被關聯到一個獨特的WF向量。由於Es1連接到單元1，Es1即是“附加”到此第一個WF向量，或“載在WF1”。

前16個輸出(wfc)埠是FDM多工成一具有500 MHz的中頻訊號，此中頻訊號係由一FDM多工器1 964多工而成。在被垂直極化(VP)的一定向天線931輻射到指定的無人機620-1a前，所述多工訊號頻率經由一個射頻前端單元963進行頻率向上轉換以及功率放大。透過連接放大訊號到一第一輸入(VP)埠的一個VP格式以輻射所述放大訊號，此第一輸入埠係在正交模轉換器962 內用於一定向天線931的饋電。

後16個輸出(wfc)埠是FDM多工成由一具有500 MHz的中頻訊號，此中頻訊號係由一FDM多工器2 964多工而成。在被水準極化(HP)的一定向天線931輻射到地基波束成形(GBBF)的處理設備910前，所述多工訊號頻率經由一個射頻前端單元963進行頻率向上轉換以及功率放大。透過連接放大訊號到一第一輸入(HP)埠的一個HP格式以輻射所述放大訊號，此第二輸入埠係在正交模轉換器 962 內用於一定向天線931的饋電。

在地基波束成形(GBBF)設備910，高增益追蹤天線931拾取從無人機620-1a向下加載的訊號。在910的一轉發過程將在Ku頻段接收天線411的一輸入轉換成針對RX DBF處理器781的10個陣元輸入。

從高增益天線411的輸出經由一個正交模轉換器982被分成HP訊號和VP訊號；每個訊號都經過一個RF前端單元933以及一分頻多工解多工器934，用以將一個500 MHz的訊號多工成16個通道的訊號。每一個這些頻道訊號是在一個約30MHz的相同頻寬。一共有32個頻道訊號，其係經由32個並行適應性等化器971以連接到一個32-32 WF解覆用器942的32個輸入，此32個適應性等化器係由32個適應性FIR濾波器加以實施。.

來自所述正交模轉換器932 的VP埠的16個頻道訊號被分配給WF解覆用器942的前16個(wfc)埠，而來自正交模轉換器932 HP埠的16頻道訊號是到WF解覆用器942的後16個(wfc)埠。

一個優化廻圈建立在(1)在適應性等化器971中的32組FIR濾波器權重，(2)來自於WF解覆用器972之4個指定輸出埠的復原診斷訊號978；即單元29至單元32，和(3)用所選的反覆運算演算法優化處理977。除了復原診斷訊號和原來已知的診斷訊號，陣元訊號中的埠之間(單元1到單元10)的相關性以及診斷訊號的埠(單元29到單元32)的不同處在於對於優化處理977的重要觀測。 1.                       到WF解覆用器972的輸入訊號y1'、y2'、y3'、...以及y32'可被32個適應性FIR濾波器調變，其係透過預扭曲技術的補償在32個傳遞路徑中對時間，相位及振幅進行等化。 2.                       適應性濾波器係對經由一無人機620-1a在一饋線鏈結的傳遞路徑(陣列陣元)中之"分散"造成的相位差別進行補償。此將會對由於分散引起的扭曲波形造成顯著改善；減少一來源裡的符號間幹擾。 3.                       一反覆運算控制迴路根據對已知注入的診斷訊號974與復原導頻訊號978間的比較，並根據一前景鏈結優化處理977以優化FIR濾波器的權重。 4.                       在WF解覆用器972的輸出間係為所需陣元訊號串流的10個單元以及對背景鏈結的4個復原導頻訊號(從單元29至單元32)。 5.                       對前景鏈結的變動復原導頻訊號945可在4個輸出埠獲得(從單元25至單元28)。. 6.                       在優化處理943使用成本最小化的標準之優化迴路包括:             a. 對優化迴路確定正確的觀測量，包含:                         i.復原的導頻訊號串流和原始的訊號之間的差異。                         ii.源自WF解覆用器942之輸出單元的訊號之相關性。             b. 基於各種可觀察量產生不同的成本函數:                         i.轉換或映射各種觀測至不同的衡量標準或是成本函數必須被明確地定義: 當一可觀察量符合所需的效能時，相對應的衡量標準或成本函數變為零。 當一可觀察量僅稍微遠離期望的效能時，相對應的衡量標準或成本函數即被分配一小的正整數。 當一可觀察量遠離所期望的效能時，相對應的衡量標準或成本函數即被分配有一大的正整數。             c. 加總所有的成本函數為一總成本，其係為一優化迴路效能現狀的數字化指標:                         i.當總成本小於一小的正門檻值時，停止此優化迴路；                         ii.否則繼續執行步驟d。             d. 導出關於適應性等化器之權重之總成本的傾斜度，適應性等化器之權重係為FIR濾波器之形式。             e. 根據一最快速下降演算法計算FIR濾波器之新權重以減少在所述優化反覆運算迴路的總成本。             f. 更新所述適應性等化器之權重，並執行步驟"b"。

在一個優化狀態下，對32個頻率通道在饋線鏈結的振幅和相位響應應完全等化。因此，這32個相關聯的WF向量應相互正交於適應性等化器971的32個輸出訊號和WF解覆用器972的32個輸入訊號之間的介面。因此，WF解覆用器972的輸出訊號之間即無滲漏；其中診斷通道中的訊號(單元29通過單元32)和陣元訊號通道(單元01至單元10)的交叉關係將變為零。

因此，從單元1至單元10的復原陣元訊號係傳送到地基波束成形(GBBF)處理設備911的Rx DBF 785裡。   第三實施例

本實施例提出基於4架無人機之通訊通道之波前覆用/解分工對三個用戶信號進行分工的實作架構與方法。三個用戶信號的每一用戶信號通過WF分工後具有唯一的波前（WF）向量經由該多個無人機之通訊通道同時傳播。三個用戶與三個相互正交的WF向量相關聯。剩餘的第四向量被用於診斷信號。

圖10a為第一用戶的信號流。適應性等化器迴路保證四個被回復之WF向量間的正交性。圖10b為第二用戶信號的方塊圖，以及圖10c為第三用戶信號的方塊圖。

圖10a，10b和10c描繪波前覆用712的功能並與一波前解覆用處理器742針對三個分隔的用戶XA，XB以及XC同時使用4架無人機之四個獨立的通訊資源。

三個用戶的前景鏈結信號1011A，1011B和1011C是由4對4之波前覆用712在上傳至4個分離無人機620-1a，620-1b，620-1c和620-1d之前轉換成4個波前向量Y1、Y2、Y3和Y4。 該波前覆用712是一4對4的阿達瑪矩陣(Hadamard matrix)。因此有四個輸出信號由該波前覆用轉換器的四個埠輸出，即： y1(t) =  0    +     Xa(t) +  xb(t) + xc(t)                (7.1) y2(t) =  0    -     Xa(t) +  xb(t) - xc(t)                   (7.2) y3(t) =  0    +     Xa(t) -  xb(t) - xc(t)                  (7.3) y4(t) =  0    -              Xa(t) -  xb(t) + xc(t)                         (7.4)

其中A 1片接地，A2，A3和A4片分別連接信號Xa，Xb和Xc。每個輸入信號同時流經過所有4架無人機。這包括輸入至A1之”零”信號之四個輸入信號騎在波前覆用712輸出端4個相互正交的波前向量之上，即：             連接到A1片的0訊號是相關於WFV1=[1,1,1,1]T，             連接到A2片的Xa(t)訊號是相關於WFV2 =[1,-1,1,-1]T,             連接到A3片的Xb(t)訊號是相關於WFV3 =[1,1,-1,-1]T, and             連接到A4片的Xc(t)訊號是相關於WFV4 =[1,-1,1,-1]T .

