JP6794434B2 - 無人航空機及び遠隔操縦機の操作、制御、及びこれらとの通信のために携帯電話ネットワークを使用するためのシステム - Google Patents

無人航空機及び遠隔操縦機の操作、制御、及びこれらとの通信のために携帯電話ネットワークを使用するためのシステム Download PDF

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Description

本発明は無線通信の分野に関し、特に無人及び遠隔操縦航空機に関連する携帯電話ネットワーク運用のためのシステム、方法及びコンポーネントに関する。
現在使用されている一般公衆通信網は、図１に示されるように「セル」ベースで使用されることが多い。このようなシステムでは、より広域の地理領域（１０１）内の携帯電話機又はモバイル機器は、双方向無線通信をより広域領域のサブ領域（１０２）に提供する固定位置ローカル無線トランシーバの分布によってサービス提供される。携帯電話機又はモバイル機器が１つの位置から新たな位置に移動する場合は、これはセルラ無線システム（１０４）内の異なるローカル固定無線トランシーバによって、又は同じローカル固定無線トランシーバの範囲内の異なるセクタ（１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ）によってサービス提供され得る。
無線システム内の固定無線トランシーバは通常、全方向性、又は上空（ｓｋｙｗａｒｄ）に向けてではなく地表に沿って指向性を持つように配向される。このように限定された放射パターンの理由は第１に、民間航空機内にいるときには無線携帯電話機及びスマートフォンの通信は一般に法により禁止されているため、このようなシステム内の無線機器のユーザはほとんど常に物理的に地表に沿っていることに限定されていることであり、第２に、セルラベースの通信システムは、近隣の、又は周辺のセルに入射し得る放射パワーを制限することによって周波数を使用を反復するセル間の干渉を避けることであり、これは固定無線トランシーバに関連するアンテナから発散される放射パターンを制御することによって少なくとも部分的に実施される。セルラベースの無線通信システム内の通常の固定無線トランシーバの放射パターンの略図が図２に示されている。水平、すなわち「グランドプレーンに平行」なパターンは（２００）に示されているのに対して、縦パターンは（２１０）に示されている。
図３の絵図を更に参照すると、縦パターンは更に視覚化可能である。固定セルラ無線トランシーバアンテナシステム（３００）は、通常は地上（３０４）からある距離だけ上のマストに取り付けられ、固定アンテナ（３００）を介してモバイル機器（図示せず）とセルラベース通信システム間のデータグラム又は音声トラヒックを送受信するために使用される特定周波数のいわゆるビーム（３０１）でそのエリアをカバーするアンテナ（３０３）から径方向のある範囲内のモバイル機器と通信できるように設計されている。ビームは通常、５から１０°の有効角度（３０２）に傾斜するように設計され、追加角度５〜１０°（３０５）だけ地上に向けて傾けられてもよい。地上を指向するいわゆる縦サイドローブ（３０６ａ）は実際にアンテナにより近いモバイル機器へのカバレッジ（受信可能範囲）の提供を支援する一方、上空を指向する縦サイドローブ（３０６ｂ）は、通常は使用されず、又は重要ではなく、アンテナシステムの副産物として無視される。
図４を参照すると（４００ａ）、各アンテナ（４０１、４０２）が、地上（４１０）から上方に取り付けられ、実質的に地面に沿った縦の放射パターン（４０１ａ、４０１ｂ、４０２ａ、４０２ｂ）を有しており、固定無線トランシーバが、カバレッジの継続性を確保するために通常のセル型通信ネットワークであり得るようなある設計に従って離隔されている、図３に示された固定無線トランシーバの略図が示されている。当業者には理解されるように、固定無線トランシーバの実際の離隔はカバーされる領域の表面にわたって２次元で行われ、周波数再使用パターンは、１つの固定無線トランシーバ（４０１ｂ）から別のトランシーバ（４０２ａ）へ放射される周波数が異なっていることで近隣位置間の干渉を避けるように確立される。すなわち、ビーム（４０１ｂ）に関連する通信の周波数は周波数群ｆＡからの周波数である可能性があるのに対して、ビーム４０２ａに関連する周波数は周波数群ｆＢからの周波数である可能性があり、以下同様である。セルラベース通信システムの周波数再使用はよく研究されており、図４に（４０１ａ、４０１ｂ、４０２ａ、４０２ｂ）として表されるような単純な周波数ダイバーシティに加え、図１に示される水平方向（１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ）及び図２にも示される（２０１、２０２、２０３）のアンテナ（４０１、４０２）の指向性を含むことが多い。
ほとんどの野外条件下で、モバイル機器とセルラシステム間で、次いで（公衆交換電話網、他のモバイル機器、又はセルラネットワーク上でモバイル機器とデータグラムを交換するコンピュータシステムなどの）セルラシステムに接続された後続のエンドポイントの間で信頼性のある通信を行うことができる地上近くの本質的に連続的なカバレッジゾーン又は層（４２１）が存在する広域領域、及び国全体さえ存在するように、図４に描写される簡略化された状況が現在の世界の人口密集地域にわたって２次元で再現されている。図５は、青色の領域が、地上近くに位置するモバイル機器への、またモバイル機器からの音声又はデータグラムトラヒックを搬送可能なセルラ型ネットワークの連続カバレッジがあるエリアであり、白色の領域がカバレッジのないエリアである、米国のいわゆるカバレッジマップである。簡単な点検で明らかなように、米国の大部分がカバーされている。
現在、商業活動のために無人航空機（無人航空ビークル／以下ＵＡＶという）、及び遠隔操縦機（遠隔操縦ビークル／以下ＲＰＶという）の展開に大きな関心が集まっている。これらの関心は、地域の物流倉庫からの近隣内の宅配から１０００マイルものオイルパイプラインの漏れ又は通過権の侵害を点検するためのリモートセンシングまで多様な機能を含む。
本明細書の議論のために、しかし一般性とカテゴリー間に実質的なクロスオーバーがあり得ることの理解を失うことなく、ＵＡＶは２０００フィート未満の地上レベル（ＡＧＬ）、及び／又は法規制空域の下を飛行し、飛行コースの残りの部分が自律的に誘導され得る飛行コースの一部又は全部にわたってＵＡＶを能動的に誘導するリモートオペレータを有していても有していなくてもよい、重さ５０ポンド（２２．６８ｋｇ）未満の短距離及び低高度航空機であると考えられ；ＲＰＶは、２０００フィートＡＧＬより高い、及び／又は法規制空域内の典型的な通常飛行高度を有し、常に人間による航空機の遠隔操縦及び／又は監視を伴う、有人航空機では通例であるようなオートパイロットの使用などの通常経路飛行の自動化が許可される、重さ５０ポンド超の長距離、及び高高度、長距離航空機であると考えられる。
代表的なＵＡＶ及び代表的なＲＰＶは、図６及び７にそれぞれ示されている。ＲＰＶは、当初は主として軍事的理由で開発されたものであり、したがってこれらとの通信は基本的に、ＵＡＶについては軍事的見通し可視圏内通信（line of sight communication）が、またＲＰＶについては軍事衛星ネットワークが使用された。現在の多くの軍事ＲＰＶ用の通信ネットワーク構成の例は、ＵＡＶ／ＲＰＶが先ず示された軍事用途で上空の専用衛星（８０１）だけと通信し、次いでこの衛星が通信を指令センタ（８１０）に中継することを示す、図８に示されている。実際に、図９に示されるように、図７に示されるＲＰＶの機首は、主に６５０マイルと２２，５００マイルの間の上空でＲＰＶ上を周回する衛星と通信する高利得の追尾アンテナ専用である。このような距離でのトランシーバ又はトランスポンダとの通信に関連する経路損失は、図９（９０１）に示されるような高利得アンテナを必要化させる。
