新型数字航空通信系统概述

摘要：空中交通流量的进一步增长，对民航通信技术提出了新的要求。基于IPv6技术的无缝集成的新数字航空通信系统构成了空-天-地一体化网络，为各种民航通信业务应用提供了技术支撑。分析了新型数字航空通信系统的组成及结构，对其关键技术和新业务应用做了简要描述。

关键词：航空电信网 数据链 数字航空通信

中图分类号：V443.1文献标识码： A文章编号：1007-9416(2011)08-0022-02

1、前言

近年来，空中交通流量的飞速增长给现有的空管系统带来了巨大压力，国际民航组织（ICAO）在1990年通过了通信、导航、监视和空中交通管理系统（CNS/ATM）[1]系统方案，开始在全球建立新航行系统。航空电信网（ATN）是CNS/ATM系统的重要组成部分，其目标是利用计算机技术与通信技术，建立一个全球一体化、地空一体化的新型通信网络。经过20多年的发展，ATN中得数据链技术也得到了逐步完善。随着空中通信业务量的快速增长，通信技术向宽带化方向的迅猛发展，民航数据链技术也逐步从模拟通信系统过渡到数字通信系统，并进一步过渡到新型数字通信系统，以满足不断增长的民航通信业务量对通信带宽和高度通信准确性要求。目前，针对未来航空通信（FAC）系统，ICAO正致力于下一代基于IPv6的航空电信网（ATN/IPS）[2]的相关技术标准化工作，而欧洲EUROCONTROL和美国FAA也正在进行用于航空的未来无线接入技术的标准化。我国在这方面的研究也开始涉及，主要参与到ATN的VDL模式2的部署，以及开始进行宽带机场接入通信系统的研发。EUROCONTROL提出了L波段数字航空通信系统（L-DACAS）[3-4]作为FAC的候选，为地-空数据通信提供服务，并扩展到空-空通信，FAA提出在C波段使用WiMAX（802.11e）[5]技术作为机场宽带接入系统，为机场飞机宽带接入地面设备和机场管理提供通信服务。在海洋和远距离空域，飞机通过卫星与地面网络进行连接，实现空中流量服务（ATS）和航空运行服务（AOS），以及为旅客提供地面通信网络接入服务。各网络之间采用IPv6（包括移动IP）协议进行互联，构成一个新型的数字宽带移动通信系统。

2、新型数字航空通信系统组成

新型数字航空通信系统由地面网络、机场地面宽带接入网络、地-空数据链通信网络、空-空数据链通信网络和卫星数据链通信网络组成，形成一个陆、海、空三维一体的全球性航空通信系统，为空中交通服务 (ATS)、航空运行控制(AOC)、航空管理通信(AAC)、航空旅客通信(APC)等业务提供通信服务，如图1所示。

2.1 地面互联网络

在ATN中，规划了地面网络互联采用IP技术实现不同IS之间的信息交换，用光纤链接取代了以前使用的异步传输模式（ATM）广域网。用VPN技术分别构建了各空管局、航空公司、各机场自己的专网，由通过IP互联进行航班、机场、天气、管制等信息共享和数据交换。目前，以光交换为主的计算机网络主干网的速度能远远满足各民航系统之间的数据交换对带宽的要求。

2.2 机场无线宽带接入网络- AeroMACS[6]

机场数据（如电子围栏、视频监控、飞机在机场上得感知状况、机场移动用户宽带接入等业务）的增长要求数据传输带宽越来越大，并且，有线网络也不能满足机场移动用户宽带接入需求。新网络的设计和部署需要在机场增加光纤和电缆，这将导致成本增加和施工难度。因此，无线宽带网络接入技术应用于机场，来支撑机场环境下得高数据速率航空应用业务。FAA考虑将C波段（5091-5159MHz）用于未来机场环境下宽带网络的频段要求，并采用IEEE802.16e无线宽带技术标准，构成航空移动机场通信系统（AeroMACS）。

AeroMACS采用IEEE802.16e标准并进行了改进，采用OFDMA技术接入，OFDM帧为时分复用（TDD）帧结构，上行链路和下行链路均采用5MHz和10MHz的两个不同信道带宽，采用自适应调制和编码技术允许网络根据接收到的信噪比（SNR）来调整信号调制方案。在采用64QAM调制方案，3/4编码速率，10MHz带宽，单发射和接收天线的条件下，上、下行峰值速率分别约为24Mbps和30Mbps。

2.3 地-空数据链通信系统-L-DACAS[3-4]

新数字航空通信网络中，欧洲EUROCONTROL提出了L波段数字航空通信系统（L-DACAS）作为地-空数据链通信系统的候选。L-DACS要求覆盖360公里的地理范围，支持1080公里/小时的飞机速度，200多架飞机的同时通信，支持4.8kbps话音速率和跟高速率数据传输。根据载波调制方式不同，分成基于多载波调制技术发展起来的L-DACS1和基于单载波调制技术发展起来的L-DACS2两种类型

L-DACS1系统由B-AMC（由B-VHF演进）[5]、TIA-902（P34）和WIMAX（IEEE902.16e）演进而来。最终采用OFDM调制技术进行多载波通信。L-DACS1系统采用蜂窝网络进行组网。能同时给飞机提供各种空中交通服务（ATS）和AOC通信服务，并且能通过空-空接口直接在机载设备之间进行通信。L-DACAS1主要用于数据通信，同时也支持语音通信。