在接收器上的四個平行的路徑將採用不同的振幅衰減/放大和相位延遲，由於四個無人機平臺之間的路徑長度差和不平衡的電子裝置，即使在​​相同的載波頻率亦可適用。

4輸入 對第一用戶使用之用戶終端機上之4個並行的適應性等化器741之4個輸入具有： z1(t)  =  am1a * exp (j kDz1a) * y1(t),                                   (8-1) z2(t)  =  am2a * exp (j kDz2a) * y2(t),                                   (8-2) z3(t)  =  am3a * exp (j kDz3a) * y3(t),                                   (8-3) z4(t)  =  am4a * exp (j kDz4a) * y4(t),                                   (8-4)

適應性等化器係補償四個傳播路徑的振幅和相位差異。適應性等化器的輸出端被連接到4對4之波前解覆用742之輸入端。四個波前向量應當被變形而不再相互彼此正交，因此，A2，A3和A4埠的信號會在輸出口A1洩漏而出而診斷埠不再擁有“零”的信號。

一個優化迴路將使用洩漏功率744作為觀測因素之一。一個優化處理器將多個觀測轉化為定量的衡量標準或成本函數，其總是以正向來定義。總成本、所有成本函數之和以及總成本的梯度可以被得到與被測量。基於最速下降法之新權重可被計算與更新，並經由成本最小化演算法以反覆運算更新適應性等化器。

在最佳狀態，四個傳遞路徑須被完全補償，使得適應性等化器的插入相位和幅度必須分別滿足以下要求：  am1a*exp(j kDz1a) *[a1*exp(j F1)] = am2a *exp(j kDz2a) *[a2*exp(j F2)] = am3a *exp(j kDz3a) *[a3*exp(j F3)] = am4a *exp(j kDz4a) *[a4*exp(j F4)] = constant                                (9)

其結果是，在被適應性等化器等化後的相關聯之波前向量將再次成為正交。因此，在波前解覆用742 輸出埠A2，A3和A4的信號於輸出埠A1不再有洩漏。

該信號流Xa在A2 1041A上被回復且被連接到指定給第一用戶的接收器。

圖10b和圖10c描繪了相同的上行鏈結，但不同於與第一用戶位於同一光束位置之第二用戶與第三用戶之下行鏈結。第二用戶的輸出信號Xb是由波前解覆用742 輸出埠A3輸出，而第三用戶的輸出信號Xc是由波前解覆用742輸出埠A4輸出。 第四實施例

此實施例顯示使用反向天線及地基波束成形(GBBF)以實作無人機基礎通訊的架構及方法。以下幾種方案都將遵循： 1.圖11顯示對於載體上饋線鏈結負載之反向天線之類似物， 2.圖12為具有地基波束成形(GBBF)但不含反向天線， 3.圖12A為具有地基波束成形(GBBF)以及反向天線， 4.圖12B為具有反向天線但不具有地基波束成形(GBBF)。

圖11顯示在一無人航空機上(on-board)之之Ku頻段反向天線陣列，無人機的Ku頻段陣列1100係用來當饋線鏈結天線以來回轉移所有訊號從L/S或C頻段陣元頻道至一閘道，其中一簡易的地基波束成形(GBBF)處理將執行Tx及Rx陣列函式。Ku頻段的“智慧(smart)”陣列將通過機上(on-board)之的類似波束成形器(BFN)1121和波束控制器1140技術配備了反向天線。

在從一個無人機鏈接到一地面處理中心的一資料鏈結裡，比起全方向天線，此4個陣元陣列1100具有類比波束成形和切換機制以獲得6分貝的優勢。所述智慧陣列1100係為四窄型設計的陣元1132，其包括使用巴特勒矩陣(BMs)的兩個常規類比多波束波束成形網路(BFNs)；一個是RX 1121 且另一個是Tx 1111。然而，對於後勤通道的反向天線可能是有8個，16個或更多陣元的陣列，其取決於無人機距離地面處理中心的距離。

所述4個陣元陣列1100具有4個Rx波束。在一接收器(Rx)BM 1121前，雙工器1131被低雜訊放大器1123以及BPF陸續放大後，由4陣列陣元1132接收訊號。所述Rx BM 1121將形成4個正交波束以指向4個分開的方向，以涵蓋有興趣的所有視場(FOV)。任何一波束的波束寬度為視角的1/2(立體角度的1/4)，且四個正交波束將覆蓋整個視場。而且任何一個波束的峰值始終是所有其他三個波束的空值。地面處理中心將始終被4個波束中的其中一個涵蓋。當4個陣元在一個方形絡上且鄰近陣元具有l/2的距離，並假設所有4個陣元為l/2平方陣元大小，從4個陣元陣列的3分貝波束寬度將與孔側附近形成約60度。

所述Rx BM 1121有4個輸出訊號；每一個輸出訊號關聯至4個波束位置的其中之一。有兩個並行的切換樹(ST)1122連接到Rx中所述之RX BM，一個用於在主訊號路徑802，另一個用於連接到診斷電路1140的診斷波束1144。所述切換樹1122與關聯之診斷波束1144在四個波束位置之間將連續切換。診斷電路1140將透過在一頻率頻道、特別代碼、波形或其他特徵的功率水準來確定所需訊號的特徵。當無人機在基地時，一但針對地面處理的波束位置根據反向天線演算法1141以及更新波束位置1143而被指定，波束控制器1142將針對主訊號路徑到一個新的波束位置1143以動態地更新ST。

所描述的功能塊是4陣元在Ku/Ka頻段1100的反向天線陣列。所述陣列陣元1132可以具有窄型設計和近形設計。Rx多波束成形處理是通過2維巴特勒矩陣(BM)1121後面的一對開關矩陣(ST)1122。第一個是經由一個緩衝放大器1102a連接到介面1102的主訊號路徑。前兩個ST 1122是由一波束控制器1142所控制，此波束控制器1142係決定那一個波束位置去切換至可接收由地基波束成形(GBBF)設施412上傳之前景鏈結陣元訊號。同樣地，在背景鏈結的Ku/Ka頻段Tx負載裡，前景通訊負載1210須轉發一FDM多工和頻率向上轉換的陣元訊號至介面1101，此陣元訊號係為公共安全頻段接收元件的訊號(如. 700 MHz 或4.9 GHz)。所述FDM多工訊號將通過一ST 1112以及一BM 1111。此4個輸出由BM 1111適當地定相，再由功率放大器1113進行放大，然後由窄形設計陣元1132進行輻射。由於在BM 1111的前階段個別陣元訊號的傳遞期間取消產生相位差異在的傳遞，在遠場所指定的波束位置的輻射訊號應在空間上被連貫地組合。

目前的"波束位置"決定係依據由2個ST 1122中的第2個所導出，且其也是由波束控制器1142所控制的。此第二個ST係在可能的波束位置與診斷波束輸出中不斷進行切換或旋轉。從第二個ST收集的資料將用於載體上的處理器1140，其中記錄的資料係用以確定哪些是當前關聯至所需訊號的最強訊號水準的一波束位置，此所需訊號係由他們獨特的特徵所定義而來。然後，針對有關目前反向天線的波束位置之Rx主訊號，波束控制器將用來告知Tx ST 1112以及ST(前兩個Rx ST 112)。

當陣元間隔距離l時，從一BM 1121所得到的4個輸出訊號將是4個指狀波束；每一輸出將具有多個峰(或分級葉(grading lobes))。

在Tx中，除了在反方向的訊號流，組態均為相同。波束控制器也將為了Tx BM 1111控制ST 1112。

圖12中，簡化框圖1200係針對一無人機之一通訊負載與一覆蓋區域內之行動電話用戶之通訊，其中此通訊係在普通手機之頻段上。這裡有五個主要的功能塊；從左上角及順時針方向依序為: (1)前景鏈結傳送器(Tx)的負載1220係在前景通訊的L/S頻段上，(2)前景鏈結接收器(Rx)的負載1240係在饋線鏈結通訊的Ku/Ka頻段上，(3)地面處理設施410包括地基波束成形處理412，(4)背景鏈結傳送器(Tx)的負載1110係在饋線鏈結通訊的Ku/Ka頻段上，以及(5)返回鏈接接收器(Rx)的負載1210係在前景通訊的L/S頻段上。

在右上角的第一個主要功能塊的前景鏈結傳送器(Tx)的負載1220係在前景通訊的L/ S頻段上；訊號流係由右至左。所述前景鏈結訊號1102被載體上Ku陣列1240適當地標示為"陣元訊號"，且其係被一地基波束成形(GBBF)為了在L/S頻段的4個Tx陣元1222而進行處理。從後勤通道的前景鏈結訊號1102在被4個子陣列D1、D2、D3以及D4 1222進行輻射之前，其係經過分頻多工解多工1225、向下頻率轉換、過濾以及放大1224這裡在所有的L/S頻段不存在載體之波束成形處理。

在中間的頂部面板的第二個主要功能塊是在Ku頻段的饋線鏈結通信前景鏈結接收器(Rx)負載1240。載體上在Ku 上的4個陣元陣列係程式化成去驅動指向往地面處理中心410的接收波束。所述Ku Rx波束形成網絡(BFN)1241可以由4對4的巴特勒矩陣及一4對1的開關或等效裝置加以實施。

在右側面板描繪了包括地基波束成形(GBBF)設備412和連向地面網路的閘道418的地面處理設備410的功能流程圖。在一前景鏈結，從地面IP網絡418進入的交通會經過許多發射功能，包含解調為指定的波束訊號。在由Ku Tx前端411T進行頻率向上轉換以及功率放大前，解調的波束訊號通過多波束發射數位波束成形發送器(Tx DBF)，然後由Ku發射天線輻射送出(未圖示)。

在一背景鏈結，訊號被Ku傳送天線(未圖示)被擷取且此訊號係被低雜訊放大器調節且被Ku Tx前端411R進行過濾及頻率向下載換，然後訊號被送至一多波束Rx數位波束成形(Rx DBF)，從陣元訊號轉換成波束訊號。這些回收的波束訊號將經歷許多接收功能，包括解調指定的波束訊號，其中此訊號可能是通過指定閘道418至地面IP網路的輸出流量。