ＲＰＣ、及びある程度までＵＶＡが商業活動に有用であるためには、ほとんどの管轄区域でこれらが管制空域の使用を規制する法及び規則を順守しなければならない。一般に、このようなコンプライアンスは、ＵＡＶ／ＲＰＡが航空管制官と通信可能であり、また他の航空交通を監視し、回避可能であることを必要とする。したがって、ＵＡＶ／ＲＰＡとそのオペレーションセンター間に送信される商業活動に必要とされる任意のリアルタイムのデータグラムに加えて、ＲＰＶはそれ自体が有人航空機であるかのように行動し、方向付けされ得るように、ＲＰＶからの画像を送信するためのそのオペレーションセンターとの通信と、ＲＰＶと航空管制センタとの通信を常時維持しなければならない。
常時通信の必要性は、周回衛星への通信リンクにかなりの負担をかける。このような距離（６５０〜２２、５００マイル）にわたる通信の困難さに加えて、各々の帯域幅が制限されている有限の衛星しか利用できず、これらは、ＲＰＶ及びＵＡＶを介した重要な活動に対応する利用可能な動作帯域幅と数において不十分である。加えて、小型のＲＰＶ及びＵＡＶにはＲＰＶ又はＵＡＶが衛星と通信するために必要なアンテナシステムのための余地又はペイロード能力がない。加えて、衛星の冗長性がほとんどあるいは全くなく、衛星のトランスポンダが故障し、及び／又はその衛星を介した通信が駄目になると、ＲＰＶ／ＵＡＶとの全ての通信が失われ、次にＲＰＶ／ＵＡＶの制御が失われ得る。
本発明は、多種多様なＲＰＶ／ＵＡＶとの信頼性のある通信を管理し、操作するためのシステム、方法及びコンポーネントを提供する。システムの実施形態は、ＲＰＶ／ＵＡＶの操作、及びこれとの通信が安全上の理由で特に重要である特に人口密集地域上空での冗長なカバレッジを提供するように構成される。本発明は、現在は制限されている最新のセルラデータ及び地上付近の運用に限定されている音声ネットワークの改良である。
幾つかの好ましい実施形態によれば、セルラ式通信システムが提供される。システムは、地上付近の機器と通信するための第１の地上付近領域を提供するように構成される。第１の地上付近領域とほぼ同じ面積範囲をカバーするが、互いに離隔され、実質的に地上から上昇もしている、例えば１つまたは複数の第２の層などの追加の層が提供される。システムは、セルベースの通信ネットワークを使用して航空機がその内部で通信を利用する領域の役割を果たす第２の、又は追加の高い（高くした／elevated）領域を提供するように構成される。したがって、セルラベースネットワークは、第１の地上付近領域を通した通信、及び第２の領域、又は高い領域を通した空向き通信を扱う。レベル（高さ）は好ましくは互いに離隔され、これは、例えば受動リフレクタなどのバリアを使用して物理的に行われ得る。追加として、又は代替として、地上付近の機器の、及びＲＰＶ及びＵＡＶなどの航空機の通信トランシーバは、地上付近の機器を使用して第２の領域内の通信が試みられた場合に、第２レベルの通信の操作に影響を及ぼさないように、異なるプロトコルを使用して動作するように構成され得る。例えば、空向き（上空／skyward）通信プロトコルは、ＵＡＶとＲＰＶのトランシーバを地上沿いの携帯電話機やスマートフォンなどから一意に識別するために地上沿いの通信プロトコルと区別され得る。
本発明の好ましい実施形態を実施するため、本システムは、既存のセルラネットワーク基地局の固定トランシーバのアンテナマウントに取り付けられるアンテナシステムを展開することによって構成され得る。アンテナシステムは、好ましくは上空アンテナシステムであり、無線周波数エネルギを上空に放射するように構成されている。好ましい実施形態によれば、放射周波数は円錐又は他の形状のある傾斜角で伝搬される。幾つかの実施形態によれば、アンテナシステムは既存のセルラネットワーク装置と類似の、又は同一の第２セットのトランシーバに接続され得、地上沿いにではなく空中の無人機（例えばＵＡＶやＲＰＶ）との通信を実施する。
好ましい実施形態によれば、上空指向性アンテナによって伝搬される上空信号は偏波され、好ましくは水平偏波、又は円偏波される。幾つかの好ましい実施形態によれば、アンテナ上方の異なる高さ帯域の連続の通信可能範囲を達成するため、異なる２セットの信号が、放射パターンによって範囲が定められる角度が異なる周波数セットの上空に放射される。例えば、第１の角度の放射パターンは上空に延び、第１のタイプの上空機がそれを使用して通信するように構成された周波数領域を表し得る。これは、通常は幾つかのＲＰＶと比較してより低レベルで運航されるＵＡＶ用であり得る。この例では、第２の周波数領域は、ＲＰＶの通信用領域を提供し得る異なる傾斜角を有する第２の放射パターンによって提供され得る。異なる高さ帯域は、上空領域の第２の層を表し得る。
幾つかの実施形態によれば、上空指向性アンテナによって伝搬される上空信号は、好ましい偏波に従って偏波され得る。例えば、上空アンテナからの上方向放射は、例えば円錐などの形状のパターンで放射を向けるように構成され得る。通信品質を向上させ、それによって異なる周波数、又は周波数帯域の信号間の意図しない相互作用の可能性を解消又は低減するため、システム及び通信機器の実施形態に関連して信号分離が実施され得る。実施形態は、多様な周波数（例えばＵＡＶ用のある周波数対ＲＰＶ用の他の周波数）の信号の分離を行い得る。実施形態は、多様な周波数（例えば、ＵＡＶに特定の周波数、対して、ＲＰＶに他の周波数）を用いた信号分離を提供し得る。周波数ダイバーシティに加えて、信号は偏波パターンによっても分離され得る。好ましい実施形態によれば、偏波は右旋円偏波と左旋円偏波を含み得る。例えば、１つの上空円錐（例えば下層）は伝搬信号の右旋円偏波を有し得る一方、別の上空円錐（例えば高レベル層）は伝搬信号の左旋円偏波を有し得る。幾つかの実施形態では、システム、方法及びデバイスは、基地局と同様、ＵＡＶ及びＲＰＶの送信と受信用の偏波パターンを更に提供し得る。例えば、トランシーバなどの通信機器間の送受信用に対応する偏波パターンが実施され得る。
上空放射エネルギは好ましくはパターンとして放出され得、幾つかの好ましい実施形態による上空指向放射パターンは電子的に作り出され、制御される。幾つかの好ましい実施形態によれば、上空指向放射パターンは、特定のＵＡＶ及びＲＰＶを追尾するように電子的にステアリングされる。
所与の上空パターン用に放射されるエネルギは、航空機の連続通信領域の帯域間の分離を支援することに限定され得る。
幾つかの追加の実施形態によれば、ＵＡＶ及びＲＰＶタイプの無人機（及びその通信）を地上ベースのセルラデバイスから区別するためにさらなる方法及び構成が実施され得る。ＵＡＶ及びＲＰＶのトランシーバは、ＲＰＶ及びＵＡＶ通信と地上沿いの通信間のセルラ通信ネットワークによる迅速な区別を可能にする一意的、又は差別化されたＩＭＥＩ（国際移動体装置識別番号）の番号又は分類を有するように構成され得る。システムは、データグラム又は音声トラヒックの特別ルーティングなどの何らかの措置を講じるように構成され得る。
システムは、例えばプロセッサ、マイクロプロセッサなどの処理コンポーネント、及び載架された、又は関連する通信装置及びトランシーバからの通信を処理する命令を含む回路及びソフトウェアなどを組み込み、かつ含み得る。ソフトウェアは、フラッシュメモリ、ハードデイスクストレージ、又は他の適宜の媒体などの適宜な保存媒体に保存され得、第１の、すなわち地上付近ゾーンレベルと第２レベル（そこで航空機との航空通信が行われる）での通信を実施する工程を実行するための命令を含み得る。
本発明の他の利点は本明細書に記載され、図示する実施形態に関連して説明される。
現在使用されている一般公衆通信用の「セル」ベース無線システムを表す概略図である。 セルベース無線通信システムにおける代表的な固定無線トランシーバの放射パターンの図である。 縦の放射パターンの視覚化表現を示す固定トランシーバアンテナシステムにおける基地局とアンテナとを絵図である。 互いに離隔されて示され、それぞれの放射パターンを示す、図３の複数の固定無線トランシーバアンテナを示す図である。 地上付近に位置するモバイル機器へ、またモバイル機器から音声又はデータグラムトラヒックを搬送可能なセルラ式ネットワークのカバレッジの領域を示す、米国のカバレッジマップを描写する図である。 無人航空機（ＵＡＶ）の例を描写する図である。 遠隔操縦機（ＲＰＶ）の例を描写する図である。 代表的なＵＡＶ及びＲＰＶ軍事通信ネットワークを示す概略図である。 遠隔操縦機（ＲＰＶ）の衛星通信アンテナの例を示す図である。 ＵＡＶ及びＲＰＶと通信するためのシステムを描写する好ましい実施形態の図である。