L-DACS2由LDL、AMACS[6]和UAT演进而来。最终采用TDM进行单载波调制通信。L-DACS2采用TDMA技术，提供半双工服务。在高密度空域能够在每个小区同时为204架飞机服务。采用有效的切换技术，来保证在飞机移动过程中得地-空通信的QoS。L-DACS2提供灵活的方案配置，支持点对点通信和广播通信，支持地-空、空-空通信需求。

2.4 卫星通信数据链路

在远离城市区域或者海洋上，L-DACS系统和其他陆地移动通信系统覆盖不了这些区域，因此基于卫星通信数据链路的空中交通管理通信系统应运而生，目前，主要是发起的专用欧洲卫星系统（ESA Iris）[7]提供海洋和远程陆地的空中交通管理服务。大概在在2020年进行左后布置。该系统分成三个阶段进行开发：目前系统定义已经完成，正在进行第二阶段的系统开发，包括标准制定和验证，而第三阶段的在轨认证和预操作系统已经进行全系统部署也已经进行了规划。

2.5 空-空通信数据链

当飞机离港后，进入空管区域，在飞行航线高度上飞行时，飞机与飞机之间通信的需求目前不是很高，现有的ADS-B系统提供了飞机与飞机在飞行过程中自动相关监测，告警，但是飞机本身并不能进行直接碰撞判断，需要飞机将飞行数据通过卫星传到地面站，地面站再传输到计算中心，进行飞机位置计算并进行碰撞判断，然后再将计算结果返回管制中心或者飞机上，这样的实时性大打折扣，增加了飞机撞击风险。在ATN的VDL模式4中，其中一个功能就是实现空-空通信，允许空中飞机之间进行必要的数据和话音传输。在L-DACS系统中，空-空通信是必须支持的一项业务。目标是通过空-空通信提供比ADS-B更好的数据传输和处理模式。

3、新型航空信息业务应用

在目前的飞机上，飞行相关数据通过专用数据链进行传递，在目前的航空数据链网络上，因为传输带宽的限制，只能进行有限的信息传输，所以，客舱数据信息服务、飞机机载黑匣子数据传输、适时视频监控都不能进行，而新型数字航空通信系统的发展，则为这些应用提供了通信技术支持。

3.1 客舱集成通信

目前，客舱作为一个公共场所，是禁止打手机和有限度使用信息电子设备的。除了电磁兼容考虑以外，带宽和成本是限制提供数据通信的重要原因，飞机可以通过卫星和地面进行通信，但是旅客通过卫星进行电话、数据通信成本就很高昂。所以空-空、地-空宽带通信技术发展为客舱与地面低成本通信提供了契机。除此之外，飞机上有很多传感器，飞行过程中得各种感知数据一般是先存贮，在飞机到达机场后，再通过机场接入系统传输到地面处理中心进行处理。而宽带通信技术能够让客舱数据和整个飞机感知数据集成，通过宽带空-空、地-空通信数据链实时传输到地面处理中心，实时监控飞机的飞行状态，并同时给客舱旅客提供数据通信服务。

3.2 在线黑匣子数据传输

飞机黑匣子是用来记录飞机的飞行状态信息，在很多飞行事故中，黑匣子要么找不到，要么找到的黑匣子里面的数据在事故中丢失，都不能分析飞机失事的原因。新型数字航空通信系统支撑下黑匣子数据连续实时传到地面，这对监控飞机事故监控是非常有用的。实时黑匣子记录的数据要求通过宽带数据链路来进行传输，可以通过专用卫星通信链路或者宽带航空通信网络来实现。

4、结语

在航空业务发展趋势下，基于IPv6技术的无缝集成的新数字航空通信系统构成了空-天-地一体化网络，为各种民航通信业务应用提供了技术支撑。各种网络之间使用IPv6进行高速互联，而机场使用AeroMACS通信技术来提供高速数据通信，目前L-DACS已经规范化，并提供数字数据/话音通信，性能高，满足特殊通信需求，作为陆地系统平行链路的补充，覆盖海洋和远距的卫星通信链路也能支持所有相关ATS/AOC/AAC应用。高速、宽带的未来航空通信系统将把民航业带向一个新的发展阶段。

参考文献

[1]Aeronautical telecommunications manual(ATN)comprehensive ATN manual(CAMAL),Part I,II,III,Ⅳ [z].1999.

[2]“Manual for the ATN using IPS Standards and Protocols,” ICAO, Tech.Rep. Doc 9896-AN/469, 2009.

[3]EUROCONTROL, "L-DACS1 System Definition Proposal: Deliverable D2," Feb 13, 2009, 175 pp.,.

[4]EUROCONTROL, "L-DACS2 System Definition Proposal: Deliverable D2," May 11, 2009, 121 pp.,.

[5]Gheorghisor, Izabela, Ka Ho Leung, September 2007, “Investigating Wireless Broadband for Airport Surface Applications”, MITRE Technical Report (MTR) 070228, The MITRE Corporation/CAASD, McLean, VA.

[6]Izabela Gheorghisor and Ka Ho Leung, “Broadband Wireless Networks for Airport Surface Communications”, Integrated Communications, Navigation and Surveillance Conference, 2008. ICNS 2008.

[7].cn/qkpdf/szjs/szjs201108/szjs20110814-1.pdf" style="color:red" target="_blank">原版全文

推荐访问:通信系统 概述 航空 数字