在中間的底部面板的第4個主要功能塊是針對在Ku頻段的饋線鏈結通訊的返回鏈接傳送器(Tx)負載1230。載體上在Ku頻段的4個陣元陣列係程式化成去驅動指向往地面處理中心410的接收波束。所述Ku波束成形器(BFN)1231可以由4對1的巴特勒矩陣及一4對4的開關或等效電路加以實施。

載體上的饋線鏈結天線1240及1230是傳統的“程式驅動”，而不是"反向天線"。

第五個功能塊是前景通訊在一背景鏈結L/S頻段裡的負載1210。有四個接收元件D1、D2、D3以及D4 1212；其中每一個係由一個低雜訊放大器，一個BFP，以及一個向上轉換器1211以連接至Ku頻段。此處沒有對天線在手機的頻率的波束成形處理。四個接收到的訊號從4個Rx子陣列FDM多工1215向上轉換到一單一的串流1101，然後將其功率放大，並經由4個元件的 Ku陣列1230傳送到一地面設備4。所述Ku Tx波束成形器(BFN)1231可以由一1對4開關以及一4對4的Tx巴特勒矩陣(BM)加以實施。在Tx BM的4個個別輸出訊號將被連接到一主動式陣列陣元。

圖12A中，簡化方塊圖係針對一無人機之一通訊負載與救援隊成員在4.9GHz緊急頻段之通訊。其幾乎等同於圖12，除了: 1. 前景通訊的操作是在公共安全頻段；如在美國的700 MHz 或 4.9 GHz。 2. 載體上的Ku/Ka饋線鏈結是透過反向天線陣列1100以取代命令去驅動陣列1230和1240：             i. 在1102的介面係用於前景鏈結，在1101的介面係用於返回鏈接。             ii. 圖11揭露了詳細的反向天線陣列。 3. 地面處理同於圖12中之410。

這裡有三個主要的功能塊；從左上角以順時針方向依序為: 1. 前景鏈結傳送器(Tx)的負載1220係在前景通訊的公眾安全頻段上， 2. 饋線鏈結負載1100：             i.前景鏈結接收器(Rx)的負載1240係在饋線鏈結通訊的Ku/Ka頻段上，以及             ii.背景鏈結傳送器(Tx)的負載1110係在饋線鏈結通訊的Ku/Ka頻段上，以及 3. 返回鏈接接收器(Rx)的負載1210係在前景通訊的L/S頻段上。

在右上角的第一個主要功能塊的前景鏈結傳送器(Tx)的負載1220係在前景通訊的L/ S頻段上；訊號流係由右至左。所述前景鏈結訊號1102被載體上Ku陣列1100適當地標示為"陣元訊號"，且其係被一地基波束成形(GBBF)為了在L/S頻段的4個Tx元件1222而進行處理。從後勤通道的前景鏈結訊號1102在被4個子陣列D1、D2、D3以及D4 1222進行輻射之前，其係經過分頻多工解多工1225、向下頻率轉換、過濾以及放大1224處理。這裡所有的公眾安全頻段不存在載體之波束成形處理。

在右側所描述的第二功能塊是在Ku/Ka頻段1100的4個陣元反向天線陣列。所述陣列陣元1132可以具有窄型設計和近形設計。Rx多波束成形處理是通過2維巴特勒矩陣(BM)1121後面的一對開關矩陣(ST)1122。第一個是經由一個緩衝放大器1102a連接到介面1102的主訊號路徑。前兩個ST 1122是由一波束控制器1142所控制，此波束控制器1142係決定那一個波束位置去切換至可接收由地基波束成形(GBBF)設施412上傳之前景鏈結陣元訊號。同樣地，在背景鏈結的Ku/Ka頻段Tx負載裡，前景通訊負載1210須轉發一FDM多工和頻率向上轉換的陣元訊號至介面1101，此陣元訊號係為公共安全頻段接收元件的訊號(如700 MHz 或4.9 GHz)所述FDM多工訊號將通過一ST 1112以及一BM 1111。此4個輸出訊號係由BM 1111適當地定相，再由功率放大器1113進行放大，然後由窄形設計陣元1132進行輻射。由於在BM 1111的前階段個別陣元訊號的傳遞期間取消產生相位差異在的傳遞，在遠場所指定的波束位置的輻射訊號應在空間上被連貫地組合。

可依據由2個ST 1122中的第2個所導出的資訊來決定目前的"波束位置"，此第二個ST也是由波束控制器1142所控制的。此第二個ST係在可能的波束位置與診斷波束輸出中不斷進行切換或旋轉。從第二個ST將收集的資料將用於載體上的處理器1140，其中記錄的資料係用以確定哪些是當前關聯至所需訊號的最強訊號水準的一波束位置，此所需訊號係由他們獨特的特徵所定義而來。然後，針對有關目前反向天線的波束位置之Rx主訊號，波束控制器將用來告知Tx ST 1112以及ST(前兩個Rx ST 112)。

第三個功能塊是前景通訊在公眾安全頻段的一返回鏈接裡負載1210。有四個接收元件D1、D2、D3以及D4 1212；其中每一個係由一個低雜訊放大器、一個BFP以及一個向上轉換器1211所連接至Ku頻段。此處沒有對天線在手機的頻率的波束成形處理。四個接收到的訊號從4個Rx子陣列FDM多工1215向上轉換到一單一的串流1101，然後將其功率放大，並經由一個4元件的反向(Retrodirective) Ku/Ka陣列1100傳送到一地面設備4。

圖12B係為針對一無人機之一通訊負載與救援隊成員在4.9GHz緊急頻段之通訊的簡化方塊圖。此載體上之波束成形幾乎等同於圖12A，除了: 1.一個載體的多波束Tx波束成形器(BFN)1225B在公共安全頻段的前景通訊取代了一分頻多工解多工器1225。 2. 一個載體的多波束Rx波束成形器(BFN)1215B在公共安全頻段的前景通訊取代了一FDM解多工器。

此實施例顯示使用反向天線、地基波束成形(GBBF)及饋線鏈結等化器之WF覆用解多工以實作無人機基礎通訊的架構及方法。等化器包括針對不同相位及振幅所引發訊號傳遞時穿越多條路徑之校正和補償。以下幾種方案都將遵循； 1. 隨著地基波束成形(GBBF)、反向天線以及圖13A中在波前解覆用器前的載體上適應性前景鏈結之均衡/優化迴路。 2. 如圖13B所示之相關地面處理。 3. 隨著地基波束成形(GBBF)、反向天線以及圖14A中在波前解覆用器前的地面適應性前景鏈結之均衡/優化迴路。 4. 如圖14B所示之相關的地面處理。 5. 如圖15所示之在地面處理設施的複數個DBF。 圖13A係為針對一無人機之一通訊負載與救援隊成員在4.9GHz緊急頻段之通訊簡化方塊圖。此為地基波束成形(GBBF)，其功能塊同於圖12之描述，除了WF覆用/解覆用技術係用於饋線鏈結之校正以及補償。

這裡有三個主要的功能塊； 從左上角以順時針方向依序為: 1.                       用於前景通訊的公眾安全頻段上的前景鏈結傳送器(Tx)的負載1320， 2.                       饋線鏈結負載1100： i.            用於饋線鏈結通訊的Ku/Ka頻段上之前景鏈結接收器(Rx)的負載，以及 ii.       用於饋線鏈結通訊的Ku/Ka頻段上之背景鏈結傳送器(Tx)的負載，以及 3.                       用於前景通訊的公眾安全頻段上返回鏈接接收器(Rx)的負載1310。

在右上角的第一個主要功能塊的前景鏈結傳送器(Tx)的負載1320係在公眾安全頻段上，舉例來說，針對前景通訊；訊號流係由右至左。所述前景鏈結陣元訊號1102被載體上Ku陣列1100適當地標示為"陣元訊號"，且其係被一GBBF為了在一公眾安全頻段的4個Tx陣元1222而進行處理。前景鏈結訊號1102已經在一GBBN設備內隨著診斷訊號進行波前覆用，並通過後勤通道前景鏈結到一無人機。所述接收的陣元訊號是FDM解多工1225以復原WF覆用訊號，此WF覆用訊號是在連接至一WF解覆用器1324dx前，由一組適應性等化器1324A進行處理。WF解覆用器1324dx的許多輸出訊號在被4個子陣列D1、D2、D3以及D4進行輻射之前，其係經過頻率向下轉換、過濾以及放大1224處理。這裡所有的公眾安全頻段不存在載體之波束成形處理。一些WF解覆用器1324dx的輸出訊號1326被復原成診斷訊號1326，其係由診斷處理器1325映射所述復原的診斷訊號至一單獨定義且積極的成本函數。總成本為全部成本函數之總和且其係用於一反覆運算優化處理，此反覆運算優化處理1323根據一成本最少演算法估計在每次反覆運算時針對適應性等化器1324A的一組新權重。當完全均衡了總成本的目前優化，其將小於一個小的正閾值。