本発明は、新たに出現したＵＡＶ及びＲＰＶの空中での商業活動の通信及びデータ交換のニーズを満たすためのシステムのバックボーンとして、現在地上に沿った世界人口のほとんどを対象としたセルラネットワークの既設のベースの一部を使用することに関する。
好ましい実施形態では、図１０を参照すると、新たなアンテナが１つ又は複数の既存のセルラネットワークタワー（１００１、１００２）に取り付けられているが、これらのアンテナは地上沿いではなく上空を指向しており、水平の、乃至は、右又は左の旋円偏波（円偏光放射／circularly polarized）パターンを有し、名目上は、他の形状も可能であるが、ある角度（１０５０）をなす傾斜の円錐の形状で上方に放射する。上方放射パターンの形状は電子的にステアリング、又は制御され得る。放射パターンは受動シールド又はスクリーン（１０６０）によって更に地上放射パターンから分離され、地上を向く放射パターンからのサイドローブが航空トランシーバに及ぼす影響、及びその逆の影響を更に最小限にする。
固定位置トランシーバとＵＡＶ又はＲＰＶ間の通信を成功させるための十分なリンクマージンを利用できる放射領域（１００１ｃ、１００２ｃ）は、市販のソフトウェアを含めて当業者には周知の幾つもの方法で（ＵＡＶ／ＲＰＶ上のトランシーバと、固定位置トランシーバに関連するトランシーバの両方の）各トランシーバの電力と合わせて放射パターンの形状も設計することによって生成される。他の固定位置トランシーバとの距離を更に考慮すると、航空機がブラックアウト領域（１０８０）を有しないと共に信頼できる通信を保証する十分なリンクマージンを有することを確実に可能にする高い層（１０２１）を生成する重複領域は容易に設計可能である。
加えて、一実施形態では、上空放射パターンの第２（又は第３又は第４など）セットの円錐が、各々のトランシーバ対ごとに異なる傾斜角（１０５１）及び異なる偏波及び／又は電力で形成され得ることで、やや大きい領域に渡る連続カバレッジの別の層（１０３１）が異なる高さで生成される。航空機は、連続通信層の下で運航している空域に入り、それでも例えばポイント（１０７０）にある特定の固定アンテナから信号を受信することはできるが、同じ高さにあり続け、ポイント（１０７１）に達すると、航空機は実際には高度がより高い信号円錐（１００１ｄ、１００２ｄ）の外側にあるが、高度が低いより信号円錐（１００１ｃ、１００２ｃ）を介して信頼性のある通信リンクを得るのに十分なリンクマージンを越え、したがって恐らく通信が途絶えるであろう。幾つかの好ましい実施形態によれば、上空円錐セットは、他の上空円錐セットの偏波と異なる偏波を有し得る。偏波も、通信コンポーネント（例えばＵＡＶ及びＲＰＶ）の受信及び送信トランシーバの偏波に対応するように構成され得る。例えば、１つの円錐セットは右旋円偏波を有し、別の円錐セットは左旋円偏波を有するように構成され得る。これらの構成は、（例えば円錐セット間の）周波数ダイバーシティによって提供される任意の分離に加えて、向上した信号分離を提供し得る。例えば、幾つかの好ましい実施形態によれば、第１の上空信号セットは第１の偏波パターンで偏波され得、第２の上空信号セットは第２の偏波パターンで偏波され得る。幾つかの好ましい実施形態によれば、偏波パターンは円偏波であり得る。例示的実施形態によれば、１セットの上空信号は右旋円偏波パターンで偏波され得、第２のセットなどの別の上空信号セットは、左旋円偏波パターンで偏波され得る。各々の上空信号セットは、例えば円錐などの形状を形成するように偏波され得る。例示的実施形態によれば、システムは、第１の上空信号セットが第１の上空円錐を形成する場所、及び第２の上空信号セットが第２の上空円錐を形成する場所で通信するように構成され得る。第１及び第２の信号セットは、好ましくは第１のセットを他の信号セットから更に分離するように異なる偏波を有する。例えば、第１の上空円錐は右旋円偏波パターンで偏波され得、第２の上空円錐は左旋円偏波パターンで偏波され得る。上空指向性アンテナは、各信号セットが異なる周波数を有する、異なる周波数の信号セットを放射するように使用され得る。上空放射パターンは、好ましくは電子的に作り出される。好ましい実施形態によれば、無人航空機（ＵＡＶ）又は遠隔操縦機（ＲＰＶ）は、ネットワークからの通信の偏波信号パターンに類似し、通信周波数を有する上空指向性アンテナから放射される偏波信号パターンで通信するトランシーバを有して構成され得る。例えば、上空指向性放射パターンは、無人航空機（ＵＡＶ）又は遠隔操縦機（ＲＰＶ）を追尾するように電子的にステアリングされ得る。加えて、例示的実施形態によれば、１つの上空円錐は上層であり、別の上空円錐は下層であり得る。各層は、好ましくは異なる偏波パターンを有する。例えば、第１の、又は上の上空層は左旋円偏波放射パターンを有し得、第２の、又は下の上空層は右旋円偏波放射パターンを有し得る。各層の放射エネルギは、各層、又は円錐ごとに異なる周波数を有するように構成される。この例示的実施形態では、ＲＰＶ通信は第１の、又は上層（例えば第１の上空円錐）内で行われ、ＵＡＶ通信は第２の、又は下層（例えば第２の上空円錐）内で行われる。この例におけるＵＡＶは、送信及び受信するように構成されたトランシーバを有し、特にＵＡＶトランシーバは右旋円偏波パターンで信号を送受信するように構成される。この例におけるＲＰＶは、送信及び受信するように構成されたトランシーバを有し、特にＲＰＶトランシーバは左旋円偏波パターンで信号を送受信するように構成される。セルラネットワークの基地局は、好ましくは（ＵＡＶ及びＲＰＶのトランシーバなどの）通信トランシーバのパターンと一致する偏波パターン（及び周波数）で信号を送受信するように構成されたトランシーバを有し、幾つかの好ましい実施形態によれば、パターンは右旋回円偏波パターン、又は左旋円偏波パターンであってよい。
固定位置トランシーバ（１００１、１００２）が上空指向性アンテナシステムに供給する電力及びビーム角（１０５０、１０５１）を電子的に制御することによって、当業者には既知の多くの方法のいずれかで、連続通信層の高度及び厚さを調整可能である。この調整能力によって、連続通信層は地上レベルの上方のある高度、又は平均海水面上方のある高度のいずれかをフォローすることが可能になる。航空機の高度は気圧による高度測定によって制御されることが多く、ＵＡＶ及びＲＰＶは、ローカル航空交通管制官又は規則によって同様に指令され得る。地上レベル又は平均海水面上方の層高さは、必要なパラメータに従って、必要に応じて何度も、１分ごとにさえも調整可能である。
一例として、低高度の連続通信層（１０２１）は、地上レベルから上方５００フィートから地上から上方２０００フィートまでの範囲で制御されるかもしれない。高高度の連続通信層（１０３１）は、平均海水面の上方２０，０００フィートから平均海水面から上方２５，０００フィートまでの範囲で制御されるかもしれない。
（１０５１）で示されるＵＡＶが低空連続層内で運航していてより上空の連続層に向けられるカバレッジの円錐を通って飛行する場合は、ＵＡＶ（１０５１）内のトランシーバは多くの場合、高高度ＲＰＶ（１０５０）よりも何倍も送信機（１００２）に近い。しかしながら、ほとんどの商用の状況では、より小型のＵＡＶ（１０５１）はより大型のＲＰＶ（１０５１）と比較して利得がより低い受信アンテナを有するであろうから、高高度に向けられる円錐（１００２ｄ）内の放射電力からのＵＡＶ（１０５１）での受信信号電力は、低高度に向けられる円錐（１００２ｃ）内の放射電力からＵＡＶ（１０５１）によって受信される信号電力よりも少なくすることができる。言い換えると、ＲＰＶ（１０５０）で展開可能な地上指向性アンテナから得られる利得は、追加距離による任意の信号損失を補って余りあるものになり得、したがって多くの構成では、地上アンテナ（１００２）から放出される高高度指向性ビーム（１００２ｄ）を、ＵＡＶ（１０５１）における低高度指向性ビーム（１００２ｃ）からの電界強度よりもかなり低いＵＡＶ（１０５１）における電界強度にすることが可能である。
図１０に示される周波数ダイバーシティは４つの周波数群（ｆＡ、ｆＢ、ＦＣ、ｆＤ）だけを使用するものの、本発明の範囲から逸脱することなく更に多くの構成が可能であることがセルラシステム設計の当業者には容易に理解される。
固定地上トランシーバ（１００１、１００２）と通信層（１０２１）と（１０３１）でそれぞれ運航するＵＡＶ（１０５１）及びＲＰＶ（１０５０）間のリンクマージンは、固定地上トランシーバと、地上沿いリンク（１００１ａ、１００１ｂ、１００２ａ、１００２ｂ）を介して送受信する通常のパーソナルモバイル機器及びスマートフォン間のリンクマージンよりも強く制約され得ることも同業者には理解可能である。その理由は、対応されなければならないマルチパス、フェーディング、及び難しい信号減衰条件を有する、個人のポケット、又は大都市のビル内の奥にある場合がある携帯電話機とは異なり、ＵＡＶから固定地上トランシーバリンク、又はＲＰＶから固定地上トランシーバリンクの減衰は、ほとんどの状況では単に経路損失によって支配されるであろうからである。
上空ビームの周波数ダイバーシティの考慮を付随的に追加した１つ又は複数の連続通信層の生成に加え、ＧＳＭ（登録商標）、３Ｇ、４Ｇ又はＬＴＥシグナリング及びリンク管理プロトコルで使用されるような通例のセルラシステムプロトコルは、ＵＡＶ又はＲＰＶに向けられる、又はＵＡＶ又はＲＰＶからの信号の特別な識別を含むことができる。プロトコルのこのような調整は、特化したＩＭＥＩ分類番号のように簡単にすることができる。（個人用携帯電話又はスマートフォンなどの）主として地上付近での使用を意図するモバイル機器と対比したＵＡＶ又はＲＰＶなどのモバイルネットワーク上の加入者の分類識別を迅速に可能にすることによって、システムは、（例えば）商用飛行中に乗るときにうっかり個人用携帯電話機を残してしまった人に接続することをなくすることができる。
これらの、及び他の利点は本発明によって実現され得る。本発明は特定の実施形態を参照して記載されたが、記載は例示的なものであり、本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。例えば、図１０はネットワークタワー１００１、１００２を図示しているが、本明細書に図示され、記載されたシステム、方法、及びコンポーネントに関連して複数のネットワークタワーが利用され得る。例えば、空中指向性アンテナは既存のネットワーク装置に接続され得る。この代替実施形態では、ネットワーク装置は、空中指向性アンテナ（１つ又は複数）を追加のセルゾーンとして扱うように構成される。いくつかの実施形態に従う放射形状又はパターンはコーン条として記述したが、他の形状を有するようにも構成できる。幾つかの好ましい実施形態によれば、上空アンテナは追加の装置又はそのコンポーネントのセットで動作するように構成され得る。本明細書に記載され、添付の特許請求の範囲により定義された本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、当業者には様々な修正及び変更が想到され得る。
下記は、本願の出願当初に記載の発明である。
＜請求項１＞
セルラ式通信システムであって、
地上付近のセルラ機器と通信するように構成され、第１の面積ゾーンを有する第１の地上付近領域と、
前記第１の面積ゾーンと実質的に同様の面積範囲をカバーするよう構成された少なくとも１つの第２の層と、を備え、前記第２の層は高い面積ゾーンを備え、前記第２の層の高い面積ゾーンは前記第１の面積ソーンから分離され、前記第２の層の高い面積ゾーンは実質的に地上よりも高い位置にあり、
前記第２の層は、通信し、前記第２の層内で航空機がセルベースの通信ネットワークを使用した通信を利用するように構成された、セルラ式通信システム。
＜請求項２＞
トランシーバ装置を有するセルラネットワーク基地局と、
無線周波数エネルギを上空に放射するように構成された少なくとも１つのアンテナシステムと、を有し、
前記トランシーバ装置は、前記地上付近領域内の通信を実施するように構成されたコンポーネントと、前記第２の面積ゾーン内で通信を実施するように構成されたコンポーネントとを有する、請求項１に記載のシステム。
＜請求項３＞
セルラネットワーク基地局固定トランシーバアンテナマウント及び、前記地上付近領域で通信を実施するための第１のトランシーバと、
前記セルラネットワーク基地局固定トランシーバアンテナマウントに取り付けられたアンテナシステムと、を有し、
前記アンテナシステムは、円錐又は他の形状である傾斜角で無線周波数エネルギを上空に放射するように構成され、
前記アンテナシステムは、空中の機体との通信を実施するために第２のトランシーバ装置セットに接続される、請求項１に記載のシステム。
＜請求項４＞
セルラネットワーク基地局固定トランシーバアンテナマウントを有し、
前記トランシーバ装置のコンポーネントは、前記地上付近領域での通信を実施するための第１のトランシーバ装置と、前記第２の面積ゾーン内で空中の機体との通信を実施するための第２のトランシーバ装置と、を有し、
前記少なくとも１つのアンテナシステムは、前記セルラネットワーク基地局固定トランシーバアンテナマウントに取り付けられた少なくとも１つのアンテナを備え、
前記アンテナシステムは、円錐又は他の形状である傾斜角で無線周波数エネルギを上空に放射するように構成され、
前記アンテナシステムは、前記第２のトランシーバ装置に接続される、請求項２に記載のシステム。
＜請求項５＞
前記第２のアンテナシステムは１つ又は複数の上空指向性アンテナを備える、請求項４に記載のシステム。
＜請求項６＞
前記１つ又は複数の上空指向性アンテナは前記第２の面積ゾーン内で信号を伝搬させる、請求項５に記載のシステム。
＜請求項７＞
前記１つ又は複数の上空指向性アンテナは上空向き信号を伝搬させ、前記上空向き信号は偏波されている、請求項６に記載のシステム。
＜請求項８＞
前記上空信号は水平偏波されている、請求項７に記載のシステム。
＜請求項９＞
前記上空信号は円偏波されている、請求項７に記載のシステム。
＜請求項１０＞
２つのセットの上空向き信号は異なる周波数セットで上空に放射され、前記１つ又は複数の上空指向性アンテナ上空の異なる高さ帯域のための連続通信カバレッジを達成するため、放射パターンによる傾斜角度が異なる、請求項７に記載のシステム。
＜請求項１１＞
前記１つ又は複数の上空指向性アンテナは異なる周波数セットの前記２つのセットの信号を放射する、請求項１０に記載のシステム。
＜請求項１２＞
前記１つ又は複数の上空指向性アンテナは、上空放射パターンを有する信号を伝搬させ、前記上空放射パターンは電子的に作り出される、請求項１０に記載のシステム。
＜請求項１３＞
前記１つ又は複数の上空指向性放射パターンは、特定の無人航空機（ＵＡＶ）又は遠隔操縦機（ＲＰＶ）を追尾するように電子的にステアリングされる、請求項１２に記載のシステム。
＜請求項１４＞
１つ又は複数の受動リフレクタを有し、前記セルラネットワーク基地局固定トランシーバアンテナマウント及び前記地上付近領域内の通信を実施するための第１のトランシーバ装置は地上放射パターンを生成し、前記上空放射パターンは前記１つ又は複数の受動リフレクタによって前記地上放射パターンから更に離隔される、請求項１２に記載のシステム。
＜請求項１５＞
前記上空放射パターン用に前記アンテナシステムから放射される前記無線周波数エネルギは、無人航空機連続通信領領域の帯域間の分離を提供することを支援することに制限される、請求項１２に記載のシステム。
＜請求項１６＞
前記第１の面積ゾーン内で前記地上付近通信が行われるように第１の通信プロトコルが実施され、前記第２の層の高い面積ゾーン内で通信が行われるように第２の通信プロトコルが実施される、請求項１に記載のシステム。
＜請求項１７＞
前記第２の通信プロトコルは、ＵＡＶとＲＰＶのトランシーバ間の通信に一意的に関連するプロトコルを有する、請求項１６に記載のシステム。
＜請求項１８＞
前記第１の通信プロトコルは地上沿いの通信プロトコルを有し、前記第２の通信プロトコルは上空通信プロトコルを有し、前記上空通信プロトコルは、ＵＡＶ及びＲＰＶトランシーバを地上沿いの携帯電話機やスマートフォンなどから一意的に識別するために前記地上沿いの通信プロトコルから区別される、請求項１６に記載のシステム。
＜請求項１９＞
前記ＵＡＶ又及びＲＰＶトランシーバは、ＲＰＶ及びＵＡＶ通信と地上沿いの通信間のセルラ通信ネットワークによる迅速な区別を可能にする一意的又は区別されたＩＭＥＩの識別番号又は分類を有する、請求項１７に記載のシステム。
＜請求項２０＞