在右側所描述的第二功能塊是在Ku/Ka頻段1100的4個陣元的反向天線陣列。

第三個功能塊是前景通訊在公眾安全頻段的一返回鏈接裡負載1310。有四個接收元件D1、D2、D3以及D4 1212；其中每一個係由一個低雜訊放大器、一個BFP以及一個向上轉換器1211以連接至Ku頻段。此處沒有對公眾安全頻率的波束成形處理。經放大且頻率向上轉換至一共同IF頻帶後的四個接收陣元訊號係被連接到一個WF覆用器1314的多輸入單元。幾個探測訊號1316係連接到許多WF覆用器1314的剩餘單元以作為診斷訊號。所述輸出埠或波前元件(wfc)埠係連接到具有多工單獨串流訊號1101的一輸出之一FDM多工器1215，其係經由4陣元之反向天線Ku/Ka陣列1100至一地面設備1310進行傳送及功率放大，如圖13B所示。

在前景通訊的前景鏈結Tx負載以及相關的背景鏈結Rx負載可能會在L/S頻段移動通信頻段，2.4 GHz的ISM頻段，或者其他頻段。

圖13B顯示一地面處理設備1310的功能流程圖，其包含: 1. 接收處理區塊；             a. Ku接收器(Rx)前端 411R，             b. WF解覆用器1314dx及相關的適應性等化器1314a，                         i. 具有一診斷單元1315及一優化處理器1313的一個反覆運算優化迴圈，                         ii.在返迴鏈結方向裡饋線鏈結之均衡，             c. Rx DBF 781，             d. 其他Rx功能包含面對地面網路418 WF的閘道功能782。 2.傳送處理區塊；             a. 其他傳送(Tx)功能包含面對地面網路418 WF的閘道功能752，             b. Tx DBF 751，             c. WF覆用1324x，以及             d. Ku頻段傳送器(Tx)前端411T。

圖14A係為針對一無人機之一通訊負載與救援隊成員在4.9GHz緊急頻段之通訊的簡化方塊圖。此為地基波束成形(GBBF)，其功能塊同於圖13A之描述，除了WF解覆用器1324dx的適應性等化係用於執行在地面的預補償方案之外。

這裡有三個主要的功能塊；從左上角以順時針方向依序為: 1.                       前景鏈結傳送器(Tx)的負載1420係在前景通訊的公眾安全頻段上， 2.                       饋線鏈結負載1100，             iii. 用於饋線鏈結通訊的Ku/Ka頻段上之前景鏈結接收器(Rx)的負載，以及             iv. 用於饋線鏈結通訊的Ku/Ka頻段上之背景鏈結傳送器(Tx)的負載，以及 3.                       用於前景通訊的公眾安全頻段上之返回鏈接接收器(Rx)的負載1410。

在右上角的第一個主要功能塊的前景鏈結傳送器(Tx)的負載1420係在公眾安全頻段上，舉例來說，針對前景通訊；訊號流係由右至左。所述前景鏈結陣元訊號1102被載體上Ku陣列1100適當地標示為"陣元訊號"，且其係被一地基波束成形(GBBF)為了在一公眾安全頻段的4個Tx陣元1222而進行處理。前景鏈結訊號1102已經在一GBBN設備內隨著診斷訊號進行波前覆用，並通過後勤通道(在饋線鏈結)前景鏈結到一無人機。所述接收的陣元訊號是FDM解多工1225以復原WF覆用訊號，此WF覆用訊號係連接至WF解覆用器1324dx。WF解覆用器1324dx的許多輸出在被4個Tx陣元(或子陣列)D1、D2、D3以及D4進行輻射之前，其係經過頻率向下轉換、過濾以及放大1224處理。這裡所有的公眾安全頻段不存在載體之波束成形處理。

一些WF解覆用器1324dx的輸出1326被復原成診斷訊號1326，其係由診斷處理器1325映射所述復原的診斷訊號至一單獨定義且積極的成本函數。處理過的診斷訊號和/或衍生的成本函數將經由一WF覆用器1314的額外輸入單元1316被傳遞回到地面處理設備，其中輸入單元1316係用於背景鏈結校正並安裝置WF覆用器1314上。

總成本為全部成本函數之總和且其係用於一反覆運算優化處理1323(在此處理設備)以估計在每次反覆運算時針對適應性等化器1324A的一組新權重。所述反覆運算優化處理係基於一成本最小演算法。當完全均衡了總成本的目前優化，其將小於一個小的正閾值。

在右側所描述的第二功能塊是在Ku/Ka頻段1100的4個陣元反向天線陣列。

第三個功能塊是前景通訊在公眾安全頻段的一返回鏈接裡負載1410。有四個接收元件D1、D2、D3以及D4 1212；其中每一個係由一個低雜訊放大器，一個BFP，以及一個向上轉換器1211以連接至一共同IF或Ku頻段。此處沒有針對在公眾安全頻率的天線陣元1212之載體波束成形處理器。放大且頻率向上轉換至一共同IF頻帶後的四個接收陣元訊號係被連接到一個WF覆用器1314的多輸入單元。少數探測訊號1316係連接到許多WF覆用器1314的剩餘單元以作為診斷訊號。所述輸出埠或波前元件(wfc)埠係連接到具有多工單獨串流訊號1101的一輸出之一FDM多工器1215，其係經由4陣元之反向天線Ku/Ka陣列1100功率放大並傳送至一地面設備1310，如圖14B所示。所述診斷訊號1316將包含在饋線鏈結之前景鏈結裝置的資訊(衍生資料及/或接收之診斷波形1326)。

在前景通訊的前景鏈結Tx負載以及相關的背景鏈結Rx負載可能會在L/S頻段移動通信頻段，2.4 GHz的ISM頻段，或者其他頻段。

圖14B顯示一地面處理設備1310的功能流程圖，其包含: 1. 複數個接收處理區塊；             i. Ku接收器(Rx)前端 411R，             ii. WF解覆用器1314dx及相關的適應性等化器1314a:                         a.具有一診斷單元1315及一優化處理器1313的一個反覆運算優化迴圈，                         b.在返迴鏈結方向裡饋線鏈結之等化，             iii. Rx DBF 781，以及             iv.其他Rx功能包含面對地面網路418 的閘道功能782；以及 2. 複數個傳送處理區塊；             i. 其他傳送(Tx)功能包含面對地面網路418 的閘道功能752，             ii. Tx DBF 751，             iii. WF覆用1324x，                         a.在一無人航空機上(on-board)之對一遠端診斷Tx單元1325的一反覆運算優化迴圈，經由1315及一優化處理器傳遞在載體上，                         b.對於前景鏈結方向裡饋線鏈結的適應性等化器1324a，以及    iv. Ku頻段傳送器(Tx)前端411T。

圖15顯示在一地基波束成形(GBBF)設備的一Rx DBF 處理781以及一Tx DBF處理。在Ku Rx前端411R復原的基頻產生陣元訊號78105係由複數個類比數位轉換器(A/Ds)78101轉換為數位格式，且複製成N組；每一個Rx波束都具有一獨特的波束權重向量(BWV)78106。每一個陣元訊號係經由BWV 78106的複雜元件即時(real time)透過一複數乘法器78102賦予權重，接收的陣元訊號係經由一加法器或組合器78103的加權總和而變成了一個由無人機的BWV及現有陣列幾何所指定的即時Rx波束的N個波束輸出78104中的其中一個。此N波束輸出78104再送至之後的接收器處理782，如頻道化，同步以及包含用戶經由公眾網路418傳送到目的地之前的解調。

針對Tx DBF處理751，此訊號流為可逆的。來自不同來源的訊號被解調、多工、分組到多個波束訊號752，並由在一無人機的前景通訊Tx陣列1222指定欲被轉發的波束位置。每個波束訊號係複製成M個複製或被1至M個除法器75103分割，每個波束訊號係由BWV 75106的m個元件分別進行加權。此權重由M個複數乘法器75102進行。針對N個 Tx波束其存在N組m個加權陣元訊號。最後一組的m陣元訊號，係作為N組個別加權M陣元訊號之總和，在被Ku Tx前端進行頻率向上轉換且功率放大前，此m陣元訊號係被D/As 75101再轉換為類比格式。

圖16係繪示了與圖1的差異。其繪示了使用三個分開的無人機作為緊急及災難求助之移動平臺，無人機平臺M1作為救援隊成員之通訊, UAV M2作為緊急行動裝置及/或固定式之無線基地台之替代品，以取代現有的行動電話及/或使用wifi通訊協定之個人通訊裝置。第三無人機平臺的M3經由被動射頻感測器進行即時成像和監控，此被動射頻感測器包括雙靜態雷達衛星利用射頻輻射作為射頻照射源。

這三個平臺都經由Ku和/或Ka頻段頻譜之饋線鏈結以連接到一地面站通信樞紐110，此地面站通信樞紐110係作為一閘道並用以獲得一地面網絡101。因此，救援工作在一覆蓋區域130內時，將可透過地面通信樞紐110存取即時影像以及使救援隊成員與調度中心進行通訊。一無線臨時網路通訊也將提供給在災難/緊急恢復區130之居民，使居民能透過個人設備與外部、救援團隊、及/或災難/緊急恢復之部門進行通訊。