前記セルラ通信ネットワークは、通信がＵＡＶ又はＲＰＶから送信されたか、又は通信か地上沿い型トランシーバから送信されたかに関連して通信を取り扱うためのソフトウェア命令及び処理コンポーネントを有して構成される、請求項１９に記載のシステム。
＜請求項２１＞
前記セルラ通信ネットワークは、データグラム又は音声トラヒックを指定の方法でルーティングするように構成される、請求項２０に記載のシステム。
＜請求項２２＞
前記第１の上空信号のセットは第１の偏波パターンで偏波され、第２の上空信号セットは第２の偏波パターンで偏波されている、請求項１０に記載のシステム。
＜請求項２３＞
前記偏波パターンは円偏波である、請求項２２に記載のシステム。
＜請求項２４＞
前記第１の上空信号セットは右旋円偏波パターンと左旋円偏波パターンの一方で偏波され、前記第２の上空信号セットは前記右旋偏波パターンと左旋円偏波パターンの他方で偏波される、請求項２３に記載のシステム。
＜請求項２５＞
前記上空信号の第１のセットは第１の上空形状を形作り、前記上空信号の第２のセットは第２の上空形状を形作り、前記第１の上空形状と前記第２の上空形状の少なくとも一方は右旋円偏波パターンで偏波され、前記第１の上空形状と前記第２の上空形状の他方は左旋円偏波パターンで偏波される、請求項２３に記載のシステム。
＜請求項２６＞
前記上空信号の第１のセットは第１の上空円錐を形成し、前記上空信号の第２のセットは第２の上空円錐を形成し、前記第１の上空円錐と前記第２の上空円錐の少なくとも一方は右旋円偏波パターンで偏波され、前記第１の上空円錐と前記第２の上空円錐の他方は左旋円偏波パターンで偏波される、請求項２３に記載のシステム。
＜請求項２７＞
前記１つ又は複数の上空指向性アンテナは、異なる周波数セットの前記２つの信号のセットを放射する、請求項２４に記載のシステム。
＜請求項２８＞
前記上空放射パターンは、電子的に作り出される請求項２４に記載のシステム。
＜請求項２９＞
前記上空指向性放射パターンは、特定の無人航空機（ＵＡＶ）又は遠隔操縦機（ＲＰＶ）を追尾するように電子的にステアリングされる、請求項２８に記載のシステム。
＜請求項３０＞
前記システムは、１つ又は複数のＵＡＶ及びＲＰＶと通信するように構成され、前記第１の上空円錐は上層であり、前記第２の上空円錐は下層であり、前記第１の上空円錐は前記放射の左旋円偏波パターンを有し、前記第２の上空円錐は前記放射の右旋円偏波パターンを有し、前記ＲＰＶ通信は前記第１の上空円錐内で行われ、前記ＵＡＶ通信は戦記第２の上空円錐内で行われる、請求項２６に記載のシステム。
＜請求項３１＞
ＵＡＶを有し、前記ＵＡＶは送信及び受信用に構成されたトランシーバを有し、前記ＵＡＶのトランシーバは、右旋円偏波パターンで信号を送受信するように構成される、請求項３０に記載のシステム。
＜請求項３２＞
ＲＰＶを有し、前記ＲＰＶは送信及び受信用に構成されたトランシーバを有し、前記ＲＰＶのトランシーバは、左旋円偏波パターンで信号を送受信するように構成される、請求項３０に記載のシステム。
＜請求項３３＞
ＲＰＶを有し、前記ＲＰＶは送信及び受信用に構成されたトランシーバを有し、前記ＲＰＶトランシーバは、左旋円偏波パターンで信号を送受信するように構成される、請求項３１に記載のシステム。
＜請求項３４＞
前記セルラネットワーク基地局のトランシーバは、右旋円偏波パターンと左旋円偏波パターンの１つ又は複数で信号を送受信するように構成される、請求項３３に記載のシステム。
＜請求項３５＞
前記基地局トランシーバは、前記ＵＡＶと通信する場合は右旋円偏波パターンで信号を送受信するように構成され、前記基地局トランシーバは、前記ＲＰＶと通信する場合は左旋円偏波パターンで信号を送受信するように構成される、請求項３４に記載のシステム。
＜請求項３６＞
トランシーバ装置を有する複数の基地局を有し、セルラネットワーク基地局固定トランシーバアンテナマウントを有するセルラ式通信システムにおいて、
複数の前記基地局固定トランシーバアンテナマウントに取り付けられたアンテナシステムを備え、
前記アンテナシステムは、円錐又は他の形状である傾斜角で無線周波数エネルギを上空に放射するように構成され、
前記アンテナシステムは、地上沿いではなく空中の機体との通信を実施するように、前記基地局の前記トランシーバ装置と類似し、又は同一の第２のトランシーバ装置のセットに接続されることを特徴とする、セルラ式通信システム。
１００ 携帯電話機
１０１ 広域地理領域
１０２ 広域地理領域の部分領域
１０３ 新たな位置
１０４ セルラ無線システム
１０４ａ 異なるセクタ
１０４ｂ 異なるセクタ
１０４ｃ 異なるセクタ
２００ 水平パターン
２１０ 縦のパターン
３００ 固定セルラ無線トランシーバアンテナシステム
３０１ ビーム
３０２ 有効角
３０３ アンテナ
３０４ 地上
３０５ 角度
３０６ａ 縦のサイドローブ
３０６ｂ 縦のサイドローブ
４０１ アンテナ
４０２ アンテナ
４０１ａ 縦の放射パターン
４０１ｂ 縦の放射パターン
４０２ａ 縦の放射パターン
４０２ｂ 縦の放射パターン
４２１ カバレッジの層
８０１ 専用衛星
８１０ 指令センタ
９０１ アンテナ
１００１ セルラネットワークタワー
１００２ セルラネットワークタワー
１００１ｃ放射領域
１００２ｃ放射領域
１０３１ カバレッジの別の層
１０５０ 角度
１０５１ 角度
１０５０ ＲＰＶ
１０５１ ＵＡＶ
１０６０ 受動シールド
１０７０ ポイント

Claims (44)

  1. セルラ式通信システムであって、
    地上付近の航空機と通信するように構成され、第１の面積ゾーンを有する地上のモバイル機器と通信するための地上沿いリンクよりも実質的に高い位置にある第１の地上付近層と、
    前記第１の面積ゾーンと実質的に同様の面積範囲をカバーする、航空機と通信するよう構成された少なくとも１つの第２の層と、を備え、前記第２の層は高い面積ゾーンを備え、前記第２の層の高い面積ゾーンは前記第１の面積ゾーンから分離され、前記第２の層の高い面積ゾーンは実質的に前記第１の面積ゾーンよりも高い位置にあり、
    前記第２の層は、通信し、前記第２の層内で航空機がセルベースの通信ネットワークを使用した通信を利用し得るように構成され、
    前記第１の面積ゾーン内で生じる地上付近通信のために第１の通信プロトコルが実施され、前記第２の層の高い面積ゾーン内で生じる通信のために第２の通信プロトコルが実施される、セルラ式通信システム。
  2. トランシーバ装置を有するセルラネットワーク基地局と、
    無線周波数エネルギを上空に放射するように構成された少なくとも１つのアンテナシステムと、を有し、
    前記トランシーバ装置は、前記地上付近層内の通信を実施するように構成されたコンポーネントと、前記第２の面積ゾーン内で通信を実施するように構成されたコンポーネントとを有する、請求項１に記載のシステム。
  3. セルラネットワーク基地局固定トランシーバアンテナマウント及び、前記地上付近層で通信を実施するための第１のトランシーバ装置と、
    前記セルラネットワーク基地局固定トランシーバアンテナマウントに取り付けられたアンテナシステムと、を有し、
    前記アンテナシステムは、円錐又は他の形状である傾斜角で無線周波数エネルギを上空に放射するように構成され、
    前記アンテナシステムは、空中の機体との通信を実施するために第２のトランシーバ装置セットに接続される、請求項１に記載のシステム。
  4. セルラネットワーク基地局固定トランシーバアンテナマウントを有し、
    前記トランシーバ装置のコンポーネントは、前記地上付近層での通信を実施するための第１のトランシーバ装置と、前記第２の面積ゾーン内で空中の機体との通信を実施するための第２のトランシーバ装置と、を有し、
    前記少なくとも１つのアンテナシステムは、前記セルラネットワーク基地局固定トランシーバアンテナマウントに取り付けられた少なくとも１つのアンテナを備え、
    前記アンテナシステムは、円錐又は他の形状である傾斜角で無線周波数エネルギを上空に放射するように構成され、
    前記アンテナシステムは、前記第２のトランシーバ装置に接続される、請求項２に記載のシステム。
  5. 前記第２のアンテナシステムは１つ又は複数の上空指向性アンテナを備える、請求項４に記載のシステム。
  6. 前記１つ又は複数の上空指向性アンテナは前記第２の面積ゾーン内で信号を伝搬させる、請求項５に記載のシステム。
  7. セルラ式通信システムであって、
    地上付近の航空機と通信するように構成され、第１の面積ゾーンを有する地上のモバイル機器と通信するための地上沿いリンクよりも実質的に高い位置にある第１の地上付近層と、
    前記第１の面積ゾーンと実質的に同様の面積範囲をカバーする、航空機と通信するよう構成された少なくとも１つの第２の層と、を備え、前記第２の層は高い面積ゾーンを備え、前記第２の層の高い面積ゾーンは前記第１の面積ゾーンから分離され、前記第２の層の高い面積ゾーンは実質的に前記第１の面積ゾーンよりも高い位置にあり、
    前記第２の層は、通信し、前記第２の層内で航空機がセルベースの通信ネットワークを使用した通信を利用し得るように構成されたセルラ式通信システムであり、
    前記セルラ式通信システムは、
    トランシーバ装置を有するセルラネットワーク基地局と、
    無線周波数エネルギを上空に放射するように構成された少なくとも１つのアンテナシステムと、を有し、
    前記トランシーバ装置は、前記地上付近層内の通信を実施するように構成されたコンポーネントと、前記第２の面積ゾーン内で通信を実施するように構成されたコンポーネントとを有し、
    前記セルラ式通信システムは、
    セルラネットワーク基地局固定トランシーバアンテナマウントを有し、
    前記トランシーバ装置のコンポーネントは、前記地上付近層での通信を実施するための第１のトランシーバ装置と、前記第２の面積ゾーン内で空中の機体との通信を実施するための第２のトランシーバ装置と、を有し、
    前記少なくとも１つのアンテナシステムは、前記セルラネットワーク基地局固定トランシーバアンテナマウントに取り付けられた少なくとも１つのアンテナを備え、
    前記アンテナシステムは、円錐又は他の形状である傾斜角で無線周波数エネルギを上空に放射するように構成され、
    前記アンテナシステムは、前記第２のトランシーバ装置に接続され、
    前記第２のアンテナシステムは１つ又は複数の上空指向性アンテナを備え、
    前記１つ又は複数の上空指向性アンテナは前記第２の面積ゾーン内で信号を伝搬させ、
    前記１つ又は複数の上空指向性アンテナは上空向き信号を伝搬させ、前記上空向き信号は偏波されている、セルラ式通信システム。
  8. 前記上空向き信号は水平偏波されている、請求項７に記載のシステム。
  9. 前記上空向き信号は円偏波されている、請求項７に記載のシステム。
  10. ２つのセットの上空向き信号は異なる周波数セットで上空に放射され、前記１つ又は複数の上空指向性アンテナ上空の異なる高さ帯域のための連続通信カバレッジを達成するため、放射パターンにより傾斜角度が異なる、請求項７に記載のシステム。
  11. 前記１つ又は複数の上空指向性アンテナは異なる周波数セットの前記２つのセットの信号を放射する、請求項１０に記載のシステム。
  12. 前記１つ又は複数の上空指向性アンテナは、上空放射パターンを有する信号を伝搬させ、前記上空放射パターンは電子的に作り出される、請求項１０に記載のシステム。
  13. 前記１つ又は複数の上空指向性放射パターンは、特定の無人航空機（ＵＡＶ）又は遠隔操縦機（ＲＰＶ）を追尾するように電子的にステアリングされる、請求項１２に記載のシステム。
  14. １つ又は複数の受動リフレクタを有し、前記セルラネットワーク基地局固定トランシーバアンテナマウント及び前記地上付近層内の通信を実施するための第１のトランシーバ装置は地上放射パターンを生成し、前記上空放射パターンは前記１つ又は複数の受動リフレクタによって前記地上放射パターンから更に離隔される、請求項１２に記載のシステム。
  15. 前記上空放射パターン用に前記アンテナシステムから放射される前記無線周波数エネルギは、航空機連続通信層の帯域間の分離を提供することを支援することに制限される、請求項１２に記載のシステム。
  16. 前記第１の面積ゾーン内で生じる前記地上付近通信のために第１の通信プロトコルが実施され、前記第２の層の高い面積ゾーン内で生じる通信のために第２の通信プロトコルが実施される、請求項７に記載のシステム。
  17. 前記第２の通信プロトコルは、ＵＡＶとＲＰＶのトランシーバ間の通信に一意的に関連するプロトコルを有する、請求項１６に記載のシステム。
  18. 前記第１の通信プロトコルは地上沿いの通信プロトコルを有し、前記第２の通信プロトコルは上空通信プロトコルを有し、前記上空通信プロトコルは、ＵＡＶ及びＲＰＶトランシーバを地上沿いの携帯電話機やスマートフォンなどから一意的に識別するために前記地上沿いの通信プロトコルから区別される、請求項１６に記載のシステム。
  19. 前記ＵＡＶ又及びＲＰＶトランシーバは、ＲＰＶ及びＵＡＶ通信と地上沿いの通信間のセルラ通信ネットワークによる迅速な区別を可能にする一意的又は区別されたＩＭＥＩの識別番号又は分類を有する、請求項１７に記載のシステム。
  20. 前記セルラ通信ネットワークは、通信がＵＡＶ又はＲＰＶから送信されたか、又は通信か地上沿い型トランシーバから送信されたかに関連して通信を取り扱うためのソフトウェア命令及び処理コンポーネントを有して構成される、請求項１９に記載のシステム。
  21. 前記セルラ通信ネットワークは、データグラム又は音声トラヒックを指定の方法でルーティングするように構成される、請求項２０に記載のシステム。
  22. 第１の上空向き信号のセットは第１の偏波パターンで偏波され、第２の上空向き信号のセットは第２の偏波パターンで偏波されている、請求項１０に記載のシステム。
  23. 前記偏波パターンは円偏波である、請求項２２に記載のシステム。
  24. 前記第１の上空向き信号のセットは右旋円偏波パターンと左旋円偏波パターンの一方で偏波され、前記第２の上空向き信号のセットは前記右旋偏波パターンと左旋円偏波パターンの他方で偏波される、請求項２３に記載のシステム。
  25. 前記第１の上空向き信号のセットは第１の上空向き形状を形作り、前記第２の上空向き信号のセットは第２の上空向き形状を形作り、前記第１の上空向き形状と前記第２の上空向き形状の少なくとも一方は右旋円偏波パターンで偏波され、前記第１の上空向き形状と前記第２の上空向き形状の他方は左旋円偏波パターンで偏波される、請求項２３に記載のシステム。
  26. 前記第１の上空向き信号のセットは第１の上空向き円錐を形成し、前記第２の上空向き信号のセットは第２の上空向き円錐を形成し、前記第１の上空向き円錐と前記第２の上空向き円錐の少なくとも一方は右旋円偏波パターンで偏波され、前記第１の上空向き円錐と前記第２の上空向き円錐の他方は左旋円偏波パターンで偏波される、請求項２３に記載のシステム。
  27. 前記１つ又は複数の上空指向性アンテナは、異なる周波数セットの前記２つの信号のセットを放射する、請求項２４に記載のシステム。
  28. 前記上空放射パターンは、電子的に作り出される請求項２４に記載のシステム。
  29. 前記上空指向性放射パターンは、特定の無人航空機（ＵＡＶ）又は遠隔操縦機（ＲＰＶ）を追尾するように電子的にステアリングされる、請求項２８に記載のシステム。
  30. 前記システムは、１つ又は複数のＵＡＶ及びＲＰＶと通信するように構成され、前記第１の上空向き円錐は上層であり、前記第２の上空向き円錐は下層であり、前記第１の上空向き円錐は前記放射の左旋円偏波パターンを有し、前記第２の上空向き円錐は前記放射の右旋円偏波パターンを有し、前記ＲＰＶ通信は前記第１の上空向き円錐内で行われ、前記ＵＡＶ通信は戦記第２の上空向き円錐内で行われる、請求項２６に記載のシステム。
  31. ＵＡＶを有し、前記ＵＡＶは送信及び受信用に構成されたトランシーバを有し、前記ＵＡＶのトランシーバは、右旋円偏波パターンで信号を送受信するように構成される、請求項３０に記載のシステム。
  32. ＲＰＶを有し、前記ＲＰＶは送信及び受信用に構成されたトランシーバを有し、前記ＲＰＶのトランシーバは、左旋円偏波パターンで信号を送受信するように構成される、請求項３０に記載のシステム。