三個平臺M1，M2和M4的饋線鏈結均為相同的Ku和/或Ka頻段，不同之處在於三者之負載(P/L)，第一無人機平臺M1上之負載可在救援隊成員間啟動一公共安全頻譜通訊之網路，第二無人機平臺M2上之負載可以在L/S頻段恢復居民的行動電話及/或固定式無線通訊，且第三無人機平臺M3上之負載係一即時監控用的射頻影像探測器。

以下討論三種獨立技術，(1)反向天線陣列技術，(2)地基波束成形技術，以及(3)波前覆用技行以及波前解覆用技術(WF muxing/demuxing)饋線鏈結之回復指令鏈結是使在饋線鏈結上的無人機平臺之負載能與指定的地面站通信樞紐更有效率地進行溝通、能使用較少的耗電量，能從一更遠的距離到達地面通信樞紐，及/或產生更多的產能。

RF負載可具有被動傳感器，如RF輻射計或雙基雷達接收器；這兩者都具有地基波束成形(GBBF)技術或遠端波束成形(RBF)技術的架構，其使用較小SW＆P的負載以支援並完成設計無人機平臺的基礎通信。來自一雷達接收器陣列的多個追蹤波束將透過一個在移動通信樞紐110的地基波束成形(GBBF)設備而形成(圖未示出，但類似於圖4中的1412)。從無人機M4的動態診斷波束可用以協助任務。

對於雙基雷達接收器的功能，無人機M4將配備從一衛星140通過一直接路徑141以擷取射頻輻射的能力，以及擷取那些由地球表面反射，並通過反射路徑142在地球表面上或靠近地球表面的物件。從直接路徑141的輻射和來自反射路徑之間的相關性，提供了接近或在地球表面上目標物的反射表面的判別資訊 。因此，可導出射頻反射表面的影像。

許多M4可以被同時部署。對於各種雙基雷達應用，從衛星的RF輻射有許多選擇，如衛星140。我們針對全球涵蓋的無人機M4可選擇在L頻段的RF輻射從GNSS衛星在地球中軌道(MEO)或地球同步地球軌道(GEO)。從低地球軌道(LEO)通訊衛星的L/S頻段輻射應被視為一候選人。強大的Ku頻段輻射係來自於許多電視直播衛星輻射或S頻段衛星數位音頻無線電(SDARS)，此S頻段衛星數位音頻無線電係來自地球同步軌道或傾斜軌道的衛星以用於陸地或接近陸地面積涵蓋。Ka頻段點波束靠近從MEO/ GEO衛星所涵蓋赤道的附近，C頻段靠近從GEO衛星涵蓋全球，UHF全球涵蓋及Ku頻段區域涵蓋可同時使用在多頻譜使用各種輻射的特別任務，此多頻譜係來自不同衛星的頻譜從相同的圖像覆蓋的體現。這些技術是根據從兩條路徑來的訊號間之關聯性此直接路徑訊號作為"雷達照射"來引用，且反射輻射係從目標區域或靠近地球表面之物件的雷達回波。

從無人機M4上陣列之陣列陣元的多個接收訊號將透過饋線鏈結裡的後勤通道被傳送至所述地基波束成形(GBBF)設備。在饋線鏈結校正後勤通道的許多應用中，波前覆用及解覆用技術將應用於無人機M4以啟動一簡單及具成本效益的地基波束成形(GBBF)。

在這裡使用圖示來描繪地基波束成形(GBBF)之架構。然而，類似之RBF架構將針對在可移動的平臺上、可重新定位的、固定的、及/或所有所有上述的組合，以執行遠端波束成形功能。

無人航空機上(on-board)之通訊負載之特徵係強調如下； a. Ku饋線鏈結的反向天線: 無人機的Ku頻段陣列係用來當饋線鏈結天線以來回轉移所有訊號從L/S或C頻段陣元頻道至一閘道，其中一簡易的地基波束成形(GBBF)處理將執行Tx及Rx陣列函式，包含波束成形，波束轉向，波束整形，空轉向，和/或對多個並行波束的零展寬。Ku頻段的“智慧”陣列將通過機上(on-board)之的類似波束成形器(BFN)和波束控制器技術配備了反向天線。對於一個二維4陣元陣列具有間距0.5波長來說，所述3分貝波束之寬度係配置小於50度。 b. 遠端波束成形網路(RBFN)或者地基波束成形(GBBF)。 c. 數位波束成形將由位於閘道設備的地基波束成形(GBBF)處理器使用FPGAs及PCs加以實施。此處理器將對無人航空機上(on-board)之之前景陣列執行遠區域波束成形。一個單獨閘道將支援多個無人機；針對救援團隊，至少有一個通訊網路是在4.9 GHz；在災區的另一個組織則使用現有的手機頻段。針對當地組織，所述無人機係作用於商用手機頻段，並且是更換可能已被損壞的手機訊號塔。 d. 波前覆用/解覆用(WF覆用/解覆用): WF覆用/解覆用轉換包含兩個獨立特徵；(1)在WF向量間之正交；及(2)冗餘性及訊號安全性。第一特徵係用以(a)對於遠端波束成形網路(RBFN)/地基波束成形(GBBF)，在饋線鏈結傳遞上之後勤通道校正，以及(b)相干功率來自於結合各種無人機的不同頻道之訊號接受器第二特徵係用以(c)透過無人機的具冗餘性的安全傳輸。 另外，在我們大部份的例子中，在頻率域中，多個通訊頻道如分頻多工(FDM)之頻道和/或在各種平臺相同頻率的(空間分多工)頻道已被表示出來。WF覆用/解覆用可以利用並行通道等傳統多工通道，如TDM，CDM，或所有上述的組合來實現。 e. 在地基波束成形(GBBF)的連續校正能力: 地面處理器必須有幾何的"現有知識"、位置以及在空中平臺載體上陣列的取向。有鑑於此，一即時連續校正之功能係用來補償因傳遞的變化，動態陣列幾何，非平衡電子頻道，和/或老化的電子效應。校正包括通過即時優化過程以得到修正和調整波束權重向量(BWVs)的子陣列之間的時間延遲調整，幅度和相位。它們在陣列幾何是高度依賴的。 f. 互相關(Cross-correlation)技術 這些技術有助於校正在有效率地改善對各種波束位置的多個訊號通道之均衡性。對於分散式動態陣列的連續校正能力，緩慢變化的子陣列位置和方向的精確資訊可顯著放寬。