  33. ＲＰＶを有し、前記ＲＰＶは送信及び受信用に構成されたトランシーバを有し、前記ＲＰＶトランシーバは、左旋円偏波パターンで信号を送受信するように構成される、請求項３１に記載のシステム。
  34. 前記セルラネットワーク基地局のトランシーバは、右旋円偏波パターンと左旋円偏波パターンの１つ又は複数で信号を送受信するように構成される、請求項３３に記載のシステム。
  35. 前記基地局トランシーバは、前記ＵＡＶと通信する場合は右旋円偏波パターンで信号を送受信するように構成され、前記基地局トランシーバは、前記ＲＰＶと通信する場合は左旋円偏波パターンで信号を送受信するように構成される、請求項３４に記載のシステム。
  36. トランシーバ装置を有する複数の基地局を有し、セルラネットワーク基地局固定トランシーバアンテナマウントを有し、
    複数の前記基地局固定トランシーバアンテナマウントに取り付けられたアンテナシステムを備え、
    前記アンテナシステムは、円錐又は他の形状である傾斜角で無線周波数エネルギを上空に放射して前記第１の面積ゾーンと実質的に同様の面積範囲をカバーするよう構成された少なくとも１つの第２の層を形成するように構成され、
    前記アンテナシステムは、地上沿いではなく第２の層の高い面積ゾーンに位置する空中の機体との通信を実施するように、前記基地局の前記トランシーバ装置と類似又は同一の第２のトランシーバ装置のセットに接続される、請求項１に記載のシステム。
  37. 前記上空向き信号は水平偏波されている、請求項１に記載のシステム。
  38. 前記上空向き信号は円偏波されている、請求項１に記載のシステム。
  39. ２つのセットの上空向き信号は異なる周波数セットで上空に放射され、前記１つ又は複数の上空指向性アンテナ上空の異なる高さ帯域のための連続通信カバレッジを達成するため、放射パターンにより傾斜角度が異なる、請求項１に記載のシステム。
  40. 前記１つ又は複数の上空指向性アンテナは異なる周波数セットの前記２つのセットの信号を放射する、請求項３９に記載のシステム。
  41. 前記１つ又は複数の上空指向性アンテナは、上空放射パターンを有する信号を伝搬させ、前記上空放射パターンは電子的に作り出される、請求項３９に記載のシステム。
  42. 前記１つ又は複数の上空指向性放射パターンは、特定の無人航空機（ＵＡＶ）又は遠隔操縦機（ＲＰＶ）を追尾するように電子的にステアリングされる、請求項４１に記載のシステム。
  43. １つ又は複数の受動リフレクタを有し、前記セルラネットワーク基地局固定トランシーバアンテナマウント及び前記地上付近層内の通信を実施するための第１のトランシーバ装置は地上放射パターンを生成し、前記上空放射パターンは前記１つ又は複数の受動リフレクタによって前記地上放射パターンから更に離隔される、請求項４１に記載のシステム。
  44. 前記上空放射パターン用に前記アンテナシステムから放射される前記無線周波数エネルギは、航空機連続通信層の帯域間の分離を提供することを支援することに制限される、請求項４１に記載のシステム。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7317409B2 (ja) * 2016-04-18 2023-07-31 ロンバス システムズ グループ， インコーポレイテッド ２つの周波数帯域を使用した無人航空機との通信のためのシステム
WO2017185106A1 (en) * 2016-04-18 2017-10-26 Rhombus Systems Group, Inc. System for communications with unmanned aerial vehicles using two frequency bands
US20180115065A1 (en) * 2016-10-26 2018-04-26 International Business Machines Corporation In-field millimeter-wave phased array radiation pattern estimation and validation
US10455520B2 (en) 2017-03-30 2019-10-22 At&T Intellectual Property I, L.P. Altitude based device management in a wireless communications system
CN107980239B (zh) 2017-09-27 2021-07-23 达闼机器人有限公司 资源配置方法和装置，网络设备和存储介质
WO2019213909A1 (zh) 2018-05-10 2019-11-14 北京小米移动软件有限公司 飞行路径信息的上报方法及装置、信息确定方法及装置
KR102031321B1 (ko) * 2019-05-28 2019-10-11 한화시스템(주) 비행체 위치추정 시스템
CN112235272B (zh) * 2020-09-30 2022-10-18 通号城市轨道交通技术有限公司 通信方法、装置及可读存储介质
US11276315B1 (en) * 2021-07-12 2022-03-15 Beta Air, Llc Electric aircraft configured to implement a layered data network and method to implement a layered data network in electric aircraft

Family Cites Families (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8145208B2 (en) * 2006-10-31 2012-03-27 Gogo Llc Air-to-ground cellular communication network terrestrial base station having multi-dimensional sectors with alternating radio frequency polarizations
US8914022B2 (en) * 1992-03-06 2014-12-16 Gogo Llc System for providing high speed communications service in an airborne wireless cellular network
US7640016B2 (en) 1992-03-06 2009-12-29 Aircell, Llc Air-to-ground cellular network for deck-to-deck call coverage
US5499295A (en) 1993-08-31 1996-03-12 Ericsson Inc. Method and apparatus for feature authorization and software copy protection in RF communications devices
US6058478A (en) 1994-09-30 2000-05-02 Intel Corporation Apparatus and method for a vetted field upgrade
CA2393552C (en) * 2002-07-31 2004-11-30 Yuan Xie A three-dimensional space coverage cellular network
EP1832135B1 (en) * 2004-12-30 2012-08-29 Telefonaktiebolaget LM Ericsson (publ) An improved system for cellular radio coverage and an antenna for such a system
US7836299B2 (en) 2005-03-15 2010-11-16 Microsoft Corporation Virtualization of software configuration registers of the TPM cryptographic processor