101‧‧‧地面網路
110‧‧‧地面通信樞紐
120‧‧‧無人機
130‧‧‧覆蓋區域/災難/緊急恢復區
210‧‧‧L/S頻段之前景鏈結負載(P/L)
211‧‧‧多波束天線
212‧‧‧波束訊號
213‧‧‧雙工器
214‧‧‧L/S頻段的低噪訊放大器
215‧‧‧功率放大器
217‧‧‧多波束天線
220‧‧‧變頻單元
230‧‧‧饋線鏈結負載
231‧‧‧多工裝置
232‧‧‧解多工裝置
233‧‧‧I/O雙工器
234‧‧‧Ku/Ka頻段之低雜訊放大器
235‧‧‧功率放大器
236‧‧‧饋線鏈結天線
1301‧‧‧波束
1302‧‧‧波束
1303‧‧‧波束
310‧‧‧前景負載
312‧‧‧波束訊號
410‧‧‧地面站通信樞紐
411‧‧‧前端
412‧‧‧地基波束成形(GBBF)處理器
413‧‧‧移動通信樞紐
420‧‧‧前臺鏈接
436‧‧‧地面用戶
450‧‧‧Ku/Ka頻段饋線鏈結
480‧‧‧地面網路
550‧‧‧饋線鏈結
633‧‧‧多追蹤波束終端機
620-1a‧‧‧無人機
620-1b‧‧‧無人機
620-1c‧‧‧無人機
620-1d‧‧‧無人機
710‧‧‧地面站通信樞紐
714‧‧‧波前覆用/解覆用處理設備
450a‧‧‧第一向下鏈接
450b‧‧‧第二向下鏈接
450c‧‧‧第三向下鏈接
450d‧‧‧第四向下鏈接
712‧‧‧波前覆用器
721‧‧‧降頻轉換器
722‧‧‧陣列陣元
723‧‧‧波束形成網路
724‧‧‧波前解覆用處理
725‧‧‧接收、解調器
741‧‧‧適應性等化器
742‧‧‧波前解覆用器
743‧‧‧優化處理
744‧‧‧診斷訊號ps與復原導頻訊號S4間的比較
745‧‧‧多波束接收器陣列
751‧‧‧多波束成形處理器
752‧‧‧分頻多工器
753‧‧‧射頻前端位元
762‧‧‧功率放大器
763‧‧‧多波束傳輸之波束成形網路
764‧‧‧波前覆用器
765‧‧‧發射器
781‧‧‧數位波束成行接收器
782‧‧‧分頻解多工器
783‧‧‧射頻前端位元
811‧‧‧解調器
812‧‧‧分時解多工器
813‧‧‧分時多工器
814‧‧‧波前覆用器
816‧‧‧調節器
824‧‧‧解調器
841‧‧‧多波束接收陣列
842‧‧‧先進波前解覆用處理
843‧‧‧分時多工器
862‧‧‧分時解多工器
864‧‧‧波前覆用器
866‧‧‧調節器
910‧‧‧地基波束成形處理設備
912‧‧‧正交模轉換器
914‧‧‧波前覆用器
915‧‧‧多個波束輸入
916‧‧‧診斷訊號
930‧‧‧轉發過程
931‧‧‧定向天線
932‧‧‧正交模轉換器
933‧‧‧射頻前端位元
934‧‧‧分頻解多工器
937‧‧‧頻率向上轉換器
938‧‧‧功率放大器
939‧‧‧發射陣元
941‧‧‧適應性等化器
942‧‧‧波前解覆用器
943‧‧‧優化處理
944‧‧‧復原診斷訊號
945‧‧‧受污染的復原診斷訊號
962‧‧‧正交模轉換器
963‧‧‧射頻前端位元
964‧‧‧分頻多工器
967‧‧‧頻率轉換器單元
968‧‧‧陣列陣元
969‧‧‧低雜訊放大器
971‧‧‧適應性等化器
972‧‧‧波前解覆用
974‧‧‧診斷訊號
977‧‧‧反覆運算演算法優化處理
982‧‧‧正交模轉換器
985‧‧‧多個波束輸入
1011a‧‧‧用戶Xa前景鏈結信號
1011b‧‧‧用戶Xb前景鏈結信號
1011c‧‧‧用戶Xc前景鏈結信號
1041a‧‧‧用戶Xa信號
1041b‧‧‧用戶Xb信號
1041c‧‧‧用戶Xc信號
1100‧‧‧無人機的Ku頻段陣列
1101‧‧‧單一的串流
1102‧‧‧前景鏈結訊號
1110‧‧‧背景鏈結傳送器的負載
1111‧‧‧2對2巴爾特矩陣
1112‧‧‧1對4切換樹
1113‧‧‧功率放大器
1121‧‧‧2對2巴爾特矩陣
1122‧‧‧4對1切換樹
1123‧‧‧低雜訊放大器
1131‧‧‧雙工器
1132‧‧‧陣列陣元
1140‧‧‧波束控制器
1141‧‧‧反向天線演算法
1142‧‧‧波束控制器
1143‧‧‧新的波束位置
1144‧‧‧診斷波束
1210‧‧‧返向鏈接接收器的負載
1211‧‧‧向上轉換器
1212‧‧‧天線陣元
1215‧‧‧分頻多工器
1220‧‧‧前向鏈結傳送器的負載
1221‧‧‧2對2巴爾特矩陣
1222‧‧‧L/S頻段的Tx陣元
1224‧‧‧放大處理
1225‧‧‧分頻解多工器
1230‧‧‧返回鏈接傳送器(Tx)負載
1231‧‧‧Ku Tx波束成形網路
1240‧‧‧前向鏈結接收器的負載
1241‧‧‧Ku Rx波束形成網絡
1102a‧‧‧緩衝放大器
1215B‧‧‧多波束Rx波束成形網路
1310‧‧‧公眾安全頻段上返回鏈接接收器(Rx)的負載
1313‧‧‧優化處理器
1314‧‧‧波前覆用器
1314a‧‧‧適應性等化器
1314dx‧‧‧波前解覆用器
1315‧‧‧診斷單元
1316‧‧‧探測訊號
1320‧‧‧公眾安全頻段上的前景鏈結傳送器的負載
1323‧‧‧優化處理器
1324A‧‧‧適應性等化器
1324x‧‧‧波前覆用
1324dx‧‧‧波前解覆用
1325‧‧‧診斷處理器
1326‧‧‧診斷訊號
411T‧‧‧Ku Tx前端
411R‧‧‧Ku Tx前端
1410‧‧‧公眾安全（ISM）頻段上之返回鏈接接收器(Rx)的負載
1420‧‧‧前景鏈結傳送器(Tx)的負載
75101‧‧‧類比數位轉換器
75102‧‧‧複數乘法器
75103‧‧‧除法器
75104‧‧‧波束輸出
75105‧‧‧陣元訊號
75106‧‧‧波束權重向量
78101‧‧‧類比數位轉換器
78102‧‧‧複數乘法器
78103‧‧‧加法器或組合器
78104‧‧‧波束輸出
78105‧‧‧陣元訊號
78106‧‧‧波束權重向量

圖1 繪示了使用三架個別的無人機(UAV)作為緊急及災難求助之移動平臺的方案; 第一架無人機M1作為救援隊員之間的移動通信平臺，第二架無人機M2作為居民緊急更換通訊的移動通信平臺；是通過居民現有的移動電話和/或使用WiFi個人通信設備進行通信的。 UAV M3作為災區照像監護的移動通信平臺；災區照像可用無人機機上的光學，紅外線，射頻傳感器。   圖2  繪示一套利用無人機之無線通訊系統的簡化方框圖，並標示機上Ku或Ka波段之饋線鏈路以及在L / S波段之前景鏈結。並且也標示了機上有一組波束成形器(BFN) 用來服務某一前景覆蓋區域。饋線鏈路也被稱為背景鏈結， 背面通道，或後勤通道。   圖3  繪示一套利用無人機之無線通訊系統的簡化方框圖，並標示機上Ku或Ka波段之饋線鏈路，以及在L / S波段之前景鏈結。但機上沒前景區的波束成形器(BFN)。饋線鏈路也被稱為背景鏈結， 背面通道，或後勤通道。                 圖4  繪示了一架M1a小型無人機經由地基波束成形(GBBF) 再透過多波束前景通信為L/S頻段之居民執行通信中繼任務的方案。        圖5  繪示了4架緊密空間編隊飛行的小型無人機的經由地基成形波束(GBBF) 再通過饋線鏈路及前景通信多波束為在前景區居民執行L/S頻段之通信中繼任務的方案。此4架無人機緊密編隊是在一米或一米以下的間隔空間。        圖6  繪示了4架空間編隊飛行小型無人機的經由地基波束成形(GBBF) 再通過饋線鏈路及前景通信多波束為在前景區居民執行L/S頻段之通信中繼任務的方案。此4架無人機緊密編隊是在一公里上下的間隔空間。圖6顯示的操作場景與地基梁通過饋線鏈路形成和前景環節為用戶組建多架無人機。多波束終端的用戶可以採取跟蹤多架無人機的優勢，通過頻率複用，來倍增通訊通道容量。        圖7  繪示了4架空間編隊飛行小型無人機的經由地基波束成形(GBBF) 再通過饋線鏈路及前景通信多波束為在前景區居民執行L/S頻段之通信中繼任務的方案。此4架無人機緊密編隊是在一公里上下的間隔空間。多無人機基礎的通訊功能前景通信多波束。波前覆用/解覆用（WF覆用/解覆用）技術被用來在前景鏈接中之一台用戶終端機裡通過“相干功率合成”的技術來組合從各架無人機相元或次相陣發射的無線信號（正向鏈路），或在某一地面(通信)樞紐通過“相干功率合成”的技術來組合從各架無人機相元或次相陣接收的無線信號（返回鏈路）。多波束終端的用戶可以採取跟蹤多架無人機的優勢，通過頻率覆用，來倍增通訊通道容量。        圖7a和7b示出WF覆用/解覆用方法中“相干功率合成”的操作原理。通過了3位用戶及多組通道信號覆用來說明“相干功率合成”。圖7a是用於正向鏈路顯示一套分佈在地基波束成形(GBBF)設備中之一組WF覆用器以及一組在先進用戶終端機633中的WF解覆用器之一幅流程圖，組而圖7b示出的是一幅用於返回鏈路的功能框圖。其係在一組先進的用戶終端機與相對應在搭配有一組GBBF地面設備之WF覆用/解覆用處理設備裡的WF解覆用器之細部流程圖。            圖8a，8b和8c示出了波前覆用/解覆用方法中“信號冗餘和安全”的操作原理。圖8a是用於正向鏈路，而圖8b示出一幅用於返回鏈路的功能框圖。圖8c描繪了通過4架無人機及使用非相干數據傳輸的一個波前覆用/解覆用的算例。它適用於前向和返回鏈路。           圖9a，9b和9c示出了示出了波前覆用/解覆用方法中“饋線鏈路校準和補償”的操作原理。 饋線鏈路校準和補償通過波前複用/解複用的原理。圖9a是用於正向鏈路與UAV機上的優化處理的功能方框圖，圖9b為具有預失真技術的正向鏈路與地面上的優化處理的功能方框圖，和圖9c的功能框圖用於反向鏈路的功能框圖與地面上的優化處理。        圖10a，10b和10c示出了如何通過波前覆用器712 把3位元用戶信號做多通道波前覆用轉換，針對三個分隔的用戶XA，XB以及XC同時使用4架無人機之四組獨立的通訊資源，並在其接收器中分別做多通道波前解覆用轉換而達成 “相干功率合成”。所有的簡化框圖顯示了對前向鏈路的目的地在信號源的多通道波前覆用操作和多通道波前解覆用分解操作。圖10a是一幅從地面樞紐到第一用戶的前向鏈路的功能框圖，圖10b是一幅從地面樞紐到第二用戶的前向鏈路的功能框圖，以及圖10c是一幅從地面樞紐到第三用戶的前向鏈路的功能方框圖。        圖11  顯示一幅在一架無人機機上(on-board)之Ku頻段反向天線陣列的天線功能框圖。這組天線是用於Ku頻段饋線鏈路； 連接某一地面處理設施和此架無人機的反向天線。          圖12描述了通過在無人機饋線鏈路上一組4相元的機上相陣和地基波束成形(GBBF)設備之間移動通信架構； 此通信架構是由三組功能塊之間的連接而 組成的; （1）在無人機機上的返回鏈路的有效載荷和饋線鏈路有效載荷，（2）與地基波束形成處理設備，和（3）機上饋線鏈路有效載荷和正向鏈路的有效載荷。所有三個功能塊的第一層功能的細節說明。機上的饋線鏈路是由一列四元相陣列天線及其機上波束形成器來保持。但正向鏈路的前景通信是使用沒有機上波束形成器的有效載荷。        圖12a 係針對一架無人機機上之一組通訊負載與救援隊成員間在4.9GHz緊急頻段之通訊。機上的饋線鏈路是由一列四元相陣列天線及其反向波束形成器來保持板載饋線鏈路。 但正向鏈路的前景通信是使用沒有機上波束形成器的有效載荷來實現。      圖12b 係為針對一架無人機機上之一組通訊負載與救援隊成員在4.9GHz緊急頻段之通訊的簡化方塊圖。機上的饋線鏈路是由一列四元相陣列天線及其反向波束形成器來保持板載饋線鏈路。 同時正向鏈路的前景通信也是使用機上波束形成器的有效載荷來實現。地基樞紐就會沒有地基波束形成器的功能。            圖13a是一幅通過一架UAV機上一組4元陣列的饋線鏈路描繪了兩個與GBBF移動通信體系結構的機上功能塊。係為針對一架無人機機上之一組通訊負載與救援隊成員在4.9GHz緊急頻段之通訊簡化方塊圖. 它與圖12a 相似, 但多了通過波前覆用/解覆用為前向鏈路和反向鏈路的(1)饋線鏈路校準和（2）補償機制。這幅通訊簡化方塊圖注釋（a）在機上返回鏈路負載，和在前向鏈路具有機載優化環路功能的饋線鏈路負載，以及（b）在機上饋線鏈路負載和前向鏈路負載。機上的饋線鏈路是由一列四元相陣列天線及其反向波束形成器來實現。 圖13b顯示一幅地面處理設備的功能流程圖; 描繪了無人機移動通信體系結構與GBBF地面處理設施，通過波前覆用/解覆用在前向和返回鏈接校準和補償機制的功能塊。其中優化環路返回鏈路中WF解覆用是在地面。              圖14a是一幅通過一架UAV機上一組4元陣列的饋線鏈路描繪了兩個與GBBF移動通信體系結構的機上功能塊。係為針對一架無人機機上之一組通訊負載與救援隊成員在4.9GHz緊急頻段之通訊簡化方塊圖. 它與圖12a 相似, 但多了通過波前覆用/解覆用為前向鏈路和反向鏈路的(1)饋線鏈路校準和（2）補償機制。這幅通訊簡化方塊圖注釋（a）在機上返回鏈路負載，和在前向鏈路中沒有機載優化環路功能的饋線鏈路負載，以及（b）在機上饋線鏈路負載和前向鏈路負載。機上的饋線鏈路是由一列四元相陣列天線及其反向波束形成器來實現。         圖14b 顯示一幅地面處理設備的功能流程圖。描繪了移動通信體系結構的功能塊GBBF地面處理設施與校準和補償機制。在成正向鏈路中的一條優化環路利用預失真技術的差分相位和幅度均衡化再通過地面WF解覆用轉換來實現。另一條在返回鏈路中的優化環路也是通過地面WF解覆用轉換來實現。              圖15  顯示在一套GBBF設備中的兩種數字波束形成（DBF）處理器的功能框圖; 其中一項是所述的多波束發射波束形成器（Tx DBF），另一項是一組接收波束形成器（Rx DBF）。       圖16與圖1有少許的差異。其繪示了使用三架無人機分別作為緊急及災難求助之三台移動平臺; 第一架無人機 M1對救援隊員之間的通信，無人機M2是取代無線基站的功能，通過居民現有的移動電別話和/或使用WiFi個人通信設備為居民提供緊急通訊。M4的無人機是利用機上的一組射頻傳感器做為某一雙基地雷達中的一組雷達接收器為災區提供監護服務的；此雷達發射器的幅射是利用已有衛星在覆蓋區射頻發射的無線電波。

101‧‧‧地面網路

110‧‧‧地面通信樞紐

120‧‧‧無人機

130‧‧‧覆蓋區域/災難/緊急恢復區

210‧‧‧L/S頻段之前景鏈結負載(P/L)

211‧‧‧多波束天線

212‧‧‧波束訊號

213‧‧‧雙工器

214‧‧‧L/S頻段的低噪訊放大器

215‧‧‧功率放大器

217‧‧‧多波束天線

220‧‧‧變頻單元

230‧‧‧饋線鏈結負載

231‧‧‧多工裝置

232‧‧‧解多工裝置

233‧‧‧I/O雙工器

234‧‧‧Ku/Ka頻段之低雜訊放大器

235‧‧‧功率放大器

236‧‧‧饋線鏈結天線

1301‧‧‧波束

1302‧‧‧波束

1303‧‧‧波束

Claims (23)