US20060229070A1 (en) * 2005-04-08 2006-10-12 The Boeing Company Soft handoff method and apparatus for mobile vehicles using directional antennas
US7801521B2 (en) 2005-05-18 2010-09-21 Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) System and method for communicating with aircraft through cellular base station towers
US7908483B2 (en) 2005-06-30 2011-03-15 Intel Corporation Method and apparatus for binding TPM keys to execution entities
US8838289B2 (en) 2006-04-19 2014-09-16 Jed Margolin System and method for safely flying unmanned aerial vehicles in civilian airspace
US7920860B2 (en) * 2006-10-31 2011-04-05 Aircell Llc System for managing the multiple air-to-ground communications links originating from each aircraft in an air-to-ground cellular communication network
US8447292B2 (en) * 2006-10-31 2013-05-21 Gogo Llc Multi-link aircraft cellular system for simultaneous communication with multiple terrestrial cell sites
US20090102733A1 (en) * 2007-10-17 2009-04-23 Motorola, Inc. Antenna system and method for controlling an antenna pattern of a communication device
ATE495590T1 (de) * 2008-09-04 2011-01-15 Alcatel Lucent Verfahren und drahtloses kommunikationsnetzwerk zur kommunikationsbereitstellung zwischen einem hochgeschwindigkeitsfahrzeug und einer basisstation
EP2161783A1 (en) * 2008-09-04 2010-03-10 Alcatel Lucent Method for multi-antenna signal processing at an antenna element arrangement, corresponding transceiver and corresponding antenna element arrangement
US8375221B1 (en) 2011-07-29 2013-02-12 Microsoft Corporation Firmware-based trusted platform module for arm processor architectures and trustzone security extensions
AU2012340399B2 (en) 2011-11-15 2017-08-31 Insitu, Inc. Controlled range and payload for unmanned vehicles, and associated systems and methods
US9621254B2 (en) 2012-09-21 2017-04-11 Spatial Digital Systems, Inc. Communications architectures via UAV
WO2014127366A2 (en) 2013-02-17 2014-08-21 Parallel Wireless Inc. Methods of incorporating an ad hoc cellular network into a fixed cellular network
US8787904B1 (en) * 2013-03-12 2014-07-22 Smartsky Networks LLC Aircraft based wireless communication system
US9014704B2 (en) * 2013-03-15 2015-04-21 Smartsky Networks LLC Concentric cells in a wireless communication system
CN103490842B (zh) 2013-09-26 2016-09-28 深圳市大疆创新科技有限公司 数据传输***及方法
CN103543752B (zh) 2013-10-09 2017-03-15 深圳市大疆创新科技有限公司 一种遥控方法和遥控***
US9859972B2 (en) 2014-02-17 2018-01-02 Ubiqomm Llc Broadband access to mobile platforms using drone/UAV background
US9853715B2 (en) 2014-02-17 2017-12-26 Ubiqomm Llc Broadband access system via drone/UAV platforms
US9681320B2 (en) 2014-04-22 2017-06-13 Pc-Tel, Inc. System, apparatus, and method for the measurement, collection, and analysis of radio signals utilizing unmanned aerial vehicles
US9542850B2 (en) 2014-05-20 2017-01-10 Verizon Patent And Licensing Inc. Secure communications with unmanned aerial vehicles
US20160050011A1 (en) 2014-08-18 2016-02-18 Sunlight Photonics Inc. Distributed airborne communication systems
US9547985B2 (en) 2014-11-05 2017-01-17 Here Global B.V. Method and apparatus for providing access to autonomous vehicles based on user context
US9529359B1 (en) 2015-01-08 2016-12-27 Spring Communications Company L.P. Interactive behavior engagement and management in subordinate airborne robots
US9540121B2 (en) 2015-02-25 2017-01-10 Cisco Technology, Inc. Pre-flight self test for unmanned aerial vehicles (UAVs)
WO2016195924A1 (en) 2015-05-29 2016-12-08 Northrop Grumman Systems Corporation Dynamic compliance monitoring of unmanned vehicles

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