1. 一套通訊系統，係包含：           一組發射器段，具有一複數個傳輸通道之一條傳遞段，以及           一組接收器段；           其中該發射器段在一來源位置輸入將被傳輸之一複數個輸入訊號，執行一波前覆用轉換將該輸入訊號轉換成一波前覆用訊號，在經由該傳遞段以傳送該波前覆用波形至該接收器段之前，利用調變器調變該波前覆用訊號成該波前覆用波形；           其中該傳遞段包含該複數個傳輸通道之一部份以傳送該波前覆用波形；           其中一第一波前覆用波形係傳輸在一第一傳輸通道上；以及一第二波前覆用波形係傳輸在一第二傳輸通道上；           其中位於一目的地之該接收器段係從該傳輸通道接收該波前覆用波形；           其中由一解調器在該被接收之波前覆用波形上執行一解調，以分別轉換該被接收之波前覆用波形為一被接收之波前覆用訊號，再對該被接收之波前覆用訊號執行一波前解覆用轉換以復原該被接收之波前覆用訊號為多個獨立之訊號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之通訊系統，其中該輸入訊號包含數位訊號，類比訊號，數位類比混合訊號，以及欲被傳送至一複數個頻率上操作之多個頻道之一複數個數位訊號串流，其中該多個頻道之數目至少與被接收之數位訊號串流數目一樣多，該通訊系統進一步包含下列操作： 在傳送該波前覆用波形至一傳遞段前，將該波前覆用波形變頻為一傳遞頻帶；以及     在該接收器段的一用戶端接收並變頻從多種通道頻率所接收之該波前覆用波形至一基帶頻率，從而產生一基頻波前覆用波形。
3. 如申請專利範圍第1項所述的通訊系統，其中該輸入訊號包括數位訊號，類比訊號，數位與類比混合訊號，以及欲被傳送至使用一共同頻槽的多個頻道上之一複數個數位訊號串流，其中該多個頻道之數目至少與被接收之數位訊號串流數目一樣多，該系統進一步包含下列操作：           在由不同方向傳送該波前覆用波形至該傳遞段上的多個轉發平臺之前，在該傳送器區段中變頻該波前覆用波形至該傳遞頻帶的一相同頻槽；           該傳遞段上的多個轉發平臺接收並將該波前覆用波形變頻至該傳遞頻帶之該共同頻槽，且在重傳該被變頻後之波前覆用波形至該接收器段之前，放大該被變頻後之波前覆用波形；以及           在利用解調器進行解調之前，在一用戶端接收從多個方向的多個轉發平臺所轉發的該波前覆用波形且將在該接受器段中所接收之波前覆用波形變頻至一基帶頻率，從而產生一多通道的基帶波前覆用波形，並且在使用一波前解覆用處理器前，該解調器將所接收之該基帶波前覆用波形轉換成基帶波前覆用訊號。
4. 如申請專利範圍第1項所述的通訊系統，其中該波前覆用轉換之唯一逆變換等於該波前覆用轉換，且該波前解覆用轉換等同於該波前覆用轉換，且該波前覆用轉換係以在數位基頻下之數位格式或通過類比裝置來實現，其中該類比裝置係選自於由一巴特勒矩陣，一傅利葉轉換對，一阿達瑪矩陣以及一哈特利轉換對所組成的一群組。
5. 如申請專利範圍第1項所述的通訊系統，其中在該波前覆用轉換之N個輸入中至少有一個輸入被設為接地訊號 (數值為0)，且對應於該波前解覆用之埠被用來作認證，其中N ＞ 2。
6. 如申請專利範圍第1項所述的通訊系統，其中該波前覆用轉換之該N個輸入訊號中有M個輸入訊號係設定為接地訊號 (數值為0)，其中M＞ 0以及N＞2，其中該通訊系統經由N個自該傳送器段通過該傳遞段以至該接收器段之並行通訊通道以傳遞(N-M)個獨立訊號串流。
7. 如申請專利範圍第6項所述的通訊系統，其中該傳送器段僅傳送N1個獨立訊號串流至該接收器段，其中N1 ＜ (N-M)，其中該接收器段經由從該傳遞段中之(N-M)個頻道中所接收的任一N1個頻道之波前覆用波形重組該N1個獨立訊號串流。
8. 一無線通訊系統，包含：           一傳送器段， 具有一複數個傳輸通道之傳遞段；以及           一接收器段；           其中該傳送器段在一來源位置輸入將被傳輸之一複數個輸入訊號，執行一波前覆用轉換將該輸入訊號轉換成一波前覆用訊號，利用一調變器調變該波前覆用訊號成一波前覆用波形，經由連接該傳送器段及該接收器段之該傳遞段傳送該波前覆用波形；           其中該傳遞段之該複數個傳輸通道之多個通道在該多個波前覆用訊號間之振幅、相位以及時間延遲上產生差異化之動態影響；           其中一第一波前覆用波形係傳輸在一第一傳輸通道上，以及一第二波前覆用波形係傳輸在一第二傳輸通道上；           其中該第一傳輸通道包含通過一空氣平臺上的一第一通訊通道之傳遞；           其中位於一目的地之該接收器段係從該傳輸通道接收該波前覆用波形，執行解調及轉換所接收之該波前覆用波形成波前覆用訊號，且執行一波前解覆用轉換以復原該被接收之波前覆用訊號成多個獨立之訊號。
9. 如申請專利範圍第8項所述的無線通訊系統，其中該輸入訊號包含數位訊號，類比訊號，數位與類比混合訊號，以及欲被傳送至在該空氣平臺上之一複數個頻率上操作之多個頻道之一複數個數位訊號串流，其中該多個頻道之數目至少與將被接收之數位訊號串流之數目一樣多，該無線通訊系統進一步包含下列操作：           在解調該波前覆用訊號以轉換該波前覆用訊號至波前覆用波形以及在傳送該波前覆用波形至該傳遞段之該空氣平臺之前，變頻該波前覆用訊號至一傳遞頻帶；           接收轉發的波前覆用波形並變頻該接收之波前覆用波形，並於該接收器段的一用戶端解調該波前覆用波形至一基帶頻率，從而產生一基頻波前覆用波形，           其中一波前解覆用處理器對該基頻波前覆用訊號執行波前解覆用轉換以重新組成該數位訊號串流之資料。
10. 如申請專利範圍第8項所述的無線通訊系統，其中該輸入訊號包含數位訊號，類比訊號，數位與類比混合訊號，以及欲被傳送至在各種空氣平臺上使用一共同頻槽的多個頻道上之一複數個數位訊號串流，其中該多個頻道之數目至少與被接收之數位訊號串流數目一樣多，該無線通訊系統進一步包含下列操作：          在解調該波前覆用訊號成波前覆用波形以及傳送該波前覆用波形至該傳遞段之前，將該傳送器段之該波前覆用訊號變頻成在傳遞頻帶之該共同頻槽，該傳遞段包含由多波束天線在不同頻槽中操作一共同頻率的多個空中平臺；          在一用戶端從多個方向利用多種空中平臺以接收所轉發之該波前覆用波形，並在該接收器段解調該被接收之波前覆用波形，從而產生多通道基帶波前覆用訊號。
11. 如申請專利範圍第8項所述的無線通訊系統，其中該輸入訊號包含數位訊號，類比訊號，數位與類比混合訊號，以及欲被傳送至一複數個頻率上操作之多個頻道以及一特定地點之空氣平臺之一複數個數位訊號串流，其中該多個頻道之數目至少與將被接收之數位訊號串流之數目一樣多，該無線通訊系統進一步包含下列操作：           在利用多波束天線傳送解調之該波前覆用訊號至該傳遞段之前，該傳送器段變頻該波前覆用訊號至傳輸頻帶中不同轉發器之指定頻槽，其中該傳遞段包含在不同位置操作各種頻率的多個空中平臺；           在一用戶端從多個方向的多個空中平臺所接收轉發的該波前覆用波形，並在該接收器段變頻所被接收之該波前覆用波形至一基帶頻率，從而產生多通道基帶波前覆用訊號。
12. 如申請專利範圍第11項所述的無線通訊系統，更包含從擁有C-頻段全球覆蓋之衛星、擁有C-頻段形波束覆蓋之衛星、擁有Ku-頻段全球覆蓋之衛星、擁有Ku-頻段形波束覆蓋之衛星、擁有Ku-頻段點波束覆蓋之衛星、靜態覆蓋之衛星、動態覆蓋之衛星通訊頻道以及擁有UHF-頻段全球覆蓋之衛星所組成的群組中挑選出之衛星系統。
13. 如申請專利範圍第11項所述的無線通訊系統，其中一連接至一控制訊號之波前覆用輸入埠具有一對應受波前解覆用控制之輸出埠，其中該受波前解覆用控制之輸出埠為一認証埠，且其中一成本函數被用以測量受控之輸入埠與對應之認證埠間的一差異，其中當該差異小至可忽略時，該成本函數即為最小值。
14. 如申請專利範圍第11項所述的無線通訊系統，其中該波前覆用轉換之唯一逆變換等於該波前覆用轉換，且該波前解覆用轉換等同於該波前覆用轉換，且該波前覆用轉換係以在數位基頻下之數位格式或通過類比裝置來實現，其中該類比裝置係選自於由一巴特勒矩陣，一傅利葉轉換對，一阿達瑪矩陣以及一哈特利轉換對所組成的一群組。
15. 一通訊系統，係包含：           一傳送器段；           一具有複數個多工傳輸通道之傳遞段；以及           一接收器段；           其中該傳送器段在一來源位置輸入將被傳輸之一複數個輸入訊號，執行一波前覆用轉換將該輸入訊號轉換成一波前覆用訊號，並藉由調變該波前覆用訊號成一波前覆用波形後，經由該傳遞段以傳送該波前覆用波形至該接收器段；          其中該傳遞段包含複數個被合併之傳輸路徑以成為現有在該多個波前覆用訊號間之振幅、相位以及時間延遲上產生差異化動態影響之多工通道，          其中一第一波前覆用波形係傳輸在一第一多工傳輸通道上；以及一第二波前覆用波形係傳輸在一第二多工傳輸通道上，          其中位於一目的地之該接收器段係從該多工傳輸通道接收該波前覆用波形，由解調器解調及轉換所接收之該波前覆用波形成波前覆用訊號，且在該接收之波前覆用訊號上執行一波前解覆用轉換以復原該被接收之波前覆用訊號成多個獨立之訊號。
16. 如申請專利範圍第15項所述的通訊系統，其中該第一多工傳輸通道包含通過一第一頻槽之傳遞；其中該第二多工傳輸通道包含通過一第二頻槽之傳遞。
17. 如申請專利範圍第15項所述的通訊系統，其中該第一多工傳輸通道包含通過一第一時槽之傳遞；其中該第二多工傳輸通道包含通過一第二時槽之傳遞。
18. 如申請專利範圍第15項所述的通訊系統，其中該第一多工傳輸通道包含通過具有一第一編碼波形之訊號之傳遞；其中該第二多工傳輸通道包含通過具有一第二編碼訊號之訊號之傳遞。
19. 如申請專利範圍第15項所述的通訊系統，其中該第一多工傳輸通道包含通過具有一第一編碼波形、一第一頻槽以及一第一時槽之組合訊號的傳遞，其中該第二多工傳輸通道包含通過具有一第二編碼訊號、一第二頻槽以及一第二時槽之組合訊號的傳遞。
20. 如申請專利範圍第15項所述的通訊系統，其中該動態通訊系統係為一單向通訊系統，且該動態通訊系統選自：一網路通信樞紐至一用戶端、一用戶端至多數用戶端、一用戶端傳送至一網路通信樞紐以及一網路通信樞紐傳送至另一網路通信樞紐。
21. 如申請專利範圍第15項所述的通訊系統，其中該第一多工傳輸通道包含通過一第一衛星轉發器之傳遞。
22. 如申請專利範圍第15項所述的通訊系統，其中該第一多工傳輸通道包含通過在一空氣平臺上的一第一通訊通道之傳遞。
23. 如申請專利範圍第15項所述的通訊方法，其中該第一多工傳輸通道包含通過一第一地面通訊連